E21 Diffusion gesalzen und mariniert

Thema

Beim Salzen und Marinieren dieses Lebensmittels dringen die gelösten Stoffe in der umgebenden Lake oder Marinade – sei es Kochsalz, Zucker, eine Säure oder ein gelöstes Gewürz – durch molekulare Diffusion in das Lebensmittel ein. Angetrieben wird dieser Prozess durch den Konzentrationsgradienten zwischen der hohen Konzentration in der Lake oder Marinade und der noch niedrigen Konzentration im Inneren des Lebensmittels. Das zweite Ficksche Gesetz beschreibt die zeitliche Entwicklung des Konzentrationsprofils der gelösten Stoffe im Lebensmittel. Der Diffusionskoeffizient dieser Stoffe, charakteristisch für das jeweilige Molekülpaar mit der Lebensmittelmatrix, bestimmt die Geschwindigkeit dieser Entwicklung. Da es sich bei diesem Lebensmittel um Fleisch handelt, dessen Proteinmatrix einen erheblichen Widerstand gegen die gelösten Stoffe bietet, ist deren Diffusionskoeffizient folglich viel niedriger als in einer freien wässrigen Lösung ohne die behindernde Proteinmatrix.

Die Eindringtiefe der gelösten Stoffe in dieses Lebensmittel nimmt nicht proportional zur verstrichenen Zeit zu, sondern mit der Quadratwurzel dieser Zeit. Um diese Eindringtiefe zu verdoppeln, muss die Marinierzeit folglich vervierfacht werden. Diese Abhängigkeit von der Quadratwurzel der Zeit erklärt die empirische Regel, dass die Marinierzeit nicht proportional, sondern quadratisch mit der Dicke des Lebensmittelstücks zunimmt. Bei einem dickeren Lebensmittelstück ist die Eindringtiefe bis zum Kern größer, und die notwendige Marinierzeit steigt gemäß dieser quadratischen Regel sogar überproportional mit der Dicke an.

Eine höhere Temperatur der Lake oder Marinade erhöht den Diffusionskoeffizienten des gelösten Stoffes gemäß der Arrhenius-Gleichung. Marinieren bei dieser höheren Temperatur, stets innerhalb der lebensmittelrechtlichen Grenzen, kann die notwendige Marinierzeit daher erheblich verkürzen. In der Praxis führt ein kurzes Marinieren bei mäßiger Temperatur über mehrere Stunden zu einer gleichmäßigen Geschmacksverteilung zwischen Oberfläche und Innerem eines mäßig dicken Lebensmittelstücks.

Dieses Modell beschreibt daher mit dem diffundierenden gelösten Stoff und der Eindringtiefe, in der er sich entwickelt hat, mithilfe der komplementären Fehlerfunktion den sigmoidförmigen Verlauf des Konzentrationsprofils dieses gelösten Stoffes im Lebensmittel: Die Konzentration des gelösten Stoffes sinkt gemäß dieser komplementären Fehlerfunktion abrupt von der Sättigungskonzentration an der Oberfläche des Lebensmittels auf die anfängliche, immer noch niedrige Konzentration im Inneren, während die Diffusionsfront mit der Quadratwurzel der Zeit, mit der dieses Modell entwickelt wurde, immer tiefer in das Lebensmittel vordringt. Die Tatsache, dass sich dieses Konzentrationsprofil des gelösten Stoffes mit der Quadratwurzel der Zeit genau wie das Temperaturprofil, das von einem anderen Modell dieser Reihe zur Wärmeleitung im selben Lebensmittel detaillierter beschrieben wird, ausbreitet, bedeutet, dass beide Phänomene – die Diffusion des gelösten Stoffes und die Wärmeleitung – im Wesentlichen dieselbe mathematische Familie von Diffusionsgleichungen teilen, obwohl sie sich im Lebensmittel mit sehr unterschiedlichen charakteristischen Geschwindigkeiten ausbreiten.

ID:2421