Neue Rezepturen, neue Herausforderungen: Prozessoptimierung für pflanzenbasierte Schokoladenprodukte beim Einsatz von Mandeln, Datteln oder Hafer

Vegane Schokolade hat längst den Sprung aus der Nische geschafft: Immer mehr Konsumentinnen und Konsumenten greifen zu Produkten ohne tierische Inhaltsstoffe – und erwarten dabei denselben cremigen Schmelz, den sie von klassischer Milchschokolade kennen. Für die Hersteller ist das jedoch eine große Herausforderung. Wer auf Zutaten wie Milchpulver oder Zucker verzichtet, muss seine Produktionsprozesse neu denken. Bereits bei Ersatz von nur einem traditionellen Rohstoff kann es während der Feinzerkleinerung der Zutaten in der Kugelmühle zu massiven Verklumpungen kommen, die zu einem Stillstand der Produktion führen können und aufwändige Reinigungsprozesse notwendig machen. Auch sensorisch zeigen sich Unterschiede. Ein sandiges Mundgefühl lässt Schokoladenprodukte auf pflanzlicher Basis oft weniger zart erscheinen.

Im Rahmen eines vom FEI koordinierten Projektes der Industriellen Gemeinschaftsförderung (IGF) widmen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Instituts für Lebensmitteltechnik (DIL) in Quakenbrück und der Technischen Universität München deshalb der Frage, wie sich die Prozessführung bei der Herstellung von Schokoladenmassen an die besonderen Eigenschaften pflanzlicher Rohstoffe anpassen lässt. Ziel ist es, homogene und sensorisch hochwertige Massen herzustellen – ohne Klumpenbildung oder unerwünschte Texturen.

Im Mittelpunkt stehen dabei fünf pflanzliche Alternativen: Mandel- und Haselnussgrieß sowie Hafermehl dienen als Ersatz für Milchpulver, während Kokosblüten- und Dattelzucker anstelle von Saccharose eingesetzt werden. Diese Rohstoffe unterscheiden sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften deutlich von den traditionellen Zutaten – etwa in ihrer Oberflächenstruktur, im Wassergehalt oder im Bruchverhalten. Um diese Unterschiede das Zerkleinerungsverhalten der alternativen Rohstoffe zu verstehen, verfolgen die Forschenden einen kombinierten Ansatz aus Experimenten und Simulationen.

In Quakenbrück werden zunächst die Materialeigenschaften der alternativen Rohstoffe im Vergleich zu Zucker und Milchpulver umfassend charakterisiert. Dabei stehen folgende Fragen im Fokus: Wie verhalten sich die Partikel während der Feinzerkleinerung? Welche Rolle spielt frei verfügbares Wasser bei der Agglomeration? Und welche Emulgatoren können helfen, die unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften auszugleichen? Parallel untersucht das Team an der TU München das Bruchverhalten einzelner Partikel mit speziellen Kraftmesszellen und Hochgeschwindigkeitsaufnahmen. Die gewonnenen Daten fließen in ein Populationsbilanzmodell ein, das die Veränderung der Partikelgrößenverteilung während des Mahlprozesses beschreibt. In Kombination mit Simulationen der Kugelmühle auf Basis der Diskreten-Element-Methode (DEM) entsteht so ein mechanistisches Modell, das den Zerkleinerungsprozess erstmals wissenschaftlich fundiert vorhersagbar macht.

Die modellbasierten Erkenntnisse werden anschließend auf den industriellen Maßstab übertragen. Ziel ist es, dass Hersteller künftig mithilfe dieser Modelle ihre Produktionsparameter gezielt anpassen können – je nachdem, welche pflanzlichen Zutaten sie einsetzen. Damit lassen sich Fehlchargen, Maschinenstillstände und teure Reinigungszyklen deutlich reduzieren. Auch für den Maschinen- und Anlagenbau sind die Ergebnisse hochrelevant: Mit den gewonnenen Daten können Hersteller von Kugel- und Walzenmühlen ihre Anlagen künftig gezielt für alternative Rohstoffe auslegen und ihren Kunden fundierte, wissensbasierte Empfehlungen geben. Das Vorhaben wird vom Bundesverband der Deutschen Süßwarenindustrie (BDSI), vom VDMA-Fachverband Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen sowie von zahlreichen Unternehmen unterstützt.

Die Forschungsergebnisse eröffnen neue Perspektiven für die Süßwarenindustrie, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen, die in einem wachsenden Markt für pflanzenbasierte Produkte mit Innovationen punkten wollen. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2024 über 1,9 Millionen Tonnen Schokoladenwaren und Schokoladenhalberzeugnisse mit einem Gesamtwert von 8,5 Milliarden Euro produziert. Pflanzliche Alternativen gewinnen dabei kontinuierlich an Bedeutung und eröffnen neue Marktsegmente. Mit den im Projekt entstehenden Simulationsmodellen können Unternehmen ihre Produktionsprozesse gezielt auf alternative Rohstoffe ausrichten, möglicherweise entstehende Qualitätsprobleme a priori vermeiden und somit Entwicklungsprozesse für neue, nachhaltigere Schokoladenprodukte beschleunigen. So lassen sich vegane Schokoladen künftig nachhaltiger herstellen – ohne Abstriche beim Genuss!

Informationen zum IGF-Projekt 01IF23474N "Anpassung der Feinzerkleinerung von alternativen Rohstoffen als Basis für die Herstellung von Schokoladenprodukten"



... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)