Исследование: как бактерии и дрожжи в какао-бобах влияют на вкус шоколада
Результаты показывают, что с помощью контроля состава микроорганизмов, сопровождающих какао-бобы, можно воссоздать и направить естественный процесс ферментации, ответственный за создание шоколада с богатым и сложным вкусом. Исследователи выяснили, что можно предсказать качество продукта, анализируя изменения кислотности, температуры и микробного состава на этапе брожения.
«Шоколад маленький и шоколад большой, шоколад дорогой и шоколад дешевый, шоколад с орехами и просто шоколад, для богатых и для всех. А запах — бесплатно, и все граждане останавливаются и вдыхают...», — писал Йонатан Геффен в сборнике «Шестнадцатый барашек». Песня напоминает об ароматах детства, и действительно, с раннего возраста шоколад является неотъемлемой частью нашей жизни: горячее какао, шоколадный торт, печенье, мороженое или просто долька лакомства — невозможно его не любить.
Статья была первоначально опубликована на сайте Института Давидсона по естественнонаучному образованию.
История шоколада, производимого из бобов дерева какао (Theobroma cacao), началась тысячи лет назад, когда майя и ацтеки обнаружили, как готовить из них горький и пенистый напиток для религиозных обрядов. После прибытия европейцев в Америку в XV веке шоколад был привезен в Испанию, а оттуда распространился по всей Европе — сначала как элитное блюдо для знати. В XVIII веке какао получило научное название «Теоброма», что в переводе с греческого означает «пища богов» (тео — бог, брома — пища/напиток). В дальнейшем продукт стал доступнее, заняв почетное место в современной культуре питания.
Процесс производства шоколада
Производство шоколада — длительный процесс, состоящий из нескольких этапов: сбор урожая, ферментация, сушка, обжарка, измельчение, смешивание и, наконец, темперирование, отливка и упаковка. На деревьях какао растут крупные стручки, внутри которых находятся от 20 до 50 семян («бобов»), окруженных белым сладким слоем — пульпой. После сбора бобы извлекают, помещают в деревянные ящики или корзины и оставляют бродить на несколько дней. В ходе ферментации пульпа разлагается, а семена начинают развивать первичный аромат. Затем их высушивают на солнце и обжаривают при высокой температуре. Обжаренные бобы очищают, дробят и перемалывают в густую массу. На финальной стадии массу темперируют (нагревают и охлаждают), разливают в формы и упаковывают.
Этап ферментации, длящийся около недели, является критическим, так как именно в это время происходят химические и метаболические процессы, формирующие вкус, аромат и коричневый цвет. Эти процессы зависят от условий среды и протекают спонтанно благодаря микроорганизмам — дрожжам и бактериям, которые естественным образом присутствуют на бобах и в пульпе. Они расщепляют сахара и производят множество молекул, влияющих на конечный вкус. Поскольку микроорганизмы не добавляются намеренно, знания об их видовом составе и оптимальных условиях ферментации до сих пор были ограничены.
Кто влияет на вкус шоколада?
Исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, систематически раскрыло, как кислотность, температура и состав бактерий и дрожжей влияют на вкус шоколада. Ученые измеряли эти параметры на протяжении двух сезонов в трех департаментах Колумбии. Они обнаружили, что изменение температуры бобов и кислотности пульпы позволяет точно отслеживать прогресс ферментации.
Исследователи изучили динамику популяций бактерий и дрожжей. Выяснилось, что их разнообразие снижается по мере продвижения ферментации, а определенные штаммы становятся доминирующими. Также была выявлена корреляция между температурой, кислотностью и метаболической активностью микроорганизмов. Эти показатели различались в зависимости от региона и напрямую влияли на характеристики конечного продукта.
Чтобы исключить влияние сорта бобов, ученые провели генетический анализ деревьев какао. Выяснилось, что бобы из разных регионов генетически схожи, а значит, различия во вкусе обусловлены именно процессами ферментации. Анализ данных показал, что можно предсказать качество вкуса шоколада, основываясь на измерениях кислотности, температуры и состава микрофлоры.
Наконец, исследователи проверили, можно ли сократить сложность популяции микроорганизмов, сохранив при этом метаболические способности, необходимые для успешной ферментации. Для этого была выбрана группа из девяти видов бактерий и дрожжей. Тесты в контролируемых условиях показали, что можно воссоздать естественную динамику процесса. Эти изменения отражают систему с взаимным влиянием, в которой деятельность микроорганизмов меняет условия среды, а те, в свою очередь, влияют на структуру сообщества.
Результаты показывают, что с помощью контроля состава микроорганизмов можно направлять естественный процесс ферментации для создания шоколада с богатым и сложным вкусом. В будущем ученые надеются научиться моделировать вкусовые профили, управляя составом микрофлоры, температурой и кислотностью в процессе производства.
