Il microrganismo: il re del cioccolato

Per i più golosi il cioccolato, in tutte le sue forme e colori,  è veramente irresistibile! La pensavano così anche i Maya, che ne facevano un uso esclusivo in epoca precolombiana. Il consumo dell’infuso a base di cacao e acqua bollente era però riservato alle classi più privilegiate: solo i sovrani e i distinti avevano accesso alla bevanda, intorno alla quale aleggiava una mistica religiosità (Figura 1).

Anche Linneo, grande naturalista e padre della moderna classificazione scientifica, attribuì all’albero di cacao il nome Theobroma cacao, letteralmente “cibo degli dei” (dal greco θεός= dio e βρῶμα=alimento), per esaltarne la gustosità dei suoi semi e sottolineare l’uso che se ne faceva presso le civiltà più antiche.

maya cacao tree
Figura 1 – Illustrazioni Maya dell’albero di cacao. Theobroma cacao era considerato come un albero sacro: i semi venivano usati in vari rituali e per celebrare occasioni speciali, politiche e sociali. I Maya credevano che gli antenati potessero tornare in vita sotto forma di alberi di cacao ed un esempio è dato proprio dall’immagine sovrastate.

Come nasce il cioccolato?

Il cioccolato è prodotto a partire dalle fave di cacao fermentate, essiccate ed infine tostate (Figura 2). Lungo il tronco dell’albero di cacao si dispongono piccoli fiori; da ogni fiore impollinato si origina un grande baccello contenente dai 25 ai 40 semi amari, incorporati a loro volta in una polpa pectinacea, dolciastra e appiccicosa. Una volta raccolto il frutto maturo lo si lascia riposare per circa 7 giorni prima di estrarre ed accatastare i semi per permetterne la fermentazione. Si procede poi con l’essiccazione e la tostatura.

La fase fermentativa, in particolar modo, altro non rappresenta che il risultato della crescita microbica. Una varietà di microrganismi veicolati o nascenti lavorano gli zuccheri, i grassi ed altre sostanze organiche come albuminoidi ed alcaloidi (teobromina e caffeina), contenute nelle fave di cacao.

Le condizioni di fermentazione, intorno ai 50 °C, arrestano la germogliazione dei semi e permettono la liquefazione della polpa. Il cioccolato inizia così ad acquisire colore e sapore: la polpa che rimane ancorata addolcisce il seme di cacao che, allo stesso tempo, inizia ad assumere anche la tipica colorazione brunastra.

In questo modo si ottiene una massa di cacao alla quale si possono addizionare diversi ingredienti, a seconda del gusto di cioccolato che si vuole ottenere. La fase finale è la tempra: la massa di cioccolato fusa viene raffreddata in modo tale che la cristallizzazione non generi un cioccolato troppo duro da non spezzarsi o, al contrario, troppo morbido. L’intero procedimento si differenzia a seconda del tipo di cioccolato che si vuole ottenere.

fermentazione cacao
Figura 2  – Dalle fave di cacao alla tavoletta di cioccolato. Nell’immagine sono riportante in sequenza tutte le fasi di lavorazione dei semi di cacao: fermentazione, essicazione, torrefazione, decorticazione, triturazione, concaggio e tempra.

I microrganismi: i veri protagonisti

La polpa mucillaginosa in cui sono immersi i semi di cacao è una sostanza zuccherina composta per circa l’87% di acqua, 10-15% da saccarosio ed 1-3% da acido citrico. È arricchita da pectina e varie altre proteine, aminoacidi, vitamine e minerali che la rendono un mezzo ideale per la crescita dei microrganismi perché ricco di sostanze nutritive.

Difatti vi è una grande varietà di microrganismi che cresce nel cumulo di semi in fermentazione, ma non tutti lo fanno contemporaneamente (Figura 3). L’alto contenuto di zuccheri fermentabili favorisce anzitutto la crescita di lieviti: tra le specie più abbondanti Saccharomyces cerevisiae, Candida rugosa e Kluyveromyces marxianus, che preferiscono ambienti acidi ed ipossici, come le fasi iniziali della fermentazione.

Lieviti

Man mano che i lieviti crescono, saccarosio, glucosio e fruttosio sono convertiti in CO2 e alcool etilico. Anche l’acido citrico è utilizzato come fonte di nutrimento ed il suo contenuto diminuisce favorendo un innalzamento del pH da 3,0 a 5,0.

I lieviti, inoltre, producono composti aromatici importanti per definire il profumo del cioccolato ed idrolizzano la pectina che ricopre i semi diminuendo l’amarezza del prodotto finale. In assenza di pectina si creano delle cavità nelle fave di cacao attraverso cui l’aria può fluire e gli alcaloidi, dal tipico sapore amaro, fuoriuscire o essere alterati dall’etanolo prodotto in eccedenza.

Durante l’intero processo la temperatura aumenta da 20 °C a 40 °C circa, a causa del rilascio di calore come sottoprodotto dei processi biochimici portati avanti dai microrganismi. I lieviti, infine, vengono uccisi proprio dalle variazioni delle condizioni fisiche cui essi stessi danno il via: aumento della concentrazione di alcol, del pH e del flusso d’aria.

Batteri anaerobi

L’innalzamento della temperatura favorisce la crescita di batteri anaerobi come quelli afferenti al genere Lactobacillus e Streptococcus, che metabolizzano gli zuccheri e l’acido citrico principalmente in acido lattico, mannitolo, acido acetico ed etanolo. La loro presenza diminuisce gradualmente, contribuendo alla genesi di un ambiente più aerato e allo sviluppo di batteri acetici.

L’etanolo, difatti, è un ottimo substrato per i batteri aerobi del genere Acetobacter e Gluconobacter, che lo ossidano ad acido acetico. La crescita dei batteri dell’acido acetico è favorita soprattutto dall’acidificazione del pH ad alte temperature (acido lattico e acido acetico riducono il pH), che a sua volta provoca l’idrolisi delle proteine contenute ​​nei semi contribuendo così a definire il sapore di cioccolato.

grafico fermentazione cacao
Figura 3 – Andamento processo fermentativo. Nel primo step i lieviti producono etanolo e secernono gli enzimi in grado di scomporre la pectina. Compaiono poi i batteri dell’acido lattico e dell’acido acetico, seguiti infine da batteri aerobici sporigeni e funghi.

La fermentazione aerobica

Durante le ultime fasi la massa fermentata viene drenata per aerarla ulteriormente. La presenza di ossigeno favorisce lo sviluppo di batteri aerobi sporigeni del genere Bacillus e di funghi filamentosi tra cui Aspergillus fumigatus, Mucor racemous ed alcune specie del genere Penicillium.

I microrganismi aerobi collaborano per idrolizzare i lipidi presenti all’interno dei semi per formare acidi grassi a catena corta ed altri composti che causano acidità. A questo punto, se la fermentazione non viene interrotta, entrano in gioco batteri del genere Pseudomonas, Enterobacter ed Escherichia che possono determinare un sapore e/o un odore poco gradevole nel prodotto finale.

Per questo si passa subito all’essicazione. In questa fase c’è solo una muffa che la fa da padrone: con la riduzione dell’umidità si è osservata la crescita di Geotrichium che ossida l’acido lattico in acido acetico e acido succinico. Onde evitare un’ ulteriore variazione dell’aroma di cioccolato, il produttore ha interesse a stabilire delle condizioni fisico-chimiche che impediscano a tutti gli altri microrganismi di crescere.

Una volta essiccati dai semi vengono rimossi eventuali microrganismi rimanenti grazie alle elevate temperature: la fase di tostatura serve anche per esaltare il sapore e il profumo delle fave di cacao lavorate. Infine, i microrganismi vengono utilizzati anche nella produzione di prodotti finiti al cioccolato.

L’enzima alfa-amilasi ottenuto da Aspergillus, ad esempio, è impiegato per idrolizzare l’amido così da ottenere lo sciroppo di cioccolato; mentre l’enzima invertasi di Saccharomyces per idrolizzare il saccarosio nelle creme e miscele di riempimento, per realizzare cioccolatini dal cuore morbido.

Il cioccolato rosa

Nel 2017 Barry Callebaut, tra i maggiori produttori di cioccolato al mondo, mette a punto una nuova linea di cioccolato, il cosiddetto cioccolato Ruby. Commercializzato solo a partire dal 2019, il cioccolato rosa è del tutto naturale: sia il sapore fruttato che il colore particolare sono dovuti ad un insolito processo fermentativo dei semi color rubino (Figura 4), provenienti da varie piantagioni di cacao, coltivate ​​in Ecuador, Brasile e Costa d’Avorio.

Non si tratta affatto di una nuova tipologia di cioccolato quindi, ma solo di un diverso processo di selezione delle fave di cacao: vengono scelte quelle più fresche, lavorate poi in modo tale da limitarne il tempo di fermentazione a solo un paio di giorni oppure non vengono fermentate affatto.

Come abbiamo visto la fermentazione è uno dei passaggi chiave per definire l’aroma caratteristico del cioccolato. I semi di cacao non fermentati o sottoposti ad una fermentazione fugace, d’altra parte, sono maggiormente ricchi di composti polifenolici naturali come i flavonoidi: i microrganismi non hanno abbastanza tempo per metabolizzare queste sostanze, per cui è mantenuto il gusto tradizionale del cioccolato, che di per sé è poco saporito. Al cacao Ruby viene difatti aggiunto molto zucchero per contrastarne il profilo amarognolo.

Il segreto del cioccolato Ruby

I polifenoli sono molecole aromatiche di origine vegetale, noti per essere degli importanti antiossidanti. Essi possono fungere anche da pigmenti naturali ed accentuare la tinta rosso-violacea della frutta e della verdura: un’elevata concentrazione di polifenoli, ad esempio, conferisce il tipico colore al cavolo rosso o anche al vino rosso, nonché ai semi di cacao, in questo caso. Queste sostanze sembrano essere sensibili al pH, virando il colore verso un rosso rubino quando l’ambiente risulta più acido.

L’assenza di lieviti e batteri anaerobi in grado di metabolizzare l’acido citrico contribuisce alla stabilità della condizione acida durante l’intero processo di lavorazione dei semi di cacao color rubino, mantenendo dunque, in maniera più o meno intatta, il colore rosato fino al prodotto finale.

La “ricetta” che dà vita al Ruby cioccolato è ancora in parte segreta, per cui non si esclude che possano essere utilizzati dei coloranti per ottenere una copertura così atipica.

semi cioccolato rosa
Figura 4 – Cioccolato rosa. Alcuni semi della pianta di cacao, a seconda della piantagione, della temperatura del territorio e delle modalità di raccolta, si distinguono per un particolare color rubino. Questo può essere mantenuto più o meno intatto, fino ad ottenere un prodotto finale di color rosa, grazie ad un processo di lavorazione molto fugace.

La chimica del cioccolato

I semi di cacao sono particolarmente ricchi di sostanze bioattive (Figura 5) in grado di influenzare il comportamento umano. Tra le prime ricordiamo i polifenoli che fungono da potenti antiossidanti naturali. Il loro contenuto varia a seconda della tipologia di cioccolato: conferiscono al prodotto finale un sapore amarognolo, quello tipico del cioccolato fondente per intenderci.

Tra tutti questa tipologia di cioccolato è sicuramente quella che conserva intatti molti dei composti funzionali presenti all’interno dei semi di cacao. Il cioccolato bianco, ad esempio, non contiene affatto polvere di cacao (da cui il colore bianco per l’appunto) per cui manca di potere ossidante. Allo stesso tempo è ricco di sostanze stimolanti, come gli zuccheri, e di grassi. Il cioccolato al latte, invece, come si può facilmente intuire, presenta una maggior concentrazione di latte e suoi derivati, per cui risulta essere ricco in calcio e vitamina B2.

Il cioccolato è famoso anche per i suoi effetti sull’umore: gli zuccheri enfatizzano la sensazione di euforia innalzando i livelli di serotonina, la cosiddetta molecola della felicità. Trattasi di un neurotrasmettitore del Sistema Nervoso Centrale (SNC) derivante dall’amminoacido triptofano, di cui le fave di cacao sono ricche.

La serotonina è rilasciata principalmente quando il tono dell’umore è alto: ha proprietà antidepressive, migliora l’empatia e le funzioni cognitive e regola l’attività sessuale nonché la motilità intestinale.

Gli effetti sul nostro cervello

Gli alimenti come il cacao, il caffè ed il tè sono definiti nervini perché possono avere degli effetti positivi stimolanti, spesso dose-dipendenti, sul SNC. Le metilxantine come la teobromina e la caffeina sono presenti in tutti questi alimenti e migliorano la concentrazione e la memoria, innalzando i livelli di attenzione.

Nei semi di cacao è possibile trovare in maggior concentrazione la teobromina, derivante a sua volta dalla caffeina, che presenta una struttura chimica molto simile a quella dell’adenina, precursore dell’adenosina, il neurotrasmettitore coinvolto nel ciclo sonno-veglia. La caffeina legandosi ai recettori di membrana dell’adenosina ne mima gli effetti. Ne consegue un aumento dei livelli dei neurotrasmettitori catecolaminergici adrenalina e noradrenalina, che agiscono sul Sistema Nervoso Simpatico.

Un’altra sostanza contenuta nei semi di cacao è la 2-feniletilammina, un neurotrasmettitore endogeno derivante dall’amminoacido fenilalanina. La feniletilammina è presente nel cioccolato in quantità più ridotte rispetto alla teobromina ma è in grado di creare dipendenza.

Ha difatti una struttura chimica molto simile a quella delle amfetamine e lega gli stessi recettori determinando, da un punto di vista neurofarmacologico, i medesimi effetti sul SNC. Funge dunque da psicostimolante e antidepressivo e mimando gli effetti della dopamina favorisce la veglia e diminuisce la sensazione di stanchezza.

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Figura 5 – La chimica del cioccolato. Le sostanze bioattive contenute all’interno delle fave di cacao sono molteplici ed ognuna di esse può avere diversi effetti sul cervello umano. Senza abuso, il cioccolato è sicuramente uno di quegli alimenti che fa bene alla nostra salute.

Carla Caianiello

Fonti:

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