Términos y origen
La humanidad ya conocía el chocolate en tiempos de los aztecas, pero en forma de bebida que contenía cacao. El término "chocolate" procede de la palabra azteca Xocolatl , que significa agua amarga o agua de cacao. La bebida se elaboraba con las semillas de la planta del cacao y agua fría, y se consideraba embriagadora. En el mundo azteca, estaba reservada a los hombres adultos de ascendencia noble y no se consideraba apta para mujeres y niños. Se dice que el rey azteca Moctezuma bebía large cantidades de cacao. Bajo su reinado, los granos de cacao también se utilizaban como moneda.
En 1528, los conquistadores españoles de la época de Hernán Cortés llevaron el cacao a Europa; la bebida se probó por primera vez en la corte española en 1544. En 1673, el holandés Jantz von Huesden sirvió chocolate al público por primera vez en Bremen. Sin embargo, no fue hasta los siglos XVIII y XIX cuando las habas de cacao se trataron allí en mayores cantidades. Como eran muy caras, sólo la nobleza rica podía permitírselas.
En 1804, A. Miehte fundó en la ciudad de Halle an der Saale la fábrica de chocolate Halloren, la más antigua de Alemania.
La primera fábrica de chocolate suiza fue fundada por François-Louis Cailler en 1819 en Vevey, seguido por Philippe Suchard (1824), Jean Tobler (1830), Rudolf Sprüngli (1845) y Daniel Peter y Henri Nestlé (1875). El proceso de conchado, que ha contribuido en gran medida a la excelente reputación del chocolate suizo, se remonta a Rudolphe Lindt.
Nibs de cacao, pasta de cacao, manteca de cacao y polvo de cacao
El nombre botánico del árbol del cacao, Theobroma cacao, deriva del griego (theos: "Dios"; broma: "alimento"). Este nombre expresa el gran aprecio por esta planta. El Theobroma cacao es una planta cauliflorácea, por lo que desarrolla tanto sus flores como posteriormente sus frutos en el tronco ya lignificado (figura 1).
Los frutos amarillos de 15 a 20 cm de largo pesan aproximadamente medio kilo y contienen de 30 a 60 granos de semilla blanca. Tras la cosecha, se desprenden, se fermentan y se secan. Durante la fermentación, que dura aproximadamente 10 días, se descomponen muchas sustancias amargas y los granos de cacao desarrollan su sabor y color característicos.
La figura 2 muestra las habas fermentadas y sin pelar. En este estado se envían a otros países, donde se transforman en chocolate. La pasta de cacao -importante para la producción de chocolate- se obtiene al partir las habas, que luego se transforman en cacao en polvo y manteca de cacao.
En realidad, se denomina pasta de cacao a las pepitas de cacao que quedan después de secar las habas y quitarles la cáscara. Al molerlos, la grasa que contienen, la manteca de cacao, se desprende y los aglutina en una masa viscosa de color marrón oscuro. Al prensar esta masa de cacao, la manteca de cacao se desprende y la torta prensada puede molerse para obtener cacao en polvo. Según el contenido residual de grasa, este polvo se denomina muy desgrasado (aprox. 11% a 12% de grasa) o ligeramente desgrasado (aprox. 20% a 22% de grasa).
Ingredientes y efecto
Además de su contenido relativamente alto en grasa (54% de manteca de cacao), el cacao también contiene algunas sustancias conocidas por su efecto en el estado de ánimo. Se trata de la serotonina, la dopamina y la teobromina (3,7-dimetil xantina, C7H8N4O2), una sustancia de la clase de las metilxantinas muy similar a la cafeína. Aunque el cacao sólo contiene concentraciones de small de estos ingredientes, deben ser la razón de la concepción común de que "el chocolate te hace feliz". Los aspectos saludables del consumo de cacao aún no se han determinado de forma concluyente y siguen siendo objeto de trabajos de investigación en curso. Sin embargo, en numerosos estudios independientes se han confirmado efectos beneficiosos para la salud, especialmente en el caso del chocolate con un alto contenido de cacao (> 50%). Estos efectos positivos incluyen la reducción de depósitos en los vasos sanguíneos, una disminución de la presión arterial y de los niveles de colesterol LDL, y una mejora de la funcionalidad de la piel y del rendimiento físico general.
La figura 3 muestra un surtido de tabletas de chocolate con distintos niveles de contenido de cacao.
Polimorfismo de la manteca de cacao
Químicamente, la manteca de cacao se compone principalmente de triglicéridos de distintos ácidos grasos, principalmente ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oleico y ácido linoleico. Debido al pronunciado PolimorfismoEl polimorfismo es la capacidad de un material sólido de formar diferentes estructuras cristalinas (sinónimos: formas, modificaciones).polimorfismo de la manteca de cacao, se sabe que tiene seis estructuras cristalinas que se funden en el intervalo de temperaturas comprendido entre 17°C y 36°C. Para la producción de chocolate, es especialmente importante que el polimorfo V -la llamada "ß-modifi cación"- se forme durante la solidifi cación de la masa líquida de chocolate. Esto se consigue mediante un tratamiento térmico especial denominado "templado". Durante el atemperado, la masa de chocolate se somete a un enfriamiento definido y, a continuación, se recalienta para volver a fundir los cristales de baja fusión no deseados. En este caso es difícil encontrar la temperatura correcta, ya que la formación de núcleos de CristalizaciónCrystallization is the physical process of hardening during the formation and growth of crystals. During this process, heat of crystallization is released.cristalización en la manteca de cacao es muy lenta; es decir, el proceso de CristalizaciónCrystallization is the physical process of hardening during the formation and growth of crystals. During this process, heat of crystallization is released.cristalización es muy lento y la masa de chocolate puede enfriarse en exceso antes de que la cristalización sea perceptible. Sin embargo, en los casos de calentamiento en los que las formas cristalinas de baja fusión ya se han licuado, pero aún quedan suficientes cantidades de cristales de alta fusión, que son la modificación ß más estable en términos termodinámicos, éstos acaban sirviendo como núcleos de cristalización para el enfriamiento posterior. Por lo tanto, durante el enfriamiento, se forma casi exclusivamente la modificación ß deseada.
Este proceso puede reproducirse y analizarse fácilmente mediante Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). En la figura 4 se presenta el comportamiento de fusión de un chocolate determinado (con un contenido de cacao del 60%). Para la modificación ß, que es el objetivo durante la producción del chocolate, la fusión comienza lentamente en torno a los 25°C y alcanza su pico máximo en el primer calentamiento (rojo) a 33,2°C. Durante el enfriamiento (azul), el inicio de la cristalización a 22,7°C puede detectarse como un final extrapolado.
Sin embargo, parte de la masa fundida puede sobreenfriarse hasta 15°C antes de que estas porciones empiecen a cristalizar. A una velocidad de enfriamiento de 5 K/min, esta muestra tarda aproximadamente hasta -5°C en cristalizar. De la forma de pico de la curva de enfriamiento se desprende que, a diferencia de la situación de producción industrial anterior, se han producido múltiples modificaciones de la manteca de cacao que se funden a temperaturas más bajas como resultado del enfriamiento en el instrumento DSC. Esto se confirma además por los resultados del segundo calentamiento (negro).
Las modificaciones formadas en el instrumento DSC durante el enfriamiento empiezan a fundirse ya a poco más de 10 °C, lo que se muestra por el calor EndotérmicoA sample transition or a reaction is endothermic if heat is needed for the conversion.endotérmico de reacción. La fusión finaliza ya a 28 °C, temperatura a la que el chocolate original apenas había empezado a fundirse durante el primer calentamiento. Otro hallazgo importante lo proporciona la integral de las áreas de fusión y cristalización. Éstas son proporcionales a los valores de calor latente y, por tanto, constituyen una medida del grado de cristalinidad de la muestra. Aunque las partes cristalinas de la muestra en su estado original conducían a una entalpía de fusión de 49,5 J/g (primer calentamiento, curva roja), se detectó una entalpía de fusión de sólo 30,0 J/g (curva negra).
Esto corresponde al grado de cristalinidad que se obtuvo durante la curva de enfriamiento (comparar curva de enfriamiento, azul). Esto significa no sólo que -durante el enfriamiento en el DSC a una velocidad lineal de 5 K/min- se habían producido modificaciones de baja fusión diferentes de las que se habían producido en las circunstancias originales de producción del chocolate, sino también que el grado de cristalinidad había disminuido notablemente. Esto confirma a su vez que, como se ha indicado anteriormente, es necesario un tratamiento especial de la temperatura para generar una large proporción específica de la modificación ß de alto Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión.
Variación del grado de cristalización del chocolate mediante de templado
En la producción industrial de chocolate, la masa de chocolate líquido se somete a un tratamiento mecánico y térmico para obtener específicamente la ß-modifi cación de alta fusión deseada y suprimir la cristalización de la manteca de cacao. La simulación de dicho tratamiento puede lograrse parcialmente en el instrumento DSC, pero comprensiblemente sin el componente mecánico. La figura 5 muestra el cambio en las porciones del área del pico de fusión por encima de 20°C y por encima de 24°C para una serie de pruebas de templado. La prueba de cristalización 1 describe los resultados cuando se utiliza una velocidad de enfriamiento lineal de 5 K/min. Las pruebas 2 a 5 varían la temperatura de envejecimiento (1) y la temperatura a la que se funden de nuevo los núcleos de cristalización del PolimorfismoEl polimorfismo es la capacidad de un material sólido de formar diferentes estructuras cristalinas (sinónimos: formas, modificaciones).polimorfismo no deseado (2). La prueba de cristalización 5 muestra un claro aumento de la cristalinidad en comparación con el enfriamiento lineal. Esto se consiguió templando la muestra durante 10 minutos a 14° y calentándola posteriormente a 30°C. El programa de temperatura correspondiente se presenta en la figura 6.
Relación entre el contenido de cacao y la entalpía de fusión
Al investigar chocolates con distintos niveles de contenido de cacao, se observa que la relación entre ellos es en gran medida lineal. A medida que aumenta el contenido de cacao, aumenta también la cantidad de manteca de cacao cristalina y, por tanto, la cantidad de energía necesaria para la fusión. La entalpía de fusión puede determinarse directamente a partir del área del pico del primer calentamiento. Aplicando el contenido nominal de cacao y la entalpía de fusión detectada se obtiene una relación lineal, que se muestra en la fi gura 7. Los valores indicados son los valores medios de cinco mediciones cada uno. Las barras de error representadas no representan los errores de medición reales, sino que sólo ilustran que esta relación lineal se aplica con una correlación de + 3%.
Dado que el área del pico de fusión no sólo ayuda a cuantificar el comportamiento de fusión de las distintas muestras de chocolate, sino también -mediante la posición y la forma del pico- a determinar el intervalo de temperatura y el proceso de fusión, es posible especificar, para cada muestra individualmente, qué cantidad de la grasa (manteca de cacao) contenida es aún sólida a la temperatura correspondiente y qué cantidad es ya líquida. Esta información también se conoce como Índice de Grasa Sólida (SFI). Es fácil llegar a tal afirmación si el área del pico se escala al 100% y el curso se representa como una integral de superficie. En la figura 8 se muestra una aplicación de este tipo para todas las muestras de chocolate investigadas. En primer lugar, se puede ver claramente a qué temperatura exactamente la mitad del contenido graso correspondiente sigue siendo sólido; y en segundo lugar, se puede deducir fácilmente qué parte de la grasa contenida ya está fundida a una temperatura determinada (aquí 30°C) .
La literatura contiene muchos ejemplos que destacan la información ofrecida por los resultados de las mediciones de DSC, además de los mostrados aquí para la investigación del comportamiento de fusión y cristalización del chocolate. Cammenga et al. describen el uso de la calorimetría diferencial de barrido para los dulces en general. El azúcar y los sustitutos del azúcar suelen constituir la mayor parte de estos productos en masa, y propiedades mensurables como la temperatura de transición vítrea, la cristalinidad, la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión y las entalpías de transformación de fase -por nombrar sólo algunas- tienen una gran influencia en las propiedades fisicoquímicas y tecnológicas, así como en la estabilidad de almacenamiento [1].
En toda una serie de trabajos, Ziegleder et al. describen la estabilidad a largo plazo [2] y la formación de fat bloom en el chocolate [3].
Chapman et al. [4] y Merken et al. [5] se centraron en sus trabajos en el PolimorfismoEl polimorfismo es la capacidad de un material sólido de formar diferentes estructuras cristalinas (sinónimos: formas, modificaciones).polimorfismo y la procesabilidad del chocolate, mientras que Tscheuschner et al. [6] y Ziegleder et al. [7] llevaron a cabo numerosas investigaciones sobre las condiciones de enfriamiento y la cristalización del chocolate y la masa de chocolate.
Resumen
La manteca de cacao cristaliza en seis estructuras diferentes (PolimorfismoEl polimorfismo es la capacidad de un material sólido de formar diferentes estructuras cristalinas (sinónimos: formas, modificaciones).polimorfismo), de las cuales una -la llamada modificación ß- es la preferida para la producción de chocolate. Para conseguir este resultado, es necesario un procedimiento especial de tratamiento térmico denominado "atemperado". Con la ayuda de la DSC (Calorimetría Diferencial de Barrido), no sólo se puede determinar la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión de la manteca de cacao, que proporciona información sobre las modificaciones que se producen durante la producción, sino que también se puede determinar la entalpía de transformación (entalpía de fusión), que permite cuantificar las porciones cristalinas de la manteca de cacao. Mediante la investigación de varios chocolates con un contenido de cacao de entre el 32% y el 99%, fue posible confiar en que existe una relación lineal entre el contenido de cacao especificado y la entalpía de fusión determinada mediante DSC. Además, se demostró que también es posible investigar la influencia del templado en la cantidad y diferenciación de las distintas modificaciones cristalinas de la manteca de cacao. La velocidad de enfriamiento en relación con las fases isotérmicas y cualquier recalentamiento posterior de corta duración de la masa de chocolate influyen en el grado de cristalinidad resultante. Por lo tanto, es posible recrear el templado de la masa de chocolate que se produce en la producción dentro de un análisis DSC variando el control de temperatura. Además del control flexible de la temperatura de los programas de medición en un análisis DSC, la información contenida en los resultados DSC ofrece una serie de posibilidades de salvaguarda adicionales para la producción de chocolate en áreas como la inspección de entrada de mercancías, el control de producción y el control de calidad.