Oberflächenspannung in Lebensmitteln

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Aufgrund einer verwandten Frage sind einige von uns neugierig auf die Oberflächenspannung in Flüssigkeiten, die üblicherweise in Lebensmitteln und Getränken verwendet werden. Auf Wikipedia gibt es eine Tabelle mit einer verlockenden Menge an Informationen, darunter:

  • Die Oberflächenspannung von Wasser nimmt von 76 mN / m auf 59 mN / m ab, wenn die Temperatur von 0 ° C auf 100 ° C steigt. Es ist 72 mN / m bei warmer Raumtemperatur, 25 ° C.

  • 10% Essigsäure (sehr starker Essig) hat eine wesentlich verringerte Oberflächenspannung (55 mN / m bei 30 ° C)

  • Alkohol kann die Oberflächenspannung stark auf 46 mN / m bei 11% und 30 mN / m bei 40% reduzieren.

  • Ein konzentrierter Saccharosesirup (55%) hat eine etwas höhere Oberflächenspannung als Wasser, 76 mN / m bei 20 ° C.

  • Sehr salziges Wasser (6 M im Vergleich zu Meerwasser bei 0,6 M) hat eine höhere Oberflächenspannung von 83 mN / m bei 20 ° C.

Von Interesse wäre:

  • Wie hängt die Oberflächenspannung normalerweise von der Temperatur ab? (Verringert es sich immer mit steigender Temperatur?)

  • Wie wirken sich verschiedene alltägliche gelöste Stoffe (z. B. Zucker) und Mischungsbestandteile (z. B. Alkohol, Essigsäure) auf die Oberflächenspannung von Wasser aus? Tatsächliche Daten zur gemessenen Oberflächenspannung von Flüssigkeiten wären wunderbar - wie hoch ist beispielsweise die Oberflächenspannung von Milch, Tee, Essig, Sirup, verschiedenen alkoholischen Getränken oder allem anderen, mit dem wir üblicherweise kochen oder trinken? Was bestimmt, ob etwas die Oberflächenspannung von Wasser erhöht oder verringert?

  • Gibt es exotischere (aber essbare!) Gelöste Stoffe oder Mischungskomponenten mit dramatischen Auswirkungen auf die Oberflächenspannung? Besonders interessant wären solche ohne Geschmack, mit denen vorhandene Flüssigkeiten optimiert werden könnten.

Hinweis: Ich habe eine verwandte Frage zum Austausch von Physikstapeln gestellt .

molecular-gastronomy Cascabel
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+1 für die schöne Frage. Versuchen Sie für dramatische Effekte, Druck auf eine Stärkeaufschlämmung auszuüben (für eine leicht breite Definition von essbar).
rumtscho
Ich denke, diese Frage ist im Bereich des Kochens ziemlich irrelevant. Die strukturelle Wahrnehmung einer bestimmten Flüssigkeit wird von ihrer Viskosität dominiert.
Nick T
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@NickT: Sicher, wenn du es trinkst - obwohl ich trotzdem denke, dass wir Dinge bemerken, die rutschig erscheinen. Aber was ist, wenn Sie daraus einen Schaum machen wollen? Was ist, wenn Sie nicht möchten, dass es schäumt? Menschen machen heutzutage verrückte Dinge und Oberflächenspannung betrifft einige von ihnen.
Cascabel
@Jefromi 'rutschig' wäre eine Funktion der Schnittstelleneigenschaften, nicht nur eine Sache für sich
Nick T
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Die eigentliche Frage ist, welche Anwendung die Oberflächenspannung dieser Flüssigkeit tatsächlich hat. Können wir tatsächlich etwas tun, wenn wir die Oberflächenspannung kennen, oder ist dies nur eine krankhafte wissenschaftliche Neugier der Lebensmittelwissenschaft?
Jay

Antworten:

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Dieser Artikel legt nahe, dass Stärke einen signifikanten Anstieg und Ölemulsionen einen signifikanten Rückgang bewirkt.

Die gleichen Prinzipien sollten für jedes kleine unpolare Molekül (verringert die Oberflächenspannung) und jedes große Molekül (erhöht die Oberflächenspannung) gelten. Beachten Sie, dass dies im Allgemeinen stark mit der Viskosität korreliert. Kräfte an den Oberflächenkräften stehen im Allgemeinen in Beziehung zu Kräften im Inneren der Flüssigkeit.

MSalters
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Was ist mit Zucker und Alkohol? Folgen sie einer Verallgemeinerung über Polarität oder Molekülgröße? (Entschuldigung für die sehr späte Frage!)
Cascabel
@Jefromi: Alkohol ist klein, hat aber eine nicht triviale Polarität. Wie Wasser enthält es ein Sauerstoffatom mit einer signifikanten negativen Ladung. Aufgrund der Kohlenstoffatome ist es jedoch weniger polar als Wasser. Essigsäure ist mit zwei Sauerstoffatomen viel polarer als Alkohol. Zuckermoleküle sind viel, viel größer als Alkohol, aber viel, viel kleiner als Stärke. Sie sind etwas kleiner als Fettmoleküle, aber weitaus hydrophiler. Sie haben überall Sauerstoffatome. Diese ermöglichen die Bildung vieler Wasserstoffbrückenbindungen, obwohl diese Bindungen einzeln schwach sind.
MSalters
Hm, reduzieren polare Moleküle dann auch die Oberflächenspannung? Und Zucker ist groß genug, um ihn zu erhöhen?
Cascabel
Tricky, ich habe zunächst übersehen, dass Essig einen pH-Wert von nur 2,4 hat. Das macht die Sache nicht einfacher. Ethanol ist weniger polar als Wasser. Für Zucker erwarte ich, dass der Effekt stark von den Wechselwirkungen zwischen Zucker und Zucker abhängt. Da dies von der Nähe zweier Moleküle in Lösung abhängt, ist zu erwarten, dass die Änderung der Oberflächenspannung eine Funktion zweiter Ordnung der Zuckerkonzentration ist.
MSalters