UNIVERZA V LJUBLJANI - web.bf.uni-lj.siweb.bf.uni-lj.si/zt/bioteh/seminar_all/zivil/2001_02/Kakav.pdf · univerza v ljubljani biotehni−ka fakulteta ”ivilska tehnologija biotehnolo−ka

UNIVERZA V LJUBLJANI

BIOTEHNI�KA FAKULTETA �IVILSKA TEHNOLOGIJA

BIOTEHNOLO�KA PROIZVODNJA: KAKAV

Alan �OLAJA, Maja �O�TARIČ, Ale� �PES, Polonca �TEFANIČ

(�tudentje tretjega letnika �tudija �ivilske tehnologije)

prof. dr. Peter Raspor in asist. dr. Maja Pa� (mentorja)

Ljubljana, 2002

* Seminarska naloga pri predmetu Biotehnologija

Biotehnolo�ka proizvodnja kakava, seminar, Biotehni�ka fakulteta, �tudij �ivilske tehnologije, 2002 2

POVZETEK Po obiranju kakavovih sade�ev se s palico ali no�em odstrani lupina, semena s pulpo pa se prenesejo v bioreaktor (zaboji, kupi obdani z bananinimi listi, ali pa izkopljejo jamo v zemljo), kjer poteka fermentacija pribli�no en teden. Pri fermentaciji sodelujejo različni mikroorganizmi: kvasovke in bakterije. Mikroorganizmi pretvarjajo sladkor najprej v alkohol, nato pa v kisline. Zaradi povi�ane temperature in ocetne kisline se sprostijo spojine, ki pridejo v stik z encimi, to pa povzroči nastanek prekurzorjev okusa. S tem se delno oblikuje tudi aroma kakava, ki se dokončno izoblikuje med su�enjem in pra�enjem. Po pra�enju sledi drobljenje in odstranjevanje polomljenih lupinic s posebnimi za to prirejenimi siti, nato pa sledi mletje kakavovih zrnc v kakavovo maso, iz katere pridobivamo �tevilne pomembne produkte, kot npr. kakavovo maslo, kakav v prahu in čokolado. Pri proizvodnji kakava nastajajo tudi stranski produkti, ki jih lahko uporabljamo kot surovino v drugih proizvodnjah. Tako recimo odvečno pulpo uporabljajo v proizvodnji sladic, pektina, marmelad, alkoholnih pijač, sokov, kisa, itd. Odpadek pa predstavljajo lupine zrnc in sade�a, slednje se uporabijo bodisi v proizvodnji gnojil, �ivalske krme in stelje. SUMMARY After harvesting cocoa pods, they are broken with stick or knife. Pod husks are removed, cocoa seeds with a surrounding pulp are extracted and transfered into the bioreactor (wooden boxes, containers, heaps covered with banana leaves, or they make a hole in the ground) where fermentation begins and lasts about one week. During fermentation, variety of microorganisms are present: yeasts and bacteria. Microorganisms convert sugar to alcohol and then to acids. Both, acetic acid and heat cause that many compounds are released from their compartment and come into contact with encymes. The flavour precursors are produced. Aroma is finally formed during drying and roasting. After roasting, they separate and remove broken shells with winnowing. Cocoa beans are then grinded in cocoa mass. Cocoa mass is used for production of many significant products, for example cocoa butter, cocoa powder and chocolate. During cocoa processing by-products are produced, too. They are used as a raw material in other productions. Cocoa sweatings is used for production of sweets, pectin, marmalade, alcoholic drinks, syrup, winegar etc. Bean hulls and pod husks are waste products which are used as fertilizers, animal feed and moulch.


KAZALO SUMMARY .......................................................................................................................... 2 1 UVOD................................................................................................................................. 5 1. 1 Opis kakavovca .......................................................................................................... 5

2 ZGODOVINA BIOPROCESA .......................................................................................... 6 3 MIKROBIOLO�KE OSNOVE BIOPROCESA................................................................ 8

3.1 Bolezni drevesa............................................................................................................ 8 3.1.1 Monilia (Moniliophthora roreri) ......................................................................... 8 3.1.2 Črni sade� ............................................................................................................. 9

3.2 Začetna mikroflora ...................................................................................................... 9 3.3 Primarni procesi........................................................................................................... 9 3.4 Mikroorganizmi in njihova vloga pri fermentaciji .................................................... 10

3.4.1 Kvasovke ............................................................................................................ 10 3.4.2 Bakterije ............................................................................................................. 10

3.4.2.3 Bacili............................................................................................................ 11 3.4.3 Plesni .................................................................................................................. 11 3.4.4 Glive ................................................................................................................... 12

3.5 Značilnosti nekaterih mikroorganizmov prisotnih pri fermentaciji...........................12 3.6 Produkti ..................................................................................................................... 13

3.6.1 Vpliv zaključnih procesov na mikroorganizme.................................................. 13 3.6.2 Kvar .................................................................................................................... 13 3.6.3 Patogeni .............................................................................................................. 13 3.6.4 Zanimivost .......................................................................................................... 13

4 BIOKEMIJSKE OSNOVE BIOPROCESA..................................................................... 14 4.1 Kemijska sestava nefermentiranih kakavovih semen................................................ 14

4.1.1 Polifenoli ............................................................................................................ 14 4.1.2 Alkaloidi ............................................................................................................. 14 4.1.3 Sladkorji in kisline.............................................................................................. 14 4.1.4 Proteini in amino kisline..................................................................................... 14 4.1.5 Encimi................................................................................................................. 14

4.2 Biokemijske spremembe med fermentacijo .............................................................. 15 4.2.1 Standardni potek fermentacije ............................................................................ 15 4.2.2 Spremembe v poteku fermentacije ..................................................................... 16

4.2.2.1 Vpliv aeracije............................................................................................... 16 4.2.2.2 Vpliv zrelosti sade�a.................................................................................... 16 4.2.2.3 Vpliv postopkov po �etvi............................................................................. 17

4.3 Spremembe v sestavi kakavovih semen po fermentaciji, su�enju in pra�enju .......... 17 4.3.1 Kakavovo maslo ................................................................................................. 17 4.3.2 Polifenoli ............................................................................................................ 17 4.3.3 Proteini ............................................................................................................... 18 4.3.4 Amino kisline ..................................................................................................... 18 4.3.5 Sladkorji ............................................................................................................. 19 4.3.6 �krob................................................................................................................... 19

4.4 Biokemijske spremembe med su�enjem.................................................................... 19 4.5 Biokemijske spremembe med pra�enjem in oblikovanje arome............................... 19

5 BIOIN�ENIRSKE OSNOVE BIOPROCESA................................................................. 20 5.1 Pripravljalni postopki ................................................................................................ 20


5.2 Potek bioprocesa........................................................................................................ 21 5.2.1 Napredna fermentacija........................................................................................ 21

5.3 Zaključni postopki ..................................................................................................... 22 5.3.1 Su�enje................................................................................................................ 22 5.3.2 Či�čenje .............................................................................................................. 23 5.3.3 Shranjevanje ....................................................................................................... 23 5.3.4 Pra�enje .............................................................................................................. 24

5.3.4.1 Pra�enje celega kakavovega zrna: ............................................................... 24 5.3.4.2 Pra�enje zrn brez lupinice............................................................................ 25 5.3.4.3 Pra�enje mase .............................................................................................. 25

5.3.5 Drobljenje pra�enih kakavovih semen in odstranjevanje lupinice ..................... 25 5.3.6 Alkalizacija kakavovih proizvodov.................................................................... 27

5.3.6.1 Alkalizacija drobljenih kakavovih zrn......................................................... 27 5.3.6.2 Alkalizacija kakavove mase ........................................................................ 27 5.3.6.3 Alkalizacija kakavove pogače ..................................................................... 28

6 EKOLO�KI ASPEKT BIOPROIZVODNJE KAKAVA................................................. 28 6.1 Sestava lupine sade�a ................................................................................................ 28 6.2 Uporaba ..................................................................................................................... 29

6.2.1 Stelja ................................................................................................................... 29 6.2.2 Gnojila ................................................................................................................ 29 6.2.3 Krma za �ivali..................................................................................................... 29

7 UPORABA BIOPROIZVODOV V PREHRANI ............................................................ 29 8 IMPLIKACIJE DRUGIH TEHNOLOGIJ IN IMPLIKACIJE NA DRUGE TEHNOLOGIJE .................................................................................................................. 32

8.1 Farmacija ................................................................................................................... 32 8.1.1 Antioksidanti ...................................................................................................... 32 8.1.2 Kakavov pigment................................................................................................ 32 8.1.3 Derivati ksantina................................................................................................. 32

8.1.3.2 Kofein .......................................................................................................... 33 8.1.3.3 Teofilin ........................................................................................................ 33

8.1.4 Kakavovo maslo ................................................................................................. 34 8.1.5 Salsolinol ............................................................................................................ 34

8.2 �ivilstvo..................................................................................................................... 34 8.2.1 Pulpa ................................................................................................................... 34 8.2.2 Pektin .................................................................................................................. 35 8.2.3 Lupina sade�a ..................................................................................................... 35

8.3 Kozmetika.................................................................................................................. 35 9 REFERENCE ................................................................................................................... 36


1 UVOD

1. 1 OPIS KAKAVOVCA

Kakavova zrna so semena majhnega drevesa Theobroma cacao (dru�ina Sterculiaceae). Drevo so gojili v Ju�ni Ameriki �e pred prihodom �pancev v 16. stoletju. Danes raste v območju vla�nega tropskega gozda. Glavne dr�ave pridelovalke kakava so: Gana, Slonoko�čena obala, Brazilija, Malezija in Indonezija. Trenutno 2/3 vsega kakava na svetu izvira iz Afrike in sicer je na prvem mestu Obala slonoko�čene kosti s 325 tisoč tonami pridelka na leto, sledi Brazilija s 294 in Gana z 255. Pa �e zanimivost: samo 20% vsega kakava na svetu pridelajo na planta�ah, ostalo zraste na majhnih posestih. (Beckett, 1994)

Slika1: Glavne dr�ave pridelovalke kakava (http://www.jmu.edu/biology/b325/cocoa/cacaomap.gi Kakavovo drevo je majhno, dose�e 6 m vi�ine in rzimzeleni in so dolgi 300 mm. Tudi cvetovi so majhnilisti so različno obarvani od bele do roza barve. Zansade�i rastejo na deblu drevesa ter na debelej�ih vejahpa se odebelijo. To strukturo imenujejo »cvetna bopra�ujejo majhne �u�ulke, med katerimi so najpomeLe majhen dele� cvetov se opra�i in razvije v sade�razviti. Ponavadi so ovalne oblike in so dolgi med 1večina spremeni barvo iz zelene ali rdeče v rumeno ali Stroki kakavovca vsebujejo 35-45 zrn, ki jih obdaja dveh jedrc in majhnega embrija, obdano pa je z lupinzrna do zrna, je pa med 1,0 in 1,2 g. Za izdelavo kakmezofilno tkivo, ki je iz dveh vrst celic. Pribli�no 80 %lipidov in beljakovin, ostalih 20 % pa za polifenole in 1.2 TIPI KAKAVOVCA Obstajajo trije tipi kakavovca: Criollo, Forastero in TriCriollo ima svetlo rjava zrna in bela jedrca. Ima tudmočno kot Forastero, je pa bolj občutljivo in dovzetno

P a
ridelovalke kakav
f)

aste v senci večjih dreves. Listi so , pribli�no 15 mm v premeru. Cvetni imivo je, da cvetovi in potem tudi . Več cvetov se zdru�i skupaj, nato lazina« (flower cushion). Cvetove mbnej�e mu�ice (Ceratopogonidae). . Po 5-6 mesecih so �e popolnoma 50-300 mm. Ko dozorijo, jih velika oran�no. (Beckett, 1994)

pulpa. Vsako zrno je sestavljeno iz o. Te�a suhega zrna se razlikuje od ava se uporabljajo le jedrca, in sicer celic je namenjenih za skladi�čenje

purine. ( Macrea s sod., 1993)

nitario. i prijetno aromo. Kot drevo ni tako za bolezni.

http://www.jmu.edu/biology/b325/cocoa/cacaomap.gif


Forastero je najbolj raz�irjen tip, saj kakav iz teh dreves predstavlja 95 % svetovnega pridelka. Beckett, 1994) Trinitario bi naj bil rezultat hibridizacije med Criollo in Forastero tipom. Zadnje biokemijske raziskave pa ka�ejo, da je bolj soroden tipu Criollo. Zrno imajo lahko močno čokoladno aromo, ampak z drugimi priokusi (sadni, rozinast, karamelni,�). (Beckett, 1994)

2 ZGODOVINA BIOPROCESA Prva pričanja o uporabi kakava prihajajo iz Gvatemale, kjer so na�li posodo za kuhanje kakava iz leta 745 n.�t. V Gvatemali so na�li tudi posodo , ki so jo uporabljali nekje med 350 in 550 letom n. �t. (http://agronomy.ucdavis.edu/gepts/pb143/crop/cacao/cacao.htm) Ko so �panci zavzeli palačo vladarja Montezume, ki je �ivel v velikem razko�ju, so tam na�li ogromne zaloge kakava. Azteki so kakav pred skladi�čenjem su�ili na soncu, potem pa ga �gali v glinenih posodah. Ko so odstranili lupino od jedrca, so jih s pomočjo dveh kamnov, ki sta bila vbočena oziroma izbočena mleli. Dobili so tekočo kakavovo maso, ki so jo potem zme�ali s koruzo, vanilijo in drugimi začimbami in tako dobili kakavovo pogačo. Nato so del te pogače odlomili in zme�ali z vodo in dobili napitek. (Goldoni, 1998) Na internetu smo zasledili podatek, da so delali iz kakava pijačo v katero bi poleg kakava in vode prime�ali feferone, vanilijo, med ter rdeče barvilo in druge začimbe. (www.bath.ac.uk/~ma9sja/historyofchocolate.htm, http://agronomy.ucdavis.edu/gepts/pb143/crop/cacao/cacao.htm) Montezuma naj bi pil napitek, ki je bil gost kot med in rdeče barve. Spil naj bi ga 50 ča� in ko bi ga zmanjkalo bi zlate ča�e vrgel proč, ker niso brez kakava nič vredne. Niso pa ga

Slika 2: Posoda iz 350-550 leta n. �t. http://agronomy.ucdavis.edu/gepts/pb143/crop/cacao/cacao.htm)

Slika 3: Posoda za kuhanje kakava iz leta 745 n. �t. (http://agronomy.ucdavis.edu/gepts/pb143/crop/cacao/cacao.htm)

http://agronomy.ucdavis.edu/gepts/pb143/crop/cacao/cacao.htm



http://www.bath.ac.uk/~ma9sja/historyofchocolate.htm



uporabljali izklučno za hrano, temveč tudi kot plačilno sredstvo in kot plačilo davkov. Ohranjene so nekatere listine o plačevanju davkov, na katerih so narisane posode in kakavove pogače, iz katerih se je pripravljal napitek. V tistem času je 150 kakavovih zrn predstavljalo ekvivalent 6 angle�kim penijem, cena enega su�nja pa je bila 100 kakavovih semen. Legenda pravi, da so kakavova semena dobili Azteki iz raja po bogu zraka � Quetzalcoatlu. Kakav niso poznali le Azteki, nekateri viri omenjajo tudi Inke iz Peruja in Maje, ki so �iveli na polotoku Jukatan. Fosilni ostanki tega semena so bili najdeni tudi v Venezueli v kamnih iz pliocena in postpliocena na otoku Antigua (Mali Antili, Srednja Amerika) ter terciarja v Kolumbiji. (Goldoni, 1998)

Slika 4: Imitacija napitka Montezume (http://www.chocolateandcocoa.org/Producing/producingindex.htm) Beseda čokolada je pri�la iz besede chocolatl, azte�kega naziva pijače, ki so jo proizvajali, semena kakava pa so imenovali caucauatl. �panski kolonisti pa so ga �e imenovali cacao. Ti dve besedi sta hitro na�li svoje različice po svetu: v �paniji ( cacao, chocolate), Nemčiji (kakao, schokolade), na Nizozemskem (cacao, chocolaad), v Italiji (cacao, cioccolate), na Danskem (kakao, chocolade), v Franciji (cacao, chocolat) in v Angliji (cocoa, chocholate). (Goldoni, 1998) Prvi, ki je kakav pripeljal v Evropo, je bil Kri�tof Kolumb, ko se je vrnil iz svojega četrtega potovanja, vendar se kakav v tistem času ni preveč uveljavil. �ele ko je nekaj let pozneje Cortez iz Mehike poslal recept za pripravo pijače, ki so ga �panci �e nekoliko dodelali, dodali sladkor in prevreli sestavine zaradi bolj�ih senzoričnih lastnosti, so začeli �panci, predvsem vi�ji sloji, spoznavati kakav. V 17. stoletju se je, kljub veliki tajnosti o nasadih in proizvodnji, hrana za bogove, kot jo je poimenoval Linnaeus, raz�irila po Evropi in nekateri so jo celo prepovedali, kot recimo Frederik III Pruski, ki jo je razglasil za hudičevo pijačo. (Goldoni, 1998) Francija je nasadila prve nasade leta 1660 v svoji koloniji Martiniqueu, prvi tovor pa je pri�el v Francijo 1679 leta. Istega stoletja je postala pomemben proizvajalec Venezuela, pa tudi Jamajka, ko so jo britanci leta 1655 zavzeli, kjer so �panci pred tem nasadili ogromne planta�e kakavovca. Kakavovec se je raz�iril po celem svetu, �panci so ga odnesli v Azijo in Oceanijo, Nizozemci so imeli planta�e na Javi in Sumatri, Portugalci na otoku Timor, Francozi na Madagaskarju, Nemci v Kamerunu in Belgijci v Belgijskem Kongu. V Gani so bile prve bilke zasajene leta 1879, katere so bile prenesene iz otoka Fernando Po, kamor so ga naselili �panci. Običaj u�ivanja kakavovega napitka se je iz �panije in Francije preselil

http://www.chocolateandcocoa.org/Producing/producingindex.htm


v Anglijo, kjer je leta 1650 postal modni hit. V Londonu je postala zbirali�če visokih krogov hi�a čokolade, ki so jo odprli leta 1657. Kmalu za njo so se odprle tudi ostale, dve celo v neposredni bli�ini palače St. James. Da so bile hi�e popularno zbirali�če nam potruje podatek, da so se tam vr�ile kulturne prireditve npr. premiere dramskih del. V 19. stoletju je zaradi velikih planta�, ki so se raz�irile po ju�ni in severni polobli, predvsem v kolonijah, cena kakava padla, tako da so si ga lahko privo�čili tudi manj premo�ni ljudje. (Goldoni, 1998) Vse do leta 1795 se je izdelava kakavove pogače za proizvodnjo napitka izvajala ročno ali s stroji na vodni pogon. To je bilo samo 25 let po odkritju parnega stroja Jamesa Watta. Prednosti parnega stroja so pripeljale do hitrega napredka v industriji čokolade. Prvi stroj za mletje so uporabljali v Bristolu v Angliji, v tovarni Fry and Sons, nato pa v Walter Baker & Co. v ZDA. Okrog leta 1820 so tovarne proizvajale samo čokolado za pitje. Pri njeni izdelavi se iz kakavove mase ni izločevalo nič ma�čobe (kakavovo maslo), temveč so maso razredčevali s snovmi bogatimi s �krobom, najpogosteje je bila to koruzna moka, pozneje pa koreninice rastline marante. V tem času se �e ni proizvajalo čokoladnih proizvodov oblikovanih z zlivanjem mase v kalupe. (Goldoni, 1998) Zanimivo je, da so �ele leta 1828 začeli s proizvodnjo takoimenovane trde čokolade, ko je J. S. Fry, britanski proizvajalec čokolade razvil sistem stiskanja kakava, ki je omogočil ločitev kakavovih semen od kakavovega masla. Temu maslu so potem dodajali pra�ena kakavova semena in sladkor, ter tako dobili temno čokolado. C. J. van Houten je prvi izdelal kakav prah (alkaliziran kakav prah), prozvod, ki ga je dobil s pomočjo alkalnih sredstev. Ta kakav prah je bil intenzivnej�e barve, bolj�ega okusa, manj je bil kisel ter bolj�e topen kot v kakavovem napitku. Postopki pre�anja in alkalizacije so tudi dandanes del procesa v industriji kakavovih proizvodov. Prvo mlečno čokolado so naredili �vicarji v znani tovarni Nestlé z dodatkom mleka leta 1876. (Goldoni, 1998)

3 MIKROBIOLO�KE OSNOVE BIOPROCESA 3.1 BOLEZNI DREVESA

3.1.1 Monilia (Moniliophthora roreri) Moniliophthora roreri pre�ivi celoten ciklus �ivljenja na drevesu. Detekcija in odstranitev je edini način preprečevanja bolezni. Toda to moramo zaznati �e pri prvih znakih. Oku�eni sade�i morajo biti odstranjeni predno se pojavijo spore. Bolezni ni te�ko opaziti, saj so vidne otekline na sade�ih. V roku 12 dneh po prvih opaznih znakih, se začnejo tvoriti spore, ki povzročijo spremembo barve. Odstranitev je tudi nujna zaradi de�evja, ki raznosi spore po celotnem drevesu. (www.oardc.ohio-state.edu/cocoa) Slika 5: Moniliophthora roreri

(www.oardc.ohio-state.edu/cocoa)

http://www.oardc.ohio-state.edu/cocoa



3.1.2 Črni sade� Črni sade� ali Phytophthora je glavna bolezen kakava na svetu. Sade� se lahko oku�i v katerem koli času, največ �kode pa se naredi, če se oku�i okoli dveh mesecev pred obiranjem. V tem času lahko glive pridejo v notranjost razvijajočega se sade�a. Začetni simptom bolezni je pojav prosojnega znamenja. To znamenje kmalu postane čokoladno-rjave barve, potem pa se hitro raz�iri v nepravilno obliko. �iri se s hitrostjo 12 mm/dan. Bolezen je te�ko kontrolirati. Micelij je bil najden v različnih količinah v gnilih sade�ih, spore pa so bile najdene na kupih, namenjenih fermentaciji tudi �e po treh mesecih. V razna�anje bolezni so vključene tudi mravlje. Večina dreves je za učinkovito �kropljenje prevelikih. S povečano zračno cirkulacprispeva k razse�nosti bolezni. Ugotovljeno je tudi, dapovečanje pH vrednosti, zavira razvoj Phytophthora. (w

3.2 ZAČETNA MIKROFLORA

Nepo�kodovana zrna imajo nič ali malo mikroorganisade�a in odstranitvi sterilne pulpe se semena oku�ijo v glavnem iz prsti in zraka, pa tudi iz povr�ine saMikrobiolo�ka oku�ba z določenimi mikroorganizmi ko�ar, ki so konstantno v uporabi. Fermentacija kakaglede na količino in tradicijo. (Roberts s sod., 1998)

3.3 PRIMARNI PROCESI

Fermentacija ostankov pulpe, ki obdajajo semena, vsebnotranje encimske procese in je pomemben korak Tekom fermentacije kombinacija toplote in kislin privizogne degradaciji kakavove ma�čobe. Več kot 60% izoliranih mikroorganizmov nima očfermentacijo. Različne sestave mikroflore bi lahnehomogenosti fermentacijske mase, me�anju zrn itn. Tri glavne faze fermentacije: a) proizvodnja alkohola b) proizvodnja kislin c) izkori�čanje kislin V večini primerov prehod ni oster in prihaja do prekriv

Slika 6 : Phytophthora (www.oardc.ohio-state.edu/cocoa)

ijo se zmanj�a vla�nost, ki delno modificirana prst z uporabo apna za

ww.oardc.ohio-state.edu/cocoa)

zmov znotraj jedrc. Takoj po strtju z bakterijami in glivami, ki izvirajo de�ev ter rok in orodja obiralcev. izvira iz fermentacijskih zabojev in va se vr�i v svetu na različne načine

uje zunanje mikrobiolo�ke, kot tudi v oblikovanju prekurzorjev okusa. ede do uničenja semen, ter se tako

itne esencialne vloge za uspe�no ko pripisali zbiralnim metodam,

anja faz. (Roberts s sod., 1998)




3.4 MIKROORGANIZMI IN NJIHOVA VLOGA PRI FERMENTACIJI

3.4.1 Kvasovke V prvem in drugem dnevu prevladujejo kvasovke, ki pretvarjajo sladkorje v etanol. Primarna aktivnost fermentacijskih kvasovk je njihova inverzija saharoze v glukozo in fruktozo ter fermentacija heksoz v etanol. Obstaja verjetnost, da je naloga nekaterih kvasovk razgradnja pektina. To aktivnost imajo nekatere kvasovke, kot je Kluyveromyces fragilis. (Roberts s sod., 1998) Najpomembnej�e vloge kvasovk pa so:

a) razgradnja citronske kisline v pulpi privede do dviga pH vrednosti iz 3.5 na 4.5, kar omogoča rast bakterijam b) proizvodnja etanola pri nizki koncentraciji kisika in visoki koncentraciji sladkorjev c) proizvodnja organskih kislin (oksalna, jantarna, ocetna) d) proizvodnja hlapnih organskih komponent, ki prinesejo čokoladni okus e) izločanje pektinaz, ki reducirajo viskoznost pulpe, s čimer je omogočena aeracija mase. (Schwan, 1998)

Do tretjega dneva �tevilo fermentativnih kvasovk upade in pogoji, nizka koncentracija kisika oz. visoka koncentracija CO2, ustrezajo razvitju mlečno kislinskih bakterij. (Roberts s sod., 1998) Tabela 1: Kvasovke, ki sodelujejo pri fermentaciji (Carr, 1985) kvasovke Sposobnost fermentacije Kloeckera spp. + Candida spp. ± Saccharomyces spp. ± Hanseniospora spp. + Rhodotorula spp. - Debaryomyces spp. W Pichia spp. W Torulopsis spp. + Schizosaccharomyces spp. + + =pozitivna reakcija; ± = nekatere vrste pozitivno; - =negativno; W=slabo 3.4.2 Bakterije V dobro aeriranih predelih mase, kislinske bakterije postanejo dominantne, pretvarjajoč etanol v ocetno kislino. Obe kislini, ocetna in mlečna, se lahko dalje oksidirata do CO2 in vode, z rastjo pH vrednosti. Te eksotermne oksidacije vodijo do dviga temperature mase do 45-50°C, ta temperatura pa je optimalna za razvoj bacilov, ki tvorijo spore. Njihov


razvoj je tako pospe�en s stalno nara�čajočo pH vrednostjo. Pomembno aromo kakava, tetrametilpirazin, sintetizira Bacillus subtilis. (Roberts s sod., 1998) 3.4.2.1 Ocetno kislinske bakterije Ocetno kislinske bakterije pri fermentaciji: Aerobacter rancens, Aer. xylinum, Aer. ascedens in Gluconobacter oxydans. Kvar fermentacijskih semen je posledica razvoja Aerobacter spp. in Pseudomonas spp., če se pH vrednost med fermentacijo dvigne nad 5.0. Čeprav je glavna aktivnost ocetno kislinskih bakterij proizvodnja ocetne kisline iz etanola, so sposobne metabolizirati tudi mnoge druge komponente kot so sladkorji in organske kisline. Ocetno kislinske bakterije so odgovorne za oksidacijo etanola do ocetne kisline in njeno oksidacijo do CO2 in vode. (Roberts s sod., 1998) 3.4.2.2 Mlečno kislinske bakterije Mlečno kislinske bakterije: Lactobacillus cllinoides, Lb. plantarum, Lb. fermentum in Lb. mali. Mlečno kislinske bakterije, podobno kot ocetno kislinske bakterije, so prisotne od začetka do konca fermentacije in njihova glavna aktivnost je metabolizem �irokega spektra sladkorjev v mlečno kislino. (Roberts s sod., 1998) Njihove metabolne zmo�nosti pa zajemajo �e veliko drugih komponent, vključno z organskimi kislinami in fenolnimi spojinami. Velika večina mlečno kislinskih bakterij izkori�ča glukozo preko Embden-Meyerhof-Parnas poti, ter tako pridelajo preko 85% mlečne kisline. Aerobne sporotvorne bakterije, kot je Bacillus, proizvajajo vrsto kemijskih spojin vključno z 2,3-butandiol, pirazin, ocetno kislino, in mlečno kislino pod fermentacijskimi pogoji, ki pripomorejo h kislosti in včasih priokusom fermentativnih kakavovih zrn. (Schwan, 1998) 3.4.2.3 Bacili Vrste: B. cereus, B. licheniformis in B. coagulans. (Roberts s sod., 1998) 3.4.3 Plesni Plesni lahko pokvarijo zrna na zunanji povr�ini kupa, posebno �e, če zrna ostanejo neobrnjena 2 do 3 dni. Po degradaciji ostankov pulpe in padcu temperature lahko micelij predre maso če je dovolj kisika in tako povzročijo strukturne spremembe, posebej �e ma�čobnih kislin. Aspergillus fumigatus, najbolj pogosta plesen med fermentacijo, je posebej �kodljiva pri uničevanju jedrc in dopu�ča fermentacijo drugih plesni, kot so Asp. niger, Asp. flavus, Asp. tamarii, Eurotium spp., Penicillium spp. in Mucor spp. Prisotnost mikotoksinov je le redko zabele�ena. To je verjetno posledica dejstva, da so oku�ene plasti izločene tekom nadaljnega procesa. Med nadaljnim su�enjem vsebnost vode pade iz 60% na 6-8%. Umetno su�enje je zelo hitro in ne dopu�ča rasti plesni, medtem ko su�enje na soncu traja tudi 7 dni ali več, odvisno od podnebja. Na povr�ini posu�enih zrn je populacija mikroorganizmov v glavnem sestavljena iz mezofilnih in termofilnih spor (106-107/g). Na�li pa so tudi termoobčutljive bakterije (Enterobacter spp., Flavobacterium spp., Microbacterium spp., Micrrococcus spp. in Streptomyces spp. (okoli 105/g)) in kvasovke ter plesni (103-105/g). Shranjevanje v jutinih vrečah ali pod neprimernimi pogoji lahko povzroči kvarjenje zrn. Plesni, posebej kserofilne oblike, so se sposobne razviti, če so zrna po�kodovana,


neprimerno posu�ena, ali če vlaga presega 8%. Plesniva zrna so izvor priokusov. (Roberts s sod., 1998) 3.4.4 Glive Glive, posebno Asp. flavus, pogosto najdena v fermentiranih kakovovih semenih, imajo neverjetno lipolitično aktivnost in so njihovi glavni kvarljivci. Aspergillus in Penicillium sta tudi odgovorna za povečanje karbonilnih komponent, metil ketonov, 2-enolov, 2,4-dienolov. Večina teh je raztopljenih v ma�čobni fazi in ostane v maslu po stiskanju. (Roberts s sod., 1998)

3.5 ZNAČILNOSTI NEKATERIH MIKROORGANIZMOV PRISOTNIH PRI FERMENTACIJI

Kloeckera : iz dru�ine Cryptococcaceae, vegetativna oblika je podolgovata jajčasta celica; nekateri sevi tvorijo psevdomicelij. Razmno�ujejo se z bipolarnim brstenjem, vse vrste fermentirajo glukozo, nekatere saharozo, nobena pa ne fermentira maltoze. Nitrata ne asimilirajo. Inozitol in pantotenska kislina sta za vse vrste nujna za rast. V kulturi so navadno rumene ali rjave. (Likar, 1987) Schizosaccharomyces : iz dru�ine Saccharomycetaceae, vegetativna oblika je cilindrična celica ali pravi micelij, ki pogosto razpade na odseke. Nespolno se razmno�ujejo z delitvijo, pri čemer nastaja prečna membrana, nasprotno kot pri brstenju. Pri spolnem razmno�evanju se zlivajo haploidne celice. Iz zigote nastane ask z 2, 4 ali 8 askosporami. Vse vrste fermentirajo glukozo, nobena pa galaktoze ali laktoze. Ne asimilirajo nitrata. (Likar, 1987) Acetobacter, rod gramnegativnih, obligatno aerobnih kemoorganotrofnih jajčastih ali paličastih nesporogenih bakterij z bički. Vrste so v različnih fermentativnih pridelkih; značilno je, da oksidirajo etanol v ocetno kislino in ogljikov diokisid. Optimalna temperatura za rast je 30°C, pH vrednost pa 6. (Likar, 1987) Acetomonas, Gluconobacter, rod gramnegativnih, obligatno aerobnih kemoorganotrofnih nesporogenih jajčasth ali paličastih bakterij s koničastimi bički iz dru�ine Pseudomonadaceae. Navzoči so v različnih fermentiranih pridelkih. Oksidira etanol v ocetno kislino in glukozo. Optimalna temperatura za rast je 25°C, pH vrednost pa 5.5. (Likar, 1987) Lactobacillus, rod grampozitivnih nesporogenih katalaza negativnih anaerobnih, mikroaerofilnih ali fakultativno aerobnih bakterij. Organizmi so ravne ali ukrivljene palčke ali kokobacili. Presnavljajo fermentativno; vse vrste kot poglavitni končni pridelek fermentacije pridelujejo laktat. Glede na prehrano so zahtevni navadno potrebujejo več vitaminov. (Likar, 1987) Bacillus, rod paličastih, sporogenih bakterij, ki so kemoorganotrofne, fakultativno anaerobne. So značilni grampozitivni gibljivi bacili, katalaza pozitivni. Raz�irjeni so povsod kot saprofiti v zemlji in vodi, nekatere vrste so patogene za človeka in �ivali. Spore so odporne za navadna razku�ila in temperature pod 100°C. (Likar, 1987)


• B. cereus: dela kislino v anaerobnem glukoznem bujonu, ne dela kisline iz arabinoze in manitola. Reducira nitrate, hidrolizira �krob.

• B. licheniformis: dela kislino v glukoznem anarobnem bujonu, kislino iz arabinoze in manitola. (Likar, 1987)

3.6 PRODUKTI

3.6.1 Vpliv zaključnih procesov na mikroorganizme Čokolada: Nadaljni procesi pra�enih zrn kot so mletje in drobljenje ter ločevanje imajo majhen vpliv na končno sestavo mikroflore. Tudi če temperature dose�ejo 60-80°C, so mikroorganizmi za�čiteni z nizko aW vrednostjo in visoko koncetracijo ma�čob. Končno mikrofloro v glavnem sestavlja Bacillus. Rahlo spremembo je opaziti le v porazdelitvi vrst po dodatku ostalih sestavin kot je mleko v prahu in sladkor. Prisotnost nesporogenih bakterij, na primer salmonel, je posledica rekontaminacije iz okolja ali iz dodanih sestavin. Kakavov prah: Pri proizvodnji kakavovega prahu je alkalizacija proces, pri katerem ob dodatku alkalij segrevamo s temperaturo 85-115°C da obdr�imo �eljene fizikalno-kemijske lastnosti. Ta obdelava ima visok sterilizacijski učinek zaradi kombinacije vode, alkalij in visoke temperature. Mikroflora je večinoma dodana pri nadaljnih postopkih s skoraj sterilno tekočino. Tekom drobljenja se odvaja toplota, hladni zrak pa mora biti suh da prepreči razvoj plesni. (Roberts s sod., 1998) 3.6.2 Kvar Čokolada: Zaradi nizke aW vrednosti med 0,4 in 0,5 mikrobiolo�ki kvar čokolade ni mogoč. Razvoj plesni na produktu in pakirnem materialu je opa�en pri zelo nizki vla�nosti in pri čokoladi pripravljeni z različnimi tipi sladkorjev, saj ti spremenijo aW vrednost. Kakavov prah: Kvar kakavovega prahu s plesnimi je opa�en le v primeru dviga vla�nosti. (Roberts s sod., 1998) 3.6.3 Patogeni Staphylococcus aureus pre�ivi nekaj mesecev v čokoladi, a verjetno ne proizvaja večjih količin toksinov, saj ne more rasti. Edini drugi patogen v čokoladi in kakavovem prahu je Salmonella. Znanih je mnogo zastrupitev z različnimi vrstami salmonel. Značilna lastnost Salmonella v čokoladnih produktih je pre�ivetje dolgih obdobij, tudi do nekaj let v primeru naravne kontaminacije produktov. Salmonele ka�ejo visoko temperaturno odpornost, ki je posledica nizke aW in za�čitnega efekta ma�čob. S.anatum je najbolj temperaturno odporna vrsta. Temperature 70-80°C ne nudijo učimkovitega uničenja in tudi občutno povi�anje temperature(<100°C) ne dose�e popolnega uničenja S. senftenberg. Dodatek 2% vode je omogočil dekontaminacijo pri 72oC. (Roberts s sod., 1998) 3.6.4 Zanimivost Zobne luknje nastanejo, ko bakterije proizvedejo molekulo glukon. Ta bakterijam pomaga, da se pritrdijo na zobe. Te in druge bakterije nato spreminjajo sladkorje v kisline, ki prodre zobno povr�ino in ustvari luknje. Kakavovo maslo prevleče zobe in verjetno preprečuje pripenjanje bakterijam. (www.manbir-online.com/nutrition/chocolate.htm)

http://www.manbir-online.com/nutrition/chocolate.htm


4 BIOKEMIJSKE OSNOVE BIOPROCESA 4.1 KEMIJSKA SESTAVA NEFERMENTIRANIH KAKAVOVIH SEMEN

4.1.1 Polifenoli Med polifenoli so najpomembnej�i flavan-3-oli. Tip Forastero vsebuje leukocianidine (58�65%), katehine (29-38%) in antocianine (1,7-4,0%). Odkrili so tudi flavonole, ki so prisotni v manj�ih količinah: kvercitin, kvercitin-3-glukozid in kvercitin-3-galaktozid. Na�li so �e 17 fenolnih kislin in estrov. V tipu Criollo je manj antocianinov. Njihova vsebnost je pokazatelj stopnje fermentacije. Leukocianidini in katehini so zelo astringentni. Če se oksidirajo z encimi, to povzroči porjavenje med su�enjem po fermentaciji. (Macrea s sod., 1993) 4.1.2 Alkaloidi Med njimi sta glavna teobromin (1-2% suhe te�e) in kafein (0,2% suhe te�e), v sledovih pa sta �e prisotna teofilin in 7-metilksantin. Med fermentacijo se ne metabolizirajo. Teobromin daje kakavu grenak okus. (Macrea s sod., 1993) 4.1.3 Sladkorji in kisline Polisaharidi predstavljajo okrog 12% suhe te�e, medtem ko prosti sladkorji le 2-4% suhe te�e. Saharoza je najbolj zastopana (90% vseh sladkorjev), manj pa je fruktuze in glukoze (6%). V zelo malih količinah so odkrili tudi galaktozo, rafinozo, melobiozo, sorbozo, manotriozo, ksilozo, arabinozo, manitol in inozitol. V sve�ih kakavovih semenih so prisotne le nehlapne kisline in �e te v nizkih koncentracijah. Fosforna, mlečna, jabolčna in vinska kislina skupaj predstavljajo 0,32% suhe te�e, oksalna kislina 0,35% in citronska kislina 0,73%.(Macrea s sod., 1993) 4.1.4 Proteini in amino kisline V zrelih semenih se vsebnost proteinov giblje med 10 in 16 % suhe te�e. Semena tipa Forastero vsebujejo več proteinov kot semena tipa Criollo. Sve�a jedrca vsebujejo okrog 5 mg g-1 (suha te�e) prostih amino kislin. Amino kisline v proteinih in proste amino kisline so večinoma kisle. (Macrea s sod., 1993) 4.1.5 Encimi V sve�ih kakavovih semenih so odkrili �tevilne encime, ki so aktivni v postmortalni fermentaciji ali su�enju. Med te encime spadajo invertaza, glikozidaze, proteaze in polifenoloksidaze. Po delovanju proteaz nastane veliko oligopeptidov in amino kislin. Hidrolizo antocianinov izvajajo glikozidaze. Najbolj aktivne so med pH vrednostjo 3,5 in 4,5. Zelo hitro so raziskovalci odkrili encim invertazo. V nefermentiranih semenih je zelo aktivna polifenoloksidaza, katere aktivnost se po anaerobni fermentaciji močno zmanj�a. Kljub


temu pe je �e dovolj aktivna, da povzroči porjavenje med su�enjem. Najvi�jo aktivnost so ugotovili pri pH vrednosti 6,0-6,4. (Macrea s sod., 1993)

4.2 BIOKEMIJSKE SPREMEMBE MED FERMENTACIJO

4.2.1 Standardni potek fermentacije Potek fermentacije lahko razdelimo v �tiri faze: I. faza: Pulpa: V sluzasti, kisli pulpi s pH vrednostjo med 3,5 in 4,5 začnejo kvasovke pretvarjati sladkorje v etanol. To poteka v anaerobnih pogojih. Pravtako poteka mlečnokislinska fermentacija, ampak v manj�i meri. Ogljikov dioksid, ki nastaja, izpodriva kisik iz bioreaktorja. Semena: Večina semen je v tej fazi �e nepo�kodovanih. (Macrea s sod., 1993) II. faza: Pulpa: Nastaja vedno manj ogljikovega dioksida, saj se pulpa sčasoma porablja in s tem tudi sladkorji, ki so substrat za kvasovke v alkoholni fermentaciji. Posledica tega je, da je vedno več prisotnega kisika. Ti pogoji omogočajo, da ocetnokislinske bakterije začnejo oksidirati etanol v ocetno kislino, to pa naprej do ogljikovega dioksida in vode. Pri tem se spro�ča toplota, ki dvigne temperaturo iz temperature prostora na 45-52ûC. V tej fazi je potrebno aerirati. Semena: Temperatura nad 45ûC in ocetna kislina razgradita semena. Gradient ocetne kisline se počasi premakne iz povr�ine jedrc v mezofil. Plazmaleme in tonoplasti se poru�ijo, kar povzroči, da se proteini, polifenoli in druge snovi sprostijo iz celic in pridejo v stik z encimi. V tej fazi pH vrednost pade iz 6,4 na 4,0-4,7. Kisik se porablja v pulpi, kar ohranja jedrca v anaerobnem okolju, v katerem potekajo tudi postmortalne reakcije. (Macrea s sod., 1993) III. faza: Pulpa: Upočasni se nastajanje ocetne kisline, saj se je �e skoraj ves substrat porabil. To povzroči, da se pH vrednost pulpe za malenkost zvi�a, ostane pa �e vedno kisla (pH 5,0). Zaradi pomanjkanja substrata in zmanj�ane mikrobne aktivnosti pade temperatura. Nastajanje mlečne kisline, ki se je med drugo fazo ustavilo, se lahko spet poveča. Semena: Do konca poteče večina postmortalnih encimskih in neencimskih reakcij. Oblikujejo se razni prekurzorji za razvoj arome. (Macrea s sod., 1993) IV. faza: V tej fazi je najpomembnej�e, da se fermentacija zaustavi ob pravem času. Če je ne prekinemo, lahko pride do prekomerne fermentacije. Zanjo je značilno hitro nara�čanje pH vrednosti najprej na povr�ini semena in kasneje �e v jedrcih. Semena ponavadi potemnijo ali celo počrnijo, dobijo tudi neprijeten priokus, ki ne izgine. Ponovno povečanje temperature ka�e na to, da je lahko pri�lo do delovanja aerobnih mikroorganizmov na lupinici. To se zgodi, če su�enja ne izvedemo takoj po fermentaciji. (Macrea s sod., 1993)


Slika 7: Kemijske sprem 4.2.2 Spremembe v po 4.2.2.1 Vpliv aeracije Na hitrost fermentacijeII. fazi, hitreje nara�ča pada pH vrednost jedrcOdvisna je tudi od tipabolj aeriran kot zaboj gAeracija vpliva tudi npovr�inskemu sloju, meCona oksidacije pulpe pulpe velik in če se temperaturami v spodfermentacija v zgornjihin 48 urah, ne more pa 4.2.2.2 Vpliv zrelosti sa V preveč zrelih sade�prevečkratno aeriranje potek fermentacije. Z(Macrea s sod., 1993)

KOFEIN TEOBROMIN

EPIKATEHIN

P

ANTOCIANI

FERMENTABILNI SLADKORJI

M

OP HO

ETANOL MK

OK

LEVKOCIANIDINI
KOMPLEKSNI TANINI
A KO EMBRIO ODMRE SE SPROSTIJO ENCIMI P
ROTEINI
emb

teku

zelotemp. V p fermloboka nedtem

in nasemnjih sloj

se od

de�a

ih sozma

aradi

PEPTIDI

e med fe

fermenta

vpliva aeeratura, hraksi aeraentorja in 100 cm.

homogen ko so sp

stajanja oena ne oslojih traih. Ta nehpraviti v c

semena nj�alo ka tega lah

C

MINO KISLINE

IN RAZNE SPOJINE

IANIDIN

rme

cij

racitrecijo de

po

odncetnbrajajomelo

prepacko

SLADKORJI

SLADKORJI

ntaci

e

ija aje je posle�a

tek fji sloe kisčajo,o daogenti. (M

kritaiteto prid

Z

IKROBIOLO�KA AKTIVNOST

j

lidpp

e

l

e

GLJIKOVI HIDRATI
EKTINI EMICELULOZE RGANSKE KISLINE
o v kakavovem semenu

prezračevanje. Čim veose�en najvi�ji nivo oce�ujejo z obračanjem. ulpe. Majhen sto�čast

rmentacije. V I. fazi ji �e vedno v atmosferi oline se počasi premika ppotem lahko anaerobn

j časa. V tem času post se lahko odpravi s pacrea s sod., 1993)

s tanj�im slojem pulpepulpe in ta ne bi zado do prezgodnje preko

RNO

LEČNA ISLINA

CETNA ISLINA

TOPLOTA

. (Be

čja jetne

kup (

je kigljikroti i p

a sereob

. V stovamern

ULPA

TOPLOTA

ckett, 1994)

e aeracija v I. in kisline in hitreje

250 kg) je dosti

sik dostopen le ovega dioksida. dnu. Če je dele� ogoji z nizkimi lahko zaključi račanjem po 24

tem primeru bi la za normalen e fermentacije.


4.2.2.3 Vpliv postopkov po �etvi Če pustimo sade�e po �etvi deset dni na zraku ali če semena po odpiranju sade�ev za nekaj ur pustimo, da se pulpa posu�i, pride do zmanj�anja volumna pulpe, pulpne vode in pulpnih sladkorjev. Posledica tega je, da sta nastajanje in akumulacija ocetne kisline v pulpi in jedrcih bistveno zmanj�ani. S tem postopkom preprečujejo prehitro zakisanje jedrc. (Macrea s sod., 1993)

4.3 SPREMEMBE V SESTAVI KAKAVOVIH SEMEN PO FERMENTACIJI, SU�ENJU IN PRA�ENJU

4.3.1 Kakavovo maslo Ma�čoba predstavlja 52-57% suhe te�e jedrc. Sestavlja jo 95% trigliceridov, 2% digliceridov, manj kot 1% monogliceridov, 1% polarnih lipidov in 1% prostih ma�čobnih kislin. Med trigliceridi je 37% oleinske kisline, 32% stearinske kisline, 27% palmitinske in 2,5% linolne kisline (glede na skupne ma�čobne kisline). Druge nasičene in enkrat nenasičene ma�čobne kisline ne prispevajo več kot 2%. Te vrednosti veljajo za fermentirana semena, ampak se razlikujejo med posameznimi tipi kakavovcev in geografskim poreklom. (Macrea s sod., 1993) 4.3.2 Polifenoli Kljub temu da antocianini in druge polifenolne komponente med fermentacijo difundirajo, se njihova vsebnost po 72 urah fermentacije ne razlikuje dosti od začetne vrednosti (tabela 2). Po su�enju in pra�enju pa vsebnost teh bistveno pade. Vzrok za izgubo skupnih polifenolov je spet difundiranje le-teh in kompleksiranje s proteini in polisaharidi. (de Brito s sod., 2000) Tabela 2: Učinek fermentacije, su�enja in pra�enja na sestavo kakavovih zrn (de Brito s sod., 2000)

Fermentirana zrna 0h 72h

Posu�ena zrna

Pra�ena zrna

Skupni fenoli (mg tannic acid g �1) 231±5a 213±5a 157±6b 131±6c Proteini (mg g�1) 220±8a 157±9a 118±9b 138±7b Amino-terminalne skupine (mg glicina g�1)

21.6±0.2b 35.6±1.2a 32.6±1.9a 22.1±1.1b

Proste amino kisline (mg g�1) 25.7±0.7a 32.1±1.8b 35.3±1.3b 24.1±2.1a Reducirajoči sladkorji (mg glukoze g�1)

50.1±0.3b 63.0±0.5a 28.0±0.5c 14.6±0.1d

Oligosaharidi (mg glukoze g�1) 7.9±1.4a 6.7±1.9a 7.9±0.7a 7.7±1.1a �krob (mg glukoze g�1) 140±5a 127±5a 136±9a 162±4a

Vrednosti so izra�ene s standardno deviacijo ± SD. Črke (a, b, c, d) v vrsticah imajo različen pomen (P < 0.05). Vrednosti se nana�ajo na zrna, ki so jim bile odstranjene ma�čobe.


4.3.3 Proteini Med fermentacijo so zasledili velik padec vsebnosti proteinov (tabela 2). Na drugi strani pa sta se povečali vsebnosti amino-terminalnih skupin in prostih amino kislin. To je posledica proteolize, pri kateri nastajajo �e majhni peptidi. Zelo majhni dele� proteinov se porabi pri tvorjenju kompleksov s polifenoli. Nastajanje prostih amino kislin med fermentacijo je v tesni povezavi z razvojem arome. Fermentacija zagotavlja ugodne pogoje za delovanje endoproteaz, ki proizvajajo specifične peptide in amino kisline, ki so izrednega pomena za aromo. Vsebnost proteinov se med su�enjem in pra�enjem le malo spremeni, medtem ko se vsebnost amino-terminalnih skupin med pra�enjem zmanj�a. Enako velja za proste amino kisline, pri katerih zmanj�anje predstavlja kar 32%. To zmanj�anje pripisujejo Maillardovi reakciji, v katero vstopajo amino kisline med pra�enjem. (de Brito s sod., 2000) 4.3.4 Amino kisline Po 72 urah fermentacije se vsebnost poveča pri vseh amino kislinah, razen pri lizinu in tirozinu (tabela 3). V posu�enih zrnih so vrednosti v primerjavi z nefermentiranimi zrni vi�je, izjema sta glutaminska kislina in prolin. Med pra�enjem pa se poveča vsebnost glutaminske kisline, vsebnosti ostalih amino kislin pa se zmanj�ajo. (de Brito s sod., 2000) Tabela 3: Proste amino kisline in sladkorji (µM g-1) v kakavovih zrnih (v oklepajih je navedena sprememba v odstotkih od prej�njega stolpca) (de Brito s sod., 2000)

Fermentirana zrna Sestavine 0h 72h

Posu�ena zrna

Pra�ena zrna

Amino kisline Aspartinska kislina 9,8 13,0 (32,7) 15,7 (20,8) 6,5 (-58,6) Glutaminska kislina 7,4 11,7 (58,1) 4,3 (-63,2) 5,8 (34,9) Levcin 7,4 14,8 (100,0) 17,6 (18,9) 12,3 (-30,1) Alanin 9,7 18,1 (86,6) 21,2 (17,1) 12,0 (-43,4) Fenilalanin 3,3 11,7(254,5) 10,8 (-7,7) 5,9 (-45,4) Tirozin 3,6 1,8 (-50,0) 11,0 (511,1) 3,0 (-73,0) Valin 5,6 11,0 (96,4) 12,5 (13,6) 6,4 (-48,8) Izolevcin 4,1 9,0 (119,5) 8,8 (-2,2) 3,3 (-62,5) Lizin 72,6 49,4 (-32,0) 73,0 (47,8) 69,7 (-4,5) Arginin 18,0 23,5 (30,6) 23,5 (/) 19,1 (-18,7) Histidin 2,0 4,9 (145,0) 5,4 (10,2) 0,7 (-87,0) Treonin 4,6 11,8 (156,5) 8,8 (-25,4) 3,6 (-59,1) Serin 15,8 27,8 (75,9) 18,8 (-32,4) 14,5 (-22,9) Glicin 4,3 8,6 (100,0) 8,4 (-2,3) 2,9 (-65,5) Metionin 2,9 7,2 (148,3) 5,6 (-22,2) 1,4 (-75,0) Prolin 11,3 14,0 (23,9) 6,4 (-54,3) 5,6 (-12,5) Cistin 1,3 2,7 (107,7) 2,6 (-3,7) 0,4 (-84,6) Sladkorji Glukoza 89,6 90,5 (1,0) 28,3 (-68,7) 27,4 (-3,2) Fruktoza 188,7 259,5 (37,5) 127,2 (-51,0) 49,7 (-60,9) Saharoza 184,2 146,5 (-20,5) 81,9 (-44,1) 42,7 (-47,9)


4.3.5 Sladkorji Med fermentacijo se poveča vsebnost reducirajočih sladkorjev, med su�enjem in pra�enjem pa se vsebnost le-teh zelo zmanj�a (tabela 2). V tabeli 3 se vidi, kako nenehno pada vsebnost saharoze. Vsebnosti glukoze in fruktoze pa se povečujeta med fermentacijo, med su�enjem in pra�enjem pa padata. Začetni porast glukoze in fruktoze gre na račun inverzije saharoze. Zmanj�anje vsebnosti glukoze, �e posebej pa fruktoze se med pra�enjem pojavi zaradi vstopanja le-te v Maillardovo reakcijo. To zmanj�anje je lahko 100%-tno in je tako kot pri amino kislinah odvisno od časa in temperature pra�enja. (de Brito s sod., 2000) Glukoza, ki nastaja pri hidrolizi saharoze, se porablja za sintezo �kroba. Fruktoza, ki se manj porablja, saj se mora prej pretvoriti v glukozo, zaradi tega pridobiva na vsebnosti v primerjavi z glukozo. (Beckett, 1994) 4.3.6 �krob Vsebnost �kroba se med fermentacijo ne spremeni veliko, med su�enjem in pra�enjem pa se njegova vsebnost poveča (tabela 2). (de Brito s sod., 2000)

4.4 BIOKEMIJSKE SPREMEMBE MED SU�ENJEM

Med su�enjem potekajo oksidativne reakcije. Polifenoli se oksidirajo s kisikom, nastanejo kinoni, ki v polimerizacijskih reakcijah dajejo rjave produkte. Oksidacijo katalizira encim polifenoloksidaza. Njena optimalna pH vrednost je 6,0. V kislih fermentiranih zrnih s pH vrednostjo med 4,0 in 5,0 se porjavenje med su�enjem ustavi. Pri pH vrednosti, ki je vi�ja od 7,0, se polifenoli oksidirajo brez delovanja encimov. Zaradi tega prefermentirana semena zlahka porjavijo. Ker je pri encimskem porjavenju potrebna visoka koncentracija kisika, porjavenje ne poteka pred su�enjem. Posledica oksidacije polifenolov in polimerizacije kinonov je zmanj�anje astringentne arome, katere vzrok so taninske lastnosti katehinov in leukocianidinov, �e posebej njihove dimerne enote. Tako oksidacija in polimerizacija pretvarjata te monomerne in oligomerne flavonoide v neastringentne rjave polimere. V reakcije porjavenja se vključujejo tudi proteini. Proste amino in sulfhidrilne skupine proteinov enostavno reagirajo s kinoni in s tem sodelujejo pri nastajanju rjavih polimerov. Amino kisline in oligopeptidi pa so manj reaktivni, ampak kljub temu sodelujejo pri oblikovanju Maillardovih produktov med su�enjem. (Macrea s sod., 1993)

4.5 BIOKEMIJSKE SPREMEMBE MED PRA�ENJEM IN OBLIKOVANJE AROME

Med pra�enjem pride do zmanj�anja vla�nosti, odstopanja lupinice od zrna in končnega razvoja arome. Reakcije, ki so zelo kompleksne in ki so zelo pomembne za oblikovanje arome, potečejo med karbonilnimi in amino skupinami. To je tako imenovano neencimsko porjavenje ali Maillardova reakcija. V grobem jo lahko razdelimo v tri stopnje. Najenostavnej�e so reakcije v začetni stopnji. Reducirajoči sladkorji in amino kisline tvorijo tako imenovane Amadorijeve spojine. Kemijsko so to glukozilamini oziroma fruktozilamini, odvisno od začetnega reducirajočega sladkorja. Nato pride do preureditve teh glikozilaminov v izomerizajske produkte. Če je glukoza začetni sladkor, se izomerizira


v aminirano fruktozo. Te začetne reakcije so pomembne, ker nobena od naslednjih reakcij ne poteče brez teh izomerizacijskih produktov. Med drugo fazo potečejo reakcije dehidracije, fragmentacije in transaminacije. Oblikujejo se kompleksne spojine, kar pa je močno odvisno od temperature in pH vrednosti. Strukture teh spojin niso povsem poznane. V kislem se tvorijo hidroksimetilfurfural in drugi produkti iz furfurala. Če je pH vrednost nevtralna, nastanejo reduktoni. V zaključni fazi pride do polimerizacije in s tem se zaključi razvoj arome. Med najpomembnej�e komponente arome pri�tevajo pirazine, pirole, piridine, imidazole, tiazole in oksazole. Koncentracija pirazinov se v pra�enih zrnih različnega geografskega porekla zelo razlikuje. S Streckerjevo razgradnjo amino kislin, ki pravtako poteka med drugo fazo, nastajajo aldehidi, ki so zelo pomembni pri razvoju arome. Od strukture amino kisline je odvisno, kateri aldehid, amin ali kislina bo nastala med razgradnjo. Med pra�enjem pri oblikovanju arome nastane 400-500 snovi. Zraven �e na�tetih spadajo �e alkoholi, ketoni, estri, amini, �veplo vsebujoče spojine, �(Beckett, 1994)

5 BIOIN�ENIRSKE OSNOVE BIOPROCESA Posu�ena semena, katerim je bila odstranjena pulpa in niso bila v stiku s fermentacijo, so rahlo sive barve, za razliko od rdeče-rjavih, ki so bila fermentirana in nato posu�ena. Tudi proizvodi iz sivih semen so skrajno grenki in neokusni, zato je fermentacija eden najpomembnej�ih korakov do nastanka pravega okusa kakava. Ker vsaka vrsta kakava potrebuje drugačno fermentacijo, je tehnik veliko, različne metode pa uporabljajo tudi na planta�ah in malih posestih. V Zahodni Afriki, kjer večina kakava pride iz manj�ih posesti, poteka fermentacija v reaktorjih, ki so v bistvu veliki kupi, obdani z bananinimi listi, ki sprejmejo od 25 pa tja do 25000 kg vla�nih kakavovih semen. Običajno poteka fermentacija 5 dni, drugi ali tretji dan pa se biomasa tudi preme�a. Na planta�ah pa fermentacija poteka v velikih lesenih zabojih, ki sprejmejo 1-2 toni vla�nih semen. Zaboji morajo imeti odprtine za dovod zraka in izhod sladke utekočinjene pulpe, nahajajo pa se ali na vrhu ali pa jih speljejo med tankimi de�čicami, ki jih polo�ijo okrog 6 mm narazen po povr�ini. Zaboji so dolgi 1-1,5 m in globoki tudi do 1 m. Zaradi bolj�e aeracije na začetku fermentacije pa uporabljajo zaboje, globoke od 250 do 500 mm. Enakomernost fermentacije in bolj�o aeracijo dose�ejo tudi s prelaganjem semen iz enega zaboja v drugega vsak dan. Za razliko od malih pridelovalcev kakava na planta�ah poteka fermentacija malo dlje in sicer 7 do 8 dni. (Beckett ,1994)

5.1 PRIPRAVLJALNI POSTOPKI

Ker kakavovi plodovi ne dozorijo vsi ob istem času traja �etev lahko tudi nekaj mesecev, običajno pa dozorevajo v periodi 2-4 tednov. Pomembno je, da se oberejo samo zreli plodovi, dokazano pa je tudi, da se poznajo razlike v fermentaciji in okusu, če plodove po obiranju �e nekaj časa shranjujejo; senzorične lastnosti se izbolj�ajo. Kakavov plod je sestavljen iz zunanje lupine, znotraj lupine pa se nahaja sočna ka�asta brozga-pulpa, ki vsebuje tudi do 50 semen. Lupino se odpre z no�em ali preprosto s palico, paziti je potrebno le, da se ne po�koduje semen, ki jih nato ročno odstranijo od placente. Semena


vsebujejo okrog 65% vode, v sluzasti brozgi pa se s časom namno�ijo bakterije in kvasovke, ki sprostijo sladkorje in razsluzijo tekočino, da odteče. Semena nato ispostavijo soncu ali pa jih posu�ijo v su�ilnikih. (Beckett ,1994)

Slika 8: prečno prerezan kakavov plod (www.jmu.edu/biology/b325/cocoa/cacaocross.gif)

5.2 POTEK BIOPROCESA

Semena dajo v reaktorje, bodisi zaboje, betonske reaktorje ali pa velike kupe obdane z bananinimi listi. Fermentacijo začnejo kvasovke s pretvorbo sladkorjev iz pulpe, ki obdaja semena, v etanol. Tako se vspostavi začetno anaerobno okolje. Bakterije nato pričnejo z oksidacijo etanola do ocetne kisline in naprej do ogljikovega dioksida in vode, kar povzroči dvig temperature v prvih 24 urah tja do 40 ْ C. Ko se naslednji dan pulpa utekočini in začne odtekati skozi majhne pore na dnu, se �tevilo bakterij poveča, tvori se mlečna kislina in ocetnopogojih oksidirajo več alkohola do ocetne do 45 ْC ali več. V ostalih dneh fermentacijvse bolj aerobnih pogojih, saj ostala utekočnapolni prostor med semeni. Visoko temperki jo povečamo z me�anjem in obračanfermentacija kar se da enakomerna. Strokovprocesu su�enja, preden se % vlage prevsemenih, ki se su�ijo pod soncem, saj je tako 5.2.1 Napredna fermentacija V praksi večina planta�, �e posebej tiste nkakav. Da bi se tega znebili in izboljodstranjevanje pulpe in s tem povečanje aesade�e 9-12 dni, �ele potem jih odprejo in fenkrat obrnejo. Su�ijo jih najprej na zrakvrstami kakava so tako dosegli velike izhidravlične pre�e za odstranitev pulpe prkakovost kakava; manj�o kislost in bolj�i ok

Slika 9: Zaboji za fermentacijo (www.dpi.qld.gov.au/horticulture/6222.html)

kislinske bakterije, ki v rahlo bolj aerobnih kisline. To povzroči nadaljni dvig temperature e (5-6 dni) se bakterijska aktivnost nadaljuje v injena pulpa odteče in pusti prostor za zrak, ki aturo �e vedno vzdr�uje bakterijska aktivnost, jem semen, kar prav tako omogoči, da je njaki domnevajo, da se fermentacija začne �e v eč ne zni�a. To je �e posebej pomembno v su�enje počasnej�e. (Beckett ,1994)

a jugovzhodu Azije proizvajajo zelo kiselkast �ali okus, so začeli uporabljati metode za racije. V Sime-Cadbury procesu pustijo zrele

ermentirajo 5 dni v plitvih zabojih, ki jih samo u, potem pa z vročim zrakom. Z nekaterimi bolj�ave kakovosti. Veliko planta� uporablja ed fermentacijo, kar ima za posledico večjo us. (Beckett ,1994)

http://www.dpi.qld.gov.au/horticulture/6222.html

http://www.jmu.edu/biology/b325/cocoa/cacaocross.gif


Slika 11: Su�enje na strehi (www.chocolates-online.co.uk/pages/cocoa.htm)

Kemijske spremembe Kemične spremembe narekuje odmiranje embria v semenu, saj popokajo membrane, s tem pa pridejo v kontakt sestavine, ki so bile do tedaj ločene. Embrio odmre tekom drugega dneva fermentacije, predvsem zaradi ocetne kisline, ki tedaj nastaja v pulpi, pa tudi zaradi visoke temperature. Antociani in druge polifenolne spojine v pigmentnih celicah difundirajo v sosednje celice, kjer pridejo v kontakt z encimi, ki povzročajo hidrolize. Z dovajanjem zraka v seme tkivo temni, saj prevladajo oksidacijske reakcije. Istočasno, ko spremljamo vidne spremembe, prihaja tudi do drugih kemijskih reakcij, ki vključujejo akumulatorne proteine in polifenole, a niso povsem pojasnjene a hkrati nenadomestljive za nastanek čokoladnega okusa. (Beckett ,1994)

5.3 ZAKLJUČNI POSTOPKI

5.3.1 Su�enje Po končani fermentaciji obdelana semena, v nadaljevanju zrna, odstranijo iz bioreaktorjev (zabojev) in jih pripravijo za su�enje. Med zrni ni več pulpe, imajo pa �e vedno visoko vsebnost vode, zato so mehka. Zrna nato, če je ob �etvi vreme suho, nasujejo na pladnje 10 cm na debelo in izpostavijo soncu. Plasti zrn nato periodično rahljajo z grabljicami, ponoči in ob de�ju pa jih za�čitijo s posebnimi premičnimi strehami. Ob slabem vremenu lahko plasti zrn tudi zlo�ijo eno nad drugo ali pa jih, ker imajo pritrjena kole�čka, odpeljejo pod streho, kjer so �e bolj varne. Tak�na praksa je raz�irjena v Zahodni Indiji, v Zahodni Afriki pa zrna kar nasujejo na teraso ali streho. Da se vsebnost vode v zrnu zmanj�a na 7%, kar je potrebno da preprečimo mo�en nastanek plesni tekom skladi�čenja, je običajno potreben teden sončnega vremena. V področjih, kjer je vreme bolj vla�no med �etvijo, pa su�ijo s su�ilniki. (Beckett ,1994) Najenostavnej�a oblika su�enja je su�enje, pri katerem pod plo�čato streho na kateri se su�ijo zrna, zakurijo ogenj, dim pa vodijo po odvodih do dimnika, da ne pride v kontakt z zrni. Streha se greje od toplote ognja in pa dima, ki je speljan pod njo, velika nevarnost pa je, da se pri tej poceni metodi kakav kontaminira s sajami ali dimom, zato mora biti tak su�ilnik odlično zgrajen in dobro nadzorovan. (Beckett ,1994)

Slika 10: Su�enje kakavovih semen na soncu (www.chocolateandcocoa.org/Farming/harvest.htm)

http://www.chocolateandcocoa.org/Farming/harvest.htm

http://www.chocolates-online.co.uk/pages/cocoa.htm


Lahko pa segrevajo zrak z bencinom ali dizelskim gorivom, a potrebujejo učinkovit izmenjevalec toplote, da izpu�ni plini ne pridejo v kontakt z zrni. Tak�no opremo, ki se je izkazala za precej dobro, uporabljajo na velikih planta�ah v ju�no vzhodni aziji. Su�enje s su�ilniki pa privede do dveh problemov: • Zrna se posu�ijo prehitro in postanejo preveč kisla, kar pa popravijo tako, da

zni�ajo temperaturo su�enja in jim pustijo nočni počitek, da se vsebnost vode skozi noč uravnote�i po zrnu.

• Drugi problem pa je ta, da dim neredko najde pot in kontaminira zrna, kar ima za posledico okus po katranu in dimu, ki se ga ne da odstraniti v nadaljni proizvodnji čokolade. (Beckett ,1994)

5.3.2 Či�čenje Po fermentaciji in su�enju sledi či�čenje in odstranjevanje kakr�nekoli snovi, tujkov kot so npr. ko�čki stekla, pesek, kamenčki, prah, ko�čki lesa in grudice zemlje. Odstraniti je potrebno tudi zrna, ki so plesniva, napadena od insektov, zlomljena ali zadimljena. Pomembno je, da v celoti odstanimo te nečistoče, ne samo zaradi kvalitete produkta, ampak tudi zaradi morebitnih okvar na predelovalnih napravah. Ta postopek vključuje sita za odstranjevanje večjih in manj�ih delcev ter magnete za �elezo. (Beckett ,1994) 5.3.3 Shranjevanje Če zrn takoj ne porabimo v nadalnji proizvodnji, jih shranjujemo. Običajno se kakavova zrna pakirajo v vreče iz jute neto mase 50 do 80 kg. Tehnični predpisi zahtevajo od vreče da je čista, kar pomeni da je nova, v dobrem stanju, dovolj čvrsta in pre�ita po predpisih, material iz katerega je narejena ne sme vplivati na prehransko vrednost vsebine, barva za označevanje pa ne sme priti v stik z robo. Vreče morajo biti pravilno označene in popisane. Vsaka po�iljka s vsebnostjo vode pod 7,5% se lahko takse morajo kakavova zrna posu�iti na vnajenostavneje posu�i tako, da se jih stprostora z ustreznim prezračevalnim sistedo 80°) ali pa v samem pra�ilniku, seve65°) pribli�no 15 minut, kar uniči tudi kaKakavova zrna se skladi�čijo v silosih irazpoke v njem popolno skrivali�če zaprimeren beton, ker je prisotna mo�nvsebujejo veliko količino lahko hlapnih do 15000 ton zrn, katera so na stalni temnevarnosti, da bi se pojavile plesni ali ins

Slika 12: Shranjevanje v vrečah (www.chocolates-online.co.uk/pages/cocoa.htm)

oj skladi�či, če pa je vsebnost vode večja od 8%, sebnost od 5 do 7% vode. Manj�e količine se

rese iz vreč in posu�i na tleh svetlega in suhega mom. Večje količine pa se su�ijo v su�ilnikih (60

da na manj�i temperaturi kot pri pra�enju (60 do kavove molje. z jekla. Za gradnjo silosa les ni primeren, saj so

kakavove molje. Prav tako ni za gradnjo silosa ost �cvetenja� betona. Kakavova zrna namreč

kislin (ocetna kislina). Silosi lahko sprejmejo tudi peraturi 14°C in relativni vla�nosti od 60%, brez ekti. (Goldoni, 1998)

http://www.chocolates-online.co.uk/pages/cocoa.htm


5.3.4 Pra�enje Zrna pra�imo da zmanj�amo količino vode na pribli�no 2%, da zmanj�amo kislost, oblikujemo kakavovo aromo in okus ter zmanj�amo čvrstost zrn, tako da lupinica odstopi in dobimo čisto zrno (jedrce). Nastajanje arome je kemijsko zelo kompleksno in vključuje procese vse od fermentacije do pra�enja in ostalih korakov, ki se vr�ijo v proizvodnji. V ta namen se uporablja različne pra�ilnike, ki za termično obdelavo fermentiranih kakavnih zrnc lahko uporabljajo vroči zrak, nasičeno suho paro ali energijo infrardečega sevanja. Pri oblikovanju arome je te�ko doseči �eljeni učinek. To zavisi predvsem od uporabe ustreznega pra�ilnika Pra�enje traja od 5 do 70 minut od 70 do 140°C, odvisno od kapacitete in potrebne stopnje pra�enja. (Goldoni, 1998) Vsi pra�ilniki morajo nuditi zadostno količino toplote tekom pra�enja, tako da toplota prodre v globino vsakega zrna. Pra�ilnik mora biti zasnovan tako, da omogoča prost izhod vodne pare, hlapnih kislin in drugih plinskih produktov nastalih pri razgradnji sestavin kakava med procesom pra�enja. Pra�ilniki so lahko �ar�ni ali kontinuirni, čeprav prevladujejo kontinuirni zaradi večje kapacitete. Od kontinuirnih pra�ilnikov največ uporabljajo tiste z direktno termično obdelavo zrn v tankem sloju z vročim zrakom. Takoj po termični obdelavi je treba zrna ohladiti na temperaturo ni�jo od 40 do 50°, da se zaustavijo procesi termične razgradnje vsebin zrna, če tega ne dose�emo pride do prepra�enja kar se ka�e v temnej�i barvi proizvoda, grenkem priokusu in nespecifični kakavovi aromi. (Goldoni, 1998) 5.3.4.1 Pra�enje celega kakavovega zrna: Pra�enje celega kakavovega zrna ima kar nekaj pomanjkljivosti, a tudi prednosti. Pomanjkljivosti: • segrevanje lupinice kakavovega zrna Plini, ki nastanejo pri gorenju tujih sestavin prisotnih na lupinici slabo vplivajo na okus in vonj kakavove mase, poleg tega pa lahko ma�čoba iz sredice migrira v lupinico, kar zmanj�a vsebnost ma�čob v končni masi. Omembe vredno je tudi, da se veliko energije porabi za pra�enje lupinic, ki jih potem vr�ejo proč. (Beckett, 1994) • kakavova zrna niso enake velikosti Pra�enje je najbolj�e za srednje velika zrna, a na�alost velikosti variirajo tudi glede izvora in letnega časa obiranja. Tako se zgodi, da so majhna zrna preveč prepra�ena, velika pa premalo, kar se seveda pozna v aromi in okusu. (Beckett, 1994) • dele� zlomljenih in zdrobljenih kakavovih zrn. Dele� zlomljenih in zdrobljenih zrn je precej�en, odvisem je od izvora in pa od stopnje fermentacije. Zaradi teh po�kodb dobijo manj kakavovega masla, saj utekočinjeno maslo izteče iz celic in ga vsrka lupinica, ki pa vsebuje nizko količino ma�čob. To nam pove tudi podatek, da vsebuje nepra�ena lupinica zrna 2% ma�čob, pra�ena pa 5-6%. (Beckett, 1994)


Slika 13: Stopnja pra�enosti kakavovih semen različnih velikosti pri istih pogojih Prednosti: Prednost pra�enja celih zrn pa je v tem, da po pra�enju la�je odstranimo lupinico, saj se razrahlja med procesom. Iz istega razloga so uvedli dvostopenjsko toplotno obdelavo pred pra�enjem, saj se zrna bolj�e presejejo, lupinica poči in ni več problemov z migracijo ma�čobe med samim pra�enjem. Navadno poteka postopek tako, da zrna ispostavimo vročemu zraku, nasičeni vodni pari ali infra rdečim �arkom, paziti pa moramo, da vsebnost vode v zrnu ne pade pod 3,5%. (Beckett, 1994) 5.3.4.2 Pra�enje zrn brez lupinice Kot smo �e omenili, se s predhodno toplotno obdelavo znebimo nekaterih te�av, poleg problema z ma�čobami prihranimo na energiji, ki bi jo porabili pri pra�enju lupinic in pa eliminiramo mogoče nepravilnosti vonja in okusa, nastalega zaradi nečistoč v procesu pra�enja. Zrna brez lupinice so si po velikosti veliko bolj podobna, nekateri delavci pa jih �e zdrobijo, da so res pribli�no enake velikosti. Če imamo kakav slab�e kvalitete, ga lahko izbolj�amo z dodatki za zmanj�evanje sladkorja. (Beckett, 1994) 5.3.4.3 Pra�enje mase Tu govorimo o tekoči masi, ki potrebuje enakomerne količine energije, stroji pa so preprosti in proces niti ni preveč drag. Proces vsebuje tako sejanje kot mletje fermentiranih zrn, za kar potrebujemo dober mlin, ki pa ga skrbno izberemo. Masa ima �e vedno visoko vsebnost vode in jo te�ko črpamo, ne smemo pa uporabljati zrn z več kot 2,5% vode kajti to se pozna tudi na slab�ih senzoričnih lastnostih. V splo�nem se pra�enje tekočine ne ravna po časovno/temperaturnem re�imu, ki je tako uspe�en v odstranjevanju mikrobiolo�kih kontaminantov pri drugih dveh metodah. Mletje nepra�enih zrn omogoči mikroorganizmom, da se oblo�ijo z ma�čobo in jih je tako �e te�je ubiti, velika povr�ina pa pripomore k odstranjevanju hlapnih komponent in s tem uravnavanja vonja, to pa pripelje tudi do zmanj�anega obdelovalnega časa. (Beckett, 1994) 5.3.5 Drobljenje pra�enih kakavovih semen in odstranjevanje lupinice Najpogosteje se kakavova zrna takoj po pra�enju drobijo, potem pa se iz mase zdrobljenih semen ločuje lupinica, včasih celo klice zrna. Pra�ena kakavova zrna vsebujejo 10 do 15%


lupinic in 1% klic. Za izdelavo čokolade in ostalih proizvodov vrhunske kakovosti masa ne sme vsebovati veliko lupinic ali klic, prav tako ne ostankov zemlje ali peska. Vsebnost večje količine lupinic se bo poznala na barvi in okusu čokolade, zmanj�ala pa bo tudi učinkovitost valjanja. Pra�ena kakavova zrna drobijo na stroju drobilniku, ki je v istem sklopu kot stroj za ločevanje lupinic in zdrobljenih zrn od celih, zdravih zrn. Drobilnik je lahko osnovan na različnih principih, največ pa je v uporabi tisti z valji. V drobilnik je potrebno dovajati samo cela kakavova zrna, ki nato kontinuirno potujejo skozi drobilnik. Drobijo se tako, da se lupinica in jedrce zrna zdrobijo na dva ali več delov, za�eljeno je, da z drobljenjem nastanejo veliki deli jedrca in lupinice, saj ju potem la�je ločimo ter dobimo produkt z manj�o vsebnostjo lupinic. Delovanje drobilnikov se regulira glede na velikost zrn, tako da se manj�e zrno ne izmuzne ali večje preveč ne zdrobi. Kljub reguliranju dobimo neko količino čisto zdrobljenih pa tudi malih celih zrn, zato je za�eljeno, da so zrna čim bolj enake velikosti. (Goldoni, 1998) Zdrobljena kakavova zrna nato potujejo v sistem za ločevanje lupinic od jedrc. Sistem vsebuje vibrirajoča sita različnih odprtin. Za ločevanje la�jih sestavin, kot so zdrobljene lupinice, pa uporabljajo prepihovanje. �e posebej pomembna je hitrost odpihovanja, saj ta ne sme biti prehitra, da ne odpihne tudi dele jedrc, ki morajo ostati na sitih. Predvidevajo, da ima sesalni ventilator večji učinek odstranjevanja kot ventilator, ki prepihuje zrak preko mase zdrobljenih zrn. Na prvem situ se odvajajo nezdrobljena zrna, ki se vračajo na drobljenje, na ostalih se ločuje delčke po velikostih in se jih vodi v nadaljni postopek. Čeprav je v pra�enih semenih 10 do 15% lupinic in 0,8 do 1,2% klic, lahko iz zdrobljenih zrn ločimo od 80 do 86% nečistoč. Iz drobnih delčkov jedrc, lupinic zrna in klic, ki jih odpihne zrak, lahko prav tako delamo čokoladno maso ali kakavov prah, seveda pa moramo upo�tevati da so proizvodi ni�je kakovosti. Tudi odpadne kakavove lupinice vsebujejo �e nekaj ostankov jedrc in sicer od 0,3 do 0,6%, vendar se jih običajno ne ločuje, temveč se jih za�ge ali pa uporabi v izdelavi krmil. Dobljena zdrobljena zrna se shranjuje v lesenih ali kovinskih shranjevalnikih, priporoča pa se, da se na dan naredi največ toliko zdrobljene mase, kot se je isti dan porabi v proizvodnji. (Goldoni, 1998) Ta zdrobljena masa zrn se lahko melje v kakavovo maso, ki je fina homogena struktura, iz katere v nadalnjih postopkih dobimo kakavov prah, kakavovo maslo in čokoladno maso. V postopku mletja razbijamo stene celic, iz katerih se nato osvobodi maslo in se zaradi povi�ane temperature (trenje pri mletju) spreminja v tekočo obliko. Poznamo predhodno mletje, pri katerem se maslo �e izloči, vendar pa ostanejo �e vedno večji delčki v tekoči masi in pa fino zaključno mletje, kjer se izloči iz celic ostalo kakavovo maslo. Uporabljajo se različne vrste mlinov, med katerimi so najpogostej�i mlini z diski, kladivci, valji in pa kroglični mlini. Izmed valjčnih mlinov sta najbolj raz�irjena trovaljni in petvaljni. V klasičnem postopku izdelave kakavne mase za kakavoven proizvode se največkrat uporabljajo mlini s tremi valji. Pri uporabi tak�nih mlinov je treba paziti predvsem na tlak med valjem in pa temperaturo hlajenja vsakega valja. S takim ravnanjem dose�emo �eljeni učinek mletja mase. S povečanjem pretoka kakavne mase skozi mlin lahko pride do bistveno manj�ega učinka mletja. Za fino mletje kakavne mase je posebnega pomena količina vode v zdrobljenih zrnih, njena optimalna količina pa zna�a pribli�no 2%. (Goldoni, 1998)


5.3.6 Alkalizacija kakavovih proizvodov S postopkom alkalizacije dobimo alkalizirano kakavovo maso in s tem alkalizirano kakavovo pogačo ter alkaliziran kakavov prah, za izdelavo proizvodov namenjenih pripravi kakavovih napitkov. Alkalizirani proizvodi niso primerni za izdelavo čokoladnih in kremnih proizvodov, saj v prisotnosti alkalnih sredstev nastajajo soli ma�čobnih kislin in okus po milu. Ta postopek je prvi odkril C. J. Van Houten, omogoča pa večjo topnost zaradi večje disperzije delcev v vodnih raztopinah, npr. mleku. Osnovni cilj alkalizacije je razvoj specifične barve in arome proizvoda. Količine sredstev za alkalizacijo so omejene z maksimalno količino mineralnih snovi, izra�eno s skupnim pepelom v brezma�čobni suhi snovi alkaliziranega proizvoda. Dovoljena je uporaba sredstev za nevtralizacijo, npr. fosforne, citronske, L-vinske kisline, za korekcijo pH vrednosti in razvoja blage rdečkaste barve proizvoda. (Goldoni, 1998) Nekateri strokovnjaki menijo, da se najbolj�i učinek alkalizacije dose�e z natrijevim ali kalijevim karbonatom, lahko pa se uporabijo tudi natrijev, kalijev, kalcijev ali amonijev hidroksid, natrijev ali kalijev hidrogen karbonat ter amonijev karbonat. Med alkalizacijo prihaja do nevtralizacije prostih organskih kislin, ne pa do hidrolize trigliceridov v kakavovem maslu ali saponifikacije ma�čobnih kislin. Istočasno, deloma s hidrolizo in kondenzacijo, nastajajo pretvorbe polifenolnih spojin taninske sestave, kar privede do spremembe v barvi in zmanj�anje trpkosti proizvoda. V manj�em obsegu prihaja do delne razgradnje beljakovin, z zmanj�anjem kislosti in trpkosti pa se bolj izrazi grenkost in kakavova aroma proizvoda. (Goldoni, 1998) 5.3.6.1 Alkalizacija drobljenih kakavovih zrn Ta postopek se izvaja z me�anjem zrn v reakcijski posodi z razredčeno vodno raztopino sredstva za alkalizacijo. Največja dovoljena količina sredstva za alkalizacijo je 50g/kg, v primeru več sredstev je to najvi�ja dovoljena vsota, izra�ena kot brezvodni K2CO3 računan na suho snov. Temperatura postopka mora biti dovolj visoka (80-85°C), da se omogoči zadovoljiv razvoj arome proizvoda, čas pa odvisen od velikosti delcev, saj mora sredstvo prodreti v vsak del volumna loma; ena ura pa je potrebna samo za to, da temperatura dose�e 80°C. Alkalizacija poteka v reakcijskih posodah iz materiala, ki je odporen na korozijo sredstva za alkalizacijo, posode morajo imeti učinkovite sisteme za me�anje in gretje. Alkaliziran kakavov lom vsebuje lahko tudi do 25% vode (zaradi sredstva za alkalizacijo), zato ga posu�ijo na končno vsebnost vode 2%. Iz alkaliziranega kakavovega loma se dobi temnej�i kakavov prah v primerjavi s prahom, ki ga dobimo direktno iz alkalizirane kakavove mase. (Goldoni, 1998) 5.3.6.2 Alkalizacija kakavove mase Kakavov lom se lahko takoj zmelje v kakavovo maso, lahko pa po alkalizaciji. Pri alkalizaciji kakavove mase uporabljamo večje koncentracije sredstva za alkalizacijo, da prihranimo na času obdelave in energiji za gretje dodatne vode v sredstvu. V kakavovi masi je vse maslo popolnoma prosto, tako da ovira stik alkalne raztopine s kakavovimi delčki brezma�čobne suhe snovi. Učinkovita alkalizacija se zato izvaja s 46% K2CO3. Spojina mora biti v obliki raztopine, da la�je prodre do delčkov kakava, homogenizacija sredstva za alkalizacijo in kakavove mase pa poteka v disperzijskem reaktorju. (Goldoni, 1998)


5.3.6.3 Alkalizacija kakavove pogače Ta postopek se uporablja za pogače z majhno količino kakavovega masla, ki so izdelane iz kakavove mase, spre�ane na hidravljični pre�i. Pogača zelo hitro absorbira tudi malo razredčeno vodno raztopino sredstva za alkalizacijo, zato pa je te�je iz nje vodo odstraniti. Potrebno je tudi več ur su�enja pri podtlaku v vakuumskem su�ilniku, da se iz pogače odstrani odvečna voda na vsebnost 2%. To je nujno opravilo, ker se samo dobro osu�ena pogača lahko zmelje v kvaliteten kakavov prah. Dandanes večina proizvajalcev ne uporablja alkalizacije pogače zaradi nepraktičnosti in neekonomičnosti samega postopka ter nesigurnosti v kvaliteto končnega proizvoda alkaliziranega kakavovega praha. (Goldoni, 1998)

6 EKOLO�KI ASPEKT BIOPROIZVODNJE KAKAVA Proizvodnja kakava ne spada k največjim onesna�evalcem okolja. Surovine in produkti so predragi, da bi jih pustili neobdelane ali bi se jih znebili po nepotrebnem. Seveda pa so tu splo�ni problemi, s katerimi se danes bori skoraj vsaka tovarna. To je hrup in visoke, umazane stavbe. Te probleme vedno bolj upo�tevajo in se jim sku�ajo izogniti pri gradnji novih tovarn. Zelo problematičen je smrad izpu�nih plinov, in sicer zrak iz sistemov za mletje in izgorevalni plini iz pra�ilcev. Ti plini vsebujejo ogromno prahu. Preizkusili so biolo�ke filtre za odstranjevanje teh neprijetnih vonjav, ampak niso bili prav uspe�ni. Danes ta problem sku�ajo re�iti tako, da gradijo visoke dimnike. Odpadni produkt pri proizvodnji kakava so lupine sade�ev in zrn. (Macrea s sod., 1993)

6.1 SESTAVA LUPINE SADE�A

Toni suhih zrn odgovarja deset ton lupinic (sve�a te�a). (www.icco.org/questions/husks.htm) Tabela 4: Sestava lupine sade�a (www.icco.org/questions/husks.htm) Sestavine Dele�i Suha snov 84.65% Surovi proteini 10.16% Surova vlaknina 34.92% Eterski ekstrakt 2.49% Kalij 3.64% Teobromin 0.32% Energijska vrednost 20.32MJ/kg

http://www.icco.org/questions/husks.htm



6.2 UPORABA

6.2.1 Stelja Lupinice semen se lahko uporabljajo za steljo okrog dreves in cvetic. V letu dni se razgradijo in s tem obogatijo prst. Sve�e imajo čokoladno aromo. Ta aroma je zelo privlačna za pse. Če jo zau�ijejo v večjih količinah, lahko pride do zastrupitve zaradi teobromina. Povzroča trepetanje in krče, pojavijo se tudi drugi simptomi, kot je diareja. Lupine sade�a se prav tako uporabljajo za steljo v planta�ah kakavovcev. www.ag.uiuc.edu/~robsond/solutions/horticulture/docs/cocoabea.html www.gardenfoundation.com/newsletter/newsletter.htm www.icco.org/questions/theobromine.htm 6.2.2 Gnojila Pepel iz lupin sade�a se lahko uporablja tudi za gnojila za kakavovce, zelenjavo in druge pridelke. Sve�e lupine su�ijo en do dva tedna na prostem, nato pa posu�ene lupine upepelijo v �arilnih pečeh. www.icco.org/questions/byproducts.htm 6.2.3 Krma za �ivali Sve�e ali posu�ene lupine se največ uporabljajo za krmljenje domačih �ivali. Uporaba te krme je omejena, saj vsebuje teobromin, ki je �ivalim lahko nevaren. Ta krma je slabo prebavljiva. Moka iz lupin sade�a lahko pri perutnini predstavlja 20% dnevnega obroka, 30 do50% pri pra�ičih in 50% pri ovcah, kozah in kravah mlekaricah. Te vrednosti so lahko previsoke (Wood in Lass, 1985). Krave mlekarice: Ker sade�i hitro zgnijejo, morajo �ivali dobiti te sve�e. Sve�i sade�i vsebujejo veliko kalija in malo surovih proteinov, zaradi tega je tej krmi treba dodati sol in dodatne proteine. Sve�e lupine lahko posu�ijo na soncu, jih sesekljajo in zmeljejo in tako dobijo krmo za tista obdobja, ko ta niso na razpolago. www.fao.org/ag/AGP/AGPC/doc/PUBLICAT/PUB6/P621.htm

7 UPORABA BIOPROIZVODOV V PREHRANI Glavna in osnovna produkta proizvodnje kakava sta kakavova masa in kakavovo maslo. Kakavova masa predstavlja proizvod, ki se pridobiva z mehanskimi postopki mletja pra�enih kakavovih zrn. Kakavova masa vsebuje okrog 55% kakavovega masla, le ta pa velja za eno izmed najdra�jih naravnih ma�čob. Vsebuje namreč �tevilne trigliceride, katerih dele� zna�a od 97% do 99%. Pridobiva se iz kakavove mase. Gre za črpanje kakavove mase v hidravlično stiskalnico, sledi pa filtriranje v posebne lončke. Kot produkt dobimo surovo (nezrelo) kakavovo maslo, ki ima izredno močan vonj. Pri izdelkih, kot so npr. temne čokolade je ta vonj za�elen, pri mlečnih in podobnih čokoladah pa ne. V tem primeru je potrebno doseči nekoliko ni�jo stopnjo jakosti vonja. To se v industriji in proizvodnji dosega z uporabo vodne pare v vakumu ali pa s podobnimi postopki. (Goldoni, 1998)

http://www.ag.uiuc.edu/~robsond/solutions/horticulture/docs/cocoabea.html

http://www.gardenfoundation.com/newsletter/newsletter.htm

http://www.icco.org/questions/theobromine.htm

http://www.icco.org/questions/byproducts.htm

http://www.fao.org/ag/AGP/AGPC/doc/PUBLICAT/PUB6/P621.htm


Oba proizvoda, tako kakavova masa kot tudi kakavovo maslo predstavljata osnovi surovini v proizvodnji čokolade, čokoladnih izdelkov in kakava v prahu. Za proizvodnjo čokolade in čokoladnih izdelkov je potrebna čokoladna masa, ki se jo pridobiva s posebnimi tehnolo�kimi postopki. Pri sami izdelavi čokoladne mase se uporabljajo surovine, kot so kakavova masa, kakav v prahu, kakavovo maslo, konzumni beli sladkor ali sladkor v prahu, mleko v prahu,... Dopu�čena je tudi uporaba določenih emulgatorjev (monogliceridi, digliceridi, lecitin, amonijeve soli fosforne kisline) in naravnih arom (vanilin,..). Za določene čokoladne proizvode se čokoladni masi dodajajo �e različne sadne estrakte, kavni ekstrat, sezam, kikiriki, proizvode �ita,... (Goldoni, 1998) Slika14: shema proizvodnje čokolade. 7.1 Najpomembnej�i proizvodi 7.1.1 Čokoladni proizvodi • čokolada • čokolada s povečanim dele�em sladkorja • mlečna čokolada • mlečna čokolada z visokim dele�em mleka • bela mlečna čokolada • čokolada v prahu • desertna čokolada • čokoladni preliv. (Goldoni, 1998)

Čokolada je homogeni proizvod, ki se pridobiva s posebnim tehnolo�kim postopkom. Gre za obdelavo sladkorja z kakavno maso, kakavovim maslom ali kakava v prahu. Čokolada s povečanim dele�em sladkorja je prav tako homogen proizvod, pridobljen tako kot čokolada, vendar z manj�im dele�em skupne suhe snovi kakavnih komponent in s povi�anim dele�em sladkorja. Mlečna čokolada je tudi homogeni proizvod, pridobljen kot čokolada, ki vsebuje mlečne sestavine, kot je npr. mleko v prahu. Mlečna čokolada z visokim dele�em mleka je proizvod, vendar vsebuje nekoliko več mlečne ma�čobe. (Goldoni, 1998)

KAKAVOVA ZRNA

KAKAVOVA MASA

KAKAVOVO MASLO ČOKOLADAKAKAV V PRAHU


Bela mlečna čokolada je homogeni proizvod, pridobljen s tehnolo�ko obdelavo mlečnih sestavin, kakavovega masla in sladkorja. Zanjo je značilno, da ne sme vsebovati nemastne suhe snovi kakavovih delcev. Čokolada v prahu je proizvod, ki se pridobiva tako kot čokolada. Desertna čokolada je proizvod, ki vsebuje nekoliko večji dele� kakavovih delcev in najni�ji dele�em sladkorja v primerjavi z ostalimi čokoladami. Čokoladni preliv je proizvod, ki vsebuje največji dele� kakavnega masla od vseh čokoladnih proizvodov. (Goldoni, 1998) 7.1.2 Kakav v prahu Poleg čokolade in čokoladnih izdelkov je pomemben tudi kakav v prahu. To je proizvod, ki se pridobiva iz alkalizirane kakavne mase. Njegove značilnosti so: • vsebovati sme najmanj 17,5% kakavovega masla, računano na suho snov • ne sme vsebovati več kot 8% vode • ne sme vsebovati primesi �kroba in podobnih snovi • ne sme biti ne kisel in ne sme biti plesniv. Poleg kakava v prahu se proizvaja tudi nemastni kakav v prahu, ki pa ne sme vsebovati manj kot 10% kakavovega masla. (Goldoni, 1998) Proizvodi, ki se pridobivajo iz kakava v prahu in nemastnega kakava v prahu so: • instant kakav • instant kakav z mlekom • sladkani kakav v prahu Instant kakav in instant kakav iz mleka sta proizvoda, ki se pridobivata s tehnolo�kim postopkom anglomeriranja nemastnega kakava v prahu, mleka v prahu, sladkorja in arome. Sladkani kakav v prahu je me�anica kakava v prahu in sladkorja (saharoze). Tak proizvod vsebuje okrog 60% sladkorja (saharoze) in okrog 6% kakavovega masla, računano na suho snov končnega proizvoda. (Goldoni, 1998) 7.2 Aditivi V proizvodnji čokolade, čokoladnih izdelkov, kakava v prahu in sladkanega kakava v prahu je dovoljena uporaba sledečih aditivov: 1) soli in baze (sredstva za alkalizacijo): • amonijev karbonat • amonijev- hidrogen karbonat • kalijev karbonat • kalijev- hidrogen karbonat • kalijev hidroksid • natrijev- hidrogen karbonat • natrijev hidroksid • natrijev karbonat.


2) kisline (sredstva za nevtralizacijo): • fosforna kislina • citronska kislina 3) emulgatorji: • amonijeve soli fosforne kisline • saharozni estri ma�čobnih kislin • lecitin • monogliceridi in digliceridi ma�čobnih kislin 4) arome: • vanilin • etil vanilin • aroma ruma. (Goldoni, 1998)

8 IMPLIKACIJE DRUGIH TEHNOLOGIJ IN IMPLIKACIJE NA DRUGE TEHNOLOGIJE

8.1 FARMACIJA

8.1.1 Antioksidanti V farmaciji je kakav znan po visoki vsebnosti antioksidantov, sorodnim tistim iz zelenjave in čaja. Raziskave so pokazale, da reden vnos teh snovi poveča koncentracijo antioksidantov v plazmi, kar �čiti pred �kodljivimi kisikovimi spojinami. Antioksidanti lahko prav tako preprečijo oksidacijo LDL- holesterola, kar je povezano z za�čito pred srčnimi obolenji. Nekaj �tudij je tudi ugotovilo, da so �kodljive kisikove spojine, ki nastajajo v karcinogenih procesih prav tako inhibirane, ni pa �e dokazov, da bi lahko s kakavom dejansko zmanj�ali tveganje za različne vrste rake, bodisi pri ljudeh ali �ivalih. (www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&list_uids=11684527&dopt=Abstract ) 8.1.2 Kakavov pigment Estrakt iz kakavovih lupinic, znan kot kakavov pigment je me�anica kondenzacijskih ali polimeriziranih flavonoidov (kot recimo antocianidini, katehini, levkoanticianidini), včasih vezanih na glukozo. Ta ekstrakt se je nedavno pokazal za citopatskega inhibitorja učinkov, ki jih ima virus HIV na celico. Inhibicija HIV-a deluje na adsorpcijo virusa HIV in ne na replikacijo po adsorpciji. (www.hort.purdue.edu/newcrop/proceedings1993/v2-475.html) 8.1.3 Derivati ksantina Kakavovo seme vsebuje metilksantine, derivate ksantina. V največji meri je to teobromin, v manj�ih pa kofein in teofilin. Seme vsebuje 0,9 � 3,0 % teobromina, lupinica pa 0,19 �

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&list_uids=11684527&dopt=Abstract


http://www.hort.purdue.edu/newcrop/proceedings1993/v2-475.html


2,98 % tega alkaloida. Semena prav tako vsebujejo 0,05 � 0,36 % kofeina, dočim lupinice 4 �8 %. Med fermentacijo in pra�enjem večina teobromina iz jedra migrira v lupinico. (Trease in Evans, 1972) 8.1.3.1 Teobromin Teobromin pridobivajo iz kakavovih lupinic, ki jih letno pridelajo 36000 ton . Proces se sestoji iz kuhanja lupinic v vodi, filtriranja, precipitacije taninov s Pb-acetatom, ponovne filtracije, odstranjevanja vi�ka svinca in izparevanja vode do suhega. Toebromin ekstrahirajo iz zmesi z alkoholnimi pripravki in izčistijo z vodno rekristalizacijo. Teobromin je 3,7 dimetilksantin, C5H2(CH3)2O2N4 ; homolog kofeinu (1,3,7 trimetilksantin). Je tudi izomer teofilinu (1,3 dimetilksantin). Teobromin se uporablja kot diuretik, saj je dober stimulant renalnega epitelija, �e posebej pa je za�eljen po srčni

okvari, kadar se nabere v telesu veliko tekočine. Ima manj�i učinek centralno �ivčni sitem, uporabljajo pa ga tudi pri osebah z visokim krvnim pritiskom, saj raz�irja krvne �ile. Najpogosteje se uporablja v pra�kih. (Trease in Evans, 1972) (www.botanical.com/botanical/mgmh/c/cacao-02.html) Slika 15: Kemijska formula teobromina

8.1.3.2 Kofein Proizvodi, ki vsebujejo kofein so stimulanti centralnega �ivčnega sistema, uporabni za premagovanje zaspanosti, lahko pa jih z dodatki uporabljajo kot zdravila za glavobol. Velika vsebnost kofeina poveča učinkovitost nekaterih zdravil, ki jih dobimo brez recepta, recimo aspirin, kar za 40%. Kofein namreč zo�i �ile v mo�ganih in s tem naj bi pospe�il, olaj�al absorbcijo drugih substanc. Zo�itev �il traja kratek čas, katerega pa z dolgotrajno uporabo �e zmanj�amo. Kofeinske napitke pripravljajo iz kakava, kave, čaja, kole in ostalih rastlin z veliko vsebnosti kofeina. Napitki vsebujejo različno količino kofeina, odvisno rastline iz katere so pripravljeni. Kakavov napitek tako vsebuje okrog 10mg kofeina, čajev 30mg, dočim je v

kavinem napitku do 100g kofeina. Napitke uporabljajo za zdravljenje glavobolov in migren, povprečna doza pa zna�a 100 do 200 mg kofeina. Kofein ima tako kot drugi derivati ksantina: teobromin in teofilin diuretični učinek, ki pa ni močan in traja kratek čas. (Robbers in Tyler,1999) Slika 16: Kemijska formula kofeina

8.1.3.3 Teofilin Teofilin se uporablja predvsem za zdravljenje obolenj pljuč, ki se ka�ejo s ka�ljem, s

pomanjkanjem sape ter ti�čanjem v prsih. Najbolj tipična je

N

N

N

N

O

O

CH3

CH3

N

N

H3C

O

O

N

N

CH3

CH3

N

N

H3C

O

O

N

N

CH3

NH
bronhialna astma in kronični bronhitis. (Robbers in Tyler, 1999) Slika 17: Kemijska formula teofilina
http://www.botanical.com/botanical/mgmh/c/cacao-02.html


8.1.4 Kakavovo maslo Kakavovo maslo se v farmaciji uporablja za fizolo�ko indiferentno supozitorisko podlago. Dandanes je v podrejenem polo�aju, saj ima tehnolo�ke pomanjkljivosti: dolg čas strjevanja, različne polimorfne modifikacije, ka�e kemično nestabilnost, majhno krčljivost pri strjevanju in zelo majhne dispegirajoče sposobnosti. Kemično je zmes trigliceridov oleinske, stearinske in palmitinske kisline, prevladujejo trigliceridi ki imajo v molekuli eno nenasičeno in dve nasičeni ma�čobni kislini. Kot mnoge ma�čobe se tudi kakavovo maslo kvari � postane �arko. Njegova obstojnost se podalj�a v primernih pogojih shranjevanja in ob dodatku antioksidantov. Opis izdelave svečk s stiskanjem kakavovega masla z bu�ijsko stiskalnico iz učbenika Farmacevtska tehnologija 1. del (1992) : pra�kasto učinkovino natehtamo na precizni tehtnici in ji v terilnici postopoma dodajamo nastrgano kakavovo maslo. Homogeni zmesi dodomo grahovo zrno lanolina in vse skupaj obdelamo v plastično maso. Maso prenesemo v tubus bu�ijske stiskalnice in stisnemo valj na stekleno plo�čo, posuto s smukcem. Valj razdelimo na 6 enakih delov, razre�emo z lopatko, nato pa s prsti oblikujemo konice. (Kristl s sod., 1992) 8.1.5 Salsolinol Zanimiva komponenta kakava je salsolinol. Je tetrahidroizokinolin ali alkaloid dopamina najdenega v mo�ganih sesalcev. Salsolinol naj bi bila glavna psihoaktivna substanca v kakavu in bi lahko bila vključena v odvisnost od čokolade. Podobne sestavine inhibirajo monoamine oksidaza, s tem pa posnemajo efekte inhibitorjev, ki jih uporabljajo kot antidepresijska sredstva. (serendip.brynmawr.edu/bb/neuro/neuro01/web2/Mendillo.html)

8.2 �IVILSTVO

Kakavova semena so obdana s pulpo, bogato s sladkorji (10-13%), s pentozami (2+3%), citronsko kislino (1-2%) in solmi (8 to 10%). Poleg pulpe se v �ivilski industriji uporablja tudi lupina samega sade�a kakavovca zaradi visokih vsebnosti Na. 8.2.1 Pulpa Iztočna pulpa, ki se med procesom fermentacije utekočinja in odteka, ima odlično tropsko aromo in okus, uporablja pa se v proizvodnji naslednjih produktov: kakavov �ele, alkohol in kis, nata in procesirana pulpa. Iz 800 kg vla�nih semen se lahko pridobi pribli�no 40 litrov pulpe. Kakavov �ele naredijo tako, da sve�i pulpi dodajo od 300 do 600g sladkorja na liter pulpe, nato pa jo kuhajo. Pulpa vsebuje okrog 1% pektina. �ele ima kiselkast, sadni okus in je popularna sladica v pokrajini Bahia, v Braziliji. Z kontroliranjem fermentacije lahko iz utekočinjene pulpe postanejo izdelki s 43% vsebnostjo etanola. Etanol, ki ob tem nastane, lahko nato z bakterijo Acetobacter spp. pretvorijo v ocetno kislino, vendar kis ni zaenkrat komercialno zanimiv produkt. Kakavova pulpa se je pokazala kot primeren substrat za fermentacijo pri pridobivanju nate, produkta, ki ga originalno pridobivajo s fermentacijo kokosove vode v prisotnosti

http://serendip.brynmawr.edu/bb/neuro/neuro01/web2/Mendillo.html


Acetobacter aceti subspecies xylinum. Nata je na videz podobna agarju, le da je pakirana v sirup in kot taka je zelo priljubljen desert v Aziji. V Bahiji se je nedavno ustanovila industrija, ki izkori�ča sve�o pulpo v proizvodnji �tevilnih okusnih izdelkov. Lahko se u�iva sve�a v obliki juice-ov in shake-ov, ali pa jo sterilizirajo in ustekleničijo. V manj�ih predelovalnih obratih odstranijo semena s pulpo od sade�a in jih pome�ajo v posebnem me�alniku. Dodajo mleko ali vodo, po nekaj sekundah me�anja pa vsebino precedijo in tako dobijo odlično, osve�ilno, penasto pijačo. Pulpo lahko shranjujejo v zamrzovalnikih in jo nato uporabijo v proizvodnji sladoledov, kot dodatke jogurtom in koncentrate sokov. Zaradi relativno dragega zamrzovanja pulpe se je ta industrija omejila samo na pokrajino Bahijo v Braziliji. Odstranjevanje pulpe od semen pred in med fermentacijo ne poslab�a kakovosti kakava, ugotovili so celo, da jo izbolj�a, saj zmanj�a kislost. Zato so uvedli takoimenovane črpalke za odstranjevanje pulpe različnih velikosti. Cilindri, ki jih vsebujejo črpalke odstranijo 60% pulpe brez da bi po�kodovali semena. Samo Bahia na leto pridela 300.000 ton ton suhih kakavovih semen, kar predstavlja enako količino pulpe, od katere se je 60% porabi za fermentacijo, tako da je ostane 120.000 ton. Če bi samo 10% te količine uporabili v nadaljni proizvodnji bi to zna�alo 12.000 ton uporabne pulpe. (www.hort.purdue.edu/newcrop/proceedings1993/v2-475.html) 8.2.2 Pektin Iz pulpe ki v sade�u obdaja semena pa lahko izoliramo pektin. Uporabo kakava za pektin so raziskovali na kakavovem Raziskovalnem in�titutu v Gani. Kakavov pektin izolirajo s precipitacijo z alkoholom, kateri slede destilacija in izolacija alkohola v nadaljnih reakcijah. Končni rezultati teh raziskav �e niso dostopni, začetne raziskave pa so pokazale, da je kvaliteta marmelade s kakavovim pektinom primerljiva s najbolj�imi lokalnimi in uvo�enimi marmeladami. Torej, končni produkt tega projekta je narediti marmelado ali d�em in ugotovili so, da bi za 25 ml marmelade potrebovali 372 cedijev (ganska denarna enota), medtem ko se lokalne marmelade prodajajo za 650 cedijev. (www.icco.org/questions/pectin.htm) 8.2.3 Lupina sade�a Pepel lupine sade�a kakavovca vsebuje veliko Natrija, saj ga �e sama lupina vsebuje 3-4% na suho snov. (Wood in Lass 1985). Večinoma se uporablja pepel in sicer v proizvodnji juh v Gani in Nigeriji. (Arueya 1991). Lahko se uporablja tudi kot gnojilo za kakavovec, zelenjavo in druge polj�čine. Pepel se pripravi tako, da se sve�e lupine 1-2 tedna su�ijo na odprtem, suhe lupine pa nato se�igajo v posebnih �galnih pečeh. (www.icco.org/questions/byproducts.htm) (www.hort.purdue.edu/newcrop/proceedings1993/v2-475.html)

8.3 KOZMETIKA

V kozmetiki se uporablja kakavovo maslo za oljne kopeli, maske, nočne kreme, sončne preparate, pa tudi �minke. Cenijo ga zaradi temperature tali�ča, ki je blizu telesne temperature, zaradi lastnosti, ki omogočajo la�je mazanje ter izbolj�ajo stanje ko�e, saj odebelijo povrhnjico. Maurice Czarniak, farmacevt, ki se je ukvarjal z naravnimi substancami je k svojim proizvodom začel dodajati kakavovo maslo, saj vsebuje ma�čobne kisline, ki jih ko�a


http://www.icco.org/questions/pectin.htm




potrebuje in zelo pripormorejo k videzu le te. Ko ko�i primanjkuje esencialnih ma�čobnih kislin, se pojavijo ekcemi, dermatitis, ko�ne gube,... Palmer's uporablja kakavovo maslo v izdelkih za nosečnice ali doječe mamice. To so razni lotioni, kreme, olja in balzami za ustnice. Kakavovo maslo naj bi dobesedno �ivalo razpokano ko�o na telesu nosečnice. Priporočeni odmerki za uporabo: lotioni in kreme 3-5%, balzami 5-100%, mila 3-6%. (www.chocolatevalley.com/beautyproducts.htm) (www.biochemica.com/butters.htm)

9 REFERENCE • Beckett S.T. 1994. Traditional chocolate making. V: Industrial chocolate

manufacture and use.Beckett S.T. (ur.). Glasgow, Blackie Academic & Professional: 1-2

• de Brito E. S., Pezoa Garcia N. H, Gallao M. I., Cortelazzo A. L., Fevereiro P. S., Braga M. R. 2000. Structural and chemical changes in cocoa (Theobroma cacao L) during fermentation, drying and roasting. Journal of the Science of Food and Agriculture, 81: 281-288, 379-386.

• Goldoni L. 1998. Tehnologija konditorskih proizvoda, proizvodnja kakao proizvoda i proizvoda sličnih čokoladi. 1.del. Zagreb, Nakladnik: 11-17, 59-93, 45-57.

• Hancock B. L. 1994. Cocoa bean production and transport. V: Industrial chocolate manufacture and use. Beckett S.T. (ur.). Glasgow, Blackie Academic & Professional: 8-24

• Hoskin J. C., Dimick P. S. 1994. Chemistry of flavour development in chocolate. V: Industrial chocolate manufacture and use.Beckett S.T. (ur.). Glasgow, Blackie Academic & Professional: 102-115

• http://agronomy.ucdavis.edu/gepts/pb143/crop/cacao/cacao.htm • http://serendip.brynmawr.edu/bb/neuro/neuro01/web2/Mendillo.html • Kleinert J. 1994. Cleaning, roasting and winnowing. V: Industrial chocolate

manufacture and use.Beckett S.T. (ur.). Glasgow, Blackie Academic & Professional: 55-69

• Kristl J., �mid-Korbar J., Srčič S. 1992. Farmacevtska tehnologija 1. del. Ljubljana, Slovensko farmacevtsko dru�tvo: 112, 116-117.

• Likar M.1987. Mikrobiologija. Ljubljana, Cankarjeva zalo�ba • Macrea R., Robinson R. K., Sadler M. J. 1993. Encyclopedia of Food Science,

Food Technology and Nutrition. London, Academic Press: 1073-1097. • Robbers J. E., Tyler V. E. 1999. Tyler's Herbs of Choice. The Therapeutic Use of

Phytomedicinalis. London, Haworth Herbal Press:111-112, 174-175. • Roberts, International Commission on Microbiological Specifications for Foods

Microorganisms in foods 6, Microbial ecology of food commodities 1st ed. London, Blackie Academic & Professional, cop. 1998.

• Roberts, Pitt, Farkas, Grau. 1998. Cocoa, chocolate and confectionery. V: Microorganisms in foods 6, Microbial ecology of food commodities. London, Blackie Academic & Professional: 379-386

• Schwan F. R. 1998. Cocoa fermentations conducted with a defined microbial cocktail inoculum. Applied and environmental microbiology, 64, 4: 1477-1483

http://www.chocolatevalley.com/beautyproducts.htm

http://www.biochemica.com/butters.htm


http://serendip.brynmawr.edu/bb/neuro/neuro01/web2/Mendillo.html


• Trease G. D., Evans W. C. 1972. Pharmacognosy. 10th edition. New York, Williams and Wilkins Company: 501-503.

• Wood B. J. B. 1985. Microbiology of fermented foods. London, New York : Elsevier Applied Science, 2 zv. (XX, 371, I-14 str.) (XX, 292, I-14 str.)

• www.ag.uiuc.edu/~robsond/solutions/horticulture/docs/cocoabea.html • www.biochemica.com/butters.htm • www.botanical.com/botanical/mgmh/c/cacao-02.html • www.chocolateandcocoa.org/Producing/producingindex.htm • www.chocolatevalley.com/beautyproducts.htm • www.dpi.qld.gov.au/horticulture/6222.html • www.fao.org/ag/AGP/AGPC/doc/PUBLICAT/PUB6/P621.htm • www.gardenfoundation.com/newsletter/newsletter.htm • www.hort.purdue.edu/newcrop/duke_energy/Theobroma_cacao.html • www.hort.purdue.edu/newcrop/proceedings1993/v2-475.html • www.icco.org/questions/byproducts.htm • www.icco.org/questions/byproducts.htm, • www.icco.org/questions/husks.htm • www.icco.org/questions/pectin.htm • www.icco.org/questions/theobromine.htm • www.manbir-online.com/nutrition/chocolate.htm • www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&list_uids=11684527&dopt=Abstract

• www.oardc.ohio-state.edu/cocoa • www.oardc.ohio-state.edu/cocoa • www.sacofoods.com/foodofthegods.html

http://www.ag.uiuc.edu/~robsond/solutions/horticulture/docs/cocoabea.html

http://www.biochemica.com/butters.htm

http://www.botanical.com/botanical/mgmh/c/cacao-02.html

http://www.chocolateandcocoa.org/Producing/producingindex.htm

http://www.chocolatevalley.com/beautyproducts.htm

http://www.dpi.qld.gov.au/horticulture/6222.html

http://www.fao.org/ag/AGP/AGPC/doc/PUBLICAT/PUB6/P621.htm

http://www.gardenfoundation.com/newsletter/newsletter.htm

http://www.hort.purdue.edu/newcrop/duke_energy/Theobroma_cacao.html





http://www.icco.org/questions/pectin.htm

http://www.icco.org/questions/theobromine.htm

http://www.manbir-online.com/nutrition/chocolate.htm





http://www.sacofoods.com/foodofthegods.html

Documents

UNIVERZA V LJUBLJANI - web.bf.uni-lj.siweb.bf.uni-lj.si/zt/bioteh/seminar_all/zivil/2001_02/Kakav.pdf · univerza v ljubljani biotehni−ka fakulteta ”ivilska tehnologija biotehnolo−ka