Science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe kleurveranderend ijs werkt

Dit ijsje, genaamd Xameleon, verandert van kleur als je eraan likt. Ijservaring/HowStuffWorks

Een oude zaag onder chef-koks en foodmarketeers verkondigt dat we eerst met onze ogen eten. Of we nu de zorgvuldige samenstelling van het bord van een bistro met een Michelin-ster bewonderen of genieten van het lichtgroen van pistache-ijs, het zicht wekt net zoveel eetlust als de geur. Deze gastronomische eigenaardigheid brengt bijzondere uitdagingen met zich mee voor de leveranciers van diepvriesproducten, waarvan de in karton verpakte waren in stapels achter matglas liggen.

Als je wilt opvallen in deze ijskoude kartonnen wildernis, heb je grote merkherkenning nodig... of een behoorlijk goede gimmick. Er wordt gezegd dat de menselijke geest wordt geregeerd door gewoonte en nieuwigheid, dus als je de dodelijke greep van klanten op het eerste wilt doorbreken, kun je het beste het laatste opvoeren, of dat nu betekent dat je echt vruchtensap, glutenvrije vrijheid of een kleur- wisselende confectie.

Voedsel verandert natuurlijk al van kleur zonder onze hulp. Denk aan een banaan die rijpt in de fruitschaal op je aanrecht of een biefstuk die bruin wordt tijdens het koken. Nieuwe voedingsmiddelen die van kleur veranderen als je ze mengt of eet, kunnen deze natuurlijke processen tot een fantasievolle kunst verheffen, maar ze maken gebruik van dezelfde fundamentele eetbare chemie en voedselfysica. Er zijn ontbijtgranen die zijn ware tint onthullen nadat het in melk is ondergedompeld, evenals tandpasta's en cocktails die transparant worden bij bepaalde temperaturen of van tint veranderen in zure of alkalische omgevingen [bron:USPTO]. Sommige voedingsmiddelen zijn op andere manieren entertainend, zoals het ijs dat gloeit met behulp van door likken geactiveerde kwalleneiwitten [bron:Harris].

Het onderwerp van kleurveranderend ijs laaide op in juli 2014 toen de Spaanse natuurkundige Manuel Linares en collega's Xamaleon aankondigden, een ijsje met tutti-frutti-smaak dat drie keer van kleur verandert als het wordt gelikt. Volgens Linares heeft de truc van de traktatie te maken met temperatuurverandering en de zuren in de menselijke mond. Een snelle spray van een mysterieuze substantie die hij een 'liefdeselixir' noemt, versnelt de overgang van maagdenpalmblauw naar roze en uiteindelijk paars [bron:Yirka].

Het maken van zo'n lekkernij vereist een goed begrip van de oorzaken van kleur en kleurveranderingen in voedsel, en een talent voor moleculaire chemie kan ook geen kwaad.

Inhoud
  1. Voedselkleuring uit de natuur
  2. Kleuren conjugeren
  3. Alles over die base (en zuur)

Natuurlijke kleurstof voor levensmiddelen

Groenten en fruit krijgen hun levendige kleuren van natuurlijke pigmenten. © Ludovic Maisant/Hemis/Corbis

Om te begrijpen waarom voedingsmiddelen van kleur veranderen, is het nuttig om te weten waarom ze überhaupt kleur hebben.

Kleur verschijnt wanneer zichtbaar licht in wisselwerking staat met de kegeltjes in onze ogen, waardoor zenuwsignalen ontstaan ​​die de gezichtscentra van de hersenen interpreteren. We zien alleen licht dat binnen ons waarnemingsbereik valt (golflengten tussen 400 en 700 nanometer, of violet tot en met rood) en alleen als het wordt gebroken of gereflecteerd. Geabsorbeerd licht bereikt onze ogen nooit, maar beïnvloedt wel de kleuren die we waarnemen door bepaalde golflengten af ​​te trekken van het licht dat dat wel doet.

Planten nemen een verscheidenheid aan kleuren aan vanwege de natuurlijke pigmenten in hun cellen. Chlorofyl a , een pigment dat veel voorkomt in fotosynthetische organismen, absorbeert voornamelijk violetblauwe en roodoranje golflengten en lijkt groen tenzij het wordt gemaskeerd door andere pigmenten. Om zoveel mogelijk energie op te nemen, bevatten planten ook accessoire pigmenten die de spectrale gebieden absorberen die chlorofyl a niet absorbeert. Chlorofyl b absorbeert bijvoorbeeld roodoranje en groen licht. Andere voorbeelden van pigmenten in voedsel zijn:

  • Caroteen , onderdeel van een groep accessoire pigmenten die carotenoïden worden genoemd, geeft wortels en zoete aardappelen hun oranje tint en geeft paardenbloemen en goudsbloemen hun heldere geel.
  • Lycopeen laat tomaten, watermeloenen en rozenbottels knallen met hun karakteristieke rode tinten.
  • Anthocyanen zijn gedeeltelijk verantwoordelijk voor de diepe paarse tinten van druiven en bosbessen.

Deze pigmenten zorgen ook voor een van de meest gevierde kleurveranderingen in de natuur:de komst van de herfst. Anthocyanen liggen het hele jaar door op de loer in het bladsap van rode esdoorns, maar pas nadat het meer dominante chlorofylpigment is afgebroken, kunnen de paarse en rode tinten erdoorheen schijnen.

Maar wat bepaalt welke kleuren deze pigmenten absorberen? Het antwoord heeft te maken met hun moleculaire structuur en hun samenstelling. Lycopeen is bijvoorbeeld een isomeer van caroteen, wat betekent dat het dezelfde chemische formule heeft, maar een andere structuur. Dit structurele verschil verklaart het absorptiepatroon.

Kleuren vervoegen

De kleur van hortensia's varieert afhankelijk van de pH van de grond waarin ze zijn geplant. © Umon Fukushima/Corbis

Laten we enkele structurele eigenschappen van moleculen die de kleurabsorptie beïnvloeden eens nader bekijken, met name de rangschikking van moleculaire bindingen en ketens.

Atomen 'plakken' aan elkaar om op verschillende manieren moleculen te vormen, maar kleurabsorptie is nauw verbonden met covalente bindingen , waarin atomen elektronen delen. Enkelvoudige covalente bindingen komen voor wanneer twee atomen één paar elektronen delen; Bij dubbele bindingen zijn twee gedeelde paren betrokken. (Kun jij raden hoeveel paren een drievoudige obligatie bevat?)

Geconjugeerde moleculen bevatten ketens van afwisselende enkele en meervoudige bindingen. Hoewel ze niet de enige beslissende factor zijn, helpen deze vervoegingen bij het bepalen van de kleuren die plantenpigmenten absorberen. Langere ketens absorberen langere golflengten, zoals rood en oranje licht [bron:NBC].

Gezien deze relatie is het logisch dat een proces dat deze ketens kan verbreken, of moleculen zoals caroteen kan herschikken in isomeren zoals lycopeen, de kleur van een plant kan beïnvloeden. Eén manier waarop dit kan gebeuren is door een verandering in de zuurgraad of alkaliteit van de omgeving van het pigment, gemeten aan de hand van de pH. Neem bijvoorbeeld gesneden appels. De appelporties worden bruin omdat twee chemicaliën die normaal gesproken gescheiden worden gehouden in hun cellen, fenolen en enzymen, zich vrij kunnen vermengen met zuurstof. Maar als je citroensap op de appels knijpt, vervormt de zuurgraad de enzymen, zodat ze niet kunnen reageren met fenolen, en blijft het fruit vers [bron:Wolke].

Zuurgraad kan ook indirect de kleur van planten beïnvloeden. Hortensia's kunnen een blauwe of roze tint hebben, afhankelijk van de hoeveelheid aluminium in de bloemen:veel aluminium produceert blauwe bloemblaadjes, terwijl geen enkele roze bloemblaadjes veroorzaakt. Hoe past de zuurgraad van de bodem daarbij? Planten kunnen voedingsstoffen en andere stoffen, waaronder aluminium, beter opnemen als de pH van de bodem rond de 6 tot 6,5 ligt. In alkalische bodems blozen hortensia’s dus roze – nog een voorbeeld van de kracht van de pH om de kleur te beïnvloeden [bron:Williams].

Processen als deze bieden aanwijzingen over hoe kleurveranderingen kunnen optreden in nieuwe voedingsmiddelen, maar ze zijn eigenlijk slechts het topje van de ijsberg; sla dieper graven.

Alles over die base (en zuur)

De zuren in en de temperatuur van je mond helpen Xameleon-ijs zijn kameleon-eigenschappen te geven. © Westend61/Corbis

Voor iedereen die lakmoespapier heeft gebruikt of een zwembad heeft, mag het feit dat pH-verschillen kleurveranderingen kunnen veroorzaken geen verrassing zijn. Maar wat hebben zuurgraad en alkaliteit met kleur te maken? Het antwoord heeft wederom te maken met de moleculaire structuur van pigmenten.

De term pH staat voor ‘potentieel van waterstof’ of ‘kracht van waterstof’. Je kunt de pH zien als een logaritmische schaal die de overvloed of het gebrek aan waterstofionen beschrijft. Zure oplossingen hebben een overmaat aan waterstofionen en een pH lager dan 7, terwijl alkalische oplossingen, ook wel basen genoemd, , een overmaat aan hydroxide-ionen hebben en een pH groter dan 7.

Hierdoor hebben basen de neiging waterstofionen van pigmenten af ​​te rukken, waardoor de moleculen in een structurele opstelling worden gedwongen die hun absorptiepatronen en bijgevolg hun kleuren verandert. Zure oplossingen, met hun overvloed aan waterstofionen, hebben geen gestolen elektronen nodig en hebben een zwakke interactie met pigmenten. Zuurgekleurde kleuren blijven, in tegenstelling tot zuurgewassen jeans, meestal onveranderd.

Onze oude vrienden, de anthocyanen, zijn uitstekende voorbeelden van pH-gecontroleerde pigmenten. De meeste anthocyanen zien er rood uit in zuur sap, maar worden blauw in alkalische oplossingen. In een neutrale omgeving zijn ze violet. Hetzelfde pigment dat verantwoordelijk is voor het rood van rozen en dahlia's kan dus het blauw van korenbloemen opleveren [bron:Encyclopedia Britannica]. Dat is veel indrukwekkender dan die van kleur veranderende T-shirts die in de jaren '90 werden verkocht.

Verschillende patentaanvragen voor kleurveranderende voedingsmiddelen maken gebruik van de wonderbaarlijke chromatische krachten van pH. Eén patent beschrijft een "bevroren dessertnieuwigheid die van kleur verandert" via pH-veranderingen. De traktatie bestaat uit twee zones:de ene bevat een stof met een lage pH-waarde, gekleurd met een pH-gevoelig pigment, en de andere bevat een stof met een hoge pH-waarde, die al dan niet een pH-gevoelige kleurstof bevat. Wanneer de twee delen door roeren, likken of wervelen worden gemengd, zorgt de pH-verschuiving ervoor dat de kleur verandert.

Deze aanpak biedt een mogelijke (en volledig speculatieve) verklaring voor Xamaleon-ijs. Het is een aantrekkelijke, omdat de betrokken kleurveranderingen hetzelfde spectrum bestrijken als anthocyanen, die wetenschappers de bijnaam 'plantaardige kameleon' hebben gegeven. Toeval?

Linares, de uitvinder van Xameleon, gaf aan de pers toe dat de verandering plaatsvindt als gevolg van zuren in de menselijke mond en temperatuur, wat een effect heeft op de kleurrijkdom van sommige anthocyanen. Het is ook mogelijk om kleurloze oplossingen te bereiden die anthocyanen bevatten en hun kleur te activeren door de juiste chemicaliën toe te voegen, wat de noodzakelijke 'liefdeselixir'-spritz zou kunnen verklaren [bronnen:Heines; Yirka].

Of niet. Als er één les uit dit alles kan worden getrokken, is het dat de chemie te veel kleurgerelateerde trucs biedt om aan te nemen dat we de primeur hebben over het geheim van Linares. Maar een beetje leunstoelchemie zorgt voor een goed gesprek tussen de likjes tuttifrutti door.

Veel meer informatie

Noot van de auteur:hoe kleurveranderend ijs werkt

Het onderzoek naar dit artikel wakkerde mijn interesse in kleurperceptie nog meer aan dan het nu beruchte "is het blauw of is het wit?" kleden op internet. Het is een onderwerp waarvan iedereen denkt dat ze het begrijpen, totdat ze er onderzoek naar gaan doen. Maar het wakkerde ook opnieuw de belangstelling aan voor de rijke geschiedenis van pigmenten, een geschiedenis die zowel werd gedomineerd door een gelukkig toeval als door een zorgvuldige chemie, waarin monopolies op bepaalde kleuren fortuinen konden opleveren.

Gerelateerde artikelen

  • Hoe ijs werkt
  • Wat is het verschil tussen ijs en gelato?
  • Waarom is de lucht blauw?
  • Hoe moleculaire gastronomie werkt
  • Hoe voedselproevers werken

Bronnen

  • Samengestelde rente. "De kleuren en chemie van pH-indicatoren." 4 april 2014. (26 maart 2015) http://www.compoundchem.com/2014/04/04/the-colours-chemistry-of-ph-indicators/
  • Encyclopedie Britannica. "Caroteen." (25 maart 2015) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/96611/carotene
  • Encyclopedie Britannica. "Kleur." (25 maart 2015) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/126546/coloration/25389/Polycyclic-quinones#toc25392
  • Encyclopedie Britannica. "Lycopeen." (25 maart 2015) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/352572/lycopene
  • Farabee, MJ "Fotosynthese." Estrella Mountain Community College. 2007. (27 maart 2015) http://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookPS.html
  • Hardinger, Steve. "Vervoeging en kleur!" Afdeling Scheikunde en Biochemie, Universiteit van Californië, Los Angeles. http://www.chem.ucla.edu/harding/ec_tutorials/tutorial21.pdf
  • Harris, Jenn. "Glow-in-the-dark kwallenijs - voor $ 225 mag je een primeur hebben." Los Angeles Times. 6 november 2013. (25 maart 2015) http://www.latimes.com/food/dailydish/la-dd-jellyfish-ice-cream-20131106-story.html
  • Harris, Jenn. "Er is een Viagra-ijsje, en het is blauw." Los Angeles Times. 15 april 2014. (25 maart 2015) http://www.latimes.com/food/dailydish/la-dd-viagra-ice-cream-blue-20140415-story.html
  • Heines, Virginia. "De Plantaardige Kameleons." Tijdschrift voor Chemisch Onderwijs. Vol. 49, nee. 9. Pagina 605. September 1972.
  • NBC Leer. "Chemie van kleur:bloemen." 6 mei 2011. (18 maart 2015) https://www.nbclearn.com/portal/site/learn/chemistry-now/chemistry-of-color
  • Potter, Norman N. en Joseph H. Hotchkiss. "Voedingswetenschap." Springer wetenschap + zakelijke media. 1998.
  • Shakhashiri, Bassam Z. "De chemie van herfstkleuren." Universiteit van Wisconsin-Madison. (27 maart 2015) http://scifun.chem.wisc.edu/chemweek/fallcolr/fallcolr.html
  • Patent- en Merkenbureau van de Verenigde Staten. "Amerikaans octrooi 6.231.901:Nieuwigheid in bevroren desserts die van kleur verandert." 15 mei 2001. (25 maart 2015) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=/netahtml/PTO/search-bool.html&r=1&f=G&l=50&d=PALL&RefSrch=ja&Query=PN/6231901
  • VS Octrooi- en Merkenbureau. "Amerikaans octrooi 4.853.235:Kleurveranderende granen en snoepgoed." 1 augustus 1989. (25 maart 2015) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=/netahtml/PTO/search-bool.html&r=1&f=G&l =50&d=PALL&RefSrch=ja&Query=PN/4853235
  • Williams, Tripp. "Hortensia bloeit van kleur op basis van de pH-waarde van de bodem." 20 september 2012. (26 maart 2015) http://www.caes.uga.edu/applications/gafaces/?public=viewStory&pk_id=4542
  • Wolke, Robert L. "Citroensap houdt het bruin weg." De Washingtonpost. 4 januari 2006. (26 maart 2015) http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2006/01/03/AR2006010300344.html
  • Yirka, Bob. "Natuurkundige maakt ijs dat van kleur verandert als het wordt gelikt." Phys.org. 30 juli 2014. (18 maart 2015) http://phys.org/news/2014-07-physicist-ice-cream.html



Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Flagella: soorten, functie en structuur
  2. Genoomanalyse van vroege plantenafstamming werpt licht op hoe planten leerden te gedijen op het land
  3. Welke populatiestructuren maximaliseren de evolutionaire fitheid?
  4. Wat zijn dromen?
  5. Drie artikelen helpen de code van co-enzym Q-biosynthese te kraken
  6. Het stellen van minimumdoelen voor natuurbehoud sluit herstel en ecosysteembeheer uit, betoogt de onderzoeker
  7. De vogels van een meedogenloos paradijs
  8. Hoe hoge bomen suikers verplaatsen
  9. Hoe klimaatverandering planten zal beïnvloeden

Wetenschap