O que o chocolate tem a ver com a física?

 

Quando pensei nisso pela primeira vez, apenas processos químicos me vieram à mente. Os processos de fermentação, torrefação e conchagem com reações de Maillard são mais conhecidos por mim. Quanto mais eu pensava sobre isso, o processo de cristalização finalmente me vinha à mente, que é claramente físico. Outros processos físicos logo vieram à minha mente, então o assunto me pegou.

Aqui a ideias básica:
 

Só para lembrar...

Em um processo físico, a composição química permanece inalterada. Então o estado da matéria muda.

Processos químicos transformam a composição da matéria.

Trata-se de parâmetros físicos como:

• viscosidade (comportamento físico)
• gorduras (manteiga de cacau e CBS)
• refinação (partículas)
• proteínas (leite)
• cristais (açúcar)
• corpo estranho
• embalagem

Viscosidade

O chocolate líquido consiste em uma fase líquida hidrorepelente de manteiga de cacau e partículas de açúcar e cacau dissolvidas nela. A lecitina vegetal é adicionada no final do processo de conchagem para que essas partículas permaneçam em solução e não se aglomerem. Existem muitas hipóteses sobre como a lecitina funciona na fabricação de chocolate. A lecitina parece suavizar a superfície das partículas de açúcar, tornando mais fácil para elas deslizarem umas sobre as outras. Isso torna a massa mais macia e fluida.
Comportamento Físico: A adição de lecitina, PGPR e outros aditivos aumenta então as propriedades de fluxo.

As proteínas do leite são responsáveis pelo aroma, mas alteram significativamente as propriedades de fluidez do chocolate. Uma adição de substâncias gordurosas é necessária. A gordura do leite (manteiga) também altera o chocolate fisicamente. A gordura do leite altera as temperaturas de processamento nas quais ocorrem as várias formas cristalinas da manteiga de cacau. A gordura do leite diminui a taxa de cristalização da manteiga de cacau em misturas de manteiga de cacau e gordura do leite e isso ocorre em chocolate contendo misturas dessas duas gorduras. Aumentar a quantidade de gordura do leite adicionada à mistura altera as propriedades físicas e funcionais do chocolate, incluindo dureza, temperatura e ponto de fusão. Quanto mais gordura do leite, mais macio o chocolate (snap). As temperaturas de processamento também mudam.

Migração da gordura

Raios-X mostram o que está acontecendo no chocolate enquanto ele forma fat bloom. Com a brilhante fonte de raios-X PETRA III da DESY, os pesquisadores puderam observar pela primeira vez a migração da gordura líquida (amarela) através do chocolate ao vivo. Padrões de dispersão característicos (à direita) fornecem informações sobre estruturas de tamanho nanométrico.  © Svenja Reinke/ TUHH

Gorduras - manteiga de cacau e substitutos da manteiga de cacau (CBSs)

A manteiga de cacau é uma gordura altamente polimórfica. Polimorfismo é a capacidade de uma molécula de cristalizar em vários cristais diferentes. Para o chocolateiro, a pré-cristalização da manteiga de cacau é um grande desafio físico. Apenas uma forma de cristal está correta. Problemas ainda maiores surgem quando outras gorduras são misturadas com manteiga de cacau. Já mencionamos a manteiga. No entanto, gorduras de castanhas e gorduras substitutas também podem ser adicionadas, o que não facilita o trabalho. Sem essas observações, muitas vezes enfrentamos problemas difíceis. Destacam-se os ganaches com manteiga, gianduias e gordura de castanhas. Existe uma física exata da cristalização da manteiga de cacau.

Qualquer um que dominar isso pode fazer arte com isso: 

 

 

 

 

 

 

 

https://www.gerhardpetzl.com/gallery-art

 

Estrutura interna do chocolate: 

Estrutura interna do chocolate: A gordura líquida (amarelo) pode migrar através da mistura de cacau (castanho escuro), leite em pó (castanho claro) e açúcar (branco). Imagem: Svenja Reinke/TUHH 

Existem também gorduras vegetais semelhantes à manteiga de cacau chamadas substitutos da manteiga de cacau

• (Cocoa butter replacers CBRs), alternativas à manteiga de cacau
• (Cocoa butter substitutes CBSs) e equivalentes da manteiga de cacau 
• (Cocoa butter equivalents CBEs) são gorduras que têm um teor de ácidos graxos semelhante e são triglicerídeos

 A composição é semelhante à manteiga de cacau e, portanto, possui propriedades físicas semelhantes, mas com apenas um ponto de fusão. No Brasil, infelizmente, tais CBSs são permitidos no chocolate ou são usados ​​para coberturas hidrogenadas e fracionadas. Eles têm uma composição de gordura-ácido e triglicerídeos completamente diferente da manteiga de cacau, mas compartilham algumas propriedades físicas semelhantes (particularmente perfis de fusão).

Fisicamente, a gordura desempenha um papel importante no chocolate. Um teor de gordura de 24-26% de gordura seria um teor de gordura muito baixo para um chocolate e resultaria em uma alta viscosidade e provavelmente em um produto mais econômico, 34-36% de gordura seria um alto teor de gordura para um chocolate e resultaria em um produto fino e muito fluido com um custo mais alto.

Refinação (partícula)

Uma partícula é qualquer objeto com limites físicos definidos em todas as direções, independentemente do tamanho. Tradicionalmente, a finura (quão grosseira ou fina) é determinada usando micrômetros portáteis, que medem apenas a maior partícula da amostra. A especificação de finura é geralmente dada em polegadas ou mícrons: 15-20 μm (0,0006-0,0008 polegada) seria muito fino e parece suave como seda na língua, 45–50 μm (0,0018–0,0020 pol) seria um produto mais grosso e pareceria arenoso na língua. 

O refino e a conchagem podem ser descritos como o processamento de flocos de chocolate, migalhas e cristais de açúcar para formar uma pasta líquida juntamente com a modificação do sabor.

O atrito interno aumenta constantemente a temperatura, o que causa a vaporização de componentes que são voláteis no vapor da água. A temperatura pode subir até 80°C para chocolate amargo, mas não deve exceder 55°C para chocolate ao leite. Caso contrário, as proteínas do leite podem coagular ou o açúcar do leite (lactose) pode caramelizar. Após a plastificação, a massa de chocolate é gradualmente liquefeita e processada no produto final pela adição de manteiga de cacau com trabalho mecânico contínuo. Depois de adicionar um emulsificante ao chocolate industrial (geralmente lecitina ou poliglicerol poliricinoleato PGPR), uma massa de chocolate fluida é criada. Boas propriedades de fluidez são um pré-requisito para um ótimo desempenho de produção e também para uma boa percepção do sabor, juntamente com uma sensação agradável e suave na boca. Embora a conchagem exija cerca de 6 a 24 horas nas conchas modernas de alta eficiência, geralmente leva 72 horas na concha longa tradicional.

Isso tem um efeito significativo nas reações físicas, mas também químicas. Por exemplo, a redução de umidade, grau de finura, liberação de gordura, umedecimento de partículas com gordura, filtragem de componentes voláteis indesejados, redistribuição de aroma, desenvolvimento de aroma e propriedades de fluxo.

Corpo estranho

Perigos físicos durante o processamento podem entrar no processo de produção através de materiais estranhos, se as medidas de proteção adequadas não forem tomadas. Estes são plásticos macios e duros, papel, material de embalagem de folha, madeira, borracha, fios e aparas de metal, parafusos soltos, cordas e fios. Ao receber os grãos de cacau, deve-se tomar cuidado para que tais objetos não entrem no processo de fabricação do chocolate. É comum que esses locais tenham controles de risco físico adicionais, como: pontos de sucção, ímãs e peneiras, etc.

A complexidade do processo de fabricação do chocolate pode levar a fontes adicionais de contaminação física. Muitos dispositivos possuem partes móveis que, em caso de problema, podem entrar em contato com outras partes do dispositivo e causar danos ao equipamento, aparas de metal também podem entrar no processo. Exemplos de tais sistemas são tanques de armazenamento com agitadores, conchas, roscas dosadoras, bombas, etc.

Os materiais de limpeza também devem ser apropriados e projetados para minimizar a criação de riscos físicos. Por exemplo, escovas de arame devem ser evitadas.

Embalagem

A embalagem deve ser desenvolvida fisicamente de forma que o chocolate fique protegido da luz, da umidade e de sabores estranhos. A temperatura de armazenamento também deve ser mantida de forma que a cristalização correta da manteiga de cacau não possa ser alterada. Caso contrário, o chocolate pode se decompor e ocorrer os erros grosseiros bem conhecidos, como Sugarbloom ou Fettbloom. A qualidade do chocolate cairia significativamente. A data de consumo só faz sentido com esses valores físicos de referência. A embalagem deve proteger o produto contra sujeira e danos físicos como arranhar, quebrar, brilho, derreter.

Foto: Mario Wanderley

Em resumo, existem constantes físicas claras:

• Condutividade térmica, calor específico, calor latente
• teor de água, controle de umidade
• densidade e viscosidade
• embalagem correta

Fiquei realmente impressionado com a quantidade de processos físicos que devem ser levados em consideração ao fazer chocolate. Claro que há mais. Se você souber de mais alguma, me escreva ou escreva no comentário.

 

Referências:

Beckett’s Industrial Chocolate Manufacture and Use

Gerhard Petzel: https://www.gerhardpetzl.com/gallery-art

Fotos: Svenja Reinke/ Technische Universität Hamburg