Wichtige Definitionen aus der Physik:

Wärme: Wärme ist ungeordnete Molekülbewegung. Um die Temperatur eines Körpers zu erhöhen, ist Wärmeenergie (Wärme) notwendig. Sie dient der Vergrößerung der inneren Bewegungsenergie - das heißt die einzelnen Moleküle bewegen sich schneller. Wärme kann auf verschiedenste Weise übertragen werden: Wärmekonvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung.


 

Temperatur: Die Temperatur ist ein Maß für die Wärme - oder anders ausgedrückt - für die ungeordnete Bewegung der einzelnen Moleküle. Die einzelnen Moleküle besitzen unterschiedliche Geschwindigkeiten - manche sind langsam, manche sind schneller unterwegs.

 

niedere Temperatur,

geringe durchschnittliche Molekülgeschwindigkeit

 

 hohe Temperatur,

hohe durchschnittliche Molekülgeschwindigkeit

 

 

Wichtig ist die sogenannte Durchschnittsgeschwindigkeit der einzelnen Moleküle. Bei niederen Temperaturen ist die Durchschnittsgeschwindigkeit gering, bei höheren Temperaturen ist die Durchschnittsgeschwindigkeit groß. Trotzdem gibt es immer wieder Moleküle, die sich sehr schnell bewegen und manche die praktisch ruhen. Somit kann auch bei einer geringen Temperatur Wasser verdunsten - es braucht nur relativ lange dafür. Für die Temperatur ist nicht nur die Bewegung der einzelnen Moleküle wichtig. Die Moleküle können rotieren oder schwingen. Diese Rotationsenergie kann beträchtlich sein und ihr Beitrag für die Temperatur ist nicht zu unterschätzen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Temperatur zu messen. Mit einem Alkohol- oder Quecksilberthermometer wird die Ausdehnung von Flüssigkeiten in Abhängigkeit der Temperatur gemessen. Mit einem Bimetalthermometer wird die Ausdehnung von Festkörpern gemessen - sie finden sich meist in den Bratenthermometern (Durchaus zu empfehlen, aber leider etwas ungenau. Beim Einkauf ist zu achten, daß das Thermometer die Temperatur in Grad Celsius anzeigt und nicht nur irgendwelche Symbole mit Rindern, Schafen usw). Am besten mißt man die Temperatur mit elektronischen Meßgeräten. Sie sind sehr genau und es gibt sie in den verschiedensten Ausführungen. Mit einem geeigneten Computer können auch die Temperaturen über einen größeren Zeitraum gemessen werden. Für den praktischen Hausgebrauch ist dies aber etwas übertrieben.

Welche Temperaturen sind für das Zubereiten von Speisen wichtig:

 

 -196 °C

 flüssiger Stickstoff  

 0 °C

 Wasser gefriert Gefrierschrank

  4 °C

 Wasser hat die geringste Ausdehnung Kühlschrank

  40 °C

 Muskelproteine denaturieren Herdplatte

 44 °C

 Fischkollagen schrumpft Herdplatte

  60-65 °C

 Säugetierkollagen schrumpft, Herdplatte, Backrohr

 65 °C

 Die meisten Salmonellenstämme sterben ab Herdplatte, Backrohr

  75 °C

 Geflügelkollagen schrumpft Herdplatte, Backrohr

  100 °C

 Wasser verdampft Herdplatte, Backrohr, Mikrowellenherd

  130 °C

 Innentemperatur des Druckkochtopfes Herdplatte, Backrohr

  140 °C

 Die Maillard-Reaktion setzt ein Herdplatte, Backrohr, Griller

  200 °C

 Es bilden sich krebserregende Stoffe - Verkohlung Herdplatte, Backrohr, Griller

 

Die Temperaturangaben in der Tabelle stellen nur ungefähre Werte dar. Die Denaturierung beginnt schon bei niederen Temperaturen, aber am stärksten ist sie bei der angegebenen Temperatur. Auch Wasser beginnt schon bei geringeren Temperaturen zur verdampfen.


 

Osmose: Fleisch oder auch Gemüse besteht aus Zellen. Diese Zellen sind in der Regel von einer Membran umgeben, die zwar das Wasser in beiden Richtungen durchläßt, nicht aber bestimmte Stoffe, wie zum Beispiel Salz oder auch Zucker. Das Wasser ist aber bestrebt, daß die Konzentration der gelösten Stoffe im Inneren und im Äußeren gleich groß ist. Wenn also die Stoffe (Zucker oder Salz) nicht durch die Membran wandern können, so versucht das Wasser die Konzentrationsunterschiede auszugleichen. Dieser Effekt ist für das Kochen von Fleisch wichtig, oder wenn Obst eingeweckt wird.


 

Diffusion: Die Moleküle eines Lösungsmittels (zum Beispiel Wasser) bewegen sich aufgrund der Wärme. Eine Substanz verteilt sich gleichmäßig in einem Lösungsmittel (zum Beispiel etwas Zucker in Wasser). Die Moleküle des Wassers stoßen mit den Zuckermolekülen zusammen und verteilen Sie willkürlich im Wasser. Eine Diffusion findet immer dann statt, wenn die Teilchenzahldichten von Ort zu Ort unterschiedlich sind, das heißt, daß es unterschiedliche Konzentrationen gibt. Beendet wird der Vorgang, wenn die Konzentration überall gleich groß ist.

Diese Molekularbewegung nennt man Diffusion. Durch die Konvektion wird dieser Effekt weiter unterstützt. Wenn man einen Teebeutel sehr vorsichtig in ein Glas heißes Wasser gibt, kann man schön die Diffusion beziehungsweise die Konvektion beobachten. Dieser Effekt ist unter anderem wichtig für das korrekte Zubereiten von Frankfurtern.


 

Atome: Die komplette Materie besteht aus kleinen Teilchen - den sogenannten Atomen. Atome können sich in ihren Eigenschaften unterscheiden - dies hängt mit der Anzahl der Elektronen in der Hülle zusammen. Für das Kochen sind die Atome per se nicht wichtig, sondern die Moleküle, die von Atomen gebildet werden.


 

Moleküle: Moleküle sind Verbände von mehreren Atomen. Die Moleküle können klein, groß, aufgerollt oder auch sehr lange sein. Längere Moleküle können unterschiedlich geformt sein. Meist liegen sie bei niederen Temperaturen als eine Art Knäuel vor, und bei höheren Temperaturen beginnen sie sich zu entfalten (denaturieren). Dadurch verändern sich die Eigenschaften der Speise. Die einzelnen Moleküle sind wiederum in der Lage Verbindungen mit anderen Molekülen einzugehen. Wenn zum Beispiel Eiklar gerinnt, dann beginnen sich zuerst die Eiweißmoleküle zu entrollen. Dabei verbinden sich die entrollten Moleküle und es entsteht ein relativ hartes Netz. Das Eiweiß ist geronnen. Moleküle spielen praktisch bei allen Kochvorgängen eine relevante Rolle. So sind die Fragen - Wann entrollt (denaturiert) sich eine Molekül ?  Unter welchen Bedingungen geht ein Molekül eine Verbindung mit anderen Molekülen ein ?  Ist diese Verbindung irreversibel - oder ist der Prozeß umkehrbar ?


 

Viskosität: Unter der Viskosität versteht man die Zähigkeit einer Flüssigkeit. Diese Zähigkeit wird durch die innere Reibung verursacht. Die Flüssigkeit wiedersetzt sich mit einer gewissen Kraft einer Formveränderung. Durch das Erwärmen von Flüssigkeiten entsteht die Konvektion. Warme Bereich wollen aufsteigen, kalte Flüssigkeitsbereiche möchten absinken. Durch eine zu hohe Viskosität wird dies verhindert. Man unterscheidet mehrere Arten von Viskosität: die dynamische und die kinematische Viskosität. Mit höheren Temperaturen werden Flüssigkeiten dünnflüssiger, die innere Reibung nimmt ab. Dieser Effekt ist für die Beschreibung von Saucen notwendig.


 

Konvektion: Auch als Wärmeströmung bezeichnet. Die Konvektion ist für das Kochen mit Flüssigkeiten ein sehr wichtiger Effekt. Die Strömungsvorgänge werden durch lokale Temperatur- und Dichteunterschiede ausgelöst. Warme Luft steigt nach oben, kalte Luft sinkt ab. Durch diese Wärmeströmung wird meist mehr Wärme transportiert, als durch andere Vorgäng. Es kommt auch zu einer gleichmäßigen Verteilung der Wärme. Bei dickflüssigen Speisen setzt die Konvektion erst ein, wenn die Suppe ausreichend dünnflüssig ist - dies ist von der Temperatur abhängig. Durch das Umrühren - eine Form von künstlicher Konvektion - kann das Anbrennen (lokal entstehen Temperaturen von über 200 °C) verhindert werden. Die heißen Flüssigkeitsbereiche werden vom heißen Topfboden weggebracht und durch kühlere ersetzt. Im Heißluftherd sorgt ein Ventilator für eine zusätzliche Verteilung des Wasserdampfes beziehungsweise der heißen Luft im Backrohr. Damit können die Speisen gleichmäßiger erwärmt werden.


 

Wärmestrahlung: Die Wärme- oder auch Infrarotstrahung hat für das Kochen eine eher untergeordnete Rolle. Jeder Körper gibt in Form von elektromagnetischer Strahlung Wärme ab, beziehungsweise können Körper auch durch diese Strahlung erwärmt werden. Dabei handelt es sich um eine elektromagnetische Strahlung, genauso wie Radiowellen, Lichtwellen oder auch Mikrowellen. Diese Strahlungen unterscheiden sich nur in der Wellenlänge. So besitzt Wärmestrahlung eine Wellenlänge von 3*10-5 Meter oder 30 Mikrometer (Richtwert). Die Strahlung wird in den oberen Schichten der Speise leicht absorbiert und die Wärmestrahlung selbst kann nicht in das Innere der Speise dringen. Über die Wärmeleitung wird dann das Innere der Speise erwärmt. Es kann leicht passieren, daß die Oberfläche der Speise zu stark erwärmt wird - die Oberfläche verkohlt. Viele glauben, daß im Backrohr hauptsächlich die Wärmestrahlung für die Erwärmung der Speisen verantwortlich ist. Dies stimmt nur zum Teil. Die Wärmestrahlung sorgt für ein Verdampfen des Wassers auf der Oberfläche der Speise und dieser Dampf ist dann der Hauptüberträger der Wärmeenergie (leicht zu beobachten beim Öffnen der Backrohrtemperatur).


 

Mikrowellen: Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen, genauso wie Radio-, Licht- oder auch Wärmestrahlung. Die Wellenlänge in den Mikrowellen liegt bei exakt 12.5 Zentimetern in den Herden. Die Mikrowellen im Herd regen die Wassermoleküle zum Schwingen an - das führt zu einer Erhöhung der Temperatur. Die Strahlung dringt tief in das Gargut ein, wobei es zu einer Erwärmung von Innen kommt. Daß nur Temperaturen von 100 °C entstehen können(es wird nur das Wasser erwärmt), ist der größte Vor- und Nachteil dieser Methode. Der Nachteil besteht darin, daß keine Maillar-Reaktion einsetzen kann - das heißt es können keine zusätzlichen Geschmacksstoffe entstehen, umgekehrt kann auch nichts verbrennen.


 

Wärmeleitung: Wärme strömt immer entlang eines Temperaturgefälles, und zwar umso stärker, je steiler dieses Gefälle ist. Das heißt ein Körper wird nicht von alleine heißer oder kälter, er muß mit einem heißeren Körper oder mit einem kälteren Körper in Kontakt stehen. Wenn wir einen Topf mit Wasser auf eine heiße Herdplatte stellen, dann wird der Topf und das darin befindliche Wasser heiß. Warum ? Die Herdplatte ist heißer als der Topf mit Wasser, die Moleküle der Herdplatte bewegen sich schneller, als als die Moleküle des Topfes. Dadurch, daß die Platte und der Topf miteinander Kontakt haben, und daß die schnell bewegten Moleküle der Herdplatte die gering bewegten Moleküle des Topfes anregen, wird Wärme übertragen. Streng genommen kommt es hier zu zwei Wärmeleitungsprozessen. Zuerst werden die Moleküle des Topfes angeregt und dann die Moleküle des Wassers beziehungsweise des Gargutes. Wenn sich die Moleküle nur schwer in Bewegung bringen lassen, dann werden sie als thermische Isolatoren bezeichnet (zum Beispiel Styropor oder andere Kunststoffe). Umgekehrt leiten Metalle sehr gut die Wärme und werden gerne als Kochgeschirr verwendet. Kupfer und Silber wären exzellente Wärmeleiter, aber sie eignen sich nicht für das Kochen. Kupfer kann sehr giftige Substanzen bilden und Silber (erhöhter Putzaufwand) liefert mit Eiprodukten einen unangenehmen Geruch (es bildet sich H2S). Umso besser der Kontakt zwischen der Herdplatte und dem Topf oder der Pfanne ist, umso besser können die Moleküle des Topfes angeregt werden - die Wärmeleitung findet effizienter statt. Flüssigkeiten und Gase sind schlechte Wärmeleiter.


 

Gel: Ein Gel kann eine hohe Zähigkeit besitzen. Dafür sind lange fadenförmige Moleküle verantwortlich. Diese Moleküle sind in der Flüssigkeit sperrig und behindern das Wasser an der Bewegung. Wir unterscheiden zwischen reversiblen und irreversiblen Gelen. Beim reversiblen Gel führt eine Erwärmung zum Lösen der Verbindungen zwischen den einzlnen Molekülen (Gelatine). Das Gel wird wieder dünnflüssig bei höheren Temperaturen. Beim irreversiblen Gel führt eine erneute Erwärmung oder auch Abkühlung nicht mehr zum Lösen der Verbindungen zwischen den Molekülen (Eierspeise).


 

 

Einige hilfreiche Begriffe aus der Chemie:

Denaturieren: Unter der Denaturierung versteht man die partielle oder vollständige, reversible oder irreversible Änderung der ursprünglichen (nativen) geometrischen Struktur eines Proteins. So können sich die Proteine zum Beispiel auffalten. Zu einer Denaturierung kommt es zum Beispiel durch Temperaturänderungen oder auch pH-Änderungen.


 

Reaktion: Unter einer chemischen Reaktion versteht man, wenn sich Atome zu einem Molekül, oder einzelne Moleküle miteinander verbinden oder sich trennen. Diese chemische Reaktion benötigt oder setzt Energie frei. Beim Kochen wenden wir Energie auf, sodaß sich bestimmte Moleküle verbinden, beziehungsweise daß manche Moleküle brechen. Wenn wir Mehl längere Zeit einem Temperatureinfluß aussetzen, dann bricht unter anderem ein spezielles Molekül - das für den typischen Mehlgeschmack verantwortlich ist. Unter Temperatureinfluß verbinden sich zum Bespiel die Eiweißmoleküle des Eiklars. Die Reaktionen sind meist von der Zeit- und der Temperatur abhängig.


 

Maillard-Reaktion (benannt nach Louis-Camille Maillard, Arzt): Durch die Maillard-Reaktion bekommen die Speisen, bei einer Temperatur von 140°C, die richtige Würze und eine Kruste. Bei hohen Temperaturen reagieren die Zuckermoleküle und Aminosäuren miteinander und es bildet sich Geschmacksmoleküle. Diese Moleküle können unterschiedliche Ausprägungen besitzen - dadurch entstehen unterschiedliche Geschmacksstoffe. Die Reaktionen sind sehr komplex und viele Details hat man bis heute noch nicht verstanden. Die Kruste entsteht dadurch, daß das Wasser auf der Oberfläche verdampft - aufgrund der hohen Temperatur (Wasser verdampft bei Temperaturen höher als 100°C). Die Kruste entsteht nicht durch das Schließen von Poren - diese Poren gibt es nicht !


 

Wasser: Eine geschmacklose, geruchslose Substanz, die in fester Form (Eis), flüssiger Form (Wasser) oder gasförmiger Form (Dampf) vorkommt. Wasser ist eine chemische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff (H2O). Viele Moleküle lösen sich leicht im Wasser.


 

Einige hilfreiche Begriffe aus der Biologie:

Fleisch: In der Tradition spielen in der Wiener Küche Fleischspeisen eine wichtige Rolle (Tafelspitz, Backhenderl, Beuschel usw.). Bei Fleisch - egal von welchem Tier - handelt es sich um Muskeln.


 

Fleischporen: Die Meinung, daß es Fleischporen gibt, die durch einen massiven Temperatureinfluß geschloßen werden, beruht auf einen Irrtum des Chemikers Justus von Liebig. Diese Fleischporen gibt es nicht. Mit einem einfachen Experiment kann man dies einfach überprüfen: Ein Stück Fleisch wird bei sehr hoher Temperatur frittiert, dann legt man es einfach auf den Teller. Nach ein paar Minuten nimmt man das Fleisch weg und am Teller bleibt etwas Saft. Wenn es Poren gäbe, die man verschließen könnte, dann dürfte es keinen Fleischsaft geben.


Kollagen:


Hefe:


Kasein:


Zellen:


Säure: Eine Säure ist ein Protonen-Donator (gibt H+ ab) . Der Stärke der Säure wird in pH gemessen (Konzentration der H+-Ionen in Lösungen). Man unterscheidet zwischen starken und schwachen Säuren. Essig ist eine schwache Säure, während Tabasco-Sauce eine hochkonzentrierte Essigsäure ist.


Lauge: Eine Lauge ist eine Protonen-Fänger (nimmt H+ Ionen auf). Der Stärke der Lauge wird in pH gemessen (Konzentration der H+-Ionen in Lösungen). Laugen schmecken nach Seife, und sie haben für das Kochen wenig Bedeutung. Ausnahme: Milch ist leicht basisch.