Fermentazione delle fave di cacao: il contributo dei lieviti nella formazione delle molecole volatili

The aims of this study are the investigation of the effects of cocoa beans fermentation and roasting on their aroma quality. The first stage of chocolate production is the cocoa beans fermentation, a process seven days long. It consists in a microbial succession of yeasts, lactic-acid and acetic-acid bacteria. It comes out that these microorganisms influence the quality of chocolate products, in particular yeasts start the alcoholic fermentation through the degradation of the outer sweet pulp. Ethanol and acid acetic production causes the death of the bean and the decrease of internal pH from 7 to 5. The result is a succession of enzymatic reactions that involve the formation of aromatic compounds and precursors. Yeasts are directly and undirectly involved in final aromatic compounds production. Infact, if these microorganism didn't contaminate cocoa beans the process wouldn't start. Dominant yeast species isolated in the most number of articles are: Saccharomyces cerevisiae, Pichia kluyveri, Pichia membranifaciens, Pichia kudriavzevii, Kluyveromyces marxianus, Hanseniaspora guillermondii, Hanseniaspora opuntiae e Candida krusei. Physiological characteristics, fermentation's phase in which they grow and their role during the process have been studied. We have to consider that the presence of these species depends from variation of external environment and applied tecnique (heap or tray fermentation). Moreover, identification of yeast species is influenced by methods of analysis: culture-dependent and culture-independent. Some volatile compounds are produced both during fermentation by yeasts and roasting, such as aldehydes, ketones, alcohols and esters. Other molecules, such as pyrazines, only develop during roasting through Maillard reactions. The effects of this phase are also the conversion of precursors in final aromatic compounds and the reduction of astringent and acid substances. For this reason, it has been considered roasting's effect on polyphenols, theobromine and caffeine. The study consists on the determination of yeasts that created volatile compounds and precursors, which precursors are converted in aromas and odor quality perceived. At this point it has been investigated on starter cultures development in order to control fermentation and aromatic compounds production and get cocoa beans rich in favorable aromas.

Gli obiettivi dello studio sono quelli di approfondire gli effetti della fermentazione delle fave di cacao e della loro tostatura sulla qualità del prodotto finito. La prima fase della produzione del cioccolato è la fermentazione delle fave di cacao che dura circa sette giorni e che prevede la successione microbica di lieviti, batteri lattici e batteri aceto acetici. E' emerso che questi microrganismi influenzano la qualità del cioccolato finale. In particolare, i lieviti danno inizio al processo usando la polpa esterna zuccherina come substrato per la fermentazione alcolica. La formazione di etanolo e acido acetico determina la morte dell'embrione e l'abbassamento del pH interno da 7 a 5 con il conseguente inizio di una serie di reazioni enzimatiche che determinano la formazione di aromi e precursori. I lieviti agiscono sia direttamente che indirettamente alla formazione degli aromi finali, per cui se non avvenisse la contaminazione della fava da parte di questi microrganismi il processo non avrebbe inizio. Le specie di lieviti che sono state rilevate come dominanti nella maggior parte degli studi presi in considerazione sono: Saccharomyces cerevisiae, Pichia kluyveri, Pichia membranifaciens, Pichia kudriavzevii, Kluyveromyces marxianus, Hanseniaspora guillermondii, Hanseniaspora opuntiae e Candida krusei. Per questi microrganismi sono state considerate le caratteristiche fisiologiche, la fase della fermentazione in cui sono stati rilevati e il loro ruolo durante il processo. Si deve considerare che la presenza di queste specie dipende dalla variazione dell'ambiente esterno e dalla pratica di fermentazione applicata (a mucchi di fave o in cesti). Gli articoli mettono anche in evidenza che l'identificazione delle specie è influenzata dalle metodiche di analisi: coltura-dipendenti e coltura-indipendenti. Alcune molecole volatili si formano sia durante la fermentazione per azione dei lieviti sia durante la tostatura, come aldeidi, chetoni, alcoli ed esteri. Altre come le pirazine solo durante la fase di tostatura della fava nella quale avvengono reazioni di Maillard. Questa procedura ha come effetto anche quello di convertire i precursori in veri e propri aromi e di ridurre sostanze astringenti e acide. Per questo motivo è stato considerato anche l'effetto della tostatura su polifenoli, teobromina e caffeina. Quindi sono stati valutati eventuali lieviti che sintetizzano molecole volatili, le conversioni da precursori ad aromi finali durante la tostatura e le note aromatiche generate. Nella parte finale è stato indagato lo sviluppo di colture starter strategiche per ottenere fave ricche di aromi gradevoli controllando il processo di fermentazione e favorire la presenza delle caratteristiche aromatiche desiderate.