Die Physik des Popcorns

Warum poppt und springt POpcorn-Mais beim Rösten? (thinkstock)

Egal ob süß oder salzig – Popcorn ist ein echter Klassiker. Der gepuffte Mais erfreut sich auch bei uns längst großer Beliebtheit. Was physikalisch beim Poppen des Maiskorns geschieht, haben nun französische Forscher mit Mikrophon und Highspeed-Kamera untersucht. Sie klärten dabei unter anderem, warum das Popcorn im Topf springt und woher das typische "Pop"-Geräusch der Körner kommt.

"Popcorn macht schon beim Herstellen Spaß, denn es springt im Topf herum und macht ein Pop-Geräusch", sagen Emmanuel Virot von der Ècole Polytechnique in Palaiseau und Alexandre Ponomarenko von der Universität Grenoble. Was dabei im Groben passiert, ist schon länger bekannt: Durch die Hitze wird das im Maiskorn enthaltene Wasser gasförmig und dehnt sich aus. Dadurch steigt der Druck im Inneren an, bis die feste Kornhülle platzt. Das Popcorn gibt ein lautes "Pop"-Geräusch von sich und springt im Topf in die Höhe. Währenddessen dehnt sich die vom Wasserdampf aufgeblähte Maisstärke weiter aus und bildet die schaumstoffartige Masse des fertigen Popcorns. Soweit, so bekannt. "Aber unseres Wissens nach wurden die physikalischen Ursachen dieser beobachteten Phänomene bisher nicht näher beschrieben", so die Forscher. Sie haben dies nun nachgeholt, indem sie Popcorn auf einer heißen Platte "poppten" und dabei unter anderem mit einer Hochgeschwindigkeits-Kamera filmten.

Wie sich zeigte, gibt es für das Mais-Poppen eine relativ scharfe Temperatur-Schwelle: Während bei 170°C nur rund ein Drittel der Körner aufplatzt, sind dies bei 180°C so gut wie alle. Die kritische Grenze muss daher nahe an 180°C liegen und ziemlich schmal sein – deshalb poppen die Körner in einem Topf auch fast alle gleichzeitig, wie die Forscher erklären. Der Grund für diese relativ enge Schwelle liegt im Verhalten des Wassers, wie ihre Messungen nahelegten. Denn von den 20 Milligramm Wasser, die ein durchschnittliches Maiskorn enthält, ist selbst kurz vor dem Platzen der größte Teil noch flüssig. Nur rund ein Milligramm befindet sich dann schon in der Dampfphase. Das ändert sich bei Erreichen der Schwellentemperatur schlagartig und sorgt für einen enormen Dampfdruck – das Korn wird davon förmlich aufgesprengt. Dabei vergrößert es sein Volumen um das Doppelte und verringert gleichzeitig seine Dichte um das Achtfachte.

Ein Bein aus Stärke und ein Druck-"Pop"

Warum aber springt das Popcorn beim Platzen in die Höhe? Bisher nahm man an, dass dies vor allem durch den ausschießenden Dampf geschieht. Doch die Hochgeschwindigkeits-Aufnahmen von Virot und Ponomarenko enthüllen einen anderen Mechanismus: "Nach dem Aufreißen der Hülle und dem Beginn der Stärke-Expansion beobachten wir die Bildung eines 'Beins' ", berichten die Forscher. Dieser Stärke-Vorsprung seitlich an der Unterseite des Korns wird anfangs vom Gewicht des Korns zusammengedrückt. Sekundenbruchteile später aber gewinnt der Druck im Bein plötzlich überhand und es katapultiert das gesamte Korn in die Höhe. "Das Popcorn hat bei seinem Erhitzen thermische und elastische Energie in seinem Inneren gespeichert, die nun teilweise in der kinetischen Energie dieses 'Beins' frei wird. Immerhin beschleunigt dieser Prozess das Maiskorn auf rund 200 Meter pro Sekunden, wie die Messungen ergaben.

Bisher war auch unklar, wodurch das Pop-Geräusch des Popcorns verursacht wird. Um das herauszufinden, zeichneten sie die Geräuschkulisse beim Popcorn-Machen mit einem sensiblen Spezialmikrophon auf. Anhand dieser Tonspur glichen sie den Zeitpunkt des "Pop" mit dem in den Hochgeschwindigkeits-Aufnahmen sichtbaren Geschehen ab. Das Ergebnis: Das Pop-Geräusch kommt weder vom Platzen der Hülle, wie oft angenommen, noch wird es vom Abstoßen des Korns vom Topfboden verursacht. Stattdessen löst die explosionsartige Freisetzung von Wasserdampf aus dem Maiskorn dieses Geräusch aus: "Genauer gesagt regt der plötzliche Druckabfall im Korn die dortigen Hohlräume an wie bei einem akustischen Resonator", so Virot und Ponomarenko. Ein ähnlicher Effekt sei auch bei Vulkanausbrüchen oder dem Knallen eines Champagnerkorkens zu beobachten.

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