Kemičar u kući (#19): kuhanje je emulgiranje

U serijalu „Kemičar u kući“ objavljujemo kemijske zanimljivosti iz svakodnevnog života. Želimo vam pokazati kako znanje kemije može svakome, pa i ne-kemičaru, pomoći u svakodnevnom životu.

Nenad Raos nedjelja, 1. studenog 2020. u 06:00

Riječi „bilirubin“ i „biliverdin“ djeluju, što bi se starinski reklo, gospodski. Očito je riječ o nečem skupom, recimo draguljima. Onaj tko zna latinski ili talijanski pomislit će da se iza tih riječi krije nešto crveno (lat. ruber – crven) i zeleno (lat. viridis – zelen), pa se stoga radi ili o crvenom (rubin!) i zelenom dragom kamenu (da nije neka vrsta smaragda?).  Ili je riječ o bojama za hranu ili tekstil? No, varate se. Riječ je o bojama, ali žučnim bojama – dakle bojama koje luči naša jetra – a koje u punom sjaju možemo vidjeti u boji izmeta.

No te dvije boje nije jedino što luči naša jetra u želudac i dvanaesnik. Kad pogledamo sastav žuči, one iz žučnog mjehura, u njoj nalazimo 6 % soli žučnih kiselina i 0,3 %  lecitina. Lecitini su, kaže definicija, proteini bez enzimske aktivnosti koji specifično vežu ugljikohidrate. Ima ih i u žumanjku jajeta. A žučne kiseline? One, a ima ih četiri, strukturom sliče kolesterolu, kojeg također ima u žuči (0,3 – 0,9 %). No ono što sam kao kemičar odmah potražio u njihovoj formuli bile su atomske skupine koje sadržavaju atome kisika i dušik, a nadasve za te dva atoma vezane atome vodika. To sam učinio zato jer znam da žučne kiseline, ili točnije njihove soli, služe – uz druge funkcije – kao emulgatori.

Da bi neka tvar bila emulgator, u tome je jasna kemijska teorija, ona mora imati amfifilične molekule. Iza te teške riječi, amfifiličan, krije se jednostavna činjenica da molekula mora imati dva dijela: prvi dio molekule je hidrofoban (ili lipofilan), dakle topljiv u mastima, a drugi dio molekule je hidrofilan, topljiv u vodi. Jasno je da će dio molekule žučnih kiselina koji sliči kolesterolu (steroidna, ugljikovodična jezgra!) biti topljiv u mastima, a dio molekule koji sadržava kiselinsku, karboksilu skupinu (-COOH) topljiv u vodi. Tvari s takvim, amfifiličnim molekulama zovemo i površinski aktivnim tvarima, no i detergentima – aktivnim tvarima u deterdžentima i sapunima.

I evo nas u kuhinji: takve, površinki aktivne tvari ne služe samo za pranje posuđa, one se ne nalaze samo u boci tekućeg deterdženta uz sudoper ili u kutiji bijelog praška za perilice ispod sudopera, nego i u hrani koju jedemo, a još više u dodacima hrani koju pripremamo. No peremo li njima ili ih jedemo, takve tvari – emulgatori – djeluju na istom principu, principu stabiliziranja emulzija.

Napravimo jednostavan pokus. Pomiješajmo malo ulja s vodom. Nakon mućkanja nećemo dugo čekati da se ulje razdvoji. No ako dodamo koju kap deterdženta, emulgatora, naše će se kapljice ostati trajno raspršene u vodi.  Nastat će emulzija, i to stabilna emulzija.

Molekule emulgatora se za kapljice ulja raspršene u vodi vezati tako da hidrofobni dio molekule bude okrenut prema ulju, a hidrofilni dio prema vodi. Zahvaljujući takvom položaju molekula, kapljice ulja će nositi električni naboj, u slučaju sapuna (soli masnih kiselina) i soli žučnih kiselina negativan naboj (-COO-). Naboj na kapljicama će sprječavati njihovo udruživanje. Istoimeni naboji se odbijaju, zar ne?

Kad to znamo, lako ćemo shvatiti zašto se neke kuhinje stalno vrte oko istih namirnica: francuska kuhinja ne može bez jaja, a skandinavska bez mlijeka i maslaca. (Fran Bubanović, naš prvi popularizator kemije, čak je iznio hipotezu da su Skandinavci jako umni i smireni jer jedu mnogo maslaca – koji je dobar za mozak.) Iza svih tih namirnica kriju se emulgatori: lecitin u jajima, a mliječni proteini (albumini) u vrhnju i maslacu. Jeste li kad radili majonezu? U stučene žumanjke u koje je dodano malo octa ili limunova soka, polako se dodaje, uz oštro miješanje, ulje. Nastaje emulzija, ali ne emulzija ulja u vodi, nego emulzija vode u ulju. Ocat služi tome da bi molekule emulgatora, lecitina, nosile električni naboj. (S molekulama proteina, dakle i lecitina, je malo kompliciranije, jer one sadržavaju mnogo funkcijskih skupina koja svaka disocira na sebi svojstvenoj vrijednosti pH, pa molekula bjelančevine – ovisno o kiselosti – može biti pozitivno ili negativno nabijena, a pri određenoj kiselosti ne nositi nikakav ukupni naboj.)

No to je već teška kemija. Ono što nas međutim zanima u kuhinji je da zahvaljujući emulgiranju hrana postaje mekanija, rahlija, probavljivija – jer emulgatori u pripremi jela služe da olakšaju posao emulgatorima u želucu, žučnim kiselinama. Na kraju treba reći i da je prva hrana, mlijeko, također emulzija. U njemu su masti emulgirane albuminima. Zato se mlijeko lako probavlja, naravno uz uvjet da ne pripadamo skupini ljudi koji ne mogu razgraditi mliječni šećer, laktozu. Za takve su biljna mlijeka, od soje ili badema, koja su također emulzije.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu te, naravno, Bug online. Autor je više stručnih  i 13 znanstveno-popularnih knjiga, među njima i knjige  „Deset kemijskih pokusa koji su promijenili svijet“ koja je izišla 2000. godine kao prošireni katalog istoimene izložbe u zagrebačkom Tehničkom muzeju Nikola Tesla. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.