Experiment- und modellbasierte Unterstützung des Conchierens dunkler Schokolade

FORSCHUNGSPROJEKT (IGF-Vorhaben)

Flüssige Schokolade, während des Conchiervorgangs in der Conche

 

Conchieren – ein essenzieller Schritt der Veredelung von Schokolade

Das Conchieren ist einer der bedeutendsten Schritte in der Schokoladenherstellung. Hierbei werden Wasser und unerwünschte Aromastoffe ausgetrieben und die Textur der Schokoladenmasse ausgebildet. Als Ausgangsmaterial dient das sogenannte Walzgut, bei dem es sich um eine gewalzte Mischung aus Zucker und Kakaomasse handelt. Die in Kakaomasse enthaltene Kakaobutter ist im Walzgut von Kakao- und Zuckerpartikeln eingeschlossen, sodass das Material einen trockenen, pulvrigen Zustand aufweist. Das Walzgut wird in der Conche mechanisch bearbeitet und dadurch erwärmt. Dabei auftretende Scherkräfte sorgen neben Temperaturen von bis zu 90 °C für die Freisetzung der Kakaobutter. Infolge dessen umschließt die ausgetretene Kakaobutter zunehmend die Kakao- und Zuckerpartikel. Dadurch verändert sich die Textur, sodass ein Übergang vom Trockenconchieren zum plastischen Conchieren stattfindet und die Masse eine zähe, plastische Konsistenz aufweist. Durch Zugabe von Kakaobutter wird die Masse verflüssigt und die fertige Schokolade erzeugt. Der Conchierprozess lässt sich daher in drei Phasen gliedern – die anfängliche trockene Phase, die plastische Phase und die flüssige Phase. Die bedeutendste Phase hierbei ist die plastische Phase, da hier die Scherkräfte am größten sind und Textur- sowie Aromaausbildung stattfinden. Das Conchieren ist ein sehr zeit- und kostenintensiver Schritt in der Herstellung von Schokolade und dennoch nicht ausreichend verstanden. Zur Entwicklung neuer Rezepturen wird die Dauer und Intensität des Conchierens derzeit einzelfallbasiert bewertet. Da sich besonders zu langes oder zu kurzes Conchieren negativ auf das Aroma auswirken kann, wird eine Vielzahl an Fehlchargen generiert. Eine verbesserte Vorhersagbarkeit geeigneter Conchierbedingungen ist daher von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung.

Modellbasiertes Conchieren zur Steigerung des Aromas und der Ressourceneffizienz

Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Modells zur Vorhersage der zeitlichen Veränderung des Aromaprofils in dunkler Schokolade. Das Modell soll dabei die Verteilung ausgewählter Aromastoffe in Kakaopartikel, Kakaobutter, Zuckerpartikel und Umgebung beschreiben. Hierfür werden die Rohstoffe u.a. durch Molekulardynamik und Aromaanalytik charakterisiert. Dabei ist die Ermittlung der Verteilungs- und Stoffübergangskoeffizienten ausgewählter Aromastoffe sowie deren Ausgangskonzentration in den Rohstoffen erforderlich. Die zeitliche Entwicklung des Aromaprofils wird zudem unter realen Conchierbedingungen aromaanalytisch untersucht. Zusätzlich erfolgt durch Verkostung unterschiedlich conchierter Schokoladen eine Bewertung der sensorischen Korrelation mit den verschiedenen Conchierparametern. Zu den unterschiedlichen Parametern zählen unter anderem Temperatur, Energieeintrag und Conchierdauer. Durch eine enge Verknüpfung von Experiment und Modell soll die Abschätzung der zu wählenden technologischen Parameter ermöglicht werden. Mittels Vorhersage der Prozessparameter lassen sich Arbeitsaufwand sowie die Anzahl der Fehlchargen minimieren. Besonders kleine und mittelständige Unternehmen können daher von diesem Vorhaben profitieren und auf kostengünstige sowie zeitsparende Weise neue Rezepturen entwickeln.

Aromaanalytische und physikalische Charakterisierung des Conchierprozesses

Mit der Untersuchung verschiedener Conchierbedingungen und deren Einfluss auf das Schokoladenaroma haben sich bereits einige Studien beschäftigt – so auch am Fraunhofer IVV. Diese Daten bieten jedoch keinen ausreichenden Überblick über die zeitabhängige Verteilung der Aromastoffe, der für die modellbasierte Unterstützung während des Conchierens von Nöten ist. Durch die Kombination von Technikum und Labor in unserem Haus soll im Rahmen des Forschungsprojektes der Einfluss verschiedener Parameter auf das Aromaprofil von dunkler Schokolade untersucht werden. Hierbei werden Proben unter verschiedenen Conchierbedingungen in einer Technikumsconche generiert und ausgewählte Aromastoffe mittels Stabilisotopenverdünnungsanalyse und Gaschromatographie-Massenspektrometrie quantifiziert. Die physikalische Charakterisierung der Probenmassen erfolgt anhand von Dichte- und Viskositätsmessungen. Des Weiteren wird der Wasseraustrag über die Zeit mittels Karl-Fischer-Titration überprüft. Durch dieses Vorgehen werden die physikalischen Veränderungen und Aroma-Stoffübergänge in Kakaopartikeln, Kakaobutter und Umgebungsluft untersucht. So kann ein besseres Verständnis für die Stoffverteilung während des Conchierens von dunkler Schokolade erlangt werden, was die Grundlage zur Vorhersage der Prozessparameter darstellt.

 

Projektlaufzeit: 2018 bis 2021
Förderprogramm: Programm zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)
Projektträger /
Zuwendungsgeber:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung AiF (über Forschungskreis der Ernährungsindustrie FEI) / Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi
Projektpartner: Technische Universität München, Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik