Po napisaniu o tworzeniu własnych ekstraktów (wanilia & pomarańczowy/cytrynowy) i jak ich używać nadszedł czas, aby zacząć mówić bardziej hard core science. Czym jest ekstrakcja z perspektywy chemików? Czy jest coś, co możemy tu obliczyć?
zainteresowanie nauką o żywności jest jednym z moich celów bloga., Dlatego staram się pisać posty na różnych poziomach, stąd poprzednie posty na temat tworzenia i korzystania z wyciągów. Ten bardziej dogłębny post jest dla tych, którzy są gotowi na kolejny krok w nauce o żywności!
kiedy używamy ekstrakcji?
wyobraź sobie, że masz pomarańczę i chciałbyś użyć składników smakowych w skórce tej pomarańczy. Jednak nie chcesz ich używać tylko dzisiaj. Zamiast tego, chcesz użyć trochę teraz, a reszta kilka tygodni później. Ta pomarańcza nie utrzyma się tak długo., Możesz kupić nową pomarańczę za każdym razem, gdy jej potrzebujesz, ale możesz również spróbować wyjąć składniki smakowe i je przechowywać. Podczas gdy pomarańcza może się zepsuć, te „ekstrahowane” składniki smakowe nie.
właśnie wtedy należy użyć ekstrakcji. Innym przykładem ekstrakcji jest herbata. Podczas przygotowywania herbaty wyciągasz aromaty i inne składniki herbaty z liści herbaty. Nie pijesz samych liści herbaty, ale nadal ją smakujesz!
Co to jest ekstrakcja?
ekstrakcja jest przykładem techniki separacji. Może podzielić dwa składniki, oddzielić je od siebie.
wyobraź sobie, że masz mieszankę składników A i B (na przykład skórkę pomarańczową (A) ze smakami w środku (B) lub waniliową fasolkę (B) ze smakiem waniliowym (a)). Chcielibyśmy usunąć B z A. Jednak A i B są bardzo dobrze wymieszane, nie możemy czekać, aż B się ustatkuje, ani czekać, aż A wyparuje. W ekstrakcji B jest usuwany z A przez dodanie trzeciego kompentu C (rum w przypadku ekstraktów z pomarańczy i wanilii)., Ten trzeci składnik „wyciągnie” B z A.
powodem tego jest to, że b rozpuszcza się (lepiej) w C, podczas gdy może nie rozpuszczać się w A lub znacznie gorzej. Zastosujmy to jeszcze raz do pomarańczy: cząsteczki smakowe dobrze rozpuszczają się w rumie (alkoholu), w którym znajduje się skórka pomarańczowa. W rezultacie usiądą w rumie i pozostawią samą skórkę.
kiedy stosować ekstrakcję?
istnieje wiele różnych technik separacji. Niektóre techniki (takie jak destylacja) wykorzystują ciepło do oddzielenia dwóch składników., Z powodu ciepła jeden ze składników odparuje, podczas gdy drugi pozostanie z tyłu.
Jeśli jednak twoje składniki są wrażliwe na ciepło, destylacja nie jest odpowiednia. W wielu przypadkach ekstrakcja jest dobrą alternatywą. Ponieważ wiele składników żywności (zwłaszcza aromatów) jest wrażliwych na ciepło, ekstrakcja jest dość często stosowana w przemyśle spożywczym. Aby ekstrakcja zadziałała, powinieneś mieć dostępny składnik, który jest dobry w „wyciąganiu” cząsteczek, których szukasz.,
rodzaje ekstrakcji
istnieją różne rodzaje ekstrakcji, z których dwa główne to ekstrakcja ciecz-ciecz i ciecz-ciało stałe.
w ekstrakcji ciecz-ciecz składnik, który chcesz przenieść (zwany tutaj roztworem i nazwany B w poprzednim wyjaśnieniu) znajduje się w cieczy (A). B musi być ekstrahowany do innej cieczy (C). Podczas ekstrakcji rozpuszczona substancja przemieszcza się z cieczy do cieczy. Bardzo ważne w ekstrakcji ciecz-ciecz jest to, że obie ciecze nie rozpuszczają się w sobie. Jeśli płyny rozpuszczą się w sobie, nie będą w stanie ponownie się rozdzielić., Innymi słowy, skończysz z mieszanką 3 składników, zamiast oddzielać je dalej.
jak można się domyślić po nazwie, w ekstrakcji ciecz-ciało stałe substancja rozpuszczona będzie musiała podróżować z ciała stałego do cieczy (lub odwrotnie). Oba procesy są stosowane w żywności, ale skupimy się na ekstrakcji ciecz-ciecz, ponieważ można ją nieco uprościć.
teoria ekstrakcji ciecz-ciecz
ekstrakcja ciecz-ciecz nie jest stosowana tylko w żywności. Jest to bardzo duży temat w chemii analitycznej., Chemicy analityczni często używają ekstrakcji do izolowania lub zagęszczania składnika, dzięki czemu łatwiej jest go analizować. Istnieje sporo teorii na temat ekstrakcji ciecz-ciecz, więc zagłębimy się w ten temat nieco głębiej.,
najłatwiej jest wyjaśnić ekstrakcję w najprostszym możliwym systemie, ponownie używając tego samego kodowania i obrazka pokazanego poniżej:
- Liquid A
- Liquid B (nie rozpuszcza się w A i nie miesza się)
- Solute s (gwiazdy na zdjęciach poniżej)
współczynnik podziału
jak widać na powyższym obrazku, proces ekstrakcji nie był zbyt wydajny. Tylko połowa gwiazd faktycznie przeniosła się z A do B! Wolelibyśmy jednak więcej niż połowę.,
ilość rozpuszczonej S, która przejdzie do drugiej fazy, można opisać za pomocą partycji (K). K opisuje stosunek stężenia S W A vs. że w B na końcu ekstrakcji:
k ≈ / lub B / a
w powyższym przykładzie stężenie S jest równe zarówno w A i B na końcu procesu ekstrakcji. Daje to wartość K równą 1. W poniższym przykładzie można zobaczyć różne wartości reprezentowane przez K.,
ponieważ chcemy wyodrębnić jak najwięcej S Z A, Jak to możliwe, szukamy B, która ma bardzo wysoką wartość K podczas ekstrakcji z A. każda kombinacja rozpuszczalników i rozpuszczonej substancji ma inną wartość K i jest pod wpływem wszystkich trzech składników. Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej podobne są A i B, tym bliżej wartości K do jedynki, ponieważ rozpuszczony nie zobaczy różnicy.
Współczynnik podziału i czas
Współczynnik podziału opisuje tzw. „równowagę”., Innymi słowy, jest to stan końcowy mieszanina dotrze w czasie. Jednak dotarcie tam może trochę potrwać.
przyspieszenie ekstrakcji przez potrząsanie na przykład nie wpływa na współczynnik podziału. W końcu stosunek stężeń będzie taki sam.
Współczynnik podziału i pH
To powiedziawszy, na współczynnik podziału mogą mieć wpływ inne czynniki, takie jak wartość pH (kwasowość). Przy innym pH substancja rozpuszczalna może wolą siedzieć w innym rozpuszczalniku.,
wybór rozpuszczalników w ekstrakcji płynnej
aby ekstrakcja ciecz-ciecz odniosła sukces, ważne jest, aby rozpuszczalniki zostały dobrze dobrane. Jak już wcześniej omówiliśmy, rozpuszczalniki A i B nie powinny się dobrze mieszać ani rozpuszczać w sobie. Zamiast tego powinny się łatwo rozdzielić.
należy również upewnić się, że wartość K dla procesu jest odpowiednia. Upewnij się, że substancja rozpuszczona woli siedzieć w rozpuszczalniku, którego używasz do ekstrakcji.
ekstrakcja ciało stałe-ciecz
dla ekstrakcji ciało stałe-ciecz Zasady ekstrakcji są takie same., Substancja rozpuszczona, którą próbujesz wyodrębnić, woli siedzieć w drugim komponencie. Jednak w tym przypadku nie można potrząsnąć dwoma składnikami, nie będą się mieszać.
tak więc zamiast Potrząsać, na ogół spróbujesz przeciąć fazę stałą na mniejsze kawałki. Mniejsze powierzchnie powodują większą powierzchnię, po której rozpuszczona może podróżować.
ekstrakcja& żywność
w chemii analitycznej chemik może szukać bardzo specyficznej cząsteczki do ekstrakcji. Wybierając odpowiednie rozpuszczalniki, stężenia i czas będą w stanie wyodrębnić cząsteczkę., Może to wymagać kilku ekstrakcji z rzędu. Jeśli wyjmiesz 60% z każdej ekstrakcji, będziesz nadal ekstrahować cząsteczki, ale zajmie to trochę czasu, zanim wyekstrahujesz 95%.
w jedzeniu sprawy są jeszcze bardziej skomplikowane. Często istnieje wiele różnych cząsteczek, które chcesz wyodrębnić(pomyśl o herbacie i wanilii na przykład). Każdy z nich będzie miał inną rozpuszczalność w cieczach i ciałach stałych, których używasz. Podczas gdy jeden składnik może być ekstrakt bardzo łatwo, w innych, może to trwać znacznie dłużej lub nawet nigdy w pełni wyodrębnić.,
inną kwestią jest stosunkowo ograniczony wybór rozpuszczalników do ekstrakcji. Rozpuszczalniki muszą być zazwyczaj przeznaczone do spożycia, czyli nadające się do spożycia przez ludzi. Ogranicza to szeroką spiżarnię, z której analitycy mają do wyboru.
wykorzystując swoją wiedzę
teraz, gdy już wiesz, czym jest ekstrakcja, możesz zacząć ekstrakcję samodzielnie! Wypróbuj ekstrakt z wanilii lub skórki pomarańczowej. Zastanawiasz się dlaczego skórka pomarańczowa, a nie sok pomarańczowy?
powodzenia! A jeśli są jakieś pytania, daj mi znać : -)!