Czekolada

pochodzenie kakao Theobroma

czekolada pochodzi z nasion drzewa Theobroma cacao. Zwykle występuje w wilgotnych, tropikalnych regionach Północnej Ameryki Południowej i Środkowej. Głównymi producentami czekolady są Wybrzeże Kości Słoniowej, Ghana, Indonezja, Brazylia, Nigeria, Kamerun, Malezja i Ekwador. Odkryto kilka rodzajów drzewa, w tym Criollo, Forastero i Trinitario. Większość producentów czekolady używa obecnie Forastero i Trinitario, jednak ze względu na dużą podatność Criollo na choroby.

fermentacja

fermentacja jest pierwszym procesem, któremu poddawane są ziarna kakaowe w produkcji czekolady. Proces ten trwa zwykle do siedmiu dni. Fermentacja odbywa się w miąższu pektynowym otaczającym fasolę tego drzewa. Reakcje biochemiczne i enzymatyczne, które zachodzą wewnątrz liścienia, powodują różnorodne związki smakowe . Miąższ otaczający ziarna kakaowe jest fermentowany przez różne drobnoustroje, w tym drożdże, bakterie kwasu mlekowego i bakterie kwasu octowego. Wynikająca z tego wysoka temperatura i produkty wytwarzane przez te drobnoustroje, takie jak etanol z drożdży, zabijają fasolę i przyczyniają się do aromatyzowania czekolady .

po zebraniu nasion fermentacja zwykle rozpoczyna się natychmiast. Ziarna wewnątrz strąków kakao znajdują się w środowisku takim, że nie mogą rosnąć żadne drobnoustroje. Jednak po otwarciu strąków kakao fasola jest narażona na działanie drobnoustrojów i można rozpocząć proces fermentacji . Drobnoustroje powstają z rąk robotników, noży, nieumytych koszów i wysuszonego śluzu na polach fermentacyjnych .

Pojemniki owinięte w liście bananowca służą do fermentacji do 2000 kg fasoli . Fasola pokryta jest białą, śluzowatą (białkowo-cukrową warstwą) miąższem, który jest rozpuszczony, a rozpad kleju między ściankami miąższu a miąższem kakaowym („poty”) uwalniany jest przez otwory w pudełku zawierającym fasolę .

we wczesnych stadiach procesu fermentacji drożdże wytwarzają etanol i wydzielają enzymy, które rozkładają pektyny. Następnie pojawiają się bakterie (kwas mlekowy i kwas octowy), a następnie bakterie tlenowo-zarodnikowe i grzyby nitkowate .

warunki fizyczne

zmiany warunków fizycznych

ze względu na obecność kwasu cytrynowego pulpa jest kwaśnym środowiskiem o pH 3,0 do 3,5. Gdy drożdże zużywają kwas cytrynowy, pH wzrasta do około 4,8 do 5,0. Drożdże przekształcają również cukry (glukozę, sacharozę i fruktozę) w Etanol, zwiększając stężenie etanolu przez jeden lub dwa dni. Następnie stężenie zmniejsza się stopniowo, ponieważ jest oksydacyjnie metabolizowane do kwasu octowego przez bakterie kwasu octowego. Temperatura wzrasta w trakcie procesu z powodu uwalniania ciepła jako produktu ubocznego procesów biochemicznych przenoszonych przez drobnoustroje, od około 20 do 25ºC do 48 do 50ºC .

mikroby

Sukcesja drobnoustrojów podczas fermentacji

drożdże

drożdże rosną dobrze w środowisku kwaśnym i niskim poziomie tlenu, na przykład w początkowych etapach fermentacji. W tych wczesnych stadiach drożdże są bardzo ważne w torowaniu drogi do dalszej fermentacji przez bakterie. Przekształcają cukry, takie jak sacharoza, glukoza i fruktoza, w etanol i CO2, zmniejszają kwasowość miazgi poprzez wykorzystanie kwasu cytrynowego i wytwarzają związki aromatyczne, które przyczyniają się do aromatu czekolady i są ważne dla rozwoju smaku. Aby poradzić sobie z wahaniami warunków fasoli, niektóre drożdże wytwarzają słabe kwasy organiczne, aby buforować wahania, takie jak pH. drożdże są również odpowiedzialne za degradację miazgi i wytwarzanie enzymów, które rozkładają pektyny . Powoduje to powstawanie ubytków w kakao, do których może płynąć powietrze. Jednak ten zwiększony przepływ powietrza, wraz ze wzrostem pH i stężeniem alkoholu, ostatecznie zabija drożdże .

do najważniejszych drożdży w ciągu pierwszych 24-36 godzin fermentacji należą Kloeckera apis (~70-90% wszystkich uprawianych drożdży), Kloeckera javanica i Kloeckera africana, Candida pelliculosa i Candida humicola (mniej niż 5% wszystkich drożdży), Rhodotorula rubra i Rhodotorula glutinis. Saccharomyces cerevisiae i Candida tropicalis były również widoczne podczas pierwszych 24-36 godzin, ale wymarły pod koniec fermentacji. Większość rosła tylko do około 37 do 40ºC i do około 5-10% etanolu .

bakterie kwasu mlekowego

bakterie kwasu mlekowego zaczynają rosnąć, gdy miąższ i ” pot ” są rozkładane i osuszane, a drożdże umierają . Główną funkcją bakterii kwasu mlekowego jest metabolizm cukrów miazgi (glukozy i fruktozy) i cytrynianu w celu wytworzenia kwasu mlekowego, kwasu octowego, etanolu i mannitolu. Produkcja kwasu mlekowego i octowego przyczynia się do obniżenia pH. uważa się również, że bakterie kwasu mlekowego przyczyniają się do zdolności drożdży do wykorzystania cytrynianu jako źródła węgla. Produkty te są dobre dla wzrostu bakterii kwasu octowego i pozwalają im przekształcić Etanol w kwas octowy, uwalniając ciepło jako produkt uboczny dla ewentualnej śmierci ziarna kakaowego .

dominującymi bakteriami kwasu mlekowego w pierwszych 36-48 godzinach fermentacji są Lactobacillus cellobiosus (60-85% wszystkich hodowanych bakterii kwasu mlekowego), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus hilgardii (tylko 2% wszystkich bakterii) (1), Lactobacillus fermentum, Leuconostoc mesenteroides i Lactococcus lactis . Większość rosła dobrze w temperaturze od 40 do 45ºC i przy 7 do około 10% etanolu .

bakterie kwasu octowego

pod koniec fermentacji obecność drożdży i bakterii kwasu mlekowego zmniejsza się, A sterta fermentacji staje się bardziej napowietrzana. Warunki te mogą zatem prowadzić do rozwoju bakterii kwasu octowego. Bakterie te utleniają Etanol do kwasu octowego, a także dalej utlenia kwas octowy do dwutlenku węgla i wody. Organizmy te są metabolizowane z powodu zakwaszenia ziarna kakaowego w wysokich temperaturach, co powoduje dyfuzję i hydrolizę białek w liścieniach. Bakterie kwasu octowego stanowią przede wszystkim prekursory smaku czekoladowego. Należą do nich członkowie rodzaju Acetobacter, jak również Gluconobacter

tlenowe bakterie tworzące zarodniki

wysokie temperatury i wzrost pH wraz ze zwiększonym napowietrzaniem prowadzi do rozwoju aeobicznych bakterii tworzących zarodniki z rodzaju Bacillus. Obejmuje to B. pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis i Bacillus cereus. Bacillus spp. znalezione podczas tlenowej fazy fermentacji okazały się odpowiedzialne za aromat czekolady. Tlenowe bakterie tworzące zarodniki tworzą związki chemiczne, które powodują kwasowość i czasami off-smakowe, jeśli fermentacja trwa zbyt długo .

Grzyby nitkowate

grzyby nitkowate występują również w dobrze napowietrzonych częściach sfermentowanej masy. Mogą powodować hydrolizę niektórych miazg i wytwarzać kwasy, ale nie są uważane za ważne w sukcesji mikrobiologicznej. Z grzybów nitkowatych, Aspergillus fumigatus i Mucor racemous są najbardziej obecne w populacji grzybów do końca fermentacji. Grzyby te nie mogą rosnąć w temperaturze wyższej niż 45°C, ale mogą być izolowane w temperaturze około 50°C.

suszenie & pieczenie

proces suszenia i pieczenia zawiera bardzo małą część drobnoustrojów, takich jak bakterie kwasu mlekowego, bakterie kwasu octowego, bakterie tlenowe tworzące zarodniki i inne. Resztkowe drobnoustroje zaczną tworzyć endospory, ponieważ warunki takie jak wzrost ciepła i spadek wilgotności, oprócz tego pleśń może zacząć tworzyć się, jeśli warunki suszenia nie są prawidłowe, ale niewiele innego jest znane.

w przeszłości suszenie fasoli wiązało się z wykorzystaniem światła słonecznego i rozrzucaniem fasoli na szerokim obszarze; obecnie suszenie fasoli ewoluowało do korzystania z dużych maszyn, które regulują temperaturę i wilgotność, chociaż niektórzy nadal mogą suszyć fasolę w tradycyjny sposób. Suszenie rozpoczyna się, gdy fasola jest umieszczona w pudełku z kawałkiem plastiku pokrywającym ją, fasola jest następnie obracana podczas prażenia w temperaturze około 50 ° C do 60°C i suszona w ciągu kilku dni, aż zawartość wody spadnie do około 7 do 10%. Tempo suszenia fasoli jest również ważnym czynnikiem biorącym udział w badaniu produkcji czekolady, jeśli warunki nie są w porządku, mogą zacząć tworzyć się drobnoustroje, takie jak grzyby. Na tym etapie produkcji czekolady producent chciałby zminimalizować ilość drobnoustrojów, ponieważ mogą one zmienić smak czekolady. Badania wykazały, że szybkie suszenie przy niskiej wilgotności i powolne suszenie przy wysokiej wilgotności były bardziej szkodliwe dla ziarna kakaowego. Ustalili, że było to spowodowane wyciekiem elektrolitów i doszli do wniosku, że jeśli ktoś miałby określić optymalną szybkość suszenia, znalezienie punktu, w którym najmniej uszkodzeń spowodowanych naprężeniami mechanicznymi i metabolicznymi byłoby prawdopodobnie optymalnym punktem . Inny stwierdził, że warunki do uzyskania dobrych wyników były wywoływane przez suszenie w niskiej temperaturze lub sporadyczne przerwy od suszenia, jeśli są suszone w wysokiej temperaturze . Kilka lat później inna grupa badaczy określiła, że optymalne warunki suszenia ziaren kakao były w temperaturze 40°C i głębokości 8,3 cm, co zminimalizowało ilość wytwarzanych wolnych aminokwasów, jednak nie wspomnieli o tym, jak wpłynęło to na smak .

po wysuszeniu fasola jest czyszczona, aby usunąć pozostałe drobnoustroje i pozbyć się nadmiaru materiału, a następnie jest palona w temperaturze około 120°C, zabijając wszystkie pozostałe drobnoustroje i wydobywając smak i zapach. Jeśli należy wiedzieć, że niektóre firmy zostały reklamy fakt, że bakterie i grzyby, które są zaangażowane w rozwój czekolady zostały oznaczone jako niebezpieczne, gdy w rzeczywistości nie są one. Po prażeniu ziarna kakaowe są czyszczone, dopóki nie zostanie tylko część stalówki fasoli, a następnie są uziemione i podgrzewane, aż czekolada przejdzie do stanu płynnego. Proces kończy się etapem znanym jako odpuszczanie, w którym czekolada otrzymuje swój błyszczący wygląd .

smak i aromat

istnieje kilka czynników, które wydają się wpływać na smak czekolady, w tym składniki, które tworzą miąższ fasoli. Lipidy stanowią większość ziarna kakaowego (około 50%) jego całkowitej masy. W jednym z badań stwierdzono, że stężenie wolnych kwasów tłuszczowych wzrasta wraz z degradacją substancji lipidowej w ziarnie kakaowym, wpływając w ten sposób na smak czekolady .

kwasy

podczas fermentacji miąższu fasoli bakterie wytwarzają różne produkty, takie jak alkohole, kwas octowy i kwasy organiczne, z których wszystkie mogą przyczynić się do śmierci fasoli. Zmiany chemiczne, które powstają w wyniku śmierci fasoli, dodają początkowego aromatu, zabarwienia i smaku kakao; z których wszystkie są finalizowane w etapach suszenia i prażenia . Kwasy octowe, takie jak A. aceti, A. pasteurianus i gluconobacter oxydans, odgrywają rolę w aromacie i zapachu podczas fermentacji ziarna kakaowego. Mogą wytwarzać różne produkty uboczne z metabolizowania cukrów i kwasów organicznych, a te produkty uboczne mogą przyczynić się do aromatu ziarna kakaowego podczas fermentacji .

drożdże

drożdże odgrywają ważną rolę w fermentacji ziarna kakaowego, wytwarzając etanol i ostatecznie kwas octowy, co prowadzi do śmierci fasoli; rozpoczynając w ten sposób szereg biochemicznych zmian, które przyczyniają się do smaku czekolady .Po procesie suszenia zawartość wody w strąku fasoli jest znacznie zmniejszona, w tym momencie fasola jest prażona w celu uzyskania charakterystycznego smaku i zapachu czekolady. Drożdże odgrywają istotną rolę w końcowych smakach czekolady prażonej fasoli. Stwierdzono również, że enzymy uwalniane przez drożdże są ważne dla składników prekursorów czekolady. Dopiero wtedy, gdy ziarna kakaowe zostały Prażone, pojawia się charakterystyczny czekoladowy aromat .

Bacillus

bakterie Bacillus są również zaangażowane w proces fermentacji ziarna kakaowego, głównie w końcowych etapach fermentacji, gdy warunki środowiskowe procesu są bardziej tlenowe (zawierające tlen) i mniej kwaśne. Niektóre z tych bakterii Bacillus, które zostały zidentyfikowane obejmują Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans i Bacillus pumilus. Wykazano, że wytwarzanie kwasów organicznych i pirazyn przez bakterie Bacillus wpływa na smak kakao, umożliwiając wytworzonym enzymom przedostawanie się do ziarna kakaowego i zmianę ilości chemicznych wewnątrz .

klimat

warunki klimatyczne, pory zbiorów, dojrzałość strąka kakaowego (w tym jakość miąższu fasoli) wpływają na fermentację ziarna kakaowego. Ponadto różne produkowane smaki były związane z obecnością estrów w składzie chemicznym ziarna kakaowego. Estry te były związane z istnieniem drożdży i bakterii kwasu octowego, takich jak Acetobacter i Gluconobacter. Jednak nie wszystkie zapachy czekolady są spowodowane obecnością drobnoustrojów. Niektóre zapachy były spowodowane warunkami termicznymi procesu fermentacji. Niektóre z tych dodatków smakowych mogły być wynikiem zanieczyszczenia w procesie suszenia .

korzyści zdrowotne czekolady

badano, że regularne spożywanie żywności o wysokiej zawartości flawonoidów może zmniejszyć ryzyko chorób układu krążenia . Specyficzna dla zdrowia sercowo-naczyniowego, specyficzna podgrupa flawonoidów znana jako flawan-3-ols (falwanole), znajduje się w produktach kakaowych, takich jak czekolada . Różne badania wykazały poprawę ciśnienia krwi i funkcjonowania komórek śródbłonka i płytek krwi ze względu na spożycie produktów kakaowych zawierających flawanole . Powodem, dla którego gorzka czekolada jest lepsza dla zdrowia w porównaniu z mleczną czekoladą, jest to, że na porcję gorzka czekolada ma prawie 2,5 razy więcej flawonoidów niż czekolada mleczna; może to być częściowo spowodowane mlekiem zawartym w mlecznej czekoladzie hamującym wchłanianie tych flawonoidów przez jelita. Gorzka czekolada ma również większe stężenie fenoli i katechin niż czekolada mleczna .

choroby dotykające kakao Theobroma

choroba patogenna nasion kakaowca Theobroma przez Moniliophthora (Crinipellis) perniciosa i Moniliophthora roreri.

istnieje kilka różnych chorób grzybiczych, które miały szkodliwy wpływ na roślinę kakaowca Theobroma. Dwie podstawowe choroby występujące w Ameryce Południowej są wywoływane przez grzyby Crinipellis perniciosa (znany również jako choroba miotły czarownic) i Moniliophthora roreri (choroba mrozoodporna lub moniliasis). Grzyby te infekują Theobroma L., A Herrania Goudot, w szczególności T. cacao, który jest źródłem czekolady. Zakażenie to powoduje przerost i rozrost w kakao, co ostatecznie prowadzi do uszkodzenia tkanek. „C. perniciosa basidiospores” infekują merystemy kakaowe, co prowadzi do nowo nieuporządkowanego wzrostu pędów, „miotły czarownic” u żywiciela. C. perniciosa infekuje również wczesne fazy wzrostu strąków kakaowca, przebijając się przez łuski Rośliny i niszcząc nasiona kakao. Patogen M. roreri (frosty pod rot) występuje tylko w gatunkach Theobroma i Herrania. Powoduje to zewnętrzne i wewnętrzne uszkodzenie strąków fasoli kakaowej, a także powoduje całkowitą śmierć i utratę strąków fasoli .

aktualne badania

A. Glukozylotransferazy pozwalają bakteriom przyklejać się do powierzchni takich jak ząb dziecka. Nowy rodzaj mycia jamy ustnej zawierający ekstrakt z łuski ziarna kakaowego (cbhe) został opracowany i uznany za pomoc w działaniu anty-glukozylotransferazy i antybakteryjnym. Badania są prowadzone przez obserwację różnic w liczbie paciorkowców mutanów w grupach placebo w porównaniu z rzeczywistymi grupami CBHE. CBHE Mouth wash jest testowany jako sposób na obniżenie liczby paciorkowców mutanów i pozbycie się nagromadzonej płytki nazębnej na zębach dzieci, a badania wykazały obiecujące wyniki .

B. Aby obserwować interakcje między działalnością mikrobiologiczną Na Zewnątrz fasoli i procesami chemicznymi wewnątrz, można użyć różnych narzędzi. Denaturing Gradient Gel electroforesis (Dgge) służy do monitorowania zmian mikrobiologicznych podczas fermentacji kakao. Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIR) służy do oznaczania różnych składników ziarna kakaowego. Próbki ziaren fermentacji kakao pobiera się w odstępach 24-godzinnych w celu suszenia i analizy przez NIR, jak również jednocześnie przez dgge. Stosując metody zależne od kultury i niezależne od kultury, Mikrobiologia fermentacji kakao w Ghanie może być analizowana w celu określenia, czy fermentacja określona przy użyciu DGGE jest skorelowana z fermentacją NIR.

C. Koniugacja genu pUR400 do Escherichia coli HD701 ze szczepu Escherichia coli K12 daje im zdolność metabolizowania sacharozy do wodoru. Badania przeprowadzono na Escherichia coli z i bez pUR400, który został sprzężony z Escherichia coli, stwierdzono, że szczep rodzicielski nie był w stanie metabolizować sacharozy do wodoru, chociaż rekombinanty były w stanie . Wnioski dla tego wynika z bioremediacji toksycznych odpadów do odpadów z produkcji żywności, takich jak czekolada . Naukowcy odkryli, że biorąc odpady czekoladowe i karmiąc je Escherichia coli, bakteria była w stanie wytworzyć wodór w zamian. Ponadto naukowcy byli w stanie wykorzystać ten wodór do zasilania małego wentylatora przez ogniwo paliwowe.

D. fermentacja kakao Theobroma jest niezbędna do rozwoju prekursorów smakowych czekolady. To aktualne badanie dotyczy kontrolowanego badania, w którym nasiona kakao podczas fermentacji są zaszczepiane hybrydowym szczepem drożdży znanym jako Kluyveromyces marxianus, aby sprawdzić, czy zwiększona aktywność pektynolityczna stworzy lepszą jakość czekolady. Wyniki wykazały, że drożdże hybrydowe wpłynęły na ogólną degradację białka nasion, a także zmniejszyły kwasowość miareczkowalną; ogólnie rzecz biorąc, fasola zaszczepiona Kluyveromyces marxianus była preferowana w stosunku do naturalnie fermentowanych ziaren kakaowca. Ta preferencja w tworzeniu lepszej jakości produktu końcowego zawdzięcza wiele swojego sukcesu poprawie pierwszych 24 godzin fermentacji poprzez zwiększenie masowego napowietrzania fermentujących nasion.

Camu, N, DE Winter, T, Verbrugghe, K, et al. (2007). Dynamika i bioróżnorodność populacji bakterii kwasu mlekowego i bakterii kwasu octowego biorących udział w spontanicznej fermentacji ziarna kakaowego w Ghanie. Applied and environmental microbiology, 73(6), 1809-24.

Nielsen, DS, Snitkjaer, P, & van den Berg, F. (2008). Badanie fermentacji kakao poprzez korelację denaturujących profili elektroforezy w żelu gradientowym i widm w bliskiej podczerwieni. International journal of food microbiology, 125 (2), 133-40.

(2005). Słodka umowa na produkcję kakao?. Environmental health perspectives, 113(8), A516 -.

(2008). Wpływ skażenia zwrotnego i środowiskowego na dynamikę populacji bakterii kwasu mlekowego i kwasu octowego biorących udział w spontanicznej fermentacji ziarna kakaowego w Ghanie. Mikrobiologia stosowana i środowiskowa, 74(1), 86-98.

Faborode, MO. (1995). Wpływ wymuszonego suszenia powietrzem na jakość kakao. 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 press).Barel M., Les arômes du chocolat, Chocolats et friandises, Académie française du chocolat et de la confiserie, 2001

Jay, James Monroe, Martin J. Loessner, and David A. Golden. Nowoczesna Mikrobiologia żywności [2005-11-12 13: 45]

Macaskie, Lynne E. ” produkcja H2 z sacharozy przez szczepy Escherichia coli niosące plazmid pUR400, który koduje aktywność inwertazy.”Biotechnology Letters 26 (2004): 1879-883.

red. Rebecca Law, Brian Lew, Jason Ly i Sahar Salek, uczniowie Rachel Larsen