از شیر، پلاستیک بسازید

توده‌ی سفیدرنگی که از مخلوط کردن شیر و سرکه به‌دست می‌آید را تا مدتی می‌توانید به هر شکلی در آورید، اما بعد از آن خاصیت شکل‌پذیری‌اش را از دست می‌دهد؛ همین ویژگی‌هاست که باعث می‌شود آن را نوعی پلاستیک به حساب آوریم. پلاستیک‌های مصنوعی که در صنایع پتروشیمی تولید می‌شوند هم این ویژگی را دارند: در شرایطی خاص (مانند دمای بالا) می‌توان آنها را قالب گرفت و به شکلهای مختلف درآورد.

خاصیت شکل‌پذیریِ پلاستیک‌ها از کجا می‌آید؟ همه چیز به مولکول‌های تشکیل‌دهنده‌ی آنها برمی‌گردد. این مولکول‌ها از اتصال تعداد زیادی واحدهای سازنده‎‌ی مشابه یا متفاوت تشکیل شده‌اند و پلیمر نامیده می‌شوند. پلیمرها بسیار بزرگ‌اند و می‌توانند روی هم بلغزند یا به‌آسانی تغییر شکل بدهند. پلاستیک کازئینی که در این آزمایش ساختیم هم نوعی پلیمر طبیعی و از جنس پروتئین است. به واحدهای سازنده‌ای که پروتئین‌ها را می‌سازند، آمینواسید (یا اسید آمینه) می‌گوییم. برای درست کردن پلاستیک کازئینی از شیر و سرکه استفاده کردیم، پس می‌توانیم حدس بزنیم که این پروتئین در شیر وجود داشته است.

مولکول‌های پروتئینِ کازئین (یکی از اصلی‌ترین و فراوان‌ترین پروتئین‌های شیر) به‌صورت میسل‌هایی کروی تجمع می‌کنند که در آب معلق‌اند (تقریباً ۸۸ درصدِ شیر را آب تشکیل می‌دهد). این میسل‌ها را نمی‌توانیم با چشم ببینیم، اما به خاطر وجود همین میسل‌هاست که شیر را سفید و غیرِشفاف می‌بینیم. شکل زیر تصویری نمادین از این میسل‌ها را نشان می‌دهد.

تصویری نمادین از میسل‌ کازئین. کازئینِ کاپا (قرمز رنگ) روی سطح بیرونیِ میسل قرار می‌گیرد. گروه‌های کلسیم فسفات (دایره‌های سیاه‌) پیوند دهنده‌ی مولکول‌های کازئین‌اند. (منبع تصویر:Wikimedia Commons)

–

دو عامل باعث می‌شود که این میسل‌ها از هم نپاشند: اول وجود بارهای الکتریکیِ منفی روی سطح میسل (که مربوط به نوعی از مولکول‌ها به نام «کازئینِ کاپا» هستند) و دوم، وجود گروه‌های کلسیم فسفات (دایره‌های سیاه‌رنگ در شکل بالا) که مثل پُلی مولکول‌های کازئین را به هم پیوند می‌دهند تا در کنار هم بمانند و میسل از هم نپاشد.

اثر اضافه کردن اسید به میسل‌های کازئین در شیر (منبع تصویر:Think USA Dairy)

–

وقتی به شیر ِگرم، سرکه اضافه می‌کنیم چه اتفاقی می‌افتد؟ سرکه ماده‌ای اسیدی است که pH شیر را پایین می‌آورد (درباره‌ی pH و اسیدها اینجا بخوانید). با اسیدی شدنِ شیر، دو اتفاق می‌افتد: مولکول‌های کازئین بار منفی‌شان را از دست می‌دهند (اسید آنها را خنثی می‌کند) و گروه‌های کلسیم فسفات هم از داخل میسل بیرون می‌آیند و در شیر پخش می‌شوند. این دو عامل باعث می‌شود که کازئین تواناییِ تشکیل میسل را از دست بدهد؛ در نتیجه مولکول‌های کازئین کنار هم جمع می‌شوند و به شکل توده‌هایی سفیدرنگ در می‌آیند (تصویر بالا را ببینید). گرم بودن شیر هم کمک می‌کند تا این اتفاقات سریع‌تر رخ بدهد. این همان پلاستیک کازئینی است که با ورز دادن و قالب‌گیری می‌شود آن را به شکل‌های مختلف درآورد.