Cioccolato

Origine del cacao Theobroma

Il cioccolato deriva dai semi dell’albero Theobroma cacao. Si trova normalmente nelle regioni umide e tropicali dell’America settentrionale meridionale e centrale. I principali produttori di cioccolato sono Costa d’Avorio, Ghana, Indonesia, Brasile, Nigeria, Camerun, Malesia ed Ecuador. Diversi tipi di albero sono stati scoperti tra cui Criollo, Forastero, e Trinitario. La maggior parte dei produttori di cioccolato attualmente utilizza Forastero e Trinitario, tuttavia, perché il Criollo è altamente suscettibile alle malattie.

Fermentazione

La fermentazione è il primo processo a cui vengono sottoposte le fave di cacao nella produzione del cioccolato. Il processo di solito dura fino a sette giorni. La fermentazione avviene nella polpa pectinacea che circonda i fagioli di questo albero. Le reazioni biochimiche ed enzimatiche che avvengono all’interno del cotiledone causano una varietà di composti aromatici . La polpa che circonda le fave di cacao viene fermentata da vari microbi tra cui lieviti, batteri lattici e batteri dell’acido acetico. L’alta temperatura risultante e i prodotti prodotti da questi microbi, come l’etanolo dal lievito, uccidono i fagioli e contribuiscono all’aroma del cioccolato .

Una volta che i semi sono raccolti, la fermentazione è iniziata solitamente immediatamente. I fagioli all’interno dei baccelli di cacao sono in un ambiente tale che nessun microbi può crescere. Tuttavia, dopo aver tagliato i baccelli di cacao aperti, i fagioli sono esposti ai microbi e il processo di fermentazione può iniziare . I microbi derivano da mani di lavoratori, coltelli, cesti non lavati e mucillagini essiccati su scatole di fermentazione .

I contenitori avvolti in foglie di banano vengono utilizzati per fermentare fino a 2000 kg di fagioli . I fagioli sono coperti in un bianco-crema, mucillaginoso (proteina/strato dello zucchero) polpa che è solubilizzata e la ripartizione della colla fra le pareti delle cellule della polpa ed il miele del cacao (“sudorazioni”) è liberata attraverso i fori nella scatola che contiene i fagioli .

Nelle prime fasi del processo di fermentazione, i lieviti producono etanolo e secernono enzimi che abbattono la pectina. Compaiono quindi batteri (acido lattico e batteri dell’acido acetico), seguiti da batteri aerobici che formano spore e funghi filamentosi .

Condizioni fisiche

Modifiche alle condizioni fisiche

A causa della presenza di acido citrico, la polpa è un ambiente acido, con pH da 3,0 a 3,5. Poiché i lieviti consumano acido citrico, il pH aumenta a circa 4,8-5,0. Il lievito converte anche gli zuccheri (glucosio, saccarosio e fruttosio) in etanolo, aumentando la concentrazione di etanolo per uno o due giorni. La concentrazione poi diminuisce gradualmente mentre è ossidativamente metabolizzata ad acido acetico dai batteri dell’acido acetico. La temperatura aumenta durante il processo a causa del rilascio di calore come sottoprodotto di processi biochimici trasportati dai microbi, da circa 20 a 25ºC a 48 a 50ºC .

Microbi

Successione di microbi durante la fermentazione

Lievito

Lievito cresce bene in ambienti acidi e bassi livelli di ossigeno, come ad esempio nelle fasi iniziali della fermentazione. In queste fasi iniziali, il lievito è molto importante nel spianare la strada per un’ulteriore fermentazione da parte dei batteri. Convertono zuccheri, come saccarosio, glucosio e fruttosio, in etanolo e CO2, diminuiscono l’acidità della polpa utilizzando acido citrico e producono composti aromatici, che contribuiscono all’aroma del cioccolato e sono importanti per lo sviluppo del sapore. Al fine di affrontare le fluttuazioni in condizioni di fagioli, alcuni lieviti producono acidi organici deboli per tamponare fluttuazioni come il pH. Il lievito è anche responsabile della degradazione della polpa e della produzione di enzimi che abbattono la pectina . Questo crea cavità nel cacao dove l’aria può fluire. Tuttavia, questo aumento del flusso d’aria, insieme ad un aumento del pH e della concentrazione di alcol, alla fine uccide il lievito .

Lievito prominente nelle prime 24-36 ore di fermentazione includono Kloeckera apis (~70-90% del lievito totale coltivato), Kloeckera javanica e Kloeckera africana, Candida pelliculosa e Candida humicola (meno del 5% del lievito totale), Rhodotorula rubra e Rhodotorula glutinis. Saccharomyces cerevisiae e Candida tropicalis erano anche prominenti durante le prime 24-36 ore, ma si estinsero alla fine della fermentazione. La maggior parte è cresciuta solo fino a circa 37 a 40ºC e fino a circa 5-10% di etanolo .

Batteri lattici

I batteri lattici iniziano a crescere quando la polpa e i “sudori” vengono degradati e drenati e il lievito sta morendo . La funzione principale dei batteri dell’acido lattico è quella di metabolizzare gli zuccheri della polpa (glucosio e fruttosio) e il citrato per produrre acido lattico, acido acetico, etanolo e mannitolo. La produzione di acido lattico e acetico contribuisce alla diminuzione del pH. Si è anche pensato che i batteri dell’acido lattico contribuiscano alla capacità del lievito di utilizzare il citrato come fonte di carbonio. Questi prodotti sono buoni per la crescita dei batteri dell’acido acetico e consentono loro di convertire l’etanolo in acido acetico, rilasciando calore come sottoprodotto per l’eventuale morte dei semi di cacao .

I batteri lattici predominanti nelle prime 36-48 ore di fermentazione includono Lactobacillus cellobiosus (60-85% dei batteri lattici totali coltivati), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus hilgardii (solo il 2% dei batteri totali) (1), Lactobacillus fermentum, Leuconostoc mesenteroides e Lactococcus lactis . La maggior parte è cresciuta bene tra 40 e 45ºC e al 7-10% di etanolo .

Batteri dell’acido acetico

Verso la fine della fermentazione, la presenza di lieviti e batteri lattici diminuisce e il cumulo di fermentazione diventa più aerato. Queste condizioni possono quindi portare allo sviluppo di batteri dell’acido acetico. Questo batterio ossida l’etanolo in acido acetico e ossida ulteriormente l’acido acetico in anidride carbonica e acqua. Questi organismi sono metabolizzati a causa dell’acidulazione delle fave di cacao ad alte temperature, che causa la diffusione e l’idrolisi delle proteine nei cotiledoni. I batteri dell’acido acetico formano principalmente i precursori del sapore del cioccolato. Questi includono membri del genere Acetobacter e Gluconobacter

Batteri spore-formanti aerobici

Le alte temperature e l’aumento del pH insieme ad una maggiore aerazione portano allo sviluppo di batteri spore-formanti aeobici del genere Bacillus. Questo include B. pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis e Bacillus cereus. Il Bacillus spp. trovati durante la fase aerobica della fermentazione sono stati trovati per essere responsabili per l’aroma del cioccolato. I batteri aerobici che formano spore formano composti chimici che causano acidità e talvolta aromi se la fermentazione continua troppo a lungo .

Funghi filamentosi

I funghi filamentosi si trovano anche nelle parti ben aerate della massa fermentata. Possono causare l’idrolisi di una parte della polpa e produrre acidi, ma non sono considerati importanti nella successione microbica. Tra i funghi filamentosi, Aspergillus fumigatus e Mucor racemous sono i più presenti nella popolazione fungina fino alla fine della fermentazione. Questi funghi non possono crescere a temperature superiori a 45 ° C, ma possono essere isolati a una temperatura di circa 50°C.

Essiccazione & Tostatura

Il processo di essiccazione e tostatura contiene una porzione molto piccola di microbi come batteri lattici, batteri acetici, batteri che formano spore aerobiche e altri. I microbi residui inizieranno a formare endospore come condizioni come i livelli di aumento di calore e l’umidità diminuisce, oltre a quello stampo può cominciare a formarsi se le condizioni di essiccazione non sono corrette, ma non molto altro è noto.

In passato l’essiccazione dei fagioli prevedeva l’uso della luce solare e la diffusione dei fagioli su un’ampia area; in questi giorni l’essiccazione dei fagioli si è evoluta fino all’utilizzo di grandi macchine che regolano la temperatura e l’umidità, anche se alcuni possono ancora asciugare i fagioli in modo tradizionale. L’essiccazione inizia quando i fagioli vengono posti in una scatola con un pezzo di plastica che lo copre, i fagioli vengono poi girati mentre vengono tostati a circa 50°C-60°C gradi e asciugati nel corso di alcuni giorni fino a quando il contenuto di acqua scende a circa 7-10%. La velocità con cui i fagioli si asciugano è anche un fattore importante coinvolto nello studio della produzione di cioccolato se le condizioni non sono giuste, allora i microbi come i funghi possono iniziare a formarsi. In questa fase della produzione di cioccolato il produttore vorrebbe ridurre al minimo la quantità di microbi poiché possono alterare il sapore del cioccolato. La ricerca ha scoperto che la rapida essiccazione a bassa umidità e l’essiccazione lenta ad alta umidità erano più dannose per le fave di cacao. Hanno determinato che ciò era dovuto a una perdita di elettroliti e hanno concluso che se si dovesse determinare la velocità ottimale per l’essiccazione, trovando il punto in cui la minor quantità di danni causati da sollecitazioni meccaniche e metaboliche sarebbe probabilmente il punto ottimale . Un altro ha scoperto che le condizioni per ottenere buoni risultati sono stati portati da essiccazione a bassa temperatura o pause occasionali da essiccazione se essiccato ad alta temperatura . Alcuni anni dopo, un altro gruppo di ricercatori ha determinato in modo specifico che le condizioni ottimali per l’essiccazione dei fagioli di cacao erano a una temperatura di 40°C e una profondità di 8,3 cm, riducendo al minimo la quantità di aminoacidi liberi prodotti, tuttavia non hanno menzionato come ha influenzato il gusto .

Una volta essiccati, i fagioli vengono puliti per rimuovere eventuali microbi rimanenti e sbarazzarsi di qualsiasi materiale in eccesso, vengono quindi tostati a circa 120°C, uccidendo tutti i microbi rimanenti e facendo emergere il sapore e il profumo. Se dovrebbe essere noto che alcune aziende hanno pubblicizzato il fatto che batteri e funghi coinvolti nello sviluppo del cioccolato sono stati bollati come pericolosi quando in realtà non lo sono. Dopo la tostatura i fagioli di cacao vengono puliti fino a quando non rimane solo la parte del pennino del fagiolo, quindi vengono messi a terra e riscaldati fino a quando il cioccolato non si sposta allo stato liquido. Il processo termina in un passaggio noto come rinvenimento dove il cioccolato è dato il suo aspetto lucido .

Sapore e aroma

Ci sono diversi fattori che sembrano influenzare il sapore del cioccolato, compresi i componenti che compongono la polpa di fagioli. I lipidi costituiscono la maggior parte della fava di cacao (circa il 50%) del suo peso complessivo. Uno studio ha affermato che la concentrazione di acidi grassi liberi aumenta con la degradazione fungina della materia lipidica nella fava di cacao, influenzando così il sapore del cioccolato .

Acidi

Durante la fermentazione della polpa di fagioli, i batteri producono vari prodotti come alcoli, acido acetico e acidi organici, che possono contribuire alla morte del fagiolo. I cambiamenti chimici che derivano dalla morte del fagiolo aggiungono all’aroma iniziale, alla colorazione e al sapore del cacao; tutti finalizzati nelle fasi di essiccazione e tostatura . Gli acidi acetici, come A. aceti, A. pasteurianus e Gluconobacter oxydans, svolgono un ruolo nell’aroma e nell’odore durante la fermentazione della fava di cacao. Possono produrre vari sottoprodotti dal metabolizzare zuccheri e acidi organici, e questi sottoprodotti possono contribuire all’aroma delle fave di cacao durante la fermentazione .

Lievito

Il lievito svolge un ruolo importante nella fermentazione della fava di cacao producendo etanolo e in definitiva acido acetico, che porta alla morte del fagiolo; innescando così una serie di cambiamenti biochimici che contribuiscono al sapore del cioccolato .Dopo il processo di essiccazione, il contenuto di acqua del baccello di fagioli viene notevolmente ridotto, a quel punto i fagioli vengono tostati per creare il caratteristico aroma e odore del cioccolato. Il lievito svolge un ruolo vitale nei sapori finali del cioccolato dei fagioli arrostiti. È stato anche scoperto che gli enzimi che il lievito rilascia sono importanti per i componenti precursori del cioccolato. È solo quando le fave di cacao sono state effettivamente tostate che si verifica il caratteristico aroma di cioccolato .

Bacillus

I batteri bacillus sono anche coinvolti nel processo di fermentazione delle fave di cacao, prevalentemente nelle fasi finali della fermentazione quando le condizioni ambientali del processo sono più aerobiche (contenenti ossigeno) e meno acide. Alcuni di questi batteri bacillus che sono stati identificati includono Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans e Bacillus pumilus. È stato dimostrato che la produzione di acidi organici e pirazine da parte dei batteri Bacillus influisce sul sapore del cacao consentendo agli enzimi prodotti di entrare nelle fave di cacao e alterare le quantità chimiche all’interno .

Clima

Le condizioni climatiche, le stagioni di raccolta, la maturazione del baccello di cacao (compresa la qualità della polpa di fagioli) influenzano tutti la fermentazione della fava di cacao. Inoltre, i diversi aromi prodotti sono stati collegati alla presenza di esteri nella composizione chimica della fava di cacao. Questi esteri sono stati collegati all’esistenza di lieviti e batteri dell’acido acetico come Acetobacter e Gluconobacter. Tuttavia, non tutti gli odori di cioccolato sono dovuti alla presenza di microbi. Alcuni degli odori erano dovuti alle condizioni termiche del processo di fermentazione. Alcuni di questi aromi potrebbero essere il risultato di una contaminazione nel processo di essiccazione .

Benefici per la salute del cioccolato

È stato studiato che il consumo regolare di alimenti ad alto contenuto di flavonoidi può ridurre il rischio di malattie cardiovascolari . Specifico per la salute cardiovascolare, un sottogruppo specifico di flavonoidi noti come flavan-3-ols (falvanoli), si trovano nei prodotti di cacao come il cioccolato . Vari studi hanno mostrato miglioramenti della pressione sanguigna e il funzionamento delle cellule endoteliali e delle piastrine a causa del consumo di prodotti di cacao che contengono flavanoli . La ragione per cui il cioccolato fondente è migliore per la propria salute rispetto al cioccolato al latte è che per porzione, il cioccolato fondente ha quasi 2,5 volte quella quantità di flavonoidi rispetto al cioccolato al latte; ciò può in parte essere dovuto al latte nel cioccolato al latte che inibisce l’assorbimento di quei flavonoidi dall’intestino. Il cioccolato fondente ha anche maggiori concentrazioni di fenoli e catechine rispetto al cioccolato al latte .

Malattie che colpiscono Theobroma Cacao

Malattia patogena dei semi di cacao Theobroma di Moniliophthora (Crinipellis) perniciosa e Moniliophthora roreri.

Ci sono diverse varie malattie fungine che hanno avuto effetti dannosi sulla pianta di cacao Theobroma. Le due principali malattie originarie del Sud America sono causate dai funghi Crinipellis perniciosa (noto anche come malattia della scopa delle streghe) e Moniliophthora roreri (marciume gelido del baccello o malattia della moniliasi). Questi funghi infettano Theobroma L. e Herrania Goudot, in particolare T. cacao, che è la fonte del cioccolato. Questa infezione causa ipertrofia e iperplasia nel cacao, con conseguente danno tissutale. Le basidiospore di C. perniciosa infettano i meristemi di cacao, il che porta ad una nuova crescita disordinata di germogli, “scopa delle streghe”, nell’ospite. C. perniciosa inoltre infetta le fasi iniziali di crescita del baccello del fagiolo del cacao rompendo le bucce della pianta e distruggendo i semi del cacao. Il patogeno M. roreri (pod rot gelido) si trova solo nelle specie Theobroma e Herrania. Provoca danni esterni ed interni del baccello del fagiolo del cacao e provoca la morte completa e la perdita dei baccelli del fagiolo .

Ricerca attuale

A. Le glucosiltransferasi consentono ai batteri di aderire a superfici come il dente di un bambino. Un nuovo tipo di lavaggio della bocca contenente estratto di buccia di fava di cacao (CBHE) è stato sviluppato e trovato per aiutare in anti-glucosiltransferasi e attività antibatterica. Gli studi sono stati condotti osservando le differenze nei conteggi di streptococchi mutans nei gruppi placebo rispetto ai gruppi CBHE effettivi. Il lavaggio della bocca CBHE è in fase di test come mezzo per abbassare il conteggio degli streptococchi mutans e sbarazzarsi dell’accumulo di placca sui denti dei bambini e gli studi hanno dimostrato di avere risultati promettenti .

B. Per osservare le interazioni tra le attività microbiche all’esterno dei fagioli e i processi chimici all’interno, è possibile utilizzare vari strumenti. L’elettroforesi su gel a gradiente denaturante (DGGE) viene utilizzata per monitorare i cambiamenti microbici durante la fermentazione del cacao. La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR) viene utilizzata per determinare vari componenti nelle fave di cacao. Un certo numero di campioni di fave di fermentazione del cacao vengono prelevati con intervalli di 24 ore per essere essiccati e analizzati da NIR e contemporaneamente da DGGE. Utilizzando metodi dipendenti dalla cultura e indipendenti dalla cultura, la microbiologia delle fermentazioni di cacao ghanese può essere analizzata per determinare se la fermentazione determinata utilizzando DGGE sia correlata a quella del NIR.

C. La coniugazione del gene pUR400 in Escherichia coli HD701 da un ceppo di Escherichia coli K12 dà loro la capacità di metabolizzare il saccarosio in idrogeno. Gli studi sono stati fatti su Escherichia coli con e senza il pUR400 che è stato coniugato in Escherichia coli, ha scoperto che il ceppo parentale non era in grado di metabolizzare il saccarosio in idrogeno, anche se i ricombinanti erano in grado di . Le applicazioni per questo deriva in biorisanamento di rifiuti tossici ai rifiuti dalla produzione di alimenti come il cioccolato . I ricercatori hanno scoperto che prendendo rifiuti di cioccolato e alimentandolo a Escherichia coli, il batterio è stato in grado di produrre idrogeno in cambio. Inoltre i ricercatori sono stati in grado di utilizzare questo idrogeno per alimentare un piccolo ventilatore attraverso una cella a combustibile.

D. La fermentazione del cacao Theobroma è necessaria per sviluppare i precursori del sapore del cioccolato. Questo studio attuale esamina uno studio controllato in cui il seme di cacao, durante la fermentazione, viene inoculato con un ceppo di lievito ibrido noto come Kluyveromyces marxianus per vedere se l’aumentata attività pectinolitica creerebbe una migliore qualità del cioccolato. I risultati hanno mostrato che il lievito ibrido ha influenzato la degradazione complessiva della proteina del seme oltre a ridurre l’acidità titrabile; e nel complesso, i fagioli inoculati con Kluyveromyces marxianus sono stati preferiti rispetto ai fagioli di cacao fermentati naturalmente. Questa preferenza nel creare una migliore qualità del prodotto finale deve molto del suo successo al miglioramento delle prime 24 ore di fermentazione aumentando l’aerazione di massa del seme in fermentazione.

Camu, N, De Winter, T, Verbrugghe, K, et al. (2007). Dinamica e biodiversità delle popolazioni di batteri lattici e batteri dell’acido acetico coinvolti nella fermentazione spontanea delle fave di cacao in Ghana. Microbiologia applicata e ambientale, 73(6), 1809-24.

Nielsen, DS, Snitkjaer, P, & van den Berg, F. (2008). Studiare la fermentazione del cacao correlando i profili di elettroforesi in gel gradiente di denaturazione e gli spettri del vicino infrarosso. International journal of food microbiology, 125(2), 133-40.

Taylor, DA. (2005). Dolce affare per la produzione di cacao?. Prospettive di salute ambientale, 113(8), A516-.

Camu, N, González, A, De Winter, T, et al. (2008). Influenza della tornitura e della contaminazione ambientale sulla dinamica delle popolazioni di acido lattico e batteri dell’acido acetico coinvolti nella fermentazione spontanea del mucchio di fave di cacao in Ghana. Microbiologia applicata e ambientale, 74(1), 86-98.

Faborode, MO. (1995). Sugli effetti dell’essiccazione ad aria forzata sulla qualità del cacao. 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 stampa).Barel M., Les arômes du chocolat, Chocolats et friandises, Académie française du chocolat et de la confiserie, 2001

Jay, James Monroe, Martin J. Loessner e David A. Golden. Microbiologia alimentare moderna 7th ed. New York: Springer, 2005.

Macaskie, Lynne E. “Produzione di H2 da saccarosio da ceppi di Escherichia coli che trasportano il plasmide pUR400, che codifica l’attività invertasi.”Biotechnology Letters 26 (2004): 1879-883.

A cura di Rebecca Law, Brian Lew, Jason Ly, e Sahar Salek, studenti di Rachel Larsen