Använda kemiska formler för att beskriva mat

All mat består av otaliga olika molekyler. Oavsett om det är molekylerna som ger kanel dess distinkta smak, eller de som färgar din apelsin, ja, apelsin. Det finns helt enkelt för många att räkna, och att studera dem kan verka skrämmande.

Molekyler kan ha komplexa namn, såsom kanelmaldehyd, eller β-karoten, askorbinsyra eller sackaros. Detta gör det inte alltid lättare att förstå vad de gör. För att mer effektivt studera dessa byggstenar kan vi använda kemiska formler. Dessa enkla formler gör det enkelt att beskriva och jämföra molekylerna som utgör maten.

Molekyler är uppbyggda av atomer (grundämnen)

Molekyler är kemiska strukturer som är uppbyggda av ännu mindre byggstenar: atomer. Du kan jämföra det med lego: en atom är en enda legokloss, medan en molekyl är strukturen som är gjord av att sätta ihop flera klossar (minst två) tillsammans.

Molekyler kan vara små, uppbyggda av så lite som två atomer. Men mat innehåller också massor av molekyler som är uppbyggda av hundratals, om inte fler, atomer sammankopplade.

Välj antal tillgängliga element

På den här världen finns det lite över 100 olika atomer eller grundämnen som de kallas. Alla kända grundämnen passar in i det periodiska systemet. Om du någonsin har gått en kemilektion, har du förmodligen stött på det periodiska systemet någon gång. I mat är det bara en liten grupp av grundämnen som utgör den stora majoriteten av “byggstenarna” i matens molekyler:

• väte (H)
• kol (C)
• syre (O)
• kväve (N)

Bokstäverna bakom varje element är de förkortningar som används för att beteckna det elementet. Varje element har en sådan förkortning. De flesta förkortningar är bara en eller två bokstäver långa. Några andra exempel som ofta finns i mat är:

• natrium (Na)
• klorid (Cl)
• fosfor (P)
• kalcium (Ca)

Kemiska formler i livsmedel

För att börja jämföra olika molekyler i mat är det viktigt att veta vilka grundämnen de är gjorda av. Det är här kemiska formler kommer in i bilden. Varje molekyl kan uttryckas med en sådan formel* och den kommer att berätta exakt vilka grundämnen den är gjord av. En kemisk formel är “ingredienslistan” för din molekyl.

För att skriva upp en kemisk formel kommer en kemist först att utvärdera vilka grundämnen som finns. Därefter kommer de att räkna hur många av varje som är närvarande. Förkortningarna för varje grundämne listas bredvid varandra och med ett nummer som sänkning anges numret på ett sådant element i en molekyl.

Låt oss titta på några exempel:

• Vatten, en av de vanligaste ingredienserna i mat!
  • En vattenmolekyl består av 2 väteatomer (H) och 1 syreatom (O)
  • Kemisk formel för vatten: H₂O
• Askorbinsyra (ett annat namn för vitamin C)
  • Består av 6 kolatomer (C), 8 väteatomer (H) och 6 syreatomer (O)
  • Kemisk formel: C₆H₈O₆
• β-karoten (ansvarig för färgen i morötter)
  • Består av 40 C-atomer och 56 väteatomer
  • Kemisk formel: C₄₀H₅₆

Visa likheter

Kemiska formler ger snabbt en uppfattning om vilken typ av molekyl som ett livsmedel består av. Som sådan kan det hjälpa dig att klassificera och gruppera molekyler med en liknande struktur. Detta är användbart eftersom molekyler med liknande strukturer ofta har vissa egenskaper gemensamma. Till exempel kan de bidra till smaker, delta i vissa kemiska reaktioner eller smälta vid en viss temperatur.

Ett bra exempel på detta är en grupp molekyler som kallas kolhydrater. Molekylerna nedan är alla kolhydrater. Deras kemiska formler är mycket lika.

• Glukos – C₆H₁₂O₆
• Sackaros (standardsocker) – C₁₂H₂₂O₁₁
• Laktos – C₁₂H₂₂O₁₁
• Stärkelse (del av mjöl): (C₆H₁₀O₅)_n (n anger att det kan vara en lång kedja av dessa grupper av molekyler)

Berätta inte hela historien

I listan över kolhydrater kanske du också har märkt en nackdel med att bara använda kemiska formler för att beskriva molekyler. De berättar inte hela historien.

Sackaros och laktos har samma kemiska formel. Men de är inte samma molekyler. De enskilda atomerna är sammankopplade på olika sätt i båda molekylerna, vilket resulterar i en annan struktur. Med andra ord innehåller en kemisk formel bara ingredienslistan. Men det missar “instruktionerna” i ett recept.

I dessa fall kommer kemister att använda strukturformler.

I vissa molekyler är hur vissa grupper av atomer hänger ihop avgörande för hur de beter sig. Dessa specifika grupper kan avgöra om en molekyl kommer att reagera under vissa förhållanden till exempel. I de fallen kan den kemiska formeln skrivas lite annorlunda för att lyfta fram den specifika gruppen. Detta är ett sätt att övervinna bristen på strukturell kunskap om en molekyl.

Två vanliga grupper i mat som du kan stöta på är -COOH och -NH₂. Den första, -COOH även kallad en karboxylsyra, är en syra. Den senare, -NH₃är en aminogrupp och avgörande i proteiner.

Några exempel på hur detta kan se ut:

• Ättiksyra (gör vinäger sur):
  • C₂H₄O₂ – standardsättet
  • CH₃COOH – det här berättar lite mer om hur det är sammansatt
• Glycin (en basisk aminosyra, en kärnbyggesten av proteiner)
  • C₂H₅NEJ₂
  • NH₂‐CH₂‐COOH – det visar tydligt de två avgörande grupperna
• Linolsyra (en fettsyra, en komponent i många fetter och oljor)

För stor för att skriva ner

Vissa stora molekyler som stärkelse kan fortfarande ha en ganska enkel kemisk formel. Men det finns också stora molekyler som är för stora och komplexa för att skriva ner på detta sätt. I dessa fall är en kemisk formel inte längre ett användbart verktyg. I mat är de flesta proteiner för komplexa för att skriva ner på detta sätt.

Utgångspunkten för livsmedelskemi

Naturligtvis är kemiska formler bara början! Nästan varje mat består av många olika molekyler, med var och en sin egen kemiska formel. Nästa är att förstå hur dessa molekyler interagerar och påverkar din mat. Allt detta är precis vad matkemister gör dag ut dag in.

Att förstå och känna till kemiska formler är utgångspunkten för att förstå kemin i din mat. Mycket kemi börjar med att bara veta vad din mat är gjord av. Kemiska formler hjälper dig att förstå vad kolhydrater, fetter och proteiner verkligen är. De hjälper dig att förstå vetenskapen bakom smak och mycket mer.

För att verkligen gräva i detta område, varför inte överväga att ta vår matkemikurs?