Pobierz Kuchnia - laboratorium młodego chemika i więcej Prezentacje w PDF z Nauczanie chemii tylko na Docsity! Kuchnia - laboratorium młodego chemika Sylwia Belica Akademia Ciekawej Chemii - 2013/2014 Każda kuchnia jest chemicznym laboratorium 2013-01-15 2 Gotowanie i sprzątanie są procesami chemicznymi Mąka • Mąka powstaje w wyniku silnego rozdrobnienia ziarna zbóż; posiada dużą ilość węglowodanów, które stanowią do 75% jej masy (głównie w postaci skrobi) • Białko występujące w mące (gluten) jest ciągliwe i elastyczne a właściwości te przekazuje ciastu. • Do wypieków stosowana jest głównie mąka pszenna; mąka kukurydzana zawiera bardzo mało glutenu, a ziemniaczana nie zawiera go wcale. • Wstępną czynnością przy sporządzaniu ciasta jest przesianie mąki przede wszystkim w celu zwiększenie w niej ilości powietrza a tym samym spulchnieniu ciasta. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 5 Woda • Tlenek wodoru; (IUPAC: oksydan) – związek chemiczny o wzorze H2O o lekko niebieskim kolorze wynikającym z pochłaniania przez nią promieniowania z zakresu światła odpowiadającego barwie czerwonej (światło czerwone jest absorbowane przez wodę ok. 100× silniej niż niebieskie) • Pod wpływem wody dodanej do mąki gluten pęcznieje, a w czasie wyrabiania przyjmuje formę nitek lub włókien, które łącząc się ze sobą tworzą siatkę nadającą ciastu strukturę gąbczastą. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 6 Skład jajek • Jajo kurze składa się średnio w 74,8% z wody, 12,6% z białka, 10,0% z tłuszczu , w 1,1% z węglowodanów . • Jaja zawierają też dużo witamin A, D oraz niektórych witamin z grupy B. • W żółtku jest luteina, która chroni oczy przed szkodliwym promieniowaniem UVA i UVB, zapobiega zwyrodnieniu plamki żółtej i poprawia widzenie. • Lecytyna to fosfolipid występujący w żółtku jajka. Posiada właściwości emulgujące - rozbija tłuszcze oraz cholesterol na małe cząstki zapobiegając ich przylepianiu się do naczyń krwionośnych. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 7 Olej - dlaczego nie miesza się z wodą? • Mieszanina oleju i wody, choćby najstaranniej przygotowana, zawsze rozdzieli się na dwie warstwy. • Cząsteczki niepolarnej substancji (oleju) znajdującej się w polarnym rozpuszczalniku (wodzie) doznają oddziaływań odpychających. Zgodnie z regułą „podobne rozpuszcza się w podobnym” substancje o budowie niepolarnej (tłuszcze), będą się łatwiej rozpuszczać np. w benzynie, niż w wodzie. • Dokładne przyczyny niemieszalności cieczy są natury termodynamicznej i związane są ze zmianami entropowymi układów. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 11 Doświadczenie 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 12 http://www.youtube.com/watch?v=sas5TSLrB7E • woda + olej + jajko + musztarda = emulsja (majonez) Majonez • Majonez składa się z wody, oleju roślinnego, octu (lub musztardy bądź soku z cytryny) i żółtka. Jest mieszaniną stabilną, gdyż zawiera lecytynę z jajka. • Lecytyna zawiera dwa różniące się polarnością końce – hydrofilowy i hydrofobowy. Każda kropelka oleju w majonezie jest otoczona warstwą lecytyny a kropelki nie łączą się, ponieważ wystające z ich powierzchni końce hydrofilowe lecytyny są naładowane takim samym ładunkiem i odpychają się. • Dowiedziono, że jedno żółtko wystarcza na stabilizację 3,5 l oleju. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 13 Ser • Produkt wytwarzany poprzez wytrącenie tłuszczu i białka z mleka. Następnie do mleka dodawane są bakterie, które przetwarzają laktozę w kwas mlekowy, co sprzyja oddzieleniu się serwatki. • Niektóre kultury bakterii wytwarzają intensywnie CO2, dzięki czemu powstają dziury w serze. • Łącznie istnieje ok. 4000 gatunków serów. Ze względu na technologię wytwarzania i typ procesu dojrzewania, sery dzielą się na: podpuszczkowe (gouda), kwasowe (twaróg), kwasowo-podpuszczkowe (cottage cheese) i zwarowe (ricotta). 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 16 Mleko • Mleko jest mieszaniną wieloskładnikową zawierającą m. in. białka takie jak kazeina i albuminy. Kazeina – to najważniejsze białko mleka; występuje w postaci miceli tworzących roztwór koloidalny. • W mleku występuje również laktoza będąca dwucukrem, który pod wpływem bakterii i drożdży rozpada się na cukry proste - D-glukozę i D-galaktozę. • Słodkie, zsiadłe lub sproszkowane mleko jest składnikiem polepszającym jakość ciasta; mleko powoduje nawilżenie ciasta i łączy się z proteinami w mące. Występujący w mleku tłuszcz dodatnio wpływa na konsystencję wypieku. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 17 Ocet • Ocet – wodny roztwór kwasu octowego o ostrym zapachu i kwaśnym smaku, zwykle 10-procentowy. Powstaje w wyniku fermentacji octowej alkoholu. • Stosowany jako przyprawa zakwaszająca. Spożywany w nadmiarze jest szkodliwy, w niewielkich ilościach pobudza apetyt i sprzyja trawieniu ciężkostrawnych potraw. • Rozróżniamy ocet spirytusowy - powstający w wyniku fermentacji spirytusu (po rozcieńczeniu do odpowiedniego stężenia), oraz ocet winny - powstający w wyniku fermentacji wina. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 18 Doświadczenie - Tęczowe mleko 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 21 http://www.youtube.com/watch?v=6T3C-0-Djas Cukier • Pod tą nazwą powszechnie występuje sacharoza produkowana z trzciny cukrowej, bądź z buraków cukrowych. • Z chemicznego punktu widzenia cukry to inna nazwa węglowodanów, a więc również skrobi i celulozy. • Dodany do ciasta cukier wpływa na jego smak i delikatność. W pierwszej fazie zarabiania ciasta cukier absorbuje w swoich kryształach tłuszcz, który w ten sposób zostaje równomiernie rozprowadzony. • Nadmiar cukru powoduje rwanie się nitek glutenu, wskutek czego siatka glutenowa przerywa się i ciasto opada. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 22 Doświadczenie Cukrowy wąż 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 23 http://www.eksperymentychemiczne.pl/eksp_chem_polish/index.html C12H22O11 + H2SO4 → 12 C + 11 H2O + ciepło pod wpływem, którego powstają H2O + SO3 Zegar jodowy - Wyjaśnienie • powolna redukcja jodu kwasem askorbinowym (przy dodawaniu roztworu kwasu askorbinowego do jodyny): • Po reakcji w roztworze obecne są jony jodkowe (I-) (nie reagujące ze skrobią) i kwas dehydroaskorbinowy. Następnie dodaje się roztwór skrobi, zimną wodę oraz wodę utlenioną. Następuje reakcja wody utlenionej z jonami jodkowymi a reakcja zachodzi dopiero wówczas, gdy w roztworze wyczerpie się nadmiar kwasu askorbinowego (stąd opóźnienie reakcji): 2I− + 2H+ + H2O2 → I2 + 2H2O • Wydziela się wolny jod, który natychmiast reaguje ze skrobią dając granatowo- czarne zabarwienie roztworu. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 26 • Soda używana w kuchni, to wodorowęglan sodu - NaHCO₃ (E500(ii)). Do wypieków z sodą należy dodawać coś kwaśnego, np. sok z cytryny. • Proszek do pieczenia jest mieszaniną sody z regulatorami kwasowości, np. wodorowinianem potasu (E336) czy mleczanem sodowym (E325), które w temperaturze 60oC reagują z wodorowęglanem sodu. CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H₂O • Amoniak - wodorowęglan amonu - NH4HCO3(E503(ii)) - zapewnia porowato-bąbelkową strukturę ciasta i zaczyna działać dopiero w pod wpływem wysokiej temperatury (w odróżnieniu od sody). NH4HCO3 → NH3 + H2O + CO2 • Zarówno soda, amoniak jak i proszek do pieczenia służą do spulchniania wypieków. Ich działanie oparte jest na reakcji, której efektem jest wydzielanie pęcherzyków dwutlenku węgla. • Proszek do pieczenia został wynaleziony przez Ebena Nortona Horsforda, ucznia Liebiga a Dr. Oetker, niemiecki aptekarz, jako pierwszy wpadł na pomysł sprzedawania proszku do pieczenia do celów domowych. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 27 Proszek do pieczenia a soda oczyszczona i amoniak Drożdże 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 28 • Rodzaj jednokomórkowych grzybów. • Są organizmami saprotrofitycznymi – żyją na podłożach zawierających cukry proste, przeprowadzając fermentację alkoholową, przeważnie w warunkach beztlenowych. Jest to enzymatyczna redukcja związków zawierających grupę karbonylową do drugorzędowych alkoholi z wydzieleniem CO2. • Znaczenie gospodarcze mają drożdże szlachetne wykorzystywane w przemyśle spożywczym. Lista zastosowań coli w życiu codziennym • Usuwa plamy ze smaru z ubrań oraz obić mebli. • Usuwa rdzę z wszelkich powierzchni. • Czyści spalone garnki i patelnie (wlej do nich colę i zaczekaj parę godzin). • Usuwa kamień z czajnika (wlej colę do środka i zaczekaj parę godzin). • Działa jak środek polerujący, np. do starych monet. • Usuwa gumę do żucia z włosów. Potrzymaj sklejony kosmyk w miseczce z colą przez kwadrans. Guma "odpadnie" z włosów. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 31 Niebezpieczeństwa związane z nadużywaniem coli • Sceptycy uważają, że poziom kwasowości coli (pH 2,5 - 3) jest niemal tak wysoki, jak kwasu akumulatorowego (pH <1). Oczywiście jest to pewna przesada. • Nasycona dwutlenkiem węgla oraz zawierająca kwas ortofosforowy cola powoduje utratę wapnia w kościach: 1. Napój podrażnia żołądek co zwiększa wydzielanie soków żołądkowych (pH ok. 1,5). 2. Do zobojętnienia nadmiaru kwasu zużywany jest wapń. Organizm uzupełnia braki wapnia we krwi wypłukując je z kości. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 32 • Coca-cola + mleko • Coca-cola + jajko ugotowane na twardo • Coca-cola + zardzewiałe gwoździe • Coca-cola + węgiel aktywny • Coca-cola + mentosy 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 33 Doświadczenia • Aromaty - substancje użyte w środkach spożywczych do nadania zapachu albo smaku. Są to substancje chemiczne: • naturalne - otrzymane z oryginalnych surowców roślinnych lub zwierzęcych; • identyczne z naturalnymi - otrzymane przez chemiczną syntezę, które pod względem chemicznym są identyczne z substancjami naturalnie występującymi; • syntetyczne - otrzymane na drodze syntezy chemicznej i nie posiadające chemicznie identycznych odpowiedników substancji naturalnych. • Najbardziej typowe substancje zapachowe w aromatach to: aldehyd benzoesowy (zapach migdałowy), wanilina i etylowanilina (aromat waniliowy), aldehyd decylowy (cytrusowy), izoeugenol (goździki), maślan etylu (ananas), octan izoamylu (gruszka). Większość estrów posiada aromatyczny zapach. 2013-01-15 36 Aromaty Akademia Ciekawej Chemii Misie żelowe 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 37 ksylitol • Gumisie – rodzaj żelków w formie misiów wytwarzanych głównie z żelatyny. • Do głównych składników, z których są produkowane należą: cukier, syrop kukurydziany, skrobia, kwas cytrynowy, żelatyna, pektyna, barwniki syntetyczne. • Czasami również dodawane są: kwas fumarowy, kwas mlekowy, olej słonecznikowy. • Niekiedy zawierają śladowe ilości witaminy C oraz ksylitol (pięciowęglowy alkohol polihydroksylowy, słodki w smaku obecny również w gumie do żucia ze względu na działanie przeciwpróchnicze). Sól • Sól kuchenna jest prawie czystym chlorkiem sodu, stosowany jako przyprawa i konserwant. Często wzbogacona w niewielkie ilości związków jodu (np. jodku potasu). Może zawierać przeciwzbrylacze, np. żelazocyjanek potasu E-536. • Dzienne spożycie sodu osoby dorosłej nie powinno przekraczać 2,000 mg (jest to ok. 5 g soli, czyli tyle co niepełna łyżeczka do herbaty). • Nadużywanie soli kuchennej jest jednym z czynników wpływających na powstawanie tzw. chorób cywilizacyjnych. • Wieprzowina zawiera 63 mg soli, podczas gdy bekon 1480 mg ziemniaki zawierają 7 mg a chipsy ziemniaczane 800 mg na 100 g. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 38 Smażenie • Smażenie polega na ogrzewaniu surowców roślinnych i zwierzęcych zwykle w tłuszczu o temperaturze 150-190°C, a niekiedy w syropie cukrowym. • Smażenie w tłuszczu prowadzi do utworzenia na powierzchni smażonych materiałów kruchej brunatnej skórki. Jest to wynik przebiegu procesu dekstrynizacji, karmelizacji oraz przebiegu reakcji Maillarda, czyli połączenia cukrów i białek. • Wewnątrz smażonych surowców temperatura nie przekracza 100oC, a zatem materiał ulega ugotowaniu. • Negatywnym skutkiem smażenia jest przedostawanie się do potrawy produktów rozkładu tłuszczu, a zwłaszcza akroleiny, która uważana jest za czynnik rakotwórczy. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 41 Konserwowanie • Pasteryzacja • Wędzenie • Zamrażanie • Utrwalanie przez odwodnienie (w tym liofilizacja) i zagęszczanie • Metody osmoaktywne – Utrwalanie przez zwiększenie koncentracji cukru lub soli • Metody chemiczne za pomocą kwasów organicznych lub nieorganicznych – Peklowanie i kiszenie • Promieniowanie nadfioletowe • Filtry bakteriologiczne 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 42 E !? 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 43 • Numer E – kod chemicznego dodatku do żywności, który został uznany przez instytucje Unii Europejskiej za bezpieczny i dozwolony do użycia. • 100–199 Barwniki; • 200–299 Konserwanty; • 300–399 Przeciwutleniacze i regulatory kwasowości; • 400–499 Zagęszczacze, stabilizatory i emulgatory; • 500–599 Regulatory pH i środki przeciwzbrylające (spulchniacze); • 600–699 Wzmacniacze smaku i zapachu; • 700–799 antybiotyki; • 900–999 Różne (np. woski, syntetyczne glazury, sztuczne środki słodzące i środki pianotwórcze); • 1000–1599 Dodatkowe związki chemiczne (np. rozpuszczalniki, dodatki zapachowe). You may be a chemist if you read the labels on the food packages before you purchase them, understand what they mean, and often say "I wouldn't feed that to a lab rat.“ Guest Ross Jesteś prawdopodobnie Chemikiem, jeśli czytasz etykiety na opakowaniach produktów spożywczych przed ich zakupem, rozumiesz co zawierają i często stwierdzasz, że „Nie nakarmił bym tym nawet laboratoryjnego szczura.” Guest Ross 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 46 Kuchnia molekularna • Kawior z coca coli, zupa pomidorowa w formie makaronu, sos jogurtowy zamknięty w żelowej otoczce i jajko sadzone o smaku owocowo - kokosowym, bita śmietana z mleka 0,5% w kolorze niebieskim to jedne z przykładowych potraw uzyskanych dzięki znajomości procesów chemicznych i fizycznych. • W kuchni molekularnej powszechnie używa się ciekłego azotu, aby w bardzo krótkim czasie (w temperaturze -196 °C) zamrozić produkt niepozwalając na ulotnienie się aromatów. Tworzone są pianki, gorące żele, bardzo powoli piecze się w niskiej temperaturze oraz smaży w 120 °C w wodzie, po dodaniu do niej specjalnego roślinnego cukru. • W Polsce tego rodzaju kuchnią zajmuje się kucharz znany m. in. z uzyskania jedynej w naszym kraju gwiazdki Michelin i z sędziowania w programie Top Chef - Wojciech Modest Amaro. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 47 Podsumowanie • Jak się okazuje kucharze i cukiernicy muszą znać się na chemii i fizyce, by móc zrozumieć pewne procesy zachodzące w przygotowywanych potrawach. • Warto, aby każdy z nas dostrzegł jak wiele ciekawych procesów chemiczno-fizycznych dzieje się w naszym życiu codziennym, najczęściej w kuchni. • Istnieje dzieł chemii zajmujący się technologią wytwarzania i przetwarzania żywności zwany chemią spożywczą. • Ponadto nauka pozwala w tworzeniu nowych i zaskakujących przepisów czego dowodem jest kuchnia molekularna. • Zachęcam do powtórzenia w domu lub w szkole (z zachowaniem wszelkich środków ostrożności) tych kilka prostych doświadczeń, które dziś dla Was przygotowaliśmy. 2013-01-15 Akademia Ciekawej Chemii 48