Как микроорганизмы создают восхитительный вкус шоколада
Среди множества этапов производства шоколада важнейшим процессом является микробная ферментация какао-бобов. Неферментированные какао-бобы очень горькие и вяжущие, совсем не похожие на хорошо известный вкус шоколада.
Источником шоколада, каким мы его знаем, является дерево Theobroma cacao, его семена и окружающая их мякоть. На первом этапе процесса изготовления шоколада микроорганизмы естественным образом ферментируют и разлагают пектиновую мякоть в течение пяти-семи дней. В процессе микробной ферментации какао-бобов последовательно участвует широкий спектр дрожжей, молочнокислых и уксуснокислых бактерий. В мякоти много лимонной кислоты и мало кислорода, что благоприятствует первоначальному заселению дрожжами. Они выделяют пектинолитические ферменты и анаэробно ферментируют углеводы целлюлозы, производя этанол.
Обильное разнообразие дрожжей, участвующих в процессе ферментации какао, является настоящим свидетельством сложности и богатства этого процесса. В зависимости от региона в нем участвуют различные дрожжи и грибки, такие как Trichosporon spp. и Candida spp., Cryptococcus spp., Hanseniaspora spp. (и их анаморфы Kloeckera spp.), Kluyveromyces spp, Meyerozyma, Millerozyma, Pichia spp., Rhodotorula spp., Saccharomyces spp., Saccharomycopsis spp., Schizosaccharomyces spp., Torulaspora spp. и Wickerhamomyces spp.
Через 12-18 часов в бобы проникает кислород, что позволяет развиваться молочнокислым бактериям. Преобладание Lactobacillus spp. широко известно при ферментации какао в Гане, Бразилии, Малайзии, Индонезии, на Берегу Слоновой Кости, в Доминиканской Республике и Австралии. L. fermentum, L. plantarum, Leuconostoc mesenteroides и Lactococcus (Streptococcus) lactis являются наиболее многочисленными видами в течение первых 24 часов ферментации.
После того как дрожжи и молочнокислые бактерии снижают свою активность, характерный уксусоподобный аромат какао-бобов создают уксуснокислые бактерии. Они производят этанол, а также молочную и уксусную кислоты, в результате чего температура поднимается до 45-50 °C. Этанол и органические кислоты проникают в семена бобов, что приводит к снижению pH. Низкий уровень pH в сочетании с повышением температуры приводит к гибели зародыша бобов.
Ящики для ферментации какао. Фото: fems-microbiology.org
На этом этапе активируются две кислотно-рН-зависимые пептидазы, производящие предшественники шоколадного вкуса, что приводит к появлению типичного шоколадного цвета, вкуса и аромата. Микроорганизмы, участвующие в ферментации какао, производят несколько летучих соединений: спирты, эфиры и кетоны, такие как ацетоин. Спирты 2-этил-1-гексанол, 2-гептанол и 2-нонанол вносят сладкие, фруктовые и цветочные нотки, альдегиды - миндально-фруктовый аромат и цветочные нотки, а пиразины - шоколадно-карамельный вкус. Эфиры изоамилацетата и этилацетата считаются сенсорными маркерами качества.
Совместное действие пептидаз, а также образующиеся молочная и уксусная кислоты могут использоваться в качестве контроля успешности ферментации и качества бобов. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов, как метаболиты ферментации, так и воздействие тепла, непосредственно вызывают необходимые биохимические изменения в бобах, которые влияют на качество получаемого шоколада. Однако сам процесс ферментации какао срочно нуждается в усовершенствовании, но поскольку микробная экология ферментации какао не поддается промышленному контролю и управлению, необходимо лучше понять физиологию участвующих микроорганизмов, чтобы улучшить и стандартизировать производство какао.
Основываясь на этих знаниях, можно разработать синтетическую микробную стартовую культуру, содержащую основные микробы из естественного процесса ферментации. Первые эксперименты с такими культурами показали многообещающие результаты и стали первым шагом на пути к постоянному производству высококачественного шоколада. Также очень важно усилить контроль над сырьем и выращивать лучшие сорта какао. Нынешние монокультуры очень уязвимы для грибковых патогенов, что существенно сказывается на качестве продукции.
Кроме того, например, в Бразилии плантации какао распространены в нескольких районах; большинство из них теперь занимают возделываемые земли, а не лесные массивы. В этих традиционных районах какао выращивают в консорциумах с другими фруктовыми культурами, стремясь повысить экологичность, усилить защиту лесов и восстановить регионы, где выращивают какао. В настоящее время исследователи изучают ферментацию какао и производство шоколада в нетрадиционных районах выращивания в Бразилии, таких как север штата Минас-Жерайс, запад штата Баия и Рондония. Используя местные сорта и гибриды какао, ученые стремимся разработать стандартизированный микробный коктейль и биореактор для лучшего контроля ферментации какао. Такой подход позволит постоянно производить шоколад с высококачественным вкусом и пользой для здоровья потребителей. Помимо этого, разработчики гарантируют защиту лесов, используя только органические удобрения, что снижает воздействие на окружающую среду. Такой подход позволит постоянно производить шоколад с высококачественным вкусом и пользой для здоровья потребителей.
