Kifejezések és eredet
A csokoládét már az aztékok is ismerték, de kakaótartalmú ital formájában. A "csokoládé" kifejezés az azték Xocolatl szóból származik, amely keserű vizet vagy kakaóvizet jelent. Az italt a kakaónövény magjából és hideg vízből készítették, és bódító hatásúnak tartották. Az azték világban a nemesi származású felnőtt férfiaknak volt fenntartva, nők és gyermekek számára nem tartották megfelelőnek. Az azték király, Montezuma állítólag large mennyiségben ivott kakaót. Uralkodása alatt a kakaóbabot fizetőeszközként is használták.
Hernán Cortés korának spanyol hódítói 1528-ban hozták el a kakaót Európába; az italt először 1544-ben kóstolták meg a spanyol udvarban. A holland Jantz von Huesden 1673-ban Brémában szolgált fel először csokoládét a nagyközönségnek. A kakaóbabot azonban csak a 18. és 19. században kezdték ott nagyobb mennyiségben feldolgozni. Mivel nagyon drága volt, csak a gazdag nemesség engedhette meg magának.
1804-ben A. Miehte Halle an der Saale városában megalapította a Halloren csokoládégyárat, Németország legrégebbi csokoládégyárát.
Az első svájci csokoládégyárat François-Louis Cailler alapította 1819-ben Vevey-ben, majd Philippe Suchard (1824), Jean Tobler (1830), Rudolf Sprüngli (1845), Daniel Peter és Henri Nestlé (1875) következett. Rudolphe Lindtre vezethető vissza a konchálási eljárás, amely nagyban hozzájárult a svájci csokoládé kiváló hírnevéhez.
Kakaómag, kakaómassza, kakaóvaj és kakaó por
A kakaófa botanikai neve, a Theobroma cacao, a görögből származik (theos: "Isten"; broma: "étel"). Ez a név kifejezi e növény nagyrabecsülését. A Theobroma cacao egy karfiolos növény, így a már elszarusodott TörzsAz alakváltozás egy külső erő vagy feszültség által mechanikusan terhelt anyag deformációját írja le. A gumikeverékek statikus terhelés esetén kúszási tulajdonságokat mutatnak.törzsön fejleszti virágait és később terméseit is (1. ábra).
A 15-20 cm hosszú, sárga termések súlya körülbelül fél kiló, és 30-60 fehér magbabot tartalmaznak. A betakarítás után ezeket leválasztják, erjesztik és szárítják. A körülbelül 10 napig tartó erjedés során számos keserűanyag lebomlik, és a kakaóbabok jellegzetes ízt és színt kapnak.
A 2. ábra az erjesztett, hámozatlan babot mutatja. A babot jellemzően ebben az állapotban szállítják más országokba, ahol aztán csokoládévá dolgozzák fel. A csokoládé előállításához fontos kakaómassza a babok feldarabolásakor keletkezik; ezt azután kakaóporrá és kakaóvajjá dolgozzák fel.
A kakaómassza valójában a kakaóbabok szárítása és a héjrészek eltávolítása után megmaradó kakaóbabszemek megnevezése. Amikor ezeket a kakaóbabokat őrlik, a bennük lévő zsír - a kakaóvaj - kiáramlik és viszkózus, sötétbarna masszává köti a kakaóbabokat. Amikor ezt a kakaómasszát préselik, a kakaóvaj kilúgozódik, és a préselt péksüteményt kakaóporrá lehet őrölni. A maradék zsírtartalomtól függően ezt a port erősen olajmentesítettnek (kb. 11-12% zsír) vagy enyhén olajmentesítettnek (kb. 20%-22% zsír) nevezik.
Összetevők és hatás
A viszonylag magas zsírtartalom (54% kakaóvaj) mellett a kakaó tartalmaz néhány olyan anyagot is, amelyekről ismert, hogy hangulatjavító hatásúak. Ezek a szerotonin, a dopamin és a teobromin (3,7-dimetil-xantin, C7H8N4O2), a koffeinhez nagyon hasonló metilxantin osztályba tartozó anyag. Bár a kakaó csak small koncentrációban tartalmazza ezeket az összetevőket, bizonyára ezek állnak a "csokoládé boldoggá tesz" általános felfogás hátterében. A kakaófogyasztás egészségügyi vonatkozásai még nem kerültek véglegesen meghatározásra, és jelenleg is a kutatás tárgyát képezik. Számos különálló vizsgálatban azonban igazolták az egészséget elősegítő hatásokat, különösen a magas kakaótartalmú (> 50%) csokoládé esetében. Ezek a pozitív hatások közé tartozik az erekben lévő lerakódások csökkentése, a vérnyomás és az LDL-koleszterinszint csökkentése, valamint a bőr funkcionalitásának és az általános fizikai teljesítménynek a javítása.
A 3. ábra különböző kakaótartalmú csokoládészeletek választékát mutatja.
A kakaóvaj polimorfizmusa
Kémiai szempontból a kakaóvaj főként különböző zsírsavakból, elsősorban palmitinsavból, sztearinsavból, olajsavból és linolsavból álló trigliceridekből áll. A kakaóvaj kifejezett polimorfizmusa miatt ismert, hogy hat kristályszerkezete van, amelyek 17 °C és 36 °C közötti hőmérséklet-tartományban olvadnak. A csokoládégyártás szempontjából különösen fontos, hogy a folyékony csokoládémassza megszilárdulása során az V polimorf - az úgynevezett "ß-modifikáció" - alakuljon ki. Ezt egy speciális hőkezeléssel, az úgynevezett "temperálással" érik el. A temperálás során a csokoládémasszát meghatározott hűtésnek vetik alá, majd újra felmelegítik, hogy a nemkívánatos, alacsony Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspontú kristályokat újraolvasztják. A megfelelő hőmérséklet meghatározása itt nehézkes, mivel a kristályosodási magok képződése a kakaóvajban nagyon lassan megy végbe, azaz a kristályosodási folyamat nagyon lassú, és a csokoládémasszát erősen túl lehet hűteni, mielőtt a KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodás észrevehetővé válna. Azokban a fűtési esetekben azonban, amikor az alacsony Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspontú kristályok már elfolyósodtak, de még mindig marad elegendő mennyiségű magas Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspontú kristály - amely termodinamikai szempontból a legstabilabb ß-módosítás -, akkor ezek a későbbi hűtés során kristályosodási magokként szolgálnak. Ezért az újrahűtés során szinte kizárólag a kívánt ß-módosítás képződik.
Ez a folyamat könnyen reprodukálható és elemezhető differenciál pásztázó kalorimetriával (DSC ). Egy bizonyos csokoládé (60%-os kakaótartalommal) olvadási viselkedését a 4. ábra mutatja be. A csokoládé előállítása során megcélzott ß-módosítás esetében az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás lassan, 25 °C körül kezdődik, és az első melegítéskor (piros) 33,2 °C-on éri el a csúcsmaximumát. A hűtés során (kék) a KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodás kezdete 22,7°C-on extrapolált végpontként kimutatható.
Az olvadék egy része azonban 15 °C-ra túlhűthető, mielőtt ezek a részek kristályosodni kezdenének. 5 K/perc hűtési sebesség mellett ez a minta körülbelül -5°C-ig tart, amíg a KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodás befejeződik. A hűtési görbe csúcsformájából már látható, hogy - ellentétben a korábbi ipari gyártási helyzettel - a DSC műszerben történő lehűlés következtében a kakaóvajban többszörös módosulások történtek, amelyek alacsonyabb hőmérsékleten olvadnak. Ezt a második melegítés eredményei (fekete) is megerősítik.
A DSC-műszerben a hűtés során kialakult módosulások már valamivel 10 °C felett elkezdenek olvadni, amit az endoterm reakcióhő mutat. Az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás már 28 °C-on befejeződik, amely hőmérsékleten az eredeti csokoládé az első melegítés során éppen csak elkezdett olvadni. Egy másik fontos megállapítást az olvadási és kristályosodási területek integrálja szolgáltat. Ezek arányosak a látens hőértékekkel, és így a minta Kristályosság / kristályossági fokA kristályosság a szilárd anyag szerkezeti rendezettségének mértékére utal. Egy kristályban az atomok vagy molekulák elrendeződése következetes és ismétlődő. Számos anyag, például üvegkerámia és egyes polimerek úgy állíthatók elő, hogy kristályos és amorf területek keveréke keletkezik. kristályossági fokát jelzik. Bár a minta kristályos részei eredeti állapotában 49,5 J/g olvadási entalpiát eredményeztek (első melegítés, piros görbe), az olvadási entalpia csak 30,0 J/g volt (fekete görbe).
Ez megfelel a hűtési görbe során kapott kristályossági foknak (vö. hűtési görbe, kék). Ez nem csak azt jelenti, hogy - a DSC-ben 5 K/perc lineáris sebességgel történő hűtés során - más alacsony olvadásmódosulások következtek be, mint az eredeti csokoládégyártási körülmények között, hanem azt is, hogy a Kristályosság / kristályossági fokA kristályosság a szilárd anyag szerkezeti rendezettségének mértékére utal. Egy kristályban az atomok vagy molekulák elrendeződése következetes és ismétlődő. Számos anyag, például üvegkerámia és egyes polimerek úgy állíthatók elő, hogy kristályos és amorf területek keveréke keletkezik. kristályossági fok észrevehetően csökkent. Ez viszont azt igazolja, hogy - mint fentebb említettük - speciális hőmérséklet-kezelés szükséges a large magas olvadásfokú ß-módosítás célzott kialakításához.
Acsokoládé kristályosodási fokának változtatása a temperálással
Az ipari csokoládégyártás során a folyékony csokoládémasszát mechanikai és hőkezelésnek vetik alá a kívánt magas Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspontú ß-módosítás elérése és a kakaóvaj KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodásának elfojtása érdekében. Egy ilyen kezelés szimulációja részben megvalósítható a DSC műszerrel, de érthető módon a mechanikai komponens nélkül. Az 5. ábra az olvadási csúcsterületi részek változását mutatja 20°C felett és 24°C felett egy sor temperálási kísérlet esetében. Az 1. kristályosítási teszt az eredményeket írja le, amikor 5 K/perc lineáris hűtési sebességet alkalmazunk. A 2-5. vizsgálatok az öregítési hőmérsékletet (1) és azt a hőmérsékletet változtatják, amelyen a nem kívánt PolimorfizmusA polimorfizmus egy szilárd anyag azon képessége, hogy különböző kristályszerkezeteket (szinonimák: formák, módosulások) alakít ki.polimorfizmus kristályosodási magjai ismét megolvadnak (2). Az 5. kristályosítási vizsgálat a Kristályosság / kristályossági fokA kristályosság a szilárd anyag szerkezeti rendezettségének mértékére utal. Egy kristályban az atomok vagy molekulák elrendeződése következetes és ismétlődő. Számos anyag, például üvegkerámia és egyes polimerek úgy állíthatók elő, hogy kristályos és amorf területek keveréke keletkezik. kristályosság egyértelmű növekedését mutatja a lineáris hűtéshez képest. Ezt úgy érték el, hogy a mintát 10 percig 14 °C-on temperálták, majd 30 °C-ra melegítették. A megfelelő hőmérsékleti program a 6. ábrán látható.
A kakaótartalom és az olvadás közötti kapcsolat Enthalpia
A különböző kakaótartalmú csokoládék vizsgálata során megállapítható, hogy a köztük lévő kapcsolat nagyrészt lineáris. A kakaótartalom növekedésével a kristályos kakaóvaj mennyisége is növekszik, és így az olvadáshoz szükséges energia mennyisége is. Az olvadási entalpia közvetlenül meghatározható az első hevítés csúcsterületéből. A névleges kakaótartalom és az észlelt olvadási entalpia alkalmazásával lineáris összefüggést kapunk, amely a 7. ábrán látható. A feltüntetett értékek öt mérés átlagértékei. Az ábrázolt hibasávok nem a tényleges mérési hibákat jelentik, hanem csak azt szemléltetik, hogy ez a lineáris összefüggés + 3%-os korrelációval érvényes.
Mivel az olvadási csúcs területe nemcsak a különböző csokoládéminták olvadási viselkedésének számszerűsítésében segít, hanem - a csúcs helyzetének és formájának felhasználásával - a hőmérsékleti tartomány és az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás folyamatának meghatározásában is, minden egyes minta esetében külön-külön meg lehet határozni, hogy a benne lévő zsír (kakaóvaj) a megfelelő hőmérsékleten még mennyire szilárd és mennyire már folyékony. Ezt az információt szilárdzsír-indexnek (SFI) is nevezik. Könnyen eljuthatunk egy ilyen állításhoz, ha a csúcsterületet 100%-ra skálázzuk, és a lefolyást felületi integrálként ábrázoljuk. Egy ilyen alkalmazás az összes vizsgált csokoládémintára a 8. ábrán látható. Először is jól látható, hogy a megfelelő zsírtartalom pontosan fele milyen hőmérsékleten még szilárd; másodszor pedig könnyen levezethető, hogy a benne lévő zsír mekkora része olvadt már egy adott hőmérsékleten (itt 30°C) .
A szakirodalom számos példát tartalmaz, amelyek az itt bemutatottakon kívül a DSC mérési eredmények által nyújtott információkat is kiemelik a csokoládé olvadási és kristályosodási viselkedésének vizsgálatára. Cammenga és munkatársai leírják a differenciál pásztázó kalorimetria alkalmazását édességeknél általában. A cukor és a cukorpótlók általában az ilyen termékek tömegének nagy részét teszik ki, és az olyan mérhető tulajdonságok, mint az üvegesedési átmeneti hőmérséklet, a Kristályosság / kristályossági fokA kristályosság a szilárd anyag szerkezeti rendezettségének mértékére utal. Egy kristályban az atomok vagy molekulák elrendeződése következetes és ismétlődő. Számos anyag, például üvegkerámia és egyes polimerek úgy állíthatók elő, hogy kristályos és amorf területek keveréke keletkezik. kristályosság, az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadási hőmérséklet és a fázisátalakulási entalpiák - hogy csak néhányat említsünk - nagy hatással vannak a fiziokémiai és technológiai tulajdonságokra, valamint a tárolhatóságra [1].
Ziegleder és munkatársai egy egész sor munkában fejtik ki a csokoládé hosszú távú stabilitását [2] és a csokoládéban kialakuló zsírkék képződését [3].
Chapman et al. [4] és Merken et al. [5] a csokoládé PolimorfizmusA polimorfizmus egy szilárd anyag azon képessége, hogy különböző kristályszerkezeteket (szinonimák: formák, módosulások) alakít ki.polimorfizmusára és feldolgozhatóságára fókuszáltak munkájukban, míg Tscheuschner et al. [6] és Ziegleder et al. [7] számos vizsgálatot végeztek a csokoládé és a csokoládémassza hűtési körülményeivel és KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodásával kapcsolatban.
Összefoglaló
A kakaóvaj hat különböző szerkezetben kristályosodik (PolimorfizmusA polimorfizmus egy szilárd anyag azon képessége, hogy különböző kristályszerkezeteket (szinonimák: formák, módosulások) alakít ki.polimorfizmus), amelyek közül az egyik - az úgynevezett ß-modifikáció - a csokoládégyártás szempontjából előnyös. Ennek az eredménynek az eléréséhez egy speciális hőmérséklet-kezelési eljárásra, az úgynevezett "temperálásra" van szükség. A DSC (differenciál pásztázó kalorimetria) segítségével nemcsak a kakaóvaj Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadási hőmérsékletét lehet meghatározni, amely információt ad a gyártás során bekövetkező módosulásokról, hanem az átalakulási entalpia (olvadási entalpia) is meghatározható, amely lehetővé teszi a kakaóvaj kristályos részeinek számszerűsítését is. Különböző, 32% és 99% közötti kakaótartalmú csokoládék vizsgálatával sikerült megállapítani, hogy a DSC-vel meghatározott kakaótartalom és az olvadási entalpia között nagyjából lineáris kapcsolat áll fenn. Továbbá kimutatták, hogy a temperálásnak a kakaóvaj egyes kristályos módosulatok mennyiségére és differenciálódására gyakorolt hatását is meg lehet vizsgálni. Az IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus fázisokhoz kapcsolódó hűtési sebesség és a csokoládémassza esetleges későbbi rövid ideig tartó újramelegítése mind hatással van a Kristályosság / kristályossági fokA kristályosság a szilárd anyag szerkezeti rendezettségének mértékére utal. Egy kristályban az atomok vagy molekulák elrendeződése következetes és ismétlődő. Számos anyag, például üvegkerámia és egyes polimerek úgy állíthatók elő, hogy kristályos és amorf területek keveréke keletkezik. kristályosság eredő fokára. Így a DSC-elemzés során a csokoládémassza gyártás során bekövetkező temperálását a hőmérséklet-szabályozás változtatásával lehet rekonstruálni. A DSC-elemzésben a mérési programok rugalmas hőmérséklet-szabályozásán túlmenően a DSC-eredményekben foglalt információk számos további biztonsági lehetőséget biztosítanak a csokoládégyártás számára olyan területeken, mint a bejövő áruk ellenőrzése, a gyártásellenőrzés és a minőségellenőrzés.