Termini e origine
Il cioccolato era noto all'umanità già ai tempi degli Aztechi, ma sotto forma di bevanda contenente cacao. Il termine "cioccolato" deriva dalla parola azteca Xocolatl che significa acqua amara o acqua di cacao. La bevanda, ottenuta dai semi della pianta del cacao e dall'acqua fredda, era considerata inebriante. Nel mondo azteco era riservata agli uomini adulti di origine nobile e non era considerata adatta alle donne e ai bambini. Il re azteco Montezuma avrebbe bevuto large quantità di cacao. Sotto il suo regno, i semi di cacao venivano utilizzati anche come forma di moneta.
Nel 1528, i conquistatori spagnoli dell'epoca di Hernán Cortés portarono il cacao in Europa; la bevanda fu assaggiata per la prima volta alla corte spagnola nel 1544. Nel 1673, l'olandese Jantz von Huesden servì per la prima volta il cioccolato al pubblico a Brema. Tuttavia, solo nel XVIII e XIX secolo i semi di cacao furono trattati in largequantità. Poiché erano molto costose, solo la ricca nobiltà poteva permettersele.
Nel 1804, A. Miehte fondò la fabbrica di cioccolato Halloren, la più antica fabbrica di cioccolato della Germania, nella città di Halle an der Saale.
La prima fabbrica di cioccolato svizzera fu fondata da François-Louis Cailler nel 1819 a Vevey, seguita da Philippe Suchard (1824), Jean Tobler (1830), Rudolf Sprüngli (1845) e Daniel Peter e Henri Nestlé (1875). Il processo di concaggio, che largely ha contribuito all'eccellente reputazione del cioccolato svizzero, risale a Rudolphe Lindt.
Pennini di cacao, massa di cacao, burro di cacao e polvere di cacao
Il nome botanico dell'albero del cacao, Theobroma cacao, deriva dal greco (theos: "Dio"; broma: "cibo"). Questo nome esprime l'alto gradimento di questa pianta. La Theobroma cacao è una pianta cauliflora e quindi sviluppa sia i fiori che i frutti sul tronco già lignificato (figura 1).
I frutti gialli, lunghi 15-20 cm, pesano circa mezzo chilo e contengono da 30 a 60 semi bianchi. Al momento della raccolta, questi vengono staccati, fermentati ed essiccati. Durante la fermentazione, che dura circa 10 giorni, molte sostanze amare vengono decomposte e i semi di cacao sviluppano il loro caratteristico sapore e colore.
La Figura 2 mostra i fagioli fermentati e non sbucciati. In genere è in questo stato che i semi vengono spediti in altri Paesi, dove vengono trasformati in cioccolato. La massa di cacao, importante per la produzione del cioccolato, si ottiene quando le fave vengono spezzettate e trasformate in polvere e burro di cacao.
La massa di cacao è in realtà il termine con cui si definiscono le punte di cacao rimaste dopo l'essiccazione delle fave e la rimozione delle parti del guscio. Quando questi pennini vengono macinati, il grasso in essi contenuto - il burro di cacao - fuoriesce e lega i pennini in una massa viscosa di colore marrone scuro. Quando questa massa di cacao viene pressata, il burro di cacao fuoriesce e il panetto pressato può essere macinato in polvere di cacao. A seconda del contenuto di grassi residui, questa polvere viene definita fortemente disoleata (circa 11-12% di grassi) o leggermente disoleata (circa 20%-22% di grassi).
Ingredienti ed effetto
Oltre al contenuto relativamente elevato di grassi (54% di burro di cacao), il cacao contiene anche alcune sostanze note per il loro effetto di miglioramento dell'umore. Si tratta di serotonina, dopamina e teobromina (3,7-dimetil xantina, C7H8N4O2), una sostanza della classe delle metilxantine molto simile alla caffeina. Sebbene il cacao contenga solo small concentrazioni di questi ingredienti, essi devono essere alla base della concezione comune che "il cioccolato rende felici". Gli aspetti salutistici del consumo di cacao non sono ancora stati determinati in modo definitivo e sono ancora oggetto di ricerchearcattuali. Tuttavia, in numerosi studi distinti sono stati confermati effetti benefici per la salute, soprattutto per il cioccolato ad alto contenuto di cacao (> 50%). Questi effetti positivi comprendono la riduzione dei depositi nei vasi sanguigni, l'abbassamento della pressione sanguigna e dei livelli di colesterolo LDL, il miglioramento della funzionalità della pelle e delle prestazioni fisiche generali.
La Figura 3 mostra un assortimento di tavolette di cioccolato con diversi livelli di contenuto di cacao.
Polimorfismo del burro di cacao
Dal punto di vista chimico, il burro di cacao è composto principalmente da trigliceridi di diversi acidi grassi, soprattutto acido palmitico, acido stearico, acido oleico e acido linoleico. A causa dell'accentuato PolimorfismoIl polimorfismo è la capacità di un materiale solido di formare diverse strutture cristalline (sinonimi: forme, modificazioni).polimorfismo del burro di cacao, è noto che esso presenta sei strutture cristalline che si sciolgono in un intervallo di temperatura compreso tra 17°C e 36°C. Per la produzione di cioccolato, è particolarmente importante che il polimorfo V - la cosiddetta "modificazione ß" - si formi durante la solidificazione della massa di cioccolato liquido. Ciò si ottiene con uno speciale trattamento termico chiamato "temperaggio". Durante il temperaggio, la massa di cioccolato viene sottoposta a un raffreddamento definito e poi riscaldata per fondere nuovamente i cristalli a bassaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione indesiderati. È difficile individuare la temperatura corretta in questo caso, poiché la formazione dei nuclei di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione nel burro di cacao avviene molto lentamente; in altre parole, il processo di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione è molto lento e la massa di cioccolato può essere molto raffreddata prima che la CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione diventi evidente. Tuttavia, nei casi di riscaldamento in cui le forme cristalline a bassaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione si sono già liquefatte, ma rimangono ancora quantità sufficienti di cristalli ad altaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione, che rappresentano la ß-modificazione più stabile in termini termodinamici, questi finiscono per fungere da nuclei di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione per il successivo raffreddamento. Pertanto, durante il raffreddamento, si forma quasi esclusivamente la ß-modifica desiderata.
Questo processo può essere facilmente riprodotto e analizzato con la calorimetria differenziale a scansione (DSC). Il comportamento diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione di un determinato cioccolato (con un contenuto di cacao del 60%) è presentato nella figura 4. Per la modificazione ß, mirata durante la produzione del cioccolato, laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione inizia lentamente a circa 25°C e raggiunge il picco massimo nel primo riscaldamento (rosso) a 33,2°C. Durante il raffreddamento (blu), l'inizio della CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione a 22,7°C può essere rilevato come un endset estrapolato.
Tuttavia, una parte della massa fusa può essere raffreddata in eccesso a 15°C prima che queste porzioni inizino a cristallizzare. Con una velocità di raffreddamento di 5 K/min, questo campione impiega circa -5°C per terminare laCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione. Dalla forma del picco della curva di raffreddamento si può già notare che - a differenza della precedente situazione di produzione industriale - si sono verificate molteplici modificazioni del burro di cacao che fonde a temperature più basse in seguito al raffreddamento all'interno dello strumento DSC. Ciò è confermato anche dai risultati del secondo riscaldamento (nero).
Le modifiche formatesi nello strumento DSC durante il raffreddamento iniziano a fondere già a poco più di 10 °C, come dimostra il calore EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico di reazione. La fusione è già terminata a 28 °C, temperatura alla quale il cioccolato originale aveva appena iniziato a fondere durante il primo riscaldamento. Un altro dato importante è fornito dall'integrale delle aree di fusione eCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione. Queste sono proporzionali ai valori del calore latente e sono quindi una misura del grado di cristallinità del campione. Sebbene le parti cristalline del campione allo stato originale portassero a un'entalpia di fusione di 49,5 J/g (primo riscaldamento, curva rossa), è stata rilevata un'entalpia di fusione di soli 30,0 J/g (curva nera).
Ciò corrisponde al grado di cristallinità ottenuto durante la curva di raffreddamento (confrontare la curva di raffreddamento, blu). Ciò significa non solo che, durante il raffreddamento nel DSC a una velocità lineare di 5 K/min, si sono verificate diverse modifiche a bassa fusione rispetto alle circostanze di produzione del cioccolato originale, ma anche che il grado di cristallinità è diminuito sensibilmente. Ciò conferma a sua volta che, come detto in precedenza, è necessario un trattamento a temperatura speciale per generare in modo mirato una large percentuale di modificazione ß ad alta fusione.
Variazione del grado di cristallizzazione del cioccolato mediante temperaggio
Nella produzione industriale di cioccolato, la massa di cioccolato liquido viene sottoposta a un trattamento meccanico e termico per ottenere in modo specifico la modificazione ß desiderata ad alta fusione e per sopprimere laCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione del burro di cacao. La simulazione di tale trattamento può essere parzialmente realizzata nello strumento DSC, ma comprensibilmente senza la componente meccanica. La Figura 5 mostra la variazione delle porzioni dell'area del picco di fusione al di sopra dei 20°C e al di sopra dei 24°C per una serie di test di rinvenimento. La prova di cristallizzazione 1 descrive i risultati quando si utilizza una velocità di raffreddamento lineare di 5 K/min. Le prove da 2 a 5 variano la temperatura di invecchiamento (1) e la temperatura alla quale i nuclei di cristallizzazione del PolimorfismoIl polimorfismo è la capacità di un materiale solido di formare diverse strutture cristalline (sinonimi: forme, modificazioni).polimorfismo indesiderato sono nuovamente fusi (2). La prova di cristallizzazione 5 mostra un chiaro aumento della cristallinità rispetto al raffreddamento lineare. Questo risultato è stato ottenuto temperando il campione per 10 minuti a 14° e riscaldandolo successivamente a 30°C. Il programma di temperatura corrispondente è presentato in figura 6.
Relazione tra il contenuto di cacao e l'entalpia di fusione
Analizzando i cioccolatini con vari livelli di contenuto di cacao, si può notare che la relazione tra di essi è largelineare. All'aumentare del contenuto di cacao, aumenta anche la quantità di burro di cacao cristallino e quindi la quantità di energia necessaria per la fusione. L'entalpia di fusione può essere determinata direttamente dall'area del picco del primo riscaldamento. Applicando il contenuto nominale di cacao e l'entalpia di fusione rilevata si ottiene una relazione lineare, mostrata nella figura 7. I valori elencati sono valori medi per il burro di cacao cristallino. I valori elencati sono i valori medi di cinque misurazioni ciascuno. Le barre di errore raffigurate non rappresentano gli errori di misurazione effettivi, ma illustrano solo che questa relazione lineare si applica con una correlazione del + 3%.
Poiché l'area del picco di fusione aiuta non solo a quantificare il comportamento di fusione dei diversi campioni di cioccolato, ma anche - utilizzando la posizione e la forma del picco - a determinare l'intervallo di temperatura e il processo di fusione, è possibile specificare, per ogni singolo campione, quanta parte del grasso (burro di cacao) contenuto è ancora solida alla temperatura corrispondente e quanta è già liquida. Questa informazione è nota anche come Indice di Grasso Solido (SFI). È facile arrivare a questa affermazione se l'area del picco viene scalata al 100% e l'andamento viene rappresentato come un integrale di superficie. Tale applicazione è mostrata nella figura 8 per tutti i campioni di cioccolato analizzati. In primo luogo, si può chiaramente vedere a quale temperatura esattamente la metà del contenuto di grasso corrispondente è ancora solido; in secondo luogo, si può facilmente dedurre quale parte del grasso contenuto è già fuso a una determinata temperatura (qui 30°C).
La letteratura contiene molti esempi che evidenziano le informazioni offerte dai risultati delle misure DSC, oltre a quelli qui riportati, per l'indagine del comportamento di fusione e cristallizzazione del cioccolato. Cammenga et al. descrivono l'uso della calorimetria differenziale a scansione per i dolci in generale. Lo zucchero e i sostituti dello zucchero costituiscono di solito la maggior parte della massa di questi prodotti e le proprietà misurabili, come la temperatura di transizione vetrosa, la cristallinità, laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione e le entalpie di trasformazione di fase, solo per citarne alcune, hanno una grande influenza sulle proprietà fisiochimiche e tecnologiche e sulla stabilità di conservazione [1].
In una serie di lavori, Ziegleder et al. descrivono la stabilità a lungo termine [2] e la formazione di fioriture di grasso nel cioccolato [3].
Chapman et al. [4] e Merken et al. [5] si sono concentrati sul PolimorfismoIl polimorfismo è la capacità di un materiale solido di formare diverse strutture cristalline (sinonimi: forme, modificazioni).polimorfismo e sulla lavorabilità del cioccolato, mentre Tscheuschner et al. [6] e Ziegleder et al. [7] hanno condotto numerose indagini sulle condizioni di raffreddamento e sulla cristallizzazione del cioccolato e della massa di cioccolato.
Sintesi
Il burro di cacao cristallizza in sei diverse strutture (PolimorfismoIl polimorfismo è la capacità di un materiale solido di formare diverse strutture cristalline (sinonimi: forme, modificazioni).polimorfismo), di cui una - la cosiddetta modificazione ß - è preferita per la produzione di cioccolato. Per ottenere questo risultato, è necessario uno speciale trattamento termico chiamato "temperaggio". Con l'aiuto della DSC (Calorimetria Differenziale a Scansione), non solo si può determinare laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione del burro di cacao, che fornisce informazioni sulle modificazioni che avvengono durante la produzione, ma si può determinare l'entalpia di trasformazione (entalpia di fusione), che permette di quantificare anche le porzioni cristalline del burro di cacao. Analizzando diversi cioccolatini con un contenuto di cacao compreso tra il 32% e il 99%, è stato possibile confermare che esiste una largerelazione lineare tra il contenuto specifico di cacao e l'entalpia di fusione determinata mediante DSC. Inoltre, è stato dimostrato che è possibile studiare l'influenza della tempra sulla quantità e sulla differenziazione delle singole modificazioni cristalline del burro di cacao. La velocità di raffreddamento in relazione alle fasi isotermiche e il successivo riscaldamento a breve termine della massa di cioccolato hanno tutti un'influenza sul grado di cristallinità risultante. È quindi possibile ricreare il temperamento della massa di cioccolato che si verifica in produzione all'interno di un'analisi DSC variando il controllo della temperatura. Oltre al controllo flessibile della temperatura dei programmi di misurazione in un'analisi DSC, le informazioni contenute nei risultati DSC offrono una serie di ulteriori possibilità di salvaguardia per la produzione di cioccolato in aree quali l'ispezione delle merci in entrata, il controllo della produzione e il controllo della qualità.