Chocolate

Origen del cacao Theobroma

El chocolate se deriva de las semillas del árbol Theobroma cacao. Se encuentra normalmente en regiones tropicales húmedas del norte de América Central y del Sur. Los principales productores de chocolate son Costa de Marfil, Ghana, Indonesia, Brasil, Nigeria, Camerún, Malasia y Ecuador. Se han descubierto varios tipos de árboles, incluyendo Criollo, Forastero y Trinitario. La mayoría de los productores de chocolate utilizan actualmente Forastero y Trinitario, sin embargo, porque el criollo es altamente susceptible a enfermedades.

Fermentación

La fermentación es el primer proceso al que se someten los granos de cacao para hacer chocolate. El proceso suele durar hasta siete días. La fermentación tiene lugar en la pulpa pectinácea que rodea las habas de este árbol. Las reacciones bioquímicas y enzimáticas que tienen lugar dentro del cotiledón causan una variedad de compuestos de sabor . La pulpa que rodea los granos de cacao es fermentada por varios microbios, incluidas levaduras, bacterias de ácido láctico y bacterias de ácido acético. La alta temperatura resultante y los productos producidos por estos microbios, como el etanol de la levadura, matan los frijoles y contribuyen al saborizante del chocolate .

Una vez cosechadas las semillas, la fermentación generalmente comienza de inmediato. Los granos dentro de las vainas de cacao están en un ambiente tal que no pueden crecer microbios. Sin embargo, al cortar las vainas de cacao abiertas, los granos se exponen a los microbios y se permite que comience el proceso de fermentación . Los microbios surgen de las manos de los trabajadores, cuchillos, cestas sin lavar y mucílago seco en cajas de fermentación .

Los recipientes envueltos en hojas de plátano se utilizan para fermentar hasta 2000 kg de frijoles . Los frijoles están cubiertos con una pulpa mucilaginosa (cubierta de proteína/azúcar) de color blanco crema que se solubiliza, y la descomposición del pegamento entre las paredes de las células de la pulpa y la miel de cacao («sudoración») se libera a través de los agujeros en la caja que contiene los frijoles .

En las primeras etapas del proceso de fermentación, las levaduras producen etanol y secretan enzimas que descomponen la pectina. Luego aparecen bacterias (ácido láctico y ácido acético), seguidas de bacterias formadoras de esporas aeróbicas y hongos filamentosos .

Condiciones físicas

Cambios en las Condiciones físicas

Debido a la presencia de ácido cítrico, la pulpa es un ambiente ácido, con pH de 3,0 a 3,5. A medida que las levaduras consumen ácido cítrico, el pH aumenta a alrededor de 4,8 a 5,0. La levadura también convierte azúcares (glucosa, sacarosa y fructosa) en etanol, aumentando la concentración de etanol durante uno o dos días. La concentración disminuye gradualmente a medida que se metaboliza oxidativamente a ácido acético por bacterias de ácido acético. La temperatura aumenta durante todo el proceso debido a la liberación de calor como subproducto de los procesos bioquímicos llevados por los microbios, de alrededor de 20 a 25 ° C a 48 a 50 ° C.

Microbios

Sucesión de microbios durante la fermentación

Levadura

La levadura crece bien en ambientes ácidos y bajos niveles de oxígeno, como en las etapas iniciales de la fermentación. En estas primeras etapas, la levadura es muy importante para allanar el camino para una mayor fermentación por bacterias. Convierten azúcares, como sacarosa, glucosa y fructosa, en etanol y CO2, disminuyen la acidez de la pulpa al consumir ácido cítrico y producen compuestos aromáticos, que contribuyen al aroma del chocolate y son importantes para el desarrollo del sabor. Para hacer frente a las fluctuaciones en las condiciones de los frijoles, algunas levaduras producen ácidos orgánicos débiles para amortiguar las fluctuaciones, como el pH. Las levaduras también son responsables de degradar la pulpa y producir enzimas que descomponen la pectina . Esto crea cavidades en el cacao donde el aire puede fluir. Sin embargo, este aumento del flujo de aire, junto con un aumento en el pH y la concentración de alcohol, finalmente mata a la levadura .

Las levaduras prominentes en las primeras 24 a 36 horas de fermentación incluyen Kloeckera apis (~70-90% de la levadura total cultivada), Kloeckera javanica y Kloeckera africana, Candida pelliculosa y Candida humicola (menos del 5% de la levadura total), Rhodotorula rubra y Rhodotorula glutinis. Saccharomyces cerevisiae y Candida tropicalis también fueron prominentes durante las primeras 24-36 horas, pero desaparecieron al final de la fermentación. La mayoría solo creció hasta aproximadamente 37 a 40 ° C, y hasta alrededor de 5-10% de etanol .

Bacterias de ácido láctico

Las bacterias de ácido láctico comienzan a crecer cuando la pulpa y los «sudores» se degradan y drenan, y la levadura está muriendo . La función principal de las bacterias del ácido láctico es metabolizar los azúcares de la pulpa (glucosa y fructosa) y el citrato para producir ácido láctico, ácido acético, etanol y manitol. La producción de ácido láctico y acético contribuye a la disminución del pH. También se ha pensado que las bacterias de ácido láctico contribuyen a la capacidad de la levadura para usar citrato como fuente de carbono. Estos productos son buenos para el crecimiento de bacterias de ácido acético, y les permiten convertir etanol en ácido acético, liberando calor como subproducto para la muerte eventual del grano de cacao .

Las bacterias lácticas predominantes en las primeras 36 a 48 horas de fermentación incluyen Lactobacillus cellobiosus (60-85% del total de bacterias lácticas cultivadas), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus hilgardii (solo el 2% del total de bacterias) (1), Lactobacillus fermentum, Leuconostoc mesenteroides y Lactococcus lactis . La mayoría creció bien entre 40 y 45 ° C, y entre un 7 y un 10% de etanol .

Bacterias de ácido acético

Hacia el final de la fermentación, la presencia de levaduras y bacterias de ácido láctico disminuye y el montón de fermentación se airea más. Por lo tanto, estas condiciones pueden conducir al desarrollo de bacterias de ácido acético. Esta bacteria oxida el etanol a ácido acético, y también oxida aún más el ácido acético a dióxido de carbono y agua. Estos organismos se metabolizan debido a la acidulación de los granos de cacao a altas temperaturas, lo que provoca la difusión e hidrólisis de proteínas en los cotiledones. Las bacterias de ácido acético forman principalmente los precursores del sabor a chocolate. Estos incluyen miembros del género Acetobacter, así como Gluconobacter

Bacterias aerobias formadoras de esporas

Las altas temperaturas y el aumento del pH junto con el aumento de la aireación conducen al desarrollo de bacterias eobias formadoras de esporas del género Bacillus. Esto incluye B. pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis y Bacillus cereus. El Bacillus spp. encontrado durante la fase aeróbica de la fermentación se ha encontrado que es responsable de la aromatización del chocolate. Las bacterias aeróbicas formadoras de esporas forman compuestos químicos que causan acidez y, a veces, saborizantes si la fermentación continúa durante demasiado tiempo .

Hongos filamentosos

Los hongos filamentosos también se encuentran en las partes bien aireadas de la masa fermentada. Pueden causar hidrólisis de parte de la pulpa y producir ácidos, pero no se consideran importantes en la sucesión microbiana. De los hongos filamentosos, Aspergillus fumigatus y Mucor racemous son los más presentes en la población de hongos hasta el final de la fermentación. Estos hongos no pueden crecer a temperaturas superiores a 45°C, pero pueden aislarse a una temperatura de alrededor de 50°C.

Secado & Tostado

El proceso de secado y tostado contiene una porción muy pequeña de microbios, como bacterias de ácido láctico, bacterias de ácido acético, bacterias formadoras de esporas aeróbicas y otras. Los microbios residuales comenzarán a formar endosporas a medida que las condiciones, como los niveles de calor aumentan y la humedad disminuye, además de que el moho puede comenzar a formarse si las condiciones de secado no son correctas, pero no se sabe mucho más.

En el pasado, el secado de frijoles implicaba el uso de la luz solar y la distribución de los frijoles en un área amplia; en estos días, el secado de frijoles ha evolucionado al uso de máquinas grandes que regulan la temperatura y la humedad, aunque algunos todavía pueden secar sus frijoles de la manera tradicional. El secado comienza cuando los frijoles se colocan en una caja con un trozo de plástico que los cubre, luego se voltean mientras se tuestan a unos 50°C a 60 ° C y se secan en el transcurso de unos días hasta que el contenido de agua descienda a aproximadamente 7 a 10%. La velocidad a la que se secan los frijoles también es un factor importante involucrado en el estudio de la fabricación de chocolate si las condiciones no son correctas, entonces pueden comenzar a formarse microbios como los hongos. En esta etapa de la producción de chocolate, el fabricante querría minimizar la cantidad de microbios, ya que pueden alterar el sabor del chocolate. La investigación ha encontrado que el secado rápido a baja humedad y el secado lento a alta humedad eran más dañinos para los granos de cacao. Determinaron que esto se debía a una fuga de electrolitos y concluyeron que si se determinara la velocidad óptima de secado, encontrar el punto en el que la menor cantidad de daño causado por tensiones mecánicas y metabólicas probablemente sería el punto óptimo . Otro ha encontrado que las condiciones para obtener buenos resultados se planteaban al secarse a baja temperatura o a pausas ocasionales del secado si se secaban a alta temperatura . Unos años más tarde, otro grupo de investigadores determinó específicamente que las condiciones óptimas para el secado de granos de cacao se encontraban a una temperatura de 40°C y una profundidad de 8,3 cm, lo que minimizó la cantidad de aminoácidos libres que se producían, sin embargo, no mencionaron cómo afectaba el sabor .

Una vez secos, los frijoles se limpian para eliminar los microbios restantes y eliminar el exceso de material, luego se tuestan a unos 120°C, matando todos los microbios restantes y resaltando el sabor y el aroma. Si se debe saber que algunas empresas han estado anunciando el hecho de que las bacterias y hongos que participan en el desarrollo del chocolate han sido calificados como peligrosos cuando en realidad no lo son. Después de asar los granos de cacao se limpian hasta que quede solo la porción de la punta del frijol, y luego se muelen y calientan hasta que el chocolate se mueva a un estado líquido. El proceso termina en un paso conocido como templado donde se le da al chocolate su aspecto brillante .

Sabor y aroma

Hay varios factores que parecen afectar el sabor del chocolate, incluidos los componentes que componen la pulpa de frijol. Los lípidos constituyen la mayor parte del grano de cacao (alrededor del 50%) de su peso total. Un estudio ha afirmado que la concentración de ácidos grasos libres aumenta con la degradación fúngica de la materia lipídica en el grano de cacao, afectando así el sabor del chocolate .

Ácidos

Durante la fermentación de la pulpa del frijol, las bacterias producen varios productos, como alcoholes, ácido acético y ácidos orgánicos, todos los cuales pueden contribuir a la muerte del frijol. Los cambios químicos que surgen de la muerte del frijol se suman al aroma, color y sabor iniciales del cacao; todos los cuales se finalizan en las etapas de secado y tostado . Los ácidos acéticos, como A. aceti, A. pasteurianus y Gluconobacter oxydans, desempeñan un papel en el aroma y el olor durante la fermentación del grano de cacao. Pueden producir varios subproductos a partir de metabolizar azúcares y ácidos orgánicos, y estos subproductos pueden contribuir al aroma de los granos de cacao durante la fermentación .

Levadura

La levadura juega un papel importante en la fermentación del grano de cacao al producir etanol y, en última instancia, ácido acético, que conduce a la muerte del grano; desencadenando así una serie de cambios bioquímicos que contribuyen al sabor del chocolate .Después del proceso de secado, el contenido de agua de la vaina de frijoles se reduce en gran medida, momento en el que los frijoles se tuestan para crear el sabor y el olor característicos del chocolate. La levadura juega un papel vital en los sabores finales de chocolate de los frijoles tostados. También se ha encontrado que las enzimas que libera la levadura son importantes para los componentes precursores del chocolate. Solo cuando los granos de cacao se han tostado se produce el característico aroma de chocolate .

Bacillus

Las bacterias Bacillus también participan en el proceso de fermentación de los granos de cacao, predominantemente en las etapas finales de la fermentación cuando las condiciones ambientales del proceso son más aeróbicas (contienen oxígeno) y menos ácidas. Algunas de estas bacterias Bacillus que se han identificado incluyen Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans, y Bacillus pumilus. Se ha demostrado que la producción de ácidos orgánicos y pirazinas por bacterias Bacillus afecta el sabor del cacao al permitir que las enzimas producidas entren en los granos de cacao y alteren las cantidades químicas en el interior .

Clima

Las condiciones climáticas, las temporadas de cosecha, la madurez de la vaina de cacao (incluida la calidad de la pulpa de frijol) afectan la fermentación del grano de cacao. Además, los diferentes sabores producidos se han vinculado a la presencia de ésteres en la composición química del grano de cacao. Estos ésteres se han relacionado con la existencia de levaduras y bacterias de ácido acético como Acetobacter y Gluconobacter. Sin embargo, no todos los olores al chocolate se deben a la presencia de microbios. Algunos de los olores se debieron a las condiciones térmicas del proceso de fermentación. Algunos de estos saborizantes secundarios podrían haber sido el resultado de la contaminación en el proceso de secado .

Beneficios para la salud del chocolate

Se ha estudiado que el consumo regular de alimentos ricos en flavonoides puede disminuir el riesgo de enfermedades cardiovasculares . Específico para la salud cardiovascular, un subgrupo específico de flavonoides conocido como flavan-3-ols (falvanoles), se encuentra en productos de cacao como el chocolate . Diversos estudios han demostrado mejoras en la presión arterial y el funcionamiento de las células endoteliales y las plaquetas debido al consumo de productos de cacao que contienen flavanoles . La razón por la que el chocolate negro es mejor para la salud que el chocolate con leche es que por porción, el chocolate negro tiene casi 2,5 veces la cantidad de flavonoides que el chocolate con leche; esto puede deberse en parte a que la leche en el chocolate con leche inhibe la absorción de esos flavonoides por el intestino. El chocolate negro también tiene mayores concentraciones de fenoles y catequinas que el chocolate con leche .

Enfermedades que afectan al Cacao Theobroma

Enfermedad patógena de las semillas de cacao de Theobroma por Moniliophthora (Crinipellis) perniciosa y Moniliophthora roreri.

Hay varias enfermedades fúngicas que han tenido efectos perjudiciales en la planta de cacao Theobroma. Las dos principales enfermedades nativas de América del Sur son causadas por el hongo Crinipellis perniciosa (también conocido como enfermedad de la Escoba de Brujas) y Moniliophthora roreri (podredumbre helada o enfermedad de la moniliasis). Estos hongos infectan a Theobroma L., y Herrania Goudot, en particular, al cacao T., que es la fuente del chocolate. Esta infección causa hipertrofia e hiperplasia en el cacao, lo que en última instancia resulta en daño tisular. Las basidiosporas de C. perniciosa infectan los meristemas de cacao, lo que conduce a un nuevo crecimiento desordenado de brotes, «escoba de brujas», en el huésped. C. perniciosa también infecta las primeras fases del crecimiento de la vaina de frijol de cacao al romper las cáscaras de la planta y destruir las semillas de cacao. El patógeno M. roreri (pudrición de vaina helada) se encuentra solo en las especies de Theobroma y Herrania. Resulta en daños externos e internos de las vainas de cacao, y resulta en la muerte y pérdida completa de las vainas de cacao .

Investigación actual

A. Las glucosiltransferasas permiten que las bacterias se adhieran a superficies como los dientes de un niño. Se ha desarrollado un nuevo tipo de enjuague bucal que contiene extracto de cáscara de grano de cacao (CBHE) y se ha encontrado que ayuda en la actividad antiglucosiltransferasa y antibacteriana. Se están realizando estudios mediante la observación de las diferencias en los recuentos de estreptococos mutantes en los grupos de placebo frente a los grupos de ACB reales. El enjuague bucal CBHE se está probando como un medio para reducir el recuento de estreptococos mutantes y eliminar la acumulación de placa en los dientes de los niños, y los estudios han demostrado tener resultados prometedores .

B. Para observar las interacciones entre las actividades microbianas en el exterior de los frijoles y los procesos químicos en el interior, se pueden usar varias herramientas. La Electroforesis en Gel de Gradiente de Desnaturalización (DGGE) se utiliza para monitorear los cambios microbianos durante la fermentación del cacao. La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) se utiliza para determinar varios componentes en granos de cacao. Una serie de fermentaciones de cacao se toman muestras de frijoles con intervalos de 24 horas para ser secadas y analizadas por el NIR, así como simultáneamente por la DGGE. Utilizando métodos dependientes del cultivo e independientes del cultivo, la microbiología de las fermentaciones de cacao de Ghana se puede analizar para determinar si la fermentación determinada utilizando DGGE está correlacionada con la de NIR.

C. La conjugación del gen pUR400 en Escherichia coli HD701 a partir de una cepa K12 de Escherichia coli les da la capacidad de metabolizar sacarosa en hidrógeno. Se realizaron estudios en Escherichia coli con y sin el pUR400 que se conjugó en Escherichia coli, se encontró que la cepa parental no era capaz de metabolizar la sacarosa en hidrógeno, aunque los recombinantes sí lo eran . Las aplicaciones de esto se derivan en la biorremediación de desechos tóxicos a desechos de la producción de alimentos como el chocolate . Los investigadores han descubierto que al tomar desechos de chocolate y alimentarlos a Escherichia coli, la bacteria pudo producir hidrógeno a cambio. Además, los investigadores pudieron usar este hidrógeno para alimentar un pequeño ventilador a través de una pila de combustible.

D. La fermentación del cacao Theobroma es necesaria para desarrollar los precursores de sabor del chocolate. Este estudio actual analiza un estudio controlado en el que la semilla de cacao, durante la fermentación, se inocula con una cepa de levadura híbrida conocida como Kluyveromyces marxianus para ver si el aumento de la actividad pectinolítica crearía una mejor calidad de chocolate. Los resultados mostraron que la levadura híbrida afectó la degradación general de la proteína de la semilla y redujo la acidez valorable; y en general, los granos inoculados con Kluyveromyces marxianus se preferían a los granos de cacao fermentados naturalmente. Esta preferencia en la creación de una mejor calidad del producto final debe gran parte de su éxito a la mejora de las primeras 24 horas de fermentación mediante el aumento de la aireación en masa de la semilla en fermentación.

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Editado por Rebecca Law, Brian Lew, Jason Ly y Sahar Salek, estudiantes de Rachel Larsen