Melk is meer dan alleen een koel drankje - het is ook een fascinerende chemische cocktail. Twee belangrijke componenten in melk zijn een eiwit dat caseïne wordt genoemd en een suiker die lactose wordt genoemd. Het extraheren van deze componenten is een populair experiment in klassen van niet-gegradueerden omdat het enkele van de methoden demonstreert die chemici gebruiken om specifieke verbindingen uit planten en andere natuurlijke producten te extraheren.
Chemie van melk
Gewoonlijk lossen oliën zoals vet niet op in water. Melk bevat echter vet dat is opgeslagen in talloze kleine bolletjes. Moleculen zoals fosfolipiden en bepaalde eiwitten die in melk worden aangetroffen, hebben een hydrofiel of "waterhoudend" gebied en een hydrofoob of "waterafwijzend" gebied. Deze zogenaamde amfipathische moleculen omringen de vetbolletjes en laten ze zich vermengen met het water. De bolletjes zijn echter minder dicht dan het water, en als je de melk laat staan om lang genoeg te staan, komen er veel naar de oppervlakte en schep je een laagje room die je van de bovenkant kunt afromen.
Caseïne en lactose
Lactose is een disaccharide of twee-voor-één pakketdeal gevormd uit twee eenvoudige suikers; het lost gemakkelijk op in water. Het is echter minder oplosbaar in een mengsel van water en ethanol, en je kunt het kristalliseren uit een dergelijke oplossing. Caseïne daarentegen is echt een mengsel van drie eiwitten, waarvan er twee slecht in water oplossen. Net als de vetbolletjes worden deze eiwitten gestabiliseerd door een derde wateroplosbaar eiwit met negatief geladen fosfaatgroepen gehecht aan enkele van zijn aminozuren. Als de pH van de melk onder 4,6 daalt, zullen de fosfaatgroepen waterstofionen opnemen en hun negatieve lading verliezen en de caseïne zal neerslaan of uit de oplossing vallen.
Zuur
Om de caseïne te isoleren, kunt u azijnzuur druppelsgewijs toevoegen aan warme melk. De caseïne zal neerslaan en u kunt het verwijderen met behulp van een spatel. Het is echter belangrijk om niet te veel zuur toe te voegen, want als de pH te laag wordt, split je het lactose op in glucose en galactose. Zodra u de caseïne heeft verwijderd, zorgt het verwarmen van het mengsel tot een nog hogere temperatuur ervoor dat de albumine-eiwitten die ook in melk worden aangetroffen hun structuur verliezen en neerslaan.
Lactose Kristallisatie
Centrifugering van de verwarmde melk zorgt ervoor dat alle albumine wordt verwijderd. Een centrifuge is een relatief eenvoudige inrichting die snel buizen draait die in een rotor zijn geplaatst, waarbij de inhoud naar buiten wordt geslingerd en het dichte neerslag uit de vloeistoffen in het mengsel wordt afgezet. Vervolgens kunt u ethanol toevoegen en de melk opwarmen; de hogere temperatuur zorgt ervoor dat de lactose niet neerslaat terwijl u het mengsel centrifugeert, en verwijdert andere bestanddelen die uw lactoseproduct kunnen besmetten. Door het resulterende mengsel een paar dagen te laten neerslaan, verkrijgt men suikers van lactose.
