Category Archives: physik

Salz der Erde – Salz des Meeres

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Paula Wolfert zitiert in ihrem Standardkochbuch zur Südwestfranzösischen Küche des Gaskonischen Koch Maurice Coscuella mit folgenden Worten:

„Have you noticed there are some salts that don’t actually salt?“ He went on to explain that some salts are much saltier than others, some are merely salty, and others have a real flavor.

Dennoch: immer wieder ignoriert man diese Vielfalt in vielen Rezepten, in denen nur die Rede von „einer Messerspitze Salz“ ist oder nur die Anweisung zu lesen ist, das Gericht „zu salzen“. So kann man zum Würzen eines Gigot à la Bordelaise entweder ein jodiertes Speisesalz verwenden, das mit einer Art Wasserstaubsauger aus den Bergwerken gespült wird, oder aber ein zartrosa fleur de sel von der Ile de Ré oder aus der Guérande, eine hauchdünne oberflächlichen Kruste, die vorsichtig von den Salzbetten am Meer abgekämmt wird, bevor sie sich mit dem gewöhnlichen sel gris vermischen kann.

Zum einen unterscheiden sich Form und Textur der beiden: das eine Salz besteht aus relativ regelmäßigen kubischen Kristallen und knirscht beim Zerkauen auf den Zähnen, während das andere zwar knusprig ist, aber förmlich auf der Zunge schmilzt. Zum anderen kann man auch Geschmacksunterschiede erkennen: dem oft etwas stechend-salzigen Aroma des Speisesalzes steht ein leicht algig-meeriger Geschmack der Salzblume gegenüber. Man vermutet, dass im fleur de sel Spuren von Fetten und Algenaromastoffen enthalten sind, die durch den natürlichen Trocknungsprozess in das Salz gelangen. McGee schreibt dazu:

This is possible, since the interface between water and air is where aroma molecules and other fatty materials would concentrate; but to date the aroma of sea salts has not been much studied.

Salz ist also nicht gleich Salz.

Tatsächlich gibt es nur wenige wissenschaftliche Artikel, die sich mit diesem Stoff auseinandersetzen – eine verschwindende Zahl, wenn man sie zum Beispiel mit der Fachliteratur zu Parmesan oder Balsamico vergleicht. Das ist auch deshalb erstaunlich, weil einer unserer 5+x Geschmackssinne extra auf diesen Stoff spezialisiert ist, einen Stoff, der in anderen Lebensmitteln wie Früchten oder Fleisch nicht nennenswert vorkommt. Wäre nicht die Fähigkeit, zwischen Salzwasser und Trinkwasser zu diskriminieren, überlebenswichtig für die Spezies, dann könnte man hier fast an ein intelligent design glauben, das den Menschen perfekt dafür ausstatten, mit der Hilfe von Salz seine Nahrungsmittel in Genussmittel zu transformieren.

Gaschromatographie als Methode der Molekularen Küche

2186389457_23c1bcdf70.jpgEine schönes Beispiel für die radikale Verwissenschaftlichung des Kochens bzw. der Rezeptkreation ist die Suche nach bestimmten Passungen in den „Odor Activitiy Values“ der Grundzutaten, wie sie Hervé This und Heston Blumenthal gerne anwenden. Hier macht die molekulare Küche ihrem Namen alle Ehre, denn es geht tatsächlich um die molekularen Bestandteile des (guten) Geschmacks. Das Prinzip erklärt Martin Lersch auf seiner Seite zu Geschmackspaarungen wie folgt:

Based on the fact that aroma of foods is so important for the way we perceive them, a hypothesis can be put forward: if the major volatile molecules of to foods are the same, they might taste (and smell) nice when eaten together.

Die Gründungslegende dieses Ansatzes ist der Vorschlag von François Benzi auf einem der legendären Kurti/This-Workshops in Erice, doch einmal mit der Kombination von Jasmin und Schweineleber zu probieren, da das Aroma beider Substanzen wesentlich auf dem chemischen Molekül Indol basiert. Und wie findet man solche Geschmackspaare? Zum einen gibt es eine kostenpflichtige Datenbank mit dem futuristischen Namen VCF 2000, zum anderen gibt es aber auch freie Datenbanken wie das Flavornet, die gelungene Visualisierung Foodpairing sowie eine umfangreiche Aromadatenbank der Good Scent Company, die man über Google bequem nach gemeinsamen Aromastoffen durchforsten kann.

chroma.pngNoch etwas wissenschaftlicher ist das Vorgehen, in Aufsätzen aus Fachjournalen wie dem Journal of Agricultural and Food Chemistry nach den „Odor Activity Values“ (OAVs) der Zutaten sowie ihren Wahrnehmungsschwellen zu suchen. Diese lassen sich errechnen, indem man die Konzentration der flüchtigen Aromastoffe durch den sensorischen Schwellenwert teilt. Ein Wert von 100 bedeutet dementsprechend, dass die Konzentration eines Aromamoleküls 100 Mal höher ist als die Wahrnehmungsschwelle. Wer einen Gaschromatographen in der Küche herumstehen hat, kann diesen dafür verwenden.

Ein kurzes Beispiel zur Illustration:

  • Es geht in unserem Fall um die Geschmackspaarung Popcorn und Kaffee. Ich könnte mir vorstellen, dass das kombinieren lassen müsste.
  • Ein Blick auf Flavornet zeigt, dass zahlreiche Röstaromen im Popcorn vorhanden sind: Ethyldimethylpyrazin, Propionylpyrrol, Acetylthiazolin.
  • acetylpyrazin.pngNun weiter zur Good Scents Company. Meine Annahme bekommt weitere Unterstützung: 2-Acetylpyrazin kommt in beiden Substanzen natürlich vor (diese Substanz wird im Übrigen auch als „Popcornpyrazin“ bezeichnet). Ebenfalls in beiden vorhanden: 2-Acetylpyrrol und 2,3,5-Trimethylpyrazine. Es gibt also einige Anhaltspunkte für eine „geschmackliche Wahlverwandtschaft“ von Kaffee und Popcorn.
  • Jetzt kann man sich noch ein wenig in die wissenschaftliche Literatur einlesen, denn es geht nun um die Frage, ob die gemeinsamen Aromamoleküle auch oberhaupt der Wahrnehmungsschwelle liegen. Zum Thema Popcorn gibt es z.B. den Aufsatz „Popcorn Flavor : Identification of Volatile Compounds“ von Walradt, Lindsay und Libbey (J. AGR. FOOD CHEM., VOL. 18, NO. 5, 1970), zum Kaffee „Volatile Constituents of Coffee. Pyrazines and Other Compounds“ von Bondarovich et al. (J. AGR. FOOD CHEM., VOL. 15, NO. 6, 1967).
  • Aus dem Popcorn-Artikel ergeben sich die folgenden typischen Aromabestandteile: 2-Acetylpyrazin (das charakteristische nussige Popcornaroma), Furfural, 5-Methylfurfural und Furfurylalkohol (leicht verbrannte Noten), 2-Methylpropanal und 3-Methylpropanal (malzige, gebrannte Aromen), N-Furfurylpyrol (grüne Aromen), dazu im Hintergrund noch 4-Vinyl-2-Methoxyphenol (Vorform von Vanilin, erinnert an Nelken) und 4-Vinylphenol (starkes rauchiges Aroma). Leider findet man in dem Artikel nur die Ergebnisse der Gaschromatographie ohne Angaben der jeweiligen Schwellenwerte.
  • Der erste Kaffeeartikel weist zwar zahlreiche Pyrazine nach, aber nicht die Stoffe, die ich suche. Aber da gibt es ja noch einen aktuelleren Artikel: „Isolation and identification of headspace volatiles from brewed coffee with an on-column GC/MS method“ von Shimoda und Shibamoto. Dort treffen wir wieder auf die folgenden Stoffe, die auch im Popcorn vorhanden waren: 2-Acetylpyrazin, Furfural, 5-Methylfurfural, Furfurylalkoho und, 2-Methylpropanal. Leider auch hier keine Angaben darüber, ob die Werte über den Schwellenwerten liegen. Die wiederum findet man in einem Artikel von Semmelroch und Grosch, „Studies on Character Impact Odorants of Coffee Brews„. Hier findet man das Vanilin sowie die beiden malzigen Aromen 2- und 3-Methylpropanal.
  • So könnte man noch eine ganze Weile machen. Andererseits lässt sich an dieser Stelle auch einfach eine praktische Validierung durchführen: man bereitet zum Beispiel eine Kaffeecreme mit Popcornpulver zu und probiert selbst, wie die Kombination schmeckt.

(Abbildung „pipoca & café“ von fotemas)

Einführung in die Hydrokolloidküche

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Einmal mehr zeigt Thomas Vilgis in seinem Aufsatz „Hydrokolloide – zwischen Avantgardeküche und Einsteins Physik“ (Mitteilungen des Internationalen Arbeitskreises für Kulturforschung des Essens, 2007, Heft 15:2-13), dass man über Lebensmittelzusatzstoffe wie Xanthan, Carrageene und Agar-Agar auch ganz anders schreiben kann als in dem üblichen Zurück-zur-einfachen-Küche-Tonfall. Im Kern geht es dabei um die Frage, welche physikalisch-chemischen Erklärungsmöglichkeiten es für medizinisch relevante Eigenschaften der Geliermittel gibt. Zugleich lässt sich dieser Aufsatz aber auch als anschauliche und gut lesbare Einführung in einen Teilbereich der Hydrokolloidphysik lesen. Basisvokabeln wie „Hyperverzweigung“, „Scherkraft“ oder „Entquellung“ werden auf eine auch für Nicht-Fachleute verständlich erklärt. Und natürlich lässt sich der passionierte Hobbykoch die Gelegenheit nicht entgehen, auch hin und wieder auf die molekulare Avantgardeküche einzugehen.

Doch nun zu den wichtigsten Ergebnissen des Aufsatzes, bzw. zur Aufklärung über Gesundheitsgefährdungen durch die neuen (und alten) Texturgeber:

  • Stärke ist zwar ein klassischer Texturgeber, ist aber zum einen aufgrund der komplexen Verdickungsmechanismen – dabei spielen Amylose, Amylopektin sowie Proteine eine Rolle – sowie aufgrund des Energiegehalts nicht als neutrales mouthfeel-Werkzeug geeignet. Ganz zu schweigen von der „Mehlnote„, die oftmals auftritt.
  • Cellulose ist zwar energieneutral, da sie die menschliche Verdauung unverändert durchläuft, aber sie lässt sich nicht für die Texturveränderung einsetzen.
  • Xanthan hat demgegenüber als „scherkraftabhängiger Texturgeber“ deutliche Vorteile: auch bei Hitze bleiben Gels auf Xanthanbasis stabil, werden jedoch bei Druckausübung (z.B. durch Zunge und Gaumen) flüssig. Darüber hinaus ist Xanthan vollständig unverdaulich und pH-unabhängig, so dass auch keine abführenden Aufquelleffekte zu befürchten sind.
  • Carrageene schmelzen ebenfalls unter Druck, sind allerdings aufgrund ihrer molekularen Struktur (den negativen Ladungen entlang der Molekülketten) pH-empfindlich und quellen im Darm auf – Carrageenprodukte können also eine abführende Wirkung haben. Außerdem können sich kurzkettigen Carrageene an biologische Oberflächen anlagern und möglicherweise die Zellstrukturen pathologisch verändern.
  • Agar-Agar ist zwar pH-unempfindlich, da die hochgequollenen Gelstücke aus Agarose nicht verändert werden können, ist auch hier eine abführende Wirkung möglich.
  • Alginate, die Mittel der Wahl für „Geschmacksexplosionen“ in verkapselter Form, haben dagegen den Nachteil, dass sie in der Magen-Darm-Passage essentielle Mineralstoffe einlagern können und – da sie selbst unverdaulich sind – aus dem Körper entfernen. Bei Mangelerscheinungen oder Kleinkindern kann das gefährlich werden.
  • Gelatine, „der tierische Klassiker“, ist eigentlich kein Lebensmittelzusatzstoff, sondern ein Lebensmittel. Im Unterschied zu Alginaten können Gelatinen von Verdauungsenzymen aufgespalten und dem Nahrstoffkreislauf zugeführt werden.

(Foto: „Carageenan“ von Lana aka BADGRL)

Das Nudelexperiment

In diesem Beitrag hatten wir bereits auf Harold McGees Vorschlag hingewiesen, die Nudeln vor dem Kochen in kaltem Wasser einzuweichen (Hydratisierung), so dass sie nur noch 1/3 der üblichen Kochdauer und zudem nicht mehr so stark kleben:

However heretical it may sound to soak dried pasta, doing so can cut its cooking time by two-thirds — and eliminates the problem of dry noodles getting stuck to each other as they slide into the pot.

Jetzt fragen wir uns natürlich: Wie lange müssen die Nudeln einweichen und wieviel Wasser nehmen sie dabei auf? Und das weckt die experimentelle Neugier. Nudeln, Waage und Wasser – los geht die Versuchsreihe. Folgendes Diagramm zeigt auf der X-Achse die Zeit in Minuten und auf der Y-Achse die Masse der Nudeln, wobei als Ausgangspunkt 100% angegeben sind:

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Man kann deutlich erkennen, dass in der ersten Viertelstunde die Wasseraufnahme besonders groß ist, so dass die Pasta nach 16 Minuten schon ein Viertel ihres Trockengewichts in Wasser aufgesaugt hat. Danach ist die Zunahme nicht mehr so groß. Außerdem, wie man auf den folgenden Bildern erkennen kann, die zu Beginn und nach 27 Minuten aufgenommen wurden, sehen die Nudeln zunehmend farbloser aus:

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Nach diesen Beobachtungen würde ich sagen, dass man es mit dem Einweichen nicht übertreiben sollte: 15 Minuten sollten genügen, um den Nudeln schon etwas Wasser für den Garprozess mit auf den Weg zu geben.

Wer ist's gewesen? Auf der Suche nach Heston Blumenthals Geliermittel

christmas_screen.pngIn der spektakulären Weihnachtsfolge von Heston Blumenthals „In Search of Perfection“ („Just like Narnia!“, „Oh, this is so christmassy“) kommt ganz am Anfang ein Apéritif vor, dessen eine Hälfte kalt und die andere heiß ist. Leider verrät der Dreisternekoch nicht, wie er diesen Trick bewerkstelligt hat. Zumindest nicht im Fernsehen, denn im Guardian war Blumenthal nicht so zurückhaltend, sondern widmete dem Phänomen 2005 eine ganze Spalte. Das Geheimnis liegt darin, dass es sich bei dem Getränk gar nicht um eine Flüssigkeit handelt, sondern um ein Gel, das beim Trinken das Mundgefühl einer Flüssigkeit annimmt:

If you use just the right amount of gelling agent and get the set just right, you end up with a liquid like a syrup that isn’t really a liquid at all but rather a jelly that’s been broken down into millions of little pieces. We gently warm some of it and leave the rest cold. We put a divider down the middle of a glass and fill one side with the hot gel and the other with cold. Then lift up the divider and, hey presto, you have what looks like a glass filled with a single liquid.

Zum Glück erwähnt Blumenthal an dieser Stelle nicht, um welches Geliermittel es sich handelt. Denn auf diese Weise haben wir die Gelegenheit, selbst experimentell aktiv zu werden. Vielleicht können auch die Leser mithelfen auf der Suche nach einem Geliermittel, das

  • sich im Mund wie eine Flüssigkeit anfühlt,
  • dabei jedoch so stabil ist, sich im Glas nicht allzu schnell zu vermischen
  • und schließlich hitzestabil genug, um die gewünschte Temperaturdifferenz herzustellen.

Also: Welches Gel erfüllt diese Bedingungen?

Die unsichtbare Allerweltszutat

Harold McGee widmet seine stets lesenswerten Kolumne The Curious Cook heute der Hitze:

The Invisible Ingredient in Every Kitchen.

Dabei geht es ihm zum ersten darum, auf molekulare Weise – sprich durch Nachdenken – bessere Ergebnisse zu erzielen. Und zwar egal ob beim Kochen, Schmoren, Braten oder Backen. Wichtiger noch ist ihm der Aspekt des Energiesparens.

Aiming to cook a roast or steak until it’s pink at the center, we routinely overcook the rest of it. Instead of a gentle simmer, we boil our stews and braises until they are tough and dry. Even if we do everything else right, we can undermine our best cooking if we let food cool on the way to the table — all because most of us don’t understand heat.

Dabei macht er Vorschläge zum Energiesparen, die selbst für denjenigen, der sich mit Sous-Vide-Garen abgefunden hat, noch hart zu akzeptieren sind: Da trockene Speisen innerlich erst kochen, wenn sie sich mit Wasser vollgesogen haben, spart es bis zu 2/3 der Kochzeit ein – so McGee – die Pasta vor dem Kochen in kaltes Wasser zu geben; und die Nudeln kleben dann angeblich nicht zusammen. – Das werden wir auf jeden Fall gleich mal testen!

McGees Empfehlung, beim Braten den Schritt des Garens von dem der Maillard-Reaktion zu trennen, folgen wir ohnehin (Das perfekte Steak).

Richtig professionell wird’s natürlich erst durch regelmäßigen Einsatz eines Thermometers (Taking the Temperature of the Dinner).

Also: molekular kochen und Klima schonen!

Bayreuther Samstagsvortrag zur molekularen Küche

Wenn man den gesucht wortwitzigen Titel ignoriert, könnte das hier eine ganz interessante Veranstaltung werden: Am 26. Januar, 10:15 Uhr, hält Thomas Vilgis, der Autor des bislang besten deutschsprachigen Molekularküchenfachbuchs, in Bayreuth einen Vortrag zum Thema „ALL dente – molekulare Küche“.

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Molekulare Gels aus der Steckdose

Bloggers for Peer-Reviewed Research ReportingEine der wichtigsten Verbindungen zwischen der modernen Lebensmittelchemie und der auf wissenschaftlichen Grundlagen aufbauenden Molekulargastronomie ist die Hydrokolloidforschung. Im Mittelpunkt stehen dabei die unterschiedlichen Eigenschaften (Viskosizität, Elastizität, Mundgefühl etc.) von Hydrokolloidgels auf Alginat-, Agar-, Agarose– und Gellanbasis. Abhängig von der Konzentration, dem pH-Wert oder der Temperatur lassen sich mit diesen Stoffen eine große Bandbreite von Texturen herstellen, die zu Grundelementen der Nueva Nouvelle Cousine geworden sind.

nussinovitch.pngDie beiden israelischen Forscher Amos Nussinovitch (Autor des Standardwerks „Hydrocolloid Applications„) und Zvitov-Marabi (Hebrew University of Jerusalem) widmen sich u.a. auch in ihrem aktuellen Aufsatz „Unique shape, surface and porosity of dried electrified alginate gels“ in der aktuellen Ausgabe (Mai 2008) von Food Hydrocolloids einer weiteren Variable: der Elektrifizierung von natürlichen Gels. Denn die Gels der molekularen Küche können auch durch elektrische Spannung dazu gebracht werden, ihre Form und Porosität sowie mechanische und chemische Eigenschaften zu verändern. Die Forscher sind der Ansicht, dass insbesondere die höhere Porosität der elektrifizierten und anschließend gefriergetrockneten (-50°C bei 1,1 Pa Druck) Gels neue Anwendungsmöglichkeiten erschließen könnten:

The freeze-dried hydrocolloid gels could also be useful as carriers for many food snacks, non-food matrices and biotechnological operations.

Die elektrische Spannung, die benutzt werden kann, um die Gels in destilliertem Wasser zu manipulieren, muss dabei gar nicht hoch sein: schon bei 40 Volt verändert sich die Struktur der Substanz. Alginatperlen lassen sich stärker von elektrischen Feldern beeinflussen als Agarperlen. Durch die vielen und wesentlich größeren Poren sind die elektrifizierten Gele auch weniger spröde – was möglicherweise auch ein anderes Mundgefühl mit sich bringen könnte. Besonders eindrucksvoll und überraschend waren die Veränderungen von aufgeschnittenen Alginatschwämmchen an der Kathode: dort waren statt der üblichen Poren <0.25mm2 große Poren bis zu 2.5mm2 zu beobachten. Die Querschnitt-Aufnahmen der Gelkügelchen mit dem Elektronenmikroskop zeigen dabei eindrucksvoll die Strukturveränderung von einer gleichförmigen Bläschentextur hin zu einem konzentrisch-rosenförmigen Erscheinungsbild. Die Ursache ist noch nicht vollständig geklärt, wobei pH-Wert, Überschussionen, Geltyp als wichtige Einflussvariablen gelten.

Die Molekularköche fragen sich jetzt natürlich: haben Alginatschwämmchen von der Kathodenseite ein anderes mouth feel als gewöhnliche Alginatperlen? Sowie natürlich: Wann werden Platinelektroden endlich in die molekulare Gastronomie integriert?

A. Nussinovitch/Zvitov-Marabi (2008): Unique shape, surface and porosity of dried electrified alginate gels. In: Food Hydrocolloids 22: 364-372.

Mango Espuma (Apar Mango)

Man kann einen Mangoschaum wunderbar am Vorabend vorbereiten und außerdem noch eine Weile im Kühlschrank aufbewahren – ein perfektes Dessert für Feiertage, an denen man für jede eingesparte Minute dankbar ist (Rezept von espumas.at).

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Zutaten

  • Eine reife Mango (ca. 375g)
  • 125ml Orangensaft
  • 50g Zucker
  • 2 Blatt Gelatine

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Zubereitung

  1. Gelatine in kaltem Wasser einweichen.
  2. Mango schälen und würfeln, dann in einem Topf mit dem Zucker und Orangensaft aufkochen.
  3. Pürieren und durch ein feines Sieb drücken.
  4. Die Hälfte des Pürees auf 60°C erwärmen und die Gelatine einrühren. Danach das restliche Püree dazugeben und die Masse abkühlen lassen.
  5. Mit dem Schneebesen schlagen und in den Sahnesiphon einfüllen. Eine N2O-Kapsel aufschrauben und den Sahnesprüher kräftig schütteln.
  6. Mehrere Stunden kaltstellen.
  7. Vor dem Servieren den Siphon kräftig mit dem Kopf nach unten schütteln und senkrecht aufsprühen.

Das Tolle an Schäumen dieser Art (Espumas) ist, dass man eine äußerst luftige Substanz herstellen kann, die ohne Sahne einigermaßen stabil ist (10 Minuten bleibt der Schaum stehen). Im Mund entfaltet sich (manche sagen: explodiert) der volle, ungetrübte Geschmack einer reifen Mango. Absolut überzeugend. Das Geheimnis sind die vielen Luftbläschen, die durch das Aufschäumen entstehen und die man auf dieser Makroaufnahme gut erkennen kann:

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Gleichzeitig verändert sich durch die andere Lichtbrechung im Schaum die Farbe von dem schönen satten gelb der Mango hin zu cremeweiß bei dem Schaum (siehe oberes Foto).

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Auf nach China, ins Land der teuren Vasen


Hier sieht man Chef Mark Pi beim Nudel-Ziehen, und zwar bis zu einem Durchmesser von nahezu molekularen Dimensionen – durch wiederholtes Teilen. Ein schönes Beispiel von der physikalischen Seite des Kochens.

„We approach the division of matter…by halving and halving and halving it again.“

sagt der Physiker Philipp Morrison dazu.
via slashfood.com