Gazowy wzrost

Doświadczenie 1

Do pojemnika na mocz wlej łyżeczkę octu i wsyp łyżeczkę sody oczyszczonej. Czy pojawiają się jakieś bąbelki?

Wyjaśnienie: Węglany (np. kwaśny węglan sodu) to sole słabego kwasu węglowego. W obecności mocniejszych kwasów, np. octowego czy cytrynowego, następuje uwolnienie kwasu węglowego i jego spontaniczny rozpad do wody i dwutlenku węgla, co jest widoczne jako pienienie się roztworu. Ta jedna z pierwszych metod spulchniania chleba, rekomendowana z użyciem potażu (węglanu potasu) już w 1790 r., stosowana była ponoć znacznie wcześniej przez niektóre plemiona indiańskie (potaż można uzyskać z popiołu drzewnego). W XIX-wiecznych przepisach do inicjowania tej reakcji nie wahano się używać nawet kwasu solnego.

Doświadczenie 2

Weź strzykawkę o pojemności 20 ml. Wyjmij jej tłok, wsyp do środka łyżeczkę proszku do pieczenia, włóż tłok na miejsce i nabierz 5 ml wody. Obserwuj, co się dzieje. Przetestuj w ten sposób proszki do pieczenia różnych producentów.

Wyjaśnienie: Natychmiastowa reakcja węglanu z kwasem powoduje straty cennego dwutlenku węgla. Dlatego już ok. 1850 r. upowszechniło się użycie komercyjnych proszków do pieczenia zawierających dodatek kwaśnych soli – np. wodorowinianu potasowego. Są to sole kwasów mających więcej niż jedną grupę kwasową. Zwykle grupy te ulegają tylko częściowemu zobojętnieniu – pierwsza zmienia się ta najsilniejsza. Pozostałe są mniej chętne do reakcji, więc przebiega ona wolniej, a piekarz zyskuje cenny czas, potrzebny na wymieszanie i zagniecenie ciasta. Suche składniki nie reagują ze sobą – do zainicjowania reakcji potrzebna jest woda.

Dlatego po nabraniu wody do strzykawki mieszanina zaczyna się pienić, a powstała piana wypływa ze strzykawki. Proces ten jest jednak znacznie wolniejszy niż reakcja sody z octem w doświadczeniu 1. Typowy proszek do pieczenia może uwolnić blisko 80% dwutlenku węgla w pierwszych 2 min po zmieszaniu z wodą. Oprócz węglanu sodu stosuje się w nich difosforany (dawniej pirofosforany), a od proporcji obu składników (np. SAPP-28 lub SAPP-40) zależą szybkość reakcji oraz konieczność podniesienia temperatury. Niektóre komercyjne środki spulchniające zawierają składniki rozdrobnione i otoczkowane tłuszczem, który musi się stopić, by umożliwić reakcję.

Doświadczenie 3

Do pierwszego pojemnika na mocz wsyp łyżeczkę sody oczyszczonej (A), do drugiego – kwaśnego węglanu amonu (B), tzw. amoniaku do ciast. Dodaj po 10 ml chłodnej wody i rozmieszaj. Obserwuj, co się dzieje. Następnie dolej do pojemników po 20 ml wrzątku.

Wyjaśnienie: Innym sposobem na opóźnienie reakcji jest całkowite jej uzależnienie od podwyższenia temperatury. Powyżej 80˚C następuje rozpad i rearanżacja cząsteczek NaHCO₃ z wytworzeniem Na₂CO₃, wody i dwutlenku węgla (A). W temperaturze 30–60˚C następuje rozkład kwaśnego węglanu amonu do dwutlenku węgla, wody i amoniaku (B). Zimna woda nie jest w stanie zainicjować reakcji i po jej dodaniu nie obserwujemy pienienia w pojemnikach A i B. Dopiero dodatek wrzątku sprawia, że roztwory zaczynają burzyć się na skutek wydzielonych gazów. Gazowy amoniak jest słabszym środkiem spulchniającym, bo łatwo rozpuszcza się w wodzie i nadaje ciastu nieprzyjemny posmak, dlatego węglan amonu jest przydatny do wypieków o niskiej końcowej zawartości wody – kruchych ciasteczek, biszkoptów. Konieczne jest także wietrzenie pomieszczenia po upieczeniu ciastek i po wykonaniu doświadczenia – amoniak śmierdzi, a w wyższych stężeniach jest toksyczny.

Doświadczenie 4

Na rozgrzaną patelnię (najlepiej o kontrastowo ciemnym dnie) nasyp niewielką (!) szczyptę kwaśnego węglanu amonu i obserwuj, co się dzieje. Po zakończeniu doświadczenia wywietrz pomieszczenie.

Wyjaśnienie: Kwaśny węglan amonu jest białym proszkiem, ale pod wpływem ciepła rozpada się do gazowych produktów – biały proszek cicho „strzela” na patelni, a po chwili jego drobiny znikają bez śladu. W powietrzu można wyczuć charakterystyczny zapach amoniaku.

Doświadczenie 5

Wykonuj je z dala od materiałów palnych, najlepiej na świeżym powietrzu, młodzież – wyłącznie pod opieką dorosłych. W pojemniku na mocz dokładnie rozdrobnij i wymieszaj 8 łyżeczek cukru pudru i 2 łyżeczki sody oczyszczonej. Napełnij żaroodporną miskę lub garnek piaskiem. Na środku ułóż kopczyk z mieszaniny sody i cukru. Piasek wokół kopczyka obficie zwilż spirytusem (np. salicylowym). Misę umieść z dala od przeciągów i materiałów łatwopalnych, a podczas doświadczenia stan zestawu uważnie monitoruj. Po zabezpieczeniu miejsca pracy spirytus można podpalić.

Wyjaśnienie: Spalanie etanolu dostarcza ciepła koniecznego do zainicjowania topienia się, palenia i zwęglenia cukru (masa staje się czarna). Równocześnie w podwyższonej temperaturze kwaśny węglan sodu uwalnia dwutlenek węgla. W efekcie masa zostaje napowietrzona i powoli zwiększa objętość. Jeśli reakcja postępuje głównie na brzegach kopca, to zacznie się z niego wznosić spektakularny cukrowy wąż faraona. Poglądowy film: https://youtu.be/fRlPPFfxyxE.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

pojemniki na mocz, soda oczyszczona, ocet, „amoniak do ciast”, proszki do pieczenia, piasek akwarystyczny, cukier puder, spirytus salicylowy

Niewliczone w cenę: łyżeczka, żaroodporna miska lub garnek, patelnia, zapalniczka

Czas przygotowania: 3 h

Koszt: 45 zł

***

Wiedza w pigułce

Choć najstarsze znalezione chleby datuje się na 14 tys. lat, to nie przypominają one bochenków znanych nam z dzisiejszych piekarni – są to płaskie podpłomyki. Spulchniane działalnością mikroorganizmów chleby pojawiły się prawdopodobnie 5 tys. lat temu i znane były m.in. w Egipcie. O zaczynie do wypieku chleba wspominał także żyjący w I w. rzymski historyk Pliniusz Starszy. Historia chleba wielokrotnie przeplatała się z historią browarnictwa – od XV w. do chleba zaczęto dodawać drożdży namnożonych podczas produkcji piwa. Drożdże, fermentując cukier z udziałem odpowiednich enzymów, wydzielają dwutlenek węgla, którego maleńkie pęcherzyki rozszerzają się w podwyższanej temperaturze podczas pieczenia, nadając ciastu objętość. Oprócz drożdży swój wkład w spulchnienie wypieku mają także bakterie kwasu mlekowego – zakwaszają ciasto, a niektóre gatunki także wydzielają dwutlenek węgla podczas fermentacji. Ich rozwojowi sprzyjają temperatura ok. 28˚C i niewielki dodatek soli (w przybliżeniu 1%, bo jej nadmiar faworyzuje niespulchniające gatunki). Zatem stworzenie dobrego zaczynu nie jest wcale takie łatwe i może zająć nawet kilkanaście dni. Nic więc dziwnego, że poszukiwano alternatywnych metod – pierwszy chemiczny środek spulchniający upowszechnił się z końcem XVIII w., pozwalając na szybkie wypieki.

Wraz z rozwojem zainteresowania chemią pojawiały się coraz nowsze środki spulchniające oraz proszki do pieczenia. Dziś na terenie Unii Europejskiej używa się jedynie tych dopuszczonych przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności i oznaczonych numerami E500–E505 w połączeniu np. z E450. Wszystkie tak samo działają – po zaktywowaniu wydzielają gaz, najczęściej dwutlenek węgla. Ale spulchniaczem może być także zwykła woda lub alkohol – parując podczas pieczenia, również tworzą pęcherzyki gazu – czy piana z białek dzięki zawartym w niej pęcherzykom powietrza. By gazy nie ulatniały się przedwcześnie z ciasta, konieczny jest jednak zawarty w mące gluten – w obecności wilgoci cząsteczki tego białka splatają się w sieć, nadającą ciastu ciastowatą konsystencję. Gluten jest jak gumowa powłoka balonu – więzi w swym wnętrzu uwalniane gazy, dzięki czemu gromadzą się one i rozszerzają, tworząc pęcherzyki. Bez niego ciasto nie wyrośnie, o czym wiedzą osoby borykające się z celiakią – z bezglutenowej mąki pulchnego chleba nie będzie.