Hvað er fleyti?
Áður en við ræðum ýruefni þurfum við að skilja grundvallarspurningu: Af hverju blandast olía og vatn ekki?
Ef þú hellir matarolíu og vatni í glas, sama hversu mikið þú hrærir, munu þau að lokum skiljast í tvö lög. Þetta gerist vegna þess að vatnssameindir eru skautaðar og tengjast þétt við hvert annað í gegnum vetnistengi, á meðan olíusameindir eru ó-skautaðar og kjósa að vera með sína eigin tegund. Þegar olía og vatn komast í snertingu skapar tengi þeirra „fráhrindandi kraft“ sem lágmarkar snertiflöt, sem leiðir að lokum til aðskilnaðar í tvö aðskilin lög.
Þetta fyrirbæri óblandanlegs olíu-vatns er mikil áskorun í matvælaiðnaðinum. Margur dýrindis matur-mjólk, majónes, ís, smjör-þarfa olíu og vatn til að lifa saman. Án leiðar til að halda þeim saman stöðugt, væri þessi matvæli einfaldlega ekki til.
Brúin sem sameinar olíu og vatn erýruefni.
Sameindauppbygging ýruefna: Fædd "Amphiphilic"
Til að skilja hvernig ýruefni virka þurfum við fyrst að skoða sameindabyggingu þeirra.
Fleytiefnissameindir hafa mjög sérstaka eiginleika:annar endinn elskar vatn, hinn endinn elskar olíu.
- Vatnssækið höfuð: Elskar vatn og getur myndað vetnistengi eða rafstöðueiginleikar við vatnssameindir. Algengar vatnssæknir hópar eru hýdroxýl (-OH), karboxýl (-COOH) og pólýoxýetýlenkeðjur.
- Fitusækinn hali (vatnsfælinn): Elskar olíu, venjulega langa-fitusýrukolvetniskeðju sem samanstendur af 12-20 kolefnisatómum. Þessi "hali" hefur svipaða uppbyggingu og olíusameindir og leysist vel upp í olíu.
Hugsaðu um ýruefni sem "tvíhliða-lím"-ein hliðin festist við vatn, hin við olíu. Það getur geymt bæði efnin samtímis, sem gerir tveimur náttúrulegum fráhrindandi efnum kleift að lifa friðsamlega saman.
Þetta „amfífíska“ eðli er grundvallarástæða þess að ýruefni virka.
Þriggja-ferlið við fleyti
Ferlið þar sem ýruefni koma á stöðugleika í fleyti má skipta niður í þrjú skref í röð:
Skref 1: Flutningur og aðsog
Þegar ýruefni er bætt við olíu-vatnsblöndu, færist það hratt yfir á milli vökvanna tveggja. Þetta ferli á sér stað af sjálfu sér vegna þess að lægsta orkuástand ýruefnisins er einmitt við viðmótið -vatnssækinn haus þess getur sökkt í vatnsfasann á meðan fitusækinn hali þess sökkar niður í olíufasann.
Þessi flutningur gerist mjög hratt, venjulega innan millisekúndna til sekúndna.
Skref 2: Myndun interfacial kvikmyndarinnar
Eftir því sem fleiri ýruefnissameindir safnast fyrir við olíu-vatnsskilin, raða þær sér í þétta „hlífðarfilmu“. Fyrirkomulagið er sem hér segir:
- Vatnssæknir hausar snúa að vatnsfasanum
- Fitusæknir halar snúa að olíufasanum
- Sameindir pakka sér þétt saman eins og vel-þjálfaðir hermenn
Myndun þessarar kvikmyndar er lykillinn að stöðugleika fleytisins. Það virkar eins og „skel“ sem umlykur olíudropa (eða vatnsdropa) og kemur í veg fyrir að þeir nálgist og renni saman.
Skref 3: Minnka yfirborðsspennu og stöðugleika fleytisins
Þegar ýruefnin hafa verið aðsoguð í viðmótinu, draga verulega úr yfirborðsspennu milli olíu og vatns. Minni yfirborðsspenna gerir það auðveldara að dreifa olíu í örsmáa dropa og þessir litlu dropar eru ólíklegri til að sameinast aftur.
Ennfremur veitir þessi viðmótsfilma tvo mikilvæga stöðugleika:
- Rafstöðueiginleiki: Ef ýruefnið er jónískt (eins og natríumsteróýllaktýlat) ber milliflatsfilman eins og hleðslur, sem veldur því að aðliggjandi dropar hrinda hver öðrum frá sér -líkt og tveir seglar með sama pólinn snúi hver að öðrum.
- Sterísk hindrun: Ef ýruefnið er ó-jónískt (eins og einglýseríð) mynda vatnssæknu keðjurnar sem ná frá viðmótinu líkamlega hindrun sem kemur í veg fyrir að dropar nálgist hver annan.
Saman tryggja þessar tvær verndaraðferðir að olíudropar haldist stöðugt í vatnsfasanum án þess að renna saman með tímanum.
HLB Value: Áttavitinn til að velja ýruefni
HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) er mælikvarði á hversu mikið ýruefni „kýs“ vatn en olíu, á bilinu 0 til 20.
- Lágt HLB (u.þ.b. 3-6): Mjög fitusækin, hentugur fyrir vatn-í-olíufleyti (W/O) þar sem olía er samfelldi fasinn og vatn er dreift. Dæmi: smjör, smjörlíki.
- Hár HLB (u.þ.b. 8-18): Mjög vatnssækið, hentugur fyrir olíu-í-vatns (O/W) fleyti þar sem vatn er samfelldi fasinn og olía er dreift. Dæmi: mjólk, majónes, ís.
Að velja rétt HLB gildi er fyrsta skrefið í að útbúa stöðuga fleyti með góðum árangri. Að velja rangt getur ekki aðeins hjálpað til, heldur getur það jafnvel verið gagnkvæmt.
Þættir sem hafa áhrif á stöðugleika fleyti
Jafnvel með réttu ýruefninu er stöðugleiki fleytisins undir áhrifum af mörgum þáttum:
| Þáttur | Skýring |
|---|---|
| Styrkur ýruefnis | Of lágt leiðir til ófullnægjandi þekju milli andlits; of hátt getur valdið froðumyndun eða haft áhrif á munntilfinningu |
| Styrkur milli andlitsfilma | Þéttari, teygjanlegri filmur veita betri stöðugleika |
| Dropastærð | Minni dropar eru síður viðkvæmir fyrir botnfalli eða rjómamyndun; einsleitun brýtur dropa í -míkron stærðar agnir |
| Stöðug fasa seigja | Hærri seigja hægir á hreyfingu dropa og dregur úr samruna |
| Hitastig | Hækkað hitastig veikir yfirborðsfilmuna og flýtir fyrir samruna |
| pH og jónastyrkur | Hafa áhrif á hleðsluþéttleika á jónískum ýruefnum, sem hefur áhrif á rafstöðueiginleika fráhrindingu |
Samlíking: Flokkurinn
Hugsaðu um fleytiferlið sem aðila:
- Olía og vatn eru tveir hópar fólks sem líkar ekki hver við annan, sem hver um sig dvelur í aðskildum herbergjum.
- Fleytiefni eru „félagslegu tengin“-þeir kafa inn í olíuhópinn með öðrum enda á meðan þeir haldast í hendur við vatnshópinn.
- Eftir því sem fleiri og fleiri ýruefni staðsetja sig á milli hópanna tveggja mynda þau hring sem umlykur olíufólkið.
- Þessi hringur erviðmótsfilmu, sem „læsir“ olíufólkið innan vatnahópsins.
- Að lokum dreifist olíufólk sem litlir hópar um vatnshópinn og myndar stöðuga fleyti.
Niðurstaða
Fleytiferlið er í grundvallaratriðuminterface fyrirbæri. Á sameindastigi felur það í sér að ýruefni aðsogast, raða saman og mynda hlífðarfilmur við olíu-vatnsskil. Á stórsæjum stigi umbreytir það óblandinni olíu og vatni í stöðugar fleyti.
Þetta ferli, þó það virðist einfalt, felur í sér djúpstæðar eðlisefnafræðilegar meginreglur. Þessar litlu „amfífílu“ sameindir styðja umtalsverðan hluta nútíma matvælaiðnaðar-frá morgunglasinu af mjólk til dressingarinnar á salatinu til rjómaáferðarinnar á ís. Á bak við hverja og eina af þessum vörum eru ýruefni að vinna hljóðlega til að gera þetta allt mögulegt.
