Schokolade

Herkunft von Theobroma Cacao

Schokolade wird aus den Samen des Baumes Theobroma Cacao gewonnen. Es kommt normalerweise in feuchten, tropischen Regionen Nord-Süd- und Mittelamerikas vor. Hauptproduzenten von Schokolade sind die Elfenbeinküste, Ghana, Indonesien, Brasilien, Nigeria, Kamerun, Malaysia und Ecuador. Es wurden verschiedene Arten des Baumes entdeckt, darunter Criollo, Forastero und Trinitario. Die meisten Schokoladenhersteller verwenden derzeit jedoch Forastero und Trinitario, da Criollo sehr anfällig für Krankheiten ist.

Fermentation

Fermentation ist der erste Prozess, dem Kakaobohnen bei der Herstellung von Schokolade unterzogen werden. Der Prozess dauert normalerweise bis zu sieben Tage. Die Fermentation findet im pektinhaltigen Fruchtfleisch statt, das die Bohnen dieses Baumes umgibt. Biochemische und enzymatische Reaktionen, die im Keimblatt stattfinden, verursachen eine Vielzahl von Geschmacksverbindungen . Das Fruchtfleisch, das die Kakaobohnen umgibt, wird von verschiedenen Mikroben fermentiert, darunter Hefen, Milchsäurebakterien und Essigsäurebakterien. Die daraus resultierenden hohen Temperaturen und Produkte, die von diesen Mikroben produziert werden, wie das Ethanol aus Hefe, töten die Bohnen ab und tragen zum Aroma der Schokolade bei .

Sobald die Samen geerntet sind, wird normalerweise sofort mit der Fermentation begonnen. Die Bohnen in den Kakaoschoten befinden sich in einer Umgebung, in der keine Mikroben wachsen können. Beim Aufschneiden der Kakaoschoten werden die Bohnen jedoch Mikroben ausgesetzt und der Fermentationsprozess kann beginnen . Mikroben entstehen aus Händen von Arbeitern, Messern, ungewaschenen Körben und getrocknetem Schleim auf Fermentationsboxen .

In Bananenblättern gewickelte Behälter werden bis zu 2000 kg Bohnen fermentiert . Die Bohnen sind mit einem weiß-cremefarbenen, schleimigen (Protein- / Zuckermantel) Fruchtfleisch bedeckt, das solubilisiert wird, und der Abbau des Klebstoffs zwischen den Zellstoffzellenwänden und dem Kakaohonig („Schwitzen“) wird durch Löcher in der Schachtel mit den Bohnen freigesetzt .

In den frühen Stadien des Fermentationsprozesses produzieren Hefen Ethanol und sezernieren Enzyme, die Pektin abbauen. Dann treten Bakterien (Milchsäure- und Essigsäurebakterien) auf, gefolgt von aeroben sporenbildenden Bakterien und filamentösen Pilzen .

Physikalische Bedingungen

Änderungen der physikalischen Bedingungen

Aufgrund der Anwesenheit von Zitronensäure ist das Fruchtfleisch eine saure Umgebung mit einem pH-Wert von 3,0 bis 3,5. Da Hefen Zitronensäure verbrauchen, steigt der pH-Wert auf etwa 4,8 bis 5,0. Die Hefe wandelt auch Zucker (Glukose, Saccharose und Fruktose) in Ethanol um und erhöht die Ethanolkonzentration für ein oder zwei Tage. Die Konzentration nimmt dann allmählich ab, da sie durch Essigsäurebakterien oxidativ zu Essigsäure metabolisiert wird. Die Temperatur steigt während des gesamten Prozesses aufgrund der Freisetzung von Wärme als Nebenprodukt biochemischer Prozesse, die von den Mikroben durchgeführt werden, von etwa 20 bis 25ºC auf 48 bis 50ºC .

Mikroben

Abfolge von Mikroben während der Fermentation

Hefe

Hefe wächst gut in sauren Umgebungen und niedrigen Sauerstoffgehalten, wie in den Anfangsstadien der Fermentation. In diesen frühen Stadien sind Hefen sehr wichtig, um den Weg für die weitere Fermentation durch Bakterien zu ebnen. Sie wandeln Zucker wie Saccharose, Glucose und Fructose in Ethanol und CO2 um, verringern den Säuregehalt des Fruchtfleisches durch Verwendung von Zitronensäure und produzieren aromatische Verbindungen, die zum Schokoladenaroma beitragen und für die Entwicklung des Geschmacks wichtig sind. Um Schwankungen der Bohnenbedingungen zu bewältigen, produzieren einige Hefen schwache organische Säuren, um Schwankungen wie den pH-Wert zu puffern. Hefe ist auch für den Abbau von Fruchtfleisch und die Produktion von Enzymen verantwortlich, die Pektin abbauen . Dadurch entstehen Hohlräume im Kakao, in die Luft strömen kann. Dieser erhöhte Luftstrom zusammen mit einem Anstieg des pH-Werts und der Alkoholkonzentration tötet jedoch schließlich die Hefe ab .

Prominente Hefe in den ersten 24 bis 36 Stunden der Fermentation gehören Kloeckera apis (~ 70-90% der gesamten Hefe angebaut), Kloeckera javanica und Kloeckera africana, Candida pelliculosa und Candida humicola (weniger als 5% der gesamten Hefe), Rhodotorula rubra und Rhodotorula glutinis. Saccharomyces cerevisiae und Candida tropicalis waren auch während der ersten 24-36 Stunden prominent, starben aber am Ende der Fermentation ab. Die meisten wuchsen nur bis etwa 37 bis 40ºC und bis zu etwa 5-10% Ethanol .

Milchsäurebakterien

Milchsäurebakterien beginnen zu wachsen, wenn das Fruchtfleisch und das „Schwitzen“ abgebaut und abgelassen werden und die Hefe stirbt . Die Hauptfunktion von Milchsäurebakterien besteht darin, Zellstoffzucker (Glucose und Fructose) und Citrat zu metabolisieren, um Milchsäure, Essigsäure, Ethanol und Mannit herzustellen. Die Produktion von Milch- und Essigsäure trägt zur Abnahme des pH-Wertes bei. Es wurde auch angenommen, dass Milchsäurebakterien zur Fähigkeit der Hefe beitragen, Citrat als Kohlenstoffquelle zu verwenden. Diese Produkte sind gut für das Wachstum von Essigsäurebakterien und ermöglichen es ihnen, Ethanol in Essigsäure umzuwandeln, wodurch Wärme als Nebenprodukt für den eventuellen Tod von Kakaobohnen freigesetzt wird .

Vorherrschende Milchsäurebakterien in den ersten 36 bis 48 Stunden der Fermentation sind Lactobacillus cellobiosus (60-85% der gesamten gezüchteten Milchsäurebakterien), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus hilgardii (nur 2% der gesamten Bakterien) (1), Lactobacillus fermentum, Leuconostoc mesenteroides und Lactococcus lactis . Die meisten wuchsen gut zwischen 40 bis 45ºC und bei 7 bis etwa 10% Ethanol .

Essigsäurebakterien

Gegen Ende der Fermentation nimmt die Anwesenheit von Hefe und Milchsäurebakterien ab und der Gärhaufen wird belüfteter. Diese Bedingungen können daher zur Entwicklung von Essigsäurebakterien führen. Dieses Bakterium oxidiert Ethanol zu Essigsäure und oxidiert die Essigsäure weiter zu Kohlendioxid und Wasser. Diese Organismen werden aufgrund der Ansäuerung von Kakaobohnen bei hohen Temperaturen metabolisiert, was zu einer Diffusion und Hydrolyse von Proteinen in den Keimblättern führt. Essigsäurebakterien bilden in erster Linie die Vorläufer des Schokoladenaromas. Dazu gehören Mitglieder der Gattung Acetobacter sowie Gluconobacter

Aerobe Sporenbildende Bakterien

Hohe Temperaturen und Erhöhung des pH-Wertes zusammen mit erhöhter Belüftung führen zur Entwicklung von aeroben sporenbildenden Bakterien der Gattung Bacillus. Dazu gehören B. pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis und Bacillus cereus. Der Bacillus spp. gefunden während der aeroben Phase der Fermentation wurden gefunden, um für das Aroma von Schokolade verantwortlich zu sein. Aerobe sporenbildende Bakterien bilden chemische Verbindungen, die Säure und manchmal Geschmacksverlust verursachen, wenn die Fermentation zu lange andauert .

Filamentöse Pilze

Filamentöse Pilze finden sich auch in den gut belüfteten Teilen der fermentierten Masse. Sie können eine Hydrolyse eines Teils der Pulpe verursachen und Säuren produzieren, werden jedoch bei der mikrobiellen Sukzession nicht als wichtig angesehen. Von den filamentösen Pilzen sind Aspergillus fumigatus und Mucor racemous bis zum Ende der Fermentation am häufigsten in der Pilzpopulation vorhanden. Diese Pilze können bei Temperaturen von mehr als 45 ° C nicht wachsen, können jedoch bei einer Temperatur von etwa 50 ° C isoliert werden.

Trocknen & Rösten

Der Trocknungs- und Röstprozess enthält einen sehr kleinen Teil von Mikroben wie Milchsäurebakterien, Essigsäurebakterien, aeroben sporenbildenden Bakterien und anderen. Die verbleibenden Mikroben beginnen, Endosporen zu bilden, wenn Bedingungen wie das Wärmeniveau zunehmen und die Luftfeuchtigkeit abnimmt, zusätzlich kann sich Schimmel bilden, wenn die Trocknungsbedingungen nicht korrekt sind, aber sonst ist nicht viel bekannt.

In der Vergangenheit beinhaltete das Trocknen von Bohnen die Verwendung von Sonnenlicht und das Ausbreiten der Bohnen über eine große Fläche; Heutzutage hat sich das Trocknen von Bohnen zu großen Maschinen entwickelt, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit regulieren, obwohl einige ihre Bohnen immer noch auf traditionelle Weise trocknen können. Die Trocknung beginnt, wenn die Bohnen in eine Schachtel mit einem Stück Plastik gelegt werden, die Bohnen werden dann gedreht, während sie bei etwa 50 ° C bis 60 ° C geröstet und im Laufe einiger Tage getrocknet werden, bis der Wassergehalt auf etwa 7 bis 10% sinkt. Die Geschwindigkeit, mit der die Bohnen trocknen, ist auch ein wichtiger Faktor bei der Untersuchung der Schokoladenherstellung Wenn die Bedingungen nicht stimmen, können sich Mikroben wie Pilze bilden. In diesem Stadium der Schokoladenproduktion möchte der Hersteller die Menge an Mikroben minimieren, da sie den Geschmack der Schokolade verändern können. Untersuchungen haben ergeben, dass schnelles Trocknen bei niedriger Luftfeuchtigkeit und langsames Trocknen bei hoher Luftfeuchtigkeit für Kakaobohnen schädlicher sind. Sie stellten fest, dass dies auf ein Austreten von Elektrolyten zurückzuführen war, und kamen zu dem Schluss, dass, wenn man die optimale Trocknungsrate bestimmen würde, das Finden des Punktes, an dem der geringste Schaden durch mechanische und metabolische Belastungen verursacht wird, wahrscheinlich der optimale Punkt wäre . Eine andere hat festgestellt, dass die Bedingungen für gute Ergebnisse durch Trocknen bei niedriger Temperatur oder gelegentliche Trocknungspausen bei Trocknen bei hoher Temperatur verbessert wurden . Einige Jahre später hat eine andere Gruppe von Forschern speziell festgestellt, dass die optimalen Bedingungen für das Trocknen von Kakaobohnen bei einer Temperatur von 40 ° C und einer Tiefe von 8, 3 cm lagen.

Nach dem Trocknen werden die Bohnen gereinigt, um alle verbleibenden Mikroben zu entfernen und überschüssiges Material zu entfernen.Sie werden dann bei etwa 120 ° C geröstet, wobei alle verbleibenden Mikroben abgetötet werden und der Geschmack und der Duft zum Vorschein kommen. Es sollte bekannt sein, dass einige Unternehmen die Tatsache beworben haben, dass Bakterien und Pilze, die an der Entwicklung von Schokolade beteiligt sind, als gefährlich gebrandmarkt wurden, obwohl sie es tatsächlich nicht sind. Nach dem Rösten werden die Kakaobohnen gereinigt, bis nur noch der Spitzenteil der Bohne übrig ist, und dann werden sie gemahlen und erhitzt, bis sich die Schokolade in einen flüssigen Zustand bewegt. Der Prozess endet in einem Schritt, der als Tempern bekannt ist, wo Schokolade ihr glänzendes Aussehen erhält .

Geschmack und Aroma

Es gibt verschiedene Faktoren, die den Geschmack von Schokolade zu beeinflussen scheinen, einschließlich der Komponenten, aus denen das Bohnenpulpe besteht. Lipide machen den größten Teil der Kakaobohne (etwa 50%) ihres Gesamtgewichts aus. Eine Studie hat behauptet, dass die Konzentration an freien Fettsäuren mit dem pilzlichen Abbau der Lipidsubstanz in der Kakaobohne zunimmt und somit den Schokoladengeschmack beeinflusst .

Säuren

Während der Fermentation des Bohnenschnitzels produzieren Bakterien verschiedene Produkte wie Alkohole, Essigsäure und organische Säuren, die alle zum Bohnentod beitragen können. Die chemischen Veränderungen, die sich aus dem Tod der Bohne ergeben, tragen zum ursprünglichen Aroma, zur Färbung und zum Geschmack des Kakaos bei. Essigsäuren wie A. aceti, A. pasteurianus und Gluconobacter oxydans spielen eine Rolle für das Aroma und den Geruch während der Kakaobohnenfermentation. Sie können verschiedene Nebenprodukte aus metabolisierenden Zuckern und organischen Säuren produzieren, und diese Nebenprodukte können während der Fermentation zum Aroma von Kakaobohnen beitragen .

Hefe

Hefe spielt eine wichtige Rolle bei der Fermentation der Kakaobohne, indem sie Ethanol und letztendlich Essigsäure produziert, was zum Tod der Bohne führt; Dies löst eine Reihe biochemischer Veränderungen aus, die zum Geschmack der Schokolade beitragen .Nach dem Trocknungsprozess wird der Wassergehalt der Bohnenschote stark reduziert, wobei die Bohnen geröstet werden, um den charakteristischen Geschmack und Geruch von Schokolade zu erzeugen. Hefe spielt eine wichtige Rolle in den endgültigen Schokoladenaromen der gerösteten Bohnen. Es wurde auch gefunden, dass die Enzyme, die die Hefe freisetzt, für die Schokoladenvorläuferkomponenten wichtig sind. Erst wenn die Kakaobohnen tatsächlich geröstet sind, entsteht das charakteristische Schokoladenaroma .

Bacillus

Bacillus-Bakterien sind auch am Fermentationsprozess der Kakaobohnen beteiligt, hauptsächlich in den Endstadien der Fermentation, wenn die Umgebungsbedingungen des Prozesses aerober (sauerstoffhaltiger) und weniger sauer sind. Einige dieser Bacillus-Bakterien, die identifiziert wurden, umfassen Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans und Bacillus pumilus. Es wurde gezeigt, dass die Produktion von organischen Säuren und Pyrazinen durch Bacillus-Bakterien den Geschmack von Kakao beeinflusst, indem die produzierten Enzyme in die Kakaobohnen gelangen und die chemischen Mengen im Inneren verändern .

Klima

Klimabedingungen, Erntezeiten, die Reife der Kakaoschote (einschließlich der Qualität des Bohnenschnitzels) beeinflussen die Fermentation der Kakaobohne. Darüber hinaus wurden die verschiedenen Aromen mit dem Vorhandensein von Estern in der chemischen Zusammensetzung der Kakaobohne in Verbindung gebracht. Diese Ester wurden mit der Existenz von Hefen und Essigsäurebakterien wie Acetobacter und Gluconobacter in Verbindung gebracht. Allerdings sind nicht alle Schokoladengerüche auf das Vorhandensein von Mikroben zurückzuführen. Einige der Gerüche waren auf die thermischen Bedingungen des Fermentationsprozesses zurückzuführen. Einige dieser Aromen könnten das Ergebnis einer Kontamination im Trocknungsprozess gewesen sein .

Gesundheitliche Vorteile von Schokolade

Es wurde untersucht, dass der regelmäßige Verzehr von Lebensmitteln mit hohem Flavonoidgehalt das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringern kann . Spezifisch für die kardiovaskuläre Gesundheit ist eine spezifische Untergruppe von Flavonoiden, die als Flavan-3-Ole (Falvanole) bekannt sind, in Kakaoprodukten wie Schokolade enthalten . Verschiedene Studien haben Verbesserungen des Blutdrucks und der Funktion von Endothelzellen und Blutplättchen aufgrund des Verzehrs von flavanolhaltigen Kakaoprodukten gezeigt . Der Grund, warum dunkle Schokolade besser für die Gesundheit ist als Milchschokolade, ist, dass dunkle Schokolade pro Portion fast 2,5-mal so viele Flavonoide enthält wie Milchschokolade; dies kann teilweise auf die Milch in Milchschokolade zurückzuführen sein, die die Absorption dieser Flavonoide durch den Darm hemmt. Dunkle Schokolade hat auch höhere Konzentrationen von Phenolen und Catechinen als Milchschokolade .

Krankheiten bei Theobroma Cacao

Pathogene Erkrankung von Theobroma-Kakaosamen durch Moniliophthora (Crinipellis) perniciosa und Moniliophthora roreri.

Es gibt verschiedene Pilzkrankheiten, die sich nachteilig auf die Theobroma-Kakaopflanze ausgewirkt haben. Die beiden wichtigsten in Südamerika beheimateten Krankheiten werden durch die Pilze Crinipellis perniciosa (auch bekannt als Hexenbesen-Krankheit) und Moniliophthora roreri (frostige Hülsenfäule oder Moniliasis-Krankheit) verursacht. Diese Pilze infizieren Theobroma L. und Herrania Goudot, insbesondere T. cacao, die die Quelle der Schokolade ist. Diese Infektion verursacht Hypertrophie und Hyperplasie im Kakao, was letztendlich zu Gewebeschäden führt. C. perniciosa basidiosporen infizieren Kakaomeristeme, was zu einem neu gestörten Wachstum von Trieben, „Hexenbesen“, im Wirt führt. C. perniciosa infiziert auch die frühen Phasen des Kakaobohnenschotenwachstums, indem es die Schalen der Pflanze durchbricht und die Kakaosamen zerstört. Der Erreger M. roreri (Frosty pod rot) kommt nur bei den Arten Theobroma und Herrania vor. Es führt zu äußeren und inneren Schäden an der Kakaobohnenschote und zum vollständigen Tod und Verlust der Bohnenschoten .

Aktuelle Forschung

A. Glucosyltransferasen ermöglichen es Bakterien, an Oberflächen wie einem Kinderzahn zu haften. Eine neue Art von Mundspülung, die Kakaobohnenschalenextrakt (CBHE) enthält, wurde entwickelt und unterstützt die Anti-Glucosyltransferase- und antibakterielle Aktivität. Studien werden durchgeführt, indem die Unterschiede in der Anzahl der Mutans-Streptokokken in Placebogruppen im Vergleich zu tatsächlichen CBHE-Gruppen beobachtet werden. Das CBHE-Mundwasser wird getestet, um die Anzahl der Mutans-Streptokokken zu senken und Plaque auf den Zähnen von Kindern zu entfernen, und Studien haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt .

B. Um die Wechselwirkungen zwischen mikrobiellen Aktivitäten auf der Außenseite von Bohnen und chemischen Prozessen im Inneren zu beobachten, können verschiedene Werkzeuge verwendet werden. Die denaturierende Gradientengelelektrophorese (DGGE) wird verwendet, um mikrobielle Veränderungen während der Fermentation von Kakao zu überwachen. Die Nahinfrarotspektroskopie (NIR) wird verwendet, um verschiedene Komponenten in Kakaobohnen zu bestimmen. Eine Reihe von Kakaofermentationsbohnenproben werden in 24-Stunden-Intervallen entnommen, getrocknet und von NIR sowie gleichzeitig von DGGE analysiert. Mit kulturabhängigen und kulturaushängigen Methoden kann die Mikrobiologie ghanaischer Kakaofermentationen analysiert werden, um festzustellen, ob die mit DGGE bestimmte Fermentation mit der von NIR korreliert.

C. Die Konjugation des pUR400-Gens in Escherichia coli HD701 aus einem Escherichia coli K12-Stamm gibt ihnen die Fähigkeit, Saccharose in Wasserstoff umzuwandeln. Studien wurden an Escherichia coli mit und ohne das pUR400 durchgeführt, das in Escherichia coli konjugiert war, fanden heraus, dass der elterliche Stamm nicht in der Lage war, Saccharose in Wasserstoff umzuwandeln, obwohl die Rekombinanten dazu in der Lage waren . Die Anwendungen hierfür reichen von der Bioremediation toxischer Abfälle bis hin zu Abfällen aus der Herstellung von Lebensmitteln wie Schokolade . Forscher haben herausgefunden, dass das Bakterium durch die Aufnahme von Schokoladenabfällen und die Fütterung mit Escherichia coli im Gegenzug Wasserstoff produzieren konnte. Darüber hinaus konnten die Forscher mit diesem Wasserstoff einen kleinen Ventilator über eine Brennstoffzelle antreiben.

D. Die Fermentation von Theobroma Cacao ist notwendig, um die Geschmacksvorstufen von Schokolade zu entwickeln. Diese aktuelle Studie befasst sich mit einer kontrollierten Studie, in der der Kakaosamen während der Fermentation mit einem hybriden Hefestamm, der als Kluyveromyces marxianus bekannt ist, geimpft wird, um festzustellen, ob die erhöhte pektinolytische Aktivität eine bessere Qualität der Schokolade bewirken würde. Die Ergebnisse zeigten, dass die Hybridhefe den Gesamtabbau des Samenproteins beeinflusste und die titrierbare Säure reduzierte; und insgesamt wurden die mit Kluyveromyces marxianus geimpften Bohnen den natürlich fermentierten Kakaobohnen vorgezogen. Diese Präferenz bei der Schaffung einer besseren Qualität des Endprodukts verdankt einen großen Teil ihres Erfolgs der Verbesserung der ersten 24 Stunden der Fermentation durch Erhöhung der Massenbelüftung des fermentierenden Samens.

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Herausgegeben von Rebecca Law, Brian Lew, Jason Ly und Sahar Salek, Studenten von Rachel Larsen