Proč vlastně vaječný bílek tak dobře lepí?

Zajímavý přírodní materiál, který může hrát roli biologického ochranného štítu, zdroje živin pro vyvíjející se embryo - ale také překvapivě účinného lepidla. Na vině je samozřejmě... chemie. (délka blogu 3 min.)

Možná se vám to už kdysi stalo. Omylem vylijete bílek na kuchyňskou linku a zapomenete ho otřít. Během několika desítek minut se promění v tvrdou, sklovitou hmotu, kterou musíte z povrchu linky doslova seškrábat. Co se stalo - a dá se tomu předejít?

Lepivé vlastnosti dala bílku do vínku sama příroda. Vděčí za ně složité chemické struktuře molekul, které bílek tvoří. Tyto látky se pak při kontaktu s okolím musí díky zákonům chemie chovat určitým způsobem, který se pak dá využít například k lepení různých materiálů.

Svět organické chemie, fyziky polymerů a lidského řemesla

Bílek se skládá z přibližně devadesáti procent vody a deseti procent proteinů. Největší zastoupení má ovalbumin, který tvoří více než polovinu celkového objemu bílkovin. Dalšími důležitými látkami jsou konalbumin, ovomucoid, globuliny a lysozym. Právě tyto proteiny, kterých mimochodem v bílku najdeme desítky různých druhů, jsou důvodem jeho chování.

V přirozeném, tekutém stavu uvnitř vejce jsou tyto dlouhé proteinové řetězce uspořádány do těsně zabalených prostorových struktur, kterým se říká globulární proteiny. Představit si je můžete jako miniaturní, pevně smotaná klubíčka vlny, která volně plavou ve vodním prostředí.

V tomto stavu jsou hydrofilní, tedy vodu přitahující části molekul otočeny směrem ven do vody, zatímco hydrofobní a vodu odpuzující části jsou bezpečně skryty uvnitř klubíčka. Díky tomu je bílek tekutý a relativně kluzký.

Jakmile se bílek dostane ven z chráněného prostředí skořápky, dochází k dramatické změně, kterou odborníci nazývají denaturace proteinů.

Denaturace je proces, při kterém se složitá prostorová struktura bílkovin rozpadá a klubíčka se začínají rozmotávat. Tento proces může být způsoben různými fyzikálními nebo chemickými faktory. Nejčastěji jde o mechanické působení, změnu teploty nebo pouhé odpařování vody na vzduchu. Když například bílek rozetřeme po pevném povrchu, začne se z něj odpařovat do okolí voda. Tím se následně zvyšuje koncentrace proteinů v tenkém filmu a molekuly se k sobě dostávají nepříjemně blízko. Proteinová vlákna pak už nemají možnost zůstat schovaná a jejich vnitřní hydrofobní části jsou vystaveny okolí. Vytváří se nestabilní stav. Ten nemá příroda ráda, a tak si začnou proteinové řetězce hledat nové partnery, se kterými by se mohly propojit a stabilizovat.

Tento proces hledání nových vazeb se projevuje jako koagulace nebo srážení bílku. Rozmotaná proteinová vlákna se začnou navzájem proplétat a vytvářet hustou, trojrozměrnou síť. Mezi jednotlivými řetězci vznikají poměrně silné chemické vazby. Jde o kombinaci vodíkových můstků, iontových vazeb a v některých případech i velmi pevných kovalentních disulfidických mostů.

Původně tekutý bílek se přitom mění na pevný polymerní gel. Tento gel s postupným odpařováním posledních zbytků vody tuhne a smršťuje se, čímž se vytváří nesmírně pevná a tvrdá vrstva, která pak pevně obepíná jakýkoliv podklad, na který byla nanesena - jak se můžete přesvědčit při výše zmiňovaném chemickém pokusu s neutřenou kuchyňskou linkou.

Adheze a koheze

Aby látka fungovala jako dobré lepidlo, musí být schopná adheze a koheze. Adheze je vlastnost, díky které lepidlo umí přilnout k povrchu jiného materiálu. Koheze je vnitřní pevnost samotného lepidla, která drží jeho vlastní molekuly pohromadě.

Vaječný bílek umí obojí. Jeho vysoká schopnost adheze je způsobena tím, že denaturované proteiny obsahují velké množství polárních skupin, které jsou schopny vytvářet silné interakce s nejrůznějšími povrchy, jako je dřevo, papír, omítka nebo textil. Jakmile tekutý bílek naneseme na porézní materiál, díky své viskozitě snadno vteče do všech mikroskopických pórů, trhlinek a nerovností. Když následně ztuhne a vytvoří pevnou proteinovou síť, dojde k mechanickému uzamčení lepidla ve struktuře materiálu. Koheze je pak zajištěna právě oním hustým síťováním proteinů, které po vyschnutí vytvoří jednotnou vrstvu odolnou mimo jiné také proti mechanickému namáhání.

Lidstvo si samozřejmě lepicí síly bílku všimlo už dávno. Naši předkové ho využívali už celá tisíciletí.

Klášterní písaři a umělci používali bílek jako pojivo pro pigmenty a k nanášení plátkového zlata na pergamen. V malířství se bílek často kombinoval se žloutkem a technika se nazývala vaječná tempera. Právě temperou byly malovány všechny obrazy před vynálezem olejové barvy.

Při stavbě monumentálních chrámů, mostů a paláců se vaječný bílek přidával do vápenné malty. Proteiny v bílku reagovaly s hydroxidem vápenatým v maltě a vytvořily extrémně odolný organicko-anorganický kompozit. Takto upravená malta měla mnohem vyšší pevnost v tahu, byla pružnější a vykazovala vyšší odolnost proti vodě a povětrnostním vlivům.

V dnešní době už samozřejmě nejsme odkázáni jen na schopnosti bílku - moderní chemie vyvinula nespočet náhradníků. Bílek dnes nejspíš nejčastěji používáte v kuchyni při pečení cukroví nebo potírání pečiva před vložením do trouby.

Když potřete povrch housky bílkem, teplo v troubě okamžitě způsobí tepelnou denaturaci a koagulaci proteinů. Voda se rychle odpaří a na povrchu pečiva vznikne lesklá, pevná a křupavá kůrka, která navíc funguje jako lepidlo pro posyp mákem, solí nebo sezamem.

Bílek se kromě toho používá jako pojivo v masových směsích, jako jsou sekaná nebo karbanátky, kde drží všechny ingredience pohromadě a zabraňuje rozpadnutí během tepelné úpravy.

Dá se zabránit bílku v denaturaci?

V určitých laboratorních podmínkách se dá provést tzv. reverzibilní denaturace (vysolování). Bílek se denaturuje například působením koncentrovaného roztoku síranu amonného. Ten vyvolá vysolení a vznik sraženiny, která se po přidání nadbytku vody může znovu rozpustit.

To ovšem platí jen pro některé podmínky a některé proteiny.

Naopak zahřátí, působení silné kyseliny, organického rozpouštědla nebo solí těžkých kovů většinou vedou k nevratné denaturaci, protože protein vytvoří stabilní sloučeninu.

V domácích lepicích aplikacích je tedy vývoj prakticky nevratný. Většinou nám to vyhovuje, viz výše zmiňované spojování ingrediencí sekané nebo při výrobě pečiva. A tak můžeme předejít problémům se ztuhlým bílkem na kuchyňské lince - opravdu jen včasným otřením.

^{Zdroje: Odkaz, Odkaz, Odkaz}