Julekakekjemi – og litt fysikk

Sirupssnipp, tysk skive og gløgg. Foto: Naturlegvis/Erlend Krumsvik

Kjemiske hevemidler

I motsetning til gjær som er en levende organisme, er de andre hevemidlene kjemiske stoffer som reagerer. Den levende gjæren bruker sukker til å produsere CO₂ og har dermed et vesentlig innslag av biologi. Baking med andre hevemidler er derimot hovedsaklig et spørsmål om fysikk og kjemi. De tre hevemidlene vi vanligvis bruker i julebaksten er bakepulver, natron og hornsalt (hjortetakksalt). Kort fortalt blir det dannet gass når disse hevemidlene virker. Denne gassen danner bobler som utvider seg slik at røren eller deigen blåser seg opp og rekker å bli porøs før den stivner. På linje med madrassene enkelte av oss sover på, er kaker og brød fast skum!

Natron

Har du lagt merke til at oppskrifter med natron ofte inneholder surmelk, mens de med bakepulver har vanlig melk eller vann? Natron er et trivialnavn, et navn som er mer historisk betinget enn kjemisk (andre typiske trivialnavn er tresprit for metanol, sprit for etanol og kullsyre for karbondioksid). På kjemispråket kalles stoffet natriumhydrogenkarbonat eller natriumbikarbonat, men ofte brukes bare bikarbonat. Den kjemiske formelen er NaHCO₃. Når det løser seg i vann, kan bikarbonationet (HCO₃^-) reagere med en syre og det blir dannet karbonsyre, som igjen blir til vann og CO₂-gass. Denne gassen gjør at kakene hever seg. Natriumionene, Na⁺, deltar ikke i reaksjonen. Reaksjonen går under navnet karbonatlikevekten. Det er faktisk det samme som skjer når du legger en sitronskive i colaglasset, og karbondioksidgass, kullsyre, bobler ut (reaksjon 1).

Reaksjon 1. Bikarbonat reagerer med syre og danner karbonsyre. Karbonsyre spaltes så i karbondioksidgass og vann.

Mange oppskrifter med natron inneholder surmelk, og denne inneholder melkesyre. Dersom du bytter ut surmelken med vanlig melk, vil kakene heve seg mindre fordi bikarbonaten ikke har denne syren å reagere med. Baksten blir samtidig litt mer basisk (reaksjon 2), og det kan påvirke både farge, smak og konsistens. Ren natron vil avgi litt CO₂ slik at kakene hever seg noe, men det blir igjen en rest av natriumkarbonat (Na₂CO₃). Dette er ikke skadelig, men gir en bitter og såpeaktig bismak. Prøv å smake på natron neste gang du baker: salt, bittert og såpeaktig. Eksempler på kaker med både natron og syre er lapper/sveler og tykke lefser (kan ha mange navn, ett av dem er tjukklefser).

Reaksjon 2a. Oppløst bikarbonat reagerer med vann. Det dannes karbonsyre og hydroksidioner. Sistnevnte gjør løsningen basisk.

Det finnes oppskrifter hvor du faktisk skal tilsette natron uten at det er syre til stede. Én forklaring er at oppskrifter i generasjoner har gått fra munn til munn, og at enkelte ikke har vært så nøye med å følge dem til punkt og prikke, eller søkt forklaringer på hvorfor de er nettopp slik. Men dette kan også ha en kjemisk forklaring. De oppskriftene som kun ber om natron er ofte tynne, mørke kaker med sterk smak. I mat som blir brun når den stekes slik som kjøtt, brød og kaker, foregår det kjemiske bruningsreaksjoner mellom proteiner og sukker, Maillard-reaksjoner. Disse reaksjonene går raskere i basisk miljø enn i surt eller nøytralt. Kaker av deig/røre som har pH i det basiske området blir derfor raskere brune og får en mer markant stekt eller nøtteaktig smak. Fordi det blir igjen en rest av karbonat i kakene må de ha sterk smak slik at bismaken ikke merkes. Sirup inneholder imidlertid noe syre, og mange slike kaker skal nettopp ha sirup. Dermed får natron litt hjelp på veien også i disse kakene, slik som i brune pinner og enkelte pepperkaker.

Bakepulver

Sammenlignet med natron er bakepulver en ny oppfinnelse. Det ble funnet opp i Amerika og kom til Europa på 1840-tallet. Mange kakeoppskrifter er eldre enn dette, men etter bakepulverets inntog ble nok mange oppskrifter revidert. Natron og surmelk kunne byttes ut med bakepulver som var enklere i bruk, ga jevnere resultat, og man kunne nå lage myke vafler på vann eller vanlig melk. Hevemiddelet i bakepulver er likevel natron, men dagens bakepulver inneholder i tillegg to syrer, natriumdifosfat (Na₂H₂P₂O₇) og monokalsiumfosfat (Ca(H₂PO₄)₂). Bakepulver er en alt-i-ett-pakke der mengden syre er tilpasset mengden natron. Disse syrene er faste stoffer og reagerer ikke med bikarbonaten før de kommer i kontakt med vann. Den ene syren reagerer ved romtemperatur, mens den andre ikke løser seg opp og reagerer før kakene kommer i ovnen. Bakepulveret reagerer i to trinn, mens natron begynner å reagere med syren/surmelken med det samme. Bakepulver kan dermed tåle å stå i romtemperatur uten at all piffen går ut med det samme. I tillegg er bakepulver tilsatt fyllstoff som rismel eller maismel for å unngå klumper og for at det skal være enklere å måle opp.

Hornsalt/hjortetakksalt

Hornsalt har det kjemiske navnet ammoniumbikarbonat og formel (NH₄)(HCO₃). Som natron er hornsalt et gammelt hevemiddel. Ser du nøye på formelen ser du at siste del er identisk med tilsvarende del i natron, men natriumionet (Na⁺) er byttet ut med ammonium (NH₄⁺). Når hornsalt varmes opp til ca. 60 °C spalter stoffet seg i tre gasser: karbondioksidgass, vanndamp og ammoniakkgass (NH₃), se reaksjon 3.

Reaksjon 3. Fast hornsalt/ammoniumbikarbonat spaltes i karbondioksidgass, vanndamp og ammoniakkgass. Reaksjonen går ved oppvarming og trenger ikke vann/løsemiddel. Hornsalt eller hjortetakksalt. Foto: Erik Fooladi

Hornsaltet forsvinner bokstavelig talt i løse lufta når kakene stekes. Men gassene kan løfte med seg litt av deigen på vei opp, eller de kan etterlate seg mange små hull som gjør kakene ekstra sprø. Prøv å legge en liten klype hornsalt på kokeplata og skru opp temperaturen. Stoffet forsvinner og det lukter salmiakk. Her ligger grunnen til at hornsalt kommer i tette plastbokser, ellers ville alt sammen over tid forsvunnet i løse lufta, det sublimerer.

Ammoniakk har en sterk og stikkende lukt, det samme stoffet du kan lukte i salmiakk. Derfor brukes hornsalt i flate kaker som skal steke ved relativt høy temperatur til de blir helt tørre. Du ender opp med salmiakklukt i kjøkkenet, men ikke i kakene. Sirupssnipper og serinakaker er to eksempler på julekaker som inneholder hornsalt. Enkelte oppskrifter på lapper og sveler inneholder hornsalt og disse vil kunne lukte litt salmiakk, særlig når de er nystekt.

Det fjerde hevemiddelet hviler på fysikken

I noen kakeoppskrifter er det tilsynelatende ingen hevemidler i det hele tatt. Noen blir paddeflate og harde, mens andre kan nå de helt store høydene og bli fjærlette og luftige. Forklaringen ligger i fysikken og hemmeligheten ligger i teknikken. Gasser utvider seg når de blir oppvarmet og trekker seg sammen når de blir avkjølt. I kaker uten hevemidler skal du gjerne piske eggedosis eller piske smør og sukker til det blir hvitt. Når du pisker, lager du mange små bobler omgitt av kakerøre. Mel og andre ingredienser skal blandes forsiktig inn i røren for ikke å ødelegge boblene.

Når kakene kommer i ovnen og temperaturen i deigen øker fra romtemperatur til 60 °C, vil volumet i boblene øke med ca. 20 % før deigen rekker å stivne. En enda større heveeffekt er det imidlertid når vann fordamper. En kakerøre eller marengs inneholder en del vann, for eksempel fra tilsatt melk eller egg. Når flytende vann blir til vanndamp øker volumet med en faktor på 1300! Dersom deigen eller røren har en struktur med mange små luftbobler fordi du har pisket sukker og smør, eller eggedosis, er dette en god start for å få et luftig resultat. Det skyldes at vannet kan fordampe og utvide boblene. Kaker av denne typen skal ofte stå nederst i ovnen slik at vannet i bunnen av kaken fordamper først. Boblene som utvider seg hever kaken nedenfra, før den øvre delen rekker å stivne. En julekake som helt og holdent baserer seg på fysikkens lover når den hever, er kokstopper.

Ikke alt er systematisk

Det kan dukke opp mange spørsmål når vi begynner å eksperimentere med julekakene. Spørsmål som «Hvorfor det er hornsalt i enkelte kaker, natron i andre, og bakepulver i atter andre?», «Hvorfor ber noen oppskrifter om både bakepulver og natron?» og «Blir kakene enda luftigere dersom jeg bruker ekstra mye hevemiddel?».

Kakeoppskrifter er ofte gammel dokumentasjon som bygger på tradisjoner, prøving og feiling, muntlig overlevering, og kanskje til og med litt overtro. Vi adopterer gjerne mormor sine oppskrifter uten å tenke over hvorfor de er nettopp slik som de er.

Dersom du sammenligner oppskrifter på ulike småkaker kommer det fram et mønster. Oppskrifter med natron uten syre er nesten uten unntak mørke, smakssterke kaker som sirupssnipper og pepperkaker. Oppskrifter med natron og syre er gjerne flate, myke kaker, slik som lapper og de vestlandske svelene. I småkaker som er lyse i fargen og milde på smak er det ofte bakepulver, innpisket luft eller hornsalt.

Her er en oversikt over hevemidler i ulike kaker.

Du kan sortere etter kakesort, ulike ingredienser, konsistens, kilde osv. og på den måten sammenligne kaketyper eller ulike oppskrifter på samme kake.

I tillegg til kjemien og fysikken, kan det være mange andre årsaker til hvorfor en kake blir «vellykket» eller «mislykket». Uansett om målet er velsmakende kaker, høye kaker, sprø kaker eller lyse kaker, mener jeg at alle resultater kan være interessante, uavhengig av utfall. Dersom du er nysgjerrig kan «mislykket» være et enda bedre utgangspunkt for læring enn «vellykket».

Noen tommelfingerregler

• Myke kaker: Bruk natron pluss en syre (surmelk, juice el.), alternativt bakepulver uten ekstra syre
• Ekstra brune kaker: Bruk ekstra natron i forhold til syre, eller ikke syre i det hele tatt. Kakene bør da ha sterk smak som maskerer smaken av natriumkarbonat. Hornsalt kan også fungere, men vil kunne gi mange små hull omgitt av mørke flekker
• Ekstra luftige og porøse kaker: Ikke ta snarveier i pisking av eggedosis eller sukker og smør. Hornsalt vil også kunne fungere, fordi det gir kaker med mange små hull
• Smuldrete kaker: Surt miljø, elting eller pisking av deig og røre fremmer dannelse av gluten og gir derfor seigere kaker (det er gluten som gjør at brøddeig blir elastisk og at brødet dermed ikke blir smuldrete). Skal du unngå seige kaker, må du unngå gluten, og en metode er å smuldre smøret i melet. Som hevemiddel er natron eller hornsalt å foretrekke framfor bakepulver. Alternativt kan man droppe hevemiddel dersom det er tillatelig. I alle tilfeller er det viktig å oppbevare kakene tørt.
  

Sammenligning av hevemidler –– et eksperiment

To typer kaker ble laget: tyske skiver og sirupssnipper. Valget falt på disse fordi det eksisterer oppskrifter med alle hevemidlene for begge disse kaketypene. Det ble tatt utgangspunkt i én generell oppskrift for hver av kakene, og hevemiddelet ble variert. Resultatet kan du se i de to videoene og lese i tabellen nedenfor. Det ble også gjennomført en blindprøve av hver kaketype, dvs. at kaken ble laget på samme måte men uten hevemiddel. Tyske skiver ble i tillegg laget ved å piske smør og sukker (piske inn luft), noe som ikke var relevant for sirupssnippene siden sukkeret her skulle varmes opp i gryte sammen med sirup og krydder.

Tyske skiver

Tyske skiver. Foto: Naturlegvis/Erlend Krumsvik

Grunnoppskrift på mørdeig, gir ca. 40 stk.

100 g sukker eller melis
200 g smør eller margarin, romtemperert
300 g hvetemel
1 egg
Eventuelt hevemiddel (se nedenfor)

Fremgangsmåte:

1. Ha hvetemel og evt. hevemiddel i en bolle
2. Smuldre smør/margarin i melet. Bland så i sukker
3. Sett deigen i kjøleskap ½-1 time
4. Tilsett egget og elt til en smidig deig
5. Trill pølser med en diameter 4-5 cm
6. Skjær opp i ½ cm tykke skiver med en skarp kniv uten tenner
7. Legg skivene på plate med bakepapir
8. Stek ved 175 °C i 10 minutter på midterste rille

Bruk av ulike hevemidler (blandes i melet):

• Ikke noe hevemiddel
• Natron: ¼ ts
• Hornsalt: ½ ts
• Bakepulver: 1 ts
• Luft: Ikke tilsett noe hevemiddel. Pisk sukker og smør/margarin hvitt. Bland i resten, forsøk å ikke bearbeide deigen alt for mye (en del bearbeiding er uunngåelig).

Referanse: Mal på oppskrift hentet fra Rustøy Hansen, H.-E., Johnsen, R. og Rognhaugen, O. R. (2006). Råstoffer og produksjon – Vg1 Restaurant- og matfag. Gyldendal

Sirupssnipper

Gir ca. 40 stk.

200 g sirup
100 g smør/margarin
100 g sukker
½ ts nellik
¼ ts pepper
1 ts kanel
250 g hvetemel
Ca. 100 g skåldete mandler

Fremgangsmåte

1. Kok opp smør, sukker, sirup og krydder
2. Avkjøl til blandingen er romtemperert og rør inn mel iblandet evt. hevemiddel
3. Sett på kaldt vannbad eller i kjøleskap til deigen er hard nok til å kjevle ut
4. Del deigen i to og kjevle ut med en gang til en tynn leiv
5. Skjær ut snipper med kakehjul.
6. Bruk en tynn, myk stekespade og flytt kakene til plate med bakepapir. Løft i stedet for å dra, da holder fasongen seg bedre.
7. Legg en halv mandel midt på snippen
8. Stek ved 180 °C i 8 minutter på midterste rille (til lys brune, men pass på, blir lett brent).

Bruk av ulike hevemidler (blandes i melet):

• Ikke noe hevemiddel
• Natron: ¼ ts
• Hornsalt: ½ ts
• Bakepulver: 1 ts

Referanse: Mal på oppskrift hentet fra Kongsvik, Å., Støfringsdal, K., Brunstad-Øyehaug, H. m.fl. (2005). Ta kaka, Selja forlag

Sirupssnipper med ulike hevemiddel. Fra toppen: bakepulver, hornsalt, natron, blindprøve (uten hevemiddel). Foto: Naturlegvis/Erlend Krumsvik

Noen spørsmål og svar (FAQ)

Hvorfor det er hornsalt i enkelte kaker og natron i andre?

Jeg har ikke funnet entydige svar på dette, men har noen hypoteser basert på litteratur og egen eksperimentering:

• Hornsalt er egnet til kaker med relativt tørre deiger fordi det ikke trenger å løses i vann for å avgi gass, noe som er nødvendig for at natron skal fungere godt. Dersom kakene skal være sprø er det greit å unngå bruk av vann (og ikke minst elting) fordi faren da er mindre for at det dannes gluten og kakene blir seige.
• Hornsalt krever ikke en syre for å produsere gass. Det egnet seg tradisjonelt bedre for kaker som ikke skulle ha syre eller surmelk.
• Natron krever en syre dersom en skal unngå brunere kaker med rest av karbonat som gir bitter, såpeaktig bismak. Dette kan en tåle dersom kakene skal være mørke og er smakssterke slik at bismaken maskeres.
• Hornsalt gir ekstra sprø og porøse kaker. Det kan tenkes at gassboblene som dannes i den nesten tørre deigen perforerer kakene med massevis av små hull og at dette er en viktig årsak til denne konsistensen (se eksperimentene).

Uansett om kakene er sprø når du har bakt dem blir de seige dersom de blir utsatt for fuktighet. Hvis du vil ha sprø kaker er det avgjørende at de oppbevares tørt, gjerne i en tett lukket boks.

Kaker med bakepulver, da?

Bakepulver gir markant mindre basisk deig og derfor ofte myke kaker sammenlignet med natron og hornsalt. De blir av samme grunn ofte lysere i fargen og får mindre av den nøtteaktige stekesmaken enn kaker bakt med natron eller hornsalt (se eksperimentene).

Noen oppskrifter ber om både bakepulver og natron. Hvorfor?

Dette kan ha to årsaker. Dersom røren inneholder en syre vil denne reagere med natron fra bakepulveret. Ved å bruke litt ekstra natron vil dette nøytralisere syren og bakepulveret får «være i fred». Dersom man ønsker brune kaker vil natron speede opp Maillard-reaksjonen fordi røren blir basisk. Lett basisk deig bremser også glutendannelse, og en kan unngå seige kaker.

Hva med bakepulver i tillegg til gjær i enkelte bolleoppskrifter?

Dette kan absolutt ha noe for seg. Først og fremst fordi gjæren arbeider langsommere i søte deiger og derfor kan trenge litt hjelp. I tillegg vil bakepulveret gi økt heveeffekt etter at bollene er kommet i ovnen slik at de blir ekstra luftige og lette.

Blir kakene enda luftigere dersom jeg bruker ekstra mye hevemiddel?

Ikke nødvendigvis. Mye hevemiddel gir store bobler som flyter til topps og går i stykker. I tillegg kan kaken heve seg for mye, og for tidlig. Skumstrukturen blir da for svak og klarer ikke å holde seg oppe, og kakene faller sammen under steking.

Generelle mengdeforhold

Dersom du skal erstatte ett hevemiddel med et annet:

1 ts bakepulver = ½ ts hornsalt = ¼ ts natron (trenger syre)

Mengde syre for å nøytralisere natron:

½ ts natron (2 g) ↔ 2,4-2,5 dl surmelk eller 1 ts sitronsaft/eddik

Mengde bakepulver til mengde mel:

1 ts bakepulver ↔ 2,5 dl (150 g) hvetemel

Omregningsfaktorer mellom volum og masse

Hvetemel 100 ml ≈ 60 g
Sukker 100 ml ≈ 90 g
Margarin/smør 100 ml ≈ 90 g
(både fast og smeltet) 1 ss (15 ml) ≈ 13,5 g
Natron* ¼ ts ≈ 1,5 g
Hornsalt* ½ ts ≈ 2,1 g

* Beregnet ved oppmåling/veiing av fem paralleller

Kilder og litteratur

• Belitz, Grosch og Schieberle: Food Chemistry (3. utg.). Berlin: Springer 2004.
• Brunstad-Øyehaug, Konsvik og Støfringsdal: Ta kaka. Førde: Selja forlag 2005.
• Corriher, S.: Cookwise - The Hows and Whys of Successful Cooking. New York: William Morrow 1997.
• Gardiner og Wilson: The Inquisitive Cook. New York: Henry Holt & co 1998.
• McGee, H.: McGee on Food and Cooking – An Encyclopedia of Kitchen Science, History and Culture. London: Hodder and Stoughton 2004.
• Olver, L.: The Food Timeline. http://foodtimeline.org. Sist besøkt 11. desember 2008.
• Robuchon, J. (red.): Larousse Gastronomique. London: Hamlyn 2001.