Vilkår og oprindelse
Mennesket kendte til chokolade helt tilbage til aztekerne, men i form af en kakaoholdig drik. Udtrykket "chokolade" stammer fra det aztekiske ord Xocolatl , der betyder bittert vand eller kakaovand. Drikken blev lavet af kakaoplantens frø og koldt vand og blev anset for at være berusende. I den aztekiske verden var den forbeholdt voksne mænd af adelig herkomst og blev ikke anset for at være egnet til kvinder og børn. Aztekernes konge, Montezuma, drak efter sigende large mængder kakao. Under hans regeringstid blev kakaobønner også brugt som valuta.
I 1528 bragte de spanske erobrere på Hernán Cortés' tid kakao til Europa, og drikken blev første gang smagt ved det spanske hof i 1544. I 1673 serverede hollænderen Jantz von Huesden for første gang chokolade for offentligheden i Bremen. Det var dog først i det 18. og 19. århundrede, at kakaobønnerne blev behandlet i større mængder. Da de var meget dyre, var det kun den rige adel, der havde råd til dem.
I 1804 grundlagde A. Miehte Halloren Chokoladefabrik, den ældste chokoladefabrik i Tyskland, i byen Halle an der Saale.
Den første schweiziske chokoladefabrik blev grundlagt af François-Louis Cailler i 1819 i Vevey, efterfulgt af Philippe Suchard (1824), Jean Tobler (1830), Rudolf Sprüngli (1845) og Daniel Peter og Henri Nestlé (1875). Concheringsprocessen, som i høj grad har bidraget til den schweiziske chokolades fremragende ry, går tilbage til Rudolphe Lindt.
Kakaonibs, kakaomasse, kakaosmør og kakaopulver
Det botaniske navn på kakaotræet, Theobroma cacao, stammer fra græsk (theos: "Gud"; broma: "mad"). Dette navn udtrykker den høje værdsættelse af denne plante. Theobroma cacao er en blomkålsplante og udvikler derfor både sine blomster og senere sine frugter på den allerede forveddede StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.stamme (figur 1).
De 15-20 cm lange gule frugter vejer cirka et halvt kilo og indeholder 30-60 hvide frøbønner. Når de er høstet, bliver de fermenteret og tørret. Under fermenteringen, som tager ca. 10 dage, nedbrydes mange bitterstoffer, og kakaobønnerne udvikler deres karakteristiske smag og farve.
Figur 2 viser de fermenterede, uskrællede bønner. Det er typisk i denne tilstand, at bønnerne sendes til andre lande, hvor de så forarbejdes til chokolade. Kakaomasse - som er vigtig for produktionen af chokolade - fremkommer, når bønnerne brydes op, og den forarbejdes til kakaopulver og kakaosmør.
Kakaomasse er faktisk betegnelsen for de kakaonibs, der er tilbage, når bønnerne er tørret, og skaldelene er fjernet. Når disse nibs males, flyder det medfølgende fedt - kakaosmørret - ud og binder nibsene til en tyktflydende, mørkebrun masse. Når denne kakaomasse presses, flyder kakaosmørret ud, og den pressede kage kan males til kakaopulver. Afhængigt af restfedtindholdet betegnes dette pulver som stærkt afolieret (ca. 11-12 % fedt) eller let afolieret (ca. 20-22 % fedt).
Ingredienser og virkning
Ud over det relativt høje fedtindhold (54 % kakaosmør) indeholder kakao også nogle få stoffer, der er kendt for at have en stemningsfremmende effekt. Det drejer sig om serotonin, dopamin og theobromin (3,7-dimethylxanthin, C7H8N4O2), et stof fra methylxanthin-klassen, der minder meget om koffein. Selv om der kun er small koncentrationer af disse ingredienser i kakao, må de være årsagen til den almindelige opfattelse af, at "chokolade gør dig glad". De sundhedsmæssige aspekter af kakaoforbrug er endnu ikke endeligt fastlagt og er stadig genstand for igangværende forskningsarbejde. Der er dog blevet bekræftet sundhedsfremmende effekter i adskillige separate undersøgelser, især for chokolade med et højt kakaoindhold (> 50 %). Disse positive effekter omfatter reduktion af aflejringer i blodkarrene, en sænkning af blodtrykket og LDL-kolesterolniveauet samt forbedret hudfunktionalitet og generel fysisk ydeevne.
Figur 3 viser et udvalg af chokoladebarer med forskelligt kakaoindhold.
Polymorfisme af kakaosmør
Kemisk set består kakaosmør hovedsageligt af triglycerider fra forskellige fedtsyrer, primært palmitinsyre, stearinsyre, oliesyre og linolsyre. På grund af kakaosmørets udprægede PolymorfismePolymorfisme er et fast materiales evne til at danne forskellige krystallinske strukturer (synonymer: former, modifikationer).polymorfisme er det kendt for at have seks krystalstrukturer, som smelter i temperaturområdet mellem 17 °C og 36 °C. Ved fremstilling af chokolade er det særligt vigtigt, at V-polymorfen - den såkaldte "ß-modifikation" - dannes under størkningen af den flydende chokolademasse. Dette opnås ved en særlig varmebehandling kaldet "temperering". Under tempereringen udsættes chokolademassen for en defi neret afkøling og opvarmes derefter igen for at smelte uønskede lavsmeltende krystaller. Det er vanskeligt at finde den korrekte temperatur her, da dannelsen af krystallisationskerner i kakaosmør sker meget langsomt; dvs. krystallisationsprocessen er meget langsom, og chokolademassen kan være meget overkølet, før krystallisationen bliver mærkbar. Men i opvarmningstilfælde, hvor de lavsmeltende krystalformer allerede er blevet flydende, men der stadig er tilstrækkelige mængder af højsmeltende krystaller - som er den mest stabile ß-modifikation i termodynamisk henseende - tilbage, ender disse med at fungere som krystallisationskerner for den efterfølgende afkøling. Under genkøling er det derfor næsten udelukkende den ønskede ß-modifikation, der dannes.
Denne proces kan let reproduceres og analyseres ved hjælp af Differential Scanning Calorimetry (DSC). Smelteadfærden for en bestemt chokolade (med 60 % kakaoindhold) er vist i figur 4. For ß-modifikationen, som er målet for produktionen af chokolade, begynder smeltningen langsomt ved ca. 25 °C og når sit maksimale niveau ved den første opvarmning (rød) ved 33,2 °C. Under afkøling (blå) kan starten på KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering ved 22,7 °C registreres som et ekstrapoleret endesæt.
En del af smelten kan dog overkøles til 15 °C, før disse dele begynder at krystallisere. Ved en afkølingshastighed på 5 K/min tager det denne prøve indtil ca. -5 °C at afslutte krystalliseringen. Det kan allerede ses af afkølingskurvens topform, at der - i modsætning til den foregående industrielle produktionssituation - er sket flere ændringer af kakaosmørret, som smelter ved lavere temperaturer, som følge af afkøling i DSC-instrumentet. Dette bekræftes yderligere af resultaterne af den anden opvarmning (sort).
De ændringer, der dannes i DSC-instrumentet under afkøling, begynder at smelte allerede ved lidt over 10 °C, hvilket fremgår af den endotermiske reaktionsvarme. Smeltningen er allerede færdig ved 28 °C, en temperatur, hvor den oprindelige chokolade kun lige var begyndt at smelte under den første opvarmning. Et andet vigtigt resultat er integralet af smelte- og krystalliseringsområderne. Disse er proportionale med de latente varmeværdier og er derfor et mål for prøvens krystallinitetsgrad. Selvom de krystallinske dele af prøven i sin oprindelige tilstand førte til en smelteentalpi på 49,5 J/g (første opvarmning, rød kurve), blev der kun registreret en smelteentalpi på 30,0 J/g (sort kurve).
Dette svarer til den krystallinitetsgrad, der blev opnået under afkølingskurven (sammenlign afkølingskurven, blå). Det betyder ikke kun, at der under afkølingen i DSC'en med en lineær hastighed på 5 K/min er sket andre lavsmeltende ændringer end under de oprindelige omstændigheder ved chokoladeproduktionen, men også at krystallinitetsgraden er blevet mærkbart mindre. Dette bekræfter igen, at der - som nævnt ovenfor - er behov for en særlig temperaturbehandling for målrettet at generere en large andel af den højsmeltende ß-modifikation.
Variation af krystalliseringsgraden af chokolade ved hjælp af temperering
I den industrielle produktion af chokolade udsættes den flydende chokolademasse for en mekanisk og termisk behandling for specifikt at opnå den ønskede højsmeltende ß-modifikation og for at undertrykke KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering af kakaosmørret. Simulering af en sådan behandling kan delvist opnås i DSC-instrumentet, men forståeligt nok uden den mekaniske komponent. Figur 5 viser ændringen i smeltetoppens areal over 20 °C og over 24 °C for en række tempereringstests. Krystalliseringstest 1 beskriver resultaterne, når der anvendes en lineær afkølingshastighed på 5 K/min. Test 2 til 5 varierer ældningstemperaturen (1) og den temperatur, hvor krystallisationskernerne i den uønskede polymorfi igen er smeltet (2). Krystalliseringstest 5 viser en klar stigning i Krystallinitet / Grad af krystallinitetKrystallinitet refererer til graden af strukturel orden i et fast stof. I en krystal er arrangementet af atomer eller molekyler konsekvent og gentagende. Mange materialer som f.eks. glaskeramik og nogle polymerer kan fremstilles på en sådan måde, at der dannes en blanding af krystallinske og amorfe områder. krystallinitet sammenlignet med den lineære afkøling. Dette blev opnået ved at temperere prøven i 10 minutter ved 14° og derefter opvarme den til 30°C. Det tilsvarende temperaturprogram er vist i figur 6.
Forholdet mellem kakaoindhold og smeltning Enthalpy
Når man undersøger chokolade med forskellige niveauer af kakaoindhold, kan man se, at forholdet mellem dem stort set er lineært. Når kakaoindholdet stiger, stiger mængden af krystallinsk kakaosmør også, og derfor stiger også den mængde energi, der er nødvendig for at smelte. Smelteentalpien kan bestemmes direkte ud fra toparealet ved den første opvarmning. Ved at anvende det nominelle kakaoindhold og den påviste smelteentalpi får man et lineært forhold, som er vist i figur 7. De anførte værdier er gennemsnitsværdier for fem målinger hver. De afbildede fejlbjælker repræsenterer ikke de faktiske målefejl, men illustrerer kun, at dette lineære forhold gælder med en korrelation på + 3 %.
Da smeltetopområdet ikke kun hjælper med at kvantificere smelteadfærden for forskellige chokoladeprøver, men også - ved hjælp af toppens position og form - med at bestemme temperaturområdet og smelteprocessen, er det muligt for hver enkelt prøve at specificere, hvor meget af det indeholdte fedt (kakaosmør), der stadig er fast ved den tilsvarende temperatur, og hvor meget der allerede er flydende. Denne information er også kendt som Solid Fat Index (SFI). Det er nemt at komme frem til en sådan påstand, hvis toparealet skaleres til 100 %, og forløbet afbildes som et overfladeintegral. En sådan anvendelse er vist for alle de undersøgte chokoladeprøver i figur 8. For det første kan man tydeligt se, ved hvilken temperatur præcis halvdelen af det tilsvarende fedtindhold stadig er fast, og for det andet kan man let udlede, hvor stor en del af det indeholdte fedt, der allerede er smeltet ved en given temperatur (her 30 °C).
Litteraturen indeholder mange eksempler, der fremhæver de oplysninger, som DSC-måleresultater giver, ud over dem, der er vist her, til undersøgelse af chokolades smelte- og krystallisationsadfærd. Cammenga et al. beskriver brugen af Differential Scanning Calorimetry til slik generelt. Sukker og sukkererstatninger udgør normalt hovedparten af sådanne produkter, og målbare egenskaber som glasovergangstemperatur, Krystallinitet / Grad af krystallinitetKrystallinitet refererer til graden af strukturel orden i et fast stof. I en krystal er arrangementet af atomer eller molekyler konsekvent og gentagende. Mange materialer som f.eks. glaskeramik og nogle polymerer kan fremstilles på en sådan måde, at der dannes en blanding af krystallinske og amorfe områder. krystallinitet, Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltetemperatur og faseomdannelsesenthalpier - for blot at nævne nogle få - har stor indflydelse på de fysiokemiske og teknologiske egenskaber samt på opbevaringsstabiliteten [1].
I en lang række arbejder beskriver Ziegleder et al. langtidsstabiliteten [2] og dannelsen af fedtblomst i chokolade [3].
Chapman et al. [4] og Merken et al. [5] fokuserede på PolymorfismePolymorfisme er et fast materiales evne til at danne forskellige krystallinske strukturer (synonymer: former, modifikationer).polymorfisme og chokoladens bearbejdelighed i deres arbejde, mens Tscheuschner et al. [6] og Ziegleder et al. [7] udførte adskillige undersøgelser vedrørende kølebetingelser og KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering af chokolade og chokolademasse.
Sammenfatning
Kakaosmør krystalliserer i seks forskellige strukturer (PolymorfismePolymorfisme er et fast materiales evne til at danne forskellige krystallinske strukturer (synonymer: former, modifikationer).polymorfisme), hvoraf én - den såkaldte ß-modifikation - foretrækkes til chokoladeproduktion. For at opnå dette resultat er det nødvendigt med en særlig temperaturbehandlingsprocedure kaldet "temperering". Ved hjælp af DSC (Differential Scanning Calorimetry) kan man ikke kun bestemme kakaosmørets Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltetemperatur, som giver oplysninger om de modifikationer, der sker under produktionen, men man kan også bestemme transformationsenthalpien (smelteenthalpien), som gør det muligt at kvantificere de krystallinske dele af kakaosmørret. Ved at undersøge forskellige chokolader med et kakaoindhold på mellem 32 % og 99 % var det muligt at bekræfte, at der er et stort set lineært forhold mellem det specificerede kakaoindhold og smelteentalpien, som er bestemt ved hjælp af DSC. Desuden blev det vist, at det også er muligt at undersøge tempereringens indflydelse på mængden og differentieringen af de enkelte krystallinske modifikationer af kakaosmør. Afkølingshastigheden i forbindelse med isotermiske faser og en eventuel efterfølgende kortvarig genopvarmning af chokolademassen har alle indflydelse på den resulterende krystallinitetsgrad. Det er således muligt at genskabe den temperering af chokolademassen, der finder sted i produktionen, i en DSC-analyse ved at variere temperaturreguleringen. Ud over den fleksible temperaturstyring af måleprogrammerne i en DSC-analyse giver informationen i DSC-resultaterne en række yderligere sikkerhedsmuligheder for chokoladeproduktion på områder som indgående varekontrol, produktionskontrol og kvalitetskontrol.