Microbiologie in hapklare porties
Het heerlijke aroma en de smaak van chocolade komen van het harde werk van microben
Je hebt vast wel eens in je leven van een chocoladereep genoten. Chocolade is afkomstig van cacaobonen van bomen die groeien in tropische gebieden zoals Zuid-Amerika en Afrika. In feite zijn cacaobomen ontstaan in het hoger gelegen Amazonegebied (Colombia, Ecuador, Peru en Brazilië), gebaseerd op archeologisch bewijs van domesticatie en gebruik van cacao. Cacao wordt voornamelijk verbouwd op kleine boerderijen in ontwikkelingslanden in Latijns-Amerika, Afrika en Azië, en de productie ervan voorziet 40 tot 50 miljoen boeren en hun gezinnen in het zuiden van de wereld van een inkomen. Er zijn verschillende cultivars van cacaobomen, afhankelijk van hun geografische ligging: Forastero, Criollo, Nacional en Trinitario, een kruising tussen Forastero en Criollo. De smaken en aroma’s die we in chocolade kunnen vinden, worden ook beïnvloed door de genetische en geografische herkomst van de cacaobomen.
De fermentatieomstandigheden van chocolade beïnvloeden de smaak.
Chocolade wordt in principe gemaakt van gemalen geroosterde cacaobonen, maar voordat we dit heerlijke product krijgen, vindt er een fermentatieproces plaats, geholpen door verbazingwekkende micro-organismen. Bij het fermentatieproces zijn verschillende microben betrokken, waaronder gist, melkzuurbacteriën (LAB) en azijnzuurbacteriën (AAB). Deze microben consumeren de pulp rond de cacaobonen en produceren zuur en andere verbindingen die de kwaliteit van chocolade beïnvloeden. Het zuur helpt bij de volgende droog- en uithardingsstappen omdat het chemische reacties op gang brengt die de chocoladesmaak vormen en de bittere smaak die cacaobonen van nature hebben, elimineren. Het fermentatieproces wordt meestal uitgevoerd in handgemaakte, houten kisten en de duur en omstandigheden variëren aanzienlijk van land tot land en zelfs tussen boeren. De cacaosoort en de duur van de fermentatie beïnvloeden ook de smaak. De maximale ontwikkeling van aromatische verbindingen kan 5 tot 10 dagen duren bij temperaturen van 40 tot 50 °C.
Onderzoek naar het fermentatieproces is nodig om de smaak van chocolade te verbeteren.
Hoewel fermentatie spontaan kan optreden en boeren hier weinig werk van maken, is een groot nadeel dat de smaak en het aroma van cacao inconsistent kunnen zijn tussen boerderijen en partijen binnen één boerderij. Deze variabiliteit onderstreept het belang van het optimaliseren van het fermentatieproces. Eén gebied om te overwegen is het selecteren van specifieke microben die in staat zijn om aromatische verbindingen te produceren tijdens de fermentatie van cacao. Een ander gebied dat het onderzoeken waard is, zijn de fermentatieomstandigheden, vooral om de groei van toxineproducerende schimmels te voorkomen, de fermentatietijd te verkorten en de fenol- en antioxidantverbindingen te verbeteren.
Onderzoekers in Ecuador, waar cacao een economisch belangrijk gewas is in de agro-industrie van het land, onderzochten de diversiteit van micro-organismen tijdens spontane fermentatie van Nacional x Trinitario cacaobonen. Deze nichecultivar staat bekend als cacao met een fijn aroma en wordt veel gevraagd voor de productie van de fijnste chocoladerepen. Ze slaagden erin om meer dan 240 micro-organismen uit de commerciële cacaoproductie te isoleren, te kweken en te identificeren. Bacteriën van de geslachten Lactiplantibacillus en Acetobacter (47%) en gisten van het geslacht Saccharomyces (17%) waren het meest relevant voor fermentatie. De groei van deze microben werd getest op tolerantie voor verschillende temperaturen en pH-waarden. Daarnaast werden suikers zoals glucose, fructose en andere stoffen aan het kweekmedium toegevoegd. Op basis van hun prestaties en tolerantie voor verschillende kweekomstandigheden werden L. plantarum, A. pasteurianus en S. cerevisiae geselecteerd als de optimale micro-organismen voor cacaofermentatie.
Bijdragen aan een duurzamere en economisch levensvatbare chocoladeproductie.
Bovendien ontwierpen de onderzoekers alternatieve kweekmedia om de groei van de geïdentificeerde bacteriën en gisten te optimaliseren. Ze streefden naar een economische en milieuvriendelijke manier om de kosten en impact van cacaofermentatiestarters te verminderen. Ze testten alternatieve substraten, waaronder wei, melasse en sinaasappelpulp, en testten bacteriën en gisten die eerder waren geïsoleerd met fermentatie-experimenten op laboratoriumschaal. Uiteindelijk is het doel van de onderzoekers om de smaakprofielen van chocolade te verbeteren door microbiële managementstrategieën; daarom identificeerden ze het vluchtige verbindingenprofiel van cacao tijdens fermentatie met behulp van L. plantarum-, A. pasteurianus– en S. cerevisiae-isolaten als starterculturen.
De geformuleerde startercultuur vertoonde alcoholische verbindingen, waaronder 2-pentanol, 2-heptanol en fenylethylalcohol. Deze verbindingen zorgen voor een zoet, citroenachtig, fruitig en bloemig aroma. Bovendien leidde fermentatie gedurende 120 uur tot de productie van ketonen die bijdroegen aan fruitige, kruidige, zoete, kruidige, kokosnoot- en houtachtige aroma’s.
Naarmate de chocolade-industrie groeit, is de vraag naar aromatische cacaobonen van hoge kwaliteit toegenomen. De industrie heeft zich gericht op het terugwinnen van “fijne” cacao-genotypen met de gewenste geur- en smaakeigenschappen; dit onderzoek is echter een voorbeeld van het belang van het bestuderen en begrijpen van de dynamiek van microbiële gemeenschappen die betrokken zijn bij de fermentatie van cacao voor de gewenste chocoladekwaliteit. Deze kennis afstemmen op productiestrategieën is noodzakelijk voor een verbeterde chocoladeproductie. Bovendien benadrukt dit onderzoek de potentiële toepassingen van microbiële gemeenschappen in de chocolade-industrie, wat een deur opent voor innovatie en duurzame productie.
Link to the original post: Constante Catuto MP, Tigrero-Vaca J, Villavicencio-Vasquez M, Montoya DC, Cevallos JM, Coronel-León J. Evaluation of stress tolerance and design of alternative culture media for the production of fermentation starter cultures in cacao. Heliyon. 2024 Apr 19;10(8):e29900. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e29900. PMID: 38699711; PMCID: PMC11063452. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC11063452/
Featured image: Image created by Fiama Guevara using Canva and Canva’s AI image generator.
Additional references:
Díaz-Valderrama J.R., Leiva-Espinoza S.T., and Aime M.C. 2020. The History of Cacao and Its Diseases in the Americas. Phytopathology. 110:10, 1604-1619.
Zarrillo S., Gaikwad N., Lanaud C., Powis T.G., Viot C., Lesur I., et al. 2018. The use and domestication of Theobroma cacao during the mi-Holocene in the Upper Amazon. Nat. Ecol. Evol. 2:1879-1888.
Zhang D. & Motilal L. 2016. Origin, Dispersal, and Current Global Distribution of Cacao Genetic Diversity. In: Cacao Diseases: A History of Old Enemies and New Encounters. Eds. Bailey, B.A.; Meinhardt, L.W. Springer, pp. 3-33.
Information about Yeasts: https://en.wikipedia.org/wiki/Yeast
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 