Χρήση χημικών συνθέσεων για την περιγραφή των τροφίμων

Όλα τα τρόφιμα αποτελούνται από αμέτρητα διαφορετικά μόρια. Είτε είναι τα μόρια που δίνουν στην κανέλα τη χαρακτηριστική γεύση της, είτε αυτά που χρωματίζουν το πορτοκαλί, ναι, πορτοκαλί. Απλώς υπάρχουν πάρα πολλά για να μετρηθούν και η μελέτη τους μπορεί να φαίνεται τρομακτική.

Τα μόρια μπορεί να έχουν σύνθετα ονόματα, όπως κινναμαλδεΰδη, ή β-καροτένιο, ασκορβικό οξύ ή σακχαρόζη. Αυτό δεν διευκολύνει πάντα την κατανόηση του τι κάνουν. Για να μελετήσουμε αποτελεσματικότερα αυτά τα δομικά στοιχεία, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε χημικούς τύπους. Αυτοί οι απλοί τύποι καθιστούν εύκολη την περιγραφή και τη σύγκριση των μορίων που συνθέτουν τα τρόφιμα.

Τα μόρια αποτελούνται από άτομα (στοιχεία)

Τα μόρια είναι χημικές δομές που αποτελούνται από ακόμη μικρότερα δομικά στοιχεία:άτομα. Θα μπορούσατε να το συγκρίνετε με τα Lego:ένα άτομο είναι ένα τούβλο lego, ενώ ένα μόριο είναι η δομή που δημιουργείται από τη συναρμολόγηση πολλών τούβλων (τουλάχιστον δύο).

Τα μόρια μπορεί να είναι μικρά, αποτελούμενα από δύο άτομα. Αλλά τα τρόφιμα περιέχουν επίσης πολλά μόρια που αποτελούνται από εκατοντάδες, αν όχι περισσότερα, άτομα συνδεδεμένα μεταξύ τους.

Επιλέξτε τον αριθμό των διαθέσιμων στοιχείων

Σε αυτόν τον κόσμο, υπάρχουν λίγο περισσότερα από 100 διαφορετικά άτομα ή στοιχεία όπως αναφέρονται. Όλα τα γνωστά στοιχεία χωρούν στον περιοδικό πίνακα. Εάν έχετε παρακολουθήσει ποτέ ένα μάθημα χημείας, πιθανότατα έχετε συναντήσει τον περιοδικό πίνακα κάποια στιγμή. Στα τρόφιμα, μόνο μια μικρή ομάδα στοιχείων αποτελεί τη συντριπτική πλειοψηφία των «δομικών στοιχείων» στα μόρια των τροφίμων:

• υδρογόνο (Η)
• άνθρακας (C)
• οξυγόνο (Ο)
• άζωτο (Ν)

Τα γράμματα που δίνονται πίσω από κάθε στοιχείο είναι οι συντομογραφίες που χρησιμοποιούνται για να δηλώσουν αυτό το στοιχείο. Κάθε στοιχείο έχει μια τέτοια συντομογραφία. Οι περισσότερες συντομογραφίες έχουν μόνο ένα ή δύο γράμματα. Μερικά άλλα παραδείγματα που βρίσκονται συνήθως στα τρόφιμα είναι:

• νάτριο (Na)
• χλωρίδιο (Cl)
• φώσφορος (P)
• ασβέστιο (Ca)

Χημικές φόρμουλες στα τρόφιμα

Για να ξεκινήσετε να συγκρίνετε διαφορετικά μόρια στα τρόφιμα, είναι σημαντικό να γνωρίζετε από ποια στοιχεία αποτελούνται. Εδώ μπαίνουν στο παιχνίδι οι χημικοί τύποι. Κάθε μόριο μπορεί να εκφραστεί με έναν τέτοιο τύπο* και θα σας πει ακριβώς από ποια στοιχεία αποτελείται. Ένας χημικός τύπος είναι η «λίστα συστατικών» του μορίου σας.

Για να γράψει έναν χημικό τύπο, ένας χημικός θα αξιολογήσει πρώτα ποια στοιχεία υπάρχουν. Στη συνέχεια, θα μετρήσουν πόσοι από το καθένα είναι παρόντες. Οι συντομογραφίες κάθε στοιχείου παρατίθενται η μία δίπλα στην άλλη και χρησιμοποιώντας έναν αριθμό ως δείκτη, δίνεται ο αριθμός ενός τέτοιου στοιχείου σε ένα μόριο.

Ας δούμε μερικά παραδείγματα:

• Νερό, ένα από τα πιο κοινά συστατικά στα τρόφιμα!
  • Ένα μόριο νερού αποτελείται από 2 άτομα υδρογόνου (H) και 1 άτομο οξυγόνου (O)
  • Χημικός τύπος για το νερό:H₂ O
• Ασκορβικό οξύ (άλλο όνομα για τη βιταμίνη C)
  • Αποτελείται από 6 άτομα άνθρακα (C), 8 άτομα υδρογόνου (Η) και 6 άτομα οξυγόνου (O)
  • Χημικός τύπος:C₆ H₈ O₆
• β-καροτίνη (υπεύθυνη για το χρώμα στα καρότα)
  • Αποτελείται από 40 άτομα C και 56 άτομα υδρογόνου
  • Χημικός τύπος:C₄₀ H₅₆

Εμφάνιση ομοειδών

Οι χημικοί τύποι παρέχουν γρήγορα μια ιδέα για το είδος του μορίου από το οποίο αποτελείται ένα τρόφιμο. Ως εκ τούτου, μπορεί να σας βοηθήσει να ταξινομήσετε και να ομαδοποιήσετε μόρια με παρόμοια δομή. Αυτό είναι χρήσιμο αφού τα μόρια με παρόμοιες δομές έχουν συχνά ορισμένες κοινές ιδιότητες. Για παράδειγμα, μπορεί να συμβάλλουν στις γεύσεις, να συμμετέχουν σε ορισμένες χημικές αντιδράσεις ή να λιώνουν σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.

Ένα καλό παράδειγμα αυτού είναι μια ομάδα μορίων που ονομάζονται υδατάνθρακες. Τα μόρια που αναφέρονται παρακάτω είναι όλα υδατάνθρακες. Οι χημικοί τύποι τους είναι πολύ παρόμοιοι.

• Γλυκόζη – C₆ H₁₂ O₆
• Σακχαρόζη (τυπική ζάχαρη) – C₁₂ H₂₂ O₁₁
• Λακτόζη – C₁₂ H₂₂ O₁₁
• Άμυλο (μέρος από αλεύρι):(C₆ H₁₀ O₅ )_n (το n υποδηλώνει ότι μπορεί να είναι μια μακριά αλυσίδα αυτών των ομάδων μορίων)

Μην πεις την πλήρη ιστορία

Στη λίστα των υδατανθράκων μπορεί να έχετε επίσης παρατηρήσει ένα μειονέκτημα της χρήσης μόνο χημικών τύπων για την περιγραφή των μορίων. Δεν λένε την πλήρη ιστορία.

Η σακχαρόζη και η λακτόζη έχουν τον ίδιο χημικό τύπο. Όμως, δεν είναι τα ίδια μόρια. Τα μεμονωμένα άτομα συνδέονται με διαφορετικό τρόπο και στα δύο μόρια, με αποτέλεσμα διαφορετική δομή. Με άλλα λόγια, μια χημική φόρμουλα περιέχει μόνο τη λίστα των συστατικών. Όμως, χάνει τις «οδηγίες» μιας συνταγής.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι χημικοί θα χρησιμοποιήσουν δομικούς τύπους.

Προσθήκη επιπλέον λεπτομέρειας

Σε ορισμένα μόρια, ο τρόπος με τον οποίο συνδέονται ορισμένες ομάδες ατόμων είναι καθοριστικός για το πώς συμπεριφέρονται. Αυτές οι συγκεκριμένες ομάδες μπορεί να καθορίσουν εάν ένα μόριο θα αντιδράσει υπό ορισμένες συνθήκες, για παράδειγμα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο χημικός τύπος μπορεί να γραφτεί λίγο διαφορετικά για να τονίσει τη συγκεκριμένη ομάδα. Αυτός είναι ένας τρόπος για να ξεπεραστεί η έλλειψη δομικής γνώσης ενός μορίου.

Δύο κοινές ομάδες στα τρόφιμα που μπορεί να συναντήσετε είναι -COOH και -NH₂ . Το πρώτο, -COOH που ονομάζεται επίσης καρβοξυλικό οξύ, είναι ένα οξύ. Το τελευταίο, -NH₃ , είναι μια αμινομάδα και κρίσιμη για τις πρωτεΐνες.

Μερικά παραδείγματα για το πώς μπορεί να φαίνεται:

• Οξικό οξύ (κάνει το ξύδι όξινο):
  • C₂ H₄ O₂ – ο τυπικός τρόπος
  • CH₃ COOH – αυτό σας λέει λίγα περισσότερα για το πώς συναρμολογείται
• Γλυκίνη (ένα βασικό αμινοξύ, ένα βασικό δομικό στοιχείο πρωτεϊνών)
  • C₂ H₅ ΟΧΙ₂
  • NH₂ ‐CH₂ ‐COOH – δείχνει ξεκάθαρα αυτές τις δύο κρίσιμες ομάδες
• Λινολεϊκό οξύ (λιπαρό οξύ, συστατικό πολλών λιπών και ελαίων)
  • C₁₈ H₃₂ O₂
  • C₁₇ H₃₁ COOH

Πολύ μεγάλο για εγγραφή

Μερικά μεγάλα μόρια, όπως το άμυλο, μπορούν ακόμα να έχουν έναν αρκετά απλό χημικό τύπο. Ωστόσο, υπάρχουν επίσης μεγάλα μόρια που είναι πολύ μεγάλα και πολύπλοκα για να καταγραφούν με αυτόν τον τρόπο. Σε αυτές τις περιπτώσεις ένας χημικός τύπος δεν είναι πλέον χρήσιμο εργαλείο. Στα τρόφιμα, οι περισσότερες πρωτεΐνες είναι πολύ περίπλοκες για να καταγραφούν με αυτόν τον τρόπο.

Το σημείο εκκίνησης της χημείας των τροφίμων

Φυσικά, οι χημικοί τύποι είναι μόνο η αρχή! Σχεδόν κάθε τρόφιμο αποτελείται από πολλά διαφορετικά μόρια, με το καθένα τη δική του χημική φόρμουλα. Το επόμενο είναι να κατανοήσετε πώς αυτά τα μόρια αλληλεπιδρούν και επηρεάζουν το φαγητό σας. Όλα αυτά είναι ακριβώς αυτό που κάνουν οι χημικοί τροφίμων καθημερινά.

Η κατανόηση και η γνώση των χημικών τύπων είναι το σημείο εκκίνησης για την κατανόηση της χημείας του φαγητού σας. Η πολλή χημεία ξεκινά με το να ξέρεις από τι αποτελείται το φαγητό σου. Οι χημικοί τύποι σας βοηθούν να κατανοήσετε τι είναι πραγματικά οι υδατάνθρακες, τα λίπη και οι πρωτεΐνες. Θα σας βοηθήσουν να κατανοήσετε την επιστήμη πίσω από τη γεύση και πολλά άλλα.

Για να εμβαθύνετε πραγματικά σε αυτό το πεδίο, γιατί να μην εξετάσετε το ενδεχόμενο να παρακολουθήσετε το μάθημά μας στη χημεία τροφίμων;