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化学反応の紹介 (食品中)

赤キャベツが液体の中で青、紫、ピンクに変わるのはなぜですか?加熱するとステーキが茶色くなるのはなぜですか?オーブンでマフィンを焼くことができるのはなぜですか?高温のオーブンでニンジンが焦げやすいのはなぜですか?これはすべて化学反応で説明できます。化学反応は食品化学の核心であり、食品の多くの興味深い現象を説明するために使用できます。

この投稿では、化学反応の概念を紹介し、基本について議論し、理論に焦点を当てています。これが、これらの食品化学の基礎シリーズで行うことです。ブログには、この知識を応用した記事がたくさんあります!

化学反応とは?

化学反応では、分子が互いに反応します。その結果、一部の分子が消滅し、他の分子が形成されます。化学反応中、出入りする原子は同じですが、それらは新しい構造に再編成されます。 (原子と分子の概念に慣れていない場合は、まず原子と分子に関するこの投稿をご覧ください!)

食品化学者は、これらの化学反応の多くを調査します。彼らは、出入りする分子の両方の構造を研究するだけでなく、そのような反応中に正確に何が起こるかを理解しようとします.化学反応は特定のパターンに従います。一部の原子グループは非常に反応性が高く、他のグループはそうではないため、化学者が化学反応を説明するだけでなく、予測するのにも役立ちます。

化学反応は非常に複雑な場合がありますが、簡単に言えば、分子同士が跳ね合っているだけです。互いに跳ね返ることで、原子が共有/破棄/解放され、新しい分子が形成されます!

化学反応を書き留める

前に説明したように、分子はいくつかの原子が結合して構成されています。化学式を使用すると、化学者は分子を簡単に説明できます。化学式では、分子が存在する原子の数と種類が表されます。

これらの化学式は、化学反応を説明するために再び使用されます。化学反応を表すために、化学者は最初にそこにある分子のすべての化学式を書き留めます。次に、矢印 (起こっている反応を表す) を描き、矢印の右側に、化学反応中に形成されるすべての分子を書き留めます。

始点と終点に存在する (したがって反応しない) 分子は、その式には書き留められません。

以下に、そのような反応の例を示します:

6 CO2 + 6 H2 O –> C6 H12 O6 + 6 O2

左側には 6 つの二酸化炭素 (CO2 ) 分子と 6 つの水 (H2 O) 分子。これらが反応して1分子のグルコース(C6 H12 O6 ) と 6 分子の酸素 (O2 )。この反応は、日光の影響下で植物に起こる複雑なプロセスである光合成を表しています。植物は、水と二酸化炭素から「エネルギー」(ブドウ糖) を作ります。

化学反応では、矢印の左側の原子の数が右側の原子の数と同じであることに注意することが重要です。上の式では、左側に 6 個の炭素原子、右側に 6 個の炭素原子があり、水素 (H) と酸素 (O) 原子の数も同じままです (12 と 18)。

化学反応とエネルギー – 発熱 vs 吸熱

化学反応は、あらゆる種類の異なるカテゴリに分類できます。それらをグループ化する方法の 1 つは、発熱対吸熱です。これらの用語は、反応の正味エネルギーが正か負かを示します。言い換えると、大量のエネルギー (例:熱や攪拌) を投入する必要がありますか、それとも反応中にエネルギー (例:火の熱) が放出されますか?

食品では、非常に多くの反応が吸熱反応です。つまり、反応中に放出されるより多くのエネルギーを投入する必要があります。例としてケーキを焼く場合、反応を継続させるためにケーキを加熱し続ける必要があります。

発熱と吸熱は、化学者にとって非常に重要な用語です。食品化学ではあまり使用しませんが、この概念に精通していることは良いことです。詳細については、以下のビデオをご覧ください。素晴らしい例がいくつか紹介されています!

化学反応の開始 – 活性化エネルギー

一部の化学反応は反応中にエネルギーを放出しますが (発熱反応)、ほとんどの反応はすぐにまたは自発的に開始されません。多くの場合、いわゆる活性化エネルギーを克服する必要があります。反応を開始するには、分子に余分なエネルギーを与える必要があります。これは、例えば、分子の混合物を特定の温度にすることによって行うことができます。ただし、この反応中に、エネルギー (熱) が再び解放される可能性があります。

化学反応の活性化エネルギーを下げるには、さまざまな方法があります。ひとつの方法は、触媒を使用することです。触媒は、活性化エネルギーを下げて反応を助ける成分ですが、反応そのものには関与しません。食物酵素は非常に一般的な触媒です.

化学反応の方向 – 平衡

上記の化学反応の例では、右向きの矢印が 1 つしか表示されていません。これは、反応が左から右にしか進行しないことを意味します。しかし、多くの場合、化学反応は平衡です。これは、化学反応が左から右へ、またはその逆になることを意味します。

平衡反応の非常に一般的な例は、酸/塩基反応です (以下を参照)。酸 (AH) は酸 (AH) として存在することもありますが、その場合、プロトン (H) を失って 2 つに分裂する可能性があります。これをもう一度実行できますが、その後は逆になります。

ああ <–> H + A

反応がどのように起こるかは、さまざまな要因によって異なります。上記の例では、たとえば、さまざまなコンポーネントの濃度が役割を果たす可能性があります.

この現象を簡単な言葉で説明しているとても素敵な YouTube ビデオ (TED Ed チャンネルから) を見つけました。一見の価値があります:

化学反応の速度 – 動力学

私たちの知識を食品中の反応に適用する前に、もう 1 つ触れておかなければならないトピックがあります。それは、反応の速度です。反応の速度は、多くのパラメーターの影響を受ける可能性があります。いくつか例を挙げます:

  • 温度:ほとんどすべての反応速度は、温度が高いほど高くなります。温度が高いほど、分子はより動きます。これにより、より頻繁に跳ね返るため、より多くの反応が得られます。食品では、ハニカムを考えてください。
  • 分子の濃度:すべての反応速度が分子の濃度に依存するわけではありませんが、多くの場合は依存します。そのような場合、特定の体積に存在する分子が多ければ多いほど、反応は速くなります。より多くの分子があるため、別の分子に跳ね返る可能性がはるかに高くなります。
  • 圧力:圧力が高いほど、分子のスペースが少なくなるため、反応速度が高くなります。繰り返しますが、それらはより頻繁に互いに跳ね返ります。料理では圧力鍋を思い浮かべてください!

今話し合ったトピックのそれぞれについて、おそらく本を書くことができたでしょう.実際、これらすべてのトピックについて本が書かれています。ここでは基本的なことしか触れていませんが、次のセクションで使用できる基本的な理解が得られることを願っています.

さらに読む

化学反応を応用したブログの例はいたるところに見られます。たとえば、膨張剤、メイラード反応、オレンジと赤キャベツの色について議論する場合などです。


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