Glauben Sie, dass Schokolade sehr weit von Nanotechnologie entfernt ist? Sie liegen falsch. Heute verraten wir Ihnen, was Schokolade mit Nanotechnologien zu tun hat und warum deine Schokolade nicht mehr so gut ist, wenn sie in der Sonne schmilzt und dann wieder hart wird. Die Sache ist die, dass der Prozess der Herstellung köstlicher Qualitätsschokolade größtenteils eine chemische Angelegenheit ist. Sie arbeitet mit Konzepten wie Kristallbildung und Schmelzpunkt, die am Center for Sustainable Nanotechnology intensiv untersucht werden (CSN, Zentrum für nachhaltige Nanotechnologien).
Der Geschmack von Schokolade hängt von der Anordnung der Moleküle ab
Schokolade ist eine Mischung aus Fett aus Kakaobohnen, genannt Kakaobutter, und Zucker, genannt Kakaomasse. Kakaobutter ist polymorph. Das heißt, dass die Substanz in mehreren verschiedenen kristallinen Formen (in diesem Fall sechs!) vorliegen kann. Diese sechs verschiedenen Polymorphe werden aufgrund ihrer Stabilität und ihrer physikalischen Eigenschaften mit I bis VI bezeichnet. Ihre chemische Zusammensetzung ist exakt gleich, der einzige Unterschied liegt in der unterschiedlichen Anordnung der Fettmoleküle (Lipide).
Kakaobutter Ilustration - sieht in diesem Zustand weder nach Butter noch nach Schokolade aus!(Foto: Veganbaking.net)
Polymorph V gilt als die feinste Art von Kakaobutter. Sie schmilzt bei menschlicher Körpertemperatur, aber nicht bei einer niedrigeren Temperatur. Das heißt, es schmilzt im Mund, aber nicht in der Hand! Es ist glänzend, stark und knusprig, wenn es gebrochen wird. Der Herstellungsprozess dieses Polymorphs in der Schokoladenherstellung erfordert ein sehr langsames Abkühlen der geschmolzenen Zutaten. Dieser ausgeklügelte Prozess der Temperierung wird als Temperieren bezeichnet. Langsames Abkühlen gibt den Lipiden Zeit, sich in der energetisch günstigsten Konfiguration anzuordnen. Das Ergebnis ist Kraft, aber auch Zartheit.
Die feine Textur entsteht durch die dichte, geordnete Verdichtung der Moleküle in der Butter. Die Anordnung der Moleküle zueinander wird als Kristallinität bezeichnet. Die Kristallinität der polymorphen V-Anordnung in Kakaobutter ist erstaunlich regelmäßig und braucht Zeit, um sich zu bilden – weshalb es so wichtig ist, die geschmolzene Kakaobutter langsam abzukühlen, damit die Moleküle genug Zeit haben, sich fest anzuordnen.
Wie der Kristallisationsprozess funktioniert
Der Kristallisationsprozess lässt sich ungefähr so darstellen: Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem Raum mit 99 anderen Personen. Wenn Sie angewiesen würden, in nur wenigen Sekunden eine Formation mit zehn mal zehn gleichmäßigen Abständen zu bilden, wäre das eine sehr schwierige Aufgabe! Das Ergebnis wären Menschenansammlungen in einigen Teilen des Raums, während andere leer wären. Wenn Sie jedoch ein paar Minuten Zeit hätten, um die Aufgabe zu erledigen, wäre es kein Problem, die angegebene Formation zu erstellen.
Stellen Sie sich vor, dass alle Personen auf dem Bild eine geordnete Formation bilden sollten. Wie lange würde es dauern? (Foto: James Cridland)
Geordnete Kristalle haben nicht nur eine feine und glatte Struktur, sondern sind auch sehr stabil, sodass sie nicht einfach schmelzen. Es wird viel Energie benötigt, um die intermolekularen Bindungen aufzubrechen. Beim Temperieren von Schokolade schmelzen mit steigender Temperatur die weniger geordneten Kakaobutter-Polymorphe, aber Polymorph V, der geordnete Kristall, den Sie konservieren möchten, schmilzt nicht. Und beim anschließenden Abkühlen der Mischung können sich die geschmolzenen Kakaobuttermoleküle an die vorhandenen Kristalle von Polymorph V binden.Wenn genügend Zeit zum Abkühlen gegeben ist, können alle Fettmoleküle in die geordnete Vorlage eingebaut werden, die durch die köstliche Kristallstruktur von Polymorph V repräsentiert wird.
Der Zucker in Schokolade wird Kakaomasse genannt und ist hydrophil, was bedeutet, dass er Wasser mag. Im Gegensatz zu Kakaobutter, die hydrophob ist. Die Folge ist, dass sich beide Stoffe wie Öl und Wasser verhalten – sie wollen sich nicht miteinander vermischen. Der Schlüssel zur Herstellung guter Schokolade besteht darin, die flüssige Schokolade erstarren zu lassen, damit sich die Fettmoleküle der Kakaobutter mit den Molekülen der Kakaomasse zu einer energieeffizienten, festen kristallinen Struktur anordnen können, nicht zu einer schwachen und amorphen (zufälligen) Struktur.
Kakaomasse (Foto: norikunny)
Warum ist geschmolzene Schokolade nicht gut?
Haben Sie jemals gute Schokolade in Ihrem Auto oder Ihrer Tasche gelassen und sie ist geschmolzen? Wenn Sie sie dann im Kühl- oder Gefrierschrank aushärten ließen, war sie sehr wahrscheinlich nicht mehr so gut. Dies bestätigt nur die Bedeutung des Temperierens, um hochwertige Schokoladenkristalle herzustellen! Die chemische Zusammensetzung von Kakaobutter unterscheidet sich nicht, bei „Billig“- und „Gourmet“-Schokolade unterscheidet sich lediglich die Anordnung ihrer Moleküle. Und diese molekulare Anordnung hängt von der Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeit ab.
Der Schlüssel zur Herstellung hochwertiger Schokoladenkristalle besteht darin, die minderwertigen Kristalle sorgfältig zu schmelzen und die Mischung dann langsam abzukühlen. (Foto: Roozitaa)
Kakaobutter, der Hauptfettbestandteil von Schokolade, besteht aus Lipidmolekülen. Viele Forscher untersuchen Phospholipid-Doppelschichten, mit deren Hilfe wir die Membranen von Bakterien oder tierischen Zellen imitieren. Und so wie die Anordnung von Kakaobuttermolekülen die Eigenschaften von Schokolade verändern kann, beeinflusst die Anordnung von Phospholipiden die Eigenschaften der Lipiddoppelschicht. Nanotechnologen auf der ganzen Welt untersuchen, wie die Anordnung von Phospholipiden die Wechselwirkung zwischen der Membran einer Modellzelle und Nanomaterialien beeinflussen kann und umgekehrt. Ausführlichere Informationen zu diesem Thema finden Sie in diesen großartigen Artikeln von Lisa Jacob und Eric Melby.
Viele Nanomaterialien, die Gegenstand der Forschung von Nanotechnologen sind, sind auch kristallin. Das bedeutet, dass die Atome von Nanomaterialien eine bestimmte Struktur haben, also nicht zufällig angeordnet sind. Bei einigen unserer Materialien entsteht die passende Kristallstruktur durch Synthese bei genau vorgegebener Temperatur – also ähnlich der idealen Verwandlung von Schokolade während des Temperprozesses. Der Kristallinitätsgrad von Schokolade beeinflusst ihre Eigenschaften: insbesondere ihre Textur, ihren Schmelzpunkt und vor allem ihren Geschmack. Ebenso wirkt sich der Kristallinitätsgrad auch auf die Eigenschaften unserer Nanomaterialien aus, weshalb es für uns äußerst wichtig ist, bei der Herstellung einzelner Chargen von Nanomaterialien stets die gleichen kristallinen Strukturen beizubehalten. (Leider wird keines unserer Nanomaterialien in Lebensmitteln verwendet, daher können wir ihren Geschmack nicht beurteilen.) Weitere Informationen zu Kristallstruktur und Nanomaterialien finden Sie in älteren Artikeln von Alex Bryant und Cathy Murphy.
