22.04.2022 - Universiteit van Amsterdam

Das perfekte Stück Schokolade entwerfen

Manche Lebensmittel mögen wir, andere mögen wir nicht. Natürlich ist der Geschmack von Lebensmitteln wichtig, aber auch das Mundgefühl und sogar das Geräusch, das ein Lebensmittel beim Hineinbeißen macht, entscheiden darüber, ob wir das Essen genießen. Ist es möglich, essbare Materialien zu entwickeln, die dieses Vergnügen optimieren? Physiker und Lebensmittelforscher zeigen, dass dies möglich ist.

In einer Studie, die diese Woche in der Zeitschrift Soft Matter veröffentlicht wurde, zeigen Forscher der Universität Amsterdam, der Universität Delft und von Unilever, dass das Mundgefühl einer essbaren Substanz genauso gestaltet werden kann wie die Eigenschaften vieler anderer Materialien. Das heißt: Sie schaffen Metamaterialien, also Materialien, die in der Natur nicht vorkommen, sondern im Labor sorgfältig konstruiert werden. Ihr Baumaterial der Wahl ist nicht Holz, Beton oder Glas - sie bauen ihre Materialien aus Schokolade.

Gestaltung des Mundgefühls

Sowohl Profi- als auch Hobbybäcker wissen sehr gut, dass Schokolade kein einfaches Material ist, mit dem man arbeiten kann. Durch einfaches Erhitzen und Abkühlen kann sich weiche Schokolade in viel sprödere, temperierte Schokolade verwandeln oder umgekehrt. Daher bestand die erste Herausforderung für die Forscher darin, ihr Baumaterial in den Griff zu bekommen. Dies gelang ihnen, indem sie die Schokolade sehr vorsichtig erhitzten, etwas kalte Schokolade hinzufügten, sie wieder abkühlten ... und sie dann in einen 3D-Drucker gaben. Auf diese Weise konnten sie praktisch jede beliebige Form des Schokoladenmaterials drucken und gleichzeitig sicherstellen, dass das Grundmaterial immer die gleichen Eigenschaften hatte.

Die erste Form des essbaren Materials, mit der die Wissenschaftler experimentierten, war eine S-förmige Schokolade mit vielen Windungen, wie in der Abbildung oben zu sehen. Ziel war es, zu testen, wie dieses Material brechen würde und wie dieses Brechen im Mund wahrgenommen würde. Es überrascht nicht, dass die Brucheigenschaften stark von der Bissrichtung abhingen. Wenn man die Schokolade von oben drückte, traten viele verschiedene Risse nacheinander auf, aber wenn man sie in der Richtung senkrecht zum Bild drückte, trat meist nur ein einziger Riss auf. Dies wurde mechanisch getestet, wie in der Abbildung links, aber auch indem die Pralinen einer Gruppe von 10 - sehr willigen - Testpersonen vorgelegt wurden. Sowohl die mechanischen Tests als auch das Testpanel bestätigten außerdem, dass die Bissfestigkeit in der im Bild gezeigten Richtung besser war.

Je mehr Risse, desto besser

Die meisten Menschen genießen das Erlebnis, wenn Lebensmittel im Mund knistern - je mehr Knackser, desto besser. Nachdem die Forscher gezeigt hatten, dass ein solches Erlebnis gestaltet werden kann, probierten sie nun verschiedene Strukturen aus und suchten nach einer Struktur, bei der die Anzahl der Risse in das Material "einprogrammiert" werden kann.

Es stellte sich heraus, dass spiralförmige Schokoladen-Metamaterialien wie die oben gezeigten recht interessante und abstimmbare Eigenschaften haben. Die Anzahl der Windungen steuert nicht nur direkt die Anzahl der Risse, wenn das Material mechanisch gepresst wird; die Testgruppe konnte auch beim Verzehr der Pralinen deutlich zwischen weniger und mehr Rissen unterscheiden. Darüber hinaus zeigten Tonaufnahmen, dass das Geräusch, das die Pralinen beim Zerbeißen machen, die Anzahl der Risse widerspiegelt, was zu einem angenehmen Esserlebnis beiträgt.

Das perfekte Stück Schokolade

Die letzte Frage lautete natürlich: Ist die Gestaltung eines angenehmen Essens eine Frage von Versuch und Irrtum, oder können schöne essbare Materialien tatsächlich vor ihrer Herstellung entworfen und fein abgestimmt werden? Die Forscher fanden heraus, dass sie mit einem gut gewählten mathematischen Modell tatsächlich bestimmte Formen von Pralinen optimieren können, z. B. im Hinblick auf ihre Bruchfestigkeit, wenn sie aus bestimmten Richtungen gebissen werden. Einige der daraus resultierenden optimalen Formen (für verschiedene Bissstärken) sind unten zu sehen.

Das Design von essbaren Metamaterialien wurde bisher noch nicht untersucht. Die neuen Forschungsergebnisse eröffnen die Möglichkeit, Lebensmittel so zu gestalten, dass man sie gerne isst - und ganz allgemein, Materialien zu entwerfen, die die Interaktion zwischen Mensch und Materie optimieren.

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