Gesucht und gefunden: Alternative Emulgatoren für die Schokoladenproduktion

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Für einen cremigen Schmelz, ein angenehmes Mundgefühl und ein ausgewogenes Aroma von Schokolade bedarf es in dem technisch anspruchsvollen Prozess der Schokoladenherstellung guter Rohstoffe – und eines Emulgators. Der sorgt dafür, dass sich die Zutaten – bei klassischer Milchschokolade sind es Kakaomasse, Kakaobutter, Zucker und Milchpulver – besser vermischen, zu einer flüssigen, fließfähigen Schokoladenmasse werden und dann zu einem hochwertigen Produkt weiterverarbeitet werden können: Tafeln, Riegel, Pralinen oder Figuren wie der Schoko-Osterhase.

  • Aus heimischem Anbau


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    Als Emulgator wird zumeist Sojalecithin eingesetzt, das aus der Zellmembran der Sojabohne gewonnen wird. Da der Anteil des Anbaus von gentechnisch veränderten Sojapflanzen wächst, Hersteller hierzulande jedoch weiterhin langfristig sicherstellen wollen, dass keine Spuren von gentechnisch veränderten Organismen in ihre Produkte gelangen, suchen sie nach alternativen Emulgatoren. Gern auch aus dem heimischen Anbau, wie Lecithin aus Sonnenblumensaaten. Doch welche Emulgatoren gute Alternativen sind und durch welche Merkmale sie sich in ihrer Wirkung von Sojalecithin unterscheiden, war bislang unbekannt.
    Vor diesem Hintergrund starteten Wissenschaftler am Deutschen Institut für Lebensmitteltechnik (DIL) 2012 ein umfangreiches Projekt, das mit Unterstützung des Bundesverbandes der Deutschen Süßwarenindustrie von einem 11-köpfigen Ausschuss von Fachleuten aus der Praxis begleitet wurde, darunter zahlreichen mittelständischen Schokoladenherstellern.

  • Einsparung von Kakaobutter


    Im Idealfall sollte ein Emulgator gefunden werden, mit dem es gelingt, Kakaobutter einzusparen – bei gleicher oder sogar besserer Qualität des fertigen Produktes. Denn ein Teil der Kakaobutter wird bei der Zerkleinerung und Vermischung von den anderen Zutaten „eingeschlossen“ und steht dann nicht mehr zur Verfügung, um die Schokoladenmasse fließfähig zu halten. Mit einem Emulgator, der sich so auf die Oberflächen der Zutaten verteilt, dass ein Einschließen der Kakaobutter verhindert wird, würde daher Kakaobutter eingespart werden.
    Um dies zu erzielen, wurden im Rahmen der Arbeiten die Oberflächeneigenschaften von Zucker- und Milchpulverpartikeln im Submikrometerbereich hinsichtlich Topographie und Adhäsivität detailliert charakterisiert.

  • Walze versus Kugelmühle


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    Zunächst wurde untersucht, wie unterschiedliche Zerkleinerungsarten die Partikeloberflächen verändern und damit auch die daraus resultierenden Eigenschaften der Suspension. Damit ist es erstmalig gelungen, die durch die Art der Zerkleinerung unterschiedliche Adhäsivität durch Oberflächentopographie-Aufnahmen zu erklären. Die mikroskopisch erhaltenen Ergebnisse korrelierten auch mit den makroskopisch erkennbaren Eigenschaften der Suspension wie den Fließeigenschaften.
    Anhand mehrerer Untersuchungen konnte aufgezeigt werden, dass die Anwendung der Walzenzerkleinerung gegenüber der Kugelmühlenzerkleinerung für die Schokoladenindustrie klar von Vorteil ist.

  • Schokolade unterm Mikroskop


    Aufnahmen durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM) und ein Rasterkraftmikroskop (AFM) ermöglichten wichtige Erkenntnisse: Links sind beispielhaft die Oberflächen von Zuckerpartikeln zu sehen, an denen sich ein „Kissen“ aus dem Emulgator PGPR und Kakaobutter anheftet, rechts die Oberflächen von Zuckerpartikeln in Anwesenheit von Sojalecithin.
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    Im weiteren Verlauf der Forschungsarbeiten wurde eine Zuordnung von Oberflächenbereichen, die mit Emulgatormolekülen belegt wurden, zu bestimmten Oberflächenadhäsivitäten vorgenommen. Ebenso wurde die Schichtdicke der Emulgatorbelegung ermittelt sowie Versuche zu deren Anlagerungskinetik unternommen. Die sowohl durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM) als auch durch ein Rasterkraftmikroskop (AFM) erhaltenen Aufnahmen lieferten wertvolle Erkenntnisse über die Wirkungsweise der eingesetzten Emulgatoren auf den Partikeloberflächen und dem daraus resultierenden Verhalten der Suspension.
    So konnte zum Beispiel die unterschiedliche Wirkung von Soja- und Sonnenblumenlecithin bei der Anwendung in Schokoladen charakterisiert und erklärt werden, ebenso konnte erstmalig der Wirkungsmechanismus des aus Glycerin und Ricinolsäure gewonnenen Emulgators Polyglycerin-Polyricinoleat (PGPR) aufgeklärt werden. Durch die Bestimmung der Grenzflächenbelegung über eine angepasste, quantitative Emulgatoranalytik in Zusammenhang mit den Ergebnissen der Bestimmung der Fließeigenschaften, der Fettimmobilisierung sowie mit den AFM- und REM-Aufnahmen wurde im Anschluss über eine Testreihe ein Emulgatorgemisch ermittelt, das Sojalecithin adäquat ersetzen kann – und gleichzeitig zur Einsparung von Kakaobutter führen kann.

  • Bedeutend für Schokoladenhersteller

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    Im Jahr 2014 wurden allein in Deutschland über 460.000 Tonnen ungefüllte Tafeln, Riegel und sonstige Schokoladenerzeugnisse mit einem Wert von über 2,1 Mrd. Euro produziert.
    Diese Zahlen verdeutlichen, dass allein die Herstellung und Vermarktung der reinen Schokoladenmasse – ohne Berücksichtigung von wertintensiveren gefüllten Erzeugnissen, wie z.B. Pralinen – ein erhebliches Marktpotential darstellen. Die Ergebnisse des Projektes bieten den Herstellern die Möglichkeit, Sojalecithin durch ein Emulgatorgemisch zu ersetzen, das zweifelsfrei aus nicht genetisch veränderten Organismen gewonnen wird. Sie erklären weiterhin, warum Sojalecithin nicht einfach durch Sonnenblumenlecithin ersetzt werden kann. Die in dem Projekt durchgeführten Untersuchungen ermöglichen zudem eine nennenswerte Einsparung von Kakaobutter, die angesichts steigender Kakaopreise von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung ist. Die Einsparungen sind realisierbar bei gleichbleibender bzw. sogar verbesserter Qualität, da durch die optimale Belegung der Partikeloberflächen mit dem ermittelten Emulgatorgemisch nur die immobilisierte Kakaobutter, die sensorisch nicht in Erscheinung tritt, eingespart wird. Besonders hervorzuheben ist, dass die Umsetzung der Projektergebnisse keiner nennenswerten technischen Investitionen bedarf, so dass insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen von diesem Vorhaben profitieren.

  • Projektbeteiligte


    Forschungsstelle:
    • Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik (DIL), Quakenbrück (https://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/forschungsinstitute/deutsches-institut-fuer-lebensmitteltechnik-e.v.-dil-.47378-40621-43974.institut)

    Industriegruppe:
    • Bundesverband der Deutschen Süßwarenindustrie e.V. (BDSI), Bonn (https://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/wirtschaftsverbaende/mv-suesswaren.40130.verband)

    (Stand: Februar 2016)




Forschungsvorhaben AiF 16757 N "Optimierter Einsatz von alternativen Emulgatoren in Süßwarensuspensionen mit hoher Feststoffkonzentration mit dem Ziel der Einsparung von Kakaobutter" (https://www.fei-bonn.de/gefoerderte-projekte/projektdatenbank/aif-16757-n.projekt)

... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)


Förderhinweis