איך לייצר גבינה (ופלסטיק) מחלב?

בניסוי הזה נשתמש בשיטה כימית כדי להפריד את החלב למרכיביו העיקריים ולייצר מהם גבינה (דמוית פלסטיק).

ציוד

• חלב
• כוס
• חומץ
• כף
• תנור מיקרוגל (לא חובה, אבל אם תשתמשו בו, עשו זאת רק תחת השגחה של מבוגר)
• 2 קערות
• מסננת תה (אפשר להשתמש במקום המסננת בנפה של קמח או בבד חיתול)
• נייר סופג

מהלך הניסוי
את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הערה: ניתן ליצור צורות שונות עם ה'פלסטיק' שיצרנו, ולהניח להם להתייבש זמן ארוך (עדיף בשמש). לאחר מספר ימים יתקבל גוף קשיח למדי, בצבע לבן-צהבהב.

הסבר
חלב מכיל בעיקר מים (כ-90 אחוז ממנו). בין המרכיבים החשובים האחרים שלו נמצאת קבוצה של חלבונים בשם קזאין שעוזרים לפזר את השומן בתוך החלב. השומן מפוזר במי החלב כטיפות זעירות ובלתי נראות לעין שמוקפות במולקולות של חלבון, בדומה לאופן שבו סבון ממיס שומנים. התוצאה היא מעין תחליב (אמולסיה), כלומר טיפות זעירות של נוזל אחד שמפוזרות באופן אחיד בנוזל אחר. כמו בחלב, תחליבים נראים בדרך כלל לבנים מאחר שהם מחזירים את האור שפוגע בהן ומפזרים אותו לכל הכיוונים.

הקזאין הוא פולימר, כלומר מולקולה שמורכבת מהרבה (פולי) יחידות (מר) שמחוברות יחד בשרשרת ארוכה. בשרשרת של חלבוני הקזאין יש אזורים ליפופיליים (אוהבי שמן) שמתחברים לטיפות השמן, ואזורים הידרופילים (אוהבי מים) שנמצאים בצד החיצוני של טיפת השמן ובאים במגע עם המים. האזורים האלה לרוב גם מקוטבים חשמלית, ולכן מתאפיינים במסיסות טובה עם המים המקוטבים חשמלית.

כשמוסיפים לחלב חומץ, הקזאין עובר דנטורציה, כלומר הרס של המבנה העצמי שלו. אותו תהליך מתרחש בכל מוצר מזון שמכיל חלבון ומחומם, למשל בביצים. ספציפית, חומץ וחומצות מורידות את דרגת ה-pH בחלב לרמה נמוכה, שמנטרלת את המטען החשמלי של הקבוצות אוהבות המים שבו (הפרוטון החיובי שבחומצה מנטרל קבוצות טעונות במטען שלילי בחלבון). כתוצאה מכך הקוטביות החשמלית של החלבון פוחתת ולכן גם מסיסות החלבונים במים יורדת והם נדבקים יחד לגושים ונפרדים מהתמיסה.

חימום מזרז את התגובה הזאת וגם מאיץ ומגביר עוד יותר את תהליך הדנטורציה של החלבונים, בדיוק כמו שביצה מתקשה כשמחממים אותה, ומגביר עוד יותר את תהליך ההיפרדות של החלבון ממי החלב. חשוב לציין שבניגוד לחלבון ביצה למשל, חימום לבד (בלי החמצה שלו) לא גורם לקזאין להיפרדות מהמים, ובאמת גם חלב חם נשאר 'חלב' ולא הופך לגבינה.

אחרי שמסננים את המים מקבלים ריכוז של חלבוני חלב (יחד עם שומן) שנראים ממש כמו גבינה. כיוון שחלבון הוא פולימר, הוא נראה דומה לפולימרים רבים אחרים שאנו מכירים מחיי היומיום, למשל כמו סוגים רבים של פלסטיק.

מעניין לציין
גבינות נוצרות על ידי הפרדה (מלאה או חלקית) של הקזאין והשומן מהחלב, יש גבינות שבהן ההפרדה מבוצעת על ידי חיידקים (שגורמים לחומציות בחלב), או על ידי אנזימים (חלבונים שמזרזים תגובות ביוכימיות) מיוחדים שנמצאים בקיבות העגלים. יש אפילו גבינות שמיוצרות על ידי הוספת מיץ לימון או חומץ כמו בניסוי שלנו, למשל גבינת ריקוטה.

הקזאין אינו רק מצרך מזון. יש גם דבקים שמיוצרים ממנו, ובין סוף המאה ה-19 ועד תחילת שנות ה-30 של המאה הקודמת הוא שימש כחומר גלם ליצור פלסטיק, (כיום משתמשים הרבה יותר בנפט למטרה הזאת). בעבר ייצרו גם כפתורים מסרקים ותכשיטים מפלסטיק על בסיס קזאין. באתר הבא תוכלו לראות תמונות של כמה מוצרים שיוצרו ממנו.

ד"ר אבי סאייג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.