Die Maillard-Reaktion

Wie sagt man einem Chemiker, dass er etwas bei 140°C backen soll? Er soll es so backen, dass eine Maillard-Reaktion abläuft.

In der organischen Chemie kennen wir eine Reaktion, die beim Backen eigentlich immer eine wesentliche Rolle spielt. Im Beitragsbild sind die ersten beiden Reaktionsschritte der Maillard-Reaktion aufgeführt, der Übersicht halber wurden die folgenden vier jedoch weggelassen. Ganz ehrlich, wer von euch interessiert sich für den Mechanismus? Ab 3 Leuten mache ich dazu nochmal einen eigenen Beitrag.

Die Reaktion ist alles andere als trivial, aber das Schema umso einfacher:

„Zucker + Aminosäure = LECKER“

Und zwar geht es bei der Maillard-Reaktion darum, unter Abspaltung von Wasser so genannte Melanoidine herzustellen, die braun und geschmacksintensiv sind.

Der Vorteil an der Maillard-Reaktion ist der, dass sie bereits ab 140°C abläuft, das sind ja für eine Küche recht milde Bedingungen. Und alles, was man braucht, ist ein reduzierender Zucker und eine Aminosäure, also Eiweiß. Ist Fett anwesend, so hat das zwei mögliche Folgen:

  1. Das Melanoidin ist fettlöslich, sodass das Fett den Geschmack verstärkt.
  2. Das Fett ist Butter oder ähnliches, in dem neben den üblichen Fettsäuren auch Aminosäuren vorliegen, sodass auch andere Maillard-Reaktionen ablaufen können.

Das bedeutet, man kann das Produkt der Maillard-Reaktion beeinflussen.

Die Maillard-Reaktion ist allerdings auch dafür verantwortlich, dass krebserregende und schlecht schmeckende Stoffe im erlesenen Backwerk freigesetzt werden. So ist zum Beispiel das nachgewiesenermaßen krebserregende Acrylamid ein Maillard-Produkt, ebenso wie Pyridin. Letzteres verwenden wir im Labor gern als organische Base und ich kann euch sagen, das riecht unvergleichbar ekelhaft. Ich bin echt hartgesotten, wenn es um Chemikaliengerüche geht, aber davon kommt mir alles hoch.

Diese Stoffe sind übrigens auch der Grund dafür, dass Grillfleisch in rauen Mengen sehr gefährlich werden kann. Dazu sei gesagt, dass man allerdings schon eine ganze Menge Acrylamid zu sich nehmen muss, um damit Krebs zu erzeugen. Aber man muss es ja auch nicht povozieren.

Also: Bleibt sicher, backt eure Kekse nicht zu lange, aber auch nicht zu kurz.

Ist Milch Gift?

Eine Antwort von einer wissenschaftsfanatischen Käseliebhaberin

Ist es natürlich, auch im Erwachsenenalter die Muttermilch einer anderen Spezies zu trinken? Sicher nicht. Tun wir Milchkühen damit einen Gefallen? Nein. Ist der Mensch evolutionär bedingt dazu gedacht, Kuhmilch zu verdauen? Nein.
Ist Milch Gift? Nein. Denn aus Milch kann man Käse machen! Und Käse ist super.
Und zwar enthält Käse genau wie Sojabohnen, Erbsen und Hühnerleber (Was esst ihr so? Gerade Letzteres kommt selten auf meinen Speiseplan…) die Mesoverbindung Spermidin. Spermidin ist ein kleines, einfach gebautes Molekül mit interessanten biochemischen Eigenschaften. Vordergründig katalysiert es einen bestimmten Typ von Enzymen. Das bedeutet, es hemmt die körpereigene Produktion von Stickoxiden, es verbessert den Transfer von Phosphaten in der DNA wie auch in unserem chemischen Energielieferanten ATP und regeneriert auf diesem Wege Muskelgewebe, rote Blutkörperchen und wie ein Versuch an Fruchtfliegen zeigte, besteht die Möglichkeit, dass Spermidin sogar Demenz vorbeugen kann.
Was heißt das jetzt konkret? Dass Käse, besonders, wenn er lange gereift ist, die Verbrennung aufgenommener Nahrung, also ihre Verfügbarkeit erhöht und den „Umbau“ von ATP in Körperfett hemmt, dass Käse bei Blutarmut und Muskelkater hilft und möglicherweise sogar das Gedächtnis verbessert. Solange es Käse gibt, kann also Milch kein Gift sein.

Rezept: Käsekekse (ergibt ca. 12 Kekse)

300 g Mehl

200 g Butter

100 ml Wasser

1 TL Salz

150 g Käse, gerieben

n.B. Petersilie

 

Alle Zutaten zu einem Mürbeteig verkneten und 1 Stunde kaltstellen. Anschließend ausrollen und mit einem Glas o.ä. runde Plätzchen ausstechen. Dabei darf der Teig ruhig 1 cm oder dicker sein. Nach Bedarf mit etwas Petersilie und/oder Butter garnieren, dann 20-25 Minuten bei 180°C backen.

Gedeckter Apfelkuchen und oxidativer Stress

Was ist eigentlich oxidativer Stress? Hat das echt was mit Chemie zu tun? Und warum wird der Apfel braun, wenn man ihn aufschneidet?


Unser Stoffwechsel – coole Institution übrigens – baut, wie der Name schon sagt, Stoffe in andere Stoffe um, damit unser Körper die verwenden und dadurch funktionieren kann. Das passiert natürlich durch chemische Reaktionen. Aber die laufen nicht immer – oder eher fast nie – freiwillig ab.

Das liegt daran, dass die meisten biochemischen Reaktionen Gleichgewichtsreaktionen sind. Wenn sich ein chemisches Gleichgewicht aber in unserem Körper einstellt, bedeutet das, dass sich nichts mehr ändert. Und das heißt, dass wir tot sind. Damit also all diese nicht-freiwillig laufenden Reaktionen ablaufen können, braucht unser Körper chemische Hilfe. Dabei handelt es sich um Biokatalysatoren, also eine Art Handrührgerät für bestimmte Reaktionstypen, im Fachjargon auch Enzyme genannt. Und von diesen Stoffwechselaktivitäten wird unterschieden zwischen dem „oxidativen“ Stoffwechsel, wo durch Zufügung von Sauerstoff Abbauprodukte entstehen und dem „reduktiven“ Stoffwechsel, wo, grob gesagt, Sauerstoff entzogen wird (in Wahrheit ist davon manches etwas komplizierter, aber für das, worauf ich hinauswill, reicht diese Information völlig aus). Als „Oxidativer Stress“ wird eine Art Hyperaktivität des oxidativen Stoffwechsels bezeichnet, bei der zu viele sauerstoffreiche Stoffwechselprodukte im Körper sind.

Das klingt erstmal nicht schlimm, kann aber einige unschöne Folgen haben. Denn wo viel Sauerstoff und oxidierende Katalysatoren vorhanden sind, gibt es auch Peroxide. Als Peroxide bezeichnet man Verbindungen, in denen es zu einer Sauerstoff-Sauerstoff-Einfachbindung mit zwei Elektronen „zu wenig“ kommt. Diese Verbindungen sind in vielen Fällen hochexplosiv und vor allem extrem reaktiv. So können bei oxidativem Stress unsere Körperfette peroxidiert werden und dabei entstehen ungepaarte Elektronen. Elektronen mögen es aber gar nicht, wenn sie keinen Partner haben und verbinden sich mit allem, was sie finden können. Wo Elektronen wandern, entstehen auch elektrische Ladungen und das bedeutet im Körper, dass die Zellen versuchen müssen, wieder eine Art „Nullpotential“ zu bekommen, was Energie kostet. Oxidativer Stress. Was hilft nun dagegen?


Antioxidantien. Das sind Stoffe, die die Bildung von solchen Peroxiden verhindern können, weil sie sich mit den ungepaarten Elektronen verbinden können. Das ist allerdings nur bei geringem oxidativem Stress möglich; ist der Stoffwechsel schon zu durcheinander, kann das zur Entwicklung von Krebszellen führen. Bei einem ausgeprägten Stresssyndrom kann nur der Arzt sagen, was zu tun ist.
Aber zurück zu den Antioxidantien. Das sind zum Beispiel die Vitamine A, C und E sowie der Pflanzenfarbstoff Betakarotin. Und außer in Karotten, sind diese Antioxidantien auch teilweise in Äpfeln drin, womit wir endlich dazu kommen, warum gedeckter Apfelkuchen toll ist.


Äpfel haben nämlich auch oxidativen Stress (deshalb muss man sie auch schnell essen). Deshalb weden sie auch braun, wenn man sie aufschneidet. Dabei wird der Stoff Polyphenol frei, der durch ein oxidierendes Enzym aus den Zellen des Apfels diesen Stoff zu Chinon oxidiert und das ist braun. Chinon ist ein Zellgift, das unter anderem auch vom Bombardierkäfer produziert wird und zwar chemisch ziemlich beeindruckend ist, aber in unserem Körper nicht unbedingt erwünscht.
Je schneller ein Apfel braun wird, desto weniger Antioxidantien sind drin, aber im gedeckten Apfelkuchen werden ja Vitamin C-haltiger Zitronensaft und reduzierender Haushaltszucker (ja, in dem Fall ist Zucker was Gutes), sodass das Braune nichts mehr mit Chinon zu tun hat.
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Brot, Hefe und Kohlendioxid

Warum geht Brotteig eigentlich auf, wenn man Hefe zugibt? Und wieso sagt es etwas über den Bäcker und seine Methoden aus, wenn im Brot ein „Loch“ ist? Und warum benutzt man bei Brot Hefe und bei Kuchen Backpulver? Wo ist der Unterschied?

Das ist jetzt fast mehr eine biologische als eine chemische Frage, aber deshalb natürlich nicht weniger spannend.
In Hefe befinden sich Mikroorganismen, die auch außerhalb der Küche große Bedeutung haben. Für gentechnologische Studien sind Hefezellen mittlerweile beliebtere eukaryotische Versuchspopulationen als der Einzeller Escherichia Coli, der in der Vergangenheit für solche Zwecke genutzt wurde. Diese Hefen lieben es süß. Aber nicht irgendwie süß, sondern glukosesüß. Je süßer die Umgebung, desto besser vermehren sie sich, weil sie nicht nur von Glukose leben, sondern Letztere auch eine wesentliche Rolle bei der Vermehrung von Hefen spielt. Als Abfallprodukt entsteht dabei Kolenstoffdioxid, ein Gas, das aus dem Hefeteig entweichen muss. In so einem Teig – vorausgesetzt, er wurde aus glutenhaltigen Mehlsorten gemacht – bilden sich aber in Anwesenheit von Feuchtigkeit feste Eiweißstrukturen, sodass es innerhalb des Teigs zur Bläschenbildung kommt. Diesen Prozess kann man begünstigen, indem man dem Teig noch etwas Haushaltszucker zusetzt. War bei diesem Zwiebelbrot allerdings nicht notwendig.
Ist im Brot ein Loch im Inneren, ist das ein Zeichen dafür, dass der Bäcker ungeduldig war und ganz offensichtlich von Hefen keinen Plan hat. Denn das passiert nur, wenn die Hefe nicht gut im Teig verteilt ist. Um das zu vermeiden, kann man die Hefe vor dem Backen in lauwarmem Wasser oder warmer Milch auflösen – letzteres bietet sich vor allem bei süßem Backwerk an, weil dank der Maillard-Reaktion (diese wird in einem anderen Beitrag behandelt) beim Erwärmen von Milch der Aromat Maltol entsteht, der ein wenig nach Karamell riecht – die entstehende Lösung lässt sich besser im Teig verkneten und so wird er (ich werde dieses Wort nie wieder benutzen, aber für euch schreibe ich es einmal hin) schön fluffig.
Wo viel Kohlenstoffdioxid entsteht, muss also mehr Hefe sein, und dafür fehlt die dann in einem anderen Teil des Teigs. Das wollen wir natürlich nicht.
Ohne Kohlenstoffdioxid funktioniert aber außer Mürbeteig gar nichts im Ofen – auch nicht, wenn man Backpulver nimmt. Backpulver ist am Ende des Tages nichts anderes als ein Salz der Kohlensäure, ein Carbonat. In Kontakt mit sauren Substanzen, zum Beispiel Essigsäure oder, was beim Kuchenbacken häufiger genutzt wird, Zitronensäure, kommt es zur Entwicklung von Kohlendioxid unter Abspaltung von Wasser. Problem ist dabei jedoch der pH-Wert (Siehe auch: Himbeerkekse). Um das komplette Backpulver zu „verbrauchen“ und einen schönen, (ähem) fluffigen Teig zu bekommen, muss der Teig selbst verhältnismäßig sauer sein. Aber wo soll diese Säure beim Brot herkommen? In Kuchen ist die Konzentration an Haushaltszucker viel höher. Gut, da denkt man erstmal: dann fühlen sich meine Hefepilze da doch umso wohler. Tatsächlich ist es aber nicht ganz so. Handelsüblicher Haushaltszucker ist nämlich eine sogenannte dimere Aldose bzw. ein Disaccharid. Das bedeutet, dass in einem Zuckerkristall nicht nur Glukose, sondern zu gleichen Teilen auch ein anderer Zucker, die Fruktose ist. Und die mögen unsere Hefen nicht ganz so gern. Außerdem wird Backpulver mit Phosphaten abgepuffert, damit es nicht den ganzen Teig bitter schmecken lässt, und Phosphate haben einen gewissen Eigengeschmack. Und durch die Salzbildung wird dem Teig noch zusätzlich Wasser entzogen. Brot aus Backpulver würde also bitter bis scharf schmecken und wäre supertrocken. Kuchen mit Hefe würde aber total riesig werden und wäre zwar von innen schön saftig, würde aber nur nach Mehl schmecken und nicht nach Zucker, Vanille und was sonst noch so drin ist (Schokolade, Früchte, Sahne…). Außerdem leitet Carbonat Wärme viel besser als Hefen das können. So wird es auch innen im Kuchen warm genug, dass eine Maillard-Reaktion ablaufen und der Zucker im Teig ankaramellisieren kann.
Wenn übrigens statt mit Phosphaten mit Sulfaten, also Schwefelsalzen gepuffert würde – was für den pH-Wert etwas effektiver wäre – wäre Backpulver nicht nur giftiger, sondern zuckriger Teig würde noch viel voluminöser werden und sich komplett schwarz färben. Kommen Schwefelsalze nämlich mit Säure in Berührung, entsteht Schwefelsäure und die reduziert Haushaltszucker unter starker Gasentwicklung zu Aktivkohle. Gut zu wissen, finde ich.
Offensichtlich ist Backpulver also für Keks, Kuchen und Co. besser geeignet, während Brot seine „Elastizität“ und Feuchtigkeit nur mit Hefen und Gluten behält (deshalb bröselt glutenfreies Brot leider auch oft. Aber daran kann man ja arbeiten). Wer jetzt richtig Kohldampf schiebt, bekommt hier noch etwas Unappetitliches, damit er nicht gleich den nächsten Aldi leerkauft: Die Hefe ist übrigens ein sehr eng Verwandter mit dem Candida-Pilz, der Fuß- und Nagelpilzerkrankungen auslösen kann. Die riechen dann auch plötzlich ein bisschen nach Backtriebmittel. Und sind auch oberflächlich tatsächlich ähnlich zusammengesetzt, weil in Schweiß Buttersäure drin ist und die findet man auch in manchen Lebensmitteln und die Hefen und das Eiweiß der Epidermis tun dann ihr Übriges. Leckerlecker. Das alte Hausmittel mit dem Backpulver auf Hautpilzerkrankungen ist da nebenbei bemerkt nicht wirklich effektiv.
Also dann. Guten Appetit. Dieses Brot ist übrigens mit Röstzwiebeln etwas aufgepeppt.

Grunrezept für etwa 500 g Weißbrot

Zutaten:

500 g Mehl

200 ml Wasser

1 Beutel Trockenhefe

1 TL Salz

2 EL Zucker

5 EL Öl

n.B. Gewürze

 

Die Trockenhefe wird in wenigen ml lauwarmem Wasser gelöst und beiseite gestellt. Mehl, 4 EL Öl, Salz, Zucker und Wasser werden gemischt, dann die Trockenhefe eingeknetet. Je nach Bedarf und Laune kann dieses Grundrezept mit verschiedenen Gewürzen oder Extras aufgepeppt werden. Mein persönlicher Favorit ist das „Muskat-Weißbrot“ – insbesondere bei den Damen der Schöpfung kurz vor der Mensis angeraten. Dazu einfach einen halben Teelöffel Muskatnussmehl unterheben. Der Teig wird 1 Stunde ruhen gelassen, dann in eine bereits gefettete Kastenform gegeben und bei 190°C etwa 20-25 Minuten gebacken. Dabei wird nach 10 Minuten die Oberfläche des Brotes mit dem restlichen Öl eingestrichen und während der gesamten Backzeit sollte eine feuerfeste Schüssel mit Wasser im Ofen stehen.

Das Periodensystem in Keksen

Das „Backprojekt“, aufgrund dessen ich auf die Idee zu diesem Blog kam, war das, was auf dem Beitragsbild zu sehen ist. Damals stand ich in meinem Studium kurz vor der ersten großen Prüfung, in deren Mittelpunkt das Periodensystem der Elemente stand. Ich musste es dazu auswendig lernen und wollte zeitgleich für eine Geburtstagsfeier einen Kuchen backen. So kam ich auf die Idee, das Periodensystem zu backen. Leider hatte ich nicht genug Backbleche, um 118 Elementkekse darauf zu platzieren, deshalb habe ich nur die Hauptgruppenelemente gebacken – und wie man sieht, war mein „Backschrift-Skill“ damals noch alles andere als ausgereift. Aus diesem Grund werde ich dieses Rezept hier nicht veröffentlichen – so viel Arbeit will kein Hobby-Chemiker in seiner Küche haben.

Lila Himbeerkekse

Himbeersaft wird lila, wenn man ihn mit Backpulver zusammenbringt, weil der Farbstoff in Himbeeren halochrom ist, also die Farbe ändert, wenn sich der pH-Wert seiner Umgebung ändert. In Backpulver ist Natriumcarbonat und Dinatriumphosphat, beides schwache Basen. Dieser Farbstoff nennt sich übrigens Cyanidin und ist auch für die Farbgebung von Rotkohl und Brombeeren verantwortlich. Weiße Schokoladenkekse schmecken aber mit Himbeeren am besten – keine Widerrede!

Zutaten (ein Blech)

160 g Mehl

1 Päckchen Backpulver

125 g Zucker

1 Ei

2 Päckchen Vanillezucker

3 EL Öl

125 g Himbeeren

125 g weiße Kuvertüre

Zuerst werden die Eier mit Zucker und Öl verrührt und die trockenen Zutaten langsam zugegeben. Die Kivertüre wird grob gehackt und die Himbeeren gründlich gewaschen, damit beides unter den Teig gehoben werden kann. Ist die Masse homogen, werden mit zwei Teelöffeln kleine „Teighäufchen“ auf das Backpapier gebracht. Die Teigmenge sollte etwa 12 Kekse ergeben. Die Kekse werden bei 160°C Ober-/Unterhitze 10-12 Minuten lang gebacken und anschließend nach Bedarf mit geschmolzener weißer Schokolade betropft.