Lesthema 3: Roomijs Sluit aan bij vakken

Transcriptie

1 Lesthema 3: Roomijs In deze module wordt roomijs besproken, als aanvulling bij de lessen fysica. Naast de samenstelling en bereiding worden ook de fysische aspecten zoals structuur, kristallisatie en vriespuntverlaging besproken. Hierbij worden ook enkele korte proefjes of oefeningetjes vermeld, ter afwisseling van de theorie. Ten slotte is ook nog een proef beschreven waarbij de leerlingen zelf in de klas roomijs kunnen maken. Veel plezier en smakelijk! Sluit aan bij vakken Fysica 2e graad: Faseovergangen: smelten en stollen Katholiek onderwijs: 1 2e leerjaar richting wetenschappen: leerplandoelstelling e leerjaar richting niet-wetenschappen: leerplandoelstelling 49 Gemeenschapsonderwijs: 1 richting wetenschappen! 1

2 Roomijs Inleiding Er bestaan verschillende soorten ijs. In de Belgische Warenwet zijn roomijs, melkijs, sorbetijs en waterijs gedefinieerd. Deze soorten hebben allemaal een verschillende samenstelling. Zo bevat waterijs bijvoorbeeld alleen water, suiker en hulpstoffen (zoals smaak- en kleurstoffen) terwijl roomijs gemaakt is van melk en dus ook melkvetten bevat. Wij bespreken nu enkel roomijs. Afhankelijk van de temperatuur maakt men, binnen de groep roomijs, ook nog onderscheid tussen soft-ice, schepijs en bewaarijs. 1 Soft-ice wordt klaargemaakt ter plaatse (op het verkoopspunt) en wordt vers gegeten. Het heeft een producttemperatuur gelegen tussen -3 en -5 C. Het bevat veel onbevroren water en het vetgehalte is meestal laag. Het product heeft daardoor een beperkte houdbaarheid. 1 Schepijs heeft een lagere temperatuur dan soft-ice; meestal schommelt deze tussen -10 en -15 C. Dit ijs is gemakkelijk schepbaar en heeft een houdbaarheid van enkele weken. 1 Bewaarijs heeft een temperatuur van ongeveer -25 C en een houdbaarheid van verschillende maanden. Opmerking: Omwille van de hogere temperatuur van soft-ice en schepijs, moet men opletten met hygiëne! Deze producten zijn, wegens hun hogere temperatuur, gevoeliger aan bacteriële besmetting dan bewaarijs. Eens besmet, zijn er immers bacteriën die bij deze temperaturen nog kunnen groeien. Bovendien bevat dit soort ijs nog meer water, wat nodig is voor bacteriegroei. Bij -25 C, de temperatuur van bewaarijs, kan geen enkele bacterie groeien. Bovendien is er bij deze temperatuur ook geen water in vloeibare vorm (noodzakelijk voor bacteriegroei) aanwezig. De meest voorkomende voedselvergiftiging bij roomijs is de Salmonellabacterie. 2

3 Samenstelling Roomijs kan omschreven worden als een mengsel van water, suiker, smaakstoffen en nog andere bestanddelen die, gedeeltelijk bevroren, na toevoeging van room opgeklopt worden tot een stevig schuim. De globale samenstelling van roomijs is: 1 10% melkvet Melkvet bepaalt de smaak, het geeft een volle zachte smaak aan het roomijs. Verder is het noodzakelijk voor de vorming van het netwerk (zie Figuur 3) gedurende het vriezen. Het melkvet houdt de ijskristallen apart. Tenslotte is melkvet ook belangrijk voor de consistentie van het ijs. 1 ± 11% vetvrije droge stof afkomstig van de melk Dit veroorzaakt een vriespuntverlaging en is noodzakelijk voor het bekomen van de gewenste viscositeit % toegevoegde zoetstoffen Suiker bepaalt mee de smaak en de graad van vriespuntverlaging. De suiker is eveneens noodzakelijk als waterbindend agens, om de gepaste hoeveelheid water te laten uitkristalliseren. 1 0,2 tot 0,5% stabilisatoren en emulgatoren 1 50% lucht De luchtbellen bepalen uiteraard de luchtigheid van het ijs, maar ze verzachten ook de consistentie zodat het ijs vervormbaar wordt in de mond. Bovendien spelen ze de rol van koude-isolator en temperen aldus het koudegevoel van de ijskristallen in de mond. 1 ijskristallen De ijskristallen zijn noodzakelijk voor de consistentie en het koelend effect in de mond. De kristallen mogen niet te groot zijn, anders is het roomijs te ijzig. Daarom is snel invriezen noodzakelijk en dienen temperatuursschommelingen tijdens de bewaring vermeden te worden. Meer hierover lees je bij kristallisatie en stollen. Bekijk het etiket van een roomijsverpakking en noteer alle ingrediënten. Op het internet (bvb. kan je opzoeken waarvoor de E-nummers staan. 3

4 Kristallisatie, stollen Bij de bereiding van roomijs zal men een roomijsmix invriezen. De waterfase van de roomijsmix zal stollen, er zullen ijskristallen gevormd worden. Indien de gevormde ijskristallen te groot zijn, zal het roomijs ijzig en brokkelig zijn. Daarom moet men de mix snel invriezen. Er zullen dan veel kleine kristalletjes gevormd worden, i.p.v. weinig grote. Wanneer het roomijs blootgesteld wordt aan temperatuursschommelingen, zal de kwaliteit ook aanzienlijk achteruit gaan. Door de blootstelling aan hogere temperaturen, kan een deel van het water ontdooien. Als het roomijs daarna opnieuw wordt ingevroren, zal het ontdooide water opnieuw stollen. Het water zal echter niet stollen in de vorm van kleine ijskristalletjes, maar zal stollen in laagjes op de nog aanwezig zijnde kristallen. De bestaande kristallen worden bijgevolg groter, en het roomijs zal ijzig worden. Bij temperaturen onder 25 C is het roomijs stabiel en kan het lang bewaard worden zonder dat kristalgroei optreedt. Boven deze temperatuur is kristalgroei echter mogelijk en zal de kwaliteit van het ijs achteruit gaan tijdens de bewaring. Figuur 1 geeft een microscopisch beeld van roomijs met een goede structuur (bovenaan, kleine kristallen) en van roomijs dat blootgesteld werd aan warmte en daarna opnieuw ingevroren werd (onderaan, grote ijskristallen). De foto s zijn allen genomen bij een zelfde vergroting! Figuur 1: Microscopisch beeld van roomijs met een goede structuur (bovenaan, kleine kristallen) en van roomijs dat blootgesteld werd aan warmte en daarna opnieuw ingevroren werd (onderaan, grote ijskristallen). Een lekker proefje Test dit eens! Laat een potje roomijs even in de klas staan. Als het een beetje gesmolten is, mag je het weer invriezen. Proef na een tijd van dit ijsje en van een ijsje dat niet ontdooid geweest is en evalueer het verschil! Roomijs wordt echter regelmatig blootgesteld aan wisselende temperaturen: tijdens het transport, in de winkels, thuis,... Om het kwaliteitsprobleem van ijsvorming te minimaliseren, zal men aan de roomijsmix stabilisatoren toevoegen. Dit zijn meestal lange suikers die het nog vloeibare water binden zodat het geen kristalgroei kan veroorzaken. Vroeger werd vaak gelatine gebruikt (dit is een eiwit, geen suiker). Tegenwoordig maakt men o.a. gebruik van carrageen, carboxymethylcellulose,... 4

5 Vriespuntsverlaging Je weet al lang dat het vriespunt van zuiver water bij standaarddruk 0 C is. Als je echter de vloeibare roomijsmix bij 0 C bewaart, zal je geen roomijs krijgen, water in de mix zal geen ijs worden. Dit komt omdat het water in de mix niet zuiver is. Doordat suikers in het water zijn opgelost, verandert ook het vriespunt van de oplossing. Hoe meer opgeloste stoffen in het water, hoe lager het vriespunt. Het vriespunt van roomijs verandert dan ook voortdurend tijdens de productie. Vóór het invriezen is al het water in vloeibare vorm aanwezig. Doordat er stoffen in opgelost zijn, zal een deel van het water pas beginnen stollen bij temperaturen onder 0 C (afhankelijk van de hoeveelheid en de soort suikers). Als een deel van het water stolt, zal de hoeveelheid vloeibaar water dalen. Maar de hoeveelheid opgeloste suikers blijft dezelfde (de suikers stollen niet mee, het ijs dat gevormd wordt is zuiver). Bijgevolg zal de concentratie opgeloste stoffen in de waterige fase stijgen, en het vriespunt dus nog meer dalen. Dit wordt weergegeven in Figuur 2. Figuur 2: Vriescurve Roomijs bevat niet altijd evenveel suikers. Teken op Figuur 2 de curve die je zou bekomen indien je een roomijsmix hebt met meer suikers. Door deze vriespuntverlaging is in roomijs, bij typische consumptietemperaturen van 15 tot 18 C, nog een deel van het water (± 28%) vloeibaar. Dit gedeeltelijk onbevroren water, zorgt er, samen met de aanwezigheid van luchtbellen (zie structuur) voor dat we het ijs gemakkelijk kunnen scheppen. 5

6 Structuur Roomijs heeft een complexe structuur, het is zowel een emulsie als een schuim. Wat een emulsie is, zou je moeten weten uit de chemielessen van het derde middelbaar. Emulsies zijn heterogene mengsels van twee vloeistoffen. De vloeistoffen kunnen niet mengen, maar door schudden of roeren gaat de ene vloeistof zich in kleine druppeltjes verdelen in de andere. Roomijs is een vet-in-water emulsie omdat het melkvet voorkomt als druppeltjes (globulen genoemd) in de waterige fase van het ijs. De vetglobulen die in roomijs voorkomen, zullen wel gedeeltelijk aan elkaar gaan plakken en in elkaar overvloeien. Ze vormen ketens van bolletjes. Een schuim wordt omschreven als een heterogeen mengsel van een gas verdeeld in een vloeistoffase, waarbij de gasbellen de discontinue fase vormen. Chocomousse en de witte kraag op bier zijn voorbeelden van schuimen. Ook schuimen kunnen onstabiel zijn. Roomijs is een schuim omdat het gasbellen bevat in een continue waterfase. De continue fase van roomijs is vloeibaar. In deze continue vloeibare fase bevinden zich grote luchtbellen en kleinere ijskristallen en ketens van vetdruppeltjes (vetglobulen genoemd). Figuur 3 geeft de structuur van roomijs schematisch weer. Emulgatoren worden aan roomijs toegevoegd om deze structuur mogelijk te maken en te stabiliseren. Figuur 3: Structuur van roomijs schematisch voorgesteld. 6

7 Dichtheid Even een inleidend proefje Weeg nauwkeurig een potje vanilleroomijs van twee verschillende merken (bvb IJsboerke en Mio). Noteer van elk potje ook het volume. Laat de inhoud smelten en breng deze volledig over in een maatcilinder. Lees het volume gesmolten roomijs af. Weeg tenslotte ook het lege potje. Bereken nu de massa van het ijs zelf (zonder doos). Bereken de dichtheid van het ijs in bevroren en gesmolten toestand en vergelijk. Waaraan kan het verschil te wijten zijn? Merk je ook een verschil tussen de twee merken? De dichtheid van gesmolten roomijs is groter dan de dichtheid van bevroren ijs. Dit heeft twee oorzaken. Ten eerste is de dichtheid van ijs steeds kleiner dan deze van water. Bovendien wordt bij de bereiding van roomijs, lucht in het ijs geslagen. Bevroren roomijs bevat dus ook meer lucht dan gesmolten ijs. De dichtheid van bevroren ijs kan ook verschillen tussen twee merken. Dit verschil heeft vooral te maken met de verschillende hoeveelheden lucht die in het roomijs verwerkt worden. Bij het ene merk zal je dus meer lucht kopen dan bij het andere. Komt dit overeen met een prijsverschil? 7

8 Industriële bereiding De productie van roomijs op industriële schaal wordt weergegeven in volgend schema. mix pasteuriseren 25 sec / 80 C homogeniseren koelen 4 C toevoegsels rijpen 4 tot 24 uur bewaarijs lucht vriezen -5 C harden -25 C soft-ice verpakken chocolade, nootjes... verpakkingsmateriaal Eerst wordt een mix bereid van de basisingrediënten. Deze mix bestaat meestal uit room (of ingedikte melk), zoetstoffen, stabilisatoren en emulgatoren. Eerst wordt de mix gepasteuriseerd om alle ziektekiemen te doden en het lipase-enzym te inactiveren. Vervolgens vindt een homogenisatie plaats. De mix wordt door een smalle opening geperst. Daardoor verkleinen de vetglobules: na homogenisatie is hun diameter maximaal 1 µm. Homogeniseren is dus van belang voor de structuur van het ijs. Na koelen tot 4 C laat men de roomijsmix gedurende 4 à 24u rijpen om het vet in de globulen te laten uitkristalliseren. Na het rijpen kunnen kleur- en smaakstoffen toegevoegd worden. Vervolgens wordt de ijsmix ingevroren tot bij een temperatuur van ongeveer -5 C om een deel van het water te laten bevriezen. Tegelijkertijd wordt lucht in de massa geslagen. Resultaat is het zogenaamde soft-ice. Om hard ijs te maken, wordt de ijsmix in vormen gedaan. Eventueel worden nog chocolade, nootjes e.d. toegevoegd. Na verpakken laat men het ijs nog harden. Dit gebeurt bij -30 tot -40 C, een temperatuur waarbij het meeste van het overblijvende water bevriest. Interessante informatiebron 8

9 Zelf roomijs maken Sluit aan bij leerplan Fysica 2e graad: Faseovergangen: smelten en stollen Katholiek onderwijs: 1 2e leerjaar richting wetenschappen: leerplandoelstelling e leerjaar richting niet-wetenschappen: leerplandoelstelling 49 Gemeenschapsonderwijs: 1 richting wetenschappen Practicum Roomijs maken in de klas! Hieronder staat een eenvoudige manier beschreven om roomijs te maken, er komen geen ijsmachines of diepvriezers aan te pas. De leerlingen kunnen zelf de faseverandering van de vloeibare melk naar het vaste roomijs zien. Materiaal 1 suiker 1 melk 1 vanille-extract 1 fijngestampt ijs 1 zout 1 een stevig klein en groot plastic (doorzichtig!) zakje dat goed kan afgesloten worden 1 potjes en lepeltjes 1 kop, eetlepel en koffielepel Werkwijze Voor 10 leerlingen: 1. Doe een kop melk, twee eetlepels suiker en een halve koffielepel vanille-extract in een plastic zakje. 2. Knijp zo veel mogelijk lucht uit het zakje en sluit het goed af (gebruik zakjes met een zipper of smelt ze toe). 3. Doe vervolgens dit gevulde en gesloten zakje in een groter zakje. 4. Doe vier koppen fijngestampt ijs en zes eetlepels zout in de grotere zak. 5. Knijp opnieuw zo veel mogelijk lucht uit de grote zak en sluit goed af. 6. Schud de zak gedurende 5 à 10 min. 7. Wanneer de roomijs de gewenste consistentie heeft (dik en romig), kan het kleine zakje uit de grote ijszak genomen worden. 8. Spoel de zak met roomijs af en verwijder het zout. 9. De potjes kunnen nu gevuld worden! 10. SMAKELIJK! Tip! Ook smelten kan gedemonstreerd worden bij het maken van een heerlijke bijpassende chocoladesaus! 9

10 Verwerking Je hebt nu wel een lekkere portie roomijs gemaakt, maar hoe komt het dat je hiervoor geen diepvriezer nodig had? Het ijs in het buitenste zakje zal smelten, omdat het zich niet meer in een omgeving met vriestemperaturen bevindt. Tijdens de faseovergang van vast naar vloeistof blijft de temperatuur van het mengsel vastvloeistof gelijk (0 C, het vriespunt van water). Pas als al het water is omgezet, zal de temperatuur stijgen tot aan de kamertemperatuur. Om te kunnen smelten, heeft het ijs warmte nodig die het zal onttrekken aan de omgeving. Dus wordt ook warmte onttrokken aan de melk in het kleinste zakje. Hierdoor kan de temperatuur van de melk in het zakje dalen (maximaal tot temperaturen gelijk aan de temperatuur van het ijswatermengsel (d.i. 0 C)). Waarom voegen we dan nog zout toe aan het ijs? Het zout lost op in de waterige fase van het ijswater mengsel. Zo ontstaat een zeer geconcentreerde oplossing. Omdat deze concentratie te groot is, zal steeds meer ijs smelten om de zout-water-oplossing te verdunnen. Zo wordt het smeltproces versneld. Doordat het vriespunt van een zoutoplossing lager ligt dan het vriespunt van water, zal de hoeveelheid warmte die nodig is om het ijs te smelten, groter zijn. Er zal bijgevolg meer warmte onttrokken worden aan de melk, zodat het bevriezen van de melk versneld wordt. Interessante informatiebron 10