Sensorik Forscher röntgen Schokolade

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Lust auf Schokolade? Die Vorfreude verfliegt, sieht man die weiße Schicht, die sich gelegentlich ablagert. Eine Röntgenuntersuchung soll das jetzt verhindern und eine Studie neue Einblicke in die Entstehung des unerwünschten Fettreifs liefern.

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Mit DESYs heller Röntgenquelle PETRA III konnten die Forscher die Wanderung von flüssigem Fett (gelb) durch die Schokolade erstmals live beobachten. Charakteristische Streubilder (rechts) liefern Informationen über nanometerkleine Strukturen.
Mit DESYs heller Röntgenquelle PETRA III konnten die Forscher die Wanderung von flüssigem Fett (gelb) durch die Schokolade erstmals live beobachten. Charakteristische Streubilder (rechts) liefern Informationen über nanometerkleine Strukturen.
(Bild: Svenja Reinke/TUHH)

„Der Fettreif ist zwar völlig harmlos, führt aber durch Ausschuss und Reklamationen zu Millionenschäden in der Lebensmittelindustrie", erläutert die Hauptautorin der Studie, Svenja Reinke von der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH). „Trotzdem weiß man bisher relativ wenig über die Entstehungsprozesse." Das Team von TUHH, DESY und vom Lebensmittelkonzern Nestlé stellt seine Erkenntnisse im Fachjournal "Applied Materials and Interfaces" der American Chemical Society vor.

Fettreif kann sich bilden, wenn flüssiges Fett, beispielsweise aus der Kakaobutter, aus dem Inneren der Schokolade an die Oberfläche wandert und dort kristallisiert. „Das kann zum Beispiel geschehen, wenn flüssige Schokolade unkontrolliert abkühlt und sich instabile Kristallformen bilden. Aber auch bei Zimmertemperatur ist ein Viertel der Schokoladenfette bereits flüssig", erklärt Reinke. Flüssige Füllungen oder Anteile wie beispielsweise Nougat beschleunigen die Entstehung von Fettreif.

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Je länger die Schokolade liegt, desto mehr Zeit hat das Fett, durch die Schokolade zu wandern. Daher werden die weißen Flecken oft als Zeichen für alte Schokolade empfunden. „Obgleich der Fettreif keinen Verderb des Produkts im eigentlichen Sinne darstellt, kann die damit einhergehende optische Beeinträchtigung zu einer großen Anzahl an Konsumentenbeschwerden führen", betont Prof. Stefan Palzer vom Lebensmittelkonzern Nestlé. „Fettreif ist daher nach wie vor einer der wichtigsten Qualitätsdefekte in der Süßwarenindustrie."

Prozesse live sehen

An DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III konnten die Forscher nun die zugrundeliegenden Prozesse erstmals live beobachten. Sie untersuchten dafür Proben der einzelnen Schokoladenbestandteile, also beispielsweise eine Mischung aus Zucker und Kakaobutter oder Milchpulver und Kakaobutter oder Kakao und Kakaobutter. Diese Proben wurden zu einem feinen Pulver gemahlen, um die Prozesse zu beschleunigen, und dann mit dem hellen Röntgenlicht durchleuchtet. „Die Untersuchungstechnik zeigt uns sowohl die Fettkristalle als auch die Poren bis hinunter zu einer Größe von einigen Nanometern", berichtet der Leiter der Untersuchung, Prof. Stefan Heinrich von der TUHH.

Um die Fettmigration zu untersuchen, tropften die Forscher jeweils etwas Sonnenblumenöl auf ihre Proben und beobachteten die Folgen. "Zum einen kommt es innerhalb von Sekunden zur Benetzung, das Öl dringt sehr schnell auch in die kleinsten Poren ein, wahrscheinlich durch Kapillarkräfte", berichtet Reinke über die Beobachtungen. Zum anderen ändert das flüssige Fett die innere Struktur der Schokolade. "Das flüssige Fett löst über einen Zeitraum von Stunden weitere Fettkristalle auf, wodurch die gesamte Struktur der Schokolade weicher wird. Das erhöht wiederum die Fettmigration."

Der genaue Ablauf dieser Prozesse war bisher noch nicht bekannt, die Studie ergänzt damit frühere Untersuchungen zur Kristallstruktur im Fettreif. "Zum ersten Mal konnten wir die dynamischen Mechanismen, die zur Bildung des Fettreifs führen, im Detail direkt verfolgen", erläutert DESY-Forscher Dr. Stephan Roth, Leiter der Messstation P03 an PETRA III, an der die Versuche stattfanden. „Die verwendete Methode, die Röntgenkleinwinkelstreuung, ist genau auf derartige Echtzeituntersuchen und auf die Beobachtung der Änderungen der Struktur durch das Öl angepasst. Die gemeinsame Studie liefert uns wertvolle Informationen, wie wir Strukturänderungen in derartigen ‚alltäglichen‘ Mehrkomponentensystemen untersuchen können."

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