De wetenschap van het paastoetje

Gisteren, op paasavond, heb ik een nieuw recept uitgeprobeerd dat ik van een Chinese collega gekregen had. Het was eenvoudig: je mengt een kwart liter slagroom met een kwart liter melk, verhit het mengsel tot het kookt, voegt suiker naar smaak toe. Dan laat je het afkoelen, voeg je 5 eierdooiers toe, en stopt het 10 tot 15 minuten in de oven op 240 graden Celsius; het produkt is een soort crème brulée.

Ongeduldig als ik echter was vond ik het zonde de vloeistof langzaam te laten afkoelen voor hij toch weer heet moest worden in de oven, en voegde dus aan de kokende vloeistof gelijk de eierdooiers toe, met als plan het geheel daarna gewoon in de oven te schuiven. Tot mijn schaamte had ik echter een elementair feit over het hoofd gezien: als je een ei kookt, wordt het ook hard. In tegenstelling tot normale stoffen, die bij hogere temperatuur van vast vloeibaar worden (denk aan ijs, boter, en metalen) wordt eiwit van 'vloeibaar' vast. En eigeel dus ook. Binnen tien seconden was mijn mooie melkmengsel gevuld met draden vast geel eiwit. Ik moest het eruit zeven en een nieuwe lading eieren aanbreken terwijl ik het mengsel alsnog liet afkoelen.

Waarom wordt eiwit eigenlijk vast als je het gaat verhitten? Het lijkt onlogisch. Als moleculen warmer worden, gaan ze juist vrijer bewegen, en worden ze vloeistoffen of gassen, niet vast. Waarom werken eiwitten niet zo? Dat komt omdat eiwitten geen simpele moleculen zijn, maar grote slierten.

Een gemiddeld eiwit in een ei of een mens is eigenlijk een sliert die keurig opgevouwen is. De buitenkant bevat atomen en atoomgroepen die zich omringen met een waterlaagje, de binnenkant bevat atoomgroepen die zich aangetrokken voelen tot andere waterafstotende eiwitgroepen. Dat een eiwit wateraantrekkende en waterafstotende groepen combineert is eigenlijk heel handig. de buitenkant heeft daardoor altijd een beschermend waterlaagje, dus als eiwitten op elkaar botsen, botsen hun 'waterhuiden' op elkaar, daardoor komen de eiwitten niet vast aan elkaar te zitten en blijven ze vrij bewegen door je lichaam. Als echter door toeval of een botsing een eiwit even per ongeluk opengaat, stoot de binnenkant binnendringende watermoleculen af, waardoor het eiwit zich weer snel sluit tot het weer de goede vorm krijgt, net zoals een baby die zijn spruitjes uitspuugt.

Als je eiwitten gaat verhitten, gaat het echter mis met dit elegante mechanisme. Als discogangers die teveel koffie en Red Bull gedronken hebben gaan de eiwitten sidderen en kronkelen, zich in alle bochten wringen en zich zelfs gedeeltelijk ontvouwen, zich daarbij steeds minder aantrekkend van die vervelende watermoleculen die nu tegen het binnenkant-deel aankomen. Ze kunnen gewoon niet stoppen! Maar dan komt ineens de "binnenkant" van één eiwit tegen de binnenkant van een ander eiwit aan, en bindt zo sterk dat de twee eiwitten ineens aan elkaar vastzitten. En omdat allebei de eiwitten nu een rare, halfopen structuur hebben kunnen andere eiwitten daar ook gemakkelijker aan kleven. In plaats van losse eiwitmoleculen heb je dan dus ineens een enorme eiwitkluwen die zich gedraagt als een mega-eiwitvlok en dus vast wordt. Het is net als met rolletjes plakband. Je kunt ze als ze opgerold zijn keurig opstapelen zonder problemen, maar als je ze allemaal ontrolt en door je kamer heen gooit gaan ze overal aan plakken - ook aan elkaar!

Dit openvouwen en stollen van eiwitten, ook "denatureren" genoemd, verklaart een heleboel dingen. Bijvoorbeeld waarom huid beschadigd wordt door hitte, en waarom mensen koorts krijgen van maximaal 42-43 graden Celsius (als we heter zouden worden zouden onze eiwitten beginnen te stollen en zouden we doodgaan) en waarom ook vogels en andere zoogdieren geen lichaamstemperaturen hebben die boven de 42-43 graden komen. Het verklaart ook waarom geconcentreerde eiwitoplossingen die als geneesmiddel worden ingespoten soms nare effecten kunnen hebben als ze niet goed bewaard worden (daar heb ik eens een wetenschapper over geinterviewd, als je geïnteresseerd bent in het hele verhaal, kijk dan hier).

Hoe maak je dan wel de crème brulée? Wel, er zijn methoden die wel goed werken (zie bijvoorbeeld hier), en die gaan inderdaad ervan uit dat je het eigeel niet al te snel verwarmt, de eiwitten moeten de kans krijgen zich door de hele oplossing te verspreiden voordat ze zich door verhitting openen en dan als kleverige rolletjes plakband de hele brulée gaan binden inplaats van alleen elkaar. Voor mij is de meest waardevolle les dat ik iets minder eigenwijs moet zijn bij het opvolgen van recepten, hoewel ... soms is eigenwijsheid de beste manier om een onvergetelijke scheikundeles te krijgen!