Conditions et origine
Le chocolat est connu de l'humanité depuis les Aztèques, mais sous la forme d'une boisson contenant du cacao. Le terme "chocolat" est dérivé du mot aztèque Xocolatl qui signifie eau amère ou eau de cacao. Cette boisson, préparée à partir de graines de cacao et d'eau froide, était considérée comme enivrante. Dans le monde aztèque, elle était réservée aux hommes adultes d'origine noble et n'était pas considérée comme convenant aux femmes et aux enfants. Le roi aztèque Montezuma aurait bu large quantités de cacao. Sous son règne, les fèves de cacao étaient également utilisées comme monnaie d'échange.
En 1528, les conquérants espagnols de l'époque d'Hernán Cortés ont introduit le cacao en Europe ; la boisson a été dégustée pour la première fois à la cour d'Espagne en 1544. En 1673, le Néerlandais Jantz von Huesden a servi du chocolat au public pour la première fois à Brême. Il faudra cependant attendre les XVIIIe et XIXe siècles pour que les fèves de cacao y soient traitées en plus grande quantité. Comme elles étaient très chères, seule la riche noblesse pouvait se les offrir.
En 1804, A. Miehte a fondé la chocolaterie Halloren, la plus ancienne d'Allemagne, dans la ville de Halle an der Saale.
La première chocolaterie suisse est fondée par François-Louis Cailler en 1819 à Vevey, suivi par Philippe Suchard (1824), Jean Tobler (1830), Rudolf Sprüngli (1845) et Daniel Peter et Henri Nestlé (1875). Le procédé de conchage, qui a largement contribué à l'excellente réputation du chocolat suisse, remonte à Rudolphe Lindt.
Fibres de cacao, masse de cacao, beurre de cacao et poudre de cacao
Le nom botanique du cacaoyer, Theobroma cacao, est dérivé du grec (theos : "Dieu" ; broma : "nourriture"). Ce nom exprime la grande estime que l'on porte à cette plante. Theobroma cacao est une plante cauliflore, qui développe ses fleurs et plus tard ses fruits sur le tronc déjà lignifié (figure 1).
Les fruits jaunes de 15 à 20 cm de long pèsent environ un demi-kilo et contiennent 30 à 60 graines blanches. Dès la récolte, celles-ci sont détachées, fermentées et séchées. Pendant la fermentation, qui dure environ 10 jours, de nombreuses substances amères sont décomposées et les fèves de cacao développent leur saveur et leur couleur caractéristiques.
La figure 2 montre les fèves fermentées et non pelées. C'est généralement dans cet état que les fèves sont expédiées vers d'autres pays, où elles sont transformées en chocolat. La masse de cacao, qui est importante pour la production de chocolat, est obtenue lorsque les fèves sont cassées ; elle est ensuite transformée en poudre de cacao et en beurre de cacao.
La masse de cacao est en fait le terme utilisé pour désigner les éclats de cacao qui subsistent après le séchage des fèves et l'élimination de leur coque. Lorsque ces gruaux sont broyés, la graisse qu'ils contiennent - le beurre de cacao - s'écoule et lie les gruaux en une masse visqueuse de couleur brun foncé. Lorsque cette masse de cacao est pressée, le beurre de cacao s'écoule et le gâteau pressé peut être broyé en poudre de cacao. En fonction de la teneur en matières grasses résiduelles, cette poudre est qualifiée de fortement déshuilée (environ 11 à 12 % de matières grasses) ou de légèrement déshuilée (environ 20 à 22 % de matières grasses).
Ingrédients et effets
Outre sa teneur relativement élevée en matières grasses (54 % de beurre de cacao), le cacao contient également quelques substances connues pour leur effet stimulant sur l'humeur. Il s'agit de la sérotonine, de la dopamine et de la théobromine (3,7-diméthyl xanthine, C7H8N4O2), une substance de la classe des méthylxanthines très proche de la caféine. Bien que le cacao ne contienne que des concentrations de small, ces ingrédients doivent être à l'origine de l'idée reçue selon laquelle "le chocolat rend heureux". Les aspects sanitaires de la consommation de cacao n'ont pas encore été déterminés avec certitude et font encore l'objet de travaux de recherche. Cependant, des effets bénéfiques pour la santé ont été confirmés dans de nombreuses études, en particulier pour le chocolat à forte teneur en cacao (> 50 %). Ces effets positifs comprennent la réduction des dépôts dans les vaisseaux sanguins, la baisse de la tension artérielle et du taux de cholestérol LDL, ainsi que l'amélioration de la fonctionnalité de la peau et des performances physiques générales.
La figure 3 montre un assortiment de tablettes de chocolat avec différentes teneurs en cacao.
Polymorphisme du beurre de cacao
Chimiquement, le beurre de cacao est principalement composé de triglycérides provenant de différents acides gras, principalement l'acide palmitique, l'acide stéarique, l'acide oléique et l'acide linoléique. En raison du PolymorphismeLe polymorphisme est la capacité d'un matériau solide à former différentes structures cristallines (synonymes : formes, modifications).polymorphisme prononcé du beurre de cacao, il est connu pour avoir six structures cristallines qui fondent dans la plage de température comprise entre 17°C et 36°C. Pour la production de chocolat, il est particulièrement important que le polymorphe V - appelé "modi cation ß" - soit formé lors de la solidifi cation de la masse de chocolat liquide. Ce résultat est obtenu par un traitement thermique spécial appelé "tempérage". Pendant le tempérage, la masse de chocolat est soumise à un refroidissement défini et est ensuite réchauffée afin de refondre les cristaux indésirables à faible Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion. Il est difficile de trouver la bonne température car la formation des noyaux de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation dans le beurre de cacao se fait très lentement, c'est-à-dire que le processus de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation est très lent et que la masse de chocolat peut être fortement sur-refroidie avant que la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation ne devienne perceptible. Toutefois, dans les cas de chauffage où les formes cristallines à bas Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion se sont déjà liquéfiées, mais où il reste des quantités suffisantes de cristaux à haut Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion - qui constituent la modification ß la plus stable en termes thermodynamiques - ceux-ci finissent par servir de noyaux de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation pour le refroidissement ultérieur. Par conséquent, lors du refroidissement, c'est presque exclusivement la modification ß souhaitée qui se forme.
Ce processus peut être facilement reproduit et analysé au moyen de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Le comportement à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion d'un certain chocolat (avec une teneur en cacao de 60 %) est présenté dans la figure 4. Pour la modification ß qui est visée lors de la production du chocolat, la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion commence lentement à environ 25°C et atteint son maximum lors du premier chauffage (rouge) à 33,2°C. Pendant le refroidissement (bleu), le début de la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation à 22,7°C peut être détecté comme un endset extrapolé.
Cependant, une partie de la matière fondue peut être refroidie à 15°C avant que ces portions ne commencent à cristalliser. A une vitesse de refroidissement de 5 K/min, il faut à cet échantillon environ -5°C pour terminer la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation. La forme du pic de la courbe de refroidissement montre déjà que, contrairement à la situation de production industrielle précédente, de multiples modifications du beurre de cacao qui fond à des températures plus basses se sont produites après avoir été refroidi dans l'instrument DSC. Ceci est également confirmé par les résultats du deuxième chauffage (en noir).
Les modifications formées dans l'appareil DSC pendant le refroidissement commencent à fondre dès un peu plus de 10 °C, comme le montre la chaleur de réaction EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique. La Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion est déjà terminée à 28 °C, température à laquelle le chocolat original avait à peine commencé à fondre lors du premier chauffage. Une autre constatation importante est fournie par l'intégrale des aires de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion et de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation. Celles-ci sont proportionnelles aux valeurs de chaleur latente et constituent donc une mesure du degré de cristallinité de l'échantillon. Alors que les parties cristallines de l'échantillon dans son état d'origine ont conduit à une enthalpie de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion de 49,5 J/g (premier chauffage, courbe rouge), une enthalpie de fusion de seulement 30,0 J/g a été détectée (courbe noire).
Cela correspond au degré de cristallinité obtenu pendant la courbe de refroidissement (comparer la courbe de refroidissement, bleu). Cela signifie non seulement que lors du refroidissement dans le DSC à une vitesse linéaire de 5 K/min, d'autres modifications à bas Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion se sont produites par rapport aux circonstances initiales de production du chocolat, mais aussi que le degré de cristallinité s'est nettement réduit. Cela confirme à son tour que - comme indiqué ci-dessus - un traitement thermique spécial est nécessaire pour générer de manière ciblée une proportion de la modification ß à Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion élevé ( large ).
Variation du degré de cristallisation du chocolat par des moyens de tempérage
Dans la production industrielle de chocolat, la masse de chocolat liquide est soumise à un traitement mécanique et thermique pour obtenir spécifiquement la modi cation ß à haut point de fusion souhaitée et pour supprimer la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation du beurre de cacao. La simulation d'un tel traitement peut être partiellement réalisée dans l'instrument DSC, mais sans la composante mécanique, ce qui est compréhensible. La figure 5 montre le changement dans les portions de surface du pic de fusion au-dessus de 20°C et au-dessus de 24°C pour une série d'essais de tempérage. L'essai de cristallisation 1 décrit les résultats obtenus avec une vitesse de refroidissement linéaire de 5 K/min. Les essais 2 à 5 font varier la température de vieillissement (1) et la température à laquelle les noyaux de cristallisation du PolymorphismeLe polymorphisme est la capacité d'un matériau solide à former différentes structures cristallines (synonymes : formes, modifications).polymorphisme indésirable sont à nouveau fondus (2). L'essai de cristallisation 5 montre une nette augmentation de la cristallinité par rapport au refroidissement linéaire. Ce résultat a été obtenu en tempérant l'échantillon pendant 10 minutes à 14° et en le chauffant ensuite à 30°C. Le programme de température correspondant est présenté dans la figure 6.
Relation entre la teneur en cacao et l'enthalpie de fusion
L'étude des chocolats à différentes teneurs en cacao montre que la relation entre eux est largement linéaire. Lorsque la teneur en cacao augmente, la quantité de beurre de cacao cristallin augmente également, de même que la quantité d'énergie nécessaire à la fusion. L'enthalpie de fusion peut être directement déterminée à partir de la surface du pic du premier chauffage. L'application de la teneur nominale en cacao et de l'enthalpie de fusion détectée donne une relation linéaire, qui est illustrée à la figure 7. Les valeurs indiquées sont les valeurs moyennes de cinq mesures chacune. Les barres d'erreur représentées ne représentent pas les erreurs de mesure réelles, mais illustrent seulement que cette relation linéaire s'applique avec une corrélation de + 3 %.
Étant donné que la surface du pic de fusion permet non seulement de quantifier le comportement de fusion des différents échantillons de chocolat, mais aussi - grâce à la position et à la forme du pic - de déterminer la plage de température et le processus de fusion, il est possible de spécifier, pour chaque échantillon individuellement, la quantité de matière grasse (beurre de cacao) contenue qui est encore solide à la température correspondante et la quantité qui est déjà liquide. Cette information est également connue sous le nom de Solid Fat Index (SFI). Il est facile de parvenir à une telle affirmation si la surface du pic est ramenée à 100 % et si le cours est représenté sous la forme d'une intégrale de surface. Une telle application est présentée dans la figure 8 pour tous les échantillons de chocolat étudiés. Tout d'abord, on peut clairement voir à quelle température exactement la moitié de la teneur en matière grasse correspondante est encore solide ; et deuxièmement, on peut facilement déduire quelle partie de la matière grasse contenue est déjà fondue à une température donnée (ici 30°C).
La littérature contient de nombreux exemples mettant en évidence les informations offertes par les résultats des mesures DSC, en plus de celles présentées ici pour l'étude du comportement de fusion et de cristallisation du chocolat. Cammenga et al. décrivent l'utilisation de la calorimétrie différentielle à balayage pour les sucreries en général. Le sucre et les substituts du sucre constituent généralement la majeure partie de ces produits en termes de masse, et les propriétés mesurables telles que la température de transition vitreuse, la cristallinité, la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion et les enthalpies de transformation de phase - pour n'en citer que quelques-unes - ont une influence majeure sur les propriétés physico-chimiques et technologiques ainsi que sur la stabilité au stockage [1].
Dans toute une série de travaux, Ziegleder et al. décrivent la stabilité à long terme [2] et la formation d'efflorescences de graisse dans le chocolat [3].
Chapman et al. [4] et Merken et al. [5] se sont concentrés sur le PolymorphismeLe polymorphisme est la capacité d'un matériau solide à former différentes structures cristallines (synonymes : formes, modifications).polymorphisme et la transformabilité du chocolat, tandis que Tscheuschner et al. [6] et Ziegleder et al. [7] ont effectué de nombreuses recherches sur les conditions de refroidissement et la cristallisation du chocolat et de la masse de chocolat.
Résumé
Le beurre de cacao cristallise en six structures différentes (PolymorphismeLe polymorphisme est la capacité d'un matériau solide à former différentes structures cristallines (synonymes : formes, modifications).polymorphisme), dont l'une - la modification dite ß - est préférée pour la production de chocolat. Pour obtenir ce résultat, une procédure spéciale de traitement thermique appelée "tempérage" est nécessaire. Grâce à la DSC (Differential Scanning Calorimetry), on peut non seulement déterminer la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion du beurre de cacao, ce qui donne des informations sur les modifications survenant au cours de la production, mais aussi déterminer l'enthalpie de transformation (enthalpie de fusion), ce qui permet également de quantifier les parties cristallines du beurre de cacao. En étudiant différents chocolats dont la teneur en cacao se situe entre 32 % et 99 %, il a été possible de confirmer qu'il existe une relation largement linéaire entre la teneur en cacao spécifiée et l'enthalpie de fusion déterminée au moyen de la DSC. En outre, il a été démontré qu'il est également possible d'étudier l'influence du tempérage sur la quantité et la différenciation des différentes modifications cristallines du beurre de cacao. La vitesse de refroidissement en relation avec les phases isothermes et le réchauffement ultérieur de courte durée de la masse de chocolat ont tous une influence sur le degré de cristallinité qui en résulte. Il est donc possible de recréer le tempérage de la masse de chocolat lors de la production dans le cadre d'une analyse DSC en faisant varier le contrôle de la température. Outre le contrôle souple de la température des programmes de mesure dans une analyse DSC, les informations contenues dans les résultats DSC offrent un certain nombre d'autres possibilités de protection pour la production de chocolat dans des domaines tels que l'inspection des marchandises entrantes, le contrôle de la production et le contrôle de la qualité.