על אפקט האוזו, מתח פנים ו"מיונז ללא מיונז"
אחד מקסמי הטברנה, או המרפסת, הוא אותו רגע בו מוסיפים מים אל כוס הערק (או האוזו, הראקי, הפסטיס, הפרנו או הסמבוקה). המשקה השקוף הופך לפתע ללבן חלבי. אך בהוספת עוד ערק, חוזר הצבע השקוף. איך מתרחש הקסם? משקאות האניס הם בעצם תמיסה, כלומר תערובת אחידה (הומוגנית), של שני נוזלים: שמן זרעי אניס ואלכוהול. למולקולות האלכוהול יש קצה אוהב מים (הידרופילי) וקצה אוהב שמן (ליפופילי). הודות לקצה הליפופילי, שמן האניס מתערבב היטב עם האלכוהול. המשקה שקוף כיוון שקרני האור שפוגעות בתמיסה עוברות דרכה ויוצאות מצידה השני. כשמוסיפים מים, נוזל שלישי, האיזון בתמיסה משתנה שכן שמן האניס אינו מתמוסס במים. בתחילת ההוספה, התמיסה עדיין שקופה, כי קרן אור עדיין יכולה לעבור דרכה. אך כאשר כמות המים כבר מהווה אחוז מסוים מהתערובת, שנקרא "הערך הקריטי", מולקולות השמן הופכות, באופן ספונטני, לטיפות שמרחפות בתוך תמיסת מים-אלכוהול. המשקה הפך מתמיסה אחידה של שני נוזלים לתפזורת של טיפות שמן בנוזל אחר, או בשפה הכימית, לתחליב או אמולסיה.
טיפות מרחפות
אמולסיה היא שילוב יציב של שני נוזלים שלא מתערבבים זה בזה, כמו שמן ומים, כאשר אחד מהם מפוזר ברחבי הנוזל השני כטיפות זעירות שמרחפות ואינן שוקעות. מקור המילה הוא בפועל הלטיני "לחלוב", וחלב הוא אכן אמולסיה של טיפות שומן במים. הטיפות באמולסיה זעירות ביותר – קוטרן הוא אלפית עד עשירית המילימטר. בגודל זה הן מחזירות אור: קרן אור שפוגעת בטיפות אינה עוברת דרכן אלא מוחזרת לכיוונים שונים, מה שנותן למשקה בכוס צבע חלבי. בדוגמת הערק, כשמוסיפים לכוס עוד אלכוהול, רמת המים יורדת מתחת לערך הקריטי, האמולסיה מתפרקת והמשקה הופך שוב לשקוף.
על האמולסיות המפורסמות במטבח נמנים המיונז, שהוא תחליב טיפות שמן במים, ורוטב הוינגרט, החמאה והמרגרינה, שהם תחליבים של מים בשמן. אם נשקשק צנצנת המכילה שמן ומים הם יתערבבו, אך כשנניח את הצנצנת למספר דקות, הם ייפרדו מהר מאד חזרה לשתי שכבות: טיפות השמן ייפגשו מחדש ויתחברו זו לזו, והשמן יעלה ויצוף על פני המים. החלוקה לשתי השכבות, שמן ומים, נובעת מכך ששני החומרים, על-מנת לא להתערבב, מקטינים את שטח המגע ביניהם למינימום, או מגדילים את מתח הפנים שלהם.
מתח פנים: הפסקה מתודית…
כשמסתכלים על המולקולות בנוזל, ניתן להפריד בין המולקולות ששקועות כל כולן בתוך הנוזל ומוקפות במולקולות נוזל זהות אחרות מכל עבריהן, כלומר, מרגישות כוחות משיכה זהים מכל הכיוונים, ובין המולקולות שנמצאות בשכבה הדקה של פני-השטח, אשר מוקפות במולקולות נוזל רק מלמטה ומהצדדים, ומרגישות כוחות לא מאוזנים. כדי לפצות על חוסר האיזון, מתגברת המשיכה בין מולקולות פני השטח לבין עצמן, מה שגורם להן להסתדר מרחבית באופן שמקטין את המגע עם הסביבה החיצונית, כלומר, מקטין ביותר את שטח הפנים של הנוזל. מתח פנים הוא אותה משיכה מוגברת בין המולקולות שבשכבת פני השטח של הנוזל, לעומת המשיכה שבין המולקולות שנמצאות בתוך הנוזל. כשמדובר בטיפות, הן תסתדרנה בצורה הגיאומטרית בה פני השטח הם מינימאליים ביחס לנפח, כלומר, ככדור. ככל ששטח הפנים קטן, מתח הפנים גבוה.
ההגדרה הפיסיקלית למתח פנים היא – האנרגיה הדרושה כדי להרחיב את שטח הפנים של נוזל ביחידת שטח אחת.
… ובחזרה לטיפות המרחפות באמולסיה
אם כן, כשמערבבים שמן ומים ומשקשקים, השמן נוטה להקטין את המגע שלו עם המים. כלומר, הוא יסתדר כטיפות כדוריות, בהן שטח הפנים קטן, ומתח הפנים גבוה. אך עם הזמן, טיפות השמן יתאחדו מחדש זו עם זו ויהפכו לשכבה אחת שצפה מעל המים.
כדי להכין אמולסיה יציבה, למשל מיונז, יש להשקיע אנרגיה נוספת כדי לפזר את השמן לטיפות רבות וקטנטנות, כלומר, להגדיל את שטח הפנים שלו כך שיותר שמן יהיה חשוף למים. האמולסיה היחידה שנוצרת מעצמה, ללא השקעת אנרגיה, היא באותה כוס ערק חלבית. ההתנהגות של שמן האניס במים ואלכוהול מכונה "אפקט האוזו", ועדיין אין לה הסבר מדעי. בשאר האמולסיות, יש צורך בגורם נוסף, שייצב את האמולסיה.
עם קצת עזרה מידידי: חומרים מתחלבים
בהכנת מיונז, מתחילים מתערובת מימית המכילה חלמון או ביצה שלמה, וחומץ או מיץ לימון. לתוכה מוסיפים בהדרגה שמן וטורפים במרץ כך שהשמן נשבר לטיפות זעירות. החיבור בין טיפות השמן והמים מצליח בגלל שני גורמים: טריפה חזקה, ונוכחות של מולקולות מסוימות בחלמון הביצה, כמו לציטין, הנקראות חומרים מתחלבים (אמולסיפיירים). מתחלבים הם חומרים המורכבים ממולקולות שיש להן צד אוהב שמן (ליפופילי) וצד אוהב מים (הידרופילי). החומר המתחלב נצמד אל טיפות השמן דרך הצד הליפופילי שלו, בעוד שהצד ההידרופילי שלו פונה כלפי המים. כתוצאה מכך כל טיפת שמן קטנטנה מצופה בעצם במעטה אוהב מים שמונע מטיפת השמן השכנה להתקרב ולהתחבר אליה. כך החומר המתחלב מוריד את מתח הפנים של טיפות השמן וקל יותר ליצור טיפות קטנות.
גם כוח וגם מוח
רק השילוב בין הכוח הפיסיקלי של הטריפה ובין ההרכב הכימי של המתחלב מאפשרים לשמן ולמים להישאר מעורבבים כאמולסיה יציבה. מיונז מכינים מכמות קטנה של חומץ או מיץ לימון (המכילים מים) ופי-8 שמן: טיפות השמן מהוות 80% מנפח המיונז! הכמות העצומה הזו של שמן נכנסת לכמות הקטנה של מים בזכות המבנה של טיפות השמן הזערוריות, המצופות במתחלב ובשכבה דקה של מים, ולכן מיונז הוא סמיך. בשמנת מתוקה, טיפות השמן מהוות רק 40% מנפח השמנת, ולכן היא נוזלית.
דוגמא לרוטב שהוא אמולסיה של טיפות מים בשמן הוא רוטב הוינגרט. כאן משתמשים בפי שלושה שמן מאשר חומץ, בדרך-כלל ללא חומר מתחלב. משקשקים בצנצנת את השמן, החומץ וחומרי טעם – מלח, פלפל, עשבי תיבול – ממש לפני ההגשה, ויוצקים על הסלט. כיוון שהרוטב אינו מכיל חומר מתחלב ויש בו יותר שמן ממים, המים הם אלה שיוצרים טיפות קטנות בתוך השמן. יש המוסיפים לרוטב גם אבקת חרדל, המשמש כמתחלב, אולם כיוון שהמולקולות המתחלבות בחרדל פחות יעילות מאלה שבחלמון הביצה, התערובת המתקבלת פחות יציבה ממיונז. אם לא משתמשים בוינגרט מיד, יש לערבב אותו שוב מדי פעם, פן ייפרד לשתי שכבות.
"מיונז ללא מיונז"
כאמור, במיונז הקלאסי משתמשים בחלמון כמתחלב, אולם ניתן, כמובן, להשתמש גם במתחלבים אחרים. הרווה תיס (This), מדען הבישול הצרפתי וממייסדי הגסטרונומיה המולקולרית, הרחיב את מושג המיונז. הוא התחיל עם מיונז ללא חלמון, בו השתמש בחלבון הביצה (ה"לבן") בלבד. במקרה זה, משמשות מולקולות החלבונים שב"לבן" הביצה בתור החומרים המתחלבים. לאחר מכן הלך צעד קדימה והכין "מיונז" ללא ביצים כלל: בתפקיד המתחלב ברוטב נטול הביצים מציע תיס להשתמש בג'לטין. ברוח זו, הוא הכין "מיונז" מרוטב בשר (הקולגן שבבשר הופך לג'לטין בבישול), אליו הוסיף חומץ וטרף פנימה שמן. דוגמא אחרת שהוא מציע היא מיצוי עשבי תיבול, כמו רוזמרין ותימין, עם מיץ תפוזים, וג'לטין. לאחר שמבינים את העקרונות המדעיים מאחורי הכנת אמולסיה יציבה, ניתן להכין מגוון עצום של רטבים חדשים – השמים הם הגבול.
לקריאה נוספת: Hervé This, Molecular Gastronomy: Exploring the Science of Flavor
לצפייה נוספת: Alton Brown, Good Eats: episode: Mayo Clinic
מדע בצלחת - לגלות את העולם טעם אחר טעם 
נעמי אני פשוט מחכה בחוסר סבלנות לכל פוסט…… ולא לחינם
המון תודה..
תודה רבה! 🙂
מאלף איך הכל מסתדר… אבל כשהוספנו ערק למים חמים (למען האמת למים חמים + תרכיז תפוחים דל סוכר) התחליב לא נוצר. כשהנוזל התקרר העכירות מופיעה. האם זה קשור לצפיפות הנוזל בחום?
תודה
"אפקט האוזו" אכן מתרחש בטמפרטורת החדר (או פחות, אם מוסיפים קרח). זה קשור למסיסות החומרים אלה באלה, שתלויה בטמפרטורה.
פינגבאק: למה כשמוסיפים מים לערק הוא הופך להיות עכור? | שאילתא
מזמן לא הפעלתי ככה את החלק הזה של המוח. טוב לגלות שהוא עדיין עובד 🙂 תודה נעמי.
🙂
פינגבאק: נל”פ: ביסקוטי עם חמוציות ופיסטוקים | מדע בצלחת
בגלידה, יש גם שומנים ומים וגם שם מוסיפים חלמונים כדי ליצור אמולסיה, האם כדי ליצור אמולסיה בגלידה אני גם צריך סיבובים מהירים ונמרצים או שאפשר גם בלי? וגם ידוע שלמיונז מספיק חלמון אחד לכמות מאוד גדולה של שמן, כמה צריך בגלידה? תודה.
כדי ליצור אמולסיה, כל אמולסיה (מלבד ערק ומים), יש לטרוף במרץ, כדי לשבור את הפאזה המרחפת (שומן בגלידה) לטיפות קטנות שירחפו בפאזה הרציפה (מים). בגלידה אנו מתחילים עם חלב, שהוא כבר אמולסיה, אך טיפות השומן בו גדולות מדי בשביל התכונות והמרקם הרצויים בגלידה, ולכן כן מפעילים פה כוח טריפה כדי לשבור אותן לטיפות קטנות יותר.
בחלב, חלבונים, כמו קזאין וחלבון גבן, מתנהגים כחומרים מתחלבים ומצפים את טיפות השומן. בגלידה, עם הוספת החלמונים, מולקולות הלציטין מחליפות חלק מחלבוני החלב בציפוי טיפות השומן. למיטב ידיעתי, בהכנת גלידה מערבבים את כל הרכיבים יחדיו בשלב הראשון, ולכן צריך סיבובים מהירים קודם כל כדי ליצור את הטיפות הקטנות, ותוך כדי כך החומרים המתחלבים מסתדרים ביניהם סביב הטיפות ויוצרים אמולסיה יציבה.
גם בגלידה תספיק כמות קטנה של חלמונים, שכן בנוסף לתכונות הלציטין כמתחלב, גם חלבוני החלב משמשים כמתחלבים. הכמות הספציפית תלויה במתכון בו משתמשים ובנפח הרכיבים שמוסיפים.
ממש תודה ….. העשרת אותי…!
פינגבאק: נל"פ: עוגת היער השחור | מדע בצלחת
פינגבאק: נל"פ: ביסקוטי עם חמוציות ופיסטוקים | מדע בצלחת
פינגבאק: נל"פ: פפיטאדהסובייה – משקה מזרעי מלון | מדע בצלחת
נעמי שלום,
תודה על ההסבר. פשוט תענוג!
יש לי שאלה שקשורה לאמולסיות ולשוקולד- ראיתי שבשוקולד גולמי יש לציטין (בנוסף לשאר המרכיבים-מוצקי קקאו (חמאה ואבקה), סוכר, וניל). מה הצורך בלציטין אם אין בשוקולד כלל מים ואין צורך "לחבר" שתי פאזות?
ואם כבר בשוקולד עסקינן- מה פשר תאריך פג תוקף על שוקולד גולמי? הרי באחסנה נכונה אין מים ולא אמורים להתרחש תהליכי חמצון… האם זה מיועד רק לשמירה על נהלים (כי צריך להיות תאריך פג תוקף לכל מוצר) או למקרה של אחסנה לא נכונה?
תודה
גלי, תודה!
פולי הקקאו מכילים לציטין באופן טבעי, ולכך מוסיפים עוד לציטין (מסויה) בתהליך הכנת השוקולד. הסיבה היא ששוקולד מכיל גם שומן (חמאת הקקאו) וגם חלקיקים יבשים (קקאו, סוכר), שמסיסים במים ולא בשומן. כדי לקבל מרקם חלק ונימוח מערבלים את התערובת מספר ימים, מרסקים את החלקיקים היבשים לגודל זעיר, כדי שלא נרגיש אותם על הלשון, וגם מוסיפים לציטין, כדי לעזור בחיבור של שתי הפאזות. כך החלקיקים היבשים עטופים היטב בחמאת קקאו והתחושה בפה חלקה ונעימה.
לגבי תאריך התפוגה, מן הסתם יש פה עניין של נהלים ותקנות, שוקולד אמנם אינו מתקלקל. מצד שני, על שוקולד ישן מופיעה שכבה לבנה, שמקורה בשינוי המבנה הגבישי בשוקולד. צורה גבישית אחת של חמאת הקקאו הופכת עם הזמן לצורה גבישית אחרת (פולימורף אחר), שגבישיה מסודרים באקראי על-פני השטח ומחזירים את האור כך שהוא ייראה לבן. כמו-כן, בשוקולד שספג לחות, גבישי הסוכר שנמסו יכולים להתגבש מחדש ולהיראות לבנים. ולסיום, אם השוקולד ניתך והתגבש מחדש, סידור הגבישים יהיה שונה מאשר בשוקולד המקורי. רק המקרה הראשון קשור לתאריך שחלף מאז שהוכן השוקולד במפעל. בכל מקרה, גם שוקולד שהלבין אינו מקולקל, אך נחוש הבדלים בטעם ובמרקם בשל השינוי המבני.
נעמי שלום,
היום גיליתי את הבלוג שלך ונהנתי לקרוא את הפוסטים!
קישור הכימיה לחיי היומיום ולחיי המטבח בפרט מעניין ומסקרן!
יש לי שאלה בנוגע לאמולסיות.
במידה והפאזה הרציפה היא מים והפאזה המפוזרת היא שמן יווצרו אמולסיות כך שהחומר פעיל השטח(חלמון\סבון\ליצטין) יפנה את הקצוות ההידרופיליים כלפי המים, ואילו הקצוות ההידרופוביים יפנו כלפי מולקולות השמן, ובכך ימנעו את התאגדותם של מולקולות השמן לכדי פאזה (מקטינים את מתחהפנים של השמן).
אך מה מתרחש כאשר היחסים בין השמן והמים הינם 50:50? האם האמולסיות יהיו של שמן או של מים?
מי תיקרא הפאזה הרציפה כעת?
אשמח לתגובתך,
מרינה
זה תלוי בסוג החומרים המתחלבים ובריכוזם, וכן בגורמים נוספים כמו טמפרטורה או גודל החלקיקים. למשל, בחלמון ביצה, האמולסיפיירים המרכזיים הם לציטין, שמייצב היטב אמולסיות שמן במים, וכולסטרול, שמייצב היטב אמולסיות מים בשמן. היחסים ביניהם בחלמון ביצה (עדיף טרי, שכן עם הזמן הלציטין מתחיל להתפרק) הם אופטימליים לקבלת מיונז, שהוא אמולסית שמן במים. שינוי ביחסים יכול להוביל להיפוך הפאזות. במיונז מוסיפים גם אבקת חרדל, כאמולסיפייר שלישי. עוד על היחסים בין רכיבים אלה והשפעתם על יציבות המיונז ניתן לקרוא כאן.
הבנתי, תודה.
בתור כימאי ומורה לכימיה – איזה בלוג מרתק, תודה!
תודה!
היי (:
יפה מענין מפתיע .!!!!
יש מי שיודע איזה חומר נוזל יכול לדלל את הערק אניס בלי שילבין. לא אלכוהול.תופעה שנקרת אמולסיה כפי שהבנתי .כדי להוריד את אחוזי האלכוהול וישאר צלול ולא ילבין.
אודה לכל מי שיוכל לענות לי או להפנות אותי):
תודה מרוש
ערק בפני עצמו אינו אמולסיה. האמולסיה נוצרת כמוסיפים מים, ואז הנוזל מלבין, אך אם תוסיף עוד מים, מעבר לריכוז מסויים, הנוזל יחזור ויהפוך שקוף.
אני נהנית מאוד לקרוא את ההסברים שלך. את כותבת בצורה כל כך בהירה ורהוטה שאפילו מישהי חסרת כל ידע בכימיה כמוני מסוגלת להבין. רציתי לשאול על תופעה של הפרשת שומן מעיסה של עוגה. מדובר בעוגה שמכילה שוקולד מריר 73%, חמאה, ביצים, ממתיק מלאכותי בכמות קטנה (ללא סוכר בכלל), מעט קמח מלא ושקדים טחונים. תכולת השומן כנראה מאוד גבוהה, אבל בדרך כלל אין בעיה באפיה שלה. בפעם האחרונה שהכנתי אותה, הוספתי שתי כפות של ליקר תפוזים קוואנטרו והתחיל תהליך מהיר של הפרשת שומן מהעיסה. התהליך המשיך ביתר-שאת בזמן האפיה, עד כדי שמחצית מכמות השומן בעוגה הופרשה וצפה מעל פני העוגה. נזכרתי במה שכתבת על האמולסיה של העראק ותהיתי אם מדובר כאן בתהליך הפוך, של פירוק האמולסיה עקב תוספת אלכוהול. האם תוספת האלכוהול גרמה לכך? מה התהליך הכימי שהתרחש פה? תודה רבה לך מראש.
תודה 🙂
למולקולות האתאנול, הוא האלכוהול, יש צד חובב מים וצד חובב שומן, והשומן שבעוגה יכול להתמוסס באלכוהול. באיזה שלב הוספת את האלכוהול? אם הוספת אותו לפני שנוצרה אמולסיה יציבה, סביר שהוא משך אליו את השומן, שאחר-כך, בחום, ניתך במהירות ונשאר כפאזה נפרדת.
פינגבאק: לקצף שלי שלוש פינות | מדע בצלחת
פינגבאק: על קצה המזלג: שמן קוקוס במקום חמאה | מדע בצלחת
פינגבאק: חם מהתנור: חיידקים נגד אפקט טבעת הקפה | מדע בצלחת
פינגבאק: נל"פ: פחזניות | מדע בצלחת
פינגבאק: על קצה המזלג: השרייה בחלב, אבקת חלב, קצף חלב | מדע בצלחת
פינגבאק: נל"פ: מצוף | מדע בצלחת
ערב טוב ד"ר נעמי! אשמח אם תעני לי על שאלה בנושא אמולסיה בהכנת סוכריות טופי אנגלי english toffee.
מדוע כשמכינים טופי אנגלי לעיתים במהלך הבישול עד לטמפרטורה של 140 מעלות (שלב סדק רך) יש הפרדת מסות והשומן של החמאה צף למעלה ונפרד מסירופ הסוכר?
קראתי שאם מוסיפים מלח או משתמשים בחמאה מלוחה זה מייצב את העסק .איך המלח גורם לייצוב האמולסיה?
מה צריך לעשות כדי שהאמולסיה לא תתפרק בבישול של סירופ הסוכר והחמאה?
תודה לך מראש על תשובתך! הנושא מסקרן אותי.
איציק
פינגבאק: למה כשמוסיפים מים לערק הוא הופך להיות עכור? | שאילתא
פינגבאק: על קצה המזלג: בצק מטוגן, דייסת שיבולת-שועל, טחינה, סטיביה, רויאל אייסינג | מדע בצלחת
פינגבאק: על קצה המזלג: תפקיד השומנים במאפים, שומן בבצק פריך | מדע בצלחת
פינגבאק: נל"פ: ריבה | מדע בצלחת
פינגבאק: על קצה המזלג: פיתות, עוף ומלח, ממרח פלפלים, תמיסת מלח לכבושים, טחינה מתפרקת | מדע בצלחת
פינגבאק: על קצה המזלג: פירות קפואים, הפשרת בשר ובצק, הקפאת ביצים מזון | מדע בצלחת
פינגבאק: על קצה המזלג: פירות קפואים, הפשרת בשר ובצק, הקפאת ביצים ומזון | מדע בצלחת
פינגבאק: נל"פ: טירמיסו | מדע בצלחת
פינגבאק: נל"פ: גספצ'ו | מדע בצלחת
מה לגבי אמולסיה ברוטב עגבניות?
למשל כשמכינים רוטב לפסטה או לזניה הרבה פעמים יש מים שנפרדים מהרוטב ונותנים לו מראה דליל וגם מדללים את הטעם. איך אפשר לגרום להם להטמע בתוך הרוטב בלי ההפרדות הזו?
תודה
פינגבאק: על קצה המזלג: שאלות קמח, תפיחה, לחם | מדע בצלחת – לגלות את העולם טעם אחר טעם