Physikalisch-chemische Eigenschaften von süßem Überzug Die Wissenschaft vom perfekten Zuckerguss

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Zuckersüß und cremig: die Glasur von Amerikanern sticht nicht nur durch ihren Geschmack hervor. Sie ist auch chemisch-physikalisch ein spannendes ein Rätsel. Ein Forscherteam hat nun die mikroskopischen Eigenschaften von Zuckerguss. Die Ergebnisse könnten helfen, die industrielle Herstellung optimieren.

Es ist diese süße, weiße Glasur, die wir zum Beispiel beim Konditor bei Petit Fours finden oder auf Amerikanern: So genannter Fondant oder Schmelzfondant – nicht zu verwechseln mit dem ausrollbaren Fondant, der bei Motivtorten zum Einsatz kommt.

Zucker ist der Hauptbestandteil – und diesen schmeckt man deutlich. Doch welche Eigenschaften hat die Masse abgesehen von ihrer Süße noch? Das Forschungsteam von Thomas Vilgis vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung aus dem Arbeitskreis von Kurt Kremer hat Modell-Fondant, der nur Zucker und Wasser enthält. Mikroskopisch untersucht und ein unerwartetes Verhalten hinsichtlich seiner Zähflüssigkeit festgestellt. Die Ergebnisse könnten für weitere Prozesse in der Lebensmittelindustrie relevant sein, wie die Herstellung von zuckerreduzierten Glasuren.

Knetversuche und Mikroskopie

Fondant wird hergestellt, indem Zucker mit Wasser vermischt wird. Durch Erhitzen in die Nähe des Siedepunktes kann noch mehr Zucker darin gelöst werden, als dies bei Raumtemperatur der Fall ist. Kühlt man die Mischung danach schnell ab, erhält man eine so genannte „übersättigte“ Zuckerlösung. In dieser ist mehr Zucker gelöst, als normalerweise bei Raumtemperatur möglich. Die Folge davon: Rührt man diesen zähflüssigen Sirup schnell um, entstehen darin mikroskopische Zuckerkristalle – es entsteht Schmelzfondant.

Diesen Herstellungsprozess haben die Forschenden um Vilgis nun im Labor mit einem Laborkneter nachgestellt. Der High-Tech-Mixer ist in der Lage, während des Knetens die Zähflüssigkeit mit hoher Präzision zu messen. Gleichzeitig entnahmen die Wissenschaftler zu verschiedenen Zeitpunkten des Knetprozesses Proben, um diese unter einem Mikroskop zu untersuchen und so mit der Zähflüssigkeit korrelieren zu können.

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Hierbei haben sie festgestellt, dass die Mischung während des Kristallisierens zunächst stark zähflüssig wird, bevor sie ihren weniger zähflüssigen Endzustand erreicht.

„Wir haben im Mikroskop gesehen, dass sich zum Zeitpunkt des Kristallisierens zunächst auch recht große Zuckerkristalle bilden, die im Bereich von 40 bis 50 Mikrometern liegen“, sagt Vilgis. „Damit haben diese Mikrokristalle eine Größe, dass man den Fondant auf der Zunge als leicht körnig empfinden würde“.

So wird Fondant cremig – lange genug rühren

Rührt man nun weiter, erniedrigt sich die Zähflüssigkeit wieder und die Kristalle werden kleiner. „Man kann sich das so vorstellen, dass die größeren Kristalle aneinander reiben. Je weiter man aber rührt, in desto kleinere Bruchstücke zerfallen sie“, erklärt Hannah Hartge, Erstautorin des Papers und Doktorandin bei Vilgis.

Erst wenn der Punkt maximaler Zähflüssigkeit überschritten ist, kann der Fondant als cremig-süßer und glänzender Überzug verwendet werden.

Industrieproduktion optimieren

Die Forschenden haben das Experiment in Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter wie Temperatur oder Zuckergehalt durchgeführt: „Unsere Arbeiten zeigen das Zusammenspiel von Kristallisationsgeschwindigkeiten und Prozessparametern. So können wir Struktur und Funktion vorhersagen“, sagt Erstautorin Hartge.

Ihre Ergebnisse könnten es erlauben, bei der industriellen Herstellung von Fondant oder auch anderen, ähnlichen Lebensmittelsystemen, Prozessparameter zu optimieren, und so das entsprechende Lebensmittel schneller und mit höherer Energieeffizienz herzustellen.

Die Wissenschaftler haben das Experiment auch mit einem einfachen theoretischen Modell beschrieben, der so genannten Nukleationstheorie bzw. Keimbildungstheorie. „Wir waren erstaunt, dass diese fast 100 Jahre alte Theorie das Experiment sehr gut beschreiben konnte – obwohl sie eigentlich für nicht-bewegte Flüssigkeiten geschaffen wurde, anders als unsere gerührte Fondantmasse“, sagt Vilgis. Grund hierfür ist laut den Forschern, dass die Bewegung der Zuckermoleküle verglichen mit der Knetbewegung viel langsamer vonstattengeht und die Zuckermoleküle somit als „fast ruhend“ angesehen werden können.

Originalpublikation: Hartge, H. M.; Flöter, E.; Vilgis, T. A.: Crystallization in highly supersaturated, agitated sucrose solutions, Physics of Fluids 35 (6), 064120 (2023); DOI: 10.1063/5.0150227

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