Termíny a původ
Čokoládu znali už Aztékové, ale ve formě nápoje obsahujícího kakao. Pojem "čokoláda" je odvozen od aztéckého slova Xocolatl , které znamená hořká voda nebo kakaová voda. Nápoj se vyráběl ze semen kakaovníku a studené vody a byl považován za opojný. V aztéckém světě byl vyhrazen dospělým mužům urozeného původu a nebyl považován za vhodný pro ženy a děti. Aztécký král Montezuma údajně vypil large množství kakaa. Za jeho vlády se kakaové boby používaly také jako platidlo.
V roce 1528 přivezli španělští dobyvatelé z doby Hernána Cortése kakao do Evropy; poprvé byl tento nápoj ochutnán na španělském dvoře v roce 1544. V roce 1673 Holanďan Jantz von Huesden v Brémách poprvé nabídl veřejnosti čokoládu. Kakaové boby se zde však ve větším množství zpracovávaly až v 18. a 19. století. Protože byly velmi drahé, mohla si je dovolit pouze bohatá šlechta.
V roce 1804 založil A. Miehte ve městě Halle an der Saale továrnu na čokoládu Halloren, nejstarší čokoládovnu v Německu.
První švýcarskou čokoládovnu založil François-Louis Cailler v roce 1819 ve Vevey, následovali Philippe Suchard (1824), Jean Tobler (1830), Rudolf Sprüngli (1845) a Daniel Peter a Henri Nestlé (1875). Proces konšování, který do značné míry přispěl k vynikající pověsti švýcarské čokolády, pochází od Rudolfa Lindta.
Kakaová drť, kakaová hmota, kakaové máslo a kakaový prášek
Botanický název kakaovníku, Theobroma cacao, pochází z řečtiny (theos: "Bůh"; broma: "potrava"). Tento název vyjadřuje vysoké ocenění této rostliny. Theobroma cacao je květnatá rostlina, a tak se na již zdřevnatělém kmeni vyvíjejí jak květy, tak později i plody (obr. 1).
Žluté plody dlouhé 15 až 20 cm váží přibližně půl kilogramu a obsahují 30 až 60 bílých semen. Po sklizni se oddělí, fermentují a suší. Během fermentace, která trvá přibližně 10 dní, se rozkládá mnoho hořkých látek a kakaové boby získávají svou charakteristickou chuť a barvu.
Na obrázku 2 jsou zobrazeny fermentované neloupané fazole. V tomto stavu se boby obvykle přepravují do jiných zemí, kde se zpracovávají na čokoládu. Při lámání bobů vzniká kakaová hmota, která je důležitá pro výrobu čokolády; ta se pak zpracovává na kakaový prášek a kakaové máslo.
Kakaová hmota je vlastně označení pro kakaovou drť, která zůstane po vysušení bobů a odstranění jejich slupek. Při mletí těchto zrnek se z nich vyplaví tuk, který je v nich obsažen - kakaové máslo - a spojí je do viskózní, tmavě hnědé hmoty. Při lisování této kakaové hmoty se kakaové máslo vyluhuje a vylisovaný koláč se může rozemlít na kakaový prášek. V závislosti na obsahu zbytkového tuku se tento prášek označuje jako silně odtučněný (přibližně 11 % až 12 % tuku) nebo lehce odtučněný (přibližně 20 % až 22 % tuku).
Složení a účinek
Kromě poměrně vysokého obsahu tuku (54 % kakaového másla) obsahuje kakao také několik látek, o nichž je známo, že mají zlepšující účinek na náladu. Jedná se o serotonin, dopamin a teobromin (3,7-dimethylxantin, C7H8N4O2), látku ze skupiny methylxantinů velmi podobnou kofeinu. Přestože jsou v kakau obsaženy pouze small koncentrace těchto látek, musí být důvodem rozšířené představy, že "čokoláda dělá člověka šťastným". Zdravotní aspekty konzumace kakaa nebyly dosud jednoznačně určeny a jsou stále předmětem současných výzkumných prací. V mnoha samostatných studiích však byly potvrzeny zdraví prospěšné účinky, zejména u čokolády s vysokým obsahem kakaa (> 50 %). Mezi tyto pozitivní účinky patří snížení usazenin v cévách, snížení krevního tlaku a hladiny LDL cholesterolu, zlepšení funkčnosti kůže a celkové fyzické výkonnosti.
Obrázek 3 ukazuje sortiment čokoládových tyčinek s různým obsahem kakaa.
Polymorfismus kakaového másla
Chemicky se kakaové máslo skládá především z triglyceridů různých mastných kyselin, především kyseliny palmitové, stearové, olejové a linolové. Vzhledem k výraznému polymorfismu kakaového másla je známo, že má šest krystalových struktur, které tají v teplotním rozmezí 17 °C až 36 °C. Pro výrobu čokolády je zvláště důležité, aby se při tuhnutí tekuté čokoládové hmoty vytvořil polymorf V - tzv. ß-modifikace. Toho se dosahuje speciální tepelnou úpravou zvanou "temperování". Při temperování se čokoládová hmota podrobí definovanému ochlazení a poté se znovu zahřeje, aby se znovu roztavily nežádoucí nízkotavitelné krystaly. Je obtížné určit správnou teplotu, protože tvorba krystalizačních jader v kakaovém másle probíhá velmi pomalu, tj. proces KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo.krystalizace je velmi pomalý a čokoládová hmota může být silně přechlazena, než se KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo.krystalizace projeví. Jakkoli v případech zahřívání, kdy se již zkapalnily nízkotavitelné krystalické formy, ale stále zůstává dostatečné množství vysokotavitelných krystalů - které jsou z termodynamického hlediska nejstabilnější ß-modifikací -, pak tyto nakonec slouží jako krystalizační jádra pro následné ochlazení. Proto se při opětovném ochlazování vytváří téměř výhradně požadovaná ß-modifikace.
Tento proces lze snadno reprodukovat a analyzovat pomocí diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC). Chování určité čokolády (s 60% obsahem kakaa) při tání je znázorněno na obrázku 4. U ß-modifikace, na kterou se při výrobě čokolády cílí, začíná tání pozvolna při teplotě kolem 25 °C a vrcholného maxima dosahuje při prvním zahřátí (červeně) při 33,2 °C. Během chlazení (modře) lze jako extrapolovaný koncový bod detekovat počátek KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo.krystalizace při 22,7 °C.
Část taveniny však může být přechlazena na 15 °C, než tyto části začnou krystalizovat. Při rychlosti chlazení 5 K/min trvá tomuto vzorku, než zkrystalizuje přibližně do -5 °C. Již z tvaru vrcholu křivky ochlazování je patrné, že - na rozdíl od předchozí situace v průmyslové výrobě - došlo v důsledku ochlazení v přístroji DSC k vícenásobným modifikacím kakaového másla, které se taví při nižších teplotách. Tuto skutečnost navíc potvrzují výsledky druhého zahřívání (černá barva).
Modifikace vzniklé v přístroji DSC během ochlazování se začínají tavit již při teplotě těsně nad 10 °C, což dokládá endotermní reakční teplo. Tání je ukončeno již při 28 °C, což je teplota, při které se původní čokoláda při prvním zahřívání sotva začala tavit. Další důležité zjištění poskytuje integrál oblastí tání a KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo.krystalizace. Ty jsou úměrné hodnotám latentního tepla, a jsou tedy měřítkem stupně krystalinity vzorku. Přestože krystalické části vzorku v původním stavu vedly k entalpii tání 49,5 J/g (první ohřev, červená křivka), byla zjištěna entalpie tání pouze 30,0 J/g (černá křivka).
To odpovídá stupni krystalinity, který byl dosažen během křivky chlazení (srovnej křivku chlazení, modrá barva). To znamená nejen to, že během ochlazování v DSC lineární rychlostí 5 K/min došlo k jiným modifikacím nízkého tání, než tomu bylo za původních okolností výroby čokolády, ale také to, že se Krystalinita / stupeň krystalinityKrystalinita označuje stupeň strukturního uspořádání pevné látky. V krystalu je uspořádání atomů nebo molekul konzistentní a opakující se. Mnoho materiálů, jako je sklokeramika a některé polymery, lze připravit tak, aby vznikla směs krystalických a amorfních oblastí. stupeň krystalinity znatelně snížil. To zase potvrzuje, že - jak bylo uvedeno výše - pro cílenou tvorbu large podílu vysokotající ß-modifikace je nutná speciální teplotní úprava.
Změna stupně krystalizace čokolády pomocí temperace
Při průmyslové výrobě čokolády se tekutá čokoládová hmota podrobuje mechanickému a tepelnému zpracování, aby se dosáhlo požadované vysoké tavitelnosti ß-modifikace a potlačila se KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo. krystalizace kakaového másla. Simulace takové úpravy lze částečně dosáhnout v přístroji DSC, ale pochopitelně bez mechanické složky. Na obrázku 5 je znázorněna změna porcí plochy tajícího píku nad 20 °C a nad 24 °C pro sérii temperačních testů. Krystalizační zkouška 1 popisuje výsledky při použití lineární rychlosti ochlazování 5 K/min. Zkoušky 2 až 5 mění teplotu stárnutí (1) a teplotu, při které jsou krystalizační jádra nežádoucího polymorfismu opět roztavena (2). Krystalizační zkouška 5 ukazuje zřetelný nárůst krystalinity ve srovnání s lineárním chlazením. Toho bylo dosaženo temperováním vzorku po dobu 10 minut při teplotě 14° a jeho následným zahřátím na 30 °C. Odpovídající teplotní program je uveden na obrázku 6.
Vztah mezi obsahem kakaa a entalpií tání
Při zkoumání čokolád s různým obsahem kakaa lze zjistit, že vztah mezi nimi je do značné míry lineární. S rostoucím obsahem kakaa se zvyšuje i množství krystalického kakaového másla, a tím i množství energie potřebné k roztavení. Entalpii tání lze určit přímo z plochy píku při prvním zahřátí. Použitím nominálního obsahu kakaa a zjištěné entalpie tání získáme lineární vztah, který je znázorněn na fi guru 7. Uvedené hodnoty jsou průměrné hodnoty pro každé z pěti měření. Zobrazené chybové úsečky nepředstavují skutečné chyby měření, ale pouze ilustrují, že tento lineární vztah platí s korelací + 3 %.
Protože plocha tavicího píku pomáhá nejen kvantifikovat chování různých vzorků čokolády při tání, ale také - pomocí polohy a tvaru píku - určit teplotní rozsah a proces tání, je možné pro každý vzorek zvlášť určit, kolik obsaženého tuku (kakaového másla) je při příslušné teplotě ještě v pevném stavu a kolik je již v kapalném stavu. Tato informace je také známá jako index pevného tuku (SFI). K takovému tvrzení lze snadno dospět, pokud se plocha píku škáluje na 100 % a průběh se znázorní jako plošný integrál. Taková aplikace je znázorněna pro všechny zkoumané vzorky čokolády na obrázku 8. Za prvé je jasně vidět, při jaké teplotě je přesně polovina příslušného obsahu tuku ještě v pevném stavu, a za druhé lze snadno odvodit, jaká část obsaženého tuku je při dané teplotě (zde 30 °C) již roztavená .
V literatuře je kromě zde uvedených příkladů pro zkoumání chování čokolády při tání a krystalizaci uvedeno mnoho dalších příkladů, které zdůrazňují informace, jež poskytují výsledky měření DSC. Cammenga a kol. popisují použití diferenční skenovací kalorimetrie pro sladkosti obecně. Cukr a jeho náhražky obvykle tvoří většinu hmotnosti těchto výrobků a měřitelné vlastnosti, jako je teplota skelného přechodu, Krystalinita / stupeň krystalinityKrystalinita označuje stupeň strukturního uspořádání pevné látky. V krystalu je uspořádání atomů nebo molekul konzistentní a opakující se. Mnoho materiálů, jako je sklokeramika a některé polymery, lze připravit tak, aby vznikla směs krystalických a amorfních oblastí. krystalinita, teplota tání a entalpie fázové přeměny - abychom jmenovali alespoň některé z nich - mají zásadní vliv na fyzikálně-chemické a technologické vlastnosti i na stabilitu při skladování [1].
Ziegleder a kol. v celé řadě prací rozebírají dlouhodobou stabilitu [2] a tvorbu tukových výkvětů v čokoládě [3].
Chapman et al [4] a Merken et al [5] se ve svých pracích zaměřili na PolymorfismusPolymorfismus je schopnost pevného materiálu vytvářet různé krystalické struktury (synonyma: formy, modifikace).polymorfismus a zpracovatelnost čokolády, zatímco Tscheuschner et al [6] a Ziegleder et al [7] provedli řadu výzkumů týkajících se podmínek chlazení a KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo. krystalizace čokolády a čokoládové hmoty.
Souhrn
Kakaové máslo krystalizuje v šesti různých strukturách (PolymorfismusPolymorfismus je schopnost pevného materiálu vytvářet různé krystalické struktury (synonyma: formy, modifikace).polymorfismus), z nichž jedna - tzv. ß-modifikace - je pro výrobu čokolády preferována. K dosažení tohoto výsledku je nutný speciální postup teplotní úpravy zvaný "temperování". Pomocí DSC (diferenciální skenovací kalorimetrie) lze nejen stanovit teplotu tání kakaového másla, která poskytuje informace o modifikacích, k nimž dochází během výroby, ale lze určit i entalpii přeměny (entalpii tání), která umožňuje kvantifikovat krystalické části kakaového másla. Zkoumáním různých čokolád s obsahem kakaa mezi 32 % a 99 % bylo možné potvrdit, že mezi specifikovaným obsahem kakaa a entalpií tání stanovenou pomocí DSC existuje do značné míry lineární vztah. Kromě toho se ukázalo, že je možné zkoumat také vliv temperace na množství a diferenciaci jednotlivých krystalických modifikací kakaového másla. Rychlost ochlazování ve spojení s IzotermickýZkoušky při kontrolované a konstantní teplotě se nazývají izotermické.izotermickými fázemi a případné následné krátkodobé zahřívání čokoládové hmoty mají vliv na výsledný Krystalinita / stupeň krystalinityKrystalinita označuje stupeň strukturního uspořádání pevné látky. V krystalu je uspořádání atomů nebo molekul konzistentní a opakující se. Mnoho materiálů, jako je sklokeramika a některé polymery, lze připravit tak, aby vznikla směs krystalických a amorfních oblastí. stupeň krystalinity. V rámci DSC analýzy je tedy možné znovu vytvořit temperaci čokoládové hmoty, ke které dochází při výrobě, pomocí změny regulace teploty. Kromě plynulé regulace teploty měřicích programů v rámci DSC analýzy přinášejí informace obsažené ve výsledcích DSC řadu dalších možností zabezpečení výroby čokolády v oblastech, jako je vstupní kontrola zboží, kontrola výroby a kontrola kvality.