Termen en oorsprong
De mensheid kende chocolade al bij de Azteken, maar dan in de vorm van een cacaohoudende drank. De term "chocolade" is afgeleid van het Azteekse woord Xocolatl dat bitter water of cacaowater betekent. De drank werd gemaakt van de zaden van de cacaoplant en koud water en werd beschouwd als bedwelmend. In de wereld van de Azteken was het voorbehouden aan volwassen mannen van adellijke afkomst en werd het niet geschikt geacht voor vrouwen en kinderen. De Azteekse koning Montezuma dronk naar verluidt large hoeveelheden cacao. Onder zijn bewind werden cacaobonen ook gebruikt als betaalmiddel.
In 1528 brachten de Spaanse veroveraars van het tijdperk Hernán Cortés cacao naar Europa; de drank werd voor het eerst geproefd aan het Spaanse hof in 1544. In 1673 serveerde de Nederlander Jantz von Huesden voor het eerst chocolade aan het publiek in Bremen. Het duurde echter tot de 18e en 19e eeuw vooraleer cacaobonen er in grotere hoeveelheden werden behandeld. Omdat ze erg duur waren, kon alleen de rijke adel zich ze veroorloven.
In 1804 richtte A. Miehte de Halloren Chocolade Fabriek op, de oudste chocoladefabriek in Duitsland, in de stad Halle an der Saale.
De eerste Zwitserse chocoladefabriek werd in 1819 in Vevey opgericht door François-Louis Cailler, gevolgd door Philippe Suchard (1824), Jean Tobler (1830), Rudolf Sprüngli (1845) en Daniel Peter en Henri Nestlé (1875). Het concheerproces, dat grotendeels heeft bijgedragen aan de uitstekende reputatie van Zwitserse chocolade, gaat terug tot Rudolphe Lindt.
Cacaonibs, Cacaomassa, Cacaoboter en Cacao Poeder
De botanische naam van de cacaoboom, Theobroma cacao, is afgeleid van het Grieks (theos: "God"; broma: "voedsel"). Deze naam drukt de hoge waardering voor deze plant uit. Theobroma cacao is een bloembloemige plant en ontwikkelt dus zowel zijn bloesems als later zijn vruchten op de reeds geligifieerde StamVervorming beschrijft een vervorming van een materiaal dat mechanisch wordt belast door een externe kracht of spanning. Rubbermengsels vertonen kruipeigenschappen als ze statisch worden belast.stam (figuur 1).
De 15 - 20 cm lange gele vruchten wegen ongeveer een halve kilo en bevatten 30 tot 60 witte zaadbonen. Na de oogst worden deze losgemaakt, gefermenteerd en gedroogd. Tijdens de fermentatie, die ongeveer 10 dagen duurt, worden veel bittere stoffen afgebroken en ontwikkelen de cacaobonen hun karakteristieke smaak en kleur.
Figuur 2 toont de gefermenteerde, ongepelde bonen. Het is typisch in deze staat dat de bonen worden verscheept naar andere landen, waar ze dan worden verwerkt tot chocolade. Cacaomassa - belangrijk voor de productie van chocolade - wordt verkregen wanneer de bonen worden gebroken; dit wordt dan verwerkt tot cacaopoeder en cacaoboter.
Cacaomassa is eigenlijk de term voor de cacaonibs die overblijven nadat de bonen zijn gedroogd en de doppen zijn verwijderd. Wanneer deze nibs worden gemalen, floept het vet dat erin zit - de cacaoboter - eruit en bindt het de nibs tot een stroperige, donkerbruine massa. Wanneer deze cacaomassa wordt geperst, vloeit de cacaoboter eruit en kan de geperste koek worden vermalen tot cacaopoeder. Afhankelijk van het resterende vetgehalte wordt dit poeder aangeduid als sterk ontvet (ongeveer 11% tot 12% vet) of licht ontvet (ongeveer 20% tot 22% vet).
Ingrediënten en effect
Naast het relatief hoge vetgehalte (54% cacaoboter) bevat cacao ook een aantal stoffen waarvan bekend is dat ze een stimulerend effect hebben. Dit zijn serotonine, dopamine en theobromine (3,7-dimethylxanthine, C7H8N4O2), een stof uit de methylxanthine klasse die erg lijkt op cafeïne. Hoewel slechts small concentraties van deze ingrediënten in cacao zitten, moeten ze de reden zijn achter de algemene opvatting dat "chocolade gelukkig maakt". De gezondheidsaspecten van cacaoconsumptie zijn nog niet onomstotelijk vastgesteld en zijn nog steeds het onderwerp van lopend onderzoek. In talrijke afzonderlijke studies werden echter gezondheidsbevorderende effecten aangetoond, vooral voor chocolade met een hoog cacaogehalte (> 50%). Deze positieve effecten omvatten de vermindering van afzettingen in bloedvaten, een verlaging van de bloeddruk en LDL-cholesterolwaarden, en een verbeterde huidfunctionaliteit en algemene fysieke prestaties.
Figuur 3 toont een assortiment chocoladerepen met verschillende cacaogehaltes.
Polymorfisme van cacaoboter
Chemisch gezien bestaat cacaoboter voornamelijk uit triglyceriden van verschillende vetzuren, voornamelijk palmitinezuur, stearinezuur, oliezuur en linolzuur. Door het uitgesproken PolymorfismePolymorfisme is het vermogen van een vast materiaal om verschillende kristallijne structuren te vormen (synoniemen: vormen, modificaties).polymorfisme van cacaoboter is het bekend dat het zes kristalstructuren heeft die Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten bij temperaturen tussen 17°C en 36°C. Voor de productie van chocolade is het vooral belangrijk dat de V-polymorf - de zogenaamde "ß-modifi catie" - gevormd wordt tijdens het stollen van de vloeibare chocolademassa. Dit wordt bereikt door een speciale warmtebehandeling die "tempereren" wordt genoemd. Tijdens het tempereren wordt de chocolademassa onderworpen aan een bepaalde afkoeling en vervolgens opnieuw verhit om ongewenste lage smeltkristallen opnieuw te Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten. Het is moeilijk om hier de juiste temperatuur te vinden omdat de vorming van kristallisatiekernen in cacaoboter zeer traag verloopt; d.w.z. het kristallisatieproces verloopt zeer traag en de chocolademassa kan sterk overgekoeld zijn voordat KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie merkbaar wordt. Maar in verwarmingsgevallen waar de laagsmeltende kristalvormen al vloeibaar zijn geworden, maar er nog voldoende hoogsmeltende kristallen overblijven - die thermodynamisch gezien de meest stabiele ß-modificatie zijn - dienen deze uiteindelijk als kristallisatiekernen voor de daaropvolgende afkoeling. Daarom wordt tijdens het terugkoelen bijna uitsluitend de gewenste ß-modificatie gevormd.
Dit proces kan gemakkelijk gereproduceerd en geanalyseerd worden met Differentiële Scanning Calorimetrie (DSC). Het smeltgedrag van een bepaalde chocolade (met 60% cacaogehalte) wordt weergegeven in figuur 4. Voor de β-modificatie die wordt nagestreefd tijdens de productie van chocolade, begint het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten langzaam rond 25°C en bereikt het zijn piekmaximum bij de eerste verhitting (rood) op 33,2°C. Tijdens het afkoelen (blauw) kan het begin van KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie bij 22,7°C gedetecteerd worden als een geëxtrapoleerd eindpunt.
Een deel van de smelt kan echter overgekoeld worden tot 15°C voordat deze delen beginnen te kristalliseren. Bij een koelsnelheid van 5 K/min duurt het voor dit monster tot ongeveer -5°C voordat het kristalliseert. Het is al te zien aan de piekvorm van de afkoelcurve dat - in tegenstelling tot de voorafgaande industriële productiesituatie - meerdere modificaties van de cacaoboter die Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten bij lagere temperaturen zijn opgetreden als gevolg van het afkoelen in het DSC-instrument. Dit wordt bovendien bevestigd door de resultaten van de tweede verhitting (zwart).
De modificaties die tijdens het koelen in het DSC-instrument zijn gevormd, beginnen al bij iets meer dan 10°C te Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten, wat blijkt uit de endotherme reactiewarmte. Het smelten is al voltooid bij 28 °C, een temperatuur waarbij de oorspronkelijke chocolade tijdens de eerste verhitting nog maar net begon te smelten. Een andere belangrijke bevinding is de integraal van de smelt- en kristallisatiegebieden. Deze zijn evenredig met de latente warmtewaarden en zijn daarom een maat voor de Kristalliniteit / KristalliniteitsgraadKristalliniteit verwijst naar de mate van structurele orde van een vaste stof. In een kristal is de ordening van atomen of moleculen consistent en repetitief. Veel materialen zoals glaskeramiek en sommige polymeren kunnen zo worden bereid dat er een mengsel ontstaat van kristallijne en amorfe gebieden. mate van kristalliniteit van het monster. Hoewel de kristallijne delen van het monster in zijn oorspronkelijke staat leidden tot een smeltenthalpie van 49,5 J/g (eerste verhitting, rode curve), werd een smeltenthalpie van slechts 30,0 J/g gedetecteerd (zwarte curve).
Dit komt overeen met de Kristalliniteit / KristalliniteitsgraadKristalliniteit verwijst naar de mate van structurele orde van een vaste stof. In een kristal is de ordening van atomen of moleculen consistent en repetitief. Veel materialen zoals glaskeramiek en sommige polymeren kunnen zo worden bereid dat er een mengsel ontstaat van kristallijne en amorfe gebieden. kristalliniteit die werd verkregen tijdens de afkoelcurve (vergelijk afkoelcurve, blauw). Dit betekent niet alleen dat er - tijdens het afkoelen in de DSC met een lineaire snelheid van 5 K/min - andere laagsmeltende modificaties zijn opgetreden dan bij de oorspronkelijke omstandigheden voor chocoladeproductie, maar ook dat de Kristalliniteit / KristalliniteitsgraadKristalliniteit verwijst naar de mate van structurele orde van een vaste stof. In een kristal is de ordening van atomen of moleculen consistent en repetitief. Veel materialen zoals glaskeramiek en sommige polymeren kunnen zo worden bereid dat er een mengsel ontstaat van kristallijne en amorfe gebieden. kristalliniteit merkbaar is afgenomen. Dit bevestigt op zijn beurt dat - zoals hierboven vermeld - een speciale temperatuurbehandeling vereist is voor het gericht genereren van een large deel van de hoogsmeltende ß-modificatie.
Variatie van de kristallisatiegraad van chocolade door middel van van tempereren
Bij de industriële productie van chocolade wordt de vloeibare chocolademassa onderworpen aan een mechanische en thermische behandeling om specifiek de gewenste ß-modificatie met hoog Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt).smeltpunt te verkrijgen en om KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie van de cacaoboter te onderdrukken. Simulatie van een dergelijke behandeling kan gedeeltelijk worden bereikt in het DSC-instrument, maar begrijpelijkerwijs zonder de mechanische component. Figuur 5 toont de verandering in het smeltpiekgebied boven 20°C en boven 24°C voor een reeks temperingtesten. Kristallisatietest 1 beschrijft de resultaten bij een lineaire koelsnelheid van 5 K/min. Testen 2 tot en met 5 variëren de verouderingstemperatuur (1) en de temperatuur waarbij de kristallisatiekernen van het ongewenste PolymorfismePolymorfisme is het vermogen van een vast materiaal om verschillende kristallijne structuren te vormen (synoniemen: vormen, modificaties).polymorfisme opnieuw gesmolten worden (2). Kristallisatietest 5 laat een duidelijke toename in Kristalliniteit / KristalliniteitsgraadKristalliniteit verwijst naar de mate van structurele orde van een vaste stof. In een kristal is de ordening van atomen of moleculen consistent en repetitief. Veel materialen zoals glaskeramiek en sommige polymeren kunnen zo worden bereid dat er een mengsel ontstaat van kristallijne en amorfe gebieden. kristalliniteit zien vergeleken met de lineaire afkoeling. Dit werd bereikt door het monster gedurende 10 minuten te temperen bij 14° en het vervolgens te verwarmen tot 30°C. Het bijbehorende temperatuurprogramma wordt weergegeven in figuur 6.
Verband tussen het cacaogehalte en de smelttemperatuur
Als we chocolades met verschillende cacaogehaltes onderzoeken, zien we dat de relatie daartussen grotendeels lineair is. Naarmate het cacaogehalte toeneemt, neemt ook de hoeveelheid kristallijne cacaoboter toe en dus ook de hoeveelheid energie die nodig is voor het smelten. De smeltenthalpie kan direct worden bepaald uit het piekoppervlak van de eerste verhitting. Toepassing van het nominale cacaogehalte en de gedetecteerde smeltenthalpie levert een lineair verband op, dat in figuur 7 wordt weergegeven. De vermelde waarden zijn de gemiddelde waarden voor vijf metingen elk. De weergegeven foutbalken geven niet de werkelijke meetfouten weer, maar illustreren alleen dat deze lineaire relatie geldt met een correlatie van + 3%.
Aangezien het smeltpiekgebied niet alleen helpt bij het kwantificeren van het smeltgedrag van verschillende chocolademonsters, maar ook - door gebruik te maken van de positie en vorm van de piek - bij het bepalen van het temperatuurbereik en het smeltproces, is het mogelijk om voor elk monster afzonderlijk te specificeren hoeveel vet (cacaoboter) nog vast is bij de betreffende temperatuur en hoeveel al vloeibaar is. Deze informatie staat ook bekend als de Solid Fat Index (SFI). Het is eenvoudig om tot zo'n uitspraak te komen als het piekoppervlak wordt geschaald naar 100% en het verloop wordt weergegeven als een oppervlakte-integraal. Een dergelijke toepassing wordt in figuur 8 getoond voor alle onderzochte chocolademonsters. Ten eerste is duidelijk te zien bij welke temperatuur precies de helft van de corresponderende vetinhoud nog vast is; en ten tweede is gemakkelijk af te leiden welk deel van het aanwezige vet al gesmolten is bij een bepaalde temperatuur (hier 30°C).
In de literatuur zijn veel voorbeelden te vinden van de informatie die DSC-meetresultaten bieden, naast de hier getoonde voorbeelden voor het onderzoek naar het smelt- en kristallisatiegedrag van chocolade. Cammenga et al. beschrijven het gebruik van Differentiële Scanning Calorimetrie voor zoetwaren in het algemeen. Suiker en suikervervangers vormen meestal het grootste deel van de massa van dergelijke producten en meetbare eigenschappen zoals de glasovergangstemperatuur, Kristalliniteit / KristalliniteitsgraadKristalliniteit verwijst naar de mate van structurele orde van een vaste stof. In een kristal is de ordening van atomen of moleculen consistent en repetitief. Veel materialen zoals glaskeramiek en sommige polymeren kunnen zo worden bereid dat er een mengsel ontstaat van kristallijne en amorfe gebieden. kristalliniteit, Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur en enthalpie van fasetransformatie - om er maar een paar te noemen - hebben een grote invloed op de fysiochemische en technologische eigenschappen en op de bewaarstabiliteit [1].
In een hele reeks werken beschrijven Ziegleder et al. de stabiliteit op lange termijn [2] en vetbloemvorming in chocolade [3].
Chapman et al. [4] en Merken et al. [5] richtten zich in hun werk op PolymorfismePolymorfisme is het vermogen van een vast materiaal om verschillende kristallijne structuren te vormen (synoniemen: vormen, modificaties).polymorfisme en de verwerkbaarheid van chocolade, terwijl Tscheuschner et al. [6] en Ziegleder et al. [7] talrijke onderzoeken uitvoerden met betrekking tot de koelomstandigheden en KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie van chocolade en chocolademassa.
Samenvatting
Cacaoboter kristalliseert in zes verschillende structuren (PolymorfismePolymorfisme is het vermogen van een vast materiaal om verschillende kristallijne structuren te vormen (synoniemen: vormen, modificaties).polymorfisme), waarvan er één - de zogenaamde ß-modificatie - de voorkeur geniet voor chocoladeproductie. Om dit resultaat te bereiken, is een speciale temperatuurbehandelingsprocedure nodig die "tempereren" wordt genoemd. Met behulp van DSC (Differential Scanning Calorimetry) kan niet alleen de Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur van cacaoboter worden bepaald, wat informatie oplevert over de modificaties die tijdens de productie optreden, maar kan ook de transformatie-enthalpie (smeltenthalpie) worden bepaald, waarmee ook de kristallijne delen van cacaoboter kunnen worden gekwantificeerd. Door verschillende chocolades met een cacaogehalte tussen 32% en 99% te onderzoeken, kon worden bevestigd dat er een grotendeels lineair verband is tussen het gespecificeerde cacaogehalte en de smeltenthalpie zoals bepaald met DSC. Bovendien werd aangetoond dat het ook mogelijk is om de invloed van tempereren op de hoeveelheid en differentiatie van de afzonderlijke kristallijne modifi caties van cacaoboter te onderzoeken. De afkoelsnelheid in combinatie met isotherme fasen en eventueel daaropvolgend kortstondig opwarmen van de chocolademassa hebben allemaal een invloed op de resulterende kristalliniteitsgraad. Het is dus mogelijk om het temperen van de chocolademassa tijdens de productie na te bootsen in een DSC-analyse door de temperatuurregeling te variëren. Naast de flexibele temperatuurregeling van de meetprogramma's in een DSC-analyse, biedt de informatie in de DSC-resultaten nog een aantal andere beveiligingsmogelijkheden voor chocoladeproductie op gebieden zoals inspectie van binnenkomende goederen, productiecontrole en kwaliteitscontrole.