S13 Gekochtes Gemüse Wärmeübertragung

Thema

Das Kochen dieses Gemüses umfasst vier unterschiedliche physikalische Prozesse gleichzeitig: die Wärmeübertragung vom kochenden Wasser auf das Gemüse, die letztendlich den Garprozess bestimmt; die Erweichung des Zellgewebes durch den Abbau von Pektin, was die endgültige Textur bestimmt; der Verlust löslicher Nährstoffe aus dem Gemüse ins Wasser; und die Diffusion des bereits im Wasser gelösten Salzes in das Gemüse. Durch die Verlängerung des Kochvorgangs laufen alle vier Prozesse gleichzeitig ab, jedoch jeder mit seiner eigenen Geschwindigkeit.

Die Biot-Zahl für dieses Gemüse, die auch von einem anderen Modell dieser Reihe ermittelt wurde, ist während des Kochens sehr hoch. Dies ist auf den hohen Konvektionskoeffizienten zurückzuführen, der von jenem anderen Modell für die Wärmekonvektion in kochendem Wasser ermittelt wurde. Folglich ist der dominierende Wärmewiderstand der innere Widerstand des Gemüses, sodass seine Oberfläche nahezu augenblicklich die Temperatur des kochenden Wassers erreicht. Die Zeit, die diese Wärme benötigt, um ins Innere des Gemüses zu diffundieren, bestimmt letztendlich die Garzeit. Die Heisler-Lösung, die auch in einem anderen Modell dieser Reihe verwendet wird, quantifiziert diese Entwicklung: Die dimensionslose Temperatur im Kern des Gemüses sinkt vom Wert des rohen Gemüses auf den Wert desselben Gemüses im Gleichgewicht mit kochendem Wasser, während die Fourier-Zahl des anderen Modells mit der Kochzeit zunimmt.

Die Erweichung des Zellgewebes dieses Gemüses ist primär auf den hydrothermalen Abbau von Pektin in der Zellwand zurückzuführen, das als eine Art Bindemittel zwischen den Zellen wirkt. Dieser Abbau folgt einer Kinetik erster Ordnung, derselben Kinetik erster Ordnung, die bereits in einem anderen Modell dieses Systems ermittelt wurde. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist temperaturabhängig und wird durch eine Aktivierungsenergie bestimmt – derselbe Begriff der Aktivierungsenergie, der auch in dem anderen Modell verwendet wird. Folglich nimmt die Härte des Zellgewebes exponentiell mit der Zeit ab. Diese Abnahme hängt an jedem Punkt des Gemüses von der gesamten Temperaturgeschichte ab, die dieser Punkt aufgrund des Wärmetransports, der das Modell initialisiert hat, durchlaufen hat. Die Tatsache, dass sich ein Punkt im Gemüse näher an der bereits erwärmten Oberfläche schneller erhitzt, bedeutet, dass die Festigkeit des Zellgewebes an dieser Stelle schneller abnimmt als im noch kühleren Inneren.

Der Vitamin-C-Verlust ist bei diesem Gemüse der empfindlichste Indikator für die Nährwertqualität in Bezug auf diese Kochmethode, noch vor allen anderen, die in einem anderen Modell zur Bestimmung des Vitaminverlusts beim Kochen ermittelt wurden: Dieses Vitamin oxidiert im Gemüse und geht zusätzlich in das Kochwasser über – ein zusätzlicher Verlustmechanismus, der beim Dämpfen nicht auftritt. Ein Gemüse wie eine vor dem Kochen geschälte und geschnittene Kartoffel kann daher bei längerem Kochen einen beträchtlichen Teil des Vitamin C verlieren. Verkürzt man die Kochzeit dieses Gemüses, lässt es nur bissfest oder dämpft es statt es in Wasser zu garen, wird der Vitamin-C-Verlust deutlich reduziert.

Dieses Modell, das Wärmeübertragung und Vitamin-C-Verlust berücksichtigt, bewirkt, dass das im Kochwasser gelöste Salz gemäß dem Fickschen Diffusionsprinzip in das Gemüse diffundiert. Dieses Prinzip wurde bereits in einem anderen Modell dieser Reihe zum Salzen und Marinieren angewendet. Die Eindringtiefe des Salzes in das Gemüse – dieselbe Eindringtiefe, die auch in dem anderen Modell definiert ist – nimmt mit der Quadratwurzel der Kochzeit zu. Bei mäßigem Kochen reicht diese Eindringtiefe aus, um die Außenseite des Gemüses zu salzen, nicht aber den Kern eines dicken Stücks. Da dieses Gemüsestück dicker ist als diese Eindringtiefe, bleibt sein Kern ungesalzen. Dies entspricht genau dem Vergleich zwischen Dicke und Eindringtiefe, der in einem anderen Modell dieser Reihe zur Dickenkontrolle und Garzeitkontrolle ermittelt wurde.

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