Eine Prise Chemie: Spaghetti im Teilchenbeschleuniger
Unser Essen steckt voller chemischer Details: Leckere, wohltuende und auch schädliche Inhaltsstoffe kommen zusammen und vollführen faszinierende Reaktionen. In der Kolumne »Eine Prise Chemie« klären wir, wie viele Bananen ein zuckerfreier Kuchen verträgt, warum abgestandener Kaffee so übel schmeckt oder wie man bäckt, ohne Acrylamid herzustellen.
Einmal kurz abgelenkt, schon ist es passiert: Die Konsistenz der Spaghetti im Kochtopf ist von »noch etwas zu hart« in das Stadium »hoffnungslos verkocht« gewechselt. Jetzt kann man entweder resignieren und sich an labbrige Nudeln gewöhnen, oder man gibt sich beim nächsten Mal etwas mehr Mühe, die Pasta genau so »al dente« zu kochen, wie man sie eigentlich gern hätte. Zum Glück gibt es Forschende, die diese Bemühungen unterstützen!
Nudelwissenschaft kann erstaunlich tief ins Detail gehen. Das hat ein europäisches Forschungsteam im Jahr 2025 gezeigt. Die Fachleute um Judith Houstin und Andrea Scotti haben Spaghetti dazu nicht nur in kleine Stücke gebrochen (ups!), sondern unter verschiedenen Bedingungen gekocht und das Ergebnis mit Neutronen- sowie Röntgenbeugung begutachtet.
Ihr Ziel war dabei nicht, die optimale Kochzeit herauszufinden – das haben bereits genügend Menschen getan, andernfalls gäbe es keine entsprechende Angabe auf jeder Nudelpackung. Sie wollten vielmehr herausfinden, wie sich die Nanostruktur der Pasta mit der Kochzeit verändert, welche Rolle der Salzgehalt des Wassers spielt und vor allem, wie unterschiedlich sich glutenfreie und glutenhaltige Pasta dabei verhalten.
Angetrieben wurden die Forschenden dabei nach eigenen Angaben nicht etwa von der Jagd nach dem optimalen Mundgefühl. Sondern von der Überlegung, welchen Einfluss die Pasta-Kochbedingungen auf die Geschwindigkeit haben, mit der körpereigene Enzyme die Stärke der Nudeln abbauen und damit Zucker in die Blutbahn befördern. Wie sich aber glücklicherweise zeigt, hängt beides zusammen.
Trockene Nudeln sind ein Glas
Herkömmliche Pasta besteht hauptsächlich aus Stärke und Gluten. Die Bestandteile der Stärke – lange Ketten von Amylose und hochverzweigte Ketten von Amylopektin – sind in der Nudel dicht zusammengepackt und bilden Stärkekörner. Das sind hochgeordnete, quasi undurchdringliche, in Teilen kristalline und daher harte Festkörper. Diese harten Körner sind eingebettet in ein Netzwerk aus Gluten. Dabei handelt es sich wiederum nicht um eine einheitliche Substanz, sondern um eine Mischung verschiedener Proteine, die als lange und kurze Ketten aus aneinandergereihten Aminosäuren in der Nudel vorliegen, miteinander wechselwirken, Schlaufen ausbilden und letztlich ein Netzwerk formen. Aus physikalischer Sicht ist die trockene Nudel damit ein Glas: eine zum Festkörper erstarrte, insgesamt nicht kristalline Masse.
Kocht man sie, dringt zunächst Wasser in das Gluten-Netzwerk ein. Ist die Temperatur hoch genug, geht das Gluten vom gläsernen in einen gummiartigen Zustand über. Die Proteinschnüre sind dann gegeneinander beweglich und bilden bei Temperaturen über 65 Grad Celsius feste Verknüpfungen miteinander aus. Durch diese Veränderungen wird die Nudel elastisch, und sie reißt nicht, wenn man sie verbiegt. In die festen, kristallinen Schichten der Stärkekörner kann Wasser jedoch nicht so ohne Weiteres eindringen wie in das Gluten-Netzwerk. Ungefähr bei derselben Temperatur, bei der sich die Proteinschnüre zu vernetzen beginnen, schmilzt allerdings der kristalline Amylopektin-Teil. Jetzt nehmen die Stärkekörner Wasser auf und geben ihrerseits etwas Stärke an das Kochwasser ab – sie verkleistern. Die Körner schwellen an und verlieren an Kontur, die Nudeln werden dicker und weicher.
Der Trick beim Kochen besteht darin, die Prozedur rechtzeitig zu stoppen, bevor der Kern der Nudel diesen Zustand erreicht. Kurz: Im Zentrum der Nudel müssen die Stärkekörner kristallin sein, das Proteinnetzwerk aber noch glasartig. Nur dann gibt es den erwünschten Biss.
Eine besonders spannende Frage ist angesichts dieses fein abgestimmten Zusammenspiels zwischen Gluten-Netzwerk und Stärkekörnern, was bei glutenfreier Pasta passiert. Wie kann man diese überhaupt »al dente« kochen?
Fein abgestimmtes Spiel zwischen Gluten und Stärke
Das haben sich die Fachleute um Houston und Scotti ganz genau angeschaut und ermittelt, was bei dem Prozess wirklich passiert und welche Rolle die Kochzeit, das Salz im Topf und das Gluten spielen. Zum einen vermaßen sie unterschiedlich lang gekochte Pastaproben mittels Röntgenbeugung – einer bewährten Methode, um Festkörper zu untersuchen und den Grad an Kristallinität von Stoffen zu bestimmen. Wie sich zeigte, änderte sich in den ersten vier Minuten des Kochens kaum etwas an der Struktur der Stärkekörner, ganz gleich, ob glutenhaltige oder glutenfreie Pasta. Nach längerem Kochen sank die Kristallinität bei beiden wie erwartet, jedoch zeigten sich Unterschiede: Bei der glutenhaltigen Pasta blieb ein Teil der Stärkekristalle auch dann intakt, wenn man die Nudeln einige Minuten länger kochte als vorgeschrieben; bei der glutenfreien Pasta verschwand die Kristallinität hingegen nahezu komplett.
Mittels Neutronenbeugung (hierfür brauchte es den Teilchenbeschleuniger) zeigte das Team, dass der Schutz vor dem Verkochen dem Gluten-Netzwerk zu verdanken ist. Es veränderte sich während des längeren Kochens quasi nicht und schirmte die Stärkekörner folglich weiterhin gegen das eindringende Wasser ab. In der glutenfreien Pasta fehlt dieses Proteinnetzwerk; stattdessen sind die Stärkekörner meist durch ein Netzwerk von Amylosemolekülen umgeben – also letztlich wieder von einer Form der Stärke, die mit zunehmender Kochzeit ebenso verkleistert wie die Körner.
Viel Salz hilft viel – aber nur bei glutenhaltigen Nudeln
Spannend ist die Rolle, die das Salz bei der Geschichte spielt. Wurde den glutenhaltigen Nudeln im Kochwasser kein Salz zugegeben, sank der Anteil der kristallinen Stärke nach der optimalen Garzeit rasch. Mit der empfohlenen Dosis Salz blieb hingegen ein guter Teil davon weiterhin intakt – und noch ein wenig besser gelang das, wenn doppelt so viel Salz zugegeben wurde wie empfohlen. Ganz anders verhielt sich die glutenfreie Pasta: Nur, wenn der Salzgehalt genau der Empfehlung entsprach, war nach etwas zu langer Kochzeit noch ein Hauch kristalliner Stärke auszumachen, bei doppelt so viel oder gar keinem Salz blieb lediglich Nudelmatsch übrig.
Auch hier gibt der molekulare Unterschied von Gluten und Stärke den Ausschlag: Anders als die Proteine im Gluten bestehen die Ketten der Amylose nicht aus Aminosäuren, die positiv und negativ geladene Molekülteile tragen, sondern aus aneinandergeknüpften Zuckermolekülen, die elektrisch neutral sind. Entsprechend kann das im Kochwasser gelöste Salz dieses Netzwerk nicht stabilisieren und bringt es bei zu hoher Konzentration möglicherweise sogar durcheinander.
Auch wenn das verdächtig danach klingt, als sei das Team nur an Al-dente-Pasta interessiert, haben die Erkenntnisse auch eine physiologische Bedeutung. Wie frei die Stärke in den Spaghetti zugänglich ist, beeinflusst nämlich, wie gut körpereigene Enzyme sie erreichen und zu Glukose (Traubenzucker) abbauen können; und je schneller das passiert, desto rascher steigt der Blutzuckerspiegel. Man könnte also argumentieren: Mit perfekt zubereiteten Nudeln sorgt man nicht nur für kulinarischen Genuss, sondern auch dafür, dass der Zucker langsamer ins Blut geht.
Die Ergebnisse bedeuten übrigens keineswegs, dass glutenfreie Pasta nicht gelingen kann. Denn die Versuche zeigten auch: Bei optimalem Salzgehalt und exakt abgestimmter Kochzeit bleibt die Kristallstruktur der Stärkekörner in glutenfreier Pasta sogar besser erhalten als in solcher mit Gluten! Während herkömmliche Pasta viel verzeiht, ist diese Variante also etwas für Perfektionisten.
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