Choklad

ursprunget till Theobroma cacao

choklad härrör från frön från trädet Theobroma cacao. Det finns normalt i fuktiga, tropiska regioner i norra Syd-och Centralamerika. Stora producenter av choklad är Elfenbenskusten, Ghana, Indonesien, Brasilien, Nigeria, Kamerun, Malaysia och Ecuador. Flera typer av trädet har upptäckts inklusive Criollo, Forastero och Trinitario. De flesta chokladproducenter använder för närvarande Forastero och Trinitario, eftersom Criollo är mycket mottaglig för sjukdom.

jäsning

jäsning är den första processen kakaobönor utsätts för att göra choklad. Processen varar vanligtvis upp till sju dagar. Fermentering sker i pektinaceous massa som omger bönor av detta träd. Biokemiska och enzymatiska reaktioner som äger rum inuti cotyledonet orsakar en mängd olika smakföreningar . Massan som omger kakaobönorna fermenteras av olika mikrober inklusive jäst, mjölksyrabakterier och ättiksyrabakterier. Den resulterande höga temperaturen och produkter som produceras av dessa mikrober, såsom etanol från jäst, dödar bönorna och bidrar till chokladens smak .

när fröna har skördats börjar jäsning vanligtvis omedelbart. Bönorna inuti kakaoskidorna är i en miljö så att inga mikrober kan växa. Men vid skärning av kakaoskidorna är bönorna utsatta för mikrober och jäsningsprocessen får börja . Mikrober uppstår från händer av arbetare, knivar, otvättade korgar och torkad mucilage på jäsningslådor .

Behållare inslagna i bananblad används för att jäsa upp till 2000 kg bönor . Bönorna är täckta i en vitkräm, mucilaginös (protein/sockerbeläggning) massa som är solubiliserad, och nedbrytningen av limet mellan massacellernas väggar och kakaohonungen (”svettningar”) släpps genom hål i lådan som innehåller bönorna .

i de tidiga stadierna av fermenteringsprocessen producerar jäst etanol och utsöndrar enzymer som bryter ner pektin. Bakterier (mjölksyra-och ättiksyrabakterier) uppträder sedan, följt av aeroba sporbildande bakterier och trådformiga svampar .

fysiska förhållanden

förändringar i fysiska förhållanden

på grund av närvaron av citronsyra är massan en sur miljö med pH 3,0 till 3,5. När jäst använder citronsyra ökar pH till cirka 4,8 till 5,0. Jästen omvandlar också sockerarter (glukos, sackaros och fruktos) till etanol, vilket ökar koncentrationen av etanol i en eller två dagar. Koncentrationen minskar sedan gradvis eftersom den oxiderat metaboliseras till ättiksyra av ättiksyrabakterier. Temperaturen stiger under hela processen på grund av utsläpp av värme som en biprodukt av biokemiska processer som bärs av mikroberna, från omkring 20 till 25 ACC till 48 till 50 ACC .

mikrober

följd av mikrober under jäsning

jäst

jäst växer bra i sura miljöer och låga syrenivåer, såsom i början av jäsningen. I dessa tidiga skeden är jäst mycket viktigt för att bana väg för ytterligare jäsning av bakterier. De omvandlar sockerarter, såsom sackaros, glukos och fruktos, till etanol och CO2, minskar massans surhet genom att använda citronsyra och producerar aromatiska föreningar som bidrar till chokladaromen och är viktiga för utveckling av smak. För att hantera fluktuationer i bönförhållanden producerar vissa jäst svaga organiska syror för att buffra fluktuationer som pH. jäst är också ansvarig för nedbrytande massa och producerar enzymer som bryter ner pektin . Detta skapar håligheter i kakao där luft kan strömma. Detta ökade luftflöde, tillsammans med en ökning av pH och koncentration av alkohol, dödar så småningom jästen .

framträdande jäst under de första 24 till 36 timmarna av jäsning inkluderar Kloeckera apis (~70-90% av den totala jäst som odlas), Kloeckera javanica och Kloeckera africana, Candida pelliculosa och Candida humicola (mindre än 5% av den totala jästen), Rhodotorula rubra och Rhodotorula glutinis. Saccharomyces cerevisiae och Candida tropicalis var också framträdande under de första 24-36 timmarna, men dog av i slutet av jäsningen. De flesta växte bara fram till cirka 37 till 40 OCCC, och upp till cirka 5-10% etanol .

mjölksyrabakterier

mjölksyrabakterier börjar växa när massan och ”svettningarna” bryts ned och dräneras och jästen dör . Huvudfunktionen hos mjölksyrabakterier är att metabolisera massasocker (glukos och fruktos) och citrat för att producera mjölksyra, ättiksyra, etanol och mannitol. Produktionen av mjölksyra och ättiksyra bidrar till minskningen av pH. mjölksyrabakterier har också ansetts bidra till jästens förmåga att använda citrat som kolkälla. Dessa produkter är bra för tillväxt av ättiksyrabakterier och tillåter dem att omvandla etanol till ättiksyra, vilket frigör värme som en biprodukt för eventuell kakaoböndöd .

dominerande mjölksyrabakterier under de första 36 till 48 timmarna av jäsning inkluderar Lactobacillus cellobiosus (60-85% av de totala mjölksyrabakterierna som odlas), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus hilgardii (endast 2% av de totala bakterierna) (1), Lactobacillus fermentum, Leuconostoc mesenteroides och Lactococcus lactis . De flesta växte bra mellan 40 till 45 ACC, och vid 7 till omkring 10% etanol .

ättiksyrabakterier

mot slutet av jäsningen minskar närvaron av jäst-och mjölksyrabakterier och jäsningshögen blir mer luftad. Dessa tillstånd kan därför leda till utveckling av ättiksyrabakterier. Denna bakterie oxiderar etanol till ättiksyra och oxiderar också ättiksyran ytterligare till koldioxid och vatten. Dessa organismer metaboliseras på grund av surgöring av kakaobönor vid höga temperaturer, vilket orsakar diffusion och hydrolys av proteiner i kotyledonerna. Ättiksyrabakterier bildar främst föregångarna till chokladsmak. Dessa inkluderar medlemmar av släktet Acetobacter samt Glukonobacter

aeroba sporbildande bakterier

höga temperaturer och ökning av pH tillsammans med ökad luftning leder till utvecklingen av aeoba sporbildande bakterier av släktet Bacillus. Detta inkluderar B. pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis och Bacillus cereus. Bacillus spp. funnet under den aeroba fasen av jäsning har visat sig vara ansvarig för smaken av choklad. Aeroba sporbildande bakterier bildar kemiska föreningar som orsakar surhet och ibland smakämnen om jäsningen fortsätter för länge .

filamentösa svampar

filamentösa svampar finns också i de väl luftade delarna av den fermenterade massan. De kan orsaka hydrolys av en del av massan och producera syror, men anses inte vara viktiga i mikrobiell följd. Av de filamentösa svamparna är Aspergillus fumigatus och Mucor racemous de mest närvarande i svamppopulationen fram till slutet av jäsningen. Dessa svampar kan inte växa vid temperaturer högre än 45 kcal C, men kan isoleras vid en temperatur på cirka 50 kcal C .

torkning & rostning

tork-och rostningsprocessen innehåller en mycket liten del av mikrober såsom mjölksyrabakterier, ättiksyrabakterier, aeroba sporbildande bakterier och andra. De återstående mikroberna börjar bilda endosporer när förhållanden som värmenivåer ökar och fuktigheten minskar, förutom att mögel kan börja bildas om torkningsförhållandena inte är korrekta, men inte mycket annat är känt.

tidigare involverade böntorkning användning av solljus och spridning av bönorna över ett brett område; dessa dagar har böntorkning utvecklats till att använda stora maskiner som reglerar temperatur och fuktighet, även om det finns att vissa fortfarande kan torka sina bönor på traditionellt sätt. Torkningen börjar när bönorna placeras i en låda med en plastbit som täcker den, bönorna vrids sedan medan de rostas vid cirka 50 C-60 C-grader och torkas under några dagar tills vatteninnehållet sjunker till cirka 7 till 10%. Den hastighet med vilken bönorna torkar är också en viktig faktor som är involverad i studien av chokladtillverkning om förhållandena inte är rätt kan mikrober som svampar börja bildas. I detta skede av chokladproduktion vill tillverkaren minimera mängden mikrober eftersom de kan förändra chokladens smak. Forskning har visat att snabb torkning vid låg luftfuktighet och långsam torkning vid hög luftfuktighet var mer skadliga för kakaobönor. De bestämde att detta berodde på ett läckage av elektrolyter och drog slutsatsen att om man skulle bestämma den optimala hastigheten för torkning, hitta den punkt där den minsta mängden skada som orsakats av mekaniska och metaboliska påkänningar troligen skulle vara den optimala punkten . En annan har funnit att förutsättningar för att få bra resultat togs upp genom torkning vid låg temperatur eller tillfälliga pauser från torkning om de torkades vid hög temperatur . Några år senare har en annan grupp forskare bestämt att de optimala betingelserna för torkning av kakaobönor var vid en temperatur av 40 kcal C och ett djup av 8,3 cm detta minimerade mängden fria aminosyror som producerades men de nämnde inte hur det påverkade smaken .

när de har torkats rengörs bönorna för att ta bort eventuella kvarvarande mikrober och bli av med överflödigt material, de rostas sedan vid cirka 120 kcal C, dödar alla återstående mikrober och tar fram smaken och doften. If bör vara känt att vissa företag har annonserat det faktum att bakterier och svampar som är involverade i att utveckla choklad har blivit märkta som farliga när de faktiskt inte är det. Efter rostning rengörs kakaobönorna tills det bara finns nibdelen av bönan kvar, och sedan jordas de upp och värms upp tills chokladen flyttas till ett flytande tillstånd. Processen slutar i ett steg som kallas temperering där choklad får sitt glänsande utseende .

smak och arom

det finns flera faktorer som verkar påverka smaken av choklad, inklusive de komponenter som utgör bönmassan. Lipider utgör majoriteten av kakaobönan (cirka 50%) av dess totala vikt. En studie har hävdat att koncentrationen av fria fettsyror ökar med svampnedbrytningen av lipidmaterialet i kakaobönan, vilket påverkar chokladsmaken .

syror

under jäsningen av bönmassan producerar bakterier olika produkter såsom alkoholer, ättiksyra och organiska syror, som alla kan bidra till böndöd. De kemiska förändringar som uppstår från böndöd lägger till den ursprungliga aromen, färgen och smaken av kakao; som alla slutförs i torknings-och rostningsstegen . Ättiksyra, såsom A. aceti, A. pasteurianus och Gluconobacter oxydans, spelar en roll i arom och lukt under kakaobönfermentering. De kan producera olika biprodukter från metaboliserande sockerarter och organiska syror, och dessa biprodukter kan bidra till doften av kakaobönor under jäsning .

jäst

jäst spelar en viktig roll i jäsningen av kakaobönan genom att producera etanol och i slutändan ättiksyra, vilket leder till böndöd; och därmed sätta igång en serie biokemiska förändringar som bidrar till chokladens smak .Efter torkningsprocessen reduceras vattenhalten i bönböna kraftigt, vid vilken tidpunkt bönorna rostas för att skapa den karakteristiska smaken och lukten av choklad. Jäst spelar en viktig roll i de sista chokladsmakerna av de rostade bönorna. Det har också visat sig att enzymerna som jästen släpper ut är viktiga för chokladprekursorkomponenterna. Det är först när kakaobönorna faktiskt har rostats uppstår den karakteristiska chokladaromen .

Bacillus

bacillusbakterier är också involverade i kakaobönans fermenteringsprocess, huvudsakligen i slutet av fermentationen när processens miljöförhållanden är mer aeroba (syreinnehållande) och mindre sura. Några av dessa bacillusbakterier som har identifierats inkluderar Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus coagulans och Bacillus pumilus. Produktionen av organiska syror och pyraziner av Bacillusbakterier har visat sig påverka smaken av kakao genom att låta de producerade enzymerna komma in i kakaobönorna och ändra de kemiska kvantiteterna inuti .

klimat

klimatförhållanden, skördesäsonger, kakaopuddens mognad (inklusive bönmassans kvalitet) påverkar alla kakaobönans jäsning. Dessutom har de olika smakerna som producerats kopplats till närvaron av estrar i kakaobönans kemiska sammansättning. Dessa estrar har kopplats till förekomsten av jäst och ättiksyrabakterier såsom Acetobacter och Gluconobacter. Men inte alla chokladlukter beror på närvaron av mikrober. Några av luktarna berodde på de termiska förhållandena i jäsningsprocessen. Några av dessa smakämnen kunde ha varit resultatet av förorening i torkningsprocessen .

hälsofördelar med choklad

det har studerats att regelbunden konsumtion av livsmedel som är höga i flavonoider kan minska risken för hjärt-kärlsjukdom . Specifikt för kardiovaskulär hälsa finns en specifik undergrupp av flavonoider som kallas flavan-3-OLS (falvanoler) i kakaoprodukter som choklad . Olika studier har visat förbättringar i blodtrycket och funktionen av endotelceller och blodplättar på grund av konsumtionen av kakaoprodukter som innehåller flavanoler . Anledningen till att mörk choklad är bättre för sin hälsa kontra mjölkchoklad är att per portion har mörk choklad nästan 2,5 gånger så mycket flavonoider än mjölkchoklad; detta kan delvis bero på att mjölken i mjölkchoklad hämmar absorptionen av dessa flavonoider i tarmen. Mörk choklad har också större koncentrationer av fenoler och katekiner än mjölkchoklad .

sjukdomar som påverkar Teobromacacao

patogen sjukdom av Theobroma cacao frön av Moniliophthora (Crinipellis) perniciosa och Moniliophthora roreri.

det finns flera olika svampsjukdomar som har haft skadliga effekter på Theobroma cacao växt. De primära två sjukdomarna som är infödda i Sydamerika orsakas av svamparna Crinipellis perniciosa (även känd som Witches’ Broom disease) och Moniliophthora roreri (frosty pod rot eller moniliasis disease). Dessa svampar infekterar Theobroma L. och Herrania Goudot, i synnerhet T. cacao, som är källan till choklad. Denna infektion orsakar hypertrofi och hyperplasi i kakao, vilket i slutändan resulterar i vävnadsskada. C. perniciosa basidiosporer infekterar cacao meristems, vilket leder till en nyligen störd tillväxt av skott, ”häxans kvast” i värden. C. perniciosa infekterar också de tidiga faserna av cacao bean pod tillväxt genom att bryta igenom växtens skal och förstöra kakao frön. Patogenen M. roreri (frosty pod rot) finns endast i arten Theobroma och Herrania. Det resulterar i yttre och inre cacao bean pod skador, och resulterar i fullständig död och förlust av bönor skida .

aktuell forskning

A. Glukosyltransferaser tillåter bakterier att hålla fast vid ytor som ett barns tand. En ny typ av muntvätt som innehåller kakaobönsskalsextrakt (CBHE) har utvecklats och befunnits hjälpa till med anti-glukosyltransferas och antibakteriell aktivitet. Studier genomförs genom att observera skillnaderna i mutans streptokocker räknas i placebogrupper kontra faktiska CBHE-grupper. CBHE muntvätt testas som ett sätt att sänka mutans streptokocker räkna och bli av med plack bygga upp på barns tänder och studier har visat sig ha lovande resultat .

B. För att observera interaktionerna mellan mikrobiella aktiviteter på utsidan av bönor och kemiska processer inuti kan olika verktyg användas. Denaturerande Gradientgelelektrofores (DGGE) används för att övervaka mikrobiella förändringar under jäsning av kakao. Nära infraröd (NIR) spektroskopi används för att bestämma olika komponenter i kakaobönor. Ett antal kakaofermentationer bönprover tas med 24 timmars intervall för att torkas och analyseras av NIR såväl som samtidigt av DGGE. Med hjälp av kulturberoende och kulturoberoende metoder kan mikrobiologin för ghananska kakaofermentationer analyseras för att bestämma om jäsning bestämd med användning av DGGE är korrelerad med NIR.

C. konjugering av pUR400-genen till Escherichia coli HD701 från en Escherichia coli K12-stam ger dem förmågan att metabolisera sackaros till väte. Studier gjordes på Escherichia coli med och utan pUR400 som var konjugat till Escherichia coli, fann att föräldrastammen inte kunde metabolisera sackaros till väte även om rekombinanterna kunde . Ansökningarna för detta härrör ut i bioremediering av giftigt avfall till avfall från produktion av mat som choklad . Forskare har funnit att genom att ta chokladavfall och mata det till Escherichia coli kunde bakterien producera väte i gengäld. Dessutom kunde forskarna använda detta väte för att driva en liten fläkt genom en bränslecell.

D. jäsning av teobromacacao är nödvändig för att utveckla smakprekursorerna av choklad. Denna aktuella studie tittar på en kontrollerad studie där kakaofröet under jäsning ympas med en hybridjäststam som kallas Kluyveromyces marxianus för att se om den ökade pektinolytiska aktiviteten skulle skapa en bättre chokladkvalitet. Resultaten visade att hybridjästen påverkade den totala nedbrytningen av fröproteinet samt minskade den titrabla surheten; och totalt sett var bönorna inokulerade med Kluyveromyces marxianus föredragna över de naturligt fermenterade kakaobönorna. Denna preferens för att skapa en bättre kvalitet på slutprodukten beror mycket av sin framgång på att förbättra de första 24 timmarna av jäsning genom att öka massluftningen av det jäsande fröet.

Camu, n, de Vinter, T, Verbrugghe, K, et al. (2007). Dynamik och biologisk mångfald av populationer av mjölksyrabakterier och ättiksyrabakterier som är involverade i spontan högjäsning av kakaobönor i Ghana. Tillämpad och miljömikrobiologi, 73 (6), 1809-24.

Nielsen, DS, Snitkjaer, P, & van Den Berg, F. (2008). Undersöker jäsning av kakao genom att korrelera denaturering av gradientgelelektroforesprofiler och nära infraröda spektra. International journal of food microbiology, 125 (2), 133-40.

Taylor, DA. (2005). Söt affär för kakaoproduktion?. Miljöhälsoperspektiv, 113 (8), A516-.

Camu, n, Gonz Jacoblez, a, de Vinter, T, et al. (2008). Påverkan av svarvning och miljöförorening på dynamiken hos populationer av mjölksyra-och ättiksyrabakterier som är involverade i spontan kakaobönajäsning i Ghana. Tillämpad och miljömikrobiologi, 74 (1), 86-98.

Faborode, MO. (1995). På effekterna av tvungen lufttorkning på kakaokvalitet. Journal of food engineering, 25 (4), 455-.

Lagunes G Oguilvez S., Loiseau G., Paredes J. L., Barel M., Guiraud J. P. De la microflore et de la biochimie de la fermentation du cacao en R Occuspublique dominicaine, internationell tidskrift för Livsmedelsmikrobiologi (i press).Barel M., choklad, choklad och friandises, Academic, 2001

Jay, James Monroe, Martin J. Loessner och David A. gyllene. Modern mat mikrobiologi 7: e upplagan. New York: Springer, 2005.

Macaskie, Lynne E. ”produktion av H2 från sackaros av Escherichia coli-stammar som bär pUR400-plasmiden, som kodar för invertasaktivitet.”Biotechnology Letters 26 (2004): 1879-883.

redigerad av Rebecca Law, Brian Lew, Jason Ly och Sahar Salek, studenter av Rachel Larsen