Wie die Physik das Essen erforscht

Das stimmt nicht, fanden die Mainzer heraus. Ihre Forschung zeigte: 20 Minuten Vakuumgaren bei 55 Grad Celsius erzeugt das perfekte Schweinefilet. Längeres Garen macht es zäher. Warum? Die Antwort findet sich vor allem in den Muskelproteinen – und im Collagen, dem Protein des Bindegewebes. Unter Zufuhr von Wärmeenergie verändern Proteine ihre Molekülstruktur. Dieses „Denaturieren“ passiert auch beim Hartkochen von Eiern. Filet ist Muskelfleisch, und darin dominieren zwei Sorten Proteine: Myosin und das faserige Actin. Stellt sich nun die Frage, wie sich diese beiden Proteine beim Garen verhalten.

<p><strong>Abb. B:</strong> Am Essen sind mehrere Sinne und Nerven beteiligt etwa beim Mundgefühl. Auf der Zunge  schmecken wir süß, salzig, sauer, bitter und umami. Umami kommt aus dem Japanischen und heißt so viel wie „herzhaft, fleischig, wohlschmeckend“. Wichtig sind Aromen, also Duftmoleküle (bunte Punkte), die beim Kauen frei werden. Sie steigen von hinten in den Nasenraum zum Geruchssinn auf. Den Duft des Essens atmen wir auch direkt durch die Nasenlöcher ein.</p> Bild vergrößern

Abb. B: Am Essen sind mehrere Sinne und Nerven beteiligt etwa beim Mundgefühl. Auf der Zunge  schmecken wir süß, salzig, sauer, bitter und umami. Umami kommt aus dem Japanischen und heißt so viel wie „herzhaft, fleischig, wohlschmeckend“. Wichtig sind Aromen, also Duftmoleküle (bunte Punkte), die beim Kauen frei werden. Sie steigen von hinten in den Nasenraum zum Geruchssinn auf. Den Duft des Essens atmen wir auch direkt durch die Nasenlöcher ein.

Um das herauszufinden, verwendeten die Mainzer eine Methode, die sehr empfindlich misst, welche Wärmeströme beim Erhitzen in eine Probe fließen. Bleibt deren Temperatur eine Weile stabil, obwohl Wärmeenergie ins Fleisch „verschwindet“, dann heißt das: Diese Energie wandelt gerade Molekülstrukturen um. Auch beim Schmelzen von Wassereis bleibt das Thermometer zunächst bei null Grad hängen.

„Dabei kommen 40 Tausendstel Gramm der Fleischprobe in einen kleinen Alu-Tiegel“, erklärt Zielbauer: „Das verschweißen wir, damit kein Wasser austreten kann.“ Dann messen die Forscher das Temperaturverhalten dieser Probe im Vergleich zu einem leeren Referenztiegel. Sie heizen beide Tiegel mit exakt der gleichen Energiezufuhr auf. Sobald sich Moleküle im Fleisch verändern, steigt die Temperatur in ihm langsamer als im leeren Tiegel. Die Mainzer ließen nun ihre Proben zwischen zehn Minuten und 48 Stunden lang bei Temperaturen zwischen 45 und 74 Grad Celsius garen und beobachteten die Wärmeströme.

Die Kunst des Garens

Es zeigte sich, dass sich das Myosin schon ab 45 Grad Celsius verändert, während das Actin noch seine ursprüngliche molekulare Gestalt beibehält. Das Myosin bildet dann ein lockeres Molekülnetzwerk. Dieses kann in seinen molekularen Zwischenräumen Wasser festhalten. Dadurch bleibt das Fleisch saftig und wird zart. Steigt die Temperatur gegen 70 Grad Celsius, verändert sich das Actin: Die langen Moleküle ziehen sich zusammen und pressen Wasser aus den Muskelfasern heraus. So wird das Fleisch trocken. Collagen wiederum baut sich schon bei etwa 60 Grad um, das Fleisch verliert seine Zähigkeit.

Die Mainzer konnten auch zeigen: Bewahrt man sein schön zartes Filet länger bei Temperaturen oberhalb 45 Grad Celsius auf, dann wird es langsam zäh. Dann verändern allmählich alle für den Genuss wichtigen Proteine ihre natürliche Gestalt. Dieses „Denaturieren“ gilt auch für Proteine, die das eigentlich erst bei höheren Temperaturen tun sollten. „Das Molekül muss sozusagen einen Energieberg überklettern, um vom natürlichen in den denaturierten Zustand zu kommen“, sagt Zielbauer. Wenn man das Filet zum Beispiel auf 71 Grad aufheizt, dann hebt das alle Proteine über ihre jeweiligen Energieberge. Das Fleisch wird schnell trocken und zäh. Bei Temperaturen, die eigentlich zu niedrig zum Überwinden des Energiebergs sind, schafft aber doch ab und zu ein Protein zufällig den Sprung in den denaturierten Zustand.

Hält man also das Stück Fleisch bei niedrigen Temperaturen warm, dann wird es auch langsam zur Schuhsohle. Food Physics kann verblüffend gut erklären, was mit den Molekülen beim Zubereiten und Genuss von Essen passiert. Berühmte Köche wissen das und holen sich gerne Tipps von den Mainzern.

1 Brennwertangaben in der Nährwertkennzeichnung der EU, siehe (s. z. B. https://de.wikipedia.org/wiki/Physiologischer_Brennwert)

 

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