Разыскивается молекула на Е!

Когда я решил писать заметки про «Молекулу недели» по алфавиту, я ожидал сложностей с буквами «Ь», «Ы», «Ъ», но не с такой популярной буквой, как «Е»! Оказалось, что все вещества, в английском названии которых на первом месте стоит “E”, в русском языке начинаются на «Э». Это эвгенол (eugenol), этанол (ethanol), эритритол (erythritol) и многие другие.

Когда я сегодня сел за заметку, то понял, что с выбором молекулы у меня проблемы. Я даже спросил у ChatGPT, который уверенно рассказал мне про «евгенол», «ерготамин» и «еритрит» (на самом деле все они на «Э»).

Конечно, можно было выбрать одобренную к применению пищевую добавку, имеющую код “Е”. Например, тот же эритритол – подсластитель Е968. Или вспомнить, что у некоторых химических веществ в начале формулы стоит буква “E” (правда, латинская), и заодно рассказать про важную особенность строения органических молекул, так называемую цис-транс-изомерию.

С другой стороны, я знаю, что меня читают химики, и иногда в комментариях даже делятся любопытнейшими фактами. Например, прелестной историей о выделении серосодержащих веществ буквально из-под хвоста американских норок. Помогает оценить важность проблем, надо которым работают химики по всему миру

Поэтому, коллеги, кто может подсказать интересное вещество на «Е»?

Вещество недели: Едкий натр, NaOH

На прошлой неделе я попросил «помощь зала» в выборе молекулы на букву «Е». Спасибо огромное коллегам, накидали много отличных вариантов. Из них я мне особенно понравился «едкий натр».
На самом деле едкий натр нельзя назвать «молекулой недели», потому что у него нет молекул! Как и поваренная соль, в твердом виде он – бесконечная кристаллическая решетка, в растворе – распадается на отдельные ионы. Но разве это повод – не обсуждать вещества немолекулярного строения, которых на кухне тоже много?

Итак, едкий натр – одно из названий гидроксида натрия, NaOH. Вещества такого рода называют основаниями (в общем случае) или щелочами (в случае самых сильных и едких оснований). Щелочи – антиподы кислот. В кислотах много протонов, которые они норовят куда-нибудь пристроить, а щелочи, наоборот, с большим удовольствием эти протоны принимают. Многие знают, что сильных кислот надо избегать, так как от концентрированных кислот типа серной или азотной бывают жуткие ожоги. Но при работе со щелочами осторожность нужна не меньше, ожоги от них – тоже не подарок. В фильме «Бойцовский клуб» есть яркая сцена, в которой главный герой получает химический ожог, вызванный как раз таки едким натром! Кто видел, шутить со щелочами не будет.

Про кислоты и щелочи я писал, когда обсуждал кислотную и щелочную еду. Тут только напомню, что кислоты в еде мы встречаем постоянно: уксус, лаймовый, лимонный и даже томатный сок, кофе. Они не только влияют на вкус, делая его ярче, но и могут буквально приготовить наше блюдо. Например, в севиче из сырой рыбы кислота из сока лайма реагирует с рыбными белками, те денатурируются и становятся похожими на термически обработанные.

Щелочи в еде используют гораздо реже. Одна из причин – неприятный мыльный вкус, который они придают еде. Собственно говоря, мыло готовят, обрабатывая жир щелочью. Но даже от щелочей бывает польза, если пользоваться ими аккуратно. Я уже рассказывал о реакции Майара, которая отвечает за вкус жаренного мяса, корочки хлеба и многих других вкусных продуктов. Обычно для нее требуется высокая температура, градусов 150 и выше. Но в щелочной среде она сильно ускоряется даже без такого сильного нагревания. На кухне это помогает, например, сделать взрывающий мозг морковный суп при помощи обычной пищевой соды. Кстати, это один из немногих рецептов у меня на канале, на который в комментариях есть обратная связь и она строго положительная. Ну и сам я много раз его готовил для друзей, которые каждый раз оказывались приятно шокированными тем, что из простой морковки можно сделать ТАКОЕ.

Но есть и другие применения щелочей в кулинарии. Например, техника вельветинга (velveting), заключающаяся в добавления соды к мясу, делает его более мягким и помогает лучше обжариваться. Для экстремалов есть знаменитое скандинавское блюдо лютефиск (рыба в щелочи) с прекрасными отзывами вроде «лютефиск – это не еда, а оружие массового поражения».

Где-то посередине между морковным супом и лютефиском (вкус обоих практически отправляет в нокаут, но один – от восхищения, а другой – от отвращения) лежат китайские столетние яйца. Для их приготовления обычные сырые куриные яица держат в щелочной среде несколько недель (а не сто лет, как можно предположить из названия 😊), из-за чего белок становится твердым, как у сваренного вкрутую яйца, но прозрачным и черно-коричневым. Желтки при этом зеленеют и приобретают довольно сильный запах, который нравится далеко не всем. Я такие яйца много раз пробовал и особого удовольствие не получил, но ничего страшного в них нет.

Как едкий натр (а это именно он, хотя можно брать и другую щелочь) изменяет яйцо до неузнаваемости? Начнем с цвета белка. Тут все просто, это та же реакция Майара, которой щелочь помогает протекать (пусть и достаточно вяло) при комнатной температуре. Это немного похоже на приготовление черного чеснока: там тоже пользуются тем, что реакция Майара идет уже при 60 градусах, просто нужно подождать несколько недель или месяцев. Тут же за счет щелочи процедура даже не требует нагрева.

Вторая особенность столетнего яйца – это, собственно, прозрачность и текстура белка. Мы привыкли к тому, что белок яйца становится твердым при варке, но прозрачность-то он свою теряет, превращаясь в белый упругий гель! Думаю, все знают, что происходит это из-за денатурации. Белки – весьма упорядоченные молекулы со сложной внутренней структурой. У так называемых глобулярных белков это своего рода плотный шарик (глобула) из свернутой определенным образом последовательности аминокислот, причем полярные (заряженные) группы аминокислот «торчат» в воду, а неполярные группы (их еще называют «гидрофобными», ведь воду они, как подсказывает название, не любят) прячутся внутрь глобулы. При нагревании глобула слегка расплетается, гидрофобные группы «выглядывают» наружу и цепляются за такие же группы соседних молекул. Из-за этого отдельные глобулы белков слипаются, образуя довольно большие агрегаты размером до нескольких микрон Такие агрегаты рассеивают свет, поэтому вареный белок – непрозрачный.

В щелочной среде процесс идет немного по-другому. Из-за щелочи, которая обожает отбирать протоны, некоторые аминокислоты лишаются своих протонов и становятся отрицательно заряженными. Они отталкивают друг друга, как и полагается одноименно заряженным частицам, и расплетают белковую глобулу. Опять вылазят «липкие» гидрофобные группы, которые могли бы склеить белки в большие агрегаты, но – не могут! Ведь теперь все молекулы белков слегка заряжены отрицательно. В результате противоборства гидрофобных групп, пытающихся склеить белки вместе, и электростатического отталкивания образуется гель, который состоит из слегка денатурированных, но все еще отдельных глобул, связанных друг с другом, как бусины на нитке. Раз нет больших агрегатов, то свет рассеивать некому, и такой гель остается прозрачным.

Если столетнее яйцо сварить, белок не потеряет прозрачности. Заряд на белковых глобулах все так же не позволит им слипнуться. Более того, в одной из статей исследователи смогли провести обратный процесс. Они сначала сварили яйцо, а потом уже поместили его в щелочь. Через 3 недели белок стал прозрачным!

В ходе медленного разложения («денатурации») белка под действием щелочи появляются два очень ароматных вещества – аммиак и сероводород. В концентрированном виде они оба ядовиты и пахнут очень резко. Вспомните запах нашатырного спирта и тухлых яиц. В столетнем яйце их совсем немного, поэтому они лишь придают ему экзотический привкус (на мой вкус, чересчур сильный). А еще сероводород реагирует с железом в желтке, образуя сульфид железа, который окрашивает желток в зеленоватый цвет.

Вот столько всего интересного происходит в простом яйце, если его положить в едкий натр! Если захотите повторить такой рецепт на кухне, будьте предельно осторожны. Обязательны защитные перчатки, плотная одежда и защитные очки. Но лучше оставьте работу с концентрированными растворами щелочей профессионалам. Едкий натр – он потому и едкий. Сделайте вместо этого морковный суп, пищевая сода – намного более слабое основание, да и результат, на мой вкус, куда вкусней.

Нет никакой ложки
 
В комментариях Владимир задал отличный вопрос. Правда ли, что чайная ложка, вставленная в горлышко открытой бутылки с игристым вином, поможет ему долго не терять свою шипучую природу?
 
Я лично встречал несколько человек, которые утверждали, что они так пробовали и газы сохранялись. Но это не более, чем легенда. А уверенность адептов такого подхода в том, что он работает, связана с непониманием базовых принципов проведения научных экспериментов.
 
Начнем с наиболее популярного объяснения этого удивительного эффекта. Цитирую пересылаемое сообщение: «В холодильнике металлическая ложка очень быстро остынет, охладит воздух внутри бутылки и создаст своего рода ледяную воздушную пробку, которая не позволит пузырькам улетучиваться (холодный воздух тяжелее теплого)».
 
Исходно температура ложки выше температуры бутылки и самого шампанского (я надеюсь, что вы пили его холодным!). Да, через некоторое время в холодильнике ложка остынет, но она не станет холоднее, чем температура внутри холодильника, то есть в итоге бутылка, шампанское и ложка будут одинаково холодными. Здесь я пренебрегаю тем, что в нижней части холодильной камеры обычно чуть холоднее, чем в верхней (хотя это зависит от модели холодильника и распределения потоков воздуха). Но если еще и это учесть, вывод точно будет не в пользу торчащей сверху ложки.
 
Может быть, холодная ложка в горлышке как-то препятствует прогреву воздуха в бутылке непосредственно над шампанским? Содержание растворенного в воде (или вине) углекислого газа зависит как от температуры (чем она ниже, тем больше газа может раствориться), так и от давления углекислого газа над раствором. Чем выше давление газа над раствором, тем больше газа может раствориться, так как ему становится энергетически невыгодно выходить в газовую фазу.
 
Пока бутылка закрыта, углекислый газ из нее уйти не может (разве что он разнесет ее вдрезбезги, как раньше часто случалось). Если мы откроем теплую бутылку, из-за резкого сброса давления газ, который до этого был растворен в вине, быстро выйдет наружу, вспенивая жидкость и заливая все вокруг. Но если бутылка будет холодной, перепад давления при открывании будет гораздо меньше, а растворимость газа – больше, и мы обойдемся без незапланированного душа из шампанского.
 
Даже охлажденная газированная жидкость теряет газ, но чем ниже температура, тем медленнее это происходит. И тут важна именно температура жидкости, размещение над ней ложки на нее не влияет.
 
Почему же так много людей уверены, что ложка работает? Они же лично в этом убедились, провели «эксперимент», взяв одну недопитую бутылку шипучки, сунув в горло ложку и поставив ее в холодильник. На следующей день они достали бутылку из холодильника, налили бокал и поразились тому, что напиток по-прежнему газированный. Только без сравнения с вариантом «без ложки» это – не эксперимент! Шампанское при низкой температуре теряет газы совсем не мгновенно, поэтому для него абсолютно нормально сохранить заметную карбонацию и на следующий день.
 
Чтобы утверждать о пользе именно ложки, нужно, как минимум, поставить в холодильник две недопитые бутылки, одну «закрыть» ложкой, а другую оставить открытой. Бутылки должны быть одинаковыми с одной и той же термической «историей» (если одну открыли, когда она была теплой, а другую – холодной, то их сравнивать уже нельзя), в них должно оставаться одинаковое количество игристого. Понятно, что мало найдется желающих пожертвовать двумя бутылками ради любопытства. Но даже и этого мало! Для достоверности такой эксперимент нужно повторить несколько раз, и только тогда обсуждать результаты.

Допустим, что такой любитель науки, но не шампанского нашелся и все сделал, как надо. А как он поймет, что ложка помогла? Совершенно точно нельзя просто попробовать один и второй напиток, зная, из какой бутылки его наливали. Мы очень хорошо умеем себя обманывать, и почувствовать больше газов в «правильной» бутылке сможет даже самый беспристрастный критик. Поэтому испытание должно быть слепым, например, как в «треугольном тесте». Наливаем четыре бокала, два – из открытой бутылки, два – из бутылки с ложкой. Потом проводящий эксперимент убирает один из них, а три оставшиеся дает попробовать дегустатору. Задача дегустатора – вслепую определить образец, который отличается от двух других. Процедуру повторяют многократно (чаще всего – на многих дегустаторах), результаты усредняют и проверяют, есть ли статистически значимая разница между одинаковыми и разными образцами. Без этого – вы провели не эксперимент, к которому можно серьезно относиться, а просто выпили в хорошей компании.
 
Второй вариант – измерить остаточное давление углекислого газа над раствором, концентрацию растворенного газа или просто потерю массы бутылкой. Дома это сделать сложновато (не у всех есть нужное оборудование), но в лаборатории – запросто. И, конечно же, такие эксперименты проводились. Один из них описывает Эрве Тис (Hervé This) в книге «Molecular gastronomy». Исследователи, связанные с Comité Interprofessionnel du Vin de Champagne (крупная организация, контролирующая производство, сбыт и продвижение шампанских вин), имели неограниченный доступ к шампанскому и могли позволить себе с ним поэкспериментировать. В своих экспериментах они оставляли в бутылке от одной до двух третей напитка (да, влияние остаточного объема тоже нужно было оценить!) и держали ее при 12 градусах после «закрывания» ложкой и в открытом виде. История умалчивает, куда девалось вино, которое они в бутылке не оставляли. Хотя, я не сомневаюсь, что ему нашлось применение на пользу науки. Проведенные же измерения показали, что ложка ни на что не влияет, как, в общем-то, и ожидалось.
 
Я подозреваю, что, как бы я не старался, мне вряд ли удастся убедить всех, что «эффект ложки» - просто прилипчивый миф. Всегда найдутся скептики, которые «сами пробовали, и она помогает». Таким я могу предложить самостоятельно провести эксперимент, но вместо небюджетного шампанского взять просто газированную воду или любой другой газированный напиток. Принципиальной разницы не будет. Главное – делайте это в компании (для увеличения статистической выборки), пробуйте вслепую и используйте «треугольный тест».
 
Раз ложка не работает, как же быть тем, кто не может допить все шампанское (если что, это не рекомендация)? Все решается элементарно. Чтобы снизить потерю газа, нужно снова закрыть герметично бутылку. В ней установится равновесие между газом в жидкости и над ее поверхностью, и пока бутылка останется закрытой, газ никуда не денется. Для этого есть специальные пробки, которые способны сдержать повышенное давление внутри. Я такими пользуюсь постоянно и доволен.
 
Если тема шампанского вам интересна, у меня есть заметка, в которой я разбираю и другие мифы про этот напиток. Например, правда ли, что его придумал Дом Периньон.

Записали сегодня очередной выпуск подкаста “Физики и лирики” на радио “Маяк”. Говорили про холодильники и морозилки. Обсудили сколько продукты могут лежать в холодильнике, а сколько - в морозилке, почему не стоит ставить в холодильник горячую еду, и какие процессы происходят при повторной заморозке продуктов.

Как всегда, в декабре времени на то, чтобы сесть и написать заметку не остается. Зато записали сегодня очередной выпуск подкаста «Физики и лирики» на радио «Маяк».
Говорили про чай и про не чай (матэ, каркаде, иван-чай и так далее). На самом деле – тема необъятная, и я в ней не то, чтобы эксперт. По крайней мере я не могу сходу назвать 20 своих любимых видов чая с индивидуальными особенностями и правильными параметрами заваривания для каждого (да, знаю я любителей чая, которые именно настолько серьезно к нему относятся). Тем не менее, эфир, на мой взгляд, получился довольно интересным.

Кстати, в комментариях к прошлому эфиру предложили отличное решение для тех, кому, как и мне, не нравится использовать неудобный сайт smotrim.ru, куда «Маяк» выкладывает свои выпуски. Тем, у кого Андроид, нужно просто поставить приложение “Радио «Маяк»”, которое позволяет потом сохранять выпуски просто аудиофайлами. У меня Андроида нет, но, судя по всему, этот подход действительно работает.

Уже неделю планирую собраться с силами и написать про очередную "Молекулу недели" (в соответствии с алфавитным порядком - на букву "Ж"). Уже почти дописал, скоро будет.

Тем временем, записали очередной выпуск подкаста "Физики и Лирики" на радио "Маяк". Говорили про кислородные коктейли.

Обсуждение как всегда ушло в сторону, и я не успел рассказать самую интересное. Про то, что несмотря на всю бесполезность кислородных коктейлей, исходная идея о возможности дыхания через пищеварительный тракт - вполне здравая. Более того, в прошлом году за демонстрацию того, что можно дышать при помощи специальных клизм (ага, дыхание получается именно через это место), Таканори Такебе получил Шнобелевскую премию (Ignobel Prize). Смех смехом, но уже было проведено первое испытание на людях, так что кто знает, может быть даже такое на первый взгляд странное открытие окажется полезным на практике!

Молекула недели - желатин

Кроме «едкого натра», в котором молекул как таковых нет, все остальные соединения, о которых я до сих пор писал, были органическими молекулами сравнительно небольшого размера. Их еще химики часто называют «малыми молекулами» (small molecules). Однако в пище встречаются и молекулы значительно более крупные – макромолекулы: белки, сложные углеводы (например, крахмал), ДНК и даже полиэтилен (если вдруг кто-то случайно съел часть упаковки).

Полиэтилен здесь упомянут не случайно. Это пластик или, в более общем смысле, полимер, то есть соединение, состоящее из множества повторяющихся одинаковых звеньев – мономеров. Белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды — тоже полимеры, только их мономеры имеют биологическую природу.

Синтезировать и изучать полимеры сложнее, чем малые молекулы. Во-первых, их молекулы могут быть действительно огромными. Если, например, вытянуть молекулу ДНК человека в линию, её длина составит почти два метра! Во-вторых, свойства полимера зависят не только от состава мономеров, но и от длины цепи, а также от того, насколько похожи макромолекулы по размеру. Два образца полиэтилена — один, состоящий из молекул ровно по 1000 мономеров, и другой, в котором встречаются молекулы с 500, 1500 мономерами и другими промежуточными значениями, — это два совершенно разных материала.

С биополимерами всё ещё сложнее. Возьмём, к примеру, белки. В отличие от полиэтилена, где повторяются мономеры одиного типа (да, этилен), белки образованы двумя десятками различных аминокислот, соединённых в произвольном порядке. Поэтому даже не очень крупный белок на 100 аминокислот может иметь непередаваемо огромное число различных аминокислотных последовательностей.

Но и это ещё не всё. Простая последовательность аминокислот — лишь первый уровень организации белка. Дальше оказавшиеся рядом аминокислоты связываются водородными связями, образуя элементы вторичной структуры – альфа-спирали и бета-листы, которые как-то располагаются в пространстве, что уже дает третичную структуру. А если белок состоит из нескольких цепей, то они могут соединяться еще и в четвертичную структуру.
К тому же белки обладают подвижностью. Благодаря этому свойству работают ферменты: их части могут двигаться друг относительно друга. Самое известное изменение белковой структуры — разрушение пространственной организации белка (денатурация). В прошлой заметке я уже упоминал, как при нагревании яичный белок сворачивается в плотный непрозрачный гель. Денатурация большинства белков необратима: если разорвать цепи, они начинают сцепляться друг с другом, образуя гель, и восстановить исходное состояние практически невозможно. Однако бывают исключения. Например, авторы одного исследования обнаружили, что сочетание центрифугирования и обработки мочевиной может помочь развернуть белки обратно и сделать белок сваренного вкрутую яйца опять жидким.

Но иногда денатурация бывает частичной и обратимой, и это как раз пример героя этой заметки – желатина. Он хорошо известен как загуститель для фруктовых желе, но постоянно встречается и в других блюдах, например, с тушёным мясом.

Технически желатин нельзя назвать природным веществом, потому что живых тканях его нет. Там есть его неденатурированный предшественник, белок коллаген, ключевой компонент соединительной ткани в составе хрящей, сухожилий, костей, кожи и мышц. Коллаген нерастворим в воде, так как его молекулы – это туго переплетённые в тройную спираль цепи и разорвать их непросто. При высокой температуре коллаген денатурируется, его нити сокращаются, выжимая из мяса сок. Но если аккуратно нагревать его в присутствии воды, тройная спираль расплетается, молекулы присоединяют воду (происходит гидролиз) и образуют растворимый в воде желатин. Именно поэтому жёсткие мясные отрубы, богатые коллагеном, становятся мягкими при длительном тушении: коллаген разрушается, а желатин придаёт блюду приятную текстуру.

Однако даже фрагменты желатина все еще остаются макромолекулами, способными увеличивать вязкость раствора и образовывать гели. Причём образование такого геля обратимо: он остаётся твёрдым в холодильнике, но плавится во рту. Это свойство желатина делает его ценным не только в кулинарии, но и в фармацевтике, где его используют для капсул лекарств, твердых при комнатной температуре, но растворяющихся в желудке. Еще одно не очень пищевое применение желатина – изготовление баллистического геля, который имитирует ткани человека при испытаниях огнестрельного оружия.

Промышленный желатин обычно получают из свиной кожи и шкуры крупного рогатого скота, так как в коже всегда много коллагена. В костях коллагена тоже немало, и французский химик Жан Дарсе ещё в XIX веке придумал метод извлечения желатина из костей, пытаясь создать дешёвый источник питания для бедных. Однако оказалось, что только на желатине прожить довольно сложно, его аминокислотный состав далек от идеального.

И даже если вы никогда не готовите желе, вы почти наверняка проводите гидролиз коллагена на своей кухне. Уже упомянутое тушение мяса – один пример, а второй – варка бульонов. Липнущий к губам хороший наваристый бульон – прямой результат высокого содержания к нем желатина. Ну и затвердевание насыщенного бульона в холодильнике вызвано тем же.

Я, кстати, многократно встречался с утверждением, что желатин в насыщенных супах очень помогает от похмелья. Сразу скажу, что по моему собственному опыту антипохмельный эффект у таких супов и правда есть, но ученый во мне протестует против того, чтобы приписывать его именно желатину. Я не нашел ни одной нормальной научной статьи, подтверждающий наличие у него такого эффекта. И мне очень сложно представить ситуацию, как кто-нибудь утром первого января налегает на клубничное желе. А вот «похмельных супчиков» по всему миру множество, и часто это действительно блюда с большим количеством желатина. В разных странах утверждают, что лучшее лекарство от похмелья – это хаш, рамен, кальдо-де-рес, хэджангук, харчо, солянка, фо-бо. Список можно продолжать и продолжать. Но я не думаю, что дело в желатине. Скорее, суп – это хороший способ решить сразу две проблемы, связанные c похмельем (дегидратацию и дисбаланс электролитов), при этом не слишком напрягая измученный организм едой. Хотя, конечно, лучше не доводить до необходимости такого «лечения»

От желатина мы логично подошли к теме бульонов. Меня уже просили написать отдельную заметку о варке бульона, в процессе которой переплетается много химии и физики. Но об этом – в следующий раз.

Сижу сегодня на работе, никого не трогаю, готовлю лекцию на завтра. Внезапно - звонок с радио “Маяк”. Оказалось, что произошла путаница с датами, и очередной эфир подкаста “Физики и лирики” будет не в четверг, а уже идет. Поэтому в этот раз я на вопросы отвечал не в уютной студии с хорошим микрофоном, а прямо по телефону на лестнице в университете. К счастью, мимо меня не слишком много громких студентов пробегало, поэтому звук вроде ничего получился.

Обсуждали упаковку для напитков - стекло, пластик, жесть, картон. Ведущие - Александр Пушной и Маргарита Митрофанова - в рамках обсуждения решили рассмотреть гипотетическую ситуацию, в которой меня позвали в гости, налили кипятка в пластиковый стаканчик, попробовали накормить вздувшимися консервами и выдали с собой на дорожку селедку под шубой в полиэтиленовом пакете. Теперь уже боюсь в следующий раз вживую студию ехать, мало ли что 🙂

UPD: Все-таки участвовать в эфире, одновременно пытаясь найти тихое место с нормальным мобильным интернетом в шумном университете - не самая лучшая идея. Уже постфактум вспомнил, что многие мои формулировки были недостаточно четкими. Сразу уточню:

1. Я сказал, что главный риск при питье кофе из пластикового стаканчика - это обжечься. Имелось в виду, что некоторые стаканчики, не предназначенные для горячих напитков, сделаны из очень тонкого пластика, который сильно размягчается при высокой температуре. Если на такой стаканчик слегка надавить, он может деформироваться, и жидкость прольется. Это не означает того, что нет других рисков: при высокой температуре также возрастает вероятность миграции компонентов пластика в напиток. Однако с химической точки зрения за один раз ничего критичного не произойдет, а вот ошпариться — вполне реально. Поэтому для горячих напитков лучше использовать специальные термостойкие стаканчики, они и прочней, и ничего страшного в ваш кофе из них не выйдет.

2. Я очень неудачно сформулировал часть про тетрапаки. Попытался уточнить на ходу, но все равно получилось не совсем точно. Конечно, ультрапастеризацию молока не проводят прямо в пакете — это было бы технически невероятно сложно. На самом деле молоко пропускают через узкие каналы, где оно на несколько секунд нагревается до очень высокой температуры, затем быстро охлаждается и уже в стерильных условиях разливается в асептическую упаковку.

Так что да, выступать на радио лучше из студии, где можно спокойно отвечать на вопросы, не отвлекаясь ни на что. Даже под угрозой селедки по шубой в полиэтиленовом пакете 🙂

Этот семестр - это нечто. Подготовить и прочитать два новых курса для магистратуры, починить прибор за полтора миллиона евро при помощи напильника и скотча, научиться пользоваться наносекундным лазером IV класса опасности в условиях, исключающих использование защитных очков, и не остаться при этом без глаз - в общем, жизнь бьет ключом. Поэтому в черновиках - десять заметок, и закончить их - времени нет. Но я обязательно вернусь к более регулярному написанию, свет в конце туннеля уже виден )

Иногда удается только сходить на запись очередного эфира на радио “Маяк”. Неделю назад меня позвали на серию эфиров “Незаметные пандемии XXI века”, чтобы обсудить “Искусственную еду”. Меня всегда передергивает от этого выражения, да и темы про рестораны быстрого питания, глутамат натрия и потенциальный вред колбасы уже несколько поднадоели, если честно, но судя по всему многих этот вопрос до сих пор волнует, поэтому мы будем обсуждать это снова и снова )

А если вам нравится аудиоформат, но больше заходят лекции, а не подкасты-интервью - напомню, что у меня есть серия из 18 лекций, который я прочитал несколько лет назад для радио “Звезда”. Мне кажется, что они получаются более информативными, поскольку там меня не так сильно уводит в сторону как при живой беседе, да и слушать их удобней, чем со smotrim.ru.

Весенний семестр наконец-то закончился. Осталось только принять экзамены, но это уже несложно (хотя студенты со мной не согласятся).

Вместе с учебным семестром удалось и завершить парочку длительных и сложных проектов, и опубликовать несколько неплохих статей. Одна из них даже имеет некоторое отношение к кухонной химии. И именно о том, что мы такого в этой работе сделали, я постараюсь понятно рассказать в новой заметке:

Ученые научились различать сорта чая при помощи языка

Постоянные читатели канала знают, что я часто бываю на радио, но довольно редко появляюсь на телевидение. На днях решил сделать исключение и сходил на передачу «Утро ТНТ» показать язык. Разумеется, не свой, а электронный, о котором я уже писал, но если кому-то смотреть интересней, чем читать - с 15 минуты короткое интервью со мной.

P.S. А для тех, кто читать любит больше чем смотреть или слушать - я обязательно вернусь к текстовым заметкам. А то мне уже в комментариях прозрачно намекают, что давно ничего не было.

Сегодня записали еще один эфир подкаста “Физики и лирики” на радио Маяк длительностью аж 40 минут! Говорили о пищевой упаковке: пластике, металле, стекле, фольге, пленке. В кои-то веки все успели обсудить. Все же 40-минутная передача – это гораздо лучше, чем 15-20 минут.

В процессе я вспомнил одну историю, которая в подкаст не вошла. Один из ведущих российских ученых в области полимеров, с которым мне посчастливилось работать, известный академик, любит приводить такой пример влияния химии на нашу жизнь. По его словам в пластиковый пакет во времена его юности можно было положить не больше двух бутылок (ну, предположим, кефира), иначе пакет рвался с непоправимыми последствиями. Теперь же мы вроде в таком же пакете из магазина можем без проблем принести 5-6 бутылок (теперь чаще не кефира, но сути это не меняет). Разумеется, дело в химии. Как вы думаете, что именно изменилось?

Итак, вчера я спросил: «Почему раньше пластиковые пакеты были тонкие, хлипкие и рвались от любого острого угла, а сейчас они выдерживают килограммы покупок, эластичные и прочные?». Но ведь и тогда, и сейчас пакеты – из полиэтилена. Казалось бы, в основе всё та же молекула. Что поменялось?

Чтобы это понять, надо знать, как устроен полиэтилен. Раз слово начинается с «поли» (от греческого πολύς, многочисленный), значит, в молекуле несколько идентичных кусочков. Чаще всего это будут полимеры – вещества с очень длинными молекулами, которые содержат много повторяющихся звеньев (мономеров). У полиэтилена мономером будет просто этилен (H₂C=CH₂) – два атома углерода, связанные двойной связью. Если взять и превратить такую двойную связь в одинарную, «разорвав» одну из связей, получится фрагмент –CH₂–CH₂–. В нем с обеих сторон оказались болтающиеся связи, не соединенные ни с каким атомом. Такие штуки очень нестабильны и с радостью прореагируют с чем-нибудь. Например, с другой молекулой этилена. Тогда получится уже более длинная цепочка углеродов: –CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–. Два атома – от одной молекулы этилена, два – от другой и опять болтающиеся связи на концах. Дальше собирая молекулы этилена, цепочка становится все длиней, пока к этим концам не присоединиться что-то еще, что остановит рост цепи. К этому моменту в цепочке уже могут быть десятки тысяч атомов, поэтому целиком ее формулу никто не рисует, а просто пишут (–CH₂–CH₂–)ₙ, где n подразумевает многократное повторение мономерного фрагмента.

В начале прошлого века химики придумали, как превратить этилен в полиэтилен – то есть полимеризовать его – в условиях высокого давления (больше тысячи атмосфер) и температуры (выше 200 градусов). Такой пластик называют полиэтиленом высокого давления или низкой плотности (LDPE, low-density polyethylene). Под сильным давлением и при высокой температуре полимерные цепи растут не только «в длину», но в «в ширину», образуя боковые ответвления, из-за чего они становятся довольно «мохнатыми». А еще – разной длины. Когда такие цепи оказываются рядом, они не могут плотно прижаться друг у другу, как шпроты в банке (отсюда и «полиэтилен низкой плотности»), потому что у них у всех немного разная форма. Можно еще сказать, что у такого полимера будет низкая кристалличность, ведь кристаллы – это миллионы идентичных молекул, лежащих рядышком в одинаковых позах. Какие-то упорядоченные кристаллические зоны в нем будут, но между ними будут большие аморфные области, где полимерные цепи лежат как попало. Кристаллические области придают прочность и жесткость, а аморфные – мягкость и деформируемость. Поэтому полиэтилен низкой плотности, в котором из-за «неправильной» формы молекул много аморфных областей, гибкий, мягкий, но механически очень непрочный. Собственно говоря, в начале двадцатого века пакетов из него не делали, а использовали этот новый и достаточно дорогой материал для изоляции кабелей.

Но в 1950-е годы Карл Циглер и Джулио Натта открыли специальные вещества – катализаторы, которые помогали молекулам этилена связываться в полимерную цепь уже при атмосферном давлении (хотя обычно берут давление чуть выше). В этих «мягких» условиях полимерная цепь росла контролируемо и без лишнего ветвления. Так появился полиэтилен низкого давления – прочный, жёсткий, с высокой кристалличностью. В нем полимерные цепи упакованы более тесно, поэтому и плотность у него выше. Отсюда и его второе название – полиэтилен высокой плотности (HDPE, high-density polyethylene). Хотя он плотнее полиэтилена низкой плотности всего лишь на пять процентов, его свойства отличаются колоссально. Из такого полиэтилена уже можно было делать жесткую тару: канистры для бытовой химии, бутылки для молока, разделочные доски и даже трубы для воды и газа. Тогда же и появились первые пакеты-майки. Они держали форму лучше, чем пакеты из полиэтилена низкой плотности, но из-за низкой эластичности легко рвались при проколе, например, углом коробки. Да и вообще после определенной нагрузки они трескались вместо того, чтобы растягиваться. Пакеты из чистого HDPE встречаются и сейчас. Они прямо сильно шуршат, поскольку довольно жесткие, особенно на морозе.

Слишком высокая эластичность LDPE – это плохо (пакет рвется и все вываливается), но высокая жесткость HDPE – тоже не очень хорошо (пакет трескается и все вываливается). А нельзя ли объединить их свойства, например, просто смешав оба вместе? Но получилось сделать даже лучше – придумали способ получения линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE, Linear low-density polyethylene). Помните, что обычный полиэтилен низкой плотности стновился таким из-за того, что полимерные цепи неконтролируемо обрастали боковыми «отростками» разной длины, которые мешали ему кристаллизовался? А вот если бы все «отростки» были примерно одинаковой длины и равномерно распределены по полимерной цепи, то такой материал кристаллизовался бы лучше, чем полиэтилен низкой плотности (то есть был бы прочнее), но хуже – чем высокой (то есть был бы более эластичным). Оказалось, что для этого к этилену при низком давлении надо просто добавлять его старших братьев: бутен, гексен или октен. Это тоже углеводородные цепочки с одной двойной связью, но более длинные (например, бутен – это CH₂=CH–CH₂–CH₃). Теперь при полимеризации с этиленом (это называют сополимеризацией) получалась линейная цепочка, из которой периодически в стороны торчали короткие отростки всегда одинаковой длины. Такой полиэтилен сочетает прочность и эластичность, и именно из него (обычно в смеси с другими видами полиэтилена) изготавливают современные пакеты.

Казалось бы, вещество одно и то же (полиэтилен), но при правильном подборе условий получения оно может обладать настолько разными свойствами. В основе – просто цепочки атомов углерода с присоединенными водородами. Но если научиться управлять их трехмерной архитектурой, можно перейти от разветвленных случайным образом цепей к строго линейным, а от них – к «контролируемо мохнатым». От хлипкого пакета к прочному. Иногда я немного завидую химикам-полимерщикам, потому что они чаще видят результаты своей работы в реальной жизни, чем специалисты в других областях химии. И мы эти результаты видим каждый день, хотя и не всегда об этом задумываемся.

Меня в комментариях спрашивают уже “Когда будут новые заметки?”
Они обязательно будут, и скоро, потому что к концу года после отчетов по грантам и подаче новых заявок всегда время появляется.

А пока что обратил внимание, что я уже несколько раз поучаствовал в записи подкаста “Физики и лирики” на радио “Маяк”, а выложить сюда ссылки забыл, причем неоднократно. Между тем, там много интересного:

- Хранение продуктов в холодильнике и в морозилке (да, два отдельных подкаста про разные части холодильника!)

- Химия и физика мороженного

- Микроволновка и то, как ей пользоваться

- Как создают новые вкусы продуктов

- Зачем добавлять кислоту в еду

А весь список подкастов есть вот тут.

Удивительно, оказывается, что я уже в 24 выпусках поучаствовал. Может быть те же рассказы стоит отдельно записать в виде подкастов или лекций, по типу тех, которые я читал для радио “Звезда”? Тогда хотя бы их удобно слушать будет, а то платформа, куда “Маяк” все выкладывает, меня немного бесит.

Почему морковка вас не убьет, а печень может

Когда-то давно мне на глаза попалась история о том, что в медицинской литературе якобы описан случай, где человек переел моркови, пооранжевел и умер. Я наконец-то разобрался, откуда пришла эта байка и правда ли переедание моркови опасно.

Об этом – в новой заметке.