Door een slim ontwerp kan het eetgenot aanzienlijk vergroot worden, zo tonen natuurkundigen aan.

Chocolade: de meeste mensen lusten er wel pap van. Dat we zo kunnen genieten van een flink stuk chocolade komt echter niet alleen door de smaak. Ook het mondgevoel speelt een rol. En in een nieuwe studie – gepubliceerd in het blad Soft Matters – tonen Nederlandse wetenschappers nu aan dat het mogelijk is om het mondgevoel van een eetbare substantie – in dit geval dus chocolade – te ontwerpen en te perfectioneren. Het resultaat is in feite een perfect stukje chocolade dat nog meer eetgenot oplevert.

Metamateriaal
Het bijzondere chocolaatje is eigenlijk een metamateriaal. Dit is een materiaal met uitzonderlijke eigenschappen dat niet in de natuur voorkomt, maar door mensen is ontworpen. “Metamaterialen kunnen bijvoorbeeld heel licht en tegelijkertijd heel sterk zijn,” vertelt onderzoeker Corentin Coulais. Dat dergelijke materialen enorme potentie hebben, is algemeen bekend. Maar veelal wordt daarbij gedacht aan toepassingen op het gebied van engineering (de bouw van systemen of constructies, bijvoorbeeld). Waar echter eigenlijk nog nooit echt over nagedacht is, is hoe metamaterialen ook in de voedselindustrie van pas kunnen komen. “En wij hebben nu een eerste stap gezet,” aldus Coulais. “Door metamaterialen te creëren, gemaakt van chocolade, die op uitzonderlijke manieren kunnen breken.”

Breken is fijn
De onderzoekers hadden daarbij een duidelijk doel voor ogen: het mondgevoel van chocolade verbeteren. Want als het om dat mondgevoel gaat, is er één ding dat mensen ontzettend prettig vinden en dat is knapperig eten. Hoe vaker het voedsel in de mond breekt, hoe beter. En met dat uitgangspunt gingen de onderzoekers dus aan de slag. Ze maakten daarbij handig gebruik van een 3D-printer. Daarmee konden ze de chocolade immers elke vorm geven die ze wilden.

Uitdagingen
Overigens wil dat zeker niet zeggen dat de zoektocht naar een chocolaatje met het ultieme mondgevoel een gelopen race was. Zo moesten de onderzoekers eerst wel hun bouwmateriaal – de chocolade – onder controle krijgen. En zoals fervente aanhangers van Heel Holland Bakt weten, is dat zelfs voor de betere amateurbakkers nog een uitdaging, laat staan voor natuurkundigen. Maar er waren nog wel meer hobbels te nemen, zo stelt onderzoeker Corentin Coulais. “Het vinden van de juiste vorm die zowel geprint kan worden als een groot effect heeft op het mondgevoel, was de grootste uitdaging.”

Maar ook dat lukte. En het eerste chocolaatje dat in het kader van deze studie uit de printer rolde, was er eentje met een flinke rits S-bochten (zie afbeelding hieronder). Met behulp van echte proefpersonen en mechanische tests gingen de onderzoekers na hoe dit chocolaatje in de mond brak en welk mondgevoel het opriep. Dat bleek – niet heel verrassend – sterk afhankelijk te zijn van de bijtrichting. Als iemand het chocolaatje zoals op de afbeelding hieronder in de mond nam, ontstonden er heel veel breuken en dus heel veel eetgenot. Maar als iemand het chocolaatje een slag draaide, ontstond er slechts één breuk (en was het bovendien niet zo gemakkelijk stuk te bijten).

Spiralen
“Onze eerste resultaten laten zien dat chocolade-metamaterialen een bijzonder en verbeterde zintuiglijke ervaring opleveren,” stelt Coulais. Maar kon het nog beter? De onderzoekers dachten van wel en openden de jacht op een vorm of structuur waarbij het aantal breuken in het materiaal ‘ingeprogrammeerd’ kon worden. In andere woorden: vormen die gedoemd zijn om in de mond in heel veel stukken uiteen te vallen. Al snel kwamen ze daarbij – opnieuw middels experimenten – uit bij spiraalvormige stukken chocolade (zie afbeelding hieronder). Proefpersonen bleken de stukjes chocolade met name meer te kunnen waarderen als deze meerdere windingen hadden. Dat resulteerde niet alleen in meer breuken, maar ook in een iets ander geluid dan wanneer het stukje chocolade bijvoorbeeld maar één winding telde. En zowel het mondgevoel van die meerdere windingen als het geluid dat bij het ontstaan van meerdere breuken hoorde, versterkte het eetgenot.

Ontwerpen zonder uitproberen
En zo ontworpen de onderzoekers door trial and error dus verschillende chocoladestructuren die gepaard gingen met uiteenlopende mondgevoelens. Een tamelijk arbeidsintensief proces. En dus vroegen ze zich af of het ook anders kon. Moest het ontwerpen van een prettige eetervaring een kwestie van uitproberen zijn? Of was het ook mogelijk om het ultieme chocolaatje te ontwerpen en optimaliseren vóór het gemaakt wordt? Jawel, zo tonen de onderzoekers aan, en wel met een slim gekozen wiskundig model. “De natuurkunde of wiskunde kan worden gebruikt om te berekenen en te ontwerpen hoe het materiaal breekt,” legt Coulais uit. “Wij maakten daartoe gebruik van een speciaal ontworpen algoritme. Dit complexe algoritme optimaliseert de geometrie zo dat de structuur stijf is in één richting en zacht in de andere richting. En daarvoor bepaalt het algoritme waar de chocolade moet worden geplaatst.” Zo kan bijvoorbeeld ook de weerstand tegen breken voor verschillende bijtrichtingen worden ingeregeld.

Gewapend met dit algoritme is het dus mogelijk om een chocolaatje te ontwerpen dat – in ieder geval als het om het mondgevoel gaat – een ultieme eetervaring biedt. Maar dat is wat de onderzoekers betreft niet het ultieme doel. Zo zouden vergelijkbare studies ook los kunnen worden gelaten op andere eetbare metamaterialen waarbij – in tegenstelling tot chocolade – als het om de eetervaring gaat nog veel te winnen valt. “Denk bijvoorbeeld aan duurzaam voedsel, zoals alternatieven voor vlees.” Maar ook mensen met eetstoornissen kunnen op termijn bij het onderzoek gebaat zijn. Je kunt dan in het bijzonder denken aan mensen met de eetstoornis ARFID, die heel weinig of heel selectief eten, omdat een groot deel van het voedsel voor hen een onprettige structuur of vervelend mondgevoel heeft.