独自の抽出物 (バニラ &オレンジ/レモン) の作成とこれらの使用方法について書いた後、よりハードコアな科学について話し始める時が来ました.化学者から見た抽出とは？ここで計算できるものはありますか?
食品科学に興味を持ってもらうことは、私のブログの目標の 1 つです。そのため、さまざまなレベルで投稿を書こうとしています。したがって、抜粋の作成と使用に関する以前の投稿です。このより詳細な投稿は、食品科学の次のステップに進む準備ができている人向けです!
いつ抽出を使用しますか?
オレンジがあり、このオレンジの皮に含まれるフレーバー コンポーネントを使用したいとします。ただし、今日だけ使用するのは望ましくありません。代わりに、一部を今すぐ使用し、残りを数週間後に使用したいと考えています。しかし、そのオレンジはそれほど長くは持ちません。必要なたびに新しいオレンジを購入することもできますが、風味成分を取り出して保管することもできます.オレンジは腐るかもしれませんが、「抽出された」フレーバー成分は腐りません.
これは、抽出を使用する場合です。お茶は抽出の別の例です。お茶を淹れる際に、茶葉からフレーバーやその他の茶成分を抽出します。実際の茶葉そのものを飲むのではなく、お茶を味わうことができます!
抽出とは?
抽出は、分離手法の一例です。 2 つのコンポーネントを分割し、分離することができます。
コンポーネント A と B の混合物があるとします (たとえば、オレンジの皮 (A) と中にフレーバー (B)、またはバニラ ビーン ポッド (B) とバニラ フレーバー (A)) があるとします。 A から B を取り出したいのですが、A と B はよく混ざっていて、B が落ち着くのを待つことも、A が蒸発するのを待つこともできません。抽出では、3 番目の成分 C (オレンジとバニラの抽出物の場合はラム酒) を追加することにより、B が A から除去されます。この 3 番目のコンポーネントは、A から B を「引き抜き」ます。
これが機能する理由は、B が C に (より良く) 溶解するのに対し、A には溶解しないか、またははるかに悪い可能性があるためです。これをもう一度オレンジに当てはめてみましょう。フレーバー分子は、オレンジの皮を入れたラム酒 (アルコール) によく溶けます。その結果、彼らはラム酒に座って、熱意そのものを残します.
いつ抽出を使用するのですか?
さまざまな分離テクニックがたくさんあります。一部の技術 (蒸留など) では、熱を使用して 2 つの成分を分離します。熱により、成分の 1 つが蒸発しますが、もう 1 つは残ります。
ただし、コンポーネントが熱に弱い場合、蒸留は適していません。多くの場合、抽出は良い代替手段です。多くの食品成分 (特にフレーバー) は熱に弱いため、食品業界では抽出が頻繁に使用されます。抽出が機能するためには、探している分子を「引き出す」のに適したコンポーネントが利用可能である必要があります。
抽出の種類
抽出にはさまざまな種類がありますが、主な 2 つは液体 - 液体抽出と液体 - 固体抽出です。
液液抽出では、移動させたい成分 (ここでは溶質と呼び、前の説明では B と呼びます) は液体 (A) の中にあります。 B は別の液体 (C) に抽出する必要があります。抽出中、溶質は液体から液体へ移動します。液液抽出で非常に重要なことは、2 つの液体が互いに溶解しないことです。液体が互いに溶け合うと、再び分離することはできなくなります。つまり、3 つのコンポーネントをさらに分離するのではなく、3 つのコンポーネントの混合物になります。
名前から推測できるように、液固抽出では、溶質は固体から液体 (またはその逆) に移動する必要があります。どちらのプロセスも食品で使用されますが、もう少し簡単に簡略化できるため、液液抽出に焦点を当てます.
液液抽出理論
液液抽出は食品だけではありません。これは分析化学の中で非常に大きなトピックです。分析化学者は、抽出を使用して成分を分離または濃縮することが多いため、分析が容易になります。液液抽出については非常に多くの理論が利用可能であるため、このトピックについてもう少し深く掘り下げます。
同じコーディングと以下に示す画像を使用して、可能な限り最も単純なシステムでの抽出を説明するのが最も簡単です:
- リキッドA
- 液体 B (A に溶解せず、混ざりません)
- 溶質 S (下の画像の星)
分配係数
上の画像からわかるように、その抽出プロセスはあまり効率的ではありませんでした.実際に A から B に移動したのは星の半分だけです。ただし、半分以上は移動したいと考えています。
他の相に移動する溶質 S の量は、分配係数 (K) を使用して記述できます。 K は、抽出終了時の A 中の S 濃度と B 中の S 濃度の比率を表します。
K ≈ [B の濃度 S] / [A の濃度 S] または [S]B / [S]A
上記の例では、S の濃度は、抽出プロセスの最後に A と B の両方で等しくなります。その結果、K 値は 1 になります。以下の例では、K のさまざまな値が表されていることがわかります。
A からできるだけ多くの S を抽出したいので、A から抽出するときに非常に高い K 値を持つ B を探します。溶媒と溶質の組み合わせごとに異なる K があり、3 つの成分すべての影響を受けます。一般に、A と B が類似しているほど、溶質は違いを認識しないため、K の値は 1 に近づきます。
分配係数と時間
分配係数は、いわゆる「平衡」を表します。言い換えれば、これは混合物が時間の経過とともに到達する最終的な状態です。ただし、そこに到達するには時間がかかる場合があります。
たとえば、振って抽出を高速化しても、分配係数には影響しません。最終的に濃度の比率は同じになります。
分配係数とpH
とはいえ、分配係数は、pH 値 (酸性度) などの他の要因によって影響を受ける可能性があります。異なる pH では、溶質は別の溶媒に留まることを好む場合があります。
液体抽出における溶媒の選択
液液抽出を成功させるためには、溶媒を適切に選択することが重要です。前に説明したように、溶媒 A と B はよく混ざったり、互いに溶解したりしてはなりません。代わりに、簡単に分離する必要があります。
また、プロセスの K 値が適切であることを確認する必要があります。溶質が、抽出に使用している溶媒に実際に留まることを好むことを確認してください。
固液抽出
固液抽出の場合、抽出の原理は同じです。抽出しようとしている溶質は、他の成分に留まることを好みます。ただし、この場合、2 つのコンポーネントを振ることはできません。混合することはできません。
したがって、振とうする代わりに、固相をより小さな断片に切断しようとするのが一般的です。表面積が小さいほど、溶質が移動できる表面積が大きくなります。
抽出と食事
分析化学では、化学者は抽出する非常に特殊な分子を探している場合があります。適切な溶媒、濃度、時間を選択することで、分子を抽出することができます。これには、連続して数回の抽出が必要になる場合があります。抽出ごとに 60% を取り出すと、分子を抽出し続けますが、95% を抽出するには時間がかかります。
食品の場合はさらに複雑です。多くの場合、抽出したいさまざまな分子が多数あります (たとえば、お茶とバニラを考えてみてください)。これらはそれぞれ、使用している液体と固体への溶解度が異なります。 1 つのコンポーネントは非常に簡単に抽出できる場合がありますが、他のコンポーネントでは、これには非常に長い時間がかかるか、完全に抽出されないことさえあります。
別の考慮事項は、抽出する溶媒の選択肢が比較的限られていることです。溶媒は食品グレード、つまり人間の消費に適したものでなければならない傾向があります。これにより、分析化学者が選択しなければならない広いパントリーが制限されます。
知識を応用する
抽出とは何かがわかったので、自分で抽出を開始できます。バニラエッセンスやオレンジゼストエッセンスを作ってみてください。オレンジ ジュースではなく、なぜオレンジの皮なのか不思議ですか?
幸運を！ご不明な点がございましたら、お気軽にお問い合わせください:-)!
