Oxid uhličitý (CO2) je atmosférický plyn zložený z jedného uhlíka a dvoch kyslíkových atómov. Z toho vyplýva že to nie je jednoduchá látka, ale zlúčenina. Je to čistá látka. Atmosferický oxid uhličitý pochádza z rozmanitých prirodzených zdrojov vrátane sopečných erupcií, spaľovanie organických látok a dýchacích procesov žijúcich organizmov; umelé zdroje oxidu uhličitého sú hlavne zo spaľovania rôznych fosílnych palív pre výrobu energie a používanie dopravy. Je to tiež vytvorené rôznymi mikroorganizmami od fermentácie a bunkového dýchania. Rastliny využívajú oxid uhličitý počas fotosyntézy. Je prítomný aj v zemskej atmosfére v nízkej koncentrácii ako skleníkový plyn. Oxid uhličitý je bezfarebný plyn, ktorý pri inhalácii vo vysokých koncentráciách produkuje kyslú príchuť v ústach a ostrý pocit v nose a hrdle. Tieto účinky vyplývajú z tvorby slabej kyseliny v nose a ústach.
Fyzikálne a chemické vlastnosti CO2
Jeho hustota pri 25°C je 1.98 kg.m-3. Molekula oxid uhličitý (O = C = O) obsahuje dve dvojité väzby a má lineárny tvar. Pri teplote -78°C sa oxid uhličitý mení priamo z plynu na biely pevný takzvaný suchý ľad. Laboratórna skúška pre oxid uhličitý: ak je vložená zapálená drevená špila do skúmavky s obsahom CO2, plameň zhasne. Oxid uhličitý vo všetkých skupenstvách tvoria molekuly CO2. Molekula má lineárnu štruktúru symetrie D¥h. Jej elektrónová konfigurácia je (lsg)2(lsu)2(2sg)2(2su)2(lpu)4(lpg)4. Za normálnych podmienok je CO2 bezfarebný plyn, hustejší ako vzduch a je dobre rozpúšťateľný vo vode (1,71 dm3 CO2 na 1 dm3 vody pri 0 °C a 101 kPa).
Oxid uhličitý je nehorľavý plyn; kvapalný CO2 sa používa ako chladiaci prostriedok a rozpúšťadlo v potravinárskom priemysle, pri výrobe sýtených nápojov a podobne. Koncentráciu CO2 v atmosfére do značnej miery zvyšuje ľudská činnosť. Oxid uhličitý má tiež negatívny dopad na životné prostredie ako skleníkový plyn prispievajúci k otepľovaniu planéty. V domácom prostredí je dôležité vetranie, aby sa predišlo nadmernému hromadeniu CO2.
Kyslík a uhlík v súvislostiach s CO2
Kyslík je silne elektronegatívny prvok a v bežných zlúčeninách vystupuje prevažne ako dvojväzbový s hybridizáciou sp3 alebo sp2. Dikyslík (O2) je v prirodzenej forme dvojatómová molekula, ktorá je paramagnetická v základnom stave (triplet). O2 môže v prvom excitovanom stave tvoriť singletový kyslík, ktorý je diamagnetický a reaktívnejší. Tvorba väzobných MO v molekule O2 prináša špecifický obraz o jej chemických vlastnostiach. Zlúčeniny obsahujúce kyslík tvoria okrem CO2 aj mnoho oxidov a peroxidov, ktoré majú široké využitie v priemysle a medicíne.
Droždie a mlieko: spojenie v fermentácii
Kocku droždia tvorí veľké množstvo jednobunkových organizmov viditeľných len pod mikroskopom. Kvasinky sa skladajú len z jednej bunky. Fermentácia je kľúčovým procesom v ľudskej výžive, umožňuje, aby boli potraviny lepšie stráviteľné a chutné vďaka tvorbe špecifických chuťových vlastností. Droždie je nevyhnutné taktiež pre výrobu vína a piva tým, že premieňa cukry prítomné v použitých surovinách na alkohol. Kvasinky sú všade. V podstate všade tam, kde sa nachádza zdroj sacharidov (cukru), nájdete pravdepodobne aj kvasinky. Ich vlastnosti boli prvýkrát pozorované v neolitickom období, a preto kvasinky možno považovať za najstarší domestikovaný mikroorganizmus. Dnes je dobre známe, že kvasinky sú kľúčovou zložkou chleba a pečiva. Droždie tvoria jednobunkové huby (kvasinky) používané na fermentáciu v procese výroby chleba a pečiva. Najpoužívanejším kmeňom kvasiniek pri výrobe chleba a pečiva je Saccharomyces cerevisiae.
Fermentačný proces kvasiniek závisí od teploty a prebieha najrýchlejšie pri približne 35 °C. Metabolizmus kvasiniek možno vyjadriť chemickou rovnicou: C6H12O6 → 2 C2H5-OH + 2 CO2. Znamená to, že molekula glukózy z múky sa pretaví na etanol a oxid uhličitý. Etanol počas pečenia odparuje pri vyšších teplotách, ale CO2 spôsobuje kyseňanie cesta a zväčšuje objem. Saccharomyces cerevisiae je hlavným predstaviteľom pre kvasenie chleba.
Suché droždie (suché kvasnice) a čerstvé droždie predstavujú rôzne formy živých kvasiniek používaných v pečení. Chemické kvasinky, známe ako prášok do pečiva, sú látky schopné generovať oxid uhličitý, podobne ako kvasinky. Množstvo droždia sa líši podľa typu cesta a môže sa pohybovať medzi 0,5 % až 4 % hmotnosti múky. Kvasinky sa tradične do cesta zapracovávali pomocou zvyškov chlebového cesta vyrobeného počas predchádzajúceho dňa, v takzvanom kvásku. Droždie je tiež bohatým zdrojom bielkovín, obsahuje až 45-55 % bielkovín, čo robí droždie obľúbeným aj pre vegetariánov a vegánov.
Využitie CO2 a droždia v praxi
Kvapalný CO2 sa používa ako chladiaci prostriedok a ako rozpúšťadlo; vo výrobe sýtených nápojov a šumivého vína sa CO2 uvoľňuje a zaisťuje textúru a tlak v nápojoch. CO2 sa tiež používa v potravinárskom a farmaceutickom priemysle a v medicíne. Oxid uhličitý je bežnou súčasťou zemskej atmosféry a jeho koncentrácia podlieha regulačným a skúmavým meraniam. V prípade vysokého CO2 v interiéri hrozí riziko otravy; pravidelné vetranie znižuje riziko.
Droždie je nevyhnutné pre nakvasenie cesta a výrobu chleba a pečiva; kvasnice premieňajú cukry na etanol a CO2. Etanol sa počas pečenia z cesta odparí, CO2 však zabezpečuje kyprenie a objem cesta. Kvasinky sú doteraz jedným z najstarších domestikovaných mikroorganizmov a ich používanie v pečení siahajú až do staroveku; Saccharomyces cerevisiae zostáva najpoužívanejším kmeňom.
Možnosti doplnenia a vizualizácie
- Tabuľka: porovnanie vlastností CO2 a O2 (stav, teplota topenia/varu, rozpustnosť vo vode, využitie).
- Mapa: globálne zdroje CO2 a ich vplyv na emisie.
- Infografika: proces fermentácie z glukózy na etanol a CO2.
Čo je fermentácia? 🧑🍳 Vysvetlenie zábavnej vedy o chlebe, jogurte, nakladanej zelenine a sýtených nápojoch!
Vzhľadom na rôznorodosť využití CO2 v priemysle a domácom varení je dôležité chápať jeho chemické, fyzikálne a biologické črty. Oxid uhličitý je v každej forme plynnej, kvapalnej aj pevnej, a jeho interakcia so živými organizmami nám umožňuje pochopiť, prečo droždie dokáže meniť konzistenciu cesta a umožniť vznik chleba.
V prirodzenom prostredí sa koncentrácia CO2 pohybuje okolo 400 ppm; vyššie koncentrácie v uzavretých priestoroch môžu spôsobiť bolesti hlavy a únavu. Preto je dôležité pravidelné vetranie a dohliadanie na úroveň CO2 v domácom prostredí. Rôzne formy droždia, či už suché alebo čerstvé, umožňujú pekárom dosiahnuť požadovanú fermentačnú rýchlosť a chuť cestá.