Čokoláda

původ Theobroma cacao

čokoláda je odvozena ze semen stromu Theobroma cacao. Obvykle se vyskytuje ve vlhkých tropických oblastech severní jižní a střední Ameriky. Hlavními producenty čokolády jsou Pobřeží slonoviny, Ghana, Indonésie, Brazílie, Nigérie, Kamerun, Malajsie a Ekvádor. Bylo objeveno několik druhů stromu, včetně Criollo, Forastero, a Trinitario. Většina výrobců čokolády v současné době používá Forastero a Trinitario, protože Criollo je vysoce náchylný k nemocem.

fermentace

fermentace je první proces, kterému jsou kakaové boby vystaveny při výrobě čokolády. Proces obvykle trvá až sedm dní. Fermentace probíhá v pektinové buničině obklopující fazole tohoto stromu. Biochemické a enzymatické reakce, které probíhají uvnitř kotyledonu, způsobují různé aromatické sloučeniny . Buničina obklopující kakaové boby je fermentována různými mikroby včetně kvasinek, bakterií mléčného kvašení a bakterií kyseliny octové. Výsledná vysoká teplota a produkty produkované těmito mikroby, jako je ethanol z kvasinek, zabíjejí fazole a přispívají k ochucení čokolády .

jakmile jsou semena sklizena, fermentace se obvykle začíná okamžitě. Fazole uvnitř kakaových lusků jsou v prostředí tak, aby nemohly růst žádné mikroby. Po otevření kakaových lusků jsou však fazole vystaveny mikrobům a proces fermentace může začít . Mikroby vznikají z rukou dělníků, nožů, nemytých košů a sušeného slizu na fermentačních boxech .

nádoby zabalené v banánových listech se používají k fermentaci až 2000 kg fazolí . Fazole jsou pokryty bílou smetanou, slizovitou (bílkovinnou/cukrovou vrstvou) buničinou, která je rozpuštěna, a rozpad lepidla mezi stěnami buničiny a kakaovým medem („pocení“) se uvolňuje otvory v krabici obsahující fazole .

v raných stádiích fermentačního procesu produkují kvasinky ethanol a vylučují enzymy, které štěpí pektin. Poté se objeví bakterie (kyselina mléčná a bakterie kyseliny octové), následované aerobními bakteriemi tvořícími spory a vláknitými houbami .

fyzikální podmínky

změny fyzikálních podmínek

v důsledku přítomnosti kyseliny citronové je buničina kyselým prostředím s pH 3,0 až 3,5. Vzhledem k tomu, že kvasinky spotřebovávají kyselinu citronovou, pH se zvyšuje na přibližně 4,8 až 5,0. Kvasinky také přeměňují cukry (glukózu, sacharózu a fruktózu) na ethanol, čímž zvyšují koncentraci ethanolu po dobu jednoho nebo dvou dnů. Koncentrace pak postupně klesá, protože je oxidačně metabolizována na kyselinu octovou bakteriemi kyseliny octové. Teplota stoupá v průběhu procesu v důsledku uvolňování tepla jako vedlejšího produktu biochemických procesů přenášených mikroby, od přibližně 20 do 25 ° C do 48 až 50 ° C .

mikroby

Posloupnost mikrobů během fermentace

kvasinky

kvasinky dobře rostou v kyselém prostředí a nízkých hladinách kyslíku, například v počátečních fázích fermentace. V těchto raných stádiích jsou kvasinky velmi důležité při přípravě cesty pro další fermentaci bakteriemi. Převádějí cukry, jako je sacharóza, glukóza a fruktóza, na ethanol a CO2, snižují kyselost buničiny použitím kyseliny citronové a produkují aromatické sloučeniny, které přispívají k čokoládové vůni a jsou důležité pro rozvoj chuti. Aby se vypořádaly s výkyvy v podmínkách fazolí, některé kvasinky produkují slabé organické kyseliny k kolísání pufru, jako je pH. kvasinky jsou také zodpovědné za degradaci buničiny a produkci enzymů, které rozkládají pektin . To vytváří dutiny v kakau, kde může proudit vzduch. Tento zvýšený průtok vzduchu spolu se zvýšením pH a koncentrace alkoholu však nakonec kvasinky zabíjí .

mezi významné kvasinky v prvních 24 až 36 hodinách fermentace patří kloeckera apis (~70-90% celkového vypěstovaného droždí), Kloeckera javanica a Kloeckera africana, Candida pelliculosa a Candida humicola (méně než 5% celkového droždí), Rhodotorula rubra a Rhodotorula glutinis. Saccharomyces cerevisiae a Candida tropicalis byly také prominentní během prvních 24-36 hodin, ale na konci fermentace vymřely. Většina rostla pouze do asi 37 až 40 ° C a až do přibližně 5-10% ethanolu .

bakterie mléčného kvašení

bakterie mléčného kvašení začínají růst, když se buničina a“ pocení “ degradují a vypustí a kvasinky umírají . Hlavní funkcí bakterií mléčného kvašení je metabolizovat cukry buničiny (glukózu a fruktózu) a citrát za vzniku kyseliny mléčné, kyseliny octové, ethanolu a mannitolu. Produkce kyseliny mléčné a kyseliny octové přispívá ke snížení pH. předpokládá se také, že bakterie mléčného kvašení přispívají ke schopnosti kvasinek používat citrát jako zdroj uhlíku. Tyto produkty jsou dobré pro růst bakterií kyseliny octové a umožňují jim přeměnit ethanol na kyselinu octovou a uvolňovat teplo jako vedlejší produkt pro případnou smrt kakaových bobů .

mezi Převládající bakterie mléčného kvašení v prvních 36 až 48 hodinách fermentace patří Lactobacillus cellobiosus (60-85% z celkového počtu pěstovaných bakterií mléčného kvašení), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus hilgardii (pouze 2% z celkového počtu bakterií) (1), Lactobacillus fermentum, Leuconostoc mesenteroides a Lactococcus lactis . Většina rostla dobře mezi 40 až 45 ° C a při 7 až 10% ethanolu .

bakterie kyseliny octové

ke konci fermentace dochází k poklesu přítomnosti kvasinek a bakterií mléčného kvašení a fermentační halda se stává více provzdušněnou. Tyto stavy proto mohou vést k rozvoji bakterií kyseliny octové. Tato bakterie oxiduje ethanol na kyselinu octovou a dále oxiduje kyselinu octovou na oxid uhličitý a vodu. Tyto organismy jsou metabolizovány v důsledku acidulace kakaových bobů při vysokých teplotách, což způsobuje difúzi a hydrolýzu proteinů v kotyledonech. Bakterie kyseliny octové tvoří především prekurzory čokoládové chuti. Patří sem členové rodu Acetobacter a Glukonobacter

aerobní bakterie tvořící spory

vysoké teploty a zvýšení pH spolu se zvýšeným provzdušňováním vedou k rozvoji aeobních bakterií rodu Bacillus. To zahrnuje B.pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis a Bacillus cereus. Bacillus spp. bylo zjištěno, že během aerobní fáze fermentace jsou zodpovědné za ochucení čokolády. Aerobní bakterie tvořící spory tvoří chemické sloučeniny, které způsobují kyselost a někdy i ochucení, pokud fermentace pokračuje příliš dlouho .

vláknité houby

vláknité houby se také nacházejí v dobře provzdušněných částech fermentované hmoty. Mohou způsobit hydrolýzu některých buničin a produkovat kyseliny, ale nejsou považovány za důležité v mikrobiální posloupnosti. Z vláknitých hub jsou Aspergillus fumigatus a Mucor racemous nejvíce přítomné v houbové populaci až do konce fermentace. Tyto houby nemohou růst při teplotách vyšších než 45°C, ale mohou být izolovány při teplotě kolem 50°C .

sušení & pražení

proces sušení a pražení obsahuje velmi malou část mikrobů, jako jsou bakterie mléčného kvašení, bakterie kyseliny octové, aerobní bakterie tvořící spory a další. Zbytkové mikroby začnou tvořit endospory, protože podmínky, jako je zvýšení hladiny tepla a snížení vlhkosti, se mohou kromě toho začít vytvářet plísně, pokud podmínky sušení nejsou správné,ale není známo nic jiného.

v minulosti sušení fazolí zahrnovalo použití slunečního světla a šíření fazolí po široké ploše; v dnešní době se sušení fazolí vyvinulo na použití velkých strojů, které regulují teplotu a vlhkost, i když existují, že někteří mohou stále sušit fazole tradičním způsobem. Sušení začíná, když jsou fazole umístěny v krabici s kusem plastu, který ji zakrývá, fazole se pak otáčejí, zatímco se pečou při teplotě přibližně 50°C až 60°C a suší se v průběhu několika dnů, dokud obsah vody neklesne na přibližně 7 až 10%. Rychlost, s jakou jsou fazole suché, je také důležitým faktorem podílejícím se na studiu výroby čokolády, pokud podmínky nejsou správné, pak se mohou začít vytvářet mikroby, jako jsou houby. V této fázi výroby čokolády by výrobce chtěl minimalizovat množství mikrobů, protože mohou změnit chuť čokolády. Výzkum zjistil, že Rychlé sušení při nízké vlhkosti a pomalé sušení při vysoké vlhkosti byly pro kakaové boby škodlivější. Zjistili, že to bylo způsobeno únikem elektrolytů, a dospěli k závěru, že pokud bychom měli určit optimální rychlost sušení, nalezení bodu, ve kterém by bylo pravděpodobně optimálním bodem nejmenší poškození způsobené mechanickým a metabolickým namáháním . Jiný zjistil, že podmínky pro dosažení dobrých výsledků byly vyvolány sušením při nízké teplotě nebo občasnými přestávkami ze sušení, pokud jsou sušeny při vysoké teplotě . O několik let později jiná skupina vědců konkrétně určila, že optimální podmínky pro sušení kakaových bobů byly při teplotě 40°C a hloubce 8,3 cm, což minimalizovalo množství produkovaných volných aminokyselin, ale nezmínili, jak to ovlivnilo chuť .

po vysušení jsou fazole vyčištěny, aby se odstranily všechny zbývající mikroby a zbavil se přebytečného materiálu, pak se pečou při teplotě kolem 120°C, zabíjejí všechny zbývající mikroby a přinášejí chuť a vůni. Pokud by mělo být známo, že některé společnosti inzerují skutečnost, že bakterie a houby, které se podílejí na vývoji čokolády, byly označeny jako nebezpečné, i když ve skutečnosti nejsou. Po pražení jsou kakaové boby vyčištěny, dokud nezůstane jen část hrotu fazole, a pak jsou uzemněny a zahřívány, dokud se čokoláda nepohne do kapalného stavu. Proces končí krokem známým jako temperování, kde čokoláda dostane svůj lesklý vzhled .

chuť a vůně

zdá se, že chuť čokolády ovlivňuje několik faktorů, včetně složek, které tvoří fazolovou buničinu. Lipidy tvoří většinu kakaových bobů (přibližně 50%) jejich celkové hmotnosti. Jedna studie tvrdila, že koncentrace volných mastných kyselin se zvyšuje s houbovou degradací lipidové hmoty v kakaových bobech, což ovlivňuje čokoládovou příchuť .

kyseliny

během fermentace fazolové buničiny produkují bakterie různé produkty, jako jsou alkoholy, kyselina octová a organické kyseliny, které mohou přispívat ke smrti fazolí. Chemické změny, které vznikají při smrti fazolí, přispívají k počáteční vůni, zbarvení, a chuť kakaa; všechny jsou dokončeny ve fázích sušení a pražení . Kyseliny octové, jako jsou a.aceti, a. pasteurianus a Glukonobacter oxydans, hrají roli ve vůni a zápachu během fermentace kakaových bobů. Mohou produkovat různé vedlejší produkty z metabolizujících cukrů a organických kyselin a tyto vedlejší produkty mohou během fermentace přispívat k aroma kakaových bobů .

kvasinky

kvasinky hrají důležitou roli při fermentaci kakaových bobů produkcí ethanolu a nakonec kyseliny octové, což vede ke smrti fazolí; čímž se spustí řada biochemických změn, které přispívají k chuti čokolády .Po procesu sušení se obsah vody v fazolovém lusku výrazně sníží, v tomto okamžiku se fazole praží, aby se vytvořila charakteristická příchuť a vůně čokolády. Kvasinky hrají zásadní roli v konečné čokoládové chuti pražených fazolí. Bylo také zjištěno, že enzymy, které kvasinky uvolňují, jsou důležité pro složky prekurzoru čokolády. Teprve když byly kakaové boby skutečně praženy, dochází k charakteristické čokoládové vůni .

Bacillus

Bacilové bakterie se také podílejí na fermentačním procesu kakaových bobů, převážně v koncových fázích fermentace, kdy jsou podmínky prostředí procesu aerobnější (obsahující kyslík) a méně kyselé. Některé z těchto bakterií Bacillus, které byly identifikovány, zahrnují Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans a Bacillus pumilus. Bylo prokázáno, že produkce organických kyselin a pyrazinů bakteriemi Bacillus ovlivňuje chuť kakaa tím, že umožňuje produkovaným enzymům vstoupit do kakaových bobů a měnit chemická množství uvnitř .

klima

klimatické podmínky, období sklizně, zralost kakaového lusku (včetně kvality fazolové buničiny) ovlivňují fermentaci kakaových bobů. Kromě toho byly různé vyrobené příchutě spojeny s přítomností esterů v chemickém složení kakaových bobů. Tyto estery byly spojeny s existencí kvasinek a bakterií kyseliny octové, jako je Acetobacter a Glukonobacter. Nicméně, ne všechny čokoládové pachy jsou způsobeny přítomností mikrobů. Některé pachy byly způsobeny tepelnými podmínkami fermentačního procesu. Některé z těchto látek určených k aromatizaci mohly být výsledkem kontaminace v procesu sušení .

zdravotní přínosy čokolády

bylo studováno, že pravidelná konzumace potravin s vysokým obsahem flavonoidů může snížit riziko kardiovaskulárních onemocnění . Specifické pro kardiovaskulární zdraví, specifická podskupina flavonoidů známá jako flavan-3-ols (falvanoly), se nacházejí v kakaových výrobcích, jako je čokoláda . Různé studie prokázaly zlepšení krevního tlaku a fungování endotelových buněk a krevních destiček v důsledku konzumace kakaových výrobků, které obsahují flavanoly . Důvod, že tmavá čokoláda je lepší pro něčí zdraví oproti mléčné čokolády je, že na porci, tmavá čokoláda má téměř 2,5 krát větší množství flavonoidů než mléčná čokoláda; to může být částečně způsobeno mlékem v mléčné čokoládě, které inhibuje vstřebávání těchto flavonoidů střevem. Tmavá čokoláda má také větší koncentrace fenolů a katechinů než mléčná čokoláda .

nemoci postihující Theobroma Cacao

patogenní onemocnění semen Theobroma cacao moniliophthora (Crinipellis) perniciosa a Moniliophthora roreri.

existuje několik různých houbových chorob, které měly škodlivé účinky na rostlinu kakaa Theobroma. Primární dvě nemoci pocházející z Jižní Ameriky jsou způsobeny houbami Crinipellis perniciosa (také známými jako Čarodějnická košťata) a Moniliophthora roreri(mrazivá hniloba nebo moniliasis nemoc). Tyto houby infikují Theobroma L. A Herrania Goudot, zejména T. cacao, který je zdrojem čokolády. Tato infekce způsobuje hypertrofii a hyperplazii v kakau, což nakonec vede k poškození tkáně. C.perniciosa basidiospores infikují kakaové meristémy, což vede k nově neuspořádanému růstu výhonků, „čarodějnického koště“, v hostiteli. C. perniciosa také infikuje rané fáze růstu kakaových bobů tím, že prorazí plevy rostliny a zničí semena kakaa. Patogen m. roreri (frosty pod rot) se nachází pouze u druhů Theobroma a Herrania. To má za následek vnější a vnitřní kakaové boby pod poškození, a má za následek úplnou smrt a ztrátu fazolových lusků .

současný výzkum

a. Glukosyltransferázy umožňují bakteriím přilnout k povrchům, jako je dětský zub. Byl vyvinut nový typ ústní vody obsahující extrakt z kakaových bobů (CBHE), který pomáhá při anti-glukosyltransferáze a antibakteriální aktivitě. Studie jsou prováděny pozorováním rozdílů v počtu streptokoků mutans ve skupinách s placebem oproti skutečným skupinám CBHE. CBHE ústní voda se testuje jako prostředek ke snížení počtu streptokoků mutans a zbavit se plaku na dětských zubech a studie prokázaly slibné výsledky .

B. K pozorování interakcí mezi mikrobiálními aktivitami na vnější straně fazolí a chemickými procesy uvnitř lze použít různé nástroje. Denaturační gradientní gelová elektroforéza (DGGE) se používá ke sledování mikrobiálních změn během fermentace kakaa. Pro stanovení různých složek v kakaových bobech se používá spektroskopie blízké infračervené (NIR). Řada vzorků kakaových fermentací bean se odebírá s 24 hodinové intervaly, které mají být sušeny a analyzovány NIR a současně DGGE. Pomocí metod závislých na kultuře a nezávislých na kultuře lze analyzovat mikrobiologii fermentací ghanského kakaa, aby se zjistilo, zda fermentace stanovená pomocí DGGE koreluje s fermentací NIR.

C. konjugace genu pUR400 na Escherichia coli HD701 z kmene Escherichia coli K12 jim dává schopnost metabolizovat sacharózu na vodík. Studie byly provedeny na Escherichia coli s a bez pUR400, který byl konjugován do Escherichia coli, zjistil, že rodičovský kmen nebyl schopen metabolizovat sacharózu na vodík, i když rekombinanty byly schopny . Aplikace pro toto vychází z bioremediace toxických odpadů na odpady z výroby potravin, jako je čokoláda . Vědci zjistili, že tím, že vezme čokoládový odpad a krmí ho Escherichia coli, byla bakterie schopna produkovat vodík na oplátku. Navíc vědci byli schopni použít tento vodík k napájení malého ventilátoru palivovým článkem.

D. fermentace kakaa Theobroma je nezbytná pro vývoj předchůdců chuti čokolády. Tato současná studie se zabývá kontrolovanou studií, kde je kakaové semeno během fermentace naočkováno hybridním kmenem kvasinek známým jako Kluyveromyces marxianus, aby se zjistilo, zda by zvýšená pektinolytická aktivita vytvořila lepší kvalitu čokolády. Výsledky ukázaly, že hybridní kvasinky ovlivnily celkovou degradaci semenného proteinu a také snížily titrovatelnou kyselost; a celkově byly fazole naočkované Kluyveromyces marxianus upřednostňovány před přirozeně fermentovanými kakaovými boby. Tato preference při vytváření lepší kvality konečného produktu vděčí za svůj úspěch zlepšení prvních 24 hodin fermentace zvýšením hmotnostního provzdušňování fermentačního semene.

Camu, N, De Winter, T, Verbrugghe, K, et al. (2007). Dynamika a biodiverzita populací bakterií mléčného kvašení a bakterií kyseliny octové zapojených do spontánní haldy fermentace kakaových bobů v Ghaně. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 73 (6), 1809-24.

Nielsen, DS, Snitkjaer, P, & van den Berg, F. (2008). Zkoumání fermentace kakaa korelací denaturačních gradientních gelových elektroforézních profilů a blízkých infračervených spekter. International journal of food microbiology, 125 (2), 133-40.

Taylor, DA. (2005). Sladká nabídka pro výrobu kakaa?. Perspektivy životního prostředí, 113(8), A516 -.

Camu, N, González, A, De Winter, T, et al. (2008). Vliv soustružení a kontaminace životního prostředí na dynamiku populací bakterií kyseliny mléčné a kyseliny octové zapojených do spontánního kvašení haldy kakaových bobů v Ghaně. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 74 (1), 86-98.

Faborode, MO. (1995). O účincích nuceného sušení vzduchem na kvalitu kakaa. Žurnál potravinářského inženýrství, 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 (v tisku).Barel m., Les arômes du chocolat, Chocolats et friandises, Académie française du chocolat et de la confiserie, 2001

Jay, James Monroe, Martin J. Loessner a David a. Golden. Moderní mikrobiologie potravin 7.vydání. New York: Springer, 2005.

Macaskie, Lynne e. “ produkce H2 ze sacharózy kmeny Escherichia coli nesoucími pUR400 plazmid, který kóduje aktivitu invertázy.“Biotechnology Letters 26 (2004): 1879-883.

editoval Rebecca Law, Brian Lew, Jason Ly, a Sahar Salek, studenti Rachel Larsen