Wie funktioniert Eis?

Aug 10, 2023

ChemikerNATHAN KILAHerklärt, warum man Sahne nicht einfach einfrieren und Ergebnisse erwarten kann

Eis scheint ein einfaches Konzept zu sein. Nehmen Sie etwas Milch, fügen Sie etwas Zucker und Aromen hinzu und frieren Sie es ein.

Doch um einen perfekt cremigen, geschmeidigen Tiefkühlgenuss zu erhalten, brauchen wir mehr als nur eine niedrige Temperatur – es bedarf eines sorgfältigen Zusammenspiels von Chemie und drei Aggregatzuständen: fest, flüssig und gasförmig.

Kommerzielles Eis enthält viele Zutaten: Luft, Wasser, Milchfett, sogenannte Milchfeststoffe (hauptsächlich Milchproteine ​​und Laktose), Süßstoffe, Stabilisatoren, Emulgatoren und Aromen. Aus Gründen der Lebensmittelsicherheit werden die Zutaten gemischt und pasteurisiert.

Selbstgemachtes Eis besteht in der Regel aus Milch, Sahne, Zucker und Aromen wie Früchten, Beeren oder Schokolade. Die genauen Mengen variieren je nach Rezept, die Verarbeitungsschritte sind jedoch ähnlich.

Milch besteht aus allem, was eine junge Kuh zum Wachsen und Entwickeln braucht – Wasser, Fette, Kohlenhydrate, Proteine, Mineralien und Vitamine. Diese Komponenten reagieren unterschiedlich, wenn sie eingefroren werden.

Wenn die Mischung aus Eiscremezutaten abgekühlt wird, sammeln sich kleine Ansammlungen von Wassermolekülen zu winzigen Eiskristallen. Die Größe der Eiskristalle ist für das Mundgefühl des Eises verantwortlich – je kleiner die Kristalle, desto glatter das Gefühl.

Wenn die Kristallisation nicht gut kontrolliert wird, können diese Kristalle sehr groß werden. Eismaschinen (gewerblich oder für den Heimgebrauch) sorgen durch Rühren oder Schlagen der Flüssigkeit beim Gefrieren für kleine Eiskristalle. Dies hält die Wassermoleküle in Bewegung und verhindert, dass die Kristalle größer werden.

Beim Mischvorgang wird auch Luft einbezogen, die geheime Zutat, die der Eiscreme eine leichtere Konsistenz verleiht.

Das Fett in der Milch liegt in Form von Kügelchen vor, die von Proteinen umgeben sind. Diese Proteine ​​verbinden Fett und Wasser und helfen so, die Fette in Schwebe zu halten. (Milch sieht weiß aus, weil das Licht an diesen Fettkügelchen gestreut wird.)

Diese Milchfettmoleküle haben bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Eigenschaften. Bei Raumtemperatur sind sie halbfest (wie Butter) und bei 0°C sind sie zu etwa zwei Dritteln fest.

Die Fettkügelchen können zusammenkleben – deshalb bekommt man auf Rohmilch eine Schicht Sahne. Bei einem Prozess namens Homogenisierung wird die Milch unter sehr hohem Druck durch eine kleine Öffnung gedrückt, wodurch große Fettkügelchen in kleinere zerkleinert werden. Bei diesem Prozess entstehen viele kleine Fettkügelchen – bis zu eine Billion pro Liter. Homogenisierte Milch sorgt dafür, dass die Mischung gleichmäßig gefriert und abgetrennte Fette nicht an der Mischmaschine hängen bleiben.

Durch das Einfrieren verklumpen die Fettkügelchen, wobei die umgebenden Proteine ​​als Brücken zu anderen Fettmolekülen und zu den Eiskristallen fungieren. Diese Fette zergehen im Mund und sorgen für ein cremiges Gefühl und einen cremigen Geschmack.

Auch der Zucker und andere in der Milch gelöste Zutaten sind für die endgültige Konsistenz des Eises von entscheidender Bedeutung. Das Vorhandensein von Zucker im Wasser senkt die Gefriertemperatur der Mischung auf unter 0°C.

Hier erfahren Sie, warum das wichtig ist. Wenn sich Eiskristalle zu bilden beginnen, erhöht sich die Konzentration von Zucker und anderen gelösten Stoffen in der nicht gefrorenen Flüssigkeit, was ihren Gefrierpunkt weiter senkt. Wenn sich der Großteil der Eiskristalle gebildet hat, ist die resultierende Flüssigkeit sehr stark an Zuckern konzentriert.

Diese konzentrierte Flüssigkeit, bekannt als „Serum“, bildet eine Brücke zwischen Eiskristallen, festen Fettkügelchen und Luftblasen. Das Serum bleibt weit unter 0 °C flüssig und verleiht der Mischung genügend Flexibilität, sodass das Eis noch geschöpft oder geformt werden kann.

Auf diese Weise verbinden sich die einzigartigen chemischen Eigenschaften von Wasser, Fetten, Proteinen und Zuckern mit Luft zu der Mischung aus Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen, die wir kennen und lieben.

Was „Eiscreme“ genannt wird, unterliegt tatsächlich einem Lebensmittelstandardkodex. Aus diesem Grund dürfen nicht alle gefrorenen Desserts legal als Eis bezeichnet werden, da sie nicht genügend Milchfett enthalten.

Es gibt viele Variationen des Standard-Eisrezepts. Gelato verbraucht mehr Zucker, enthält weniger Luft und enthält typischerweise weniger Fette und andere Feststoffe. Sorbets verzichten auf Milchprodukte und enthalten normalerweise mehr Zucker, in der Vergangenheit wurden jedoch Eier oder Gelatine als Proteinquelle verwendet.

Unabhängig von der genauen Rezeptur sind die grundlegenden Schritte der Eiskristallbildung, der Fettverfestigung und der Serumphasentrennung gleich.

Produktnamen wie „Softeis“, „Milchdessert“ oder „Eiskonfekt“ weisen oft darauf hin, dass die Zutatenliste pflanzliche Fette und nicht teurere Milchfette enthält.

Softeisprodukte entstehen ebenfalls durch Rühren, wenn die Mischung gefriert, enthalten jedoch aufgrund der ständigen Bewegung im Inneren des Spenders tendenziell weniger Luft als Eis, das Sie in einem Becher kaufen würden.

Eisstangen, Eisblöcke, Freezies oder Freeze Pops (je nach lokaler Ausdrucksweise) und andere „Wassereissorten“ werden in einer Form oder einem Kunststoffschlauch eingefroren. Die Form der Form begrenzt die Fähigkeit, die Mischung zu rühren, daher erfolgt der Gefriervorgang normalerweise „im Ruhezustand“, also im Ruhezustand. Die Kristallisation des Eises wird nicht gut kontrolliert, und Sie haben möglicherweise schon einmal große Kristalle gesehen, die aus dem Eis am Stiel gewachsen sind (technisch gesehen „geimpft“).

Die Menschheit genießt seit Jahrhunderten Eis. Es ist ein wunderbar vielseitiges Lebensmittel mit endlosen Variationen an Geschmacksrichtungen, Zusatzstoffen und Toppings, gepaart mit Erinnerungen an Glück, Komfort, Genuss und Nostalgie. Und jede Menge Chemie auch.

Nathan Kilah ist Dozent für Chemie an der University of Tasmania. Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht