Chocolat

Origine du Theobroma cacao

Le chocolat est dérivé des graines de l’arbre Theobroma cacao. On le trouve normalement dans les régions tropicales humides du nord de l’Amérique du Sud et de l’Amérique centrale. Les principaux producteurs de chocolat sont la Côte d’Ivoire, le Ghana, l’Indonésie, le Brésil, le Nigeria, le Cameroun, la Malaisie et l’Équateur. Plusieurs types d’arbres ont été découverts, dont le Criollo, le Forastero et le Trinitario. Cependant, la plupart des producteurs de chocolat utilisent actuellement Forastero et Trinitario, car le Criollo est très sensible aux maladies.

Fermentation

La fermentation est le premier processus auquel les fèves de cacao sont soumises dans la fabrication du chocolat. Le processus dure généralement jusqu’à sept jours. La fermentation a lieu dans la pulpe pectinée entourant les haricots de cet arbre. Les réactions biochimiques et enzymatiques qui se produisent à l’intérieur du cotylédon provoquent une variété de composés aromatiques. La pulpe entourant les fèves de cacao est fermentée par divers microbes, notamment des levures, des bactéries lactiques et des bactéries acétiques. La température élevée qui en résulte et les produits produits par ces microbes, tels que l’éthanol de la levure, tuent les haricots et contribuent à l’arôme du chocolat.

Une fois les graines récoltées, la fermentation commence généralement immédiatement. Les fèves à l’intérieur des gousses de cacao sont dans un environnement tel qu’aucun microbe ne peut se développer. Cependant, en coupant les gousses de cacao ouvertes, les fèves sont exposées aux microbes et le processus de fermentation est autorisé à commencer. Les microbes proviennent des mains des travailleurs, des couteaux, des paniers non lavés et du mucilage séché sur des boîtes de fermentation.

Des récipients enveloppés dans des feuilles de bananier sont utilisés pour fermenter jusqu’à 2000 kg de haricots. Les fèves sont recouvertes d’une pulpe mucilagineuse (couche de protéines / sucre) crème blanche qui est solubilisée, et la dégradation de la colle entre les parois des cellules pulpaires et le miel de cacao (« sueurs ») est libérée par des trous dans la boîte contenant les fèves.

Au début du processus de fermentation, les levures produisent de l’éthanol et sécrètent des enzymes qui décomposent la pectine. Des bactéries (bactéries de l’acide lactique et de l’acide acétique) apparaissent alors, suivies de bactéries aérobies sporogènes et de champignons filamenteux.

Conditions physiques

Changements aux Conditions physiques

En raison de la présence d’acide citrique, la pulpe est un environnement acide, avec un pH de 3,0 à 3,5. Lorsque les levures consomment de l’acide citrique, le pH augmente à environ 4,8 à 5,0. La levure convertit également les sucres (glucose, saccharose et fructose) en éthanol, augmentant la concentration d’éthanol pendant un ou deux jours. La concentration diminue ensuite progressivement à mesure qu’elle est métabolisée oxydativement en acide acétique par les bactéries de l’acide acétique. La température augmente tout au long du processus en raison de la libération de chaleur en tant que sous-produit des processus biochimiques transportés par les microbes, d’environ 20 à 25ºC à 48 à 50ºC.

Microbes

Succession de microbes pendant la fermentation

Levure

La levure pousse bien dans des environnements acides et à faible teneur en oxygène, comme au début de la fermentation. Dans ces premiers stades, la levure est très importante pour ouvrir la voie à une fermentation ultérieure par les bactéries. Ils convertissent les sucres, tels que le saccharose, le glucose et le fructose, en éthanol et en CO2, diminuent l’acidité de la pulpe en utilisant de l’acide citrique et produisent des composés aromatiques qui contribuent à l’arôme du chocolat et sont importants pour le développement de la saveur. Afin de faire face aux fluctuations des conditions du haricot, certaines levures produisent des acides organiques faibles pour amortir les fluctuations telles que le pH. Les levures sont également responsables de la dégradation de la pulpe et de la production d’enzymes qui décomposent la pectine. Cela crée des cavités dans le cacao où l’air peut circuler. Cependant, cette augmentation du débit d’air, associée à une augmentation du pH et de la concentration d’alcool, finit par tuer la levure.

Les levures les plus importantes au cours des 24 à 36 premières heures de fermentation comprennent Kloeckera apis (~ 70-90% de la levure totale cultivée), Kloeckera javanica et Kloeckera africana, Candida pelliculosa et Candida humicola (moins de 5% de la levure totale), Rhodotorula rubra et Rhodotorula glutinis. Saccharomyces cerevisiae et Candida tropicalis ont également été importants pendant les premières 24 à 36 heures, mais sont morts à la fin de la fermentation. La plupart n’ont poussé que jusqu’à environ 37 à 40ºC et jusqu’à environ 5 à 10% d’éthanol.

Bactéries lactiques

Les bactéries lactiques commencent à se développer lorsque la pulpe et les « sueurs » sont dégradées et drainées, et que la levure meurt. La fonction principale des bactéries lactiques est de métaboliser les sucres pulpaires (glucose et fructose) et le citrate pour produire de l’acide lactique, de l’acide acétique, de l’éthanol et du mannitol. La production d’acide lactique et d’acide acétique contribue à la diminution du pH. On pense également que les bactéries lactiques contribuent à la capacité de la levure à utiliser le citrate comme source de carbone. Ces produits sont bons pour la croissance des bactéries de l’acide acétique et leur permettent de convertir l’éthanol en acide acétique, libérant de la chaleur comme sous-produit de la mort éventuelle de la fève de cacao.

Les bactéries lactiques prédominantes au cours des 36 à 48 premières heures de fermentation comprennent Lactobacillus cellobiosus (60 à 85% du total des bactéries lactiques cultivées), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus hilgardii (seulement 2% du total des bactéries) (1), Lactobacillus fermentum, Leuconostoc mesenteroides et Lactococcus lactis. La plupart ont bien poussé entre 40 et 45ºC et à 7 à environ 10% d’éthanol.

Bactéries acétiques

Vers la fin de la fermentation, la présence de levures et de bactéries lactiques diminue et le tas de fermentation devient plus aéré. Ces conditions peuvent donc conduire au développement de bactéries d’acide acétique. Cette bactérie oxyde l’éthanol en acide acétique et oxyde également l’acide acétique en dioxyde de carbone et en eau. Ces organismes sont métabolisés en raison de l’acidulation des fèves de cacao à des températures élevées, ce qui provoque la diffusion et l’hydrolyse des protéines dans les cotylédons. Les bactéries de l’acide acétique forment principalement les précurseurs de la saveur du chocolat. Ceux-ci incluent des membres du genre Acetobacter ainsi que Gluconobacter

Bactéries aérobies formant des spores

Des températures élevées et une augmentation du pH ainsi qu’une aération accrue conduisent au développement de bactéries aérobies formant des spores du genre Bacillus. Cela inclut B. pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis et Bacillus cereus. Les Bacillus spp. trouvés pendant la phase aérobie de la fermentation se sont avérés responsables de l’arôme du chocolat. Les bactéries aérobies formant des spores forment des composés chimiques qui provoquent de l’acidité et parfois des arômes indésirables si la fermentation se poursuit trop longtemps.

Champignons filamenteux

Des champignons filamenteux se trouvent également dans les parties bien aérées de la masse fermentée. Ils peuvent provoquer l’hydrolyse d’une partie de la pulpe et produire des acides, mais ne sont pas considérés comme importants dans la succession microbienne. Parmi les champignons filamenteux, Aspergillus fumigatus et Mucor racemous sont les plus présents dans la population fongique jusqu’à la fin de la fermentation. Ces champignons ne peuvent pas se développer à des températures supérieures à 45 ° C, mais peuvent être isolés à une température d’environ 50 ° C.

Séchage & Torréfaction

Le processus de séchage et de torréfaction contient une très petite partie de microbes tels que des bactéries lactiques, des bactéries d’acide acétique, des bactéries aérobies formant des spores et d’autres. Les microbes résiduels commenceront à former des endospores à mesure que des conditions telles que les niveaux de chaleur augmentent et que l’humidité diminue, en plus de cela, des moisissures peuvent commencer à se former si les conditions de séchage ne sont pas correctes, mais on ne sait pas grand-chose d’autre.

Dans le passé, le séchage des haricots impliquait l’utilisation de la lumière du soleil et l’étalement des haricots sur une large surface; de nos jours, le séchage des haricots a évolué vers l’utilisation de grandes machines qui régulent la température et l’humidité, bien que certains puissent encore sécher leurs haricots de manière traditionnelle. Le séchage commence lorsque les haricots sont placés dans une boîte recouverte d’un morceau de plastique, les haricots sont ensuite retournés tout en étant rôtis à environ 50 ° C à 60 ° C et séchés pendant quelques jours jusqu’à ce que la teneur en eau tombe à environ 7 à 10%. La vitesse à laquelle les haricots sèchent est également un facteur important impliqué dans l’étude de la fabrication du chocolat si les conditions ne sont pas correctes, des microbes tels que des champignons peuvent commencer à se former. À ce stade de la production de chocolat, le fabricant voudrait minimiser la quantité de microbes car ils peuvent altérer la saveur du chocolat. Des recherches ont montré que le séchage rapide à faible humidité et le séchage lent à forte humidité étaient plus nocifs pour les fèves de cacao. Ils ont déterminé que cela était dû à une fuite d’électrolytes et ont conclu que si l’on devait déterminer la vitesse optimale de séchage, trouver le point auquel le moins de dommages causés par les contraintes mécaniques et métaboliques serait probablement le point optimal. Une autre a constaté que les conditions pour obtenir de bons résultats étaient réunies par un séchage à basse température ou des pauses occasionnelles de séchage si elles étaient séchées à haute température. Quelques années plus tard, un autre groupe de chercheurs a spécifiquement déterminé que les conditions optimales de séchage des fèves de cacao étaient à une température de 40 ° C et à une profondeur de 8,3 cm, ce qui minimisait la quantité d’acides aminés libres produits, mais ils n’ont pas mentionné comment cela affectait le goût.

Une fois séchés, les haricots sont nettoyés pour éliminer les microbes restants et se débarrasser de tout excès de matière, ils sont ensuite rôtis à environ 120 ° C, tuant tous les microbes restants et faisant ressortir la saveur et le parfum. Il faut savoir que certaines entreprises ont fait de la publicité pour le fait que les bactéries et les champignons impliqués dans le développement du chocolat ont été qualifiés de dangereux alors qu’en fait ils ne le sont pas. Après la torréfaction, les fèves de cacao sont nettoyées jusqu’à ce qu’il ne reste plus que la partie en pointe de la fève, puis elles sont broyées et chauffées jusqu’à ce que le chocolat passe à l’état liquide. Le processus se termine par une étape appelée trempe où le chocolat reçoit son aspect brillant.

Saveur et arôme

Plusieurs facteurs semblent affecter la saveur du chocolat, y compris les composants qui composent la pulpe de haricot. Les lipides constituent la majorité de la fève de cacao (environ 50%) de son poids total. Une étude a affirmé que la concentration en acides gras libres augmente avec la dégradation fongique de la matière lipidique dans la fève de cacao, affectant ainsi la saveur du chocolat.

Acides

Pendant la fermentation de la pulpe de haricot, les bactéries produisent divers produits tels que des alcools, de l’acide acétique et des acides organiques, qui peuvent tous contribuer à la mort du haricot. Les changements chimiques qui résultent de la mort de la fève ajoutent à l’arôme, à la coloration et à la saveur initiaux du cacao; tous sont finalisés lors des étapes de séchage et de torréfaction. Les acides acétiques, tels que A. aceti, A. pasteurianus et Gluconobacter oxydans, jouent un rôle dans l’arôme et l’odeur lors de la fermentation de la fève de cacao. Ils peuvent produire divers sous-produits à partir de la métabolisation des sucres et des acides organiques, et ces sous-produits peuvent contribuer à l’arôme des fèves de cacao pendant la fermentation.

Levure

La levure joue un rôle important dans la fermentation de la fève de cacao en produisant de l’éthanol et finalement de l’acide acétique, ce qui entraîne la mort de la fève; déclenchant ainsi une série de changements biochimiques qui contribuent à la saveur du chocolat.Après le processus de séchage, la teneur en eau de la gousse de haricot est considérablement réduite, à quel point les haricots sont torréfiés afin de créer l’arôme et l’odeur caractéristiques du chocolat. La levure joue un rôle essentiel dans les saveurs finales de chocolat des grains torréfiés. Il a également été constaté que les enzymes libérées par la levure sont importantes pour les composants précurseurs du chocolat. Ce n’est que lorsque les fèves de cacao ont réellement été torréfiées que l’arôme caractéristique du chocolat se produit.

Bacille

Les bactéries bacillus sont également impliquées dans le processus de fermentation des fèves de cacao, principalement dans les étapes finales de la fermentation lorsque les conditions environnementales du processus sont plus aérobies (contenant de l’oxygène) et moins acides. Certaines de ces bactéries Bacillus qui ont été identifiées comprennent Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans et Bacillus pumilus. Il a été démontré que la production d’acides organiques et de pyrazines par les bactéries Bacillus affecte la saveur du cacao en permettant aux enzymes produites de pénétrer dans les fèves de cacao et de modifier les quantités chimiques à l’intérieur.

Climat

Les conditions climatiques, les saisons de récolte, la maturité de la gousse de cacao (y compris la qualité de la pulpe de fève) affectent toutes la fermentation de la fève de cacao. De plus, les différents arômes produits ont été liés à la présence d’esters dans la composition chimique de la fève de cacao. Ces esters ont été liés à l’existence de levures et de bactéries de l’acide acétique telles que Acetobacter et Gluconobacter. Cependant, toutes les odeurs de chocolat ne sont pas dues à la présence de microbes. Certaines odeurs étaient dues aux conditions thermiques du processus de fermentation. Certains de ces arômes non aromatisés pourraient avoir été le résultat d’une contamination lors du processus de séchage.

Bienfaits du chocolat pour la santé

Il a été étudié que la consommation régulière d’aliments riches en flavonoïdes peut diminuer le risque de maladie cardiovasculaire. Spécifique à la santé cardiovasculaire, un sous-groupe spécifique de flavonoïdes connu sous le nom de flavan-3-ols (falvanols), se trouve dans les produits à base de cacao tels que le chocolat. Diverses études ont montré des améliorations de la pression artérielle et du fonctionnement des cellules endothéliales et des plaquettes en raison de la consommation de produits à base de cacao contenant des flavanols. La raison pour laquelle le chocolat noir est meilleur pour la santé par rapport au chocolat au lait est que par portion, le chocolat noir contient près de 2,5 fois plus de flavonoïdes que le chocolat au lait; cela peut être dû en partie au fait que le lait contenu dans le chocolat au lait inhibe l’absorption de ces flavonoïdes par l’intestin. Le chocolat noir a également de plus grandes concentrations de phénols et de catéchines que le chocolat au lait.

Maladies affectant le Théobrome Cacao

Maladie pathogène des graines de cacao Theobroma par Moniliophthora (Crinipellis) perniciosa et Moniliophthora roreri.

Il existe plusieurs maladies fongiques qui ont eu des effets néfastes sur la plante Theobroma cacao. Les deux principales maladies originaires d’Amérique du Sud sont causées par les champignons Crinipellis perniciosa (également connu sous le nom de maladie du balai des sorcières) et Moniliophthora roreri (pourriture glaciale des goujons ou maladie de la moniliase). Ces champignons infectent Theobroma L., et Herrania Goudot, en particulier, T. cacao, qui est la source du chocolat. Cette infection provoque une hypertrophie et une hyperplasie du cacao, entraînant finalement des lésions tissulaires. Les basidiospores de C. perniciosa infectent les méristèmes du cacao, ce qui entraîne une croissance nouvellement désordonnée des pousses, le « balai des sorcières », chez l’hôte. C. perniciosa infecte également les premières phases de la croissance des gousses de cacao en brisant les enveloppes de la plante et en détruisant les graines de cacao. L’agent pathogène de M. roreri (pourriture glaciale de la gousse) ne se trouve que chez les espèces Theobroma et Herrania. Il en résulte des dommages à l’extérieur et à l’intérieur des gousses de cacao, et entraîne la mort complète et la perte des gousses de haricots.

Recherches actuelles

A. Les glucosyltransférases permettent aux bactéries de coller à des surfaces telles que la dent d’un enfant. Un nouveau type de nettoyant pour la bouche contenant de l’extrait de cosse de fève de cacao (CBHE) a été développé et s’est avéré pour aider à l’activité anti-glucosyltransférase et antibactérienne. Des études sont menées en observant les différences dans le nombre de streptocoques mutans dans les groupes placebo par rapport aux groupes CBHE réels. Le lave-bouche CBHE est testé comme un moyen de réduire le nombre de streptocoques mutans et de se débarrasser de l’accumulation de plaque sur les dents des enfants et des études ont montré des résultats prometteurs.

D. Pour observer les interactions entre les activités microbiennes à l’extérieur des haricots et les processus chimiques à l’intérieur, divers outils peuvent être utilisés. L’électrophorèse sur gel à gradient dénaturant (DGGE) est utilisée pour surveiller les changements microbiens pendant la fermentation du cacao. La spectroscopie proche infrarouge (NIR) est utilisée pour déterminer divers composants dans les fèves de cacao. Un certain nombre d’échantillons de fèves de fermentations de cacao sont prélevés à intervalles de 24 heures pour être séchés et analysés par NIR ainsi que simultanément par DGGE. En utilisant des méthodes dépendantes de la culture et indépendantes de la culture, la microbiologie des fermentations du cacao ghanéen peut être analysée pour déterminer si la fermentation déterminée à l’aide de DGGE est corrélée avec celle du NIR.

C. La conjugaison du gène pUR400 en Escherichia coli HD701 à partir d’une souche d’Escherichia coli K12 leur donne la capacité de métaboliser le saccharose en hydrogène. Des études ont été menées sur Escherichia coli avec et sans le pUR400 conjugué à Escherichia coli, ont révélé que la souche parentale n’était pas capable de métaboliser le saccharose en hydrogène bien que les recombinants le soient. Les applications pour cela découlent de la biorestauration de déchets toxiques en déchets provenant de la production d’aliments tels que le chocolat. Les chercheurs ont découvert qu’en prenant des déchets de chocolat et en les alimentant à Escherichia coli, la bactérie était capable de produire de l’hydrogène en retour. De plus, les chercheurs ont pu utiliser cet hydrogène pour alimenter un petit ventilateur à travers une pile à combustible.

D. La fermentation du Theobroma cacao est nécessaire pour développer les précurseurs d’arômes du chocolat. La présente étude porte sur une étude contrôlée où la graine de cacao, pendant la fermentation, est inoculée avec une souche de levure hybride connue sous le nom de Kluyveromyces marxianus pour voir si l’activité pectinolytique accrue créerait une meilleure qualité de chocolat. Les résultats ont montré que la levure hybride affectait la dégradation globale de la protéine de graine et réduisait l’acidité titrable; et dans l’ensemble, les fèves inoculées avec Kluyveromyces marxianus ont été préférées aux fèves de cacao fermentées naturellement. Cette préférence pour une meilleure qualité du produit final doit en grande partie son succès à l’amélioration des premières 24 heures de fermentation en augmentant l’aération massique de la graine en fermentation.

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Sous la direction de Rebecca Law, Brian Lew, Jason Ly et Sahar Salek, élèves de Rachel Larsen