เคมีอธิบายอาหารไหม้มีสีดำ

อาหารที่ถูกความร้อนเปลี่ยนให้มีสีที่เข้มขึ้น แต่วัสดุหรือวัตถุดิบที่มีส่วนประกอบของสารประกอบอินทรีย์ต่างก็สามารถถูกทำให้มีสีน้ำตาลปนดำได้

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าองค์ประกอบพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตคือ คาร์บอน เนื่องด้วยสิ่งมีชีวิตมีส่วนประกอบของสารอินทรีย์หลายชนิดเช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน เป็นต้น ทั้งนี้สารอินทรีย์ดังกล่าวประกอบด้วยธาตุหลักอย่างคาร์บอนและไฮโดรเจน รวมทั้งยังมีธาตุอื่น ๆ ที่เป็นองค์ประกอบร่วมด้วย ดังนั้นเมื่อมีการปรุงอาหารหรือกำลังย่างเนื้ออยู่บนเตาบาร์บีคิวแล้วอาหารของคุณเริ่มเปลี่ยนเป็นสีดำ นั่นเป็นสาเหตุมาจากสารประกอบอินทรีย์ในอาหารเกิดการเผาไหม้

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ (Combustion reaction) เป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่สำคัญประเภทหนึ่ง มักเกิดขึ้นเมื่อไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbon) ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (Oxygen) ได้เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และความร้อน โดยรูปแบบของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน สามารถแสดงสมการได้ดังนี้

Hydrocarbon (CxHy) + Oxygen (O2) → Carbon dioxide (CO2) + Water (H2O) + Heat

ตัวอย่างปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่มักเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติได้แก่ การเผาไหม้ของแก๊สมีเทน มีสมการดังนี้

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + Heat

การใช้ความร้อนสูงในการแยกพันธะโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์อย่างไฮโดรคาร์บอน ทำให้คาร์บอนรวมกับออกซิเจนเพื่อสร้างคาร์บอนไดอกไซด์ ในขณะที่ไฮโดรเจนเมื่อรวมกับออกซิเจนจะได้เป็นน้ำ ทั้งนี้สารประกอบต่าง ๆ เมื่อถูกเผาไหม้ก็จะระเหยหมดไป แต่สารสีดำที่เรามองเห็นนั้นคือ ถ่านคาร์บอนบางส่วนที่หลงเหลืออยู่ นอกจากนี้การเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ดังนั้นจึงมีพลังงานความร้อนถูกปล่อยออกมา แต่ในบางครั้งปฏิกิริยาจะดำเนินไปอย่างช้า ๆ จนไม่ทันสังเกตถึงการเปลี่ยนแปลงของแสง (เปลวไฟ) และอุณหภูมิ

อย่างไรก็ดีเมื่อกล่าวถึงการเผาไหม้ สิ่งที่ต้องทำความเข้าใจเป็นลำดับแรกคือ "การเผาไหม้" นั้นเกิดจากการใช้ความร้อนสูงเป็นเวลานานหรือเกิดความไม่ตั้งใจในการปรับระดับอุณหภูมิบนเตาในขณะที่ปรุงอาหาร

หากการใช้ความร้อนสูงเป็นเวลานานเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการเผาไหม้ สิ่งที่สังเกตได้คือ อาหารในกระทะจะสลายตัวและระเหยไปจนหมด ทิ้งไว้เพียงคราบดำจากเศษอาหารบางส่วนที่หลงเหลืออยู่และร่องรอยของโลหะที่หลุดร่อน ในทางกลับกันหากเป็นการเผาไหม้ที่เกิดจากความไม่ตั้งใจระหว่างการปรุงอาหาร อาหารจะยังไม่ได้รับความร้อนที่มากพอให้สลายตัวและระเหยอย่างสมบูรณ์ แต่อาหารเหล่านั้นจะเริ่มมีการเปลี่ยนสีเป็นสีน้ำตาลซึ่งนั่นเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เรียกว่า ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาล (Browning reaction) ในที่นี้เป็นรูปแบบที่ไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (Non Enzymatic Browning reaction) โดยปฏิกิริยาที่ทำให้อาหารของคุณเป็นเริ่มมีสีน้ำตาลปนดำนั้นคือ ปฏิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard reaction)

ปฏิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard reaction) เป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างกรดอะมิโน (Amino acid) และน้ำตาลรีดิวซ์ (Reducing sugar) โดยมีความร้อนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งผลที่ได้จากปฏิกิริยานั้นจะเป็นสารประกอบที่ให้สีน้ำตาล รวมทั้งมีกลิ่นและรสต่าง ๆ เช่น สีน้ำตาลที่เกิดขึ้นระหว่างการอบ การย่าง และการทอดอาหารประเภทเนื้อสัตว์ เป็นต้น

ปฏิกิริยาเมลลาร์ดของคาร์โบไฮเดรตและกรดอะมิโนของเป็นปฏิกิริยาทางเคมีพื้นฐานที่ช่วยให้อาหารแปรรูปจำนวนมากมีรส กลิ่น และสีที่แตกต่างกัน โดยการเปลี่ยนสีของอาหารนั้นเริ่มต้นจากหมู่คาร์บอนิลของน้ำตาลทำปฏิกิริยากับหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนได้เป็นไกลโคซิลเอมีน (N-substituted glycosylamine) และน้ำ จากนั้นไกลโคซิลเอมีนที่ไม่เสถียรจะจัดเรียงตัวใหม่ผ่าน Amadori rearrangement และฟอร์มตัวเป็นสารประกอบ Amadori (Amadori compound) โดยสารประกอบดังกล่าวสามารถทำปฏิกิริยาได้ในหลายรูปแบบ นำไปสู่การก่อตัวของสารประกอบที่ให้สีน้ำตาลอย่างเมลานอยดิน (Melanoidins)

นอกจากนี้ยังมีปฏิกิริยาการเกิดคาราเมล (Caramelization reaction) ซึ่งเป็นอีกหนึ่งปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ที่เกิดจากการสลายตัวของโมเลกุลน้ำตาลด้วยความร้อนสูง และได้ผลของปฏิกิริยาเป็นพอลิเมอร์ของสารประกอบคาร์บอนที่มีสี รส และกลิ่นที่เฉพาะตัว โดยตัวอย่างอาหารที่พบได้ทั่วไปจากปฏิกิริยานี้คือ น้ำตาลที่เคี่ยวจนไหม้เล็กน้อยให้พอมีกลิ่นหอมหรือที่เรียกว่า คาราเมล (caramel)

แม้ว่าอาหารประเภทปิ้งย่างจะเป็นที่นิยมและหลายคนชื่นชอบการรับประทานอาหารที่มีลักษณะไหม้เกรียมเล็กน้อย แต่สิ่งหนึ่งที่ควรตระหนักถึงในการรับประทานอาหารเหล่านั้นคือ สารก่อมะเร็ง ที่อาจสะสมและก่อให้เกิดความเป็นพิษต่อร่างกายได้