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Neue Labormethode reproduziert Hofgärung zur Herstellung gleichbleibender Fein-Schokolade
Forscher haben die biologischen und physikalischen Treiber kartiert, die das komplexe Aroma und den Geschmack von Schokolade entstehen lassen, und dieses Wissen genutzt, um hochwertige Kakaogärung unter kontrollierten Laborbedingungen nachzubilden. Bildnachweis: Mimi Chu Leung
Die Kakaogärung ist der entscheidende erste Schritt nach der Ernte, der die chemische Grundlage für Schokoladengeschmack, Aromakomplexität und Bitterkeitsminderung legt. Ein Team der School of Biosciences der University of Nottingham veröffentlichte eine Studie in Nature Microbiology, die zeigt, wie Temperatur, pH-Wert und die Zusammensetzung des Fermentationsmikrobioms miteinander interagieren und Fein-Schokoladen-Ergebnisse bestimmen.
Wissenschaftlicher Hintergrund: warum Fermentation wichtig ist
Die Fermentation wandelt die rohen Bohnen in die Geschmacksvorstufen um, die sich während des Röstens und Conchierens entwickeln. Auf Farmen läuft die Fermentation meist spontan ab: frisch geerntete Kakaobohnen werden in Kisten, Haufen oder Körbe geschichtet und unter Umgebungsbedingungen vergoren. Natürlich vorkommende Hefen, Bakterien und fadenförmige Pilze aus der Umgebung besiedeln das Fruchtfleisch und die halbreifen Bohnen und verstoffwechseln Zucker und andere Substrate und produzieren organische Säuren, Alkohole und flüchtige Verbindungen, die der Schokolade später ihre charakteristischen Noten verleihen.
Spontane Fermentationen sind jedoch variabel. Abiotische Faktoren wie Umgebungstemperatur und pH-Wert sowie die jeweils dominierenden Mikroben unterscheiden sich zwischen Ernten, Farmen und Regionen. Diese Variabilität erschwert es Landwirtinnen, Landwirten und Schokoladenherstellern, konstant Fein-Schokolade zu produzieren — ein Problem, das das Nottingham-Team angehen wollte.
Studiendesign und Laborfermentation: Verknüpfung von Felddaten mit einer synthetischen Gemeinschaft
Die Forschenden arbeiteten mit kolumbianischen Kakaoproduzentinnen und -produzenten zusammen und verfolgten Fermentationen auf dem Hof, während sie Bohnen-temperatur, pH-Wert und mikrobielle Sukzession maßen. Hochauflösende mikrobielle Profilierungen zeigten bestimmte bakterielle und pilzliche Arten sowie Stoffwechseleigenschaften, die stark mit den sensorischen Merkmalen von Fein-Schokolade korrelierten.
Mithilfe dieser Felddaten entwickelte das Team eine definierte, synthetische Mikrobiellengemeinschaft — eine kuratierte Mischung aus Hefen, Bakterien und Pilzen — und reproduzierte den Fermentationsprozess im Labor unter strenger Kontrolle von Temperatur und pH. Das Laborprotokoll replizierte die wesentlichen metabolischen Umwandlungen und sensorischen Ergebnisse traditioneller Hof-Fermentationen und zeigte, dass die Kernchemie von Fein-Schokolade vorhersehbar gezielt werden kann.
Mikrobielle Gemeinschaft und metabolische Marker
Die Studie hebt sowohl biotische als auch abiotische Marker hervor, die als konstante Prädiktoren für die Geschmacksentwicklung dienen. Bestimmte mikrobielle Taxa und deren Stoffwechselwege korrelierten stark mit erwünschten flüchtigen Verbindungen und Geschmacksprofilen. Gleichzeitig kristallisierten sich Zielbereiche für Temperatur und pH als reproduzierbare Indikatoren heraus, die diese Stoffwechselprozesse in Richtung Fein-Geschmacksziele lenken.
Wesentliche Erkenntnisse und Auswirkungen auf die Schokoladenproduktion
Der Fortschritt ist zweifach: Erstens die Identifizierung messbarer Marker (mikrobielle Signaturen, pH- und Temperaturbereiche), die Geschmacksverläufe zuverlässig vorhersagen; zweitens der Nachweis, dass eine definierte Startergemeinschaft und kontrollierte Fermentationsbedingungen die Chemie und sensorischen Eigenschaften von Fein-Schokolade reproduzieren können.
Dr. David Gopaulchan, Erstautor der Studie, bemerkt, dass die Umstellung von unvorhersehbaren, spontanen Fermentationen auf einen standardisierten, datenbasierten Ansatz die Kakaoverarbeitung transformieren könnte. Produzenten könnten Starterkulturen und überwachte Fermentationsparameter nutzen, um Chargenvariabilität zu verringern, neue Geschmacksprofile zu erschließen und den Wert ihrer Ernte zu maximieren — ähnlich wie Starterkulturen in der Bier- und Käseherstellung Konsistenz geschaffen haben.
Zugehörige Technologien und zukünftige Aussichten
Diese Arbeit eröffnet Wege zu angewandten Werkzeugen wie optimierten Starterkulturen, sensorbasierten Fermentationssteuerungen und Vorhersagemodellen, die Mikrobiomdaten mit Temperatur- und pH-Zeitreihen kombinieren. Für handwerkliche und industrielle Schokoladenhersteller könnten diese Technologien reproduzierbare Fein-Schokoladenprodukte und experimentelles Geschmacksdesign ermöglichen, indem mikrobiellen Konsortien und Verarbeitungsprofile gezielt ausgewählt werden.
Herausforderungen bleiben hinsichtlich Zugänglichkeit und Akzeptanz für Kleinbauern: Die Implementierung von Starterkulturen und Überwachungsgeräten erfordert Schulung, Qualitätskontrolle und Anpassungen in der Lieferkette. Dennoch bietet die neue laborbasierte Methode eine Roadmap zur Skalierung und Demokratisierung von Qualitätsverbesserungen im Kakao-Sektor.
Experteneinschätzung
Dr. Elena Márquez, Lebensmittelmikrobiologin und Wissenschaftskommunikatorin, kommentiert: ‚Diese Studie schlägt eine Brücke zwischen Feldökologie und angewandter Fermentationstechnik. Indem die mikrobiellen und physikochemischen Stellhebel isoliert werden, die die Geschmackschemie steuern, wird es möglich, Fermentationsprotokolle zu entwerfen, die sowohl reproduzierbar als auch an lokale Bedingungen anpassbar sind. Der nächste Schritt ist das Pilotieren dieser Startersysteme auf Farmen, um sicherzustellen, dass sie außerhalb des Labors funktionieren.‘
Fazit
Die Forschung des University of Nottingham-Teams zeigt, dass der Schokoladengeschmack nicht dem Zufall überlassen werden muss. Durch die Identifizierung der mikrobiellen Arten, metabolischen Merkmale und präzisen Temperatur- und pH-Fenster, die Fein-Schokolade erzeugen, und durch die Nachbildung dieser Bedingungen mit einer definierten Startergemeinschaft im Labor, haben die Wissenschaftler die Grundlage für standardisierte, vorhersehbare Kakaogärung gelegt. Dieser Ansatz verspricht konstantere hochwertige Schokolade, neue Geschmacksinnovationen sowie Werkzeuge, um Anbauer und Hersteller dabei zu unterstützen, den Wert ihrer Ernte zu optimieren und zugleich lokale Anpassungsmöglichkeiten zu bewahren.
Quelle: sciencedaily
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