Terimler ve Köken
Çikolata insanoğlu tarafından Aztekler kadar eskiden beri bilinmekteydi, ancak kakao içeren bir içecek şeklinde. "Çikolata" terimi Aztek dilinde acı su ya da kakao suyu anlamına gelen Xocolatl kelimesinden türetilmiştir. Bu içecek kakao bitkisinin tohumlarından ve soğuk sudan yapılırdı ve sarhoş edici olduğu düşünülürdü. Aztek dünyasında bu içecek soylu yetişkin erkeklere ayrılır, kadınlar ve çocuklar için uygun görülmezdi. Aztek Kralı Montezuma'nın large çok miktarda kakao içtiği bildirilmektedir. Onun döneminde kakao çekirdekleri para birimi olarak da kullanılıyordu.
1528 yılında Hernán Cortés döneminin İspanyol fatihleri kakaoyu Avrupa'ya getirdi; içecek ilk kez 1544 yılında İspanyol sarayında tadıldı. Hollandalı Jantz von Huesden 1673 yılında Bremen'de ilk kez halka çikolata ikram etmiştir. Ancak 18. ve 19. yüzyıllara kadar kakao çekirdekleri burada larger miktarlarda işlenmedi. Çok pahalı oldukları için sadece zengin soylular alabiliyordu.
1804 yılında A. Miehte, Halle an der Saale kasabasında Almanya'nın en eski çikolata fabrikası olan Halloren Çikolata Fabrikası'nı kurdu.
İlk İsviçre çikolata fabrikası 1819 yılında François-Louis Cailler tarafından Vevey'de kurulmuş, bunu Philippe Suchard (1824), Jean Tobler (1830), Rudolf Sprüngli (1845) ve Daniel Peter ve Henri Nestlé (1875) izlemiştir. large ly'nin İsviçre Çikolatasının mükemmel ününe katkıda bulunduğu konçlama işlemi Rudolphe Lindt'e kadar uzanmaktadır.
Kakao Nibs, Kakao Kütlesi, Kakao Yağı ve Kakao Tozu
Kakao ağacının botanik adı olan Theobroma cacao, Yunanca'dan (theos: "Tanrı"; broma: "yiyecek") türetilmiştir. Bu isim, bu bitkiye verilen yüksek değeri ifade etmektedir. Theobroma cacao karnabaharlı bir bitkidir ve bu nedenle hem çiçeklerini hem de daha sonra meyvelerini zaten odunlaşmış gövdede geliştirir (şekil 1).
15 - 20 cm uzunluğundaki sarı meyveler yaklaşık yarım kilo ağırlığındadır ve 30 ila 60 adet beyaz çekirdek içerir. Hasattan sonra bunlar ayrılarak fermente edilir ve kurutulur. Yaklaşık 10 gün süren fermantasyon sırasında birçok acı madde ayrışır ve kakao çekirdekleri karakteristik lezzet ve rengini geliştirir.
Şekil 2 fermente edilmiş, soyulmamış çekirdekleri göstermektedir. Çekirdekler genellikle bu halde diğer ülkelere gönderilir ve burada işlenerek çikolataya dönüştürülür. Çekirdekler parçalandığında çikolata üretimi için önemli olan kakao kütlesi elde edilir; bu daha sonra işlenerek kakao tozu ve kakao yağına dönüştürülür.
Kakao kütlesi aslında çekirdekler kurutulduktan ve kabuk kısımları çıkarıldıktan sonra kalan kakao çekirdekleri için kullanılan bir terimdir. Bu uçlar öğütüldüğünde, içlerinde bulunan yağ - kakao yağı - dışarı akar ve uçları yapışkan, koyu kahverengi bir kütleye bağlar. Bu kakao kütlesi preslendiğinde, kakao yağı dışarı akar ve preslenmiş kek kakao tozu haline getirilebilir. Kalan yağ içeriğine bağlı olarak, bu toz çok yağsız (yaklaşık %11 ila %12 yağ) veya hafif yağsız (yaklaşık %20 ila %22 yağ) olarak tanımlanır.
İçindekiler ve Etkisi
Nispeten yüksek yağ içeriğinin (%54 kakao yağı) yanı sıra kakao, ruh halini iyileştirici etkisi olduğu bilinen birkaç madde de içerir. Bunlar serotonin, dopamin ve kafeine çok benzeyen metilksantin sınıfından bir madde olan teobromindir (3.7-dimetil ksantin, C7H8N4O2). Bu bileşenler kakaoda sadece small konsantrasyonlarda bulunmasına rağmen, "çikolata insanı mutlu eder" şeklindeki yaygın kanının ardında yatan nedenler bunlar olmalıdır. Kakao tüketiminin sağlıkla ilgili yönleri henüz kesin olarak belirlenmemiştir ve halen araştırılmaktadırarch çalışma konusudur. Bununla birlikte, özellikle yüksek kakao içeriğine sahip (>%50) çikolatalar için sağlığı geliştirici etkiler çok sayıda ayrı çalışmada kanıtlanmıştır. Bu olumlu etkiler arasında kan damarlarındaki birikintilerin azaltılması, kan basıncının ve LDL kolesterol seviyelerinin düşürülmesi, cilt işlevselliğinin ve genel fiziksel performansın iyileştirilmesi yer almaktadır.
Şekil 3'te farklı seviyelerde kakao içeriğine sahip çikolata çeşitleri gösterilmektedir.
Kakao Yağı Polimorfizmi
Kimyasal olarak, kakao yağı temel olarak palmitik asit, stearik asit, oleik asit ve linoleik asit başta olmak üzere farklı yağ asitlerinden trigliseritlerden oluşur. Kakao yağının belirgin polimorfizmi nedeniyle, 17°C ile 36°C arasındaki sıcaklık aralığında eriyen altı kristal yapıya sahip olduğu bilinmektedir. Çikolata üretimi için, sıvı çikolata kütlesinin katılaşması sırasında "ß-modifi kasyon" olarak adlandırılan V polimorfunun oluşması özellikle önemlidir. Bu, "temperleme" adı verilen özel bir ısıl işlemle sağlanır. Temperleme sırasında çikolata kütlesi belirli bir soğutmaya tabi tutulur ve ardından istenmeyen düşükErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime noktalı kristallerin yeniden eritilmesi için yeniden ısıtılır. Burada doğru sıcaklığı bulmak zordur çünkü kakao yağında KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme çekirdeklerinin oluşumu çok yavaş gerçekleşir; yani KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme süreci çok yavaştır ve KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme fark edilebilir hale gelmeden önce çikolata kütlesi aşırı derecede soğutulabilir. Bununla birlikte, düşükErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime noktalı kristal formlarının halihazırda sıvılaşmış olduğu, ancak termo-dinamik açıdan en kararlı ß-modifikasyonu olan yüksekErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime noktalı kristallerin yeterli miktarda kaldığı ısıtma durumlarında, bunlar sonraki soğutma için KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme çekirdekleri olarak hizmet eder. Bu nedenle, yeniden soğutma sırasında neredeyse sadece istenen ß-modifikasyonu oluşur.
Bu süreç Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (DSC) ile kolayca yeniden üretilebilir ve analiz edilebilir. Belirli bir çikolatanın (%60 kakao içeriğine sahip) erime davranışı Şekil 4'te sunulmuştur. Çikolata üretimi sırasında hedeflenen ß-modifikasyonu içinErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime yaklaşık 25°C'de yavaşça başlar ve ilk ısıtmada (kırmızı) 33,2°C'de en yüksek maksimuma ulaşır. Soğutma sırasında (mavi), 22,7°C'de kristalleşmenin başlangıcı ekstrapole edilmiş bir son set olarak tespit edilebilir.
Ancak, bu kısımlar kristalleşmeye başlamadan önce eriyiğin bir kısmı 15°C'ye kadar aşırı soğutulabilir. Dakikada 5 K soğutma hızında, bu numunenin kristalleşmesinin tamamlanması yaklaşık -5°C'ye kadar sürer. Soğuma eğrisinin tepe formundan da görülebileceği üzere - önceki endüstriyel üretim durumunun aksine - kakao yağının DSC cihazında soğutulması sonucunda daha düşük sıcaklıklarda eriyen çoklu modifikasyonlar meydana gelmiştir. Bu durum ayrıca ikinci ısıtma (siyah) sonuçlarıyla da doğrulanmaktadır.
Soğutma sırasında DSC cihazında oluşan modifikasyonlar, endotermal reaksiyon ısısı ile gösterildiği üzere, 10°C'nin biraz üzerinde erimeye başlar. Erime, ilk ısıtma sırasında orijinal çikolatanın ancak erimeye başladığı bir sıcaklık olan 28 °C'de tamamlanmıştır. Bir diğer önemli bulgu daErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime ve KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme alanlarının integralidir. Bunlar gizli ısı değerleriyle orantılıdır ve bu nedenle numuneninKristallik / Kristallik DerecesiKristallik, bir katının yapısal düzen derecesini ifade eder. Bir kristalde, atomların veya moleküllerin düzeni tutarlı ve tekrarlayıcıdır. Cam seramikler ve bazı polimerler gibi birçok malzeme, kristal ve amorf bölgelerin bir karışımını üretecek şekilde hazırlanabilir. kristallik derecesi için bir ölçüdür. Numunenin orijinal halindeki kristal kısımları 49,5 J/g'lık bir erime entalpisine yol açmasına rağmen (ilk ısıtma, kırmızı eğri), sadece 30,0 J/g'lık bir erime entalpisi tespit edilmiştir (siyah eğri).
Bu, soğutma eğrisi sırasında elde edilenKristallik / Kristallik DerecesiKristallik, bir katının yapısal düzen derecesini ifade eder. Bir kristalde, atomların veya moleküllerin düzeni tutarlı ve tekrarlayıcıdır. Cam seramikler ve bazı polimerler gibi birçok malzeme, kristal ve amorf bölgelerin bir karışımını üretecek şekilde hazırlanabilir. kristallik derecesine karşılık gelmektedir (soğutma eğrisini karşılaştırın, mavi). Bu sadece - DSC'de 5 K/dak'lık doğrusal bir hızda soğutma sırasında - orijinal çikolata üretim koşullarında olduğundan farklı düşük erime modifikasyonlarının meydana geldiği değil, aynı zamandaKristallik / Kristallik DerecesiKristallik, bir katının yapısal düzen derecesini ifade eder. Bir kristalde, atomların veya moleküllerin düzeni tutarlı ve tekrarlayıcıdır. Cam seramikler ve bazı polimerler gibi birçok malzeme, kristal ve amorf bölgelerin bir karışımını üretecek şekilde hazırlanabilir. kristallik derecesinin de belirgin şekilde azaldığı anlamına gelmektedir. Bu da - yukarıda belirtildiği gibi - hedeflenen yüksek erime oranlı ß-modifikasyonunun large oluşturulması için özel bir sıcaklık işleminin gerekli olduğunu doğrulamaktadır.
Çikolatanın KristalleşmeDerecesinin TemperlemeYoluyla Değişimi
Endüstriyel çikolata üretiminde sıvı çikolata kütlesi, istenen yüksek erime dereceli ß-modifikasyonunu elde etmek ve kakao yağının kristalleşmesini bastırmak için mekanik ve termal bir işleme tabi tutulur. Böyle bir işlemin simülasyonu DSC cihazında kısmen gerçekleştirilebilir, ancak anlaşılır bir şekilde mekanik bileşen olmadan gerçekleştirilebilir. Şekil 5, bir dizi temperleme testi için 20°C'nin üzerindeki ve 24°C'nin üzerindeki erime pik alanı kısımlarındaki değişimi göstermektedir. KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.Kristalleşme testi 1, 5 K/dak'lık doğrusal bir soğutma hızı kullanıldığında elde edilen sonuçları açıklamaktadır. Test 2 ila 5, yaşlandırma sıcaklığını (1) ve istenmeyen polimorfizminKristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar. kristalleşme çekirdeklerinin tekrar eridiği sıcaklığı (2) değiştirir. KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.Kristalleşme testi 5, doğrusal soğutmaya kıyasla kristallikte net bir artış göstermektedir. Bu, numunenin 14°'de 10 dakika temperlenmesi ve ardından 30°C'ye ısıtılmasıyla elde edilmiştir. İlgili sıcaklık programı şekil 6'da sunulmuştur.
Kakao İçeriği ve Erime Entalpisi Arasındaki İlişki
Çeşitli seviyelerde kakao içeriğine sahip çikolatalar incelendiğinde, aralarındaki ilişkinin largely doğrusal olduğu görülebilir. Kakao içeriği arttıkça, kristal kakao yağı miktarı da artar ve dolayısıyla erime için gerekli enerji miktarı da artar. Erime entalpisi, ilk ısıtmanın pik alanından doğrudan belirlenebilir. Nominal kakao içeriği ve tespit edilen erime entalpisi uygulandığında, Şekil 7'de gösterilen doğrusal bir ilişki ortaya çıkmaktadır. Listelenen değerler, her biri beş ölçüm için ortalama değerlerdir. Gösterilen hata çubukları gerçek ölçüm hatalarını temsil etmemekte, sadece bu doğrusal ilişkinin +%3'lük bir korelasyonla geçerli olduğunu göstermektedir.
Erime pik alanı sadece farklı çikolata numunelerinin erime davranışını ölçmeye değil, aynı zamanda - pikin konumunu ve şeklini kullanarak - sıcaklık aralığını ve erime sürecini belirlemeye de yardımcı olduğundan, her numune için ayrı ayrı, içerdiği yağın (kakao yağı) ne kadarının ilgili sıcaklıkta hala katı olduğunu ve ne kadarının zaten sıvı olduğunu belirlemek mümkündür. Bu bilgi aynı zamanda Katı Yağ İndeksi (SFI) olarak da bilinir. Pik alanı %100'e ölçeklendirilirse ve seyir bir yüzey integrali olarak gösterilirse böyle bir iddiaya ulaşmak kolaydır. Şekil 8'de incelenen tüm çikolata numuneleri için böyle bir uygulama gösterilmektedir. İlk olarak, ilgili yağ içeriğinin tam olarak yarısının hangi sıcaklıkta hala katı olduğu açıkça görülebilir; ve ikinci olarak, içerilen yağın hangi kısmının belirli bir sıcaklıkta (burada 30°C) zaten erimiş olduğu kolayca çıkarılabilir.
Literatürde, çikolatanın erime veKristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar. kristalleşme davranışının incelenmesi için burada gösterilenlerin yanı sıra DSC ölçüm sonuçlarının sunduğu bilgileri vurgulayan birçok örnek bulunmaktadır. Cammenga ve arkadaşları, genel olarak tatlılar için Diferansiyel Taramalı Kalorimetri kullanımını tanımlamaktadır. Şeker ve şeker ikameleri genellikle bu tür ürünlerin kütle olarak büyük kısmını oluşturur ve camsı geçiş sıcaklığı, kristallik, erime sıcaklığı ve faz dönüşüm entalpileri gibi ölçülebilir özellikler - bunlardan sadece birkaçı - fizyokimyasal ve teknolojik özelliklerin yanı sıra depolama kararlılığı üzerinde de önemli bir etkiye sahiptir [1].
Bir dizi çalışmada, Ziegleder ve arkadaşları çikolatada uzun vadeli stabiliteyi [2] ve yağ çiçeklenmesi oluşumunu [3] açıklamıştır.
Chapman ve arkadaşları [4] ve Merken ve arkadaşları [5] çalışmalarında PolimorfizmPolimorfizm, katı bir maddenin farklı kristal yapılar oluşturma yeteneğidir (eşanlamlılar: formlar, modifikasyonlar).polimorfizm ve çikolatanın işlenebilirliğine odaklanırken, Tscheuschner ve arkadaşları [6] ve Ziegleder ve arkadaşları [7] çikolata ve çikolata kütlesinin soğutma koşulları ve kristalleşmesi ile ilgili çok sayıda araştırma gerçekleştirmiştir.
Özet
Kakao yağı altı farklı yapıda (PolimorfizmPolimorfizm, katı bir maddenin farklı kristal yapılar oluşturma yeteneğidir (eşanlamlılar: formlar, modifikasyonlar).polimorfizm) kristalleşir ve bunlardan biri - ß-modifikasyonu olarak adlandırılan - çikolata üretimi için tercih edilir. Bu sonuca ulaşmak için "temperleme" adı verilen özel bir sıcaklık işlemi gereklidir. DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetri) yardımıyla, üretim sırasında meydana gelen modifikasyonlar hakkında bilgi veren kakao yağının erime sıcaklığı belirlenebildiği gibi, kakao yağının kristal kısımlarının miktarının belirlenmesine olanak tanıyan dönüşüm entalpisi (erime entalpisi) de belirlenebilmektedir. Kakao içeriği %32 ile %99 arasında değişen çeşitli çikolataların incelenmesiyle, belirlenen kakao içeriği ile DSC aracılığıyla belirlenen erime entalpisi arasında largedoğrusal bir ilişki olduğunu doğrulamak mümkün olmuştur. Ayrıca, temperlemenin kakao yağının bireysel kristal modifikasyonlarının miktarı ve farklılaşması üzerindeki etkisinin araştırılmasının da mümkün olduğu gösterilmiştir. İzotermal fazlarla bağlantılı olarak soğutma hızı ve çikolata kütlesinin daha sonra kısa süreli olarak yeniden ısıtılması, ortaya çıkanKristallik / Kristallik DerecesiKristallik, bir katının yapısal düzen derecesini ifade eder. Bir kristalde, atomların veya moleküllerin düzeni tutarlı ve tekrarlayıcıdır. Cam seramikler ve bazı polimerler gibi birçok malzeme, kristal ve amorf bölgelerin bir karışımını üretecek şekilde hazırlanabilir. kristallik derecesi üzerinde etkilidir. Bu nedenle, sıcaklık kontrolünü değiştirmek suretiyle bir DSC analizinde üretimde meydana gelen çikolata kütlesinin temperlenmesini yeniden oluşturmak mümkündür. Bir DSC analizindeki ölçüm programlarının esnek sıcaklık kontrolüne ek olarak, DSC sonuçlarında yer alan bilgiler, gelen malların kontrolü, üretim kontrolü ve kalite kontrolü gibi alanlarda çikolata üretimi için bir dizi başka koruma olanağı sağlar.