Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Andet

Sådan fungerer farveskiftende is

Denne is, kaldet Xameleon, skifter farve, når du slikker den. Iceexperience/HowStuffWorks

En gammel sav blandt kokke og madmarkedsførere forkynder, at vi spiser først med øjnene. Uanset om vi beundrer den omhyggelige tallerkensammensætning af en Michelin-stjerne bistro eller soler os i den lysegrønne pistacieis, vækker synet vores appetit lige så meget som lugten. Denne gastronomiske særhed byder på særlige udfordringer for leverandører af frosne fødevarer, hvis papindpakkede varer ligger i stakke bag frostklare glas.

Hvis du vil skille dig ud i denne kolde kartonørken, har du brug for stor mærkegenkendelse ... eller en ret god gimmick. Det siges, at det menneskelige sind er styret af vane og nyhed, så hvis du vil bryde kundernes dødsgreb om førstnævnte, må du bedst øge sidstnævnte, uanset om det betyder, at du tilbyder ægte frugtjuice, glutenfrihed eller en farve- skiftende konfekt.

Maden skifter selvfølgelig farve uden vores hjælp. Tænk på en banan, der modnes i din frugtskål på bordpladen, eller en bøf, der brunes, mens den tilberedes. Nye fødevarer, der ændrer farver, når du blander eller spiser dem, kan hæve disse naturlige processer til en fantasifuld kunst, men de udnytter den samme grundlæggende spisekemi og madfysik. Der er korn, der afslører sin sande nuance, efter at den er nedsænket i mælk, såvel som tandpastaer og cocktails, der bliver gennemsigtige ved givne temperaturer eller skifter nuancer i sure eller alkaliske miljøer [kilde:USPTO]. Nogle fødevarer underholder på andre måder, såsom isen, der lyser ved hjælp af slikaktiverede vandmændsproteiner [kilde:Harris].

Emnet om farveskiftende is blev varmet op i juli 2014, da den spanske fysiker Manuel Linares og kolleger annoncerede Xamaleon, en is med tutti-frutti-smag, der skifter farve tre gange, når den slikkes. Ifølge Linares involverer tricket til godbidden temperaturændringer og syrerne i den menneskelige mund. En hurtig spray af et mystisk stof, han kalder en "kærlighedseliksir", fremskynder skiftet fra periwinkle blå til pink og til sidst lilla [kilde:Yirka].

At skabe sådan en godbid kræver en indgående forståelse af, hvad der forårsager farve- og farveændringer i mad, og evnen til molekylær kemi skader heller ikke.

Indhold
  1. Naturens madfarve
  2. Konjugerende farver
  3. Alt om den base (og syre)

Naturens madfarve

Frugter og grøntsager får deres livlige farver fra naturlige pigmenter. © Ludovic Maisant/Hemis/Corbis

For at forstå, hvorfor fødevarer ændrer farve, er det nyttigt at vide, hvorfor de overhovedet har farve.

Farve opstår, når synligt lys interagerer med keglerne i vores øjne, hvilket udløser nervesignaler, som hjernens synscentre fortolker. Vi ser kun lys, der falder inden for vores perceptuelle område (bølgelængder mellem 400 og 700 nanometer, eller violet gennem rødt), og kun hvis det brydes eller reflekteres. Absorberet lys når aldrig vores øjne, men det påvirker de farver, vi opfatter ved at trække bestemte bølgelængder fra det lys, der gør.

Planter antager en række forskellige farver på grund af de naturlige pigmenter i deres celler. Klorofyl a , et pigment almindeligt i fotosyntetiske organismer, absorberer hovedsageligt violet-blå og rød-orange bølgelængder og fremstår grønt, medmindre det er maskeret af andre pigmenter. For at drikke så meget energi som muligt indeholder planter også tilbehørspigmenter som absorberer de spektralområder, som klorofyl a ikke gør. Klorofyl b absorberer for eksempel rød-orange og grønt lys. Andre eksempler på pigmenter i fødevarer omfatter:

  • Caroten , en del af en gruppe tilbehørspigmenter kaldet carotenoider, giver gulerødder og søde kartofler deres orange nuance og giver mælkebøtter og morgenfruer deres klare gule farver.
  • Lycopen hjælper tomater, vandmeloner og hyben med at poppe med deres karakteristiske røde farver.
  • Anthocyaniner delvist årsag til den dybe lilla af druer og blåbær.

Disse pigmenter giver også en af ​​de mest berømte farveændringer i naturen:efterårets ankomst. Anthocyaniner lurer i bladsaften af ​​røde ahorn året rundt, men det er først efter det mere dominerende klorofylpigment er nedbrudt, at de lilla og røde kan skinne igennem.

Men hvad bestemmer hvilke farver disse pigmenter absorberer? Svaret har at gøre med deres molekylære struktur og deres sammensætning. For eksempel er lycopen en isomer af caroten, hvilket betyder, at det har den samme kemiske formel, men en anden struktur. Denne strukturelle forskel er årsag til dets absorptionsmønster.

Konjugering af farver

Farven på hortensia varierer afhængigt af pH-værdien af ​​jorden, de er plantet i. © Umon Fukushima/Corbis

Lad os se nærmere på nogle af de strukturelle kvaliteter af molekyler, der påvirker farveabsorptionen, specifikt arrangementet af molekylære bindinger og kæder.

Atomer "klæber" til hinanden for at danne molekyler på forskellige måder, men farveabsorption er tæt forbundet med kovalente bindinger , hvor atomer deler elektroner. Enkelte kovalente bindinger opstår, når to atomer deler et par elektroner; dobbeltbindinger involverer to delte par. (Kan du gætte, hvor mange par en tripelbinding indebærer?)

Konjugerede molekyler indeholder kæder af skiftende enkelt- og multiple bindinger. Selvom de ikke er den eneste afgørende faktor, hjælper disse konjugationer med at bestemme de farver, som plantepigmenter absorberer. Længere kæder absorberer længere bølgelængder, såsom rødt og orange lys [kilde:NBC].

I betragtning af dette forhold giver det mening, at en proces, der kan bryde disse kæder, eller omarrangere molekyler som caroten til isomerer som lycopen, kan påvirke en plantes farve. En måde dette kan ske på er gennem en ændring i surhedsgraden eller alkaliniteten af ​​pigmentets miljø, målt ved pH. Tag for eksempel skåret æbler. Æbleportionerne bliver brune, fordi to kemikalier, der normalt holdes adskilt i deres celler, phenoler og enzymer, er frie til at blande sig med ilt. Men når du presser citronsaft på æblerne, deformerer dens surhed enzymer, så de ikke kan reagere med phenoler, og frugten forbliver frisk [kilde:Wolke].

Surhed kan også påvirke plantefarven indirekte. Hortensiaer kan have en blå eller lyserød nuance afhængigt af mængden af ​​aluminium i deres blomster:Meget aluminium producerer blå kronblade, mens ingen forårsager lyserøde. Hvordan passer jordens surhedsgrad ind? Planter kan bedre optage næringsstoffer og andre stoffer, herunder aluminium, når jordens pH er omkring 6 til 6,5. Således rødmer hortensia i basisk jord lyserød - endnu et eksempel på pH-værdiens magt til at påvirke farve [kilde:Williams].

Processer som denne giver fingerpeg om, hvordan farveændringer kan forekomme i nye fødevarer, men de er i virkeligheden kun toppen af ​​isbjerget; salat dykker dybere.

Alt om den base (og syre)

Syrerne i og temperaturen i din mund hjælper med at give Xameleon-is dens kamæleonegenskaber. © Westend61/Corbis

For enhver, der har brugt lakmuspapir eller ejet en swimmingpool, burde det ikke komme som nogen overraskelse, at pH-forskelle kan medføre farveændringer. Men hvad har surhed og alkalinitet med farve at gøre? Svaret har endnu en gang at gøre med pigmenternes molekylære struktur.

Udtrykket pH står for "potentiale af brint" eller "power of hydrogen." Du kan tænke på pH som en logaritmisk skala, der beskriver overflod eller mangel på brintioner. Sure opløsninger har et overskud af hydrogenioner og en pH lavere end 7, hvorimod alkaliske opløsninger, også kendt som baser , har et overskud af hydroxidioner og en pH-værdi på mere end 7.

På grund af dette har baser en tendens til at trække hydrogenioner af pigmenter, hvilket tvinger molekylerne ind i et strukturelt arrangement, der ændrer deres absorptionsmønstre og dermed deres farver. Sure opløsninger, med deres overflod af brintioner, behøver ingen purloinerede elektroner og interagerer svagt med pigmenter. Syrebadede farver har i modsætning til syrevaskede jeans en tendens til at forblive uændrede.

Vores gamle venner, anthocyaninerne, er gode eksempler på pH-kontrollerede pigmenter. De fleste anthocyaniner vises røde i sur saft, men bliver blå i alkaliske opløsninger. I et neutralt miljø er de violette. Således kan det samme pigment, der står for det røde af roser og dahliaer, give det blå af kornblomster [kilde:Encyclopedia Britannica]. Det er meget mere imponerende end de farveskiftende T-shirts, der blev solgt i 90'erne.

Adskillige patentansøgninger for farveskiftende fødevarer drager fordel af pH's fantastiske kromatiske kræfter. Et patent beskriver en "frossen dessertnyhed, som ændrer farve" via pH-ændringer. Behandlingen består af to zoner:Den ene indeholder et lav-pH-stof farvet med et pH-følsomt pigment, og den anden indeholder et høj-pH-stof, som måske eller måske ikke indeholder et pH-følsomt farvestof. Når de to dele blandes gennem omrøring, slikning eller hvirvling, får pH-skiftet farven til at ændre sig.

Denne tilgang giver en mulig (og fuldstændig spekulativ) forklaring på Xamaleon-is. Det er tiltalende, fordi de involverede farveændringer dækker det samme spektrum som anthocyaniner, som forskere har givet tilnavnet "grøntsagskamæleonen". Tilfældigheder?

Linares, Xameleons opfinder, indrømmede over for pressen, at ændringen sker på grund af syrer i menneskets mund og temperatur, hvilket har en effekt på farverigdommen af ​​nogle anthocyaniner. Det er også muligt at tilberede farveløse opløsninger indeholdende anthocyaniner og aktivere deres farve ved at tilføje de rigtige kemikalier, hvilket kunne forklare den nødvendige "kærlighedseliksir" spritz [kilder:Heines; Yirka].

Eller ikke. Hvis der er én lektie fra alt dette, er det, at kemi giver for mange farverelaterede tricks til, at vi kan antage, at vi har fået styr på Linares' hemmelighed. Men lidt lænestolskemi giver en god samtale mellem slikket tutti-frutti.

Mange flere oplysninger

Forfatterens note:Sådan fungerer farveskiftende is

At undersøge denne artikel genoptog min interesse for farveopfattelse endnu mere end det nu berygtede "er det blåt eller er det hvidt?" kjole på internettet. Det er et emne, som alle tror, ​​de forstår, indtil de begynder at undersøge det. Men det vækkede også interessen for pigmenternes rige historie, en historie domineret lige så meget af et lykkeligt tilfælde som af omhyggelig kemi, hvor monopoler på bestemte farver kunne drive formuer.

Relaterede artikler

  • Sådan virker is
  • Hvad er forskellen mellem is og gelato?
  • Hvorfor er himlen blå?
  • Sådan fungerer molekylær gastronomi
  • Sådan fungerer madsmagere

Kilder

  • Sammensat rente. "Farverne og kemien af ​​pH-indikatorer." 4. april 2014. (26. marts 2015) http://www.compoundchem.com/2014/04/04/the-colours-chemistry-of-ph-indicators/
  • Encyclopaedia Britannica. "Caroten." (25. marts 2015) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/96611/carotene
  • Encyclopaedia Britannica. "Farve." (25. marts 2015) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/126546/coloration/25389/Polycyclic-quinones#toc25392
  • Encyclopaedia Britannica. "Lycopen." (25. marts 2015) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/352572/lycopene
  • Farabee, M. J. "Fotosyntese." Estrella Mountain Community College. 2007. (27. marts 2015) http://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookPS.html
  • Hardinger, Steve. "Bøjning og farve!" Institut for Kemi og Biokemi, University of California, Los Angeles. http://www.chem.ucla.edu/harding/ec_tutorials/tutorial21.pdf
  • Harris, Jenn. "Glow-in-the-dark Jellyfish Ice Cream - for $225, You Can Have a Scoop." Los Angeles Times. 6. november 2013. (25. marts 2015) http://www.latimes.com/food/dailydish/la-dd-jellyfish-ice-cream-20131106-story.html
  • Harris, Jenn. "Der er en Viagra-is, og den er blå." Los Angeles Times. 15. april 2014. (25. marts 2015) http://www.latimes.com/food/dailydish/la-dd-viagra-ice-cream-blue-20140415-story.html
  • Heines, Virginia. "Grøntsagskamæleonerne." Journal of Chemical Education. Vol. 49, nr. 9. Side 605. September 1972.
  • NBC Lær. "Farvens kemi:blomster." 6. maj 2011. (18. marts 2015) https://www.nbclearn.com/portal/site/learn/chemistry-now/chemistry-of-color
  • Potter, Norman N. og Joseph H. Hotchkiss. "Madvidenskab." Springer Science+Business Media. 1998.
  • Shakhashiri, Bassam Z. "Efterårsfarvernes kemi." University of Wisconsin-Madison. (27. marts 2015) http://scifun.chem.wisc.edu/chemweek/fallcolr/fallcolr.html
  • USAs patent- og varemærkekontor. "USA-patent 6.231.901:Frozen Dessert-nyhed som skifter farve." 15. maj 2001. (25. marts 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=yes&Query=PN/6231901
  • USA Patent- og Varemærkestyrelsen. "USA-patent 4.853.235:Farveskiftende korn og konfekture." 1. august 1989. (25. marts 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=yes&Query=PN/4853235
  • Williams, Tripp. "Hydrangea-blomster skifter farver baseret på jordens pH-niveauer." 20. september 2012. (26. marts 2015) http://www.caes.uga.edu/applications/gafaces/?public=viewStory&pk_id=4542
  • Wolke, Robert L. "Citronsaft holder den brune væk." Washington Post. 4. januar 2006. (26. marts 2015) http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2006/01/03/AR2006010300344.html
  • Yirka, Bob. "Fysiker skaber is, der skifter farver, efterhånden som den bliver slikket." Phys.org. 30. juli 2014. (18. marts 2015) http://phys.org/news/2014-07-physicist-ice-cream.html



Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com