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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)

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?

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.

Das perfekte Alginat-Gel

Es ist zwar nicht die Weltformel, aber ein Versuch dem perfekten Gel auf Natriumalginat-Basis (ein Produkt der Braunalge Macrocystis pyrifera bzw. „Algin“ für alle Texturas-Fans) näherzukommen:

The optimum condition to form a gel with high cohesiveness is with 2.1% sodium alginate, pH of 5, temperature of 37.6 °C and 1.1% calcium chloride.

Zu diesem Ergebnis kamen die beiden indischen Wissenschaftler B.S. Roopaa und Suvendu Bhattacharya (Universität Mysore) in ihrem aktuellen Beitrag „Alginate gels: I. Characterization of textural attributes“ (DOI des Artikels) im „Journal of Food Engineering„.

Cremigere Texturen mit Xanthan und Carob

Die drei spanischen Forscher M. Dolz, M.J. Hernándeza und J. Delegidoa (Universitat de Valencia) widmen sich in der Mai 2008 Ausgabe von Food Hydrocolloids der Viskoelastizität von Emulsionen mit geringem Ölgehalt (DOI), wie sie zum Beispiel als Salatdressings auf Basis von modifizierter Stärke gerade in der Massengastronomie immer wieder vorkommen. Mit Hilfe von Kriechtests haben sie herausgefunden, dass sich Xanthan (siehe auch die Erklärungen hier) oder Carubin (gewonnen aus der Frucht des Johannisbrotbaumes) deutlich hochwertigere und cremigere Texturen erreichen lassen:

The combination of starch with other natural gums may improve the quality of the product. A reference emulsion containing 4% MS, and four other formulations in which the starch was partially replaced by xanthan gum (XG), locust bean gum (LBG) and two synergistic blends of these gums were formulated […] It has been shown that all the emulsions present a similar final percentage recovery, which moreover is greater than that of the corresponding gels. Of note is the fact that replacing part of the starch with a small proportion of XG or LBG increases the percentage recovery of the resulting emulsion.