Kakav

UNIVERZA V LJUBLJANI

BIOTEHNIKA FAKULTETA IVILSKA TEHNOLOGIJA

BIOTEHNOLOKA PROIZVODNJA: KAKAV

Alan OLAJA, Maja OTARI, Ale PES, Polonca TEFANI

(tudentje tretjega letnika tudija ivilske tehnologije)

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

Ljubljana, 2002

* Seminarska naloga pri predmetu Biotehnologija

Biotehnoloka proizvodnja kakava, seminar, Biotehnika fakulteta, tudij ivilske tehnologije, 2002 2

POVZETEK Po obiranju kakavovih sadeev se s palico ali noem 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 priblino en teden. Pri fermentaciji sodelujejo razlini mikroorganizmi: kvasovke in bakterije. Mikroorganizmi pretvarjajo sladkor najprej v alkohol, nato pa v kisline. Zaradi poviane temperature in ocetne kisline se sprostijo spojine, ki pridejo v stik z encimi, to pa povzroi nastanek prekurzorjev okusa. S tem se delno oblikuje tudi aroma kakava, ki se dokonno izoblikuje med suenjem in praenjem. Po praenju 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 okolado. Pri proizvodnji kakava nastajajo tudi stranski produkti, ki jih lahko uporabljamo kot surovino v drugih proizvodnjah. Tako recimo odveno pulpo uporabljajo v proizvodnji sladic, pektina, marmelad, alkoholnih pija, sokov, kisa, itd. Odpadek pa predstavljajo lupine zrnc in sadea, 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 MIKROBIOLOKE OSNOVE BIOPROCESA................................................................ 8

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

3.2 Zaetna 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 Znailnosti nekaterih mikroorganizmov prisotnih pri fermentaciji...........................12 3.6 Produkti ..................................................................................................................... 13

3.6.1 Vpliv zakljunih 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 sadea.................................................................................... 16 4.2.2.3 Vpliv postopkov po etvi............................................................................. 17

4.3 Spremembe v sestavi kakavovih semen po fermentaciji, suenju in praenju .......... 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 suenjem.................................................................... 19 4.5 Biokemijske spremembe med praenjem in oblikovanje arome............................... 19

5 BIOINENIRSKE OSNOVE BIOPROCESA................................................................. 20 5.1 Pripravljalni postopki ................................................................................................ 20


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

5.3 Zakljuni postopki ..................................................................................................... 22 5.3.1 Suenje................................................................................................................ 22 5.3.2 ienje .............................................................................................................. 23 5.3.3 Shranjevanje ....................................................................................................... 23 5.3.4 Praenje .............................................................................................................. 24

5.3.4.1 Praenje celega kakavovega zrna: ............................................................... 24 5.3.4.2 Praenje zrn brez lupinice............................................................................ 25 5.3.4.3 Praenje mase .............................................................................................. 25

5.3.5 Drobljenje praenih 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 pogae ..................................................................... 28

6 EKOLOKI ASPEKT BIOPROIZVODNJE KAKAVA................................................. 28 6.1 Sestava lupine sadea ................................................................................................ 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 sadea ..................................................................................................... 35

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


1 UVOD

1. 1 OPIS KAKAVOVCA

Kakavova zrna so semena majhnega drevesa Theobroma cacao (druina Sterculiaceae). Drevo so gojili v Juni Ameriki e pred prihodom pancev v 16. stoletju. Danes raste v obmoju vlanega tropskega gozda. Glavne drave pridelovalke kakava so: Gana, Slonokoena obala, Brazilija, Malezija in Indonezija. Trenutno 2/3 vsega kakava na svetu izvira iz Afrike in sicer je na prvem mestu Obala slonokoene kosti s 325 tiso tonami pridelka na leto, sledi Brazilija s 294 in Gana z 255. Pa e zanimivost: samo 20% vsega kakava na svetu pridelajo na plantaah, ostalo zraste na majhnih posestih. (Beckett, 1994)

Slika1: Glavne drave pridelovalke kakava (http://www.jmu.edu/biology/b325/cocoa/cacaomap.gi Kakavovo drevo je majhno, dosee 6 m viine in rzimzeleni in so dolgi 300 mm. Tudi cvetovi so majhnilisti so razlino obarvani od bele do roza barve. Zansadei rastejo na deblu drevesa ter na debelejih vejahpa se odebelijo. To strukturo imenujejo cvetna bopraujejo majhne uulke, med katerimi so najpomeLe majhen dele cvetov se oprai in razvije v saderazviti. Ponavadi so ovalne oblike in so dolgi med 1veina spremeni barvo iz zelene ali rdee 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. Priblino 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 tudmono kot Forastero, je pa bolj obutljivo in dovzetno

Pridelovalke kakava f) aste v senci vejih dreves. Listi so , priblino 15 mm v premeru. Cvetni imivo je, da cvetovi in potem tudi . Ve cvetov se zdrui skupaj, nato lazina (flower cushion). Cvetove mbneje muice (Ceratopogonidae). . Po 5-6 mesecih so e popolnoma 50-300 mm. Ko dozorijo, jih velika oranno. (Beckett, 1994)

pulpa. Vsako zrno je sestavljeno iz o. Tea suhega zrna se razlikuje od ava se uporabljajo le jedrca, in sicer celic je namenjenih za skladienje

purine. ( Macrea s sod., 1993)

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


Forastero je najbolj razirjen 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 kaejo, da je bolj soroden tipu Criollo. Zrno imajo lahko mono okoladno aromo, ampak z drugimi priokusi (sadni, rozinast, karamelni,). (Beckett, 1994)

2 ZGODOVINA BIOPROCESA Prva prianja o uporabi kakava prihajajo iz Gvatemale, kjer so nali posodo za kuhanje kakava iz leta 745 n.t. V Gvatemali so nali 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 palao vladarja Montezume, ki je ivel v velikem razkoju, so tam nali ogromne zaloge kakava. Azteki so kakav pred skladienjem suili na soncu, potem pa ga gali v glinenih posodah. Ko so odstranili lupino od jedrca, so jih s pomojo dveh kamnov, ki sta bila vboena oziroma izboena mleli. Dobili so tekoo kakavovo maso, ki so jo potem zmeali s koruzo, vanilijo in drugimi zaimbami in tako dobili kakavovo pogao. Nato so del te pogae odlomili in zmeali z vodo in dobili napitek. (Goldoni, 1998) Na internetu smo zasledili podatek, da so delali iz kakava pijao v katero bi poleg kakava in vode primeali feferone, vanilijo, med ter rdee barvilo in druge zaimbe. (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 rdee barve. Spil naj bi ga 50 a in ko bi ga zmanjkalo bi zlate ae vrgel pro, ker niso brez kakava ni 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)


uporabljali izkluno za hrano, temve tudi kot plailno sredstvo in kot plailo davkov. Ohranjene so nekatere listine o plaevanju davkov, na katerih so narisane posode in kakavove pogae, iz katerih se je pripravljal napitek. V tistem asu je 150 kakavovih zrn predstavljalo ekvivalent 6 anglekim penijem, cena enega sunja 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 okolada je prila iz besede chocolatl, aztekega naziva pijae, ki so jo proizvajali, semena kakava pa so imenovali caucauatl. panski kolonisti pa so ga e imenovali cacao. Ti dve besedi sta hitro nali svoje razliice po svetu: v paniji ( cacao, chocolate), Nemiji (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 Kritof Kolumb, ko se je vrnil iz svojega etrtega potovanja, vendar se kakav v tistem asu ni preve uveljavil. ele ko je nekaj let pozneje Cortez iz Mehike poslal recept za pripravo pijae, ki so ga panci e nekoliko dodelali, dodali sladkor in prevreli sestavine zaradi boljih senzorinih lastnosti, so zaeli panci, predvsem viji sloji, spoznavati kakav. V 17. stoletju se je, kljub veliki tajnosti o nasadih in proizvodnji, hrana za bogove, kot jo je poimenoval Linnaeus, razirila po Evropi in nekateri so jo celo prepovedali, kot recimo Frederik III Pruski, ki jo je razglasil za hudievo pijao. (Goldoni, 1998) Francija je nasadila prve nasade leta 1660 v svoji koloniji Martiniqueu, prvi tovor pa je priel 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 plantae kakavovca. Kakavovec se je raziril po celem svetu, panci so ga odnesli v Azijo in Oceanijo, Nizozemci so imeli plantae 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. Obiaj uivanja kakavovega napitka se je iz panije in Francije preselil


v Anglijo, kjer je leta 1650 postal modni hit. V Londonu je postala zbiralie visokih krogov hia okolade, ki so jo odprli leta 1657. Kmalu za njo so se odprle tudi ostale, dve celo v neposredni bliini palae St. James. Da so bile hie popularno zbiralie nam potruje podatek, da so se tam vrile kulturne prireditve npr. premiere dramskih del. V 19. stoletju je zaradi velikih planta, ki so se razirile po juni in severni polobli, predvsem v kolonijah, cena kakava padla, tako da so si ga lahko privoili tudi manj premoni ljudje. (Goldoni, 1998) Vse do leta 1795 se je izdelava kakavove pogae za proizvodnjo napitka izvajala rono 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 okolade. 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 okolado za pitje. Pri njeni izdelavi se iz kakavove mase ni izloevalo ni maobe (kakavovo maslo), temve so maso razredevali s snovmi bogatimi s krobom, najpogosteje je bila to koruzna moka, pozneje pa koreninice rastline marante. V tem asu se e ni proizvajalo okoladnih proizvodov oblikovanih z zlivanjem mase v kalupe. (Goldoni, 1998) Zanimivo je, da so ele leta 1828 zaeli s proizvodnjo takoimenovane trde okolade, ko je J. S. Fry, britanski proizvajalec okolade razvil sistem stiskanja kakava, ki je omogoil loitev kakavovih semen od kakavovega masla. Temu maslu so potem dodajali praena kakavova semena in sladkor, ter tako dobili temno okolado. C. J. van Houten je prvi izdelal kakav prah (alkaliziran kakav prah), prozvod, ki ga je dobil s pomojo alkalnih sredstev. Ta kakav prah je bil intenzivneje barve, boljega okusa, manj je bil kisel ter bolje topen kot v kakavovem napitku. Postopki preanja in alkalizacije so tudi dandanes del procesa v industriji kakavovih proizvodov. Prvo mleno okolado so naredili vicarji v znani tovarni Nestl z dodatkom mleka leta 1876. (Goldoni, 1998)

3 MIKROBIOLOKE OSNOVE BIOPROCESA 3.1 BOLEZNI DREVESA

3.1.1 Monilia (Moniliophthora roreri) Moniliophthora roreri preivi celoten ciklus ivljenja na drevesu. Detekcija in odstranitev je edini nain prepreevanja bolezni. Toda to moramo zaznati e pri prvih znakih. Okueni sadei morajo biti odstranjeni predno se pojavijo spore. Bolezni ni teko opaziti, saj so vidne otekline na sadeih. V roku 12 dneh po prvih opaznih znakih, se zanejo tvoriti spore, ki povzroijo spremembo barve. Odstranitev je tudi nujna zaradi deevja, ki raznosi spore po celotnem drevesu. (www.oardc.ohio-state.edu/cocoa) Slika 5: Moniliophthora roreri

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


3.1.2 rni sade rni sade ali Phytophthora je glavna bolezen kakava na svetu. Sade se lahko okui v katerem koli asu, najve kode pa se naredi, e se okui okoli dveh mesecev pred obiranjem. V tem asu lahko glive pridejo v notranjost razvijajoega se sadea. Zaetni simptom bolezni je pojav prosojnega znamenja. To znamenje kmalu postane okoladno-rjave barve, potem pa se hitro raziri v nepravilno obliko. iri se s hitrostjo 12 mm/dan. Bolezen je teko kontrolirati. Micelij je bil najden v razlinih koliinah v gnilih sadeih, spore pa so bile najdene na kupih, namenjenih fermentaciji tudi e po treh mesecih. V raznaanje bolezni so vkljuene tudi mravlje. Veina dreves je za uinkovito kropljenje prevelikih. S poveano zrano cirkulacijo se zmanja vlanost, ki delno prispeva k razsenosti bolezni. Ugotovljeno je tudi, da modificirana prst z uporabo apna za poveanje pH vrednosti, zavira razvoj Phytophthora. (www.oardc.ohio-state.edu/cocoa)

3.2 ZAETNA MIKROFLORA

Nepokodovana zrna imajo ni ali malo mikroorganizmov znotraj jedrc. Takoj po strtju sadea in odstranitvi sterilne pulpe se semena okuijo z bakterijami in glivami, ki izvirajo v glavnem iz prsti in zraka, pa tudi iz povrine sadeev ter rok in orodja obiralcev. Mikrobioloka okuba z doloenimi mikroorganizmi izvira iz fermentacijskih zabojev in koar, ki so konstantno v uporabi. Fermentacija kakava se vri v svetu na razline naine glede na koliino in tradicijo. (Roberts s sod., 1998)

3.3 PRIMARNI PROCESI

Fermentacija ostankov pulpe, ki obdajajo semena, vsebuje zunanje mikrobioloke, kot tudi notranje encimske procese in je pomemben korak . Tekom fermentacije kombinacija toplote in kislin priv izogne degradaciji kakavove maobe. Ve kot 60% izoliranih mikroorganizmov nima o fermentacijo. Razline sestave mikroflore bi lah , nehomogenosti fermentacijske mase, meanju zrn itn. Tri glavne faze fermentacije: a) proizvodnja alkohola b) proizvodnja kislin c) izkorianje kislin V veini primerov prehod ni oster in prihaja do prekriv

Slika 6 : Phytophthora (www.oardc.ohio-state.edu/cocoa) v oblikovanju prekurzorjev okusaede do unienja semen, ter se tako

itne esencialne vloge za uspenoko 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) Najpomembneje vloge kvasovk pa so:

a) razgradnja citronske kisline v pulpi privede do dviga pH vrednosti iz 3.5 na 4.5, kar omogoa 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 okoladni okus e) izloanje pektinaz, ki reducirajo viskoznost pulpe, s imer je omogoena aeracija mase. (Schwan, 1998)

Do tretjega dneva tevilo fermentativnih kvasovk upade in pogoji, nizka koncentracija kisika oz. visoka koncentracija CO2, ustrezajo razvitju mleno 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, pretvarjajo etanol v ocetno kislino. Obe kislini, ocetna in mlena, se lahko dalje oksidirata do CO2 in vode, z rastjo pH vrednosti. Te eksotermne oksidacije vodijo do dviga temperature mase do 45-50C, ta temperatura pa je optimalna za razvoj bacilov, ki tvorijo spore. Njihov


razvoj je tako pospeen s stalno naraajoo 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., e se pH vrednost med fermentacijo dvigne nad 5.0. eprav 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 Mleno kislinske bakterije Mleno kislinske bakterije: Lactobacillus cllinoides, Lb. plantarum, Lb. fermentum in Lb. mali. Mleno kislinske bakterije, podobno kot ocetno kislinske bakterije, so prisotne od zaetka do konca fermentacije in njihova glavna aktivnost je metabolizem irokega spektra sladkorjev v mleno kislino. (Roberts s sod., 1998) Njihove metabolne zmonosti pa zajemajo e veliko drugih komponent, vkljuno z organskimi kislinami in fenolnimi spojinami. Velika veina mleno kislinskih bakterij izkoria glukozo preko Embden-Meyerhof-Parnas poti, ter tako pridelajo preko 85% mlene kisline. Aerobne sporotvorne bakterije, kot je Bacillus, proizvajajo vrsto kemijskih spojin vkljuno z 2,3-butandiol, pirazin, ocetno kislino, in mleno kislino pod fermentacijskimi pogoji, ki pripomorejo h kislosti in vasih 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 povrini kupa, posebno e, e zrna ostanejo neobrnjena 2 do 3 dni. Po degradaciji ostankov pulpe in padcu temperature lahko micelij predre maso e je dovolj kisika in tako povzroijo strukturne spremembe, posebej e maobnih kislin. Aspergillus fumigatus, najbolj pogosta plesen med fermentacijo, je posebej kodljiva pri unievanju jedrc in dopua fermentacijo drugih plesni, kot so Asp. niger, Asp. flavus, Asp. tamarii, Eurotium spp., Penicillium spp. in Mucor spp. Prisotnost mikotoksinov je le redko zabeleena. To je verjetno posledica dejstva, da so okuene plasti izloene tekom nadaljnega procesa. Med nadaljnim suenjem vsebnost vode pade iz 60% na 6-8%. Umetno suenje je zelo hitro in ne dopua rasti plesni, medtem ko suenje na soncu traja tudi 7 dni ali ve, odvisno od podnebja. Na povrini posuenih zrn je populacija mikroorganizmov v glavnem sestavljena iz mezofilnih in termofilnih spor (106-107/g). Nali pa so tudi termoobutljive 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 vreah ali pod neprimernimi pogoji lahko povzroi kvarjenje zrn. Plesni, posebej kserofilne oblike, so se sposobne razviti, e so zrna pokodovana,


neprimerno posuena, ali e 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 lipolitino aktivnost in so njihovi glavni kvarljivci. Aspergillus in Penicillium sta tudi odgovorna za poveanje karbonilnih komponent, metil ketonov, 2-enolov, 2,4-dienolov. Veina teh je raztopljenih v maobni fazi in ostane v maslu po stiskanju. (Roberts s sod., 1998)

3.5 ZNAILNOSTI NEKATERIH MIKROORGANIZMOV PRISOTNIH PRI FERMENTACIJI

Kloeckera : iz druine Cryptococcaceae, vegetativna oblika je podolgovata jajasta celica; nekateri sevi tvorijo psevdomicelij. Razmnoujejo 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 druine Saccharomycetaceae, vegetativna oblika je cilindrina celica ali pravi micelij, ki pogosto razpade na odseke. Nespolno se razmnoujejo z delitvijo, pri emer nastaja prena membrana, nasprotno kot pri brstenju. Pri spolnem razmnoevanju 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 jajastih ali paliastih nesporogenih bakterij z biki. Vrste so v razlinih fermentativnih pridelkih; znailno je, da oksidirajo etanol v ocetno kislino in ogljikov diokisid. Optimalna temperatura za rast je 30C, pH vrednost pa 6. (Likar, 1987) Acetomonas, Gluconobacter, rod gramnegativnih, obligatno aerobnih kemoorganotrofnih nesporogenih jajasth ali paliastih bakterij s koniastimi biki iz druine Pseudomonadaceae. Navzoi so v razlinih fermentiranih pridelkih. Oksidira etanol v ocetno kislino in glukozo. Optimalna temperatura za rast je 25C, pH vrednost pa 5.5. (Likar, 1987) Lactobacillus, rod grampozitivnih nesporogenih katalaza negativnih anaerobnih, mikroaerofilnih ali fakultativno aerobnih bakterij. Organizmi so ravne ali ukrivljene palke ali kokobacili. Presnavljajo fermentativno; vse vrste kot poglavitni konni pridelek fermentacije pridelujejo laktat. Glede na prehrano so zahtevni navadno potrebujejo ve vitaminov. (Likar, 1987) Bacillus, rod paliastih, sporogenih bakterij, ki so kemoorganotrofne, fakultativno anaerobne. So znailni grampozitivni gibljivi bacili, katalaza pozitivni. Razirjeni so povsod kot saprofiti v zemlji in vodi, nekatere vrste so patogene za loveka in ivali. Spore so odporne za navadna razkuila in temperature pod 100C. (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 zakljunih procesov na mikroorganizme okolada: Nadaljni procesi praenih zrn kot so mletje in drobljenje ter loevanje imajo majhen vpliv na konno sestavo mikroflore. Tudi e temperature doseejo 60-80C, so mikroorganizmi zaiteni z nizko aW vrednostjo in visoko koncetracijo maob. Konno 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 85-115C da obdrimo eljene fizikalno-kemijske lastnosti. Ta obdelava ima visok sterilizacijski uinek zaradi kombinacije vode, alkalij in visoke temperature. Mikroflora je veinoma dodana pri nadaljnih postopkih s skoraj sterilno tekoino. Tekom drobljenja se odvaja toplota, hladni zrak pa mora biti suh da preprei razvoj plesni. (Roberts s sod., 1998) 3.6.2 Kvar okolada: Zaradi nizke aW vrednosti med 0,4 in 0,5 mikrobioloki kvar okolade ni mogo. Razvoj plesni na produktu in pakirnem materialu je opaen pri zelo nizki vlanosti in pri okoladi pripravljeni z razlinimi tipi sladkorjev, saj ti spremenijo aW vrednost. Kakavov prah: Kvar kakavovega prahu s plesnimi je opaen le v primeru dviga vlanosti. (Roberts s sod., 1998) 3.6.3 Patogeni Staphylococcus aureus preivi nekaj mesecev v okoladi, a verjetno ne proizvaja vejih koliin toksinov, saj ne more rasti. Edini drugi patogen v okoladi in kakavovem prahu je Salmonella. Znanih je mnogo zastrupitev z razlinimi vrstami salmonel. Znailna lastnost Salmonella v okoladnih produktih je preivetje dolgih obdobij, tudi do nekaj let v primeru naravne kontaminacije produktov. Salmonele kaejo visoko temperaturno odpornost, ki je posledica nizke aW in zaitnega efekta maob. S.anatum je najbolj temperaturno odporna vrsta. Temperature 70-80C ne nudijo uimkovitega unienja in tudi obutno povianje temperature(


4 BIOKEMIJSKE OSNOVE BIOPROCESA 4.1 KEMIJSKA SESTAVA NEFERMENTIRANIH KAKAVOVIH SEMEN

4.1.1 Polifenoli Med polifenoli so najpomembneji flavan-3-oli. Tip Forastero vsebuje leukocianidine (5865%), katehine (29-38%) in antocianine (1,7-4,0%). Odkrili so tudi flavonole, ki so prisotni v manjih koliinah: kvercitin, kvercitin-3-glukozid in kvercitin-3-galaktozid. Nali 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. e se oksidirajo z encimi, to povzroi porjavenje med suenjem po fermentaciji. (Macrea s sod., 1993) 4.1.2 Alkaloidi Med njimi sta glavna teobromin (1-2% suhe tee) in kafein (0,2% suhe tee), 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 tee, medtem ko prosti sladkorji le 2-4% suhe tee. Saharoza je najbolj zastopana (90% vseh sladkorjev), manj pa je fruktuze in glukoze (6%). V zelo malih koliinah so odkrili tudi galaktozo, rafinozo, melobiozo, sorbozo, manotriozo, ksilozo, arabinozo, manitol in inozitol. V sveih kakavovih semenih so prisotne le nehlapne kisline in e te v nizkih koncentracijah. Fosforna, mlena, jabolna in vinska kislina skupaj predstavljajo 0,32% suhe tee, 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 tee. Semena tipa Forastero vsebujejo ve proteinov kot semena tipa Criollo. Svea jedrca vsebujejo okrog 5 mg g-1 (suha tee) prostih amino kislin. Amino kisline v proteinih in proste amino kisline so veinoma kisle. (Macrea s sod., 1993) 4.1.5 Encimi V sveih kakavovih semenih so odkrili tevilne encime, ki so aktivni v postmortalni fermentaciji ali suenju. 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 mono zmanja. Kljub


temu pe je e dovolj aktivna, da povzroi porjavenje med suenjem. Najvijo 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 zanejo kvasovke pretvarjati sladkorje v etanol. To poteka v anaerobnih pogojih. Pravtako poteka mlenokislinska fermentacija, ampak v manji meri. Ogljikov dioksid, ki nastaja, izpodriva kisik iz bioreaktorja. Semena: Veina semen je v tej fazi e nepokodovanih. (Macrea s sod., 1993) II. faza: Pulpa: Nastaja vedno manj ogljikovega dioksida, saj se pulpa sasoma porablja in s tem tudi sladkorji, ki so substrat za kvasovke v alkoholni fermentaciji. Posledica tega je, da je vedno ve prisotnega kisika. Ti pogoji omogoajo, da ocetnokislinske bakterije zanejo oksidirati etanol v ocetno kislino, to pa naprej do ogljikovega dioksida in vode. Pri tem se sproa toplota, ki dvigne temperaturo iz temperature prostora na 45-52C. V tej fazi je potrebno aerirati. Semena: Temperatura nad 45C in ocetna kislina razgradita semena. Gradient ocetne kisline se poasi premakne iz povrine jedrc v mezofil. Plazmaleme in tonoplasti se poruijo, kar povzroi, 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: Upoasni se nastajanje ocetne kisline, saj se je e skoraj ves substrat porabil. To povzroi, da se pH vrednost pulpe za malenkost zvia, ostane pa e vedno kisla (pH 5,0). Zaradi pomanjkanja substrata in zmanjane mikrobne aktivnosti pade temperatura. Nastajanje mlene kisline, ki se je med drugo fazo ustavilo, se lahko spet povea. Semena: Do konca potee veina postmortalnih encimskih in neencimskih reakcij. Oblikujejo se razni prekurzorji za razvoj arome. (Macrea s sod., 1993) IV. faza: V tej fazi je najpomembneje, da se fermentacija zaustavi ob pravem asu. e je ne prekinemo, lahko pride do prekomerne fermentacije. Zanjo je znailno hitro naraanje pH vrednosti najprej na povrini semena in kasneje e v jedrcih. Semena ponavadi potemnijo ali celo pornijo, dobijo tudi neprijeten priokus, ki ne izgine. Ponovno poveanje temperature kae na to, da je lahko prilo do delovanja aerobnih mikroorganizmov na lupinici. To se zgodi, e suenja ne izvedemo takoj po fermentaciji. (Macrea s sod., 1993)


Slika 7: Kemijske spremembe med fermentacijo v kakavovem semenu. (Beckett, 1994) 4.2.2 Spremembe v poteku fermentacije 4.2.2.1 Vpliv aeracije Na hitrost fermentacije zelo vpliva aeracija ali prezraevanje. im veja je aeracija v I. in II. fazi, hitreje nara peratura, hitreje je doseen najviji nivo ocetne kisline in hitreje pada pH vrednost jedrc. V praksi aeracijo pospeujejo z obraanjem. Odvisna je tudi od tipa fermentorja in delea pulpe. Majhen stoast kup (250 kg) je dosti bolj aeriran kot zaboj globok 100 cm. Aeracija vpliva tudi na nehomogen potek fermentacije. V I. fazi je kisik dostopen le povrinskemu sloju, meCona oksidacije pulpe pulpe velik in e se temperaturami v spodfermentacija v zgornjihin 48 urah, ne more pa 4.2.2.2 Vpliv zrelosti sa V preve zrelih sadeprevekratno aeriranje potek fermentacije. Z(Macrea s sod., 1993)

KOFEIN TEOBROMIN

EPIKATEHIN

LEVKOCIANIDINI

KOMPLEKSNI TANINI

PROTEINI PEPTIDI AMINO KISLINE

ANTOCIANI CIANIDIN SLADKORJI

SLADKORJI ZRNO

KO EMBRIO ODMRE SE SPROSTIJO ENCIMI IN RAZNE SPOJINE

FERMENTABILNI SLADKORJI

MIKROBIOLOKA AKTIVNOST

OGLJIKOVI HIDRATIPEKTINI HEMICELULOZEORGANSKE KISLINE

ETANOL MLENA KISLINA

OCETNA KISLINA

TOPLOTA

PULPA

TOPLOTA dtemin nasemnjih sloj

se od

dea

ih sozma

aradi ko so spstajanja oena ne oslojih traih. Ta nehpraviti v c

semena njalo ka tega lahodncetnbrajajomelo

prepacko a temji sloji e vedno v atmosferi ogljikovega dioksida. e kisline se poasi premika dnu. e je dele ajo, potem lahko anaerob goji z nizkimi o dalj asa. V tem pa se lahko zakljui ogenost se lahko odpravi s preobraanjem po 24 ti. (Macrea s sod., 1993)

kritaiteto prid lojem pulpe. V tem primeru bi

es tanjim s

pulpe in ta ne bi zado do prezgodnje prekoni po

protistovamernasu la za normalen e fermentacije.


4.2.2.3 Vpliv postopkov po etvi e pustimo sadee po etvi deset dni na zraku ali e semena po odpiranju sadeev za nekaj ur pustimo, da se pulpa posui, pride do zmanjanja volumna pulpe, pulpne vode in pulpnih sladkorjev. Posledica tega je, da sta nastajanje in akumulacija ocetne kisline v pulpi in jedrcih bistveno zmanjani. S tem postopkom prepreujejo prehitro zakisanje jedrc. (Macrea s sod., 1993)

4.3 SPREMEMBE V SESTAVI KAKAVOVIH SEMEN PO FERMENTACIJI, SUENJU IN PRAENJU

4.3.1 Kakavovo maslo Maoba predstavlja 52-57% suhe tee jedrc. Sestavlja jo 95% trigliceridov, 2% digliceridov, manj kot 1% monogliceridov, 1% polarnih lipidov in 1% prostih maobnih kislin. Med trigliceridi je 37% oleinske kisline, 32% stearinske kisline, 27% palmitinske in 2,5% linolne kisline (glede na skupne maobne kisline). Druge nasiene in enkrat nenasiene maobne kisline ne prispevajo ve 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 zaetne vrednosti (tabela 2). Po suenju in praenju 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: Uinek fermentacije, suenja in praenja na sestavo kakavovih zrn (de Brito s sod., 2000)

Fermentirana zrna 0h 72h

Posuena zrna

Praena zrna

Skupni fenoli (mg tannic acid g 1) 2315a 2135a 1576b 1316c Proteini (mg g1) 2208a 1579a 1189b 1387b Amino-terminalne skupine (mg glicina g1)

21.60.2b 35.61.2a 32.61.9a 22.11.1b

Proste amino kisline (mg g1) 25.70.7a 32.11.8b 35.31.3b 24.12.1a Reducirajoi sladkorji (mg glukoze g1)

50.10.3b 63.00.5a 28.00.5c 14.60.1d

Oligosaharidi (mg glukoze g1) 7.91.4a 6.71.9a 7.90.7a 7.71.1a krob (mg glukoze g1) 1405a 1275a 1369a 1624a

Vrednosti so izraene s standardno deviacijo SD. rke (a, b, c, d) v vrsticah imajo razlien pomen (P < 0.05). Vrednosti se nanaajo na zrna, ki so jim bile odstranjene maobe.


4.3.3 Proteini Med fermentacijo so zasledili velik padec vsebnosti proteinov (tabela 2). Na drugi strani pa sta se poveali 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 specifine peptide in amino kisline, ki so izrednega pomena za aromo. Vsebnost proteinov se med suenjem in praenjem le malo spremeni, medtem ko se vsebnost amino-terminalnih skupin med praenjem zmanja. Enako velja za proste amino kisline, pri katerih zmanjanje predstavlja kar 32%. To zmanjanje pripisujejo Maillardovi reakciji, v katero vstopajo amino kisline med praenjem. (de Brito s sod., 2000) 4.3.4 Amino kisline Po 72 urah fermentacije se vsebnost povea pri vseh amino kislinah, razen pri lizinu in tirozinu (tabela 3). V posuenih zrnih so vrednosti v primerjavi z nefermentiranimi zrni vije, izjema sta glutaminska kislina in prolin. Med praenjem pa se povea vsebnost glutaminske kisline, vsebnosti ostalih amino kislin pa se zmanjajo. (de Brito s sod., 2000) Tabela 3: Proste amino kisline in sladkorji (M g-1) v kakavovih zrnih (v oklepajih je navedena sprememba v odstotkih od prejnjega stolpca) (de Brito s sod., 2000)

Fermentirana zrna Sestavine 0h 72h

Posuena zrna

Praena 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 povea vsebnost reducirajoih sladkorjev, med suenjem in praenjem pa se vsebnost le-teh zelo zmanja (tabela 2). V tabeli 3 se vidi, kako nenehno pada vsebnost saharoze. Vsebnosti glukoze in fruktoze pa se poveujeta med fermentacijo, med suenjem in praenjem pa padata. Zaetni porast glukoze in fruktoze gre na raun inverzije saharoze. Zmanjanje vsebnosti glukoze, e posebej pa fruktoze se med praenjem pojavi zaradi vstopanja le-te v Maillardovo reakcijo. To zmanjanje je lahko 100%-tno in je tako kot pri amino kislinah odvisno od asa in temperature praenja. (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 suenjem in praenjem pa se njegova vsebnost povea (tabela 2). (de Brito s sod., 2000)

4.4 BIOKEMIJSKE SPREMEMBE MED SUENJEM

Med suenjem 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 suenjem ustavi. Pri pH vrednosti, ki je vija 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 suenjem. Posledica oksidacije polifenolov in polimerizacije kinonov je zmanjanje 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 vkljuujejo 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 suenjem. (Macrea s sod., 1993)

4.5 BIOKEMIJSKE SPREMEMBE MED PRAENJEM IN OBLIKOVANJE AROME

Med praenjem pride do zmanjanja vlanosti, odstopanja lupinice od zrna in konnega razvoja arome. Reakcije, ki so zelo kompleksne in ki so zelo pomembne za oblikovanje arome, poteejo med karbonilnimi in amino skupinami. To je tako imenovano neencimsko porjavenje ali Maillardova reakcija. V grobem jo lahko razdelimo v tri stopnje. Najenostavneje so reakcije v zaetni stopnji. Reducirajoi sladkorji in amino kisline tvorijo tako imenovane Amadorijeve spojine. Kemijsko so to glukozilamini oziroma fruktozilamini, odvisno od zaetnega reducirajoega sladkorja. Nato pride do preureditve teh glikozilaminov v izomerizajske produkte. e je glukoza zaetni sladkor, se izomerizira


v aminirano fruktozo. Te zaetne reakcije so pomembne, ker nobena od naslednjih reakcij ne potee brez teh izomerizacijskih produktov. Med drugo fazo poteejo reakcije dehidracije, fragmentacije in transaminacije. Oblikujejo se kompleksne spojine, kar pa je mono odvisno od temperature in pH vrednosti. Strukture teh spojin niso povsem poznane. V kislem se tvorijo hidroksimetilfurfural in drugi produkti iz furfurala. e je pH vrednost nevtralna, nastanejo reduktoni. V zakljuni fazi pride do polimerizacije in s tem se zakljui razvoj arome. Med najpomembneje komponente arome pritevajo pirazine, pirole, piridine, imidazole, tiazole in oksazole. Koncentracija pirazinov se v praenih zrnih razlinega 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 praenjem pri oblikovanju arome nastane 400-500 snovi. Zraven e natetih spadajo e alkoholi, ketoni, estri, amini, veplo vsebujoe spojine, (Beckett, 1994)

5 BIOINENIRSKE OSNOVE BIOPROCESA Posuena semena, katerim je bila odstranjena pulpa in niso bila v stiku s fermentacijo, so rahlo sive barve, za razliko od rdee-rjavih, ki so bila fermentirana in nato posuena. Tudi proizvodi iz sivih semen so skrajno grenki in neokusni, zato je fermentacija eden najpomembnejih korakov do nastanka pravega okusa kakava. Ker vsaka vrsta kakava potrebuje drugano fermentacijo, je tehnik veliko, razline metode pa uporabljajo tudi na plantaah in malih posestih. V Zahodni Afriki, kjer veina kakava pride iz manjih posesti, poteka fermentacija v reaktorjih, ki so v bistvu veliki kupi, obdani z bananinimi listi, ki sprejmejo od 25 pa tja do 25000 kg vlanih kakavovih semen. Obiajno poteka fermentacija 5 dni, drugi ali tretji dan pa se biomasa tudi premea. Na plantaah pa fermentacija poteka v velikih lesenih zabojih, ki sprejmejo 1-2 toni vlanih semen. Zaboji morajo imeti odprtine za dovod zraka in izhod sladke utekoinjene pulpe, nahajajo pa se ali na vrhu ali pa jih speljejo med tankimi deicami, ki jih poloijo okrog 6 mm narazen po povrini. Zaboji so dolgi 1-1,5 m in globoki tudi do 1 m. Zaradi bolje aeracije na zaetku fermentacije pa uporabljajo zaboje, globoke od 250 do 500 mm. Enakomernost fermentacije in boljo aeracijo doseejo tudi s prelaganjem semen iz enega zaboja v drugega vsak dan. Za razliko od malih pridelovalcev kakava na plantaah poteka fermentacija malo dlje in sicer 7 do 8 dni. (Beckett ,1994)

5.1 PRIPRAVLJALNI POSTOPKI

Ker kakavovi plodovi ne dozorijo vsi ob istem asu traja etev lahko tudi nekaj mesecev, obiajno 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, e plodove po obiranju e nekaj asa shranjujejo; senzorine lastnosti se izboljajo. Kakavov plod je sestavljen iz zunanje lupine, znotraj lupine pa se nahaja sona kaasta brozga-pulpa, ki vsebuje tudi do 50 semen. Lupino se odpre z noem ali preprosto s palico, paziti je potrebno le, da se ne pokoduje semen, ki jih nato rono odstranijo od placente. Semena


vsebujejo okrog 65% vode, v sluzasti brozgi pa se s asom namnoijo bakterije in kvasovke, ki sprostijo sladkorje in razsluzijo tekoino, da odtee. Semena nato ispostavijo soncu ali pa jih posuijo v suilnikih. (Beckett ,1994)

Slika 8: preno 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 zanejo kvasovke s pretvorbo sladkorjev iz pulpe, ki obdaja semena, v etanol. Tako se vspostavi zaetno anaerobno okolje. Bakterije nato prinejo z oksidacijo etanola do ocetne kisline in naprej do ogljikovega dioksida in vode, kar povzroi dvig temperature v prvih 24 urah tja do 40 C. Ko se naslednji dan pulpa utekoini in zane odtekati skozi majhne pore na dnu, se tevilo bakterij povea, tvori se mlena kislina in ocetno pogojih oksidirajo ve alkohola do ocetne do 45 C ali ve. V ostalih dneh fermentacij vse bolj aerobnih pogojih, saj ostala uteko i napolni prostor med semeni. Visoko temper , ki jo poveamo z meanjem in obraan fermentacija kar se da enakomerna. Strokov procesu suenja, preden se % vlage prev semenih, ki se suijo pod soncem, saj je tako 5.2.1 Napredna fermentacija V praksi veina planta, e posebej tiste nkakav. Da bi se tega znebili in izboljodstranjevanje pulpe in s tem poveanje aesadee 9-12 dni, ele potem jih odprejo in fenkrat obrnejo. Suijo jih najprej na zrakvrstami kakava so tako dosegli velike izhidravline pree za odstranitev pulpe prkakovost kakava; manjo kislost in bolji ok

Slika 9: Zaboji za fermentacijo (www.dpi.qld.gov.au/horticulture/6222.html) kislinske bakterije, ki v rahlo bolj aerobnihkisline. To povzroi nadaljni dvig temperaturee (5-6 dni) se bakterijska aktivnost nadaljuje vinjena pulpa odtee in pusti prostor za zrak, katuro e vedno vzdruje bakterijska aktivnostjem semen, kar prav tako omogoi, da jenjaki domnevajo, da se fermentacija zane e ve ne znia. To je e posebej pomembno v suenje poasneje. (Beckett ,1994) a jugovzhodu Azije proizvajajo zelo kiselkast ali okus, so zaeli uporabljati metode za racije. V Sime-Cadbury procesu pustijo zrele

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


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

Kemijske spremembe Kemine spremembe narekuje odmiranje embria v semenu, saj popokajo membrane, s tem pa pridejo v kontakt sestavine, ki so bile do tedaj loene. 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 povzroajo hidrolize. Z dovajanjem zraka v seme tkivo temni, saj prevladajo oksidacijske reakcije. Istoasno, ko spremljamo vidne spremembe, prihaja tudi do drugih kemijskih reakcij, ki vkljuujejo akumulatorne proteine in polifenole, a niso povsem pojasnjene a hkrati nenadomestljive za nastanek okoladnega okusa. (Beckett ,1994)

5.3 ZAKLJUNI POSTOPKI

5.3.1 Suenje Po konani fermentaciji obdelana semena, v nadaljevanju zrna, odstranijo iz bioreaktorjev (zabojev) in jih pripravijo za suenje. Med zrni ni ve pulpe, imajo pa e vedno visoko vsebnost vode, zato so mehka. Zrna nato, e je ob etvi vreme suho, nasujejo na pladnje 10 cm na debelo in izpostavijo soncu. Plasti zrn nato periodino rahljajo z grabljicami, ponoi in ob deju pa jih zaitijo s posebnimi preminimi strehami. Ob slabem vremenu lahko plasti zrn tudi zloijo eno nad drugo ali pa jih, ker imajo pritrjena koleka, odpeljejo pod streho, kjer so e bolj varne. Takna praksa je razirjena v Zahodni Indiji, v Zahodni Afriki pa zrna kar nasujejo na teraso ali streho. Da se vsebnost vode v zrnu zmanja na 7%, kar je potrebno da prepreimo moen nastanek plesni tekom skladienja, je obiajno potreben teden sonnega vremena. V podrojih, kjer je vreme bolj vlano med etvijo, pa suijo s suilniki. (Beckett ,1994) Najenostavneja oblika suenja je suenje, pri katerem pod ploato streho na kateri se suijo 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 suilnik odlino zgrajen in dobro nadzorovan. (Beckett ,1994)

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


Lahko pa segrevajo zrak z bencinom ali dizelskim gorivom, a potrebujejo uinkovit izmenjevalec toplote, da izpuni plini ne pridejo v kontakt z zrni. Takno opremo, ki se je izkazala za precej dobro, uporabljajo na velikih plantaah v juno vzhodni aziji. Suenje s suilniki pa privede do dveh problemov: Zrna se posuijo prehitro in postanejo preve kisla, kar pa popravijo tako, da

zniajo temperaturo suenja in jim pustijo noni poitek, da se vsebnost vode skozi no uravnotei 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 okolade. (Beckett ,1994)

5.3.2 ienje Po fermentaciji in suenju sledi ienje npr. koki stekla, pesek, kamenki, p potrebno tudi zrna, ki so plesniva, n . Pomembno je, da v celoti odstanimo , ampak tudi zaradi morebitnih okvar na p za odstranjevanje vejih in manjih delce 5.3.3 Shranjevanje e zrn takoj ne porabimo v nadalnji proizvodnji, jih shranjujemo. Obiajno se kakavova zrna pakirajo v vree iz jute neto mase 50 do 80 kg. Tehnini predpisi zahtevajo od vree da je ista, kar pomeni da je nova, v dobrem stanju, dovolj vrsta in preita po predpisih, material iz katerega je narejena ne sme vplivati na prehransko vrednost vsebine, barva za oznaevanje pa ne sme priti v stik z robo. Vree morajo biti pravilno oznaene in popisane. Vsaka poiljka s vsebnostjo vode pod 7,5% se lahko takse morajo kakavova zrna posuiti na vnajenostavneje posui tako, da se jih stprostora z ustreznim prezraevalnim sistedo 80) ali pa v samem prailniku, seve65) priblino 15 minut, kar unii tudi kaKakavova zrna se skladiijo v silosih irazpoke v njem popolno skrivalie zaprimeren beton, ker je prisotna monvsebujejo veliko koliino lahko hlapnih do 15000 ton zrn, katera so na stalni temnevarnosti, da bi se pojavile plesni ali insin odstranjevanje kakrnekoli snovi, tujkov kot sorah, koki lesa in grudice zemlje. Odstraniti jeapadena od insektov, zlomljena ali zadimljenate neistoe, ne samo zaradi kvalitete produktaredelovalnih napravah. Ta postopek vkljuuje sitav ter magnete za elezo. (Beckett ,1994) oj skladii, e pa je vsebnost vode veja od 8%, sebnost od 5 do 7% vode. Manje koliine se

rese iz vre in posui na tleh svetlega in suhega mom. Veje koliine pa se suijo v suilnikih (60

da na manji temperaturi kot pri praenju (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 namre

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

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


5.3.4 Praenje Zrna praimo da zmanjamo koliino vode na priblino 2%, da zmanjamo kislost, oblikujemo kakavovo aromo in okus ter zmanjamo vrstost zrn, tako da lupinica odstopi in dobimo isto zrno (jedrce). Nastajanje arome je kemijsko zelo kompleksno in vkljuuje procese vse od fermentacije do praenja in ostalih korakov, ki se vrijo v proizvodnji. V ta namen se uporablja razline prailnike, ki za termino obdelavo fermentiranih kakavnih zrnc lahko uporabljajo vroi zrak, nasieno suho paro ali energijo infrardeega sevanja. Pri oblikovanju arome je teko dosei eljeni uinek. To zavisi predvsem od uporabe ustreznega prailnika Praenje traja od 5 do 70 minut od 70 do 140C, odvisno od kapacitete in potrebne stopnje praenja. (Goldoni, 1998) Vsi prailniki morajo nuditi zadostno koliino toplote tekom praenja, tako da toplota prodre v globino vsakega zrna. Prailnik mora biti zasnovan tako, da omogoa prost izhod vodne pare, hlapnih kislin in drugih plinskih produktov nastalih pri razgradnji sestavin kakava med procesom praenja. Prailniki so lahko arni ali kontinuirni, eprav prevladujejo kontinuirni zaradi veje kapacitete. Od kontinuirnih prailnikov najve uporabljajo tiste z direktno termino obdelavo zrn v tankem sloju z vroim zrakom. Takoj po termini obdelavi je treba zrna ohladiti na temperaturo nijo od 40 do 50, da se zaustavijo procesi termine razgradnje vsebin zrna, e tega ne doseemo pride do prepraenja kar se kae v temneji barvi proizvoda, grenkem priokusu in nespecifini kakavovi aromi. (Goldoni, 1998) 5.3.4.1 Praenje celega kakavovega zrna: Praenje 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 maoba iz sredice migrira v lupinico, kar zmanja vsebnost maob v konni masi. Omembe vredno je tudi, da se veliko energije porabi za praenje lupinic, ki jih potem vrejo pro. (Beckett, 1994) kakavova zrna niso enake velikosti Praenje je najbolje za srednje velika zrna, a naalost velikosti variirajo tudi glede izvora in letnega asa obiranja. Tako se zgodi, da so majhna zrna preve prepraena, 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 precejen, odvisem je od izvora in pa od stopnje fermentacije. Zaradi teh pokodb dobijo manj kakavovega masla, saj utekoinjeno maslo iztee iz celic in ga vsrka lupinica, ki pa vsebuje nizko koliino maob. To nam pove tudi podatek, da vsebuje nepraena lupinica zrna 2% maob, praena pa 5-6%. (Beckett, 1994)


Slika 13: Stopnja praenosti kakavovih semen razlinih velikosti pri istih pogojih Prednosti: Prednost praenja celih zrn pa je v tem, da po praenju laje odstranimo lupinico, saj se razrahlja med procesom. Iz istega razloga so uvedli dvostopenjsko toplotno obdelavo pred praenjem, saj se zrna bolje presejejo, lupinica poi in ni ve problemov z migracijo maobe med samim praenjem. Navadno poteka postopek tako, da zrna ispostavimo vroemu zraku, nasieni vodni pari ali infra rdeim arkom, paziti pa moramo, da vsebnost vode v zrnu ne pade pod 3,5%. (Beckett, 1994) 5.3.4.2 Praenje zrn brez lupinice Kot smo e omenili, se s predhodno toplotno obdelavo znebimo nekaterih teav, poleg problema z maobami prihranimo na energiji, ki bi jo porabili pri praenju lupinic in pa eliminiramo mogoe nepravilnosti vonja in okusa, nastalega zaradi neisto v procesu praenja. Zrna brez lupinice so si po velikosti veliko bolj podobna, nekateri delavci pa jih e zdrobijo, da so res priblino enake velikosti. e imamo kakav slabe kvalitete, ga lahko izboljamo z dodatki za zmanjevanje sladkorja. (Beckett, 1994) 5.3.4.3 Praenje mase Tu govorimo o tekoi masi, ki potrebuje enakomerne koliine energije, stroji pa so preprosti in proces niti ni preve 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 teko rpamo, ne smemo pa uporabljati zrn z ve kot 2,5% vode kajti to se pozna tudi na slabih senzorinih lastnostih. V splonem se praenje tekoine ne ravna po asovno/temperaturnem reimu, ki je tako uspeen v odstranjevanju mikrobiolokih kontaminantov pri drugih dveh metodah. Mletje nepraenih zrn omogoi mikroorganizmom, da se obloijo z maobo in jih je tako e teje ubiti, velika povrina pa pripomore k odstranjevanju hlapnih komponent in s tem uravnavanja vonja, to pa pripelje tudi do zmanjanega obdelovalnega asa. (Beckett, 1994) 5.3.5 Drobljenje praenih kakavovih semen in odstranjevanje lupinice Najpogosteje se kakavova zrna takoj po praenju drobijo, potem pa se iz mase zdrobljenih semen louje lupinica, vasih celo klice zrna. Praena kakavova zrna vsebujejo 10 do 15%


lupinic in 1% klic. Za izdelavo okolade in ostalih proizvodov vrhunske kakovosti masa ne sme vsebovati veliko lupinic ali klic, prav tako ne ostankov zemlje ali peska. Vsebnost veje koliine lupinic se bo poznala na barvi in okusu okolade, zmanjala pa bo tudi uinkovitost valjanja. Praena kakavova zrna drobijo na stroju drobilniku, ki je v istem sklopu kot stroj za loevanje lupinic in zdrobljenih zrn od celih, zdravih zrn. Drobilnik je lahko osnovan na razlinih principih, najve 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 ve delov, zaeljeno je, da z drobljenjem nastanejo veliki deli jedrca in lupinice, saj ju potem laje loimo ter dobimo produkt z manjo vsebnostjo lupinic. Delovanje drobilnikov se regulira glede na velikost zrn, tako da se manje zrno ne izmuzne ali veje preve ne zdrobi. Kljub reguliranju dobimo neko koliino isto zdrobljenih pa tudi malih celih zrn, zato je zaeljeno, da so zrna im bolj enake velikosti. (Goldoni, 1998) Zdrobljena kakavova zrna nato potujejo v sistem za loevanje lupinic od jedrc. Sistem vsebuje vibrirajoa sita razlinih odprtin. Za loevanje lajih 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 veji uinek odstranjevanja kot ventilator, ki prepihuje zrak preko mase zdrobljenih zrn. Na prvem situ se odvajajo nezdrobljena zrna, ki se vraajo na drobljenje, na ostalih se louje delke po velikostih in se jih vodi v nadaljni postopek. eprav je v praenih semenih 10 do 15% lupinic in 0,8 do 1,2% klic, lahko iz zdrobljenih zrn loimo od 80 do 86% neisto. Iz drobnih delkov jedrc, lupinic zrna in klic, ki jih odpihne zrak, lahko prav tako delamo okoladno maso ali kakavov prah, seveda pa moramo upotevati da so proizvodi nije kakovosti. Tudi odpadne kakavove lupinice vsebujejo e nekaj ostankov jedrc in sicer od 0,3 do 0,6%, vendar se jih obiajno ne louje, temve se jih zage ali pa uporabi v izdelavi krmil. Dobljena zdrobljena zrna se shranjuje v lesenih ali kovinskih shranjevalnikih, priporoa pa se, da se na dan naredi najve 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 okoladno maso. V postopku mletja razbijamo stene celic, iz katerih se nato osvobodi maslo in se zaradi poviane temperature (trenje pri mletju) spreminja v tekoo obliko. Poznamo predhodno mletje, pri katerem se maslo e izloi, vendar pa ostanejo e vedno veji delki v tekoi masi in pa fino zakljuno mletje, kjer se izloi iz celic ostalo kakavovo maslo. Uporabljajo se razline vrste mlinov, med katerimi so najpogosteji mlini z diski, kladivci, valji in pa kroglini mlini. Izmed valjnih mlinov sta najbolj razirjena trovaljni in petvaljni. V klasinem postopku izdelave kakavne mase za kakavoven proizvode se najvekrat uporabljajo mlini s tremi valji. Pri uporabi taknih mlinov je treba paziti predvsem na tlak med valjem in pa temperaturo hlajenja vsakega valja. S takim ravnanjem doseemo eljeni uinek mletja mase. S poveanjem pretoka kakavne mase skozi mlin lahko pride do bistveno manjega uinka mletja. Za fino mletje kakavne mase je posebnega pomena koliina vode v zdrobljenih zrnih, njena optimalna koliina pa znaa priblino 2%. (Goldoni, 1998)


5.3.6 Alkalizacija kakavovih proizvodov S postopkom alkalizacije dobimo alkalizirano kakavovo maso in s tem alkalizirano kakavovo pogao ter alkaliziran kakavov prah, za izdelavo proizvodov namenjenih pripravi kakavovih napitkov. Alkalizirani proizvodi niso primerni za izdelavo okoladnih in kremnih proizvodov, saj v prisotnosti alkalnih sredstev nastajajo soli maobnih kislin in okus po milu. Ta postopek je prvi odkril C. J. Van Houten, omogoa pa vejo topnost zaradi veje disperzije delcev v vodnih raztopinah, npr. mleku. Osnovni cilj alkalizacije je razvoj specifine barve in arome proizvoda. Koliine sredstev za alkalizacijo so omejene z maksimalno koliino mineralnih snovi, izraeno s skupnim pepelom v brezmaobni suhi snovi alkaliziranega proizvoda. Dovoljena je uporaba sredstev za nevtralizacijo, npr. fosforne, citronske, L-vinske kisline, za korekcijo pH vrednosti in razvoja blage rdekaste barve proizvoda. (Goldoni, 1998) Nekateri strokovnjaki menijo, da se najbolji uinek alkalizacije dosee 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 maobnih kislin. Istoasno, deloma s hidrolizo in kondenzacijo, nastajajo pretvorbe polifenolnih spojin taninske sestave, kar privede do spremembe v barvi in zmanjanje trpkosti proizvoda. V manjem obsegu prihaja do delne razgradnje beljakovin, z zmanjanjem 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 meanjem zrn v reakcijski posodi z razredeno vodno raztopino sredstva za alkalizacijo. Najveja dovoljena koliina sredstva za alkalizacijo je 50g/kg, v primeru ve sredstev je to najvija dovoljena vsota, izraena kot brezvodni K2CO3 raunan na suho snov. Temperatura postopka mora biti dovolj visoka (80-85C), da se omogoi zadovoljiv razvoj arome proizvoda, as pa odvisen od velikosti delcev, saj mora sredstvo prodreti v vsak del volumna loma; ena ura pa je potrebna samo za to, da temperatura dosee 80C. Alkalizacija poteka v reakcijskih posodah iz materiala, ki je odporen na korozijo sredstva za alkalizacijo, posode morajo imeti uinkovite sisteme za meanje in gretje. Alkaliziran kakavov lom vsebuje lahko tudi do 25% vode (zaradi sredstva za alkalizacijo), zato ga posuijo na konno vsebnost vode 2%. Iz alkaliziranega kakavovega loma se dobi temneji 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 veje koncentracije sredstva za alkalizacijo, da prihranimo na asu 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 delki brezmaobne suhe snovi. Uinkovita alkalizacija se zato izvaja s 46% K2CO3. Spojina mora biti v obliki raztopine, da laje prodre do delkov kakava, homogenizacija sredstva za alkalizacijo in kakavove mase pa poteka v disperzijskem reaktorju. (Goldoni, 1998)


5.3.6.3 Alkalizacija kakavove pogae Ta postopek se uporablja za pogae z majhno koliino kakavovega masla, ki so izdelane iz kakavove mase, spreane na hidravljini prei. Pogaa zelo hitro absorbira tudi malo razredeno vodno raztopino sredstva za alkalizacijo, zato pa je teje iz nje vodo odstraniti. Potrebno je tudi ve ur suenja pri podtlaku v vakuumskem suilniku, da se iz pogae odstrani odvena voda na vsebnost 2%. To je nujno opravilo, ker se samo dobro osuena pogaa lahko zmelje v kvaliteten kakavov prah. Dandanes veina proizvajalcev ne uporablja alkalizacije pogae zaradi nepraktinosti in neekonominosti samega postopka ter nesigurnosti v kvaliteto konnega proizvoda alkaliziranega kakavovega praha. (Goldoni, 1998)

6 EKOLOKI ASPEKT BIOPROIZVODNJE KAKAVA Proizvodnja kakava ne spada k najvejim onesnaevalcem okolja. Surovine in produkti so predragi, da bi jih pustili neobdelane ali bi se jih znebili po nepotrebnem. Seveda pa so tu sploni problemi, s katerimi se danes bori skoraj vsaka tovarna. To je hrup in visoke, umazane stavbe. Te probleme vedno bolj upotevajo in se jim skuajo izogniti pri gradnji novih tovarn. Zelo problematien je smrad izpunih plinov, in sicer zrak iz sistemov za mletje in izgorevalni plini iz prailcev. Ti plini vsebujejo ogromno prahu. Preizkusili so bioloke filtre za odstranjevanje teh neprijetnih vonjav, ampak niso bili prav uspeni. Danes ta problem skuajo reiti tako, da gradijo visoke dimnike. Odpadni produkt pri proizvodnji kakava so lupine sadeev in zrn. (Macrea s sod., 1993)

6.1 SESTAVA LUPINE SADEA

Toni suhih zrn odgovarja deset ton lupinic (svea tea). (www.icco.org/questions/husks.htm) Tabela 4: Sestava lupine sadea (www.icco.org/questions/husks.htm) Sestavine Delei 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


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. Svee imajo okoladno aromo. Ta aroma je zelo privlana za pse. e jo zauijejo v vejih koliinah, lahko pride do zastrupitve zaradi teobromina. Povzroa trepetanje in kre, pojavijo se tudi drugi simptomi, kot je diareja. Lupine sadea se prav tako uporabljajo za steljo v plantaah 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 sadea se lahko uporablja tudi za gnojila za kakavovce, zelenjavo in druge pridelke. Svee lupine suijo en do dva tedna na prostem, nato pa posuene lupine upepelijo v arilnih peeh. www.icco.org/questions/byproducts.htm 6.2.3 Krma za ivali Svee ali posuene lupine se najve uporabljajo za krmljenje domaih ivali. Uporaba te krme je omejena, saj vsebuje teobromin, ki je ivalim lahko nevaren. Ta krma je slabo prebavljiva. Moka iz lupin sadea lahko pri perutnini predstavlja 20% dnevnega obroka, 30 do50% pri praiih in 50% pri ovcah, kozah in kravah mlekaricah. Te vrednosti so lahko previsoke (Wood in Lass, 1985). Krave mlekarice: Ker sadei hitro zgnijejo, morajo ivali dobiti te svee. Svei sadei vsebujejo veliko kalija in malo surovih proteinov, zaradi tega je tej krmi treba dodati sol in dodatne proteine. Svee lupine lahko posuijo 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 praenih kakavovih zrn. Kakavova masa vsebuje okrog 55% kakavovega masla, le ta pa velja za eno izmed najdrajih naravnih maob. Vsebuje namre tevilne trigliceride, katerih dele znaa od 97% do 99%. Pridobiva se iz kakavove mase. Gre za rpanje kakavove mase v hidravlino stiskalnico, sledi pa filtriranje v posebne lonke. Kot produkt dobimo surovo (nezrelo) kakavovo maslo, ki ima izredno moan vonj. Pri izdelkih, kot so npr. temne okolade je ta vonj zaelen, pri mlenih in podobnih okoladah pa ne. V tem primeru je potrebno dosei nekoliko nijo stopnjo jakosti vonja. To se v industriji in proizvodnji dosega z uporabo vodne pare v vakumu ali pa s podobnimi postopki. (Goldoni, 1998)


Oba proizvoda, tako kakavova masa kot tudi kakavovo maslo predstavljata osnovi surovini v proizvodnji okolade, okoladnih izdelkov in kakava v prahu. Za proizvodnjo okolade in okoladnih izdelkov je potrebna okoladna masa, ki se jo pridobiva s posebnimi tehnolokimi postopki. Pri sami izdelavi okoladne mase se uporabljajo surovine, kot so kakavova masa, kakav v prahu, kakavovo maslo, konzumni beli sladkor ali sladkor v prahu, mleko v prahu,... Dopuena je tudi uporaba doloenih emulgatorjev (monogliceridi, digliceridi, lecitin, amonijeve soli fosforne kisline) in naravnih arom (vanilin,..). Za doloene okoladne proizvode se okoladni masi dodajajo e razline sadne estrakte, kavni ekstrat, sezam, kikiriki, proizvode ita,... (Goldoni, 1998) Slika14: shema proizvodnje okolade. 7.1 Najpomembneji proizvodi 7.1.1 okoladni proizvodi okolada okolada s poveanim deleem sladkorja mlena okolada mlena okolada z visokim deleem mleka bela mlena okolada okolada v prahu desertna okolada okoladni preliv. (Goldoni, 1998)

okolada je homogeni proizvod, ki se pridobiva s posebnim tehnolokim postopkom. Gre za obdelavo sladkorja z kakavno maso, kakavovim maslom ali kakava v prahu. okolada s poveanim deleem sladkorja je prav tako homogen proizvod, pridobljen tako kot okolada, vendar z manjim deleem skupne suhe snovi kakavnih komponent in s povianim deleem sladkorja. Mlena okolada je tudi homogeni proizvod, pridobljen kot okolada, ki vsebuje mlene sestavine, kot je npr. mleko v prahu. Mlena okolada z visokim deleem mleka je proizvod, vendar vsebuje nekoliko ve mlene maobe. (Goldoni, 1998)

KAKAVOVA ZRNA

KAKAVOVA MASA

KAKAVOVO MASLO OKOLADAKAKAV V PRAHU


Bela mlena okolada je homogeni proizvod, pridobljen s tehnoloko obdelavo mlenih sestavin, kakavovega masla in sladkorja. Zanjo je znailno, da ne sme vsebovati nemastne suhe snovi kakavovih delcev. okolada v prahu je proizvod, ki se pridobiva tako kot okolada. Desertna okolada je proizvod, ki vsebuje nekoliko veji dele kakavovih delcev in najniji deleem sladkorja v primerjavi z ostalimi okoladami. okoladni preliv je proizvod, ki vsebuje najveji dele kakavnega masla od vseh okoladnih proizvodov. (Goldoni, 1998) 7.1.2 Kakav v prahu Poleg okolade in okoladnih izdelkov je pomemben tudi kakav v prahu. To je proizvod, ki se pridobiva iz alkalizirane kakavne mase. Njegove znailnosti so: vsebovati sme najmanj 17,5% kakavovega masla, raunano na suho snov ne sme vsebovati ve 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 tehnolokim postopkom anglomeriranja nemastnega kakava v prahu, mleka v prahu, sladkorja in arome. Sladkani kakav v prahu je meanica kakava v prahu in sladkorja (saharoze). Tak proizvod vsebuje okrog 60% sladkorja (saharoze) in okrog 6% kakavovega masla, raunano na suho snov konnega proizvoda. (Goldoni, 1998) 7.2 Aditivi V proizvodnji okolade, okoladnih izdelkov, kakava v prahu in sladkanega kakava v prahu je dovoljena uporaba sledeih 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 maobnih kislin lecitin monogliceridi in digliceridi maobnih 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 aja. Raziskave so pokazale, da reden vnos teh snovi povea koncentracijo antioksidantov v plazmi, kar iti pred kodljivimi kisikovimi spojinami. Antioksidanti lahko prav tako prepreijo oksidacijo LDL- holesterola, kar je povezano z zaito pred srnimi 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 zmanjali tveganje za razline 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 meanica kondenzacijskih ali polimeriziranih flavonoidov (kot recimo antocianidini, katehini, levkoanticianidini), vasih vezanih na glukozo. Ta ekstrakt se je nedavno pokazal za citopatskega inhibitorja uinkov, 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 najveji meri je to teobromin, v manjih pa kofein in teofilin. Seme vsebuje 0,9 3,0 % teobromina, lupinica pa 0,19


2,98 % tega alkaloida. Semena prav tako vsebujejo 0,05 0,36 % kofeina, doim lupinice 4 8 %. Med fermentacijo in praenjem veina 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 kuhanjfiltracije, odstraekstrahirajo iz Teobromin je trimetilksantin). diuretik, saj je

8.1.3.2 Kofein Proizvodi, ki vspremagovanje zVelika vsebnost recimo aspirin, kolajal absorbcijuporabo e zmanKofeinske napitvsebnosti kofeinpripravljeni. Kak

8.1.3.3 Teofilin Teofilin se upor

N

N

N

N

O

O

CH3

C

N

N

H3C

O

O

N

N

CH3

N

N

H3C

O

O

N

N

CH3

Na lupinic v vodi, filtriranja, precipitacije taninov s Pb-acetatom, ponovne njevanja vika svinca in izparevanja vode do suhega. Toebromin zmesi z alkoholnimi pripravki in izistijo z vodno rekristalizacijo. 3,7 dimetilksantin, C5H2(CH3)2O2N4 ; homolog kofeinu (1,3,7

Je tudi izomer teofilinu (1,3 dimetilksantin). Teobromin se uporablja kot dober stimulant renalnega epitelija, e posebej pa je zaeljen po srni

okvari, kadar se nabere v telesu veliko tekoine. Ima manji uinek centralno ivni sitem, uporabljajo pa ga tudi pri osebah z visokim krvnim pritiskom, saj razirja krvne ile. Najpogosteje se uporablja v prakih. (Trease in Evans, 1972) (www.botanical.com/botanical/mgmh/c/cacao-02.html) Slika 15: Kemijska formula teobromina

ebujejo kofein so stimulanti centralnega ivnega sistema, uporabni za aspanosti, lahko pa jih z dodatki uporabljajo kot zdravila za glavobol. kofeina povea uinkovitost nekaterih zdravil, ki jih dobimo brez recepta, ar za 40%. Kofein namre zoi ile v moganih in s tem naj bi pospeil,

o drugih substanc. Zoitev il traja kratek as, katerega pa z dolgotrajno jamo. ke pripravljajo iz kakava, kave, aja, kole in ostalih rastlin z veliko a. Napitki vsebujejo razlino koliino kofeina, odvisno rastline iz katere so avov napitek tako vsebuje okrog 10mg kofeina, ajev 30mg, doim je v

kavinem napitku do 100g kofeina. Napitke uporabljajo za zdravljenje glavobolov in migren, povprena doza pa znaa 100 do 200 mg kofeina. Kofein ima tako kot drugi derivati ksantina: teobromin in teofilin diuretini uinek, ki pa ni moan in traja kratek as. (Robbers in Tyler,1999) Slika 16: Kemijska formula kofeina

ablja predvsem za zdravljenje obolenj plju, ki se kaejo s kaljem, s pomanjkanjem sape ter tianjem v prsih. Najbolj tipina je bronhialna astma in kronini bronhitis. (Robbers in Tyler, 1999) Slika 17: Kemijska formula teofilina

H3

CH3

H


8.1.4 Kakavovo maslo Kakavovo maslo se v farmaciji uporablja za fizoloko indiferentno supozitorisko podlago. Dandanes je v podrejenem poloaju, saj ima tehnoloke pomanjkljivosti: dolg as strjevanja, razline polimorfne modifikacije, kae kemino nestabilnost, majhno krljivost pri strjevanju in zelo majhne dispegirajoe sposobnosti. Kemino je zmes trigliceridov oleinske, stearinske in palmitinske kisline, prevladujejo trigliceridi ki imajo v molekuli eno nenasieno in dve nasieni maobni kislini. Kot mnoge maobe se tudi kakavovo maslo kvari postane arko. Njegova obstojnost se podalja v primernih pogojih shranjevanja in ob dodatku antioksidantov. Opis izdelave svek s stiskanjem kakavovega masla z buijsko stiskalnico iz ubenika Farmacevtska tehnologija 1. del (1992) : prakasto uink

Kakav

Documents

Transcript of Kakav