Der molekulare Hintergrund rauchiger Fehlaromen in Kakao
Authors: Füllemann Daniela , Steinhaus Martin 
Published: June 2023

Promotionsführende Einrichtung: Technische Universität München, Fakultät für Chemie, Garching

Die geruchsaktiven Verbindungen, die zum wertgebenden Aroma von Kakao und kakaohaltigen Produkten wie Schokolade beitragen, wurden bereits in verschiedenen Studien untersucht. Gelegentlich ist Kakao jedoch bereits vor der Röstung auf der Stufe der fermentierten Bohnen (im Deutschen meist als Rohkakao bezeichnet) mit unerwünschten Fehlaromanoten behaftet, die auf die Endprodukte übergehen können und dann zu einer Ablehnung durch den Verbraucher führen. Unter den bekannten Fehlaromen von Rohkakao ist die rauchige Note am weitesten verbreitet, die dafür verantwortlichen Verbindungen waren bisher jedoch wenig erforscht.

Um den molekularen Hintergrund des rauchigen Fehlaromas zu klären, wurden die flüchtigen Bestandteile einer Rohkakaoprobe mit ausgeprägter rauchiger Fehlnote und einer Referenzprobe mit einwandfreiem Aroma zunächst durch Lösungsmittelextraktion und Solvent‐Assisted Flavor Evaporation (SAFE) isoliert. Die beiden Isolate wurden einer parallelen Aromaextraktverdünnungsanalyse (AEDA) unterzogen. Dabei wurden sieben Verbindungen als potenzielle rauchige Fehlaromaverbindungen in der Fehlaromaprobe identifiziert. Sie zeigten in der Fehlaromaprobe deutlich höhere Flavor‐Dilution (FD) Faktoren als in der Referenzprobe. Diese Verbindungen waren 2‐Methoxyphenol (rauchig, schinkenartig), 3‐Methylphenol (rauchig, phenolisch), 4‐Methylphenol (nach Pferdestall, phenolisch), 3‐Ethylphenol (rauchig), 4‐Ethylphenol (rauchig), 3‐Propylphenol (rauchig, phenolisch) und 4‐Propylphenol (phenolisch). Screenings weiterer Proben mit rauchigen Fehlaromanoten in unterschiedlichen Intensitäten bestätigten die Auswahl dieser sieben potenziellen Fehlaromaverbindungen. Mit Hilfe von isotopensubstituierten Geruchsstoffen als interne Standards wurden die potenziellen Fehlaromaverbindungen mittels GC‐MS quantifiziert. Die quantitativen Daten bestätigten die Screening‐Ergebnisse. In den Fehlaromaproben wurden durchweg höhere Konzentrationen als in den Referenzproben nachgewiesen. Um schließlich den Beitrag der einzelnen Geruchsstoffe zum rauchigen Fehlaroma in Kakao zu bewerten, wurden Odor Activity Values (OAVs) bestimmt. Diese wurden jeweils aus der Konzentration der potenziellen Fehlaromaverbindung dividiert durch ihren Geruchsschwellenwert in desodorierter Kakaobutter berechnet. Insgesamt zeigte 2‐Methoxyphenol die höchsten OAVs, gefolgt von 4‐Methylphenol, 3‐ Ethylphenol, 3‐Methylphenol, 4‐Ethylphenol und 3‐Propylphenol. In den Referenzproben wiesen nur 2‐Methoxyphenol und 4‐Methylphenol OAVs >1 auf. 4‐Propylphenol überschritt seinen Geruchsschwellenwert in keiner der untersuchten Proben und wurde daher für das rauchige Fehlaroma als nicht relevant betrachtet. Für die anderen sechs Fehlaromaverbindungen wurden auf der Grundlage ihrer Geruchsschwellenwerte maximal tolerierbare Konzentrationen in Rohkakao vorgeschlagen.

Nachdem die Bedeutung der sechs phenolischen Verbindungen 2‐Methoxyphenol, 4‐Methylphenol, 3‐ Ethylphenol, 3‐Methylphenol, 4‐Ethylphenol und 3‐Propylphenol für das rauchige Fehlaroma geklärt war, sollte im zweiten Teil der Arbeit gezeigt werden, wie sich diese Fehlaromaverbindungen bei der weiteren Verarbeitung des Kakaos verhalten. Parallel dazu sollte auch geklärt werden, wie sich die Verbindungen (‐)‐Geosmin (schimmelig, nach rote Beete), 3‐Methyl‐1W‐indol (fäkal, nach Mottenkugeln), 1W‐Indol (fäkal, nach Mottenkugeln) und 4‐Methoxy‐2,5‐dimethylfuran‐3(2W)‐on (MDMF; nach Karamell, muffig), die als potenzielle Fehlaromastoffe in Rohkakaoproben mit schimmelig‐muffiger Fehlnote identifiziert worden waren, bei der Verarbeitung verhalten. Zunächst wurde der Einfluss der Röstung untersucht. Zwei Proben mit rauchigem Fehlaroma, zwei Proben mit schimmelig‐muffigem Fehlaroma und eine Referenzprobe wurden bei drei verschiedenen Temperaturen geröstet und zu Kakaomasse verarbeitet. In einem weiteren Versuch wurde der Einfluss der Weiterverarbeitung zu Schokoladenmasse und nachfolgendem Conchieren anhand einer aufdotierten Kakaomasse bestimmt. Die Konzentrationen der Fehlaromastoffe wurden jeweils nach der Verarbeitung zu Kakaomasse beziehungsweise nach dem Conchieren bestimmt und mit den Konzentrationen vor den jeweiligen Verarbeitungsschritten verglichen. Bei den für das rauchige Fehlaroma verantwortlichen phenolischen Verbindungen wurde ein homogenes Verhalten beobachtet. Die Konzentrationen stiegen durch das Rösten und die Verarbeitung zu Kakaomasse leicht an, die Zunahme wurde aber durch Verluste bei der Verarbeitung zu Schokoladenmasse und beim Conchieren in etwa wieder ausgeglichen. Die zunächst vorgeschlagenen maximal tolerierbaren Konzentrationen in Rohkakao mussten für die Verbindungen mit rauchigem Fehlaroma nicht angepasst werden. Die potenziell zu schimmelig‐muffigen Fehlaromen beitragenden Verbindungen zeigten ein weniger homogenes Verhalten. Die Gehalte von 3 Methyl‐1W‐indol verringerten sich durch das Rösten und die Verarbeitung zu Kakaomasse. Sein Grenzwert könnte zumindest dann angehoben werden, wenn bei höheren Temperaturen geröstet wird. Die Konzentrationen von 1W‐Indol hingegen stiegen während des Röstens und der Verarbeitung zu Kakaomasse erheblich an, was zu Konzentrationen deutlich über dem Geruchsschwellenwert führte. Der Anstieg wurde durch Verluste während der Verarbeitung zu Schokoladenmasse und beim Conchieren nicht ausgeglichen. Die Ergebnisse legten daher nahe, bei der Wareneingangskontrolle in der Schokoladenindustrie auch die Analyse einer Kakaobohnenprobe nach einer Teströstung einzubeziehen, um das Fehlaromapotenzial von 3‐Methyl‐ 1W‐indol und 1W‐Indol korrekt zu bewerten.

Die Dissertation von Frau Füllemann ist publikationsbasiert und beinhaltet zwei Paper: