Medición de cacao, licor y productos de chocolate utilizando difracción láser

Uno de los alimentos más agradables de consumir es el elaborado con un producto de chocolate. En forma de pasteles, tartas, barras de chocolate, bebidas y muchas otras opciones, los bocados de chocolate han sido una opción durante muchos años. La historia del chocolate se remonta al año 4000 a.C., cuando se descubrió el cacao en el Amazonas. Después de esto, el chocolate fue utilizado por la cultura maya a partir del año 600 d.C. y finalmente encontró su camino en la cultura azteca en el 1200 d.C. Inicialmente, el cacao se utilizó para la preparación de bebidas y durante la conquista de parte de México en los años 1500, Hernando Cortés se interesó en el uso del cacao como forma de moneda. Puede ser su sugerencia de que la bebida amarga, cuando se mezclaba con azúcar, hacía que la bebida fuera más apetecible. Los españoles fueron más allá al mezclar los frijoles con varios ingredientes, como azúcar, vainilla, nuez moscada y otros saborizantes para producir una comida que era deliciosa, pero solo asequible para los ricos. Los ingredientes fueron mantenidos en secreto durante 100 años por los españoles.

El chocolate desarrolló una reputación como afrodisíaco durante el reinado de Luis XIV de Francia (1600), lo que promovió el deseo por el chocolate. Durante aproximadamente, los siguientes 200 años se consumió chocolate como bebida. Finalmente, a mediados de 1800, se introdujo el chocolate como sólido, mientras que el chocolate con leche se introdujo a finales de 1800. Desde entonces, el chocolate se ha ganado la reputación de ser una presentación de una muestra de amor y admiración en todo el mundo. Como parte de esta realización, el chocolate tiene un gran atractivo no solo para aquellos con inclinaciones románticas, sino también para personas de todas las edades y culturas. Es una parte especialmente importante de la cultura de muchos países, incluidos Suiza, Alemania, Francia, España,Italia y América. La importancia del chocolate en los EE. UU. se muestra claramente con el establecimiento de la Asociación de Fabricantes de Chocolate (CMA) de América en 1923. La fotografía muestra una vaina de cacao que contiene granos.

A medida que el chocolate progresó en su valor como un alimento deseable, la calidad, la consistencia y la especialización regional de las características de sabor evolucionaron. Parte del perfil de sabor del chocolate se refiere al tamaño de partícula de los ingredientes utilizados para hacer la sustancia llamada chocolate. Este documento describe la medición del tamaño de partícula de productos de chocolate o productos escalonados.

TRATAMIENTO

El procesamiento del chocolate tiene varios pasos básicos, pero existen variaciones según la cultura y los deseos de la población. La vaina de cacao después de la cosecha del árbol de cacao, se fermenta y se seca, para producir lo que se conoce como el grano de cacao. Luego, el fabricante de chocolate tuesta el grano, lo que hace que la cáscara se separe para comenzar a liberar la importante punta. El aislamiento de la punta se logra mediante el aventado con una corriente de aire para eliminar eficazmente las cáscaras antes del siguiente paso de procesamiento. A continuación, se muele la punta del frijol. Al igual que con la mayoría de los procesos de molienda, la temperatura de la masa aumenta, lo que da como resultado una sustancia llamada licor de chocolate que contiene 50-58% de manteca de cacao. Las partículas de cacao también están presentes, con un tamaño aproximado de 100 um. La acción de moler y mezclar promueve la distribución uniforme de la manteca de cacao en toda la masa, lo que hace que la mezcla comience a desarrollar una textura cremosa y suave. La manteca de cacao también contiene el sabor atribuido al chocolate y a los productos derivados del cacao. Su lanzamiento es el inicio del desarrollo del perfil de sabor del cacao y el chocolate. A continuación, el licor de chocolate se procesa para su uso como cacao en polvo (bebidas y cocina) o chocolate. El chocolate sin azúcar es un licor de chocolate que se ha endurecido. El cacao se produce mediante una serie de pasos que implican el prensado del licor, que elimina aproximadamente la mitad de la manteca de cacao. La torta resultante del prensado se vuelve a moler para producir cacao en polvo. La manteca de cacao liberada se puede utilizar para ayudar en la fabricación de chocolate mezclándola con cacao en polvo, azúcar, aromas, leche y otros ingredientes. En un proceso diferente, la punta se empapa en álcali tibio, se seca y luego se muele. Este proceso "holandés" produce un cacao y un chocolate mucho más oscuros y rojos. El chocolate negro es el chocolate que no contiene sólidos lácteos (o muy pocos) mientras que el chocolate con leche es el chocolate al que se le añade leche en polvo o condensada. El chocolate blanco no contiene productos de cacao. 

El chocolate es un producto especial que tiene diferentes etapas de procesamiento que la producción de cacao para producir sus propiedades especiales y sabrosas. Se produce mezclándose con otros ingredientes en un paso especial llamado conchado (agitación en un recipiente de acero). Este es el paso que desarrolla el perfil de sabor final de varios chocolates, de los cuales la "sensación en boca" es uno. Dependiendo del gusto personal, el chocolate puede tener una variedad de distribuciones de tamaño de partícula y desarrollo de sabor. El conchado hace que las partículas de cacao se reduzcan a aproximadamente 18 μm desde los 100 μm originales y requiere desde unos pocos minutos hasta muchos días, dependiendo del tamaño de partícula, la distribución y el perfil de sabor general deseado. Normalmente, un conchado más prolongado produce un chocolate más deseado y de mayor calidad. El paso final en la producción de chocolate comestible y de calidad es el templado, en el que el chocolate se somete a ciclos de calentamiento y enfriamiento. Durante este proceso, se desarrollan pequeños cristales estables de grasa que promueven una sensación de cremosidad en la boca, además del tamaño de partícula de los ingredientes.

Medición del tamaño de partícula

Existen muchos métodos y tecnologías para medir el tamaño y la distribución del cacao y el chocolate. Estos incluyen tamices, contadores ópticos y electrónicos de partículas, microscopía, técnicas de sedimentación e instrumentos de difracción láser (los más utilizados). Los instrumentos de difracción láser Microtrac se han utilizado para medir la distribución de partículas de productos de chocolate desde 1976. Los instrumentos Microtrac se siguen utilizando para este propósito utilizando conceptos avanzados de óptica y matemáticas.

Se pueden utilizar muchos fluidos para suspender y dispersar las partículas contenidas en los distintos productos. Muchos de los materiales precursores se pueden dispersar sin fundirse, pero se ha encontrado en nuestro laboratorio que los productos de chocolate generalmente requieren que la muestra se derrita aproximadamente a 55 ° C para obtener una muestra satisfactoria para la dispersión. Mientras está en el estado derretido, una porción de chocolate se transfiere al fluido dispersante para humedecer las partículas. La energía ultrasónica se aplica en función de los resultados del examen microscópico. Este examen permite tomar la decisión de dispersar completamente las partículas aglomeradas. Hay que tener en cuenta que la dispersión por energía ultrasónica no es necesaria si se van a identificar los aglomerados como parte de la distribución del tamaño de las partículas. Los fluidos que se pueden usar incluyen alcohol isopropílico, aceite vegetal tibio, aceite de silicona, aceites orgánicos de mayor pureza, tricloroetileno, cloruro de etileno e isoparafinas complejas de alto peso molecular. El Laboratorio de Aplicaciones de Microtrac ubicado en Largo, Florida, ha examinado estos fluidos durante muchos años de medición de productos de chocolate. En este trabajo se mostrará el uso de tres de estos fluidos: Isopar G, Neobee 1053 y Neobee M-5 en función de los requisitos experimentales.

En un experimento de reproducibilidad, utilizando cacao como material base de partículas, se demostró una excelente precisión. En este caso se utilizó IPG (Isopar G). Cada gráfico representa tres muestreos separados del cacao después de la suspensión y la dispersión. También se muestran mediciones duplicadas de la misma muestra circulante. Se utilizaron técnicas de muestreo representativas a lo largo de las pruebas. Además, el sistema de circulación utilizado en los instrumentos Microtrac está especialmente diseñado para promover y mantener la suspensión homogénea de las partículas, necesaria para obtener mediciones precisas de distribuciones amplias.

El gráfico anterior muestra una comparación del uso de IPG (solución de isópar G/lecitina), NeoBee M5 y NeoBee 1053 como fluidos para la dispersión y el funcionamiento al medir una pasta de chocolate. También está presente el resultado de la medición de la muestra en IPG sin lecitina ni energía ultrasónica. La lecitina actúa como tensioactivo en medios orgánicos para permitir una mejor humectación y dispersión de partículas en solventes orgánicos que pueden mostrar solubilidad en agua o son difíciles de dispersar en otros fluidos. Sin los esfuerzos de dispersión del tratamiento ultrasónico adicional, las partículas permanecen sin dispersar y posiblemente atrapadas en una matriz de cacao, azúcar y grasa. De interés es la capacidad de IPG para proporcionar una mejor dispersión (tamaño más pequeño) que los aceites NeoBee.

Los licores también se pueden medir con éxito utilizando Isopar G. Como se muestra arriba, los licores de chocolate de varias regiones diferentes del mundo tienen diferentes distribuciones de tamaño de partícula que reflejan los diferentes deseos culturales en los productos de chocolate.

Debido a los diferentes ingredientes utilizados para preparar el chocolate negro, el chocolate con leche y el chocolate de confitería, se puede esperar que la distribución del tamaño de partícula de cada uno sea diferente. El chocolate negro examinado muestra que el tamaño de partícula es más pequeño que el chocolate con leche y la capa de confitería comparables. Especialmente interesante es la naturaleza bimodal de las distribuciones, mostrando que más de un componente está presente en las mezclas.

CONCLUSIONES
La dispersión de luz se puede utilizar para medir el tamaño de partícula durante el procesamiento del cacao y la fabricación de chocolate. Se pueden utilizar muchos fluidos, como aceites, disolventes orgánicos y silicona. Para los experimentos comentados anteriormente, se utilizó Isopar G con lecitina como agente tensioactivo. Isopar G representa un fluido que debe eliminarse por medios especiales, mientras que NeoBee es una sustancia GRAS que puede manipularse de forma segura, almacenarse, reprocesarse para otros usos o desecharse como parte de la alimentación animal. Dependiendo de la situación en un entorno de laboratorio en particular, cualquiera de los materiales utilizados para este artículo u otros pueden usarse para suspender partículas. El isopar G y el alcohol isopropílico son los más fáciles de limpiar en caso de derrame. Los aceites de silicona generalmente se prestan a la limpieza con alcoholes, pero también requieren métodos especiales de eliminación y dejan residuos. Los aceites vegetales u otros alimentos o aceites alimentarios sintéticos se pueden limpiar fácilmente con jabones. Independientemente de la elección del fluido, los instrumentos de difracción Microtrac pueden aceptar el fluido de su elección debido a sus características de diseño sin cambiar la tubería, las piezas de la bomba u otra manipulación. Un ejemplo de este tipo de instrumento será el Microtrac MRB Sync.

Referencias:

1. Chocolate, cacao y confitería: ciencia y tecnología, 1980 Bernard W. Minifie.
2. Cronología de la historia del chocolate: www.chocolate monthclub.com.
3. Métodos para medir la distribución del tamaño de partícula de los productos de chocolate. 37ª Conferencia de Producción PMCA.
4. Foto: Asociación de Fabricantes de Chocolate. www.cocoatree.orgs (en inglés).