Емульсія
Емульсія - це дисперсія однієї рідини в іншу, з якою вона не змішується (не змішуються рідини), такі як вода та олія. Дисперсна рідина набуває форми дрібних крапель в іншій рідині.
Найвідоміший приклад - вінегрет із оцту (переважно води) та олії. Всі ми після переробки одягу переконались, що олія має тенденцію відокремлюватися від оцту через кілька хвилин. Молекулярна гастрономія вивчає, що відбувається на рівні молекул, щоб зрозуміти джерело проблеми та вдосконалити її.
Експерименти:
Візьміть однакову кількість оцту та олії.
Дві рідини розділені на дві фази: водна фаза, щільна, розташована на дні ємності, і масляниста фаза, менш щільна, розташована над іншою фазою (фото 1).
Механічна сила діє на рідини, що контактують із мішалкою (виделкою). Масло розсіюється у вигляді дрібних крапель в оцті, і навпаки, краплі оцту потрапляють в олію (фото 2) і залишаються в суспензії кілька хвилин.
Дуже швидко після припинення перемішування препарат відновлює свій початковий вигляд: фази знову розділяються. Суміш неоднорідна (складається з елементів різної природи), емульсія нестійка.
Фото 1 - Фото 2 -
Оцет і олія в окремі фази Оцет і олія після перемішування
Будова молекул води та олії:
Вода, утворена з двох атомів водню, пов'язаних одночасно з атомом кисню (H2O), є полярною молекулою, що означає, що вона має позитивно заряджену частину і негативно заряджену частину (позитивний частковий заряд на кожному водню і негативний частковий заряд на кисні). Водневі зв’язки встановлюються між молекулами води, утворюючи однорідну суміш (складається з елементів, розподілених рівномірно).
Водневий зв'язок встановлюється між атомом Н, з'єднаним з електронегативним атомом (О в нашому випадку або взагалі F або N), та іншим дуже електронегативним атомом.
Хімічне представлення води
Молекула нафти, навпаки, утворена переважно з атомів вуглецю та водню (C19H34O6), називається неполярною, тобто не має часткового негативного чи позитивного заряду. Відсутність часткового заряду проти полярної молекули не дозволяє побудувати водневий зв’язок.
Нафта не має групи ОН (або будь-якої іншої Н, пов'язаної з F або N), яка б утворювала водневі зв'язки з водою. Тому ці дві рідини відштовхують одна одну, вони не змішуються.
Стабілізація:
Додайте чайну ложку гірчиці до олії та оцту і ще раз перемішайте.
Розчин набуває однорідного вигляду неозброєним оком (фото 3). Емульсія стабільна.
Емульгована суміш оцту, олії та гірчиці
Структура сполук ПАР:
Для зв’язку двох водних та масляних фаз використовували сполуки ПАР, що містяться у гірчиці. Молекули цих сполук ПАР амфіфільні, тобто складаються з двох частин з різними характеристиками:
- гідрофільна ("водолюбна") головка, яка може зв'язуватися з водою за допомогою водневого зв'язку (полярна)
- і гідрофобний хвіст ("не любить воду"), який не може зв'язуватися з водою, але є ліпофільним, тобто, який утримує жир (неполярний).
Коли ви наносите сполуку поверхнево-активної речовини з маслом і водою, масло притягується до ліпофільних частин сполуки, а вода - до гідрофільних частин тієї ж сполуки. Молекули сполуки ПАР об’єднуються, утворюючи сферичні структури, які називаються міцелами. Гідрофільні головки залишаються на поверхні нафтової краплі, тоді як гідрофобні хвости знаходяться всередині, "добре захищені від води".
Схематичне зображення міцели у водному середовищі
Міцели розсіюються у воді і завдяки своїм гідрофільним поверхням утворюють водневі зв’язки з молекулами води. Таким чином, дві початкові фази - водна та жирна - пов’язані між собою сполукою ПАР, яка також називається емульгатором, іноді також емульгатором. Він гомогенізує препарат і робить емульсію стійкою.
Як і гірчиця, яєчні жовтки часто діють як емульгатор.
Щоб продемонструвати емульгуючу роль яєчного жовтка, ми зараз готуємо майонез. За словами Ерве Це, майонез на перший погляд "загадковий", оскільки має майже тверду консистенцію, коли він утворюється в результаті суміші двох рідин. Окрім вивчення явища емульсії, ми перевіримо достовірність кулінарних деталей, що містяться в рецепті. Ця перевірка також є одним із завдань молекулярної гастрономії.
Досвід:
З рецепта:
1 жовток, 25 мл олії кімнатної температури, сіль, перець.
З’єднайте всі інгредієнти за допомогою віночка, додаючи масло тонкими потоками.
У мисці збийте жовток, сіль і перець. Як зазначено в рецепті, додайте олію кімнатної температури і потроху, продовжуючи збивати суміш (фото 4). Поступово майонез схоплюється, препарат гомогенний (фото 5).
Фото 4 - Фото 5 -
Введення олії в жовток майонезу
Інтерпретація:
Яєчний жовток складається з 50% води, 17% білка та 33% жиру. Лецитини містяться серед ліпідів.
Як тільки препарат збивається, молекули поверхнево-активної речовини лецитину покривають краплі олії їх ліпофільними частинами і утворюють міцели. Вони диспергуються у воді і утворюють водневі зв’язки з молекулами води, що забезпечує стабільність майонезу. Отже, яєчний жовток дає змогу виробляти стійку однорідну та стабільну емульсію, як вінегрет. Ця емульсія також є твердою.
Оскільки принцип однаковий для вінегрету та майонезу (емульсія олії у воді, наявність поверхнево-активної речовини, склад міцел), чому суміш майонезу тверда ?
Стійкість майонезу пояснюється високою концентрацією лецитину (і, отже, міцел) у водному розчині в невеликих кількостях, оскільки він складається виключно з води, що міститься в яєчному жовтку. Таким чином, якщо ми додаємо оцет до нашого майонезу, він втрачає свою стійкість, оскільки ми збільшили об’єм води на однакову кількість молекул ПАР.
Схематичне зображення майонезу
Ця стійкість зростає зі швидкістю збивання. Таким чином, використання електричного міксера дозволяє швидко фрагментувати міцели та перетворювати їх на менші та менші міцели, забезпечуючи збільшення твердості майонезу.
Якщо ви робите той самий рецепт, але вливаєте холодну олію і все відразу у водну суміш яєчного жовтка/солі та перцю, майонез не застигає. Це пов’язано з тим, що температура масла важлива, оскільки холодна олія має тенденцію до схоплювання, а змішуваність олії та води значно зменшується.
З іншого боку, додавання масла тонкими потоками полегшує розбиття масла на мікроскопічні крапельки, ніж якщо залити все масло у водну фазу. Молекули ПАР, які спочатку містяться у великих кількостях, покривають краплі масла швидше і регулярніше.
Деталі, що містяться в рецепті, перевіряються. Вони корисні для приготування майонезу ідеально і легко.
Знання фізико-хімічного явища емульсії дозволило підкреслити роль молекул ПАР, а особливо лецитину, в успіху кулінарних препаратів. Походить від грецького лекітос, слово лецитин спочатку позначало ліпіди, витягнуті з яєчних жовтків і містять фосфор, відомий як фосфоліпіди. З тих пір дослідження показали, що вони насправді присутні у всіх тканинах тварин і рослин на рівні клітинних мембран.
Насправді мембрана, яка оточує цитоплазму, складається з дуже тонкої плівки, утвореної з еквівалентною часткою молекул білка та молекул ліпідів. Фосфоліпіди складають найпоширенішу частину молекул ліпідів і тому є ключовими компонентами плазматичної мембрани. Ліпіди структуровані в подвійний шар. Ця структура зумовлена амфіфільними властивостями молекул ліпідів, які мають гідрофільну полярну головку (водний магніт) і два гідрофобні аполярні кінці (бояться води). У водному середовищі полярні головки орієнтуються назовні, а неполярні плечі - до внутрішньої сторони мембрани. Ця плазматична мембрана є бар’єром між цитоплазмою та позаклітинним середовищем.
Репрезентативна схема плазматичної мембрани
Хоча більшість лецитину міститься в яйцях, соя також містить його у великій кількості. Відтепер стало можливим замінити основний яєчний жовток іншим джерелом лецитину, який уникає надходження холестерину та обмежує алергію на яйця.
Сьогодні основними джерелами видобутку цих фосфоліпідів є насіння олії, такі як соя, соняшник, ріпак. Отже, лецитин є природним емульгатором, визнаним дуже поверхнево-активною речовиною навіть при низьких дозах. Це одна з дозволених харчових добавок і має маркування під номером E322. Він зазвичай використовується в харчовій промисловості, зокрема у хлібобулочних, бісквітних, кондитерських, шоколадних.
Інформаційна наклейка на інгредієнти шоколадного продукту