В процессе термической обработки какао-бобов под влиянием теплового воздействия происходят изменения белковых веществ. Экспериментально установлено снижение примерно на 25% растворимых фракций белковых веществ (альбумины, глобулины, глютелины) в результате тепловой денатурации. Чем выше температура и больше продолжительность обработки, тем более глубоко происходит денатурация белковых веществ и соответственно возрастает количество нерастворимого остатка.
Л. С. Кузнецова и Г. А. Маршалкин показали, что при обжарке какао-бобов снижается содержание свободных аминокислот и редуцирующих Сахаров, особенно глюкозы и фруктозы, в результате сахароаминной реакции (реакция Майара), реакции Штрекера и самопроизвольной деградации сахара. Продукты деградации сахара приводят к появлению определенных ароматов и привкусов.
По данным Л. С. Кузнецовой, при термической обработке какао-бобов Гана содержание глюкозы снизилось в 3 раза, фруктозы и арабинозы - в 2 раза, галактозы - в 1,5 раза.
В результате сахароаминной реакции при обжарке какао-бобов образуются различные летучие органические соединения, в их числе альдегиды, способствующие созданию аромата, и нелетучие компоненты - меланоидины, роль которых в образовании вкуса и аромата не изучена.
Тепловая деградация глюкозы сопровождается полимеризацией и образованием полисахаридов (левовращающий глюкозан, изомальтоза, амигдалоза, целлобиоза, изомальтотриоза и пр.).
Глубокие химические изменения, происходящие в семядолях какао-бобов при обжарке, приводят к появлению специфического шоколадного вкуса и аромата. Полнота достигаемого вкуса и аромата зависит как от сортовых и видовых особенностей какао-бобов, так и от способа и интенсивности их термической обработки.
Кроме рассмотренных изменений составных частей какао-бобов при обжарке в литературе отмечены также переход некоторой части содержащегося в бобах крахмала из нерастворимой в растворимую форму и переход некоторого количества какао-масла в какаовеллу. Если при мягких режимах обжарки в какаовеллу переходит около 0,1% какао-масла, то при воздействии высоких температур при обжарке и медленном охлаждении эта величина может составить более 1,0%.