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Chemische und biologische Vorgänge, leicht erklärt

Biologische und chemische Reaktionen spielen in unserem Alltag eine große Rolle, bemerkt werden sie eher selten. Ohne solche Reaktionen wären die Lieken-Brote allerdings weniger haltbar oder der Geschmack wäre weniger intensiv. Wir haben verschiedene Alltagsphänomene aus dem Reich der Biologie und Chemie unter die Lupe genommen.

 

Aroma – was die Nase riecht

Ascorbinsäure – der Teigstabilisator

Backpulver – Lockerung ohne Hefe

Enzyme – lebenswichtige Beschleuniger

Fermentation – der Verwandlungskünstler

Hefe – Diva mit Treibkraft

Maillard-Reaktion – für den Bräunungseffekt

Pasteurisation – mit Wärme haltbar machen

Proteine – der Zellbaustein

Salz – lebenswichtiges Multitalent

Stärke – der Energiespender

Wasser – wichtig für die Teigbildung

 



Aroma – was die Nase riecht

Wer kennt das nicht: Bei einem bestimmten Geruch wie z.B. dem Duft nach frisch aufgebackenen Sonntagsbrötchen tauchen sofort Erinnerungen an die letzte gemütliche Frühstücksrunde auf. Das ist vor allem den primären und sekundären Aromastoffen zu verdanken. Während primäre oder auch originäre Aromastoffe wie Alkohole, Aldehyde, etc. schon von Natur aus in vielen Lebensmitteln vorkommen, bilden sich sekundäre Aromastoffe erst nach einer mechanischen, thermischen oder enzymatischen Behandlung von Lebensmitteln – so zum Beispiel bei der Kaffeeröstung, beim Brotbacken oder der Käseherstellung.



Ascorbinsäure – der Teigstabilisator

Ascorbinsäure ist die chemische Bezeichnung für Vitamin C. Dieses Vitamin kann der Mensch selbst nicht bilden und ist daher auf eine Aufnahme aus Nahrungsmitteln angewiesen. Ascorbinsäure erfüllt im menschlichen Organismus mehrere wichtige Funktionen: Sie unterstützt das Immunsystem verbessert die Aufnahmefähigkeit von Eisen aus der Nahrung und ist ein wichtiger Faktor für die Bildung von Struktureiweißen des Bindegewebes. Aber nicht nur beim Menschen spielt die Ascorbinsäure eine wichtige Rolle, sondern auch bei der Herstellung von Brot und Kleingebäck. Häufig wird Ascorbinsäure bereits in der Mühle den Mehlen beigemischt, denn Ascorbinsäure fördert die Vernetzung der Eiweißmoleküle beim Kneten. Teige werden so stabilisiert und lassen sich besser verarbeiten. Auch steigt das Vermögen des Teigstückes die von der Backhefe gebildeten Gärgase zu halten, so dass ein größeres Brotvolumen erzielt werden kann. 



Backpulver – Lockerung ohne Hefe

Heute ist es aus keiner Bäckerei mehr wegzudenken: das Backpulver. Dem deutschen Chemiker Justus von Liebig (1803 – 1873) war es ein Dorn im Auge, dass die Backhefe während der Gärung Inhaltsstoffe des Mehls verbraucht und er kam auf den Gedanken, die Backhefe durch Natron zu ersetzen. Aus diesem natürlichen Mineralsalz wird in Verbindung mit einer Säure in der Backhitze das gleiche Gas wie bei der Hefegärung (Kohlendioxid) freigesetzt, das den Teig lockert. Als sogenannter Säureträger nimmt man bei den üblichen Backpulvern Phosphate oder Weinsäure. Zusätzlich enthält Backpulver in der Regel noch eine kleine Menge Stärke als Trennmittel, damit eine allzu frühe Gasbildung vermieden wird. So entfaltet das Backpulver erst bei Zugabe von Flüssigkeit seine Wirkung. Auch dehnt sich das gebildete Kohlendioxid durch die Hitze im Backofen aus und das Volumen der Backwaren vergrößert sich weiter. Der Apotheker Dr. August Oetker war es, der als Erster auf die Idee kam, Backpulver in Portionspackungen zu verkaufen, um die Herstellung von gut gelockerten Kuchen im Haushalt zu ermöglichen.

 



Enzyme – lebenswichtige Beschleuniger

Enzyme sind die Basis jedes Lebens. Und allein in unserem Körper wirken Tausende von ihnen. Genau genommen sind Enzyme nichts anderes als Eiweiße, die spezielle und für uns lebenswichtige Fähigkeiten besitzen. Sie steuern nämlich alle wichtigen Abläufe im Körper, denn sie sind eine Art Katalysator für chemische Reaktionen und beschleunigen deren Ablauf. Viele Enzyme sind körpereigen und werden vom Körper selbst hergestellt. Andere jedoch müssen über den Verzehr von Lebensmitteln dem Körper zugeführt werden. Heute werden immer mehr Enzyme künstlich hergestellt und bestimmten Lebensmitteln zugefügt, um die Produkteigenschaften durch die unbedenklichen Beschleuniger erheblich zu verbessern. So wandeln beispielsweise Enzyme die Stärke des Mehls in Zucker um, die dann der Hefe als Nahrung dienen. Das hat den Vorteil, dass sich bei der Teigzubereitung das Brotvolumen erhöht und die Brotkruste später eine schöne braune Farbe bekommt.



Fermentation – der Verwandlungskünstler

Aus Wein wird Essig und Milch wird zu Joghurt. Ein Drittel unserer Nahrungsmittel werden durch den biologisch-chemischen Prozess Fermentation erzeugt. Während früher dieser Begriff nur für die Verwendung von Mikroorganismen bei der „Umwandlung“ eines Lebensmittels stand, so wird er heute auch für Vorgänge, die allein mit Hilfe von Enzymen erzielt werden, verwendet. Mikroorganismen sind entweder von Natur aus im Lebensmittel enthalten oder werden hinzu gegeben. Sie bauen während ihres Wachstums zahlreiche Inhaltsstoffe ab und neue auf. So entsteht ein Lebensmittel mit anderen Eigenschaften. In gleicher Weise wirken auch Enzyme, die z.B. Eiweiß-, Stärke- oder Fettmoleküle in ihre Bausteine spalten können. Auch bei der Brotherstellung sind zahlreiche Fermentationsprozesse im Spiel. Die Backhefe bildet zum Beispiel während der Gare aus Zucker Kohlendioxid und diese Gasbildung führt zu einer gut gelockerten Brotkrume.

 



Hefe – Diva mit Treibkraft

Hefen sind pflanzliche Mini-Lebewesen, die zu den Pilzen zählen und für das bloße Auge unsichtbar sind. Sie kommen in der Natur als wilde Hefen überall vor und werden seit Jahrhunderten als Kulturhefen zur Herstellung von Brot, Wein und Bier gezüchtet. Dabei ist die Hefe eine echte Diva, die nur unter ganz bestimmten Bedingungen ihre Kräfte entfaltet. Kälte, Fett oder Salz mag sie gar nicht. Aber wenn es warm ist und sie mit Stärke und Zucker gefüttert wird, wächst und gedeiht sie explosionsartig. Dabei vergärt sie Stärke und Zucker zu Alkohol und Kohlendioxid. Das plustert beim Backen den Teig von Kuchen, Brot und Brötchen auf und macht sie schön locker. Bei Wein oder Bier sorgt sie für den Alkohol. Und ganz nebenbei liefert sie auch noch Aroma und Vitamine. Zum Backen wird Backhefe verwendet, frisch zum Würfel gepresst oder getrocknet als Pulver aus dem Supermarkt.



Maillard-Reaktion – für den Bräunungseffekt

Die sogenannte Maillard-Reaktion, benannt nach dem französischen Forscher Louis Maillard, wurde 1912 entdeckt und ist in unserer Küche allgegenwärtig. Sie sorgt für das typische Aroma und die dunkle Färbung von Geröstetem, Gebratenem und selbstverständlich auch Gebackenem (Brotkruste). Auslöser dafür sind eine Vielzahl komplexer chemischer Reaktionen. Hierbei reagieren im Teig enthaltene Zuckerstoffe, wie z. B. Traubenzucker (Glukose), unter Hitzeeinwirkung ab 140 Grad mit Eiweißbausteinen (Aminosäuren). Über mehrere Zwischenstufen entstehen hierbei neben Aromastoffe und die sogenannten Melanoidine, die für die Bräunung verantwortlich sind.

 



Pasteurisation – mit Wärme haltbar machen

Das Verfahren der Pasteurisation wurde 1864 von dem französischen Chemiker Louis Pasteur erfunden und nach ihm benannt. Er erkannte, dass sich Lebensmittel haltbar machen lassen, indem sie kurzfristig auf eine Kerntemperatur von knapp unter 100°C erhitzt werden. Denn die Hitze tötet die meisten hitzeempfindlichen Mikroorganismen wie Hefen, Milchsäurebakterien, Salmonellen und Schimmelpilze zuverlässig ab. Der Vorteil: Geschmack und Konsistenz des Lebensmittels werden durch die sehr kurze Hitzeeinwirkung kaum verändert. Nicht alle pasteurisierten Produkte sind allerdings auf unbestimmte Zeit haltbar. Grund sind einige wenige Bakterien, denen nur Temperaturen über 100°C etwas anhaben können. Ob Käse, Milch, Brot, Sauergemüse, Obst oder Fruchtsäfte – es gibt kaum ein Produkt, dessen Haltbarkeit nicht durch Pasteurisation verlängert wird. So kann zum Beispiel geschnittenes Brot vor Schimmelwachstum geschützt werden, indem man es verpackt für einige Minuten auf rund 70 Grad Celsius erhitzt.



Proteine – der Zellbaustein

Ob bei uns Menschen, den Tieren oder in der Pflanzenwelt – das Innere einer jeden Zelle besteht aus einem Gerüst aus Proteinen (umgangssprachlich auch Eiweiß genannt), die für Wachstum und Reparatur, Struktur und Funktion aller lebenden Zellen von großer Bedeutung sind. Sie setzen sich aus zwei Gruppen von Aminosäuren zusammen: essenzielle und nicht-essenzielle. Essenzielle Aminosäuren müssen über die Nahrung aufgenommen werden. Nicht-essenzielle Aminosäuren hingegen kann der Körper selbst aus anderen Proteinen bilden. Deshalb sollten 10-15 Prozent der gesamten Energiezufuhr über Proteine aufgenommen werden. Lieferanten von essenziellen Aminosäuren sind vor allem eiweißhaltige Lebensmittel: Meeresfrüchte, Fisch und Fleisch sowie die daraus hergestellten Produkte, Milch und Milchprodukte sowie Hülsenfrüchte wie Bohnen und Linsen. Auch verschiedene Getreidesorten, aus denen Brote und Backwaren hergestellt werden, sind gute Protein-Quellen.

 



Salz – lebenswichtiges Multitalent

Salz (Kochsalz) ist die chemische Verbindung Natriumchlorid und für uns ein lebenswichtiges Mineral. Denn es reguliert den Wasserhaushalt, das Nervensystem, die Verdauung und den Knochenaufbau. Allerdings soll der Mensch nicht mehr als etwa sechs Gramm Salz pro Tag zu sich nehmen, da es im Verdacht steht Bluthochdruck zu fördern. Und doch ist das Würzmittel Nummer Eins aus unserem Speiseplan nicht mehr wegzudenken. Denn Salz ist nicht nur eine der Grundgeschmacksarten, die die menschliche Zunge erkennen kann, sondern es fördert auch die Wahrnehmung der im Lebensmittel enthaltenen Würzstoffe. Aber nicht nur zum Würzen ist Speisesalz unentbehrlich, sondern es beeinflusst auch biologische und chemische Vorgänge bei der Herstellung von Wurstwaren, Brot oder Käse. In Brotteigen wirkt Salz stabilisierend auf das Getreideeiweiß und führt so zu besseren Brotqualitäten. Außerdem beeinflusst es die Tätigkeit von Enzymen, die Aktivität der Backhefe und somit den Gärverlauf.



Stärke – der Energiespender

Stärke ist ein Kohlenhydrat und der Energiespender Nummer eins. Aufgenommen wird sie vorrangig über pflanzliche Lebensmittel, also Kartoffeln, Pasta oder Brot. Bevor der menschliche Körper die aufgenommene Stärke überhaupt nutzen kann, wird sie mithilfe der Enzyme in kleine Zuckereinheiten zerlegt. Denn chemisch betrachtet besteht Stärke aus großen kettenförmigen Zuckermolekülen, den sogenannten Polysacchariden. Aber Stärke kann noch viel mehr: In verschiedenen Formen wird Stärke als Lebensmittelzutat eingesetzt. Gerade bei der Zubereitung von Brot- und Backwaren dient sie als Bindemittel sowie Träger- und Füllstoff.



Wasser – wichtig für die Teigbildung

Wir nutzen Wasser zum Trinken, Kochen, Waschen oder auch zum Blumengießen. Ohne Wasser wäre Leben nicht möglich. Auch wenn zum Brotbacken die Zutaten Mehl, Wasser, Hefe und Salz miteinander vermischt werden, ist der Teig erst einmal klebrig und lässt sich schlecht formen. Während der Bearbeitung durch Kneten wird dieser jedoch schön glatt und immer elastischer. Und nachdem er geruht hat, auch viel leichter formbar. Das Zaubermittel hinter dieser Veränderung lautet Wasser (H2O). Gibt man Wasser zu Weizenmehl und bearbeitet dieses Gemisch mechanisch, dann bildet sich aus dem Weizeneiweiß, dem sog. Kleber, ein Teig. Während des Knetens entstehen neue Verknüpfungen zwischen den Eiweißmolekülen, bis sich aus den ursprünglichen Kettenmolekülen eine Art dreidimensionales Netzwerk gebildet hat, das dem Teig seine Elastizität und sein Gashaltevermögen verleiht. So entsteht ein gut gelockertes Brot.





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