Az emulzió
Az emulzió az egyik folyadék diszperziója a másikba, amellyel nem keveredik (nem elegyedő folyadékok), például víz és olaj. A diszpergált folyadék kis cseppek formájában van a másik folyadékban.
A legismertebb példa az ecetből (főleg vízből) és olajból készült vinegret. Mindannyian láttuk, miután elkészítettük az öltözködésünket, hogy az olaj néhány pillanat múlva hajlamos elválni az ecetről. A molekuláris gasztronómia tanulmányozza a molekulák szintjén zajló eseményeket a probléma forrásának megértése és javítása érdekében.
Kísérletezés:
Vegyen egyenlő mennyiségű ecetet és olajat.
A két folyadékot két fázisra választják szét: sűrű, vizes fázis, amely a tartály alján helyezkedik el, és olajos, kevésbé sűrű fázis, amely a másik fázis felett helyezkedik el (1. fotó).
A keverővel (villával) érintkező folyadékokra mechanikai erő hat. Az olaj finom cseppek formájában diszpergálódik az ecetben, és fordítva ecetcseppek kerülnek az olajba (2. kép), és néhány pillanatig szuszpenzióban maradnak.
A keverés abbahagyása után nagyon gyorsan a készítmény újra megjelenik: a fázisok ismét szétválnak. A keverék heterogén (különböző természetű elemekből áll), az emulzió instabil.
1. fotó - 2. kép -
Ecet és olaj külön fázisokban Ecet és olaj keverés után
A víz- és olajmolekulák szerkezete:
Az oxigénatommal (H2O) egyidejűleg összekapcsolt két hidrogénatomból képzett víz egy poláris molekula, ami azt jelenti, hogy pozitív töltésű és negatív töltésű része van (mindegyik hidrogénnél pozitív részleges töltés és oxigénnél negatív részleges töltés). A vízmolekulák között hidrogénkötések jönnek létre, hogy homogén keveréket képezzenek (egységesen elosztott elemekből állnak).
Hidrogénkötés jön létre egy elektronegatív atomhoz kapcsolt H atom (esetünkben O vagy általában F vagy N) és egy másik nagyon elektronegatív atom között.
A víz kémiai ábrázolása
Az olajmolekula viszont lényegében szén- és hidrogénatomokból (C19H34O6) képződik, és nem polárosnak mondható, vagyis nincs részleges negatív vagy pozitív töltése. A poláris molekulával szembeni részleges töltés hiánya nem teszi lehetővé a hidrogénkötés felépítését.
Az olajnak nincs OH-csoportja (vagy bármely más, F-hez vagy N-hez kapcsolódó H), amely hidrogénkötéseket képezne a vízzel. Ez a két folyadék tehát taszítja egymást, nem keverhetők el.
Stabilizáció:
Adjunk hozzá egy teáskanál mustárt az olajhoz és az ecethez, és keverjük újra.
Az oldat szabad szemmel homogén megjelenést mutat (3. fotó). Az emulzió stabil.
Ecet, olaj és mustár emulgeált keveréke
A felületaktív vegyületek szerkezete:
A két vizes és olajos fázis összekapcsolására a mustárban található felületaktív vegyületeket használtuk. Ezen felületaktív vegyületek molekulái amfifilek, vagyis két, különböző jellemzőkkel rendelkező részből állnak:
- hidrofil ("vízszerető") fej, amely hidrogénkötéssel kötődhet a vízhez (poláris)
- és egy hidrofób farok ("nem szereti a vizet"), amely nem tud kötődni a vízhez, de lipofil, vagyis zsírtartó (nem poláros).
Ha egy felületaktív vegyületet olajjal és vízzel tesz fel, az olajat a vegyület lipofil részeihez, a vizet pedig ugyanazon vegyület hidrofil részeihez vonzza. A felületaktív vegyület molekulái gömb alakú struktúrákat alkotnak, amelyeket micelláknak neveznek. A hidrofil fejek az olajcsepp felületén maradnak, míg a hidrofób farok benne található, "jól védve a víztől".
A micella sematikus ábrázolása vizes közegben
A micellák diszpergálódnak a vízben, és hidrofil felületüknek köszönhetően hidrogénkötéseket képeznek a vízmolekulákkal. Így a két kezdeti fázist, a vizes és olajos, összeköti a felületaktív vegyület, amelyet emulgeálónak is neveznek, néha emulgeálószernek is. Homogenizálja a készítményt és stabilvá teszi az emulziót.