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Energie und Entropie, Physik im Alltag und Naturphänomene, Physik und Kultur, Rubrik: "Schlichting! "

Widerspenstiger Ketchup

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 3 (2021), S.

Das noch nicht festgelegte Element,
das aber fähig ist, sich von außen
bestimmen zu lassen

Theodor Schwenk (1910 – 1986)

Die Würzsauce ist mal dünn- und mal dickflüssig – je nach mechanischer Einwirkung. Für die variable Konsistenz sind in ihr enthaltene Molekülketten verantwortlich.

Ketchup ist bekannt dafür, dass man ihn selbst dann schwer aus der Flasche bekommt, wenn eigentlich noch genügend drin ist. Zwar bleibt bei allen flüssigen Lebensmitteln immer ein Rest im Gefäß kleben, von Rotwein bis Speiseöl. Das liegt an der Benetzbarkeit des Behälters sowie der Zähflüssigkeit der Substanz und betrifft meist nur eine dünne Schicht. Der Ketchup jedoch hängt stets in dicken Lagen an der Innenwand. Bloßes Kippen und sogar Auf-den-Kopf-Stellen befördert nur dann etwas aus dem Hals des Glases heraus, wenn es noch nahezu voll ist. Hingegen lässt sich Ketchup, hat man ihn denn einmal auf dem Teller, leicht verteilen und verstreichen.
Die zähe Tomatensoße verflüssigt sich erst, wenn man die Flasche kräftig schüttelt oder mit der Hand darauf stößt. Passt man nicht auf, landet daraufhin viel mehr auf dem Essen, als man wollte. Erfahrene Konsumenten wissen allerdings, dass es nach dem Rütteln keinen Grund zur Eile gibt, denn die Mobilisierung hält eine gewisse Zeitspanne vor. Man kann anschließend in Ruhe den Deckel öffnen und das Ziel anvisieren.
Dieses lästige Verhalten führt unweigerlich zu der Frage, warum die Lebensmittelhersteller das Problem nicht längst im Griff haben. Die schlichte Antwort lautet: Der Ketchup ist bewusst so designt worden. Nicht um die Konsumenten zu ärgern, sondern weil es in den wichtigeren Situationen genau darauf ankommt. Die Tomatensoße muss sich in einem dünnen Streifen etwa auf ein Würstchen aufbringen lassen, ohne herunter zu rinnen und die Kleidung zu bekleckern – auch dann nicht, wenn man es schwungvoll in den Mund bewegt. Und dort angelangt soll die Würze trotzdem nicht klebrig schmecken, sondern gewissermaßen auf der Zunge zergehen und bei leichten Kaubewegungen keinen Widerstand leisten.
Physikalisch gesehen kommt es beim Schütteln, Verstreichen und Essen zu einer Scherung des Ketchups. Idealisiert bedeutet das: Der untere Teil der im Ruhezustand dickflüssigen Masse liegt auf einem festen Untergrund auf und ist durch Adhäsion oder andere Kräfte fixiert, während die oberen Schichten parallel dazu verschoben werden. Bei normalen »newtonschen« Flüssigkeiten ist die Zähigkeit (Viskosität) unabhängig davon, mit welcher Kraft pro Flächeneinheit sie deformiert werden. Bei „nichtnewtonschen“ zu denen auch Ketchup gehört, ist das anders: Bei stärkerer Einwirkung verringert Ketchup seine Viskosität. Man spricht daher auch von scherverdünnendem Verhalten. Verantwortlich dafür sind so genannte Polymere, die der aus Tomatenmark, Zucker und einigen weiteren Substanzen bestehenden Soße in Form eines Verdickungsmittels zugefügt wurden. Polymere sind mikroskopisch gesehen komplexe Moleküle aus langen Atomketten. Sich selbst überlassen, verknäulen sich diese, weil sie dadurch Energie an die Umgebung abgeben. In so einem Zustand erzeugt das Polymer einen relativ breiigen und daher zähen Stoff. Wenn man allerdings genügend große Scherkräfte auf ihn ausübt, überträgt das die nötige Energie auf die Moleküle, um sie zu strecken und längs auszurichten. Nach der Strukturänderung gleiten die Ketten nunmehr leicht aneinander vorbei. Das äußert sich makroskopisch gesehen in einer geringeren Viskosität.
Nachdem die Scherkräfte nachgelassen haben und der Ketchup wieder sich selbst überlassen ist, verwinden sich die Polymermoleküle unter Abgabe von Energie erneut. Das dauert eine gewisse Zeit und erklärt, warum sich die Soße nach dem Schütteln und dem dadurch bedingten Scheren nicht sofort wieder verfestigt.
Aus unserem Alltag kennen wir weitere scherverdünnende Substanzen, beispielsweise Shampoo. Ein Häufchen davon läuft auf der Handfläche so langsam auseinander, dass man es in aller Ruhe auf den Kopf befördern und in den Haaren verteilen kann. Dabei wiederum ist kaum Widerstand zu spüren, weil die Scherung das Fluid verdünnt. Trotz der Gemeinsamkeit mit dem Ketchup besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen beiden: Das Shampoo zerfließt bereits auf Grund seiner eigenen Schwere, während diese beim Ketchup in den meisten Fällen nicht dafür ausreicht. Ein Ketchupstreifen auf einem Würstchen rührt sich nicht von der Stelle. Auch die zu den nichtnewtonschen Flüssigkeiten gehörenden Wandfarben und Zahnpasta verharren dort, wo sie aufgetragen werden.
Wenn es Flüssigkeiten gibt, die ihre Zähigkeit infolge einer scherenden Deformation verkleinern – existieren dann außerdem solche, die dabei ihre Viskosität vergrößern? Tatsächlich kennen wir einen Vertreter einer scherverdickenden Substanz aus dem Haushalt: mit Wasser zu einer Paste vermengte Speisestärke. Sie lässt sich bei moderaten Geschwindigkeiten relativ bequem verrühren. Sobald das Tempo zunimmt, steigt die Zähigkeit stark an, bis die Mischung schließlich so fest wird, dass der Löffel steckenbleibt.
Das Stärke-Wasser-Gemisch verhält sich ähnlich wie Treibsand, bei dem die Sandkörner unter sanfter Krafteinwirkung aneinander vorbeigleiten, weil sie von Wasser geschmiert werden. Plötzlicher Druck verdrängt es aus den Zwischenräumen und presst die festen Bestandteile zusammen, was den Widerstand drastisch erhöht. Im Fall der Stärke stoßen sich die einzelnen Moleküle tendenziell voneinander ab. Wie beim Sand werden auch sie von einer Schicht Wasser getrennt. Große Kräfte bringen die Moleküle zusammen – die Mixtur verklumpt.
Den Ärgernissen mit dem Ketchup ist die Industrie inzwischen auf andere Weise begegnet: Er ist heute in flexiblen Kunststoffflaschen erhältlich. Schon bei leichtem Zusammendrücken erweist sich der Widerstand der Tomatensoße als zwecklos. Das vereinfacht zwar das Handling, die physikalische Herausforderung und der Triumphmoment beim unfallfreien Auftragen gehen jedoch verloren.

Eingereichte Version. PDF der Publikation

Diskussionen

7 Gedanken zu “Widerspenstiger Ketchup

  1. Lieber Joachim! Anfangs wollte ich nicht groß in den Artikel einsteigen und lesen, weil die Wurst mit Ketchup nicht zu meinen bevorzugten Speisen gehört. Aber der Übertrag auf andere Stoffe im Haushalt war dann mehr als spannend. Wie so oft bei Dir: ich habe mal wieder etwas gelernt – sagt der physikalisch Unwissende.
    Liebe Grüße
    Jurgen

    Verfasst von juergenkuester | 3. März 2021, 08:05
    • Lieber Jürgen, Ketchup und Würstchen sind auch nicht mein Ding. Aber das merkwürdige Verhalten des Ketchups und all die anderen Disighnerflüssigkeiten, die mittlerweise unser Leben bestimmen, haben mich physikalisch sehr interessiert, sodass es zu diesem Beitrag kam. Es freut mich, dass du dennoch dem Thema etwas abgewinnen konntest.
      Auch dir liebe Grüße, Joachim.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 3. März 2021, 09:29
  2. Zu denken, was sich alles im Kühlschrank abspielt, nachdem man Lebensmittel hineingestellt hat: Energieabgabe, Scherung, Reduktion durch Austrocknen, sich trennende Emulsionen, … ein Wunder, dass es dort so ruhig ist.
    Wieder mal ein fesselnder Artikel, Joachim, danke.

    Verfasst von Ule Rolff | 4. März 2021, 09:33
    • Vielen Dank! Man nimmt oft viele Dinge so hin. Das merkwürdige Verhalten von Ketchup hatte mich schon lange herausgefordert. Dabei ist mir aufgegangen, dass es noch viele weitere Flüssigkeiten im Haushalt gibt, die sich je nach „Behandlung“ ander verhalten.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 4. März 2021, 09:54
      • Und einmal darauf aufmerksam geworden, verändert man die Wahrnehmung dauerhaft … und hat damit viel Welt hinzugewonnen.

        Verfasst von Ule Rolff | 4. März 2021, 10:06
      • Ja, so sehe ich es auch. Durch Hinterfragen von scheinbaren Selbstverständlichkeiten sieht man manchmal vertraute Dinge wie zum ersten Mal.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 4. März 2021, 10:10

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  1. Pingback: Ketchup Is Not Just a Condiment: It Is Also a Non-Newtonian Fluid | Die Welt physikalisch gesehen - 27. April 2021

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