Chocolade

oorsprong van Theobroma cacao

chocolade is afkomstig van de zaden van de boom Theobroma cacao. De soort komt voor in vochtige tropische gebieden in Noord-Zuid-en Midden-Amerika. Grote producenten van chocolade zijn Ivoorkust, Ghana, Indonesië, Brazilië, Nigeria, Kameroen, Maleisië en Ecuador. Verschillende soorten van de boom zijn ontdekt, waaronder Criollo, Forastero en Trinitario. De meeste chocolade producenten gebruiken momenteel Forastero en Trinitario, echter, omdat Criollo is zeer gevoelig voor ziekte.

fermentatie

fermentatie is het eerste proces waaraan cacaobonen worden onderworpen bij het maken van chocolade. Het proces duurt meestal tot zeven dagen. Fermentatie vindt plaats in de pectinaceous pulp rondom bonen van deze boom. Biochemische en enzymatische reacties die plaatsvinden in de cotyledon veroorzaken een verscheidenheid van smaak verbindingen . De pulp rond de cacaobonen wordt gefermenteerd door verschillende microben waaronder gisten, melkzuurbacteriën en azijnzuurbacteriën. De resulterende hoge temperatuur en producten geproduceerd door deze microben, zoals de ethanol uit gist, doden de bonen en dragen bij aan de smaak van de chocolade .

zodra de zaden zijn geoogst, begint de gisting meestal onmiddellijk. De bonen in de cacaopods bevinden zich in een omgeving waarin geen microben kunnen groeien. Echter, bij het snijden van de cacaopods open, worden de bonen blootgesteld aan microben en het fermentatieproces mag beginnen . Microben ontstaan uit handen van arbeiders, messen, ongewassen manden en gedroogd slijm op gistingsdozen .

in bananenbladeren verpakte recipiënten worden gebruikt om tot 2000 kg bonen te gisten . De bonen zijn bedekt met een wit-room, slijmerige (eiwit/suikerlaag) pulp die wordt opgelost, en de afbraak van de lijm tussen de pulpcellen wanden en de cacaohoning (“zweet”) worden vrijgegeven door gaten in de doos met de bonen .

in de eerste stadia van het fermentatieproces produceren gisten ethanol en scheiden ze enzymen af die pectine afbreken. Bacteriën (melkzuur-en azijnzuurbacteriën) verschijnen dan, gevolgd door aërobe sporenvormende bacteriën en filamenteuze schimmels .

fysische omstandigheden

veranderingen in fysische omstandigheden

door de aanwezigheid van citroenzuur is de pulp een zure omgeving met een pH van 3,0 tot 3,5. Naarmate de gisten citroenzuur verbruiken, stijgt de pH tot ongeveer 4,8 tot 5,0. De gist zet ook suikers (glucose, sucrose en fructose) om in ethanol, waardoor de concentratie van ethanol één of twee dagen toeneemt. De concentratie daalt dan geleidelijk aangezien het oxidatief tot azijnzuur door azijnzuurbacteriën wordt gemetaboliseerd. De temperatuur stijgt door proces toe te schrijven aan de versie van hitte als bijproduct van biochemische processen die door de microben, van rond 20 tot 25ºC aan 48 tot 50ºC worden gedragen .

microben

opeenvolging van microben tijdens de gisting

gist

gist groeit goed in zure omgevingen en lage zuurstofniveaus, zoals in de beginstadia van de fermentatie. In deze vroege stadia, gist zijn zeer belangrijk in het effenen van de weg voor verdere fermentatie door bacteriën. Ze zetten suikers, zoals sucrose, glucose en fructose, om in ethanol en CO2, verminderen de zuurgraad van de pulp door citroenzuur te gebruiken en produceren aromatische verbindingen, die bijdragen aan het chocoladearoma en belangrijk zijn voor de ontwikkeling van smaak. Om fluctuaties in bonencondities aan te kunnen, produceren sommige gisten zwakke organische zuren om fluctuaties zoals pH te bufferen. gist is ook verantwoordelijk voor het afbreken van pulp en het produceren van enzymen die pectine afbreken . Hierdoor ontstaan holtes in de cacao waar lucht kan stromen. Nochtans, doodt deze verhoogde luchtstroom, samen met een verhoging van pH en concentratie van alcohol, uiteindelijk de gist .

prominente gist tijdens de eerste 24 tot 36 uur gisting zijn onder meer Kloeckera apis (~70-90% van de totale geteelde gist), Kloeckera javanica en Kloeckera africana, Candida pelliculosa en Candida humicola (minder dan 5% van de totale gist), Rhodotorula rubra en Rhodotorula glutinis. Saccharomyces cerevisiae en Candida tropicalis waren ook prominent tijdens de eerste 24-36 uur, maar stierven af aan het einde van de gisting. De meeste groeide slechts tot ongeveer 37 tot 40ºC, en tot ongeveer 5-10% ethanol .

melkzuurbacteriën

melkzuurbacteriën beginnen te groeien wanneer de pulp en” zweet ” worden afgebroken en afgevoerd en de gist afsterft . De belangrijkste functie van melkzuurbacteriën is om pulpsuikers (glucose en fructose) en citraat te metaboliseren om melkzuur, azijnzuur, ethanol en mannitol te produceren. De productie van melkzuur en azijnzuur draagt bij aan de afname van de pH. melkzuurbacteriën zijn ook verondersteld bij te dragen aan het vermogen van gist om citraat als koolstofbron te gebruiken. Deze producten zijn goed voor de groei van azijnzuurbacteriën en stellen hen in staat om ethanol om te zetten in azijnzuur, waardoor warmte vrijkomt als bijproduct voor de uiteindelijke cacaoboonsterfte .

overheersende melkzuurbacteriën tijdens de eerste 36 tot 48 uur gisting zijn Lactobacillus cellobiosus( 60-85% van de totale geteelde melkzuurbacteriën), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus hilgardii (slechts 2% van de totale bacteriën) (1), Lactobacillus fermentum, Leuconostoc mesenteroides en Lactococcus lactis . De meeste groeiden goed tussen 40 en 45ºC, en bij 7 tot ongeveer 10% ethanol .

azijnzuurbacteriën

tegen het einde van de gisting neemt de aanwezigheid van gist en melkzuurbacteriën af en wordt de gisthoop meer belucht. Deze omstandigheden kunnen dus leiden tot de ontwikkeling van azijnzuurbacteriën. Deze bacterie oxideert ethanol aan azijnzuur, en ook verder oxideert het azijnzuur aan kooldioxide en water. Deze organismen worden gemetaboliseerd toe te schrijven aan de verzuring van cacaobonen bij hoge temperaturen, die diffusie en hydrolyse van proteã nen in de cotyledons veroorzaakt. Azijnzuurbacteriën vormen voornamelijk de voorlopers van chocoladesmaak. Deze omvatten leden van het geslacht Acetobacter en Gluconobacter

aerobe sporenvormende bacteriën

hoge temperaturen en een verhoging van de pH samen met een verhoogde beluchting leidt tot de ontwikkeling van aeobe sporenvormende bacteriën van het geslacht Bacillus. Dit omvat B. pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, en Bacillus cereus. Bacillus spp. gevonden tijdens de aërobe fase van de fermentatie zijn gevonden om verantwoordelijk te zijn voor de smaak van chocolade. Aërobe sporenvormende bacteriën vormen chemische verbindingen die zuurgraad en soms off-smaakvorming veroorzaken als de fermentatie te lang duurt .

filamenteuze schimmels

filamenteuze schimmels worden ook aangetroffen in de goed beluchtende delen van de gefermenteerde massa. Zij kunnen hydrolyse van sommige pulp veroorzaken en zuren produceren, maar worden niet belangrijk geacht in microbiële opeenvolging. Van de filamenteuze schimmels zijn Aspergillus fumigatus en Mucor racemous het meest aanwezig in de schimmelpopulatie tot het einde van de gisting. Deze schimmels kunnen niet groeien bij temperaturen hoger dan 45°C, maar kunnen worden geïsoleerd bij een temperatuur van ongeveer 50°C .

drogen & Roosten

het droog – en braadproces bevat een zeer klein deel microben zoals melkzuurbacteriën, azijnzuurbacteriën, aerobe sporenvormende bacteriën en andere. De resterende microben zullen endosporen beginnen te vormen als omstandigheden zoals niveaus van hitte stijgen en de vochtigheid afneemt, naast die schimmel kan beginnen te vormen als de droogomstandigheden niet correct zijn, maar er is niet veel anders bekend.

in het verleden bestond het drogen van bonen uit het gebruik van zonlicht en het verspreiden van de bonen over een groot gebied; tegenwoordig is het drogen van bonen geëvolueerd naar het gebruik van grote machines die de temperatuur en de vochtigheid regelen, hoewel sommige bonen nog op traditionele wijze kunnen drogen. Het drogen begint wanneer de bonen worden geplaatst in een doos met een stuk plastic bedekt, de bonen worden vervolgens gedraaid terwijl ze worden geroosterd bij ongeveer 50°C tot 60°C graden en gedroogd in de loop van een paar dagen tot het watergehalte daalt tot ongeveer 7 tot 10%. De snelheid waarmee de bonen drogen is ook een belangrijke factor betrokken bij de studie van chocolade maken als de omstandigheden niet goed dan microben zoals schimmels kunnen beginnen te vormen. In dit stadium van de chocoladeproductie zou de maker de hoeveelheid microben willen minimaliseren, omdat ze de smaak van de chocolade kunnen veranderen. Uit onderzoek is gebleken dat snelle droging bij lage vochtigheid en langzame droging bij hoge vochtigheid schadelijker waren voor cacaobonen. Zij stelden vast dat dit te wijten was aan een lekkage van elektrolyten en concludeerden dat als men de optimale snelheid voor het drogen zou bepalen, het vinden van het punt waarop de minste hoeveelheid schade veroorzaakt door mechanische en metabolische spanningen waarschijnlijk het optimale punt zou zijn . Een ander heeft geconstateerd dat de voorwaarden voor het verkrijgen van goede resultaten werden gebracht door drogen op lage temperatuur of incidentele pauzes van het drogen indien gedroogd op hoge temperatuur . Een paar jaar later heeft een andere groep onderzoekers specifiek vastgesteld dat de optimale omstandigheden voor het drogen van cacaobonen was bij een temperatuur van 40°C en een diepte van 8,3 cm dit minimaliseerde de hoeveelheid vrije aminozuren die worden geproduceerd, maar ze hebben niet vermeld hoe het de smaak beïnvloed .

na het drogen worden de bonen gereinigd om eventuele resterende microben te verwijderen en overtollig materiaal te verwijderen.vervolgens worden ze geroosterd bij ongeveer 120°C, waarbij alle resterende microben worden gedood en de smaak en geur naar buiten worden gebracht. Als bekend moet zijn dat sommige bedrijven zijn reclame voor het feit dat bacteriën en schimmels die betrokken zijn bij de ontwikkeling van chocolade zijn gebrandmerkt als gevaarlijk, terwijl ze in feite niet. Na het roosteren worden de cacaobonen gereinigd totdat er alleen nog het puntengedeelte van de boon over is, en dan worden ze geaard en verwarmd totdat de chocolade in vloeibare toestand komt. Het proces eindigt in een stap die bekend staat als temperen waar chocolade zijn glanzende uitstraling krijgt .

smaak en Aroma

er zijn verschillende factoren die de smaak van chocolade lijken te beïnvloeden, waaronder de bestanddelen waaruit de bonenpulp bestaat. De lipiden vormen het grootste deel van de cacaoboon (ongeveer 50%) van zijn totale gewicht. Een studie heeft beweerd dat de concentratie van vrije vetzuren toeneemt met de schimmelafbraak van de lipide in de cacaoboon, waardoor de chocoladesmaak wordt beïnvloed .

zuren

tijdens de fermentatie van de bonenpulp produceren bacteriën verschillende producten, zoals alcoholen, azijnzuur en organische zuren, die allemaal kunnen bijdragen tot de afsterving van bonen. De chemische veranderingen die voortvloeien uit de boon dood toe te voegen aan de eerste aroma, kleur en smaak van de cacao; die allemaal worden afgerond in het drogen en roosteren stadia . Azijnzuur, zoals A. aceti, A. pasteurianus en Gluconobacter oxidans, spelen een rol in het aroma en de geur tijdens de cacaoboonfermentatie. Ze kunnen verschillende bijproducten produceren van het metaboliseren van suikers en organische zuren, en deze bijproducten kunnen bijdragen aan het aroma van cacaobonen tijdens de fermentatie .

gist

gist speelt een belangrijke rol bij de fermentatie van de cacaoboon door de productie van ethanol en uiteindelijk azijnzuur, wat leidt tot het afsterven van de bonen; hierdoor ontstaat een reeks biochemische veranderingen die bijdragen aan de smaak van de chocolade .Na het droogproces wordt het watergehalte van de bonenpod sterk verminderd, waarna de bonen worden geroosterd om de karakteristieke smaakstof en geur van chocolade te creëren. Gist speelt een vitale rol in de uiteindelijke chocoladesmaak van de geroosterde bonen. Het is ook gebleken dat de enzymen die de gistafgifte zijn belangrijk voor de chocolade precursor componenten. Het is pas wanneer de cacaobonen daadwerkelijk zijn geroosterd doet de karakteristieke chocolade aroma optreden .

Bacillus

Bacillus-bacteriën zijn ook betrokken bij het fermentatieproces van de cacaobonen, voornamelijk in de eindfasen van de fermentatie wanneer de omgevingsomstandigheden van het proces aeroob (zuurstofhoudend) en minder zuur zijn. Sommige van deze Bacillus bacteriën die zijn geïdentificeerd omvatten Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans, en Bacillus pumilus. De productie van organische zuren en pyrazines door Bacilbacteriën is getoond om de smaak van cacao te beà nvloeden door de enzymen toe te staan die worden geproduceerd om de cacaobonen binnen te gaan en de chemische hoeveelheden binnen te veranderen .

klimaat

klimaatomstandigheden, oogstperioden, rijpheid van de cacaopod (met inbegrip van de kwaliteit van de bonenpulp) beïnvloeden de fermentatie van de cacaoboon. Bovendien zijn de verschillende geproduceerde smaken gekoppeld aan de aanwezigheid van esters in de chemische samenstelling van de cacaoboon. Deze esters zijn gekoppeld aan het bestaan van gisten en azijnzuurbacteriën zoals Acetobacter en Gluconobacter. Echter, niet alle chocolade geuren zijn te wijten aan de aanwezigheid van microben. Sommige geuren waren te wijten aan de thermische omstandigheden van het fermentatieproces. Sommige van deze off-aroma ‘ s kunnen het resultaat zijn van verontreiniging in het droogproces .

gezondheidsvoordelen van chocolade

er is onderzocht dat regelmatige consumptie van levensmiddelen met een hoog gehalte aan flavonoïden het risico op hart-en vaatziekten kan verminderen . Specifiek voor cardiovasculaire gezondheid, een specifieke subgroep van flavonoïden bekend als flavan-3-ols (falvanolen), worden gevonden in cacaoproducten zoals chocolade . Verschillende studies hebben verbeteringen in de bloeddruk en het functioneren van endotheelcellen en bloedplaatjes als gevolg van de consumptie van cacaoproducten die flavanolen bevatten aangetoond . De reden dat donkere chocolade beter is voor de gezondheid versus melkchocolade is dat per portie donkere chocolade bijna 2,5 keer zoveel flavonoïden bevat dan melkchocolade; dit kan deels te wijten zijn aan de melk in melkchocolade remmen van de absorptie van die flavonoïden door de darm. Donkere chocolade heeft ook hogere concentraties fenolen en catechinen dan melkchocolade .

ziekten bij Theobroma Cacao

pathogene ziekte van Theobroma cacao zaden door Moniliophthora (Crinipellis) perniciosa en Moniliophthora roreri.

er zijn verschillende verschillende schimmelziekten die schadelijke effecten hebben gehad op Theobroma cacao plant. De belangrijkste twee ziekten afkomstig uit Zuid-Amerika worden veroorzaakt door de schimmels Crinipellis perniciosa (ook bekend als heksenbezem ziekte) en Moniliophthora roreri (frosty pod rot of moniliasis ziekte). Deze schimmels infecteren Theobroma L., en Herrania Goudot, in het bijzonder, T. cacao, de bron van chocolade. Deze infectie veroorzaakt hypertrofie en hyperplasie in de cacao, wat uiteindelijk resulteert in weefselschade. C. perniciosa basidiosporen infecteren cacao meristems, wat leidt tot een nieuw wanordelijke groei van scheuten, “heksenbezem,” in de gastheer. C. perniciosa infecteert ook de vroege fasen van de cacaoboon pod groei door het doorbreken van de kaf van de plant en het vernietigen van de cacaozaden. De M. roreri (frosty pod rot) pathogeen wordt alleen gevonden in de Theobroma en Herrania soorten. Het resulteert in buitenste en binnenste cacaoboon pod schade, en resulteert in de volledige dood en verlies van de bonen peulen .

huidig onderzoek

A. Met Glucosyltransferasen kunnen bacteriën zich hechten aan oppervlakken zoals de tand van een kind. Een nieuw type mondspoeling met cacaoboonschil extract (CBHE) is ontwikkeld en bleek te helpen bij anti-glucosyltransferase en antibacteriële activiteit. Studies worden uitgevoerd door het observeren van de verschillen in mutans streptokokken tellingen in placebo groepen versus werkelijke CBHE groepen. De cbhe mondspoeling wordt getest als een middel om mutans streptokokken telling te verlagen en zich te ontdoen van plaque opbouw op de tanden van kinderen en studies hebben aangetoond veelbelovende resultaten te hebben .

B. Om de interacties tussen microbiële activiteiten aan de buitenkant van bonen en chemische processen binnen te observeren, kunnen verschillende hulpmiddelen worden gebruikt. Denaturerende Gradiëntgelelektroforese (DGGE) wordt gebruikt om microbiële veranderingen tijdens de fermentatie van cacao te controleren. Near Infrared (NIR) spectroscopie wordt gebruikt om verschillende componenten in cacaobonen te bepalen. Een aantal cacaofermentatieboonmonsters worden genomen met intervallen van 24 uur om te worden gedroogd en geanalyseerd door NIR en tegelijkertijd door DGGE. Met behulp van cultuurafhankelijke en cultuuronafhankelijke methoden, kan de microbiologie van Ghanese cacao fermentaties worden geanalyseerd om te bepalen of de fermentatie bepaald met behulp van DGGE gecorreleerd is met die van NIR.

C. conjugatie van het pUR400-gen in Escherichia coli HD701 van een Escherichia coli K12-stam geeft hen de mogelijkheid sucrose in waterstof te metaboliseren. Studies werden gedaan op Escherichia coli met en zonder pUR400 dat geconjugeerd was in Escherichia coli, bleek dat de ouderstam niet in staat was sucrose in waterstof te metaboliseren, hoewel de recombinanten wel in staat waren . De toepassingen hiervoor vloeien voort uit de bioremediatie van giftig afval naar afval van de productie van voedsel zoals chocolade . Onderzoekers hebben ontdekt dat door het nemen van chocoladeafval en het te voeren aan Escherichia coli, de bacterie in staat was om waterstof te produceren in ruil. Bovendien konden de onderzoekers deze waterstof gebruiken om een kleine ventilator via een brandstofcel van stroom te voorzien.

D. fermentatie van Theobromacacao is noodzakelijk om de smaakprecursoren van chocolade te ontwikkelen. Deze huidige studie kijkt naar een gecontroleerde studie waar het cacaozaad, tijdens de fermentatie, wordt ingeënt met een hybride giststam bekend als Kluyveromyces marxianus om te zien of de verhoogde pectinolytische activiteit een betere kwaliteit van chocolade zou creëren. De resultaten toonden aan dat de hybride gist de algehele afbraak van het zaadeiwit beïnvloedde en de titerbare zuurgraad verminderde; en over het algemeen, de bonen ingeënt met kluyveromyces marxianus hadden de voorkeur boven de natuurlijk gefermenteerde cacaobonen. Deze voorkeur bij het creëren van een betere kwaliteit van het eindproduct heeft veel van zijn succes te danken aan het verbeteren van de eerste 24 uur van fermentatie door het verhogen van de massa beluchting van het fermenterende zaad.

Camu, N, De Winter, T, Verbrugghe, K, et al. (2007). Dynamiek en biodiversiteit van populaties van melkzuurbacteriën en azijnzuurbacteriën die betrokken zijn bij spontane heapfermentatie van cacaobonen in Ghana. Applied and environmental microbiology, 73 (6), 1809-24.

Nielsen, DS, Snitkjaer, P, & van den Berg, F. (2008). Onderzoek naar de fermentatie van cacao door het correleren van denaturerende gradiëntgelelektroforese profielen en near infrared spectra. International journal of food microbiology, 125 (2), 133-40.

Taylor, DA. (2005). Goede deal voor cacaoproductie?. Environmental health perspectives, 113 (8), A516-.

Camu, n, González, A, De Winter, T, et al. (2008). Invloed van draaien en milieuverontreiniging op de dynamiek van populaties van melkzuur-en azijnzuurbacteriën die betrokken zijn bij spontane cacaoboonbergfermentatie in Ghana. Toegepaste en milieutechnische microbiologie, 74 (1), 86-98.

Faborode, MO. (1995). Over de effecten van geforceerde luchtdroging op de cacaokwaliteit. Journal of food engineering, 25 (4), 455-.

Lagunes Gálvez S., Loiseau G., Paredes J. L., Barel M., Guiraud J. P., Étude de la microflore et de la biochimie de la fermentation du cacao en République dominicaine, International Journal of Food Microbiology (in press).Barel M., Les arômes du chocolat, Chocolats et friandises, Académie française du chocolat et de la confiserie, 2001

Jay, James Monroe, Martin J. Loessner, en David A. Golden. Moderne Voedselmicrobiologie 7e ed. New York: Springer, 2005.

Macaskie, Lynne E. ” productie van H2 uit sucrose door Escherichia coli stammen die het pUR400 plasmide dragen, dat codeert voor invertase activiteit.”Biotechnology Letters 26 (2004): 1879-883.

uitgegeven door Rebecca Law, Brian Lew, Jason Ly en Sahar Salek, studenten van Rachel Larsen