Einfluss verschiedener Zuckerarten (und Ersatzstoffe) auf Speiseeis

Ich interessiere mich sehr für die theoretischen Grundlagen der Eisherstellung. Jeder, der mit hausgemachtem Eis ein wenig anspruchsvoller ist, weiß, dass es bestimmte Zutaten und Verhältnisse gibt, die erfüllt sein müssen, um gutes Eis zu machen.

Tatsächlich half mir das Verständnis der Theorien der Eiscremeherstellung und das Wissen, wie man die Verhältnisse der Zutaten berechnet, jedes Mal, um meine Eiscreme perfekt zu machen.

Einen großen Einfluss auf Textur und Lagerfähigkeit (hinsichtlich der Härte bei Lagerung des Eises im Gefrierschrank) hat Zucker .

Saccharose ist der am häufigsten verwendete Zucker, aber andere verwendete Arten sind Laktose (aus Milchprodukten), getrockneter Glukosesirup , Dextrose und Invertzuckersirup

Sie alle haben Einfluss auf den Gefrierpunkt der Mischung. Je niedriger der Gefrierpunkt der Eismasse ist, desto weicher kommt sie aus dem Gefrierschrank. Die Zucker unterscheiden sich auch in der Süße, die relativ zu Saccharose (1,0) gemessen wird. Laktose (0,3), getrockneter Glukosesirup (0,5), Dextrose (0,75), Invertzuckersirup (1,25)

Aus diesem Grund wird oft ein Teil der Saccharose durch Dextrose ersetzt, da man mehr davon verwenden kann (um die gleiche Süße zu haben) und die Trockenmasse erhöht und den Gefrierpunkt senkt.

Meine Chemiekenntnisse sind fast nicht vorhanden, daher ist meine Frage, wie ich den Einfluss verschiedener Zuckerarten auf den Gefrierpunkt meiner Mischung quantifizieren kann. Ich möchte bestimmen, wie viel Xylit ich verwenden muss, um die gleichen Ergebnisse (in Bezug auf den Gefrierpunkt) zu erzielen wie bei der Verwendung von Saccharose. Um auf die Metaebene zu gelangen: Wie können diese Zahlen berechnet werden (ich denke, es handelt sich um Molmassen, oh Junge!)

Einige Zahlen für die oben genannten Zucker sowie Xylit und Erythrit wären wünschenswert.

Kriterien für eine akzeptierte Antwort:

  • Muss ein Maß für den Einfluss von Zucker auf den Gefrierpunkt einer Mischung nennen
  • Muss Zahlen für alle genannten Zuckerarten (Alkohol) angeben.
  • Nice to have: Eine Möglichkeit, die Zahlen zu berechnen
  • Kann grundlegende Mathematik und Chemie anwenden

ODER : Erklären Sie, warum dies nicht möglich ist (für einen Nicht-Chemieexperten)

Das, womit Sie es zu tun haben, ist sehr komplex, meiner Ansicht nach zu komplex für theoretische Antworten. Ich bin sicher, dass genaue Antworten in Hersteller- oder Forschungslabors bereits als geschützte Informationen existieren und es sich mit ziemlicher Sicherheit um empirische Ergebnisse handelt. Zahlreiche Binär- oder Tertiärphasendiagramme sind überall im Internet für alle von Ihnen erwähnten Zucker zu finden, aber Eiscreme ist komplexer als das. Es gibt auch die wichtige Frage der Eiskristallkontrolle in Gefrier-Tau-Zyklen mit mehreren Portionen. Allein für die Gefrierpunktserniedrigung sind Gummis/Gele/Polysaccharide beteiligt.
Auch wenn wir nur den Einfluss dieser Zucker auf Wasser betrachteten? Ich kann mir nicht vorstellen, dass es so schwer sein könnte, eine Tabelle zu bekommen von "10g Zucker x in 100 ml Wasser senken den Gefrierpunkt um y °C"
Binäre wässrige Systeme sind einfach mit vielen Online-Daten. Suchen Sie unter „Gefrierpunkterniedrigung“ und dem interessierenden Zucker und auch unter „kolligative Eigenschaften“, wenn Sie tiefer graben möchten. Für Saccharose in Wasser ist die Beziehung linear. Für jeweils 342 g (1 Mol) Saccharose, die in 1000 ml Wasser gelöst sind (was eine 1 M Lösung ergibt), haben Sie eine Gefrierpunktserniedrigung von 1,86 ° C.
Zusätzlich zu den aufgeführten Zuckern habe ich neulich eine Eisdiele gesehen, die „Diät“-Eis mit Fruktose anbietet.
Ich arbeite derzeit an einem kleinen Tool, das Ihnen helfen soll, mit der Mathematik umzugehen und die richtigen Verhältnisse der Zutaten in der Eiscremeformulierung zu finden: github.com/JoernMueller/Ice-Ed
@J.Mueller Danke, ein Tipp hier: Hosten Sie keine kompilierte HTML-Datei auf Github. Poste den Quellcode. Besonders beim Lesen und Speichern von Dateien. Es könnte leicht Malware sein.
@Strernd Vielen Dank für diesen Hinweis. Tatsächlich ist es nur ein einfaches, handgeschriebenes HTML/JS. Es gibt also keine anderen Quelldateien, auch kein Framework, externe Abhängigkeiten, einen Build-Prozess, Wasm oder eine Notwendigkeit zum Kompilieren. Wenn Sie bezüglich des Inhalts misstrauisch sind, können Sie sich gerne den Code ansehen und mich über alles informieren, was Sie für riskant oder ein potenzielles Problem halten.
Wow, ich wusste nicht, dass die Leute das immer noch so machen. Requisiten an Sie, dass Sie dies tun können. Aber das Problem dabei ist die Lesbarkeit. Frameworks bieten oft einen Ansatz zur Modularisierung, der das Verständnis von Codeteilen erleichtert. Aber das sprengt diese Diskussion.

Antworten (2)

Wie bereits in den Kommentaren oben erwähnt, ist dies eine ziemlich komplexe Mischung mit ebenso komplexen Eigenschaften, die es auszugleichen gilt. Wenn Sie es jedoch nur als ein einfaches binäres System mit Wasser als Lösungsmittel und verschiedenen Zuckern als gelösten Stoffen nacheinander betrachten, gibt es eine sehr einfache Antwort (die nicht unbedingt allein nützlich ist).

Bei verdünnten Lösungen wird die Gefrierpunkterniedrigung hauptsächlich durch das Lösungsmittel und nicht so sehr durch den gelösten Stoff angetrieben, und die Beziehung ist linear. Für Zucker,

Gefrierpunktserniedrigung (°C) = 1,86 * M

M ist die Masse / Molekülmasse des Zuckers, den Sie in 1000 ml Wasser verwenden. Für Ihr Beispiel von 10 g Saccharose in 100 ml Wasser beträgt M 0,29 und Ihr Gefrierpunkt beträgt minus 0,5 ° C.

Für Disaccharide wie Saccharose und Lactose haben sie die gleiche Molekülmasse von 342. Für einfache Zucker wie Glucose und Fructose (Dextrose ist nur D-Glucose) ist es 180. Für Invertsirup haben Sie eine Mischung. Für Polyalkohole können Sie ihre Massen leicht nachschlagen.

Ich würde trotzdem davon abraten, diese Art von Werkzeug allein für die Eisherstellung zu verwenden.

Unabhängig davon geht es bei der Süße weniger um die Trockenmasse, sondern um die molare Konzentration, weshalb Invertsirup süßer als Saccharose ist. 1 Einheit Saccharose in der gleichen Menge Wasser ist weniger süß, als wenn sie in ihre Bestandteile Monosaccharid Glucose und Fructose zerlegt würde ; Anstelle von 1 Einheit Saccharose haben Sie 1 Einheit Glukose und 1 Einheit Fruktose, also die doppelte Konzentration.

Vielen Dank, dass Sie darauf hingewiesen haben, warum es schwierig ist, und eine Lösung anbieten. Ich denke, ich muss es einfach versuchen :D
Ich möchte eine Warnung hinzufügen, derer Sie sich vielleicht nicht bewusst sind. Zuckeralkohole – das ist Xylit – können osmotischen Durchfall verursachen, wenn zu viel gegessen wird. Menschen sind unterschiedlich in ihrer Sensibilität für sie. Wenn Sie schon einmal mit Xylit gesüßte Desserts gegessen haben und keine Probleme hatten, brauchen Sie sich keine Sorgen zu machen. Wenn Sie dies noch nie getan haben, würde ich vorschlagen, einen kleinen Behälter mit mit Xylitol gesüßter Eiscreme zu kaufen und es zuerst zu testen.
„Statt 1 Einheit Saccharose hast du 1 Einheit Glukose und 1 Einheit Fruktose, doppelte Konzentration“ – Außerdem ist Fruktose etwa halb so süß wie Saccharose, Mol für Mol.

Leute, die Eiscreme professionell formulieren, haben eine relativ einfache Methode, um mit der Mathematik umzugehen. Es kodifiziert die fortgeschrittenere Mathematik im ausgezeichneten Beitrag von Benutzer 110084.

Grundsätzlich wird jeder Zutat ein Süßewert (genannt POD) und ein Gefrierpunktserniedrigungswert (genannt PAC) zugeordnet. Diese Werte sind relativ zu Saccharose. Ein Gramm Saccharose in einer 1000-g-Charge Eiscreme hat einen POD- und PAC-Wert von 1. 100 Gramm Saccharose haben einen Wert von 100. Und so weiter.

Jeder wasserlösliche Inhaltsstoff hat einen PAC-Wert, basierend auf seiner Molekülmasse. Jede Zutat mit wahrnehmbarer Süße hat einen POD-Wert. Beziehungen sind linear, sodass Sie einfach eine einfache Tabelle mit Grundrechenarten erstellen können.

Das System ist unvollkommen, aber gut genug. Es berücksichtigt nicht die erhöhte Härte, die Sie durch Inhaltsstoffe erhalten, die das Verhältnis von Wasser zu Feststoffen erhöhen. Und es berücksichtigt nicht die zusätzliche Härte, die Sie von einigen nicht auf Wasser basierenden Inhaltsstoffen erhalten. Wie Kakaobutter und Nussöle, die bei Gefriertemperaturen steinhart sein können. Ich habe dies kompensiert, indem ich diesen Inhaltsstoffen (geschätzte) negative PAC-Werte zugewiesen habe. Aber das ist nicht wirklich präzise.

Trotzdem ist das Ziel hier nicht, analytische Chemie zu betreiben oder Eiscreme herzustellen, die in den Augen von Laborinstrumenten perfekt konsistent ist. Wir wollen nur eine einfache, vorhersehbare Methode, um Eiscremequalitäten in den von uns bevorzugten Bereich zu bringen. Dieses System ist für diesen Zweck wirksam.

Ich habe einige verwandte Informationen hier gepostet: https://underbelly-nyc.blogspot.com/2016/05/sugars-in-ice-cream.html und hier: https://underbelly-nyc.blogspot.com/2017 /03/eiscreme-feststoffe-wassereis.html

Bald plane ich, einige aktualisierte Informationen zu veröffentlichen, einschließlich der Möglichkeit, eine Tabelle online zu stellen.

Einfluss verschiedener Zuckerarten (und Ersatzstoffe) auf Speiseeis
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