The Sweet Science of Candymaking - American Chemical Society
Hier ist ein einfaches Rezept für Sie: eine Tasse Wasser in einem Topf erhitzen, bis es kocht, fügen Sie drei Tassen Zucker, und rühren Sie mit einem Löffel. Dann gießen Sie die Lösung in ein Glasgefäß. Baumeln einen Holzstock in den Sirup, und lassen Sie es für ein paar Tage. Wenn Sie zurückkommen, werden Sie feststellen, ... Zu.
Kandiszucker hat eine einzigartige Textur. Es besteht aus einem großen Brocken aus aromatisierter Zucker hergestellt, die Sie in Ihrem Mund knirschen können. Andere Süßigkeiten kommen in einer Vielzahl von Texturen: zäh (Fudge), kiesig (Zuckerwatte) oder hart (Glas Süßigkeiten).
Da die Süßigkeiten sind alle mit Zucker, was bewirkt, dass ihre Strukturen so anders sein?
Kandiszucker
Für die meisten Arten von Süßigkeiten zu machen, beginnen Sie immer mit Zucker Auflösen in kochendem Wasser. Dies bildet einen Zuckersirup, mit dem Sie den Brenner durch Ausziehen abkühlen kann. Aber wie Sie den Sirup abkühlen kann den Unterschied machen.
Zum Beispiel, wenn Sie Kandiszucker machen wollen, müssen Sie den Sirup langsam abkühlen, über viele Tage bis zum großen Zuckerkristalle bilden lassen. Aber wenn Sie Fudge produzieren wollen, müssen Sie kontinuierlich den Sirup nach einer anfänglichen Kühlperiode rühren, so dass, wenn die Zuckerkristalle bilden, sie bleiben klein und nicht zu viel wachsen. Wenn Sie Baumwolle wollen Süßigkeiten und Glas Bonbons machen, müssen Sie den Sirup abkühlen schnell Kristalle zu verhindern, bilden.
Abbildung 3. Wenn granulierter Zucker zu Wasser gegeben wird, es auseinanderbricht, da die Wassermoleküle zu den Saccharosemoleküle durch intermolekulare Kräfte angezogen werden. Als Ergebnis wird jedes Saccharosemolekül von Wassermolekülen umgeben, und in die Lösung weggetragen.
Der Lösevorgang erfolgt in zwei Schritten: Zuerst wird die Wassermoleküle binden an die Saccharosemoleküle; und zweitens, ziehen sich die Wassermoleküle, die Saccharose-Moleküle weg von dem Kristall und in die Lösung.
Im allgemeinen wird nur eine bestimmte Menge eines Feststoffen kann in Wasser bei einem gegebenen Volumen und die Temperatur aufgelöst werden. Wenn wir mehr als dieser Betrag addieren, nicht mehr davon solide auflösen. Zu diesem Zeitpunkt sagen wir, dass die Lösung gesättigt ist. Der zusätzliche Feststoff fällt nur auf den Boden des Behälters.
Warum ist das so? Wenn Sie in der Lage sind, die Moleküle von Saccharose und Wasser, um zu sehen, würden Sie bemerken, dass am Anfang, wenn Sie eine kleine Menge von Kristallzucker, um das Wasser, die meisten des Saccharose-Moleküls, die Zuckerkristalle verlassen, zog durch die weg Wassermoleküle. Sie würden auch feststellen, dass einige der gelösten Saccharose-Moleküle auch kristallisieren, das heißt, nicht nur ist Saccharose-Molekül, die Zuckerkristalle aber anderes Saccharose-Molekül verlassen, wird den Wiedereintritt Zuckerkristalle sowie (Abb. 4). Der Grund dafür ist, dass Saccharose-Molekül ständig in der Lösung bewegen, so dass nichts verhindert einige von ihnen aus der Bindung wieder zu Saccharose-Molekülen in den Zuckerkristallen. Jedoch ist die Auflösungsgeschwindigkeit größer ist als die Kristallisationsgeschwindigkeit wenigstens bis die Lösung gesättigt-so wird insgesamt die Zuckerkristalle im Wasser gelöst bleiben.
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Abbildung 4. Wenn ein Zuckerkristall zu einer Tasse Wasser zugesetzt wird, trennen einige Saccharosemoleküle aus der Kristall während andere den Kristall verbinden. Ob der Kristall löst sich in Wasser oder wächst in der Größe bestimmt wird durch die relative Anzahl von Molekülen zu vergleichen Saccharose aufzulösen und den Kristall mit der Anzahl von Saccharose-Moleküle verlassen die Lösung verlassen und Verbinden des Kristalls.
Als Ergebnis über diesen Punkt, wenn wir mehr Zuckerkristalle, der Prozess der Auflösung hinzufügen, wird weitergehen, aber es wird genau nach dem Verfahren der Umkristallisation ausgeglichen werden. So ist die Zuckerkristalle können nicht mehr im Wasser auflösen. In diesem Fall sind die Kristalle und die Lösung in einem dynamischen Gleichgewicht. Dies bedeutet, dass die Größe der Kristalle gleich bleibt, auch wenn das Saccharose-Molekül Orte zwischen der Lösung und der Kristalle ständig gehandelt.
Kleine Kristalle von Fudge
Kandiszucker besteht aus großen Kristallen aus Zucker, aber auch andere Süßigkeiten, wie Fudge, enthalten kleinere Kristalle von Zucker.
Frage: Wie der Zuckersirup abkühlt, was können wir das nur tun, um sicherzustellen, kleine Kristalle zu bilden?
Antwort: Rühren Sie den Sirup mit einem Löffel oder einem Spatel. Das Rühren verhindert, dass die Zuckerkristalle, die von wachsenden zu groß zu bilden beginnen. Im allgemeinen wächst ein Kristall aus einem „Kristallkeim“, der ein Büschel von Saccharose-Moleküle ist, ein Staubkorn oder eine Gasblase. Das Rühren bewirkt, daß die Saccharose-Moleküle ineinander geschoben werden und bilden Kristallkeime während des gesamten Sirup. Die erhaltenen Kristalle werden kleiner sein, wenn mehrere der Kristallkeime vorhanden sind, da die Saccharosemoleküle beliebige einer größeren Anzahl von Kristallkeimen beitreten können.
Wenn Sie Fudge machen wollen, heizen zuerst den Sirup auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes von Wasser (100 ° C), und es dann in einen Topf gießen, um den Sirup schneller nach unten zu machen kühlen. Der Grund der Sirup schnell abkühlen muss, ist, dass Saccharose-Moleküle haben keine Zeit genug, um intermolekulare Wechselwirkungen zu bilden, in großen Kristallen zu wachsen. Einige von ihnen werden Kristallkeime bilden, aber die meisten der Saccharose-Moleküle nicht miteinander in Wechselwirkung treten. Wenn dagegen der Sirup langsam abkühlen sind, würde das Saccharose-Molekül Zeit, sich in größerer Kristallen zu arrangieren.
Keine Kristalle überhaupt
Einige Bonbons haben keine Kristalle überhaupt. Beispiele für solche Bonbons schließen Glas Bonbons, Gummibärchen, und Zuckerwatte.
Glass Candy wird so genannt wegen seiner nicht-kristallinen Struktur. Normalerweise, wenn die Leute das Wort „Glas“, meinen sie das transparente Material verwendet, um Fenster zu machen. Aber Glas hat eine allgemeinere Bedeutung: Es ist ein Feststoff mit einer amorphen Struktur, die eine unregelmäßige Struktur, ohne Muster. Im Gegensatz dazu ist ein Kristall ein Feststoff mit einer hochgeordneten Struktur. Zum Beispiel, Fig. 5 zeigt die Unterschiede zwischen dem Kristall und Glasstrukturen aus Siliciumdioxid (ein Molekül als eine einfachere Struktur als Sucrose und ist einfacher darzustellen).
Um Glas Süßigkeiten zu machen, kühlen Sie den Zuckersirup so schnell, dass keine Kristalle Zeit zu bilden. Die gelösten Saccharosemoleküle miteinander beginnen zu binden, aber in keiner bestimmten Reihenfolge. Wenn dies geschieht, ist die CANDY amorph, und es ist ein Beispiel für ein Glas.
Cotton Candy ist ein wenig anders erzeugt, weil der Prozess nicht mit Zuckersirup beginnt. Zuerst Kristallzucker in einer Zuckerwattemaschine erhitzt, bis es schmilzt und die intermolekularen Kräfte zwischen den Saccharose-Moleküle sind gebrochen. das verflüssigte Zucker haben, sprüht die Zuckerwattemaschine dann die Flüssigkeit durch kleine Düsen, so dass es feine Filamente an Flüssigkeit, die sofort erstarren bildet.
Diese schnelle Abkühlung der Flüssigkeit in offene Luft erlaubt nicht das Saccharose-Molekül Kristalle zu bilden, und Fäden aus Glas anstelle erstellt. Diese Glasfäden sind so fein, dass sie im Mund schmelzen, das ist die wunderbare Erfahrung des Zuckerwatte essen.
Ein Sirup, viele Bonbons
Die meisten Bonbons werden aus Sirup noch ihre Textur erheblich variieren kann. Zwei Faktoren spielen eine wichtige Rolle: die Länge der Zeit für Kristalle zu wachsen, und die Art und Weise des Sirup behandelt wird, während es abkühlt.
Herstellung von Süßigkeiten ist eigentlich Chemie in Aktion. Sie manipulieren die Größe von Zuckerkristallen, selbst wenn man sich zu nicht sehen kann eine Reihe von Texturen zu erzeugen. Diese Fähigkeit wurde hunderte von Jahren entwickelt, bevor die Wissenschaft von Süßigkeiten Herstellung verstanden wurde. Aber selbst dann diese Kunstform erzählt uns etwas interessante Chemie: Es ist nicht nur die Kombination von Zutaten, die ein Produkt definiert, sondern auch die Art, wie sie miteinander vermischt werden.