E34 Schäume

Thema

Schaum ist eine Verteilung von Gasbläschen in einer Flüssigkeit oder einem Feststoff und tritt beim Kochen in Baiser, Soufflés, Mousses, Bier, Cappuccino oder Teigen auf. Die Stabilität dieses Schaums beruht auf dem Zusammenspiel dreier unterschiedlicher Abbauprozesse: Drainage, Koaleszenz und Ostwald-Reifung. Je stärker diese drei Prozesse auf den Schaum einwirken, desto schneller zerfällt er. Drainage tritt auf, wenn die Schwerkraft die Flüssigkeit von den Trennschichten zwischen den Gasbläschen nach unten fließen lässt. Die Drainagegeschwindigkeit steigt stark mit der Dicke dieser Schichten und umgekehrt proportional zur Viskosität der Flüssigkeit, aus der sie bestehen: Ein Schaum mit dicken Schichten und einer niedrigviskosen Flüssigkeit entwässert daher schnell. Die Proteine ​​in einem Ei (in einem Baiser) oder das Fett in einer Sahne (in einer Chantilly-Creme) erhöhen die Viskosität der Flüssigkeit in diesen Schaumschichten und stabilisieren so den Schaum gegen Drainage. Dünnere Schaumschichten oder eine weniger viskose Flüssigkeit führen zu schnellerer Drainage.

Die Ostwald-Reifung dieses Schaums ist die Diffusion von Gas aus einer kleinen Blase im Schaum mit hohem Laplace-Druck zu einer großen Blase im selben Schaum mit niedrigerem Laplace-Druck. Mit der Zeit verschwinden diese kleinen Blasen, und größere Blasen wachsen an ihrer Stelle, wodurch der Schaum dicker und gröber wird als ursprünglich. Das im Bierschaum gelöste Gas durchläuft diesen Ostwald-Reifungsprozess kontinuierlich, solange der Bierschaum im Getränk verbleibt. Der größere Laplace-Druckunterschied zwischen einer kleinen und einer großen Blase in diesem Schaum bewirkt, dass die Ostwald-Reifung zwischen ihnen schneller abläuft.

Der Gibbs-Marangoni-Modul der Schaumgrenzfläche beschreibt deren Widerstandsfähigkeit gegen Verformung: Wird diese Grenzfläche an einer Stelle im Schaum lokal gedehnt, wobei die Oberflächenspannung an dieser Stelle abfällt, erzeugt der resultierende Oberflächenspannungsgradient zwischen der gedehnten Stelle und dem Rest der Grenzfläche eine Strömung, die die Schaumfilmdicke an dieser Stelle wiederherstellt – den Marangoni-Effekt. Ein Tensid in diesem Schaum mit einem höheren Gibbs-Marangoni-Modul verstärkt den Marangoni-Effekt, stabilisiert die Schaumgrenzfläche effektiver und führt so zu einem stabileren Schaum.

Daher ist es in diesem Modell mit seinen drei Abbaumechanismen und dem Marangoni-Effekt, der zu seiner Entwicklung führte, entscheidend für die Stabilität des entstehenden Schaums, die Sahne bei niedriger Temperatur zu schlagen: Das in der Sahne enthaltene Fett, das bei dieser niedrigen Temperatur teilweise fest ist, sorgt für eine höhere Viskosität und einen höheren Elastizitätsmodul als bei höheren Temperaturen und stabilisiert den Schaum somit über Stunden gegen Ablaufen und Zusammenfließen. Auch ein Schweizer Baiser, dessen Eiweiß und Zucker vor dem Schlagen erhitzt werden, erreicht eine höhere Stabilität als ein kalt geschlagenes französisches Baiser, da dieselbe Hitze die Proteine ​​im Eiweiß denaturiert und so ein festeres Netzwerk an der Schaumgrenzfläche bildet. Dadurch wird den drei Abbaumechanismen, die zur Entwicklung dieses Modells führten, besser widerstanden.

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