Schneephysiker Martin Schneebeli im Kältelabor des WSL-Instituts ...

Schneephysiker Martin Schneebeli
im Kältelabor des WSL-Instituts
für Schnee- und Lawinenforschung
in Davos.

LAWINENFORSCHER
SIND SUPER-GLACE
AUF DER SPUR
Ein bekanntes Problem: Temperaturschwankungen
setzen der Glace zu. Sie schmeckt spröde und verliert
an Geschmeidigkeit. Nestlé geht der Sache auf den
Grund und spannt mit dem Institut für Schnee- und
Lawinenforschung (SLF) zusammen. Aber was haben
Schnee und Glace überhaupt gemeinsam?
Mit immer neuen saisonalen oder
exotischen Aromen kämpfen die
Big-Player im Schweizer Glacemarkt
um die Gunst der Gastronomen.
Nestlé spielt dabei mit, arbeitet aber neu
mit Wissenschaftlern zusammen, um
endlich ein Problem zu lösen, dass der Industrie
seit Jahren Kopfzerbrechen bereitet.
Es geht um Folgendes: Glace, mindestens
einmal kurz aufgetaut und wieder
gefroren, verliert ihren cremigen Geschmack.
Ihre Textur wird grob und zäh.
Nun könnte man, wie bis anhin, weiter
darauf pochen, dass beispielsweise die
Kühlkette nie und nimmer unterbrochen
werden dürfe. Die Realität ist jedoch –
und daran wird sich auch kaum etwas ändern
– eine andere. Glace bleibt – auch bei
grösster Vorsicht seitens der Gastronomen
– bei Lagerung und Verkauf leichten
Temperaturschwankungen unterworfen.
Wie also muss die Glace beschaffen sein,
die an Geschmack und Cremigkeit nicht
verliert, auch wennsie kurzaufgetaut und
wieder tiefgekühlt worden ist?
Nestlé geht derzeit dieser Frage nach
und sucht nach einer Antwort. Mit welchem
Erfolg – darüber hüllt sich das Unternehmen,
dem die Marken Frisco und
Mövenpick Ice Cream gehören, in Schwei-
Text: Jörg Ruppelt
Fotos: Barbara Kern, SLF
gen. Wann die perfekte Glace auf den
Markt kommt, ist also ungewiss. Was
bis anhin durchsickerte, ist lediglich die
Nachricht, dass Nestlé mit Wissenschaftlern
des Schweizer Instituts für Schneeund
Lawinenforschung zusammenspannt,
um eine Lösung des Problems zu
finden. «Die Glace wird zum Forschungsobjekt»,
meldete Ende März die Pendlerzeitung
20minuten und sorgte sowohl
bei der Leserschaft als auch bei der Industriekonkurrenz
für grosses Staunen. Was
haben Schneeforscher und Glaceproduzenten
gemeinsam? «Vieles», sagt Julia
Wessels, Leiterin Kommunikation im Institut
für Schnee- und Lawinenforschung,
auf Anfrage des Hotellerie et Gastronomie
Magazins.
Sie lädt uns nach Davos ein, dem Sitz
des Instituts, um dort Schneephysiker
Martin Schneebeli zu treffen. Auf unsere
Frage, wie er und Nestlé die Glace der
Zukunft kreieren wollen, muss der Wissenschaftler
schmunzeln. «Wir machen
sie nicht besser. Das kann ich gar nicht»,
antwortet er. «Mein Forschungsauftrag
– 23 –
besteht lediglich darin, die Struktur der
Glace sichtbar zu machen.» Eine Aufgabe,
die Nestlé allein aufgrund fehlender
technischer Möglichkeiten nicht lösen
konnte.
Martin Schneebeli führt uns in ein
Kältelabor, einen zwei mal drei Meter
kleinen Raum, in dem permanent Temperaturen
um die minus 20 Grad Celsius
herrschen. Auf dem Weg vom Büro
in die arktische Kältekammer erklärt er
die Gemeinsamkeiten von Schnee und
Glace und gibt eine erste Antwort, weshalb
ein Lawinenforscher Eiscreme unter
die Lupe nimmt. «Schnee besteht aus
Eis und Luft. Die Festigkeit verändert
sich im Laufe der Zeit. Glace setzt sich
aus Eis, Luft und Zuckerlösung zusammen.
Hier verändert sich der Geschmack
mit der Zeit. Eis-Festigkeit und Glace-Geschmack
werden also durch die gleiche
Physik bestimmt.»
Zur Untersuchung der Strukur und
der Phasen von Glace während der Lagerung
nutzt Forscher Martin Schneebeli
die Technologie der In-situ-Röntgentomografie.
Dabei verwendet er einen
Mikrocomputertomografen, der
im Kältelabor steht. Das Gerät wird
von den Lawinenwissenschaftlern bereits
seit zehn Jahren in der Schneeforschung
eingesetzt. Entwickelt wurde die
eine halbe Million teure Technik einst
für die Medizin, speziell für die Messung
des Calzit-Gehalts in Knochen, was bei
Osteoporose-Abklärungen von unschätzbarem
Wert ist. Statt Knochen durchleuchtet
Martin Schneebeli also Eis und
Glace.
Was der Lawinenforscher im Kältelabor
dabei ans Tageslicht brachte, veröffentlichten
er und sein Team im Februar
dieses Jahres in der wissenschaft- weiter

Dreidimensionale Darstellung der
Luftbläschen (braun) in der Glace
im Mikrocomputertomografen
nach mehreren Schmelz- und
Gefrierzyklen.
lichen Fachpublikation Soft Matter. «Uns
ist es als erste gelungen, erst einmal die
drei Phasen Luft, Eiskristalle und Zuckerlösung
bildlich darzustellen, auseinanderzunehmen
und deren Grössen zu
bestimmen. Wir verwendeten dabei eine
Modell-Glace, die mit Jod versetzt wurde.
Nach mehreren Wärmeschocks, bei
denen sich die Temperatur um bis zu fünf
Grad jeweils veränderte, zeichnete der
Tomograf auf, wie die Luftblasen grösser
wurden und die kleinen Eiskristalle sich
zu langen Nadeln verbanden. Da Luftblasen
und Eiskristalle für die Mechanik
im Eis verantwortlich sind, ist das auf
der Zunge spürbar. Geschmacklich ist die
Glace sandiger.» Das Team von Martin
Schneebeli konnte also zeigen, dass das
Kristallwachstum am stärksten von den
Schwingungen des Temperaturzyklusses
beeinflusst wurde, wobei die Vergröberung
der Luftbläschen von der Dauer des
Wärmezyklusses abhing. Durch das Aufwärmen
wurde ausserdem der Anteil der
Zuckerlösung in der Glace grösser. Die
Glace schmeckte zuckriger.
Im Grunde dreht sich also alles um die
Zuckerlösung. Sie und der Eiweissanteil
in der Glace verändern den Gefrier- beziehungsweise
Schmelzpunkt. Woran
Nestlé «schrauben» wird, so vermutet der
Lawinenforscher, ist das Verhältnis von
Zuckerlösung zu Eis.
Nach den Worten von Martin Schneebeli
setzt Nestlé die Untersuchungen nun
mit dem Paul-Scherrer-Institut in Villigen
fort. Dort will man mit Hilfe modernster
Phasenkontrast-Tomografie die
einzelnen Substanzen wie Eis, Zucker
und Fett noch deutlicher darstellen. Auf
das Ergebnis, vor allem aber auf die Auswirkungen
auf die Geschmeidigkeit der
Glace darfman gespannt sein. X
Hintergrundwissen:
Das Material Schnee
Schnee ist ein poröses Material aus Eis und Luft, das sich unter äusseren
Einflüssen ständig verändert. Die Wissenschaft hält selbst für poröse
Materialien mit unveränderlicher Mikrostruktur nur in begrenztem
Masse Theorien zu den mechanischen und thermischen Eigenschaften
bereit. Für die Beschreibung der Mikrostruktur von Schnee werden daher
besondere experimentelle und theoretische Konzepte benötigt – nur so
können Fortschritte in der Lawinenvorhersage und Klimaforschung erzielt
werden. Jeder in den Wolken gewachsene Eiskristall hat an sich schon
eine einzigartige Form. Werden die Kristalle während des Schneefalls
unregelmässig auf dem Boden angehäuft, entsteht ein sehr komplexes
Material. Am Anfang ist dies in der Regel puderartig, aber innerhalb kurzer
Zeit wachsen die Eiskristalle an ihren Berührungspunkten zusammen und
bilden so eine zusammenhängende, poröse Struktur, einen «Schaum
aus Eis». Diese Struktur bleibt jedoch keineswegs erhalten. Je nach
Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Wind und Strahlung verändert
sie sich weiter.
Eine sehr langsame Veränderung der Schneestruktur findet statt, wenn der
Schnee eine konstante Umgebungstemperatur hat. Die Schneemetamorphose
(Umwandlung der Schneekristalle) wird dabei lediglich durch das
physikalische Prinzip der Energieminimierung angetrieben: Die zu Beginn
stark verästelten Schneekristalle «versuchen» eine energieärmere Form zu
erhalten, in dem sie sich in gröbere, rundlichere Kristalle mit einer kleineren
Oberfläche verwandeln. Solche konstanten Temperaturbedingungen
findet man vor allem in den tiefen Schichten einer polaren Schneedecke.
In den oberflächennahen Schichten der saisonalen, alpinen Schneedecke
sind es vor allem räumliche Temperaturunterschiede, die zu einer deutlich
schnelleren Strukturänderung der Kristalle führen.
Die physikalischen Eigenschaften des Schnees wie Wärmeleitfähigkeit
oder Festigkeit hängen letztlich von der Struktur des Netzwerks ab, in dem
die Eiskristalle angeordnet sind. Diese dreidimensionale Struktur lässt sich
mittels Computertomografie eindeutig rekonstruieren,
ähnlich wie damit in der Medizin auch Knochen und Gewebe untersucht
werden.
In der Natur wirken verschiedene Einflüsse gleichzeitig auf die Dynamik
des Schnees ein und lassen sich nicht immer klar trennen. Deshalb werden
im Labor einzelne Aspekte separat untersucht, um so Schritt für Schritt
weitere Puzzleteile der mechanischen und thermischen Eigenschaften
von Schnee zu identifizieren. So trägt die Schneephysik stufenweise zum
nachhaltigen Fortschritt in Lawinenvorhersage, Wintersportindustrie und
Klimaforschung bei. www.slf.ch
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