Chemiczny łącznik

Doświadczenie 1

Do 200 ml oleju rzepakowego dodaj 50 ml wody. Zblenduj w wysokim naczyniu. Oceń konsystencję i kolor. Dodaj jedno żółtko i ponownie zblenduj.

Wyjaśnienie: Po pierwszym blendowaniu powstaje nieapetyczna żółtawa ciecz. Krople oleju są stosunkowo łatwo rozpoznawalne. Dodatek żółtka sprawia, że miksowana mieszanina momentalnie zmienia barwę na białą (wskutek rozpraszania światła), a jej konsystencja staje się jednorodna i mniej płynna. W żółtku znajdują się liczne emulgatory, m.in. lecytyna oraz białka liwetyna i foswityna.

Doświadczenie 2

Wykonaj dwa rodzaje emulsji z dodatkiem żółtka – zawierającą 100 ml wody i 100 ml oleju oraz zawierającą 50 ml wody i 500 ml oleju. Przygotuj identyczne 4 kieliszki – dwa napełnij do połowy olejem, dwa wodą. Każdą z emulsji przetestuj, uzupełniając nią do pełna kieliszek z wodą i olejem. Bardzo delikatnie rozmieszaj wszystko do uzyskania jednolitej konsystencji. Odczekaj 10–15 min. Uwaga, temperatura wszystkich składników powinna wynosić ok. 20°C.

Wyjaśnienie: Jeśli po 15 min emulsja wymieszana z wodą wypłynie na wierzch, natomiast rozmieszana z olejem pozostanie jednorodna, mamy do czynienia z emulsją typu W/O. Jeśli emulsja wymieszana z wodą będzie jednorodna, a wymieszana z olejem opadnie na dno, otrzymaliśmy emulsję O/W. W ten sposób można przetestować także inne domowe produkty – kremy lub majonez. Typ emulsji zależy m.in. od proporcji składników – gdy zawartość oleju przekracza 74–80%, majonez staje się emulsją typu W/O i uzyskuje bardzo sztywną konsystencję, choć nadal pozostaje cieczą. Przykładem zmiany typu emulsji (inwersji) jest ubijanie śmietany (O/W) i powstawanie masła (W/O).

Doświadczenie 3

Przygotuj dwa kieliszki. Do pierwszego kieliszka wlej ok. 20 ml wody i rozpuść w niej szczyptę (mniej niż pół płaskiej łyżeczki) sody oczyszczonej. W drugim kieliszku zmieszaj 20 ml wody i tabletkę zwykłego wapna musującego. Zawartość kieliszków przelej do osobnych emaliowanych garnków i zalej ok. 100 ml oleju rzepakowego. Ostrożnie doprowadź mieszaninę do wrzenia i poczekaj do odparowania wody. W trakcie gotowania będziesz słyszeć coraz głośniejszy świszczący dźwięk, który na koniec przycichnie. W tym momencie na dnie garnków powinno powstać nierozpuszczalne mydło – sodowe lub wapniowe (z domieszką mydła sodowego oraz resztek mleczanu wapnia). W mieszaninie z mydłem sodowym dostrzeżesz zmętnienie powierzchni i duże bąble piany. Poczekaj, aż obie mieszaniny ostygną, a potem przelej każdą do osobnych wysokich naczyń. Dodaj do nich po 100 ml wody i zblenduj emulsje. Odczekaj 2 min (czas na zadziałanie emulgatora) i ponownie zblenduj. Wykorzystując test z doświadczenia 2, sprawdź, czy rodzaj emulgatora wpływa na typ emulsji (O/W czy W/O).

Wyjaśnienie: Słabo rozpuszczalne w wodzie mydło wapniowe łatwiej tworzy emulsję typu W/O, a mydło sodowe – opadającą na dno oleju emulsję typu O/W. Przygotowując mydło sodowe, uważaj, by nie dodać za dużo sody oczyszczonej – nadmiar mydła utrudnia ocenę wyniku testu w oleju.

Doświadczenie 4

Do 200 ml oleju wlej 100 ml wody. Zblenduj całość w wysokim naczyniu. Dodaj zawartość jednego opakowania bitej śmietany w proszku (do kupienia w sklepie spożywczym). Ponownie zblenduj. Napełnij kieliszek powstałą emulsją. Zagotuj wodę, wymieszaj ją pół na pół z wodą o temperaturze pokojowej (ostatecznie temperatura wyniesie ok. 60°C) i napełnij nią miseczkę. Umieść kieliszek w przygotowanej kąpieli wodnej (woda nie może dostać się do jego środka) tak, aby równomiernie się nagrzewał przez 10–15 min (możesz docisnąć kieliszek książką). Obserwuj emulsję.

Wyjaśnienie: Bita śmietana w proszku zawiera pochodne tłuszczów (np. monoglicerydy i estry kwasu octowego) będące emulgatorami. Emulsje powstają po osiągnięciu pewnej fizykochemicznej równowagi, którą łatwo zaburzyć. Zarówno zmiany temperatury (w tym mrożenie), jak i czynniki utleniające, a nawet światło lub po prostu upływ czasu mogą negatywnie wpływać na stan emulsji i prowadzić do jej rozwarstwienia.

Doświadczenie 5

Około 50 g skrobi przesiej przez kuchenne sitko do 300 ml gorącej wody i mieszaj całość tak, aby nie zrobiły się grudki (można dodatkowo zblendować na gładką masę). Tak powstałą mieszaninę ostudź, a następnie dodaj 300 ml oleju i zblenduj.

Wyjaśnienie: Żel skrobiowy pełni funkcję nietypowego emulgatora – zwiększa lepkość („kleistość”) roztworu, co utrudnia łączenie się rozproszonych kropelek. Powstała emulsja jest biała, jednorodna i półpłynna. Lepsze własności emulgujące skrobi uzyskuje się poprzez jej chemiczną modyfikację. Kleik skrobiowy był jednym z pierwszych emulgatorów wykorzystywanych do produkcji substytutów majonezu już w latach 30 ub.w. Dziś dodatek skrobi jest podstawą wielu gotowych, zwłaszcza niskotłuszczowych sosów.

dr hab. Renata Szymańska
Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki AGH

mgr Paweł Jedynak
Zakład Fizjologii i Biochemii Roślin WBBiB UJ

***

Zestaw przyrządów i materiałów

olej rzepakowy (3 l), skrobia, jajka, soda oczyszczona, wapno musujące, bita śmietana w proszku

Niewliczone w cenę: blender z końcówką do ubijania, emaliowane garnki, kieliszki, wysokie naczynie, miseczka, czajnik, łyżeczki, sitko lub przesiewacz do mąki, kuchenka

Koszt: 35 zł

Czas: 4 godz.

***

Wiedza w pigułce

Emulsje to przedziwne ciecze, wizualnie jednorodne, lecz w istocie będące mieszaninami zwykle niemieszających się płynnych składników. Stykamy się z nimi codziennie – należą do nich niektóre farby, wiele kosmetyków (kremy, mleczka czy balsamy do ciała), a nawet żywność (lody, majonez). Stosowane są również przy budowie dróg, np. nakładana na zimno emulsja asfaltowa.

Stabilne emulsje nie mogłyby jednak istnieć bez tzw. emulgatora. Wszak oliwa jest sprawiedliwa i na wierzch wypływa, o czym wie każdy, kto próbował rozmieszać ją z wodą. Ale to nie niska gęstość, lecz budowa cząsteczek sprawia, że stroni ona od wody. Grupa hydroksylowa (-OH) jest polarna, co oznacza, że ładunek elektryczny w jej obrębie jest rozłożony nierównomiernie, a więc zarówno woda, jak i inne polarne związki zachowują się w roztworze trochę jak magnesy, dynamicznie orientując się względem siebie w określony sposób. Natomiast w związkach hydrofobowych (unikających wody) ładunek rozkłada się równomiernie, a przez to kompletnie nie wpasowują się one w molekularne puzzle związków polarnych i są przez nie odrzucane. Jednak choć nie można ich ze sobą zmieszać, możliwa jest dyspersja (rozbicie na drobne kropelki) jednego typu cieczy w drugiej, w efekcie czego powstaje emulsja. Zwykle jest ona nietrwała i w ciągu kilku minut drobne kropelki łączą się, a ciecz ulega rozdzieleniu. Można temu zapobiec poprzez dodanie emulgatora. Jeden fragment cząsteczki tego związku jest rozpuszczalny w tłuszczach, drugi – w wodzie, dzięki czemu gromadzi się on na styku obu cieczy i działa jak chemiczny łącznik. Jego dodatek sprawia, że pokryta polarnymi fragmentami emulgatora kropla oleju nie jest odrzucana przez polarne środowisko – emulsja staje się stabilna. A że wielkość obu składowych emulgatora może być różna, sprzyja to albo formowaniu się drobnych kropelek wody zawieszonych w oleju (emulsja typu W/O), albo kropelek oleju w wodzie (typ O/W). Typ emulsji ma ogromne znaczenie. Lepszym kremem nawilżającym będzie emulsja O/W, a natłuszczającym – W/O.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.