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Dem Rüeblisaft wird Alginat zugegeben, das sind lange Zuckerketten. Wird das Alginatpulver im Rüeblisaft gelöst, liegen die Alginatketten als einzelne, zickzackförmige, negativ geladene Fäden vor. Wenn der Saft-Alginat-Tropfen in die Calciumlactat-Lösung gelangt, lagern sich sofort positiv geladene Calcium-Ionen an die Alginatketten an. Ein Calcium-Ion ist zweiwertig, d. h., es hat eine doppelte positive Ladung (Ca2+). Dadurch kann es sich an zwei Alginatketten gleichzeitig anlagern. So werden die Alginatketten miteinander verbunden und bilden ein stabiles Netz. (Würden einwertige Ionen statt Ca2+ verwendet, würde sich kein Netzwerk bilden.)
Man spricht vom Eierschachtel-Prinzip, da die Calcium-Ionen wie Eier in einer Schachtel zwischen den zickzackförmigen Ketten Platz nehmen. In diesem Netzwerk sind die Wassermoleküle eingelagert – ein Gel hat sich gebildet.
Diese Reaktion geschieht zunächst an der Oberfläche des Rüeblisafttropfens, so dass er eine feste Aussenhaut bildet, während er im Inneren noch flüssig bleibt. In der Molekularküche nennt man diesen Prozess Sphärisierung (Sphäre bedeutet Kugel). Je länger der Tropfen in der Calciumlactat-Lösung bleibt, desto fester wird er. Deshalb werden die Perlen gleich ins Wasserbad gelegt. Aber auch dann kann es sein, dass die Perlen weiterhin fester werden. Das passiert, wenn das Wasser viel Calcium enthält, das die Sphärisierung weitertreibt.
Gelierung mit Natriumalginat und CalciumlactatCalcium-Ionen lagern sich an je zwei Alginatketten an und bringen so die Alginatketten zusammen. Es bildet sich ein Netzwerk, in dem Wasser eingelagert ist. Im Einschub sieht man anhand der Lewis-Formel der Alginatketten die Bindung der negativen Ladung mit den positiven Calcium-Ionen.
- Erkläre mit einer Skizze und fasse zusammen.
- Was ist Alginat?
- Warum braucht es Calciumlactat?
Diffusion
Dass die Rüebliperlen auch im Inneren fest werden, nachdem sich die Aussenhaut gebildet hat, zeigt, dass sich die Ca2+ Ionen nach innen bewegen. Das ist das Prinzip der Diffusion. Teilchen breiten sich von Regionen hoher Konzentration (also Regionen mit vielen Teilchen, wie die Umgebung des Alginattropfens) zu Regionen mit niedriger Konzentration aus (wie das Zentrum des Alginattropfens). Das kann man sich mit den Reisenden im Zug veranschaulichen. Auch sie verteilen sich auf die freien Plätze im ganzen Zug und zwängen sich nicht alle in ein Abteil.
Gelierzucker
Bei der Herstellung von Konfitüre wird meistens Gelierzucker verwendet. Neben Zucker enthält Gelierzucker Pektine. Pektine sind pflanzliche Polysaccharide, die ein Gel bilden können. Ähnlich wie beim Alginat benötigt man einen Zusatzstoff, damit sich die Pektinketten vernetzen. Dies können – wie beim Alginat – mehrwertige Kationen sein, also positiv geladene Ionen wie Ca2+, oder eine Säure und Zucker.