Was macht Schokolade zartschmelzend? Warum ist Kakaobutter so besonders? Und was hat das alles mit Forschung zu tun?
Dr. Isabell Rothkopf vom Fraunhofer IVV gibt uns Einblicke in eine Welt, die man beim Naschen selten sieht – und zeigt, dass Schokolade viele spannende Seiten hat.
Kakaobutter ist mehr als nur Fett
Frage: Hallo Frau Dr. Rothkopf, schön, dass Sie sich heute Zeit für uns nehmen. Könnten Sie sich kurz vorstellen und erzählen, woran Sie forschen?
Antwort: Ich bin Wissenschaftlerin am Fraunhofer IVV in der Abteilung Verfahrensentwicklung Lebensmittel. Meine Forschung begann mit meiner Doktorarbeit, in der ich mich mit Fettreif auf gefüllten Schokoladen beschäftigte (Fettreif ist eine Kristallbildung auf der Oberfläche der Schokolade). Seitdem habe ich meinen Schwerpunkt weiter auf die Schokoladenforschung ausgedehnt. Seit dem Jahr 2017 befasse ich mich mit allen Aspekten rund um Schokolade und Kakao – vom Anbau über die Verarbeitung und Nutzung von Nebenströmen bis hin zur Prozessdigitalisierung sowie der Aromaentwicklung und Sensorik von Schokoladenprodukten. Dabei arbeite ich mit einem interdisziplinären Team von Expertinnen und Experten aus verschiedenen Bereichen zusammen. Mein persönliches Spezialgebiet sind nach wie vor die technologischen Aspekte der Verarbeitung sowie die physikalischen Eigenschaften von Schokolade und Kakao, insbesondere die Kristallisation.
Frage: Könnten Sie uns einen Überblick über die wichtigsten Schritte im Herstellungsprozess von Schokolade geben, bei denen Kakaobutter eine entscheidende Rolle spielt? Und was genau ist Kakaobutter?
Antwort: Kakao ist der wertgebende Inhaltsstoff von Schokolade, und etwa 55 % davon bestehen aus Kakaobutter – dem Fettanteil des Kakaos. Die Kakaobohnen werden zu Kakaomasse vermahlen. Durch Abpressen wird die Kakaobutter gewonnen. Der Verbleibende Kakaopresskuchen wird zu Kakaopulver weiterverarbeitet. In der Kakaobohne dient die Kakaobutter als Energiespeicher. Während die festen Bestandteile vor allem für den Geschmack verantwortlich sind, bestimmt die Kakaobutter hingegen maßgeblich die Textur der Schokolade.
Dr. Rothkopf: „Die Kakaobutter bestimmt maßgeblich die Textur der Schokolade“.
Bei der Herstellung von Schokolade spielt Kakaobutter eine zentrale Rolle, insbesondere beim Conchieren. Conchieren ist ein mechanischer Veredelungsprozess in der Schokoladenherstellung, bei dem die Schokoladenmasse durch langes, intensives Kneten und Belüften verfeinert wird, um unerwünschte Aromen zu entfernen und eine geschmeidige Textur zu erzielen. Noch wichtiger wird die Kakaobutter bei der Weiterverarbeitung, wenn die Schokolade in Form gebracht werden soll. Möchte man beispielsweise Hohlfiguren wie Weihnachtsmänner oder Osterhasen herstellen oder die Außenhülle einer gefüllten Praline formen, sind die Fließeigenschaften der Schokolade entscheidend – und genau dafür ist die Kakaobutter unerlässlich.
Frage: Wie hat sich die Forschung zu Kakao und Schokolade in den letzten Jahrzehnten entwickelt?
Antwort: In den vergangenen Jahrzehnten lag der Fokus der Kakao- und Schokoladenforschung vor allem auf der Prozessoptimierung – also darauf, Produktionsprozesse zu beschleunigen, zu verkürzen und effizienter zu gestalten.
Doch auch die Kakao- und Schokoladenindustrie bleibt vom Klimawandel nicht unberührt. Besonders in den letzten Jahren standen Themen wie Rohstoffknappheit, begrenzte Verfügbarkeit und nachlassende Qualität im Mittelpunkt. Unwetter können ganze Ernten vernichten, indem der Starkregen junge Pflanzen zerstört und Blüten des Kakaobaums vor der Befruchtung wegwäscht. Daher wird zunehmend erforscht, ob und wie sich klassische Schokoladenrohstoffe wie Kakao durch regionale Alternativen ersetzen lassen.
Dr. Rothkopf: „Besonders in den letzten Jahren standen Themen wie Rohstoffknappheit, begrenzte Verfügbarkeit und nachlassende Qualität im Mittelpunkt“.
Video: ©BDSI
Frage: Ihre Forschung untersucht die Wechselwirkung zwischen Fettmigration und Kristallisation. Welche Erkenntnisse haben Sie in Bezug auf Kakaobutter gewonnen, die für die Industrie besonders relevant sind?
Antwort: In meiner Forschung – insbesondere in meiner Doktorarbeit – habe ich mich intensiv mit der Fettmigration und ihrer Wechselwirkung mit der Kristallisation beschäftigt. Ein zentrales Thema war dabei die Frage, wie das Öl aus der Füllung einer Praline in oder durch die Schokoladenhülle migriert und an der Oberfläche zu Fettreif führt.
Dabei habe ich verschiedene Faktoren untersucht, insbesondere die Verarbeitung der Schokolade. Eine wichtige Erkenntnis war, dass eine stabil kristallisierte Schokolade eine höhere Migrationsresistenz besitzt. Migrationsresistenz ist die Fähigkeit, Öl aus der Füllung an der Migration durch die Schokoladenschicht zu hindern, sodass es nicht zusammen mit der Kakaobutter an die Oberfläche wandert und dort als Fettreif sichtbar wird. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Kakaobutter besonders hart sein muss, sondern dass sie die ideale Kristallform βV aufweisen sollte.
Abb.1: Bei 33,8°C ist die ideale Kristallform erreicht; Die Zahlen (III–VI) stehen für die verschiedenen Kristallformen der Kakaobutter, die sich je nach Temperatur und Stabilität unterscheiden; die Symbole und Temperaturen zeigen, bei welcher Temperatur jede Form schmilzt oder bevorzugt gebildet wird.
Frage: Sie sind Autorin einer Forschungsarbeit zum Thema „Beste Praktiken zur Messung der Kristallisationskinetik mittels NMR“. Was genau versteht man unter Kristallisationskinetik, warum ist es wichtig, sie zu messen, und was hat es mit der fast bedrohlich klingenden nuklearen Magnetresonanz (NMR) auf sich?
Antwort: In meiner Forschungsarbeit zur Messung der Kristallisationskinetik mittels NMR geht es darum, die Kristallisation von Kakaobutter zu untersuchen. Dabei wird analysiert, wie schnell und welcher Anteil der Kakaobutter kristallisiert.
Diese Prozesse sind besonders für die Schokoladenherstellung von Bedeutung – vor allem bei der Temperierung und der Kristallisation im Kühlkanal. Die Kristallisationseigenschaften der Kakaobutter müssen innerhalb bestimmter Grenzen liegen, damit sie maschinell mit hohem Durchsatz verarbeitet werden kann und ein stabiles Endprodukt entsteht.
NMR (nukleare Magnetresonanz) klingt vielleicht kompliziert oder sogar gefährlich, ist es aber nicht. Viele kennen es aus der Medizin unter dem Begriff MRT (Magnetresonanztomographie). Wer schon einmal ein MRT im Krankenhaus hatte – sei es wegen einer Sportverletzung oder aus anderen Gründen – hat diese Technik bereits erlebt.
Frage: Was war das Ergebnis Ihrer Forschung? Gibt es eine „beste Praxis“ oder ist die Antwort nicht ganz so eindeutig?
Antwort: Unsere Forschung war Teil eines mehr als fünf Jahre laufenden Projekts, in dem wir verschiedene Messtechniken verglichen haben – darunter auch die NMR. Dabei haben wir festgestellt, dass es sehr unterschiedliche Vorgehensweisen für die einzelnen Methoden gibt. Deshalb haben wir zunächst die Verfahren vereinheitlicht und uns den gesamten Ablauf von der Probenvorbereitung bis zur Messung und Auswertung genau angesehen. Das Ergebnis dieser Arbeit war die Veröffentlichung unserer Best Practices.
Anstatt uns auf die Unterschiede in der Kakaobutter zu konzentrieren, haben wir erstmals systematisch untersucht, wie Proben richtig behandelt werden sollten. Zum Beispiel: Muss ich die Probe rühren, schütteln oder klopfen? Sollte sie einfach stehen bleiben? Macht es einen Unterschied, ob sie im Wasserbad oder an der Luft temperiert wird? In unserer Publikation haben wir genau beschrieben, welchen Einfluss diese Faktoren haben und worauf man – neben den Geräteeinstellungen – besonders achten muss.
Frage: Welche Herausforderungen treten bei der Fettreifbildung auf, und wie beeinflusst die Kakaobutter diesen Prozess?
Antwort: Die Kakaobutter spielt eine entscheidende Rolle bei der Fettreifbildung, aber die Zusammenhänge sind komplex. Eine optimale Kristallisation ist entscheidend: Die Kakaobutter darf weder zu weich sein – denn dann bietet sie zu wenig Widerstand gegen Fettmigration – noch zu hart, da die Schokolade sonst brüchig wird.
Dr. Rothkopf: „Die Kakaobutter spielt eine entscheidende Rolle bei der Fettreifbildung“.
Zusätzlich gilt: Eine harte Kakaobutter kristallisiert schneller. Fettreif selbst ist letztlich nichts anderes als eine Kristallbildung auf der Oberfläche der Schokolade. Das bedeutet, dass die richtige Balance in der Kakaobutter-Zusammensetzung und Kristallisation eine große Rolle spielt, um Fettreif zu vermeiden.
Frage: Welche einzigartigen Eigenschaften der Kakaobutter beeinflussen das Mundgefühl und die Textur von Schokolade?
Antwort: Die Kakaobutter hat einen großen Einfluss auf das Mundgefühl von Schokolade. Ein entscheidender Moment ist das Knacken, wenn man in die Schokolade beißt – das entsteht durch die kristallisierte Kakaobutter.
Dr. Rothkopf: „Ein entscheidender Moment ist das Knacken, wenn man in die Schokolade beißt – das entsteht durch die kristallisierte Kakaobutter“.
Sobald die Schokolade im Mund schmilzt, sorgt die Kakaobutter dafür, dass das Aroma zeitlich versetzt freigesetzt wird und sich voll entfalten kann. Diese Schmelzeigenschaft ist ein wesentliches Merkmal von hochwertiger Schokolade und trägt maßgeblich zum Genusserlebnis bei.
Frage: Welche Bereiche der Kakaobutter-Forschung halten Sie für besonders vielversprechend für zukünftige Innovationen in der Schokoladenherstellung?
Antwort: Ich sehe großes Potenzial im Bereich der fermentativ hergestellten Fette. Dieser Prozess könnte dazu beitragen, Kakaobutter-Alternativen zu entwickeln, die ähnliche Eigenschaften wie die echte Kakaobutter aufweisen, aber aus anderen Quellen stammen. Wir stehen hier noch ganz am Anfang – viel früher, als viele vielleicht denken. Aber ich bin überzeugt, dass es in Zukunft besonders wichtig sein wird, nachhaltige Lösungen zu entwickeln, gerade in diesem Bereich.
Es gibt mittlerweile einige Publikationen, die berichten, dass man durch Hefefermentation Fettsäuren mit der gleichen Kettenlänge und Zusammensetzung wie Kakaobutter herstellen kann. Dabei muss man jedoch wissen, dass Fettsäuren keine Triglyceride sind, und die spezifischen Eigenschaften der Kakaobutter aus der Zusammensetzung der Triglyceride resultieren. Um ein Triglycerid zu erhalten, müssen diese Fettsäuren mit Glycerin verestert werden – und auch hier muss darauf geachtet werden, in welcher Konfiguration dies geschieht. Ein Triglycerid besteht aus drei Fettsäureresten, und ihre Positionen müssen genau stimmen, damit die gewünschten Eigenschaften der Kakaobutter erreicht werden.
Abb.2: Eine vereinfachte Darstellung der Schokoladenherstellung, die Kakaobutter wird beim Mischen mit dem Kakaopulver Teil der Schokolade, mehr dazu hier.
Frage: Gibt es aktuelle Trends oder Technologien in der Kakaobutter-Verarbeitung, die Ihrer Meinung nach die Schokoladenindustrie in Zukunft verändern könnten?
Antwort: Ein großes Problem, das ich vor allem in der letzten Zeit beobachtet habe, ist die Verfügbarkeit von Kakao und Kakaobutter. Besonders im letzten Jahr wurde deutlich, was passiert, wenn einzelne Regionen – also bestimmte Lieferländer von Kakaobutter – ausfallen oder Kakaobutter durch die Verknappung so teuer wird, dass sie unerschwinglich ist.
Der Trend geht jedoch schon seit einiger Zeit in Richtung regionaler Alternativen. In diesem Kontext stellt sich die Frage, ob technologische Lösungen wie chemische und physikalische Veränderungen von Ölen in Betracht gezogen werden sollten, oder ob regionale Quellen durch Fermentation genutzt werden können, um eine nachhaltige Quelle für Kakaobutter zu finden.
Frage: Wie beeinflussen unterschiedliche Kakaosorten oder -anbaugebiete die Eigenschaften der Kakaobutter?
Antwort: Der Einfluss der Kakaoanbaugebiete, insbesondere der geographischen und klimatischen Lage, ist enorm. Die Eigenschaften der Kakaobutter hängen stark davon ab, ob der Kakao in einer wärmeren oder kälteren Region der Tropen wächst. Dabei spielt nicht nur die Durchschnittstemperatur eine Rolle, sondern auch die Tiefsttemperaturen sind entscheidend. Kakaobutter muss in der Pflanze flüssig bleiben, was bedeutet, dass sie so ungesättigt ist, dass sie auch bei sehr niedrigen Temperaturen flüssig bleibt.
Dr. Rothkopf: Der Einfluss der Kakaoanbaugebiete [auf die Schokolade; Anm. d. Red.], insbesondere der geographischen und klimatischen Lage, ist enorm.
Frage: Sehen Sie Potenzial für alternative Fette, die Kakaobutter ersetzen oder ergänzen könnten, ohne den Geschmack oder die Textur negativ zu beeinflussen?
Antwort: Viele der heute verwendeten Ersatzfette stammen aus den Tropen. Das liegt an einer einfachen botanischen Gegebenheit: Fett dient als Speicher in der Pflanze, und es muss flüssig sein, damit es für die Pflanze verfügbar bleibt. In Regionen mit niedrigen Durchschnittstemperaturen, wie zum Beispiel in Europa, braucht man viele ungesättigte Fette, die auch bei diesen Temperaturen flüssig sind. Deshalb haben wir in Europa vorwiegend Ölpflanzen und keine Fettpflanzen. Die Pflanzen, die Fett produzieren, wachsen jedoch in den tropischen, wärmeren Regionen. In Europa wird es also schwierig sein, eine Pflanze unserer Breiten zu finden, die Fett in erwünschter Weise produziert. Daher stellt sich die Frage, ob die potenziellen Alternativen tatsächlich echte Alternativen sind und ob es sich lohnt, Geschmack und Textur zu optimieren, oder ob man besser gleich echte Alternativen erforscht.
Vielen Dank für dieses Gespräch Frau Dr. Rothkopf!
