Ach so!

Wird die Milch nun erhitzt, dann verändert sich vor allem die Struktur der Eiweißstoffe. Die mikroskopisch kleinen fadenförmigen Moleküle sind anfangs zu kleinen Kügelchen aufgerollt, die wie Wollknäuel aussehen, und schwimmen frei in der Milch. Mit steigender Temperatur beginnen sie sich zu entfalten. Bei etwa 75 °C wird die Knäuelstruktur aufgehoben. Etwas Ähnliches sieht man beim Eiweiß: Auch hier handelt es sich um ein mehrfach ineinandergefaltetes Protein, das sich beim Erhitzen verändert und fest wird. Das Eiweiß denaturiert, wie der Fachmann sagt.

 

Übrigens:

In unserem Blut finden sich ebenfalls jede Menge Eiweißstoffe, und bei extrem hohem Fieber kann es daher gefährlich werden. Ab 42 °C verändern auch diese Eiweißmoleküle ihre Struktur, und somit sterben lebenswichtige Körperzellen, was für den Patienten tödlich enden kann.

Zurück zur Milch auf dem Herd: Sobald sich die Molekülfäden »entknäueln«, geben sie viele Stellen frei, an denen andere Fäden ansetzen können, und so bildet sich schnell ein

feines und festes Netz aus Eiweißstoffen, in das sich die oben schwimmenden Fetttröpfchen einlagern. Wann und wie dieses Netz entsteht, hängt von einer ganzen Reihe von Faktoren ab: vom Fett- und Eiweißgehalt der Milch, vom Grad der Homogenisierung und auch vom Prozess des Abkühlens an der Oberfläche.

Da dieses Eiweiß- und Fettnetz leichter ist als Wasser, schwimmt es oben, wodurch auf der heißen Milch eine Haut entsteht1. Beginnt nun die Milch unter dieser Haut zu kochen, dann steigen unentwegt Wasserdampfbläschen von unten nach oben, die von der feinen Haut festgehalten werden.

Da immer mehr Bläschen nachrücken, drücken sie die Haut nach oben, und die Milch kocht irgendwann über.

Wenn man hingegen mit dem Schneebesen kräftig rührt, wird die Haut ständig zerstört, und das gefürchtete Überkochen bleibt aus.

Bei der geschäumten Cappuccino-Milch sorgt eben jene Haut dafür, dass der Schaum stabil bleibt und nicht so schnell in sich zusammenfällt. Beim Schäumen werden jede Menge

Luftbläschen in den Eiweißnetzstrukturen der Milch eingeschlossen. Der geliebte Milchschaum ist also eigentlich nichts anderes als Haut mit eingeschlossenen Luftbläschen. Die Flocken im Kakao und der Schaum auf dem Cappuccino sind im Prinzip dasselbe.

Wir Menschen verhalten uns schon etwas seltsam, oder? Gleicher Inhalt, nur eine andere Form - und schon sagen wir anstatt »Ihhh«: »Mhhh, lecker!«

 

Die Isolierkanne: Warum bleibt Heißes heiß und Kaltes kalt?
Thermoskannen sind praktisch. Der Kaffee bleibt lange heiß, und im Sommer bleibt die Limonade lange kühl. Doch wie genau funktioniert eine Thermoskanne?

Wenn Sie heißes Wasser in einen Krug füllen, geht die Wärme schnell verloren. Zunächst heizt der warme Kaffee die kältere Wand der Kanne auf. Hierdurch kühlt sich die Flüssigkeit ab. Diesen Verlust kann man etwas kompensieren, indem man den Kaffee in eine angewärmte Kanne gibt.

Die Moleküle der Umgebungsluft treffen nun auf die heiße Oberfläche der Kanne und entziehen dem Gefäß Energie. Die Luft heizt sich auf und steigt nach oben. Dadurch strömt neue kalte Luft nach, erhitzt sich wieder, und so beginnt die Kanne durch den unmittelbaren Kontakt mit der Außenluft schnell abzukühlen. Dieser Konvektionsverlust lässt mit der Zeit den Inhalt abkühlen, und schon bald ist der Kaffee kalt. Nach genau diesem Prinzip blasen wir zum Beispiel heiße Speisen an, um sie zu kühlen. Wickelt man die Kanne hingegen in eine schützende Decke, mindert man den Konvektionsverlust. In England werden daher traditionell Teekannen in bunte Stoffhüllen gepackt.

Durch die Beschaffenheit des Gefäßes und den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft geht also Energie verloren. Bei der Thermoskanne hat man diese Lecks auf clevere Weise minimiert:

Der Behälter in der Thermoskanne besteht aus dünnem Glas. Schon beim Einfüllen geht daher nicht so viel Wärme für das Aufheizen des Gefäßes verloren, denn das dünne Glas nimmt wesentlich weniger Wärme auf als zum Beispiel ein dicker Keramikkrug.

Der eigentliche Trick der Thermoskanne besteht jedoch darin, dass das dünne Glasgefäß doppelwandig ist und über ein Vakuum verfügt.

In modernen wärmedämmenden Fenstern nutzt man ebenfalls Doppelglasscheiben. Zwischen den Scheiben befindet sich Luft, denn Luft ist ein wesentlich besserer Isolator als Glas. Der Luftraum zwischen den Scheiben wirkt dabei wie eine Dämmschicht. Zwei dünne Scheiben mit Luft dazwischen halten die Wärme sehr viel besser als eine einzelne dicke Glasscheibe. Doch bei näherer Betrachtung kann man die Sache noch verbessern: Die Luftmoleküle im Zwischenraum erhitzen sich an der wärmeren Innenscheibe und geben die Wärme an die Außenscheibe ab. Innerhalb der Doppelglasscheibe entsteht also auch ein Konvektionsstrom. Kluge Ingenieure haben daher einen idealen Abstand im Doppelglas berechnet, bei dem immer noch genügend Luft als Isolator vorhanden ist und trotzdem der Konvektionskreislauf möglichst klein bleibt.

Ideal wäre ein Vakuum zwischen den Scheiben, doch für derartige Fensterscheiben wären die Produktionskosten enorm.

Durch das Vakuum in der Thermoskanne gibt es im Innenraum keine Luftmoleküle und somit auch keinen Wärmetransport zwischen der Innen- und der Außenwand. Ein Vakuum ist daher der beste Isolator überhaupt. Und an noch einen Punkt hat man gedacht: Auffällig bei der Isolierkanne ist die verspiegelte Oberfläche, und auch sie hat ihren Grund: Jeder heiße Körper gibt nicht nur Wärme über den direkten Kontakt mit der Umgebungsluft ab, sondern auch einen Teil seiner Energie in Form von Wärmestrahlung. Jeder kennt das Phänomen: Der heiße Ofen strahlt auch, wenn man ihn nicht direkt anfasst. Die Innenverspiegelung macht die Kanne zu einem Gefängnis für die Wärmestrahlung. Weltraumsonden sind genau aus diesem Grund oft mit einer reflektierenden Folie umgeben, denn ansonsten würde die Sonnenstrahlung die Satelliten extrem aufheizen.

Mithilfe einer Wärmebildkamera erkennt man den spektakulären Unterschied: Die Glaskanne strahlt, wohingegen die Isolierkanne außen kalt ist.

Natürlich muss man die Kanne auch fest verschließen, denn sonst entsteht ein weiteres Leck für die Wärme. Das Prinzip der Isolierkanne wurde bereits im 19. Jahrhundert vom schottischen Physiker James Dewar entwickelt. Erst mithilfe des »Dewar-Gefäßes« war es möglich, eiskalte flüssige Luft zu lagern.

Heute gibt es solche Gefäße in jedem Labor und in jeder Küche: mit Doppelwand, Vakuum und verspiegelter Oberfläche. Die Physik dahinter ist aber kein kalter Kaffee!

 © Verlag Kiepenheuer & Witsch, 2010