Van ingrediënten naar basiscomponenten

• Natuur, Leven en Technologie
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4

MOLECULAIRE GASTRONOMIE

Wetenschap in de keuken

Je leert over de belangrijkste eigenschappen van

- water

- koolhydraten

- eiwitten

- vetten

Leerdoelen van dit deel

Hydrofoob is

1. Wateraantrekkend
2. Waterafstotend
3. Vuilafstotend
4. Vochtinbrengend

Een stof is hydrofiel als deze

1. water kan opnemen
2. op kan lossen in water
3. niet op kan lossen in water
4. waterafstotend is

Hydros = water

Filos = liefde

Fobos = angst

Hydrofiele stoffen mengen goed met hydrofiele stoffen en lossen goed op in water

Hydrofobe stoffen mengen goed met hydrofobe stoffen en lossen niet goed op in water  

Hydrofiel & hydrofoob

De negatieve lading van het gemeenschappelijk elektronenpaar zit het dichtst bij het atoom dat het hardst trekt. 

Hierdoor is het blauwe atoom ietsje positiever: δ+ lading. Het groene atoom (het O of N atoom) is dan wat negatiever: δ− lading.

Let op: het hele molecuul blijft neutraal!

Gemeenschappelijk elektronenpaar

Hoe zit dat met water?

Het zuurstofatoom trekt harder aan het gemeenschappelijke elektronenpaar dat waterstofatoom.

De negatieve lading van het gemeenschappelijk elektronenpaar zit het dichtst bij het atoom dat het hardst trekt. 

Het zuurstof atoom is daardoor wat negatiever: δ− lading.

Hierdoor is het waterstofatoom ietsje positiever: δ+ lading. 

Let op: het hele molecuul blijft neutraal!

De waterstofbrug

Het zuurstof atoom: δ− lading.

Het waterstofatoom: δ+ lading. 

- en + trekken elkaar sterk aan

Waterstofbrug

De O of N van een OH of NH groep 

wordt aangetrokken door 

de H van een OH of NH groep

De waterstofbrug in andere moleculen

Waterstofbrug

De O of N van een OH of NH groep wordt aangetrokken door de H van een OH of NH groep

Ethanol en water

Het zuurstofatoom (𝜹-) trekt harder aan het gezamenlijke elektronenpaar dan het waterstofatoom (𝜹+)

Deze ladingen trekken elkaar aan en vormen een sterke binding: H-brug

Een waterstofbrug (H-brug)

het H atoom van een −OH of −NH groep gebonden aan het O of N atoom van de −OH of −NH groep van een naburig molecuul.

Een waterstofbrug in oplossing

Welke waterstofbrug
is goed getekend?

1. a
2. b
3. c
4. d

• Hydrofiel als: 1 of meer OH- of NH-groepen (voor H-bruggen) en de rest van het molecuul is niet te groot 
  

• Niet te groot = max 4 C's voor 1 OH of NH groep

• De rest is hydrofoob
  

Hydrofiel & hydrofoob

De koolhydraten worden onderverdeeld in een aantal groepen

  

1. Monosachariden: de bouwstenen
   
2. Disachariden: 2 bouwstenen aan elkaar 
   
3. Oligosachariden & Polysachariden: 3 of meer bouwstenen aan elkaar 

Koolhydraten

Monosachariden zijn de kleinste en meest eenvoudige moleculen onder de koolhydraten.

Glucose                                           Fructose 

 

Monosacchariden

Disachariden ontstaan wanneer je 2 monosacharide aan elkaar koppelt

Sacharose (= Sucrose): tafelsuiker

Disachariden

Leg uit hoe het komt dat sacharose oplosbaar is in water. Is het ook goed oplosbaar is vet? Leg uit waarom wel of niet?

Onderscheid maken tussen 

• lineaire polysachariden: alle monosachariden in één lange keten
  
• vertakte polysachariden: lange ketens van monosachariden, met zijketens van monosachariden.  
  

On onderscheid maken tussen polysachariden die bestaan:

• uit slechts één soort monosacharide bestaan: homoglucaan 
• uit meer dan één soort monosacharide: heteroglucaan. 

Is dit dan belangrijk in de keuken?

Polysachariden

Zetmeel

Een polysacharide die bestaat uit 1 soort (homoglucaan) monosacharide

Polysacharide: een voorbeeld

Polysacharide: een voorbeeld

Zetmeel kan 

• een product verdikken (mondgevoel) geven. 
  

• een soort netwerk vormen, waardoor de structuur van een product langer stabiel blijft (bv pudding die niet in elkaar zakt)
  

Leg uit of de eigenschap van zetmeel om vloeibare producten te verdikken komt door het hechten van water aan het zetmeel of juist door de interactie van de zetmeelmoleculen met elkaar.

Pasta bestaat vaak uit tarwemeel hoe kan het dat wanneer je pasta kookt dat het zacht wordt?

abc

Op volgorde van grootte:

1. Aminozuren: de bouwstenen
   
2. Peptiden: een paar aminozuren aan elkaar (max 50)
   
3. Eiwitten: een groot en complex aminozuurketen  
   

Eiwitten

• 20 aminozuren, waarvan 8 essentieel
  
• Allemaal een eigen R (rest) groep
  
• BINAS tabel 67H1 
  

De R-groep bepaalt of een aminozuur oplosbaar is in water of in olie

Eiwitten

De R-groep bepaalt of een aminozuur oplosbaar is in water of in olie. Waarom is dat?

• Primaire structuur: de aminozuursequentie, de keten wordt bij elkaar gehouden door covalente bindingen (peptidebinding) 
  

• Secundaire structuur: de lokale vouwing in driedimensionale structuurelementen, zoals de α-helix en de β-sheet (primair H-bruggen)
  

• Tertiaire structuur: de vouwing van het eiwit als geheel. Stabilisatie treedt op door aantrekkingskrachten tussen de zijketens van de ingebouwde aminozuren, zoals hydrofobe interacties, ion-interacties en zwavelbruggen
  

Eiwit opbouw

Welke aminozuren moeten een eiwit bevatten om de volgende binding te kunnen vormen:
Waterstofbruggen, zwavelbindingen of ionbindingen

Veranderen van de structuur van een eiwit:  

• temperatuur verhogen  
  
• pH te verlagen (zuurgraad)
  

Waterstofbruggen en zwavelbruggen worden dan verbroken, waardoor het opgerolde eiwitmolecuul zich ontvouwt 

Een gedenatureerd eiwit neemt meestal een andere ruimtelijke structuur aan nadat de pH of temperatuur weer normaal zijn geworden.

Denatureren van een eiwit

Gedenatureerd eiwit

Vetten hebben altijd dezelfde opbouw

• glycerol als basis
• vetzuren: lange koolstofketen en een COOH-groep

Vetten

Hoe komt het dat olie vloeibaar is en boter niet?

Vetten

Vetten

Verzadigd vetzuur

• geen knik in keten 
  
• Vast bij kamertemperatuur 
  
• Alleen CH2 in keten 
  

Onverzadigd vetzuur

• knik in de keten 
  
• Vloeibaar bij kamertemperatuur 
  
• Ook CH in de keten 
  

Waarom zijn onverzadigde vetten vloeibaar bij kamertemperatuur?

Waarom kunnen vetten en oliën niet oplossen in water ook al hebben ze een -COOH groep?

Vetten en oliën zijn apolair en waterafstotend door de lange apolaire vetzuurstaarten.

vetten mengen niet met polaire stoffen zoals water.

Vetten en oplossen

Wikipedia:

Gels zijn verdunde moleculaire structuren die plaatselijk aan elkaar plakken door intermoleculaire aantrekkingskrachten. 

Een gel is vloeibaar, maar gedraagt zich als vaste stof. 

Een gel kan erg zacht zijn, zoals haargel, maar ook tamelijk hard, zoals kaas

Een gel

De gelatinemoleculen zijn heel lang en hebben allemaal haakjes. Daardoor kunnen ze aan elkaar haken. Normaal zitten ze allemaal aan elkaar en is de gelatine hard, zoals de velletjes. Als je de gelatine mengt met warm water, dan zorgt het water ervoor dat de gelatinemoleculen beter langs elkaar kunnen bewegen. Toch kunnen de moleculen nog steeds niet zo heel goed langs elkaar bewegen. Daarom krijg je een gel die een beetje tussen een vloeistof en een vaste stof in zit.

Als de gel opdroogt op je haar gaat het water tussen de gelatinemoleculen uit. De gelatinemoleculen haken dan vast aan elkaar en aan je haar. De gelatine wordt dus weer hard. Het werkt dus net zo als gewone gel.

Gelatine wordt ook gebruikt in snoepjes zoals winegums en in pudding. Je kunt dus ook pudding als gel gebruiken! Als je je haar rechtop wil zetten kun je ook groene zeep gebruiken. Vet zoals wax zorgt ervoor dat je haar niet te veel gaat pluizen. Ook de lijm in het proefje maak zelf lijm is een soort gel. Maar pas op, je kunt de meeste lijm niet als gel gebruiken!

 

antwoorden proefje maak zelf gelantwoorden proefje maak zelf gel

extra uitleg

Gelatine wordt gemaakt door botten, kraakbeen en huid van dieren te koken. In botten en huid van mensen zit een stof die collageen heet en waar gelatine van wordt gemaakt.

Gelatine bestaat uit lange moleculen, met allemaal hoeken en haken. Gewoonlijk zitten die helemaal in elkaar gehaakt. Dan is gelatine een vaste stof. Als gelatine wordt opgelost in water ontstaat er een mengsel van de grote gelatinemoleculen en de kleine watermoleculen. In de scheikunde heet een mengsel van grote en kleine moleculen een colloïde. Eigenlijk is het dan een vloeistof, maar het gedraagt zich als een vaste stof. Als de gel opdroogt op je haar wordt het weer een vaste stof die flink aan je haar 'gehaakt' is.

Hoe kunnen we hydrofiele en hydrofobe stoffen toch mengen?

Emulgator

Hydrofiel

Hydrofoob