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Feine Schäume erfreuen Gaumen und Zunge
 
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Luft macht viele Lebens- mittel schaumig, crèmig und leicht. Ingenieure sorgen dafür, dass die Blasen nicht vorschnell zerplatzen.

Wie beurteilt man, ob eine Mousse au Chocolat gut schmeckt?
"Sie bewegen die Zunge mit dem Schokoladeschaum den Gaumen entlang und testen so, wie crèmig die Substanz ist".
Die Forscher haben beobachtet, dass die Konsumenten die Mousse im Allgemeinen fünf bis zehn Sekunden zwischen Zunge und Gaumen hin- und herschieben. "Über diese Zeit sollte die Schaumstruktur weitestgehend intakt bleiben, dann wird das Produkt als sahnig empfunden".

Die Stabilität von Schäumen ist nicht nur für die Herstellung von luftigen Desserts von Bedeutung. Auch andere Industriebereiche interessieren sich für die physikalischen Eigenschaften der porösen Materialien. Denn unsere Alltagsumgebung ist voller Schaum. Viele moderne Baustoffe bestehen aus Kunststoffschäumen, die Schall schlucken oder Wärme dämmen. Und auch in der Medizin findet man zahlreiche Anwendungen. Im Auftrag der Pharmaindustrie entwickelten Windhab und sein Team einen porösen Festkörperschaum, der in Operationssälen zur Wundabdeckung verwendet wird. Die Substanz ist besonders saugfähig.

Feste Schäume gibt es auch in der Lebensmittelbranche. Instantsuppen, löslicher Kaffee oder Milchpulver sind geschäumte Lebensmittel. Sie enthalten neben den festen Substanzen kleine Gasbläschen. "Wir studieren, wie sich diese Lebensmittel in Flüssigkeiten auflösen", sagt Windhab. Die Wissenschaftler untersuchen, wie bestimmte Eigenschaften der Mikrostruktur das Verhalten der Substanzen bestimmen. Dabei lassen sich die Erkenntnisse auf verschiedene Bereiche übertragen: "Ob Baustoff oder Lebensmittel, die Physik ist immer die gleiche", sagt Windhab.

Gleichmässig kleine Bläschen

Schäume bestehen aus Gasbläschen, die gleichmässig in einer Flüssigkeit oder einem Festkörper verteilt sind. Die Bläschen sind durch Lamellen voneinander getrennt. Die Haupterkenntnis der Forscher: Soll ein Schaum stabil sein, müssen die Gasbläschen möglichst gleichmässig klein sein. Haben die Gasbläschen unterschiedliche Grössen, so schlucken die grossen Blasen die kleinen, der Schaum wird grobporig und "labbrig". Genau dieses Phänomen möchten die Hersteller von sahnigen Fertigdesserts verhindern.

Theoretisch liessen sich kleine Gasbläschen stabilisieren, wenn man die Lamellen zwischen den Blasen verstärken würde. Mit mehr honigartigen als wässrigen Lamellen könnte man die Blasen gleichsam einzementieren. "Doch dann schmeckt das Produkt klebrig", sagt Windhab. Der harte Schaum sähe zwar schön aus, würde aber den Ansprüchen der Verbraucher keineswegs genügen.

Mit einer Versuchsvorrichtung aus zwei Platten, die übereinander gleiten, simulieren die Forscher, was physikalisch im Mund des Verbrauchers zwischen Zunge und Gaumen passiert. "Das, was Sie im Mund mit einer Mousse au Chocolat machen, ist ein Scher-Fliessprozess", sagt Windhab. Das ETH-Institut für Lebensmittelwissenschaft mit seinem Labor für Lebensmittelverfahrenstechnik ist spezialisiert auf die Untersuchung dieser Fliessprozesse. Rheologie heisst die Wissenschaft im Fachjargon.

Crèmiges Glace

Doch die Forscher beschränken sich nicht nur auf die Analyse der physikalischen Vorgänge, sie arbeiten auch an neuen Herstellungsverfahren. Besonders stolz ist Windhab auf den in Zürich entwickelten Tieftemperatur-Extruder zur Produktion von Glace. "Damit sind wir weltweit führend", sagt der ETH-Professor. In den USA und Deutschland ist die neuartige Eiscrème bereits auf dem Markt.

"Speise-Eis ist eines der komplexesten Schaumsysteme, die es gibt". Glace ist ein Gemisch aus Eiskristallen, Fettkügelchen und Gasbläschen in einer hoch viskosen, wässrigen Flüssigkeitsmatrix. Mehr als 50 Prozent sind normalerweise Luft. Das Geheimnis einer schaumigen Eiscrème: "Es geht darum, die Gasbläschen stabil zu halten, wenn die Eiskristalle schmelzen".

Früher versuchte man, Glace mithilfe vieler Fettkügelchen möglichst crèmig zu machen. Doch es geht auch mit weniger Kalorien: "Man muss die Bläschen kleiner machen". Mit einer neuartigen Maschine, die bei tieferer Temperatur als herkömmliche Anlagen arbeitet, gelang das Unterfangen. Proteine ersetzen die Fettkügelchen an den Grenzflächen der Bläschen und Kristalle.

Auch die Bierbrauer interessieren sich für die wissenschaftlichen Erkenntnisse zum Thema Schaum. Worauf muss man achten, dass bei der Bierherstellung der natürlich entstehende Schaum nicht zerstört wird? Diese Frage wurde an der ETH in einer Doktorarbeit untersucht. Und warum unterscheidet sich der Schaum auf einem Guinness-Bier so deutlich von anderem Bierschaum?
Auch darauf weiss der Fachmann eine Antwort: "Die Schaumbläschen bleiben länger klein, da das Guinness-Bier auf Grund der speziellen Inhaltsstoffe und deren Konzentrationen höher viskos ist, und damit die Bierflüssigkeit aus den Lamellen zwischen den Bläschen langsamer abfliesst".

Im Auto geschmolzen

Aber auch Schweizer Schokoladeproduzenten arbeiten mit der ETH zusammen. Das Hauptinteresse gelte dabei nicht den Erkenntnissen über Schäume, sondern den Kristallisationsprozessen, sagt Windhab. Wer Schokolade, die im Auto an der Sonne geschmolzen ist, schon einmal im Kühlschrank wieder fest werden liess, kennt einen keineswegs optimalen Prozess: Die Schokolade ist zwar nicht verdorben, sieht aber grau und fleckig aus. Die ETH entwickelte zusammen mit vier Schweizer Firmen ein Verfahren, bei dem Schokolade keine falsche Kristallisationsform annimmt.

Von seinen Entwicklungen profitiert das Labor für Lebensmittelverfahrenstechnik auch finanziell. Wer patentierte Prozesse verwendet, muss Lizenzgebühren zahlen. 40 bis 50 Prozent dieser Abgaben fliessen in die Forschungskasse des Labors, der Rest geht an Bund und ETH. Die Entwicklung neuer Verfahren ist aufwändig. "Von der Idee bis zur Industriereife einer Herstellungstechnik geht es sechs bis acht Jahre, manchmal braucht es sogar zehn Jahre".

 
 
 
 
 
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