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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)

Sauerteig durch spontane Säuerung (Teil 8)

Die letzten Male habe ich auf das Sauerteiglivebloggen verzichtet, da sich nicht besonders viel verändert hatte. Nachdem dann gestern Abend der Teig wieder nur etwa 1/5 an Volumen zugelegt hatte, habe ich mir fast schon ein wenig Sorgen gemacht. Die Blasenbildung war wie immer rege, aber das Wachstum würde einfach nicht genügen, um ein Brot richtig aufgehen zu lassen.

Heute Morgen dann endlich die Erleichterung: dem Starter hat das Mehl dieses Mal anscheinend besonders gut geschmeckt, denn er ist tatsächlich fast um die Hälfte aufgegangen. Auch die Konsistenz war eine andere als bisher: sehr viel schaumiger und luftiger. Man merkt das schon an dem Geräusch beim Umrühren, mittlerweile einem hellen Schmatzen. Und der Geruch hat sich zu einer leichten säuerlichen Note abgeschwächt. Die Penetranz der ersten Tage ist verflogen – was man leicht daran erkennen kann, dass die Familienmitglieder beim Teigfüttern nicht mehr die Küche verlassen.

Bald werde ich mich also daran machen, ein pain au levain naturel zu backen. Nur nach welchem Rezept? Die Auswahl der im Internet verfügbaren Varianten ist schier überwältigend. Ich denke, fürs erste wäre ein schönes weißes Kastenbrot keine schlechte Wahl, oder?

TGRWT #9

180px-p8174339.jpgMan nehme die folgenden Aromastoffe:

Daraus gilt es in der nächsten Runde des Blogevents „They Go Really Well Together“ (TGRWT #9), diesmal zu Gast bei lamiacucina, eine leckere Speise zuzubereiten. Klingt erstmal ziemlich ekelerregend und scheint eine unmögliche Aufgabe zu sein, an der sogar „the man who ate everything“, Jeffrey Steingarten, scheitern dürfte. Oder?

Nicht unbedingt, denn in Abwandlung des alten Paracelsus-Zitats gilt auch auf kulinarischem Terrain: die Menge macht den (ekligen) Geschmack. In geringen Mengen und in der richtigen Kombination ergeben die oben aufgeführten Geruchsstoffe nämlich durchaus angenehme Lebensmittel: Kakao und Parmesankäse. Das klingt doch schon deutlich besser. Also: ab in die Vorratskammer, die StinkmorchelnSchokolade und den Parmesan herausgeholt und losgekocht.

Ich denke, die Molekularküchenblogger könnten sich ja mal an einer „Chocolat coulant au parmesan“ versuchen? Oder, da einige der Aromastoffe auch in getoastetem Brot vorkommen, eine Abwandlung eines Ferran Adrià-Rezeptes: „Parmesaniertes Toastbrot mit Zartbitterschokolade“?

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)

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.

"Die Molekül-Küche" von Thomas Vilgis

Die Molekül-KücheDie Maßstäbe, mit denen die „Die Molekül-Küche“ (S. Hirzel) von Thomas Vilgis zu messen ist, dürften klar sein: Wer ein Buch schreibt, das versucht, küchenwissenschaftliche Aufklärung mit Geschmack und Genuss zu verbinden, tritt in die mächtigen Fußstapfen von Hervé This. Dieser hat in seinen beiden Grundlagenwerken zur molekularen Gastronomie zum einen Chemie und Physik von Saucen, Emulsionen und Garmethoden überaus anschaulich dargestellt und anschließend ausgewählte molekulare Kochrezepte vor diesem Hintergrund präsentiert.

Genauso geht auch der theoretische Physiker Thomas Vilgis vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung vor, dessen Molekül-Küche nunmehr in der sechsten Auflage vorliegt. In dem Buch behandelt Vilgis die Chemie und Physik von Farbstoffen, Aromastoffen, Temperaturen, Garvorgängen, Zubereitungsmethoden, Saucen, Pökeln, Marinaden, Kristalle, Emulsionen, Hydrokolloide, Schäume, Milchprodukte, Teige, Kaffee und Schokolade. Dabei werden die theoretisch erklärenden Abschnitte – unter dem Titel „Genetische Sommertränen“ geht es zum Beispiel um Propanthial-S-Oxid, Thiosulphat und LF-Synthase oder etwas verständlicher: die Biochemie des Tränenflusses beim Zwiebelschälen – immer wieder mit kurzen Rezeptenvorschlägen unterbrochen: von parmesanisiertem Spinat über Marsaillaiser Bouillabaisse à la Lotte flotte bis hin zum bereits in unserem Blog erfolgreich nachgekochten indischen Paneer.

Nach über 200 Seiten anschaulicher und wundervoll zu lesender Genießerprosa auf hohem wissenschaftlichem Niveau steht als Resümee fest: Der Vilgis sollte nicht nur einen Stammplatz in jedem molekulargastronomischen Bücherfach erhalten, sondern schafft sogar das Kunststück, den Thies in einigen Punkten zu übertreffen. In der wissenschaftlichen Erklärungstiefe, der systematischen Darstellung der Küchenchemie und vor allem in der sehr bodenständigen Art der Wissensvermittlung, die selten dozierend auftritt, sondern den Leser (und Experimentator) immer wieder dazu anregt, sich auf das eigene Augenmaß zu verlassen und die dargestellten Inhalte selbst zu begreifen und zu erschmecken.

Thomas Vilgis: Die Molekül-Küche. Physik und Chemie des feinen Geschmacks, Stuttgart, S. Hirzel Verlag, 2006, ISBN 9783777613703, 19,80 EUR.