Het belang van kennis over kristallisatie

kristallisatie_Vakblad IJs 45-2019

Tijdens de Sigep heb ik mijn hart weer kunnen ophalen. De overvloed aan informatie die je daar kunt vinden, de inspiratie die je opdoet en al die nieuwsgierige ijsfanaten bij elkaar, maken er één groot ijsfeest van. Volop de gelegenheid om te proeven en nieuwe smaken te ontdekken. Het ijs is natuurlijk allemaal vers en in optimale conditie zou je zeggen, maar de kritische proever ontdekt toch de nodige verschillen.

Te stevig, te zacht, te koud of te plakkering, te grof van structuur, ik ben het allemaal tegengekomen op de beurs in Italië. Er zijn natuurlijk tal van oorzaken te benoemen die de beleving van ijs beïnvloeden en uiteindelijk maken of je het ijs lekker vindt of niet. Maar om die allemaal onder de loep te nemen lijkt mij wat overdreven. Toch kun je al een aantal afwijkingen herleiden naar de oorzaak, als je iets meer weet over hoe de structuur van ijs ontstaat en welke invloed je daarop kunt uitoefenen. Daarvoor gaan we deze keer eens wat dieper in op het ontstaan van die structuur en dan komen we al gauw uit bij de ijskristallen. Die vormen als het ware het skelet van het ijs. Dus: hoe ontstaan ijskristallen?

Het ontstaan van kristallen

Een ijskristal is de vaste vorm van zuiver water. We hebben het al eens gehad over de eigenschappen en de functie van water in het ijs, maar wat gebeurt er nu eigenlijk als het water bevriest en kunnen we op dit proces invloed uitoefenen? Daarvoor moeten we nog verder de diepte in en dan komen we uit bij de kleinste deeltjes die nog de eigenschappen van water hebben, de watermoleculen (H2O).

Zonder al te ingewikkeld te doen zijn er een paar dingen die je over moleculen moet weten:

  • Alles in en om ons heen is opgebouwd uit moleculen.
  • Een molecuul is het kleinste deeltje van een stof dat nog de eigenschappen heeft van die stof.
  • Moleculen zijn los van elkaar en bewegen altijd, waardoor er altijd ruimte is tussen de moleculen (de intermoleculaire ruimte).
  • De snelheid waarmee moleculen bewegen is afhankelijk van de fasen waarin de stof zich bevindt: vast, vloeibaar of gasvormig en is afhankelijk van de temperatuur.
  • Moleculen van eenzelfde stof hebben een onderlinge aantrekkingskracht. Naarmate de onderlinge afstand kleiner wordt, wordt de aantrekkingskracht groter (Vanderwaalskrachten).

Bij vaste stoffen is de beweging minimaal en zijn ze vaak netjes geordend, zodat er een vaste vorm ontstaat. Bij vloeibare stoffen rollen de moleculen over elkaar heen, is de massa vormloos en kan het alle kanten opvloeien. Wordt de beweeglijkheid nog groter, dan kunnen de moleculen zich losmaken uit de vloeistof en wordt het een gas.

Temperatuur speelt hierbij een belangrijke rol. Als de temperatuur daalt, wordt de beweeglijkheid minder, en hiermee de aantrekkingskracht onderling (de Vanderwaalskrachten) sterker. Water is hiervan een mooi voorbeeld. Watermoleculen bewegen bij 0°C nog maar heel weinig en komen daardoor heel dicht bij elkaar. De aantrekkingskracht is dan het grootst en er vormt zich een kristalrooster, het wordt een vaste stof, het water stolt of zoals wij dat noemen: het water bevriest. Komt de temperatuur boven 0°C dan wordt de bewegelijkheid groter: het ijs smelt en wordt weer vloeibaar. Verhogen we de temperatuur nog verder, dan wordt de bewegelijkheid groter en bij 100°C is het zo groot dat de moleculen zich losmaken van de vloeistof en worden ze een gas: waterdamp, het water kookt. Dit traject geldt voor de meeste stoffen, alleen de temperaturen zijn heel verschillend. Bij alcohol bijvoorbeeld ligt het stollingspunt op −114,4°C en het kookpunt op 78,37°C. Zo heeft ieder stof zijn eigen stollings- en kookpunt.

Soortelijke warmte

Naast het stollingspunt en kookpunt hebben we ook te maken met de soortelijke warmte van een stof. Soortelijke warmte is een maat voor energie die nodig is om 1 gram stof 1°C in temperatuur te doen stijgen. Dit wordt uitgedrukt in joules. Een ouderwetse aanduiding is calorie. Officieel gebruiken we die aanduiding niet meer, maar in de voedingswereld is het nog steeds een veelgebruikte term.

Ieder stof heeft een eigen soortelijke warmte (zie de tabel hieronder). De energie die nodig is om 1 gram water 1°C in temperatuur te laten stijgen, noemt men 1 calorie of beter natuurlijk, 4,18 joule. Andersom is het zo dat bij afkoeling dezelfde energie vrijkomt. Dit is herkenbaar als je tijdens het ijsdraaien het water uit de afvoerslag van de ijsmachine voelt. Dat is warm. Dit komt doordat de wand van de vriescilinder van de ijsmachine sterk wordt afgekoeld, waardoor de ijsmix er tegenaan bevriest. De warmte die hierbij vrijkomt wordt door de waterkoeling van de machine afgevoerd.

tabel ijskristallatie_Vakblad IJs 45-2019

Water heeft een vrij hoge soortelijke warmte, wat betekent dat er relatief veel energie nodig is om water op te warmen en er veel warmte vrijkomt bij het afkoelen. Daarop is bijvoorbeeld de werking van de verwarming gebaseerd. Daarnaast heeft water nog iets bijzonders. Bij het afkoelen van water tot 0˚C komt warmte vrij. Tijdens het bevriezen blijft de temperatuur steken op 0°C totdat alle vloeistof ijs is geworden. Als de temperatuur gelijk blijft bij het bevriezen, zou je zeggen dat er geen warmte vrijkomt, maar het tegenovergestelde is waar. Bij de overgang van water van 0°C naar ijs van 0°C, komt 80 keer meer energie vrij dan water 1°C in temperatuur te laten dalen. Bij het ontdooien gebeurt het tegenovergestelde en dat is waarom ijs bijzonder is en zo koud aanvoelt in de mond.

Snelheid en beweging

Kristallisatie is een proces dat behalve afkoeling een beetje hulp nodig heeft om op gang te komen. De vloeistof in beweging brengen is één van de methoden hiervoor. Dit heet nucleatie. De ijsmachine helpt hierbij. Het roerwerk slingert de mix tegen de wand van de ketel, waardoor de moleculen afkoelen en zich gaan schikken in een kristalrooster. De snelheid van bevriezen bepaalt de grootte van de ijskristallen: hoe sneller de snelheid van bevriezen, hoe meer nucleatie wordt bevorderd, en hoe groter het aantal kristallen van kleinere omvang er ontstaan. De capaciteit van de ijsmachine en de snelheid waarmee het roerwerk ronddraait, is dus bepalen voor de vorm van de ijskristallen.

kistallisatie_IJS 45-2019

Transport en opslag

Als het ijs uit de machine komt, is het vooral belangrijk om zo min mogelijk afsmelt te veroorzaken voordat het geconsumeerd wordt. Het uitdraaien moet zo snel mogelijk gebeuren en bij het transport en de opslag van het ijs moet een zo constant mogelijke temperatuur gehouden worden. Zo niet dan ontstaat door de temperatuurschommelingen afsmelt en aanvriezen van het ijs waardoor de structuur grover wordt.

kristallisatie_Vakblad IJs 45-2019

Tijdens het smelten verdwijnen eerst de kleine ijskristallen. Als het ijs dan weer wordt ingevroren, dan zullen de kristallen die er nog zijn verder groeien. Na ontdooien en herinvriezen is dus de grootte van de ijskristallen veranderd en is de structuur van het ijs anders.

Kristalgrootte en het mondgevoel

Het mondgevoel bepaalt uiteindelijk of we het ijs lekker vinden of niet. De kristalgrootte heeft daar grote invloed op. Kleine kristallen kunnen meer lucht insluiten dan grote kristallen, waardoor het ijs zacht en luchtig wordt. Grote ijskristallen kunnen minder lucht insluiten dan kleine waardoor de structuur grof en hard wordt.

ijskristallisatie

Het smeltgedrag en koudheid

IJs smelt het snelst aan de randen. Veel kleine kristallen hebben meer randen, dus bij elkaar een veel groter oppervlak dan grote. Een groter oppervlak geeft de mogelijkheid om sneller af te smelten. IJs met kleine kristallen zal vaker sneller smelten.

Door het smelten van het ijs verandert de temperatuur in de mond. Hierdoor voelt het koud aan. Hoe sneller ijs smelt, hoe kouder het in de mond wordt. IJs met kleine kristallen voelt dus vaak kouder.
Door het gebruik van hele lage temperatuur vormt het ijs heel snel heel veel kleine kristallen. Het bevat bijna geen lucht. Door de kleine kristallen smelten ze snel en voelen ze erg koud aan.

Conclusie

De manier hoe ijskristallen in ijs ontstaan en hoe je daarna met het ijs omgaat, is dus heel bepalend voor de kwaliteit van het ijs. Je hebt gezien dat het aantal ijskristallen dat ontstaat en de grootte ervan van grote invloed is op de beleving van het ijs bij het consumeren. En dat er een aantal factoren zijn die je zelf in de hand hebt om een zo goed mogelijk resultaat te bereiken:

  1. Als eerste natuurlijk een goed recept waarin de verhouding droge stof en water in de juiste balans zijn.
  2. Ten tweede een goede machine met de juiste capaciteit voor de hoeveelheid ijs die ermee gedraaid gaat worden met de juiste snelheid van het roerwerk die zo is in te regelen dat er voldoende lucht kan worden ingeslagen. En niet te vergeten de scherpe mesjes, zodat er zo klein mogelijke ijskristalletjes kunnen ontstaan.
  3. Als laatste natuurlijk de ijsbereider zelf, die zijn productieproces, opslag en transport van het begin tot het eind goed onder controle heeft. Fluctuatie in temperaturen zijn nu eenmaal funest voor de structuur van het ijs.

Veel succes met het optimaliseren van uw fantastisch mooie ambachtelijke ijs.

Jacques Vos
Manager IJscentrum

Lees ook
Nederlandse ijsmakers veroveren de Franse Auvergne

Nederlandse ijsmakers veroveren de Franse Auvergne

Vijf jaar geleden vertrokken Marc en Chantal met hun kinderen naar Frankrijk. Daar stortten ze zich, in het vulkanische gebergte van de Auvergne, op hun passie: ijs. Dankzij hun passie en doorzettingsvermogen krijgt hun Sancy Glaces-ijs een steeds grotere bekendheid.

Bakery Institute breidt aanbod ijscursussen uit

Bakery Institute breidt aanbod ijscursussen uit

Komend najaar breidt het Bakery Institute het cursusaanbod op het gebied van ijsbereiden uit. De plannen liggen er al langer. Bakery Institute heeft de ingrediënten voor ijsbereiders en de expertise al in huis. Zo zitten de cursussen ‘Delizioso Gelato’ en ‘IJstaarten’ al langer in het aanbod. Nu het IJscentrum in Wageningen stopt, wordt er vaart gezet...

IJssalon Florence behaalt derde plaats in Rome

IJssalon Florence behaalt derde plaats in Rome

Steff Janssen van IJssalon Florence in Nederweert heeft afgelopen weekend tijdens het Gelato Festival Next Generation 2019 in Rome de 3e plaats behaald. In het Villa Borghese park maakte hij zijn nieuwe smaak ‘apricot almond pie’, een abrikozenijs met huisgemaakte amandelkrokant en witte chocolade variegato.