Køkkenkemi & frugtfysik Mie Thorborg og Christina Wegeberg
47
I medierne hører man ofte vendinger som �fyldt med kemi�, �farlig kemi� og �skadelig kemi�, men er kemi i virkeligheden sü farlig, og kan man overhovedet undgü det? Og har fysikken virkelig kun noget med stjerner og planeter at gøre? Eller kan fysik ogsü forklare hverdagsfÌnomener som flødeskum? Nej! De fysiske og kemiske fÌnomener, som studeres i fysik, kemi og farmaci, er overalt omkring os og inden i os! Vi har her taget udgangspunkt i fysikkens og kemiens køkkenunivers og vil give forklaringer pü hverdagsagtige observationer f.eks. gjort i køkkenet. Har du f.eks. nogensinde undret dig over, hvorfor nogle frugter og grøntsager har südan nogle flotte og unikke farver? Hvorfor mon en gin og tonic lyser skinnende blü pü diskoteket, mens den i hjemmebaren er en almindelig klar vÌske? Og hvad er det egentlig, der sker, nür Ìggehvider piskes til en skum? Karameller er ret lÌkre, men hvad er det egentlig, der sker, nür sukker eller andre madvarer brunes? Kunne du tÌnke dig at blive klogere pü gastrofysikken og -kemien, sü lÌs videre her.
2EĆŚEKÇŁIOÇ? AF LÇŠÇĄ PÇ´ ǑǤ GRÂłNǤ BLAÇ’ ,YÇĄ MEÇ’ ALÇšÇ? ANÇ’Ç Ç? FARǨEÇ BLIǨEÇ AÇŒÇŁORBEÇ EÇĽ
MENǢ GRÂłNǤ LÇŠÇĄ BLIEÇ Ç EĆŚEKTEÇ EÇĽ $ERFOÇ SEÇ VÇ– BLAÇ’EǤ SOÇ› GRÂłNÇĽ
48
Hjerneblod z 5/2016
Farvede forbindelser Lys er fotoner, der kan opføre sig som bølger. Forskellige bølgelÌngder opfattes i øjet som forskellige farver, og det hvide lys er i virkeligheden en ammensÌtning af hele det synlige spektrum (ca. 380 nm – 750 nm). Nür en genstand rammes af lys, vil den reflektere noget af det indkommende lys. Den kemiske og fysiske sammensÌtning af genstanden afgør, hvilke bølgelÌngder der kastes tilbage. Hvis bølgelÌngden af det reflekterede lys ligger inden for det synlige spektrum, vil vi observere en farve. Hvis intet af lyset absorberes, og alt udsendes igen, vil vi observere en genstand som hvid. Hvis en genstand derimod absorberer alt lyset, vil vi se genstanden som sort. Klorofyl, som er det molekyle, der giver bladene deres grønne farve, absorberer al det blü og røde lys og en smule af det orange-gule, derfor ser vi bladene som grønne, fordi det primÌrt er den bølgelÌngde, der reflekteres. Nür man kigger rundt i en frugt- og grøntafdeling i et supermarked, vil et vÌld af farver vÌre reprÌsenteret. Dette skyldes, at kemiske forbindelser i frugter og grøntsager vil reflektere det synlige lys forskelligt. De kemiske forbindelser er unikke for de forskellige frugter og grøntsager, og derfor opstür mangfoldigheden af farver i frugt- og grøntafdelingen. Grunden til at kemiske forbindelser er lysaktive er, at de indeholder dobbeltbindinger i deres kemiske strukturer. Alt efter hvor mange dobbeltbindinger der sidder i trÌk og hvilke andre grupper den kemiske forbindelse indeholder, vil forbindelsen absorbere forskellige bølgelÌngder af det indkommende lys og dermed vil den genstand, hvor forbindelsen er i, fü sin unikke farve. Müske kan en genstand eller forbindelse ikke absorbere lys fra det synlige spektrum, men ž
!BÇŁORPTIOÇ?
,YÇŁAÇŒÇŁORPTIOÇ? AF KLOÇ OFYÇ™
"ÂłLGELÂĄNGDÇ? NÇ› &IGURKILÇ’Ç? "ENǢIMONÇ’S COÇ›
derimod andre dele af det elektromagnetiske spektrum, som f.eks. UV-lys. Dette er tilfældet for tonicvand, der indeholder den UV-aktive forbindelse kinin. Når UV-lyset absorberes, vil kininmolekylet exciteres til et højere energi-stadie, dog kortvarigt. Når kinins energiniveau falder tilbage til grundtilstanden, vil der emitteres blåt lys med en bølgelængde omkring 450 nm, som er synligt. Denne proces er det, man kalder fluorescens. Hvis en tonicvand udsættes for skarpt sollys, vil man faktisk også kunne se en svag blålig farve, fordi solens stråler også indeholder UV-lys. Det er det aromatiske ringsystem, der giver stoffet sin fluorescerende egenskab. Så husk lige næste gang du nyder din gin og tonic, at det bare er kemi blandet med kvantefysik.
Grøn juice: Saft og kød fra en ananas, saften fra ¼ broccoli og fra 800 ml friske spinatblade, samt 150 ml mandelmælk. Vær forsigtig med brugen af broccoli, da det ved overbrug godt kan gå hen og give en smag af kål. Rød juice: Saften fra 160g rå rødbede, 3 søde appelsiner og 100 g hindbær. Kan eventuelt fortyndes med en smule vand. Først får man rødebedesmagen og så afrundes smagen med det søde fra appelsinerne og syrlige fra hindbærrene.
"ETAN
β-C
AǠO
Iǝ
TEǝ
Orange juice: Saften fra 6 gulerødder, 3 æbler, ½ papaja, ½ citron og skrællet ingefær (f.eks. 2 cm). Juster mængden af ingefær efter behov.
50
Hjerneblod z 5/2016
Konjugerede systemer NĂĽr man i en kemisk struktur har skiftevis enkelt- og dobbeltbindinger i trĂŚk efter hinanden, kalder man det et konjugeret system. I et konjugeret system vil elektronerne vĂŚre delokaliserede ud over hele systemet i stedet for at vĂŚre lokaliseret til de enkelte bindinger.
Klorofyl Klorofyl dÌkker over en gruppe af nÌrt beslÌgtede kemiske forbindelser, som giver mange frugter, grøntsager og for den sags skyld planter i al almindelighed deres grønne farve. Klorofyl er helt afgørende for fotosyntese, som er den proces, hvor planter omdanner energi fra solens lys til kemisk energi. Klorofyl er netop det molekyle, som absorberer solens lys i grønne planters grønkorn, hvorved kuldioxid og vand kan omdannes til kulhydrat og ilt drevet af energien fra solens lys. Klorofyl bestür af en klorin-enhed, hvor der er bundet en magnesiumion, Mg2+. Kloringruppen bestür af konjugerede dobbeltbindinger, og smü variationer i sidekÌderne vil Ìndre, hvilken bølgelÌngde af lyset som klorofylmolekylet helt prÌcist absorberer. Nür planter mister deres grønne farve, er det fordi, kloringruppen omdannes til en farveløs forbindelse. Herefter vil bladene fü mere røde og orange nuancer, som skyldes carotenoider, som bladene ogsü indeholder. Den lange upolÌre kulstofkÌde sørger for, at molekylet kan fÌstes i membranen i grønkornet. Klorofyl gür under farvestofnummeret E140. Sü tÌnk engang, at de smukke farveskift, vi ser fra grøn til orange gennem ürstiderne, er fysik og kemi.
&OTOÇŁÇŠNTEǢÇ? LÇŠS #ǃ(12Oǃ+6OĆż 6CO (2/
FYÇ™
Ç O +LO
YÇ™ ÇŠ F O Ç KLO F A Ç KTU U R T K S MIǢ
+E
Den upolĂŚre kulstofkĂŚde
+L O SOÇ› RING KO R NJ OǓǢ UÇ&#x;P UG EÇ E Ç´ Ç‘Ç EÇž
Ǥ S ǑǤ YǣT EǛ
51
Gulerodens orange farve β-caroten er den forbindelse, som er kendt for at gøre gulerødder orange, men den findes også i mange andre orange grøntsager og frugter som græskar, søde kartofler, mango, hyben og papaja, samt i andre fødevarer som lever, æg og cheddarost. β-caroten tilhører stofklassen carotenoider, som alle har den lange kæde af konjugerede dobbeltbindinger i midten af molekylet til fælles. Dobbeltbindingerne er som oftest i deres trans-konfiguration, da dette giver mere plads til sidegrupperne omkring dobbeltbindingerne end i cis-konfigurationen. I den menneskelige organisme kan β-caroten laves om til vitamin A, som blandt andet er helt essentielt for udvikling og bevarelse af vores syn. I madvarer indgår β-caroten også som et tilsætningsstof under E-nummeret: E160a.
β-CAǠOTEǝ
+ONJUGEǠEǤ SYǣTEǜ TǠANǢ KONƥGUǠATIOǝ OMKRING DOBnjELTnjINǒINGERNǏ
6ITAMIǝ ! SOǛ β-CAǠOTEǝ OǜDANNEǢ TIǙ ǖ KǠOPǟEǝ
β-C %ǞZY AǠ ME Ǥ M OTEǞ ST ONOO Ǡ FO XYǓ ŗ Ǡ E AF OMǒA NAǢǏ β-C NN A VITA ǠOTEǝ ELǢEǝ TI M ! ǖ KǠO Iǝ Ǚ PǟE ǝ
Rødbedens røde farve Betanin er det rød-violette farvestof, som er karakteristisk for rødbeder. Betanin forekommer ikke i mange andre frugter og grøntsager, det er kun fundet i nogle former for kaktusplanter. Betanin tilhører stofklassen stofk betalain og foruden betanin indeholder rødbeder også betalainen vulgaxanthin, som har en gul farve. Betanin Be er sammensat af de to aminosyrer tyrosin og lysin rød-violette farve. Grundet det samt glukose. Det konjugerede system giver den karakteristiske kar er pH-afhængig; en chirale center findes forbindelsen i to isomere former. Farven på betanin be sænkes til et 5μg/ml opløsning har en pH på 5,2 og har rødbedes rød-violette farve, hvis pH sæ mere surt miljø, vil farven på opløsningen blive mere blålig, og hvis pH hæves, vil farven blive postkasserød. Hvis pH overstiger en værdi på 7, vil opløsningen få en permanent gul farve lige meget, hvordan pH justeres efterføgende. Dette skyldes, at forbindelsen hydrolyseres. Betanin går under E-nummeret E162, og bruges til at farve madvarer som kød og vin. Vi fylder os glædeligt med det, når vi skal være sunde, men det benyttes faktisk også i kosmetik og parfumer.
52
Hjerneblod z 5/2016
'LUKOǣǏ
"ETANIǝ
4YǠOǣIǝ
ǣTEǛ
Ǥ SY
GEǠE
NJU +O
,YǣIǝ #HIǠALǤ CENTEǠ
6ULGNjXANTHIǝ
Kinin Kinin er det, der giver tonicvand sin helt karakteristiske bitre smag. I den britiske koloniseringstid af Indien brugte man tonicvand til at bekæmpe malaria, dog var kininkoncentrationen noget højere end i en tonicvand i dag, så man kan nok godt forstille sig hvilken bitter drink, man skulle indtage. Bitterheden var også grunden til, at man begyndte at blande tonicen op med gin, for i kombination med citron og sukker opnåede man en meget mere drikkelig drink. Kinin findes naturligt i kinabark, men syntetiseres ofte til brug i tonicvand.
Gin og tonic En god gin som f.eks. Hendricks eller Bulldog samt en tonicvand. Smag dig frem til et passende blandingsforhold (ca. halv halv passer vores smagsløg). Frisk drinken op med en skive agurk. Koncentrationen af kinin i Schweppes Tonic er højere sammenlignet med Harboe tonic vand, så hvis du vil opnå den bedste fluorescerende effekt, når tonicvandet udsættes for sollys, skal du gå efter en Schweppes Tonic.
+INIǝ
LIǢK ǝ K ǩ "IC CLIǒI NU QUI SYǣTEǛ
+ONJUGEǠEǤ
Iǎ 'Iǝ TON MEǒ AGURK
Bruningsproces Nür mad opvarmes, vil der ske en bruningsproces, hvor en kaskade af kemiske molekyler nedbrydes og gür i stykker til mindre molekyler, som efterfølgende kan reagere med hinanden eller vand Den specifikke bruningsproces, karamellisering, betegner den proces, der sker, nür sukker smeltes til en tyk sirup og langsomt brunes ved temperaturer over 100 °C. Sukkeret indeholder den kemiske forbindelse sukrose i sin krystalline form, som vil nedbrydes til hundredevis af mindre molekyler i en sirup. Efterhünden som sukkeret opvarmes, vil det gradvist smage mindre sødt og blive mere og mere bittert, fordi sukrosen, og dermed den søde smag herfra, nedbrydes. Endnu mere kompleks er bruningsprocessen, hvis madvaren ikke kun indeholder sukkermolekyler, men ogsü proteiner, som det eksempelvis er tilfÌldet for chokolade, kaffebønner, kød og mørk øl. Proteinerne bestür af aminosyrer, som ogsü indeholder grundstofferne kvÌlstof (N) og svovl (S) og ikke kun kulstof (C), brint (H) og ilt (O) som sukrose. Bruningsprocesser indeholdende büde sukre og aminosyrer er kendt som Maillard-reaktioner efter den franske fysiker Louis Camille Maillard, som opdagede og beskrev reaktionerne i 1910. Büde karamellisering og Maillard-reaktioner krÌver høj varme, derfor tilsÌtter man nogle gange vand, for at man kontrolleret, stille og roligt nedbryder de kemiske forbindelser, i stedet for at brÌnde dem af. Langsomt som bruningsprocessen sker, vil vandet fordampe. Nür nedbrydningen sker, vil der ofte frigives varme (exoterm nedbrydning), derfor kan det vÌre svÌrt at kontrollere, at ens sirup ikke koger over.
54
Hjerneblod z 5/2016
EÇ’ M ǢǣÇ? BLÇ? U O TÂĄ DÇ? M E A Ç? Ç’ LA GÇ AN ULCH O K O ÇĄ AF OG D LÇ? H ÇŒ # DRY Ç’Ç? M U EǤ KOLA Ç? CR O H CH LEC
Dulce de leche crumble 3dl vand og 400g kondenseret mÌlk blandes i en pande og opvarmes. Pas pü ikke at give massen en for hurtig opvarmning, da den sü vil boble over. Stille og roligt vil massen blive til en sirup, der für en brunere og brunere farve. Vi valgte at fordampe vandet helt og derved fü dannet en tør crumble, men man kan ogsü stoppe inden og fü den velkendte bløde dulce de leche. Dulce de leche crumblen er lÌkker som topping pü diverse desserter. Med sin lÌkre karamelliserede smag passer den f.eks. godt til en god chokoladekage eller -mousse.
3UKÇ OÇŁÇ?
6EÇ’ KAÇ AMEÇ™LIǢERING OÇœDANNEǢ SUKÇ OÇŁÇ? TIÇ™ Ç‘Ç? MAǢǣÇ? SIMÇ&#x;LEÇ Ç? FORBINÇ’ELǢEÇ
Ç MAÇ? .Â Ç STOƤEÇ BRUNEǢ F PÇ ONOÇ“LÇ? MEÇ Ç? KOMÇ&#x;LEKÇŁÇ? DUKTEÇ Ç’Ç“Â Ç $EǤ SKYLÇ’EǢ AǤ DEÇ IN ÇŁTOƤEÇ Ç– ĆŚEÇ Ç? FORÇŁKELÇšIGÇ? GRUNÇ’ IǢ NITÇ OÇ EAKTIONEÇž Ç‘KÇŁEMÇ&#x;ELV GEÇ? FÇ ÇŠ PÇ OTEINEÇ Ç&#x;LEÇ PÇ´ 4IÇ™ HÂłJÇ Ç? Ç‘Ç DEÇ Ç‘KÇŁEM DANNEǢ FORBINÇ’ELǢEÇ DEÇ KAÇ? KTIOÇž ǨEÇ’ Ç‘Ç? -AILÇšAÇ D Ç EA HÇŠHǨOÇ AMINOÇŁÇŠÇ EÇ OG KUL NEÇ DÇ ATEÇ SAMMEÇ? DAN GÇ? $IǢǣÇ? NOÇ“LÇ? AÇ OMATIǢKÇ? RIN EÇ FORBINÇ’ELǢEÇ FÇ EMKALÇ’ AG OG KAÇ AMELÇšENǢ LÂĄKÇ Ç? SM DUĘ‚ 55
Skum En skum, som for eksempel flødeskum eller barberskum, er et kolloidsystem. Et kolloidsystem er karakteriseret ved, at man har små dråber eller bobler af ét materiale suspenderet i et andet materiale. Kolloidsystemer er metastabile, det vil sige, at de egentlig er ustabile, men at systemet befinder sig i midlertidig ligevægt. Over tid vil de fleste kolloidsystemer derfor kollapse. Det ser man for eksempel, når boblerne i et badekar forsvinder, eller når gammel flødeskum begynder at væske. Hvis man ændrer omstændighederne, eksempelvis ved at varme på systemet eller ændre på pH-værdien, kan man få systemet til at kollapse. Et eksempel er at få mælk til at skille ved at tilsætte citronsaft. Mælk er en blanding af én type væske (mælkefedt), der er opblandet i en anden type (vand) i bittesmå dråber. I en skum har man en gas, der så at sige er blandet op i en væske. For at skummen er stabil, skal der være kræfter, der modvirker boblernes opdrift, og som forhindrer, at små bobler samles til store bobler (aggregerer) så man får et opdelt system. Flødeskum kan holde sig “skummet”, fordi det indeholder fedtmolekyler, der danner et netværk, som små luftbobler kan blive fanget i. Hvis man bliver ved med at piske fløde, begynder fedtmolekylerne dog at klumpe sammen til smør. Man kan også lave skum ved at piske æggehvider. Her er det ikke fedt, der laver et netværk, men proteiner, der bliver denatureret (foldet ud fra den form, de naturligt har), når man pisker hviderne. Når proteinerne bliver foldet ud, kommer alle de forskellige aminosyrer til at være tilgængelige. Da nogle af aminosyrerne er hydrofobe (ikke kan lide vand), øger de afstanden mellem vandmolekylerne, der så kan sprede sig ud og lave bobler. Skumprocesserne sker i kraft af, at piskningen indfører den nødvendige energi, og dette er et eksempel på, at fysik ikke kun har med planeter og stjerner at gøre. Man kan også lave skum med husblas eller lecithin. Lecithin er en fællesbetegnelse for en gruppe fedtbaserede stoffer med både hydrofile (vandelskende) og hydrofobe dele, som man kan finde i dyr og planter. Vi har brugt lecithin til at sikre, at vores soya- og wasabiskum skummede ordentligt. Kilder Biochemistry: International Edition. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer. 7th edition, Structure and properties of carotenoids in relation to function. G. Britton. The FASEB journal. 1995, 9(15), 1551-1558. Betanin – A food colorant with biological activity. T. Esatbeyoglu, A. E. Wagner, V. B. Schini-Kerth, G. Rimbach. Molecular nutrition & food research, 2015, 59(1), 36-47. McGee on Food and Cooking, an Encyclopedia of Kitchen Science, History and Culture. H. McGee, 2005. The red pigment of the root of the beet (Beta Vulgaris). G. W. Pucher, L. C. Curtis, H. B. Vickery. J. Biol. Chem. 1938, 61-70.
56
Hjerneblod z 5/2016
Trænger din sushi til en ny ven? Så prøv at lave denne nemme skum for en ny oplevelse. Lecithin kan købes på nettet, i helsekostforretninger eller måske endda i matas.
Soya- og wasabiskum: 100 ml. soya, 5g wasabi, ½ bæger æggehvider, 3 teskeer lecithin og 20g honning. Alle ingredienser piskes til en skum ved at blende kraftigt. Skummen tages fra væskefasen, efterhånden som den dannes.
57