Immer der Nase nach Fehlaromen in Schokolade auf der Spur

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Für manch einen ein Traum: Es gibt Menschen, die beschäftigen sich hauptberuflich mit Schokolade. Wie wichtig es bei deren Herstellung ist, Fehlaromen zu vermeiden und wie man diesen analytisch auf die Schliche kommt, lesen Sie in unserem LP-Exklusivinterview.

Frau Dr. Füllemann, vom Rohkakao bis hin zur Schokolade bedarf es einiger Arbeitsschritte. Gelangt hierbei mit Fehlaromen belasteter Rohkakao in die Produktion, kann ein großer wirtschaftlicher Schaden entstehen, z. B. durch kostspielige Rückrufaktionen. Um welche Fehlaromen handelt es sich, und welche Auswirkungen haben sie auf die Qualität der Schokolade?

Dr. Daniela Füllemann: Die Arbeitsschritte bei der Verarbeitung von Kakaofrüchten bis hin zur Schokolade beginnen mit dem Ernten und Öffnen der Kakaofrüchte, der Fermentation und der Trocknung der Kakaobohnen. Diese werden dann oftmals auch als Rohkakao bezeichnet. In dieser Form wird der Kakao meist von den Anbauländern exportiert. Für die weitere Verarbeitung zu Schokolade wird im Zielland geröstet, mit den weiteren Schokoladenzutaten vermischt und conchiert.

Die zwei am häufigsten in Rohkakao vorkommenden Fehlaromanoten werden als schinkenartig-rauchig bzw. schimmlig-muffig beschrieben. Darüber hinaus sind auch kokosnussartige, käsige und pilzartige Fehlaromanoten bekannt. Werden mit Fehlaromanoten belastete Chargen bei der Wareneingangskontrolle in der Schokoladenindustrie nicht erkannt und gelangen in die Produktion, können sie unter Umständen auch noch im finalen Produkt, der Schokolade, zu so starken Fehlaromanoten führen, dass sie vom Verbraucher vehement abgelehnt werden.

Mit welchen Methoden lassen sich die für die Fehlaromanoten verantwortlichen Substanzen identifizieren und genauer analysieren?

Bisher wurde der Rohkakao bei der Wareneingangskontrolle i. d. R. durch geschultes Personal sensorisch bewertet. Was fehlte, war eine Methode, die Stärke des Fehlaromas objektiver zu bewerten, z. B. auf der Basis der Konzentrationen der für die jeweiligen Fehlaromanoten verantwortlichen Substanzen. Unser Ziel war es zunächst, diese Substanzen zu identifizieren. Dazu haben wir zahlreiche Kakaoproben, die schinkenartig-rauchige, schimmlig-muffige und kokosnussartige Fehlaroma­noten in unterschiedlichen Intensitäten aufwiesen, im Vergleich zu sensorisch einwandfreien Referenzkakaoproben mittels molekularsensorischen Methoden untersucht. Aus einem Lösungsmittelextrakt der Kakaoproben wurden die flüchtigen Verbindungen schonend mittels Solvent-Assisted Flavour Evaporation (SAFE) abgetrennt und das konzentrierte Destillat mittels Gaschromatographie-Olfaktometrie (GC-O, s. Abb.) und Aromaextraktverdünnungsanalyse (AEVA) auf geruchsaktive Verbindungen untersucht. Potenzielle Fehlaromastoffe wurden anhand ihrer spezifischen Geruchsqualität und ihrer stärkeren Geruchsaktivität in den Fehlaromaproben identifiziert und ihre Strukturen durch den Vergleich ihrer sensorischen, chromatographischen und massenspektrometischen Daten mit den Daten von Referenzaromastoffen aufgeklärt.

Es zeigte sich, dass 2-Methoxyphenol, 3- und 4-Methylphenol, 3- und 4-Ethylphenol und 3-Propylphenol für das schinkenartig-rauchige Fehlaroma verantwortlich sind. Die schimmlig-muffige Fehlaromanote wird v. a. von Geosmin hervorgerufen und die kokosnussartige Fehlaromanote von Massoialacton. Diese Substanzen wurden in verschiedenen Kakaoproben mit und ohne Fehlaroma unter Verwendung von stabilisotopensub­stituierten Geruchsstoffen als interne Standards quan­tifiziert. Ein potenzieller Fehlaromastoff wird zum Fehlaromastoff, wenn seine Konzentration seinen Geruchsschwellenwert übersteigt.

Wie lässt sich eine noch zu tolerierende Konzentration für die Fehlaromastoffe bestimmen?

Die Bestimmung eines Höchstwerts sollte auf der Grundlage des Geruchsschwellenwerts des jeweiligen Fehlaromastoffs erfolgen. Geruchsschwellenwerte von Lebensmittelinhaltsstoffen können extrem unterschiedlich sein. Wir haben daher für alle oben genannten Fehlaromastoffe die Geruchsschwellenwerte in desodorierter Kakaobutter bestimmt. Quantifizierungen in zahlreichen Kakaoproben mit und ohne Fehlaroma zeigten, dass die Fehlaromastoffe in den Proben ohne Fehlaroma meist unter dem Geruchsschwellenwert lagen, nur bei wenigen Substanzen lagen sie geringfügig darüber. In den Kakaoproben mit Fehlaroma dagegen waren die Konzentrationen der jeweiligen Fehlaromastoffe i. d. R. um ein Vielfaches höher als die Geruchsschwellenwerte. Auf der Basis der Geruchsschwellenwerte und der in den Kakaoproben bestimmten Konzentrationen konnten wir schließlich folgende Höchstwerte für die Wareneingangskontrolle vorschlagen: 1,6 µg/kg für Geosmin, 2 µg/kg für 3-Ethylphenol und 3-Propylphenol, 20 µg/kg für 3-Methylphenol, 4-Methylphenol und 4-Ethylphenol, 70 µg/kg für 2-Methoxyphenol und 100 µg/kg für Massoialacton.

Wie kann man künftig die Fehlaromastoffbildung bei der Rohkakaoherstellung minimieren?

Die Nacherntebehandlung von Kakao beinhaltet komplexe Prozesse, die von einer Vielzahl an Parametern beeinflusst werden. So ist es zu erklären, dass ein Großteil des Rohkakaos sensorisch einwandfrei ist, es aber manchmal zur Fehlaromabildung kommt. Um die entscheidenden Parameter, die zu einer Fehlaromabildung führen, zu identifizieren, haben wir ein Nachfolgeprojekt initiiert, in dem Vor-Ort-Versuche in Kakaoanbauländern durchgeführt werden. In diesem Projekt werden bei der Fermentation, der Trocknung und der Lagerung einzelne Parameter bewusst variiert. Anschließend werden die Konzentrationen der Fehlaromastoffe bestimmt. Dadurch werden kritische Parameter erkannt und es können Strategien zur Minimierung der Fehlaromastoffe abgeleitet werden, die in Zukunft in den Kakaoanbauländern angewendet werden können.

Welche Rolle spielen Sensorik-Panels bzw. das Prüfen mit Geruchs- und Geschmackssinn durch geschultes Personal bei der Lebensmittelanalytik? Und (wann) lassen sich diese durch technische Lösungen ersetzen?

Die sensorische Überprüfung durch ein geschultes Panel hat nach wie vor einen hohen Stellenwert in der Lebensmittelanalytik, auch wenn der Einsatz von Höchstwerten Vorteile bringt. Beispielsweise können Chargen mit Fehlaromanoten einfacher beim Lieferanten reklamiert werden, wenn die Konzentrationen der Fehlaromastoffe den Höchstwert überschreiten. Im Gegensatz dazu sind sensorische Daten nicht so leicht objektivierbar und werden daher seltener als Reklamationsgrundlage anerkannt. Andererseits greifen Höchstwerte nur bei Substanzen, die bereits als Fehlaromastoffe identifiziert wurden. Die sensorische Überprüfung der Proben ist daher allein schon deshalb wichtig, weil immer wieder auch neue Fehlaromastoffe auftreten können. Das Spektrum kann hier sehr groß sein, bedenkt man z. B., dass auch eine Kontamination aus externen Quellen, beispielsweise aus der Raumluft oder aus Transportbehältern möglich ist. Auch durch sogenannte elektronische Nasen in der Form, wie sie aktuell auf dem Markt sind, ist ein geschultes Sensorikpanel nicht zu ersetzen. Elektronische Nasen können durchaus eine hilfreiche Unterstützung in der Prozesskontrolle sein, bei der nur eine eingeschränkte Anzahl an Prozessen „aus dem Ruder laufen“ kann. Jedoch sind sie nicht in der Lage, Gerüche so selektiv und sensitiv wie die menschliche Nase wahr­zunehmen. Auf absehbare Zeit wird ein gutes Sensorikpanel daher nicht durch technische Lösungen ersetzbar sein.

Originalpublikationen:

Füllemann, D., Steinhaus, M. Characterization of Odorants Causing Smoky Off-Flavors in Cocoa. J Agric Food Chem (2020); DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c04633

Porcelli, C., Neiens, S.D., Steinhaus, M. Molecular Background of a Moldy-Musty Off-Flavor in Cocoa. J Agric Food Chem (2021); DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c00564

Füllemann, D., Neiens, S.D., Steinhaus, M.Impact of processing on important cocoa off-flavour compounds. Eur Food Res Technol (2022); DOI: https://doi.org/10.1007/s00217-021-03873-0

Porcelli, C., Steinhaus, M. Molecular characterisation of an atypical coconut-like odour in cocoa. Eur Food Res Technol (2022); DOI: https://doi.org/10.1007/s00217-022-03981-5

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