MUOVIA MAIDOSTA Suomen ensimmäinen muovitehdas aloitti toimintansa 1921 Tampereella. Muovi, jota tehdas tuotti, valmistettiin maidosta. Muovista tehtiin nappeja, joiden vahvuutena oli vähäinen paloherkkyys, mutta haasteena heikko kosteuden kestävyys. Kaseiinimuovin syrjäyttivät lopulta 1950 1960 -luvuilla markkinoille tulleet synteettiset kestomuovit. TAUSTAA Muovi on pikkuhiljaa hivuttautunut arkemme korvaamattomaksi apulaiseksi. Se on kevyttä, edullista, miellyttävän tuntuista ja mahdollista käyttää lähes missä tarkoituksessa vain. Muovit ovat pääasiallisesti polymeerejä. Polymeerit ovat pitkäketjuisia molekyylejä, joissa sama rakenneosa toistuu lukuisia kertoja. Yksi molekyyli voi olla rakentunut 1000 100000 yhteenliittyneestä pienemmästä rakenneosasta eli monomeeristä. Polymeerit voidaan jakaa luonnonpolymeereihin sekä synteettisiin polymeereihin. Luonnonpolymeereistä esimerkkinä ovat tärkkelys, sarveisaineet ja DNA. Synteettisiin luetaan teollisuusvalmisteiset polymeerit esimerkiksi polyeteeni, joka on maailman käytetyin synteettinen polymeeri. Polyeteeniä käytetään mm. muovipusseissa. Työssä valmistettu kaseiinimuovi tehdään maidon proteiineista. Proteiinit ovat polymeerejä, jotka koostuvat aminohapoista. Maidon proteiineja voidaan muokata mm. lämmön ja hapon avulla. Lämpö muokkaa eli denaturoi, maidon heraproteiinien rakennetta ja happo saa kaseiiniproteiinit kiinnittymään toisiinsa heraproteiinisilloilla. Näin syntyy proteiiniverkosto, joka kuivuessaan kovettuu kaseiinimuoviksi. Nyt opit valmistamaan erästä muovilaatua kotikonstein! Tiesitkö: Kun proteiini denaturoituu, sen kolmiulotteinen rakenne muuttuu ja proteiini menettää biologisen aktiivisuutensa. Tuttu reaktio proteiinien denaturoitumisesta on kananmunan keittäminen. Siinä lämpö muokkaa kananmunan proteiinien rakennetta niin, että alun perin nestemäinen kananmuna muuttuu kiinteäksi.
ENNAKKOKYSYMYKSIÄ Mitä esineitä muovista valmistetaan? Miksi mainitsemasi tuotteet valmistetaan juuri muovista? Millainen aine muovi on? Mistä raaka-aineista muovi teollisuudessa tehdään? REAGENSSIT TARVIKKEET Rasvatonta maitoa Etikkaa Pieni kattila tai muu kuumennusta kestävä astia Elintarvikeväriä Kertakäyttölusikka Lämpömittari ja mittalasi TYÖTURVALLISUUS Käytä suojalaseja ja takkia. Etikka on happo, eli syövyttävä aine, huuhtele roiskeet runsaalla vedellä. TYÖOHJE Laita kattilaan 200 ml maitoa. Jos tahdot värillistä muovia, lisää elintarvikeväriä. Lämmitä maito varovasti 50-60 C:een. (Jos lämpötila nousee yli 60 asteen, maito palaa nopeasti pohjaan!) Kun maito on lämmintä, nosta liuos keittolevyltä, lisää maidon sekaan 10 ml:aa etikkaa ja sekoita maitoa. Mitä huomaat tapahtuvan? Nosta lusikkaan tarttunut muovi paperin päälle ja muotoile haluamasi muotoiseksi. Voit liimata esineesi taakse magneetin, jolloin sinulla on hieno jääkaappimagneetti!
KOONTI KYSYMYKSIÄ: Milloin maidolle tapahtuu itsestään samantyyppinen reaktio jossa maitoon muodostuu ns. klimppejä? Miksi happo muuttaa kaseiinimisellien vesiliukoisuutta? (Katso Työn kemiallinen selitys -kohta) Mitä ihmisen proteiineille tapahtuu jos kehon lämpötila nousee liian korkeaksi? TYÖN KEMIALLINEN SELITYS Maitomuovin teoriasta on väitelty viime vuosikymmeninä tiedeyhteisössä paljon. Uusimpien tutkimuksien mukaan teoria työn takana olisi seuraava: Maidossa on kahdenlaisia proteiineja, kaseiiniproteiineja (n.80%) ja heraproteiineja (n.20%). Proteiinit ovat aminohappojen muodostamia pitkiä ketjuja, joissa saattaa olla 100 100 000 aminohappoa liittyneenä toisiinsa. Erilaisia aminohappoja on 20 erilaista. Kaseiiniproteiineja on neljää erilaista: α S1 -kaseiinia, α S2 -kaseiinia, β-kaseiinia ja κ- kaseiinia. Kaseiinit ovat järjestäytyneet miselleiksi, niin, että misellin sisäosissa on pääosin hydrofobisia (eli rasvaliukoisia) α S1 -, α S2 -, β-kaseiinia ja misellin pinnalla hydrofiilista (eli vesiliuoista) κ-kaseiinia. Avaruudellista muotoa pitää yllä kalsiumfosfaatti klusterit.
κ-kaseiini aminohappoketjun negatiivisesti varautuneet loppuosat roikkuvat misellin ulkopuolella. Nämä negatiivisesti varautuneet karvat tekevät kaseiinimiselleistä vesiliukoisia. Varauksen johdosta kaseiinimisellit hylkivät toisiaan. Maidossa nämä misellit ovat vesimolekyylien ympäröiminä. Maidossa on myös heraproteiineja; betalaktoglobuliinia, alfalaktalbumiinia ja immunoglobuliinia, sekä erilaisia entsyymejä. Maitoa lämmittäessä heraproteiinit denaturoituvat, eli niiden avaruudellinen muoto rikkoontuu. Tällöin proteiinin kolmiulotteista rakennetta pitäneet vetysidokset katkeavat ja rikkisillat avautuvat. Kun lämmitettyyn maitoon lisätään happoa, neutraloi hapon positiivisesti varautuneet protonit ensin kaseiinimisellien karvojen negatiiviset varaukset tehden niistä vähemmän vesiliukoisia. Kaseiinimisellit pääsevät nyt lähemmäksi toisiaan. Hapon vaikutuksesta myös misellin rakennetta vahvistaneet kalsiumfosfaatti klusterit vapautuvat misellin sisältä.
Denaturoituneiden heraproteiinien rikkoutuneiden rikkisiltojen päät alkavat etsiä uutta paria muodostamaan uuden rikkisillan. Heraproteiinit sitoutuvat rikkisidoksin kaseiinimisellien pinnalle, sitoen muodostaen proteiiniverkoston. Mitä enemmän heraproteiineja sitoutuu kaseiinimisellien välille rikkisilloin, sitä vahvempaa kaseiinimuovia syntyy. Juustot ovat rakentuneet samantapaisesta proteiiniverkostosta. Itseasiassa maitomuovi on juustoa!