Cacao et chocolat - Fiche technique

Le cacaoyer (Theobroma cacao) est originaire des forêts tropicales denses d’Amazone où elle fleurit dans un endroit mi-ombragé et d’une forte humidité, mais les variétés sauvages se produisent également en provenance du Mexique au Pérou. Les Mayas du Yucatan et les Aztèques du Mexique cultivaient le cacao bien avant son introduction en Europe, et Moctezuma, l'empereur des Aztèques, est connu pour avoir consommé régulièrement une préparation appelée chocolat faites par torréfaction et broyage des fèves de cacao, suivie de brassage avec de l'eau, le maïs, le rocou, le piment et les saveurs d'épices. La richesse de ce mélange avait, sans doute, un rapport avec la croyance aztèque, que l'arbre de cacao était d'origine divine, et que plus tard, a amené le botaniste suédois Linné, à donner le nom de Theobroma - Nourriture des dieux - au genre comprenant les espèces de cacao. Les Aztèques ont également examiné la boisson pour avoir des propriétés aphrodisiaques.

Figure 1: Les résultats d'un cours de formation dans la fabrication du chocolat montrant les produits de haute qualité pour les marchés de Lima, au Pérou. Roger Bassil / Practical Action

Botanique

Le genre Theobroma se compose de vingt-deux espèces de petits buissons et d'arbres. Le cacao Theobroma est le seul ayant une valeur commerciale et cette espèce est divisée en deux groupes principaux:

Criollo

Forastero

Il ya un troisième groupe connu sous le nom de Trinitario qui est en fait un croisement des deux.

Culture

Les conditions de croissance requises par le cacaoyer sont assez précises et les domaines de la culture s’étendent à 20^o de latitude de l'équateur.

La température dans les zones de culture du cacao est habituellement comprise entre 30C et 32C. Le minimum admissible est de 18C.

Des niveaux de précipitations de 1150 à 3000 mm sont nécessaires.

Les conditions du sol peuvent varier considérablement, mais une racine ferme et la rétention d'humidité sont nécessaires.

Il est de tradition pour le cacao à être cultivés dans des arbres ombragés mais ces conditions ressemblent à celles de son habitat naturel. Il a été démontré que les rendements plus élevés peuvent être obtenus sans ombre s’il y a suffisamment d'humidité et si les nutriments sont disponibles.

La multiplication par graines est le moyen le plus économique d'accroître le stock mais les méthodes végétatives peuvent également être utilisées et ceux-ci fournissent une méthode plus cohérente et plus fiable de reproduire des souches d'arbres en particulier.

Fermentation

Les fèves de cacao sont fermentées, non seulement pour enlever la pulpe adhérante mais aussi pour développer le goût caractéristique du cacao. Une fermentation correcte et le séchage du cacao est d'une importance vitale et aucun traitement ultérieur de la fève va corriger les mauvaises pratiques à ce stade. Une bonne saveur dans la finition du cacao ou du chocolat est étroitement liée à une bonne fermentation, mais si le séchage après la fermentation est retardée cela développera une moisissure produisant des arômes très désagréables.

Après les gousses sont découpées dans les arbres, il faut débarrasser les fèves de la pulpe adhérante. La fermentation est effectuée dans une variété de façons mais tous dépendent de l’accumulation d’une quantité de fèves fraîches avec leur pulpe et en permettant aux micro-organismes de fermenter et de produire de la chaleur. La plupart des fèves sont fermentées en tas. De meilleurs résultats sont obtenus par l'utilisation de boxes de fermentation qui donnent une fermentation plus forte.

La fermentation dure entre cinq et six jours. La fève Forastero prendre un peu plus long à fermenter que la fève Criollo. Au cours de la première journée la pulpe adhérante devient liquide et s'écoule. Le troisième jour, la masse de aura atteint une température de 45^oC et restera entre cette température et environ 50^oC jusqu'à ce que la fermentation soit terminée. Il est nécessaire de remuer de temps en temps les fèves pour les aérer et pour s'assurer que l’extérieur soit exposé aux mêmes conditions de température que celle régnant à l'intérieur.

Séchage

Après fermentation, les fèves sont placées dans des bacs peu profonds pour sécher. Dans certaines zones de production où la récolte principale coïncide avec la saison sèche, le séchage au soleil est suffisant. Les grains sont séchés en étant étalés au soleil en couches de quelques centimètres d'épaisseur. Le séchage au soleil ce fait sur des plateaux qui peuvent être déplacés sur des rails afin qu'ils puissent être poussés sous des verrières. Lorsque le temps est moins ensoleillé, les séchoirs artificiels sont utilisés. Il existe de nombreux types de séchoirs, mais une caractéristique essentielle est que tous les produits fumés de la combustion n'entrent pas en contact avec les grains autrement des traces apparaîtront dans le produit final. Certains systèmes impliquent la combustion complète du carburant afin que les gaz de combustion puissent être utilisés pour sécher les fèves.

Cleaning

The beans are cleaned to remove the following extraneous matter: bean clusters and other large pieces using rocking and vibratory sieves; light material like dust, loose shell and fibre using a gentle upward air stream; iron particles using a magnetic separator and stones and heavy material using a fluidised bed with air aspiration to lift the cocoa beans. It may also be necessary to grade the coca beans according to size to ensure even roasting.

Roasting

This is the most important stage in the development of flavour. This can be achieved by roasting the whole bean, the cocoa bean cotyledon or even the ground cocoa bean cotyledon (cocoa mass). For chocolate production the roasting temperatures are 100C to 104C. For cocoa powder production higher temperatures of 120 to 135C are used. There are many designs of roasters: both batch and continuous systems. The operation is controlled so that: the nib is heated to the required temperature without burning the shell or the cotyledon and producing undesirable flavours; the heat is applied evenly over a long period of up to 90 minutes to produce even roasting; the nib must not be contaminated with any combustion products from the fuel used and provision must be made for the escape of any volatile acids, water vapour and decomposition products of the nib. After roasting the beans are cooled quickly to prevent scorching

Crushing

The shell will have been already loosened by the roasting. The beans are then lightly crushed with the object of preserving large pieces of shell and nib and avoiding the creation of small particles and dust. The older winnows used toothed rollers to break up the beans but modern machines are fitted with impact rollers. These consist of two hexagonal rollers running in the same direction that throw the beans against metal plates. The cocoa bean without its shell is known as a â€œcocoa nibâ€. The valuable part of the cocoa bean is the nib, the outer shell being a waste material of little value.

Winnowing

The crushed material is winnowed to remove the broken pieces of shell. This is achieved by sieving and blowing air through the material.

Alkalisation

Alkalisation is a treatment that is sometimes used before and sometimes after grinding to modify the colour and flavour of the product. This was developed in the Netherlands in the last century and is sometimes known as â€œDutchingâ€. This involves soaking the nib or the cocoa mass in potassium or sodium carbonate. By varying the ratio of alkali to nib, a wide range of colours of cocoa powder can be produced. Complete nib penetration may take an hour. After alkalization the cocoa needs to be dried slowly.

Grinding

The cocoa nib is ground into cocoa liquor (also known as unsweetened chocolate or cocoa mass). The grinding process generates heat and the dry granular consistency of the nib is turned into a liquid as the high amount of fat contained in the nib melts.

Production of cocoa butter

Cocoa butter can be extracted using extrusion, expeller, or screw presses. Cocoa butter can be produced from whole beans, and mixtures of fine nib dusts, small nibs, and immature beans. Sometimes, whole nibs are pressed when the expeller cake is needed for the manufacture of coatings and therefore must be free from shell and as low as possible in cocoa butter content. When pressing whole beans, very light roasting or even no roasting is needed, and this gives the mild-flavoured cocoa butter that is desirable for milk chocolate.

Hydraulic presses

Hydraulic presses are used to produce cocoa powder and cocoa butter. Cocoa powder can be prepared by the hydraulic pressing of finely ground cocoa liquor. This can be achieved by compressing the liquor in heavy steel pots until a predetermined amount of cocoa butter is squeezed through very fine mesh screens or filters situated at each side of the pot. The pots, each with a capacity of about 18kg, are mounted in a horizontal frame and the cocoa liquor, heated to 93-102^oC, is pumped in at a pressure of up to 300lb per square inch. Cocoa butter immediately starts to be forced out through the filter screens and when the pots are full the pressure pump is turned off and a hydraulic ram set in motion. A pressure of up to 6000lb per square inch is then applied. Cocoa butter runs from the pots to a trough and eventually to a collecting pan situated on a balance. When the required amount of cocoa butter has been extracted the ram is reversed to the starting position, the press pots open up and the cocoa cakes from each pot are deposited on a conveyor and taken away for grinding. The extracted cocoa butter will need to be cleaned to remove non-fat solids in suspension, this can be done by filtration or centrifugally. Cocoa butter produced by this method is normally a very pale yellow colour and it sets at a fairly hard fat showing crystal formation. Its melting point is 35^oC (Glossop, 1993).

Expellers

Cocoa beans for expeller pressing are either very lightly roasted at low temperatures or not roasted at all. They may be just warmed sufficiently to loosen the shell. The beans are steamed before being fed to the press to soften them and help release the cocoa butter. Basically the expeller press consists of a tapering tube perforated along its length in which is situated a rotating screw. The cocoa beans are fed into the tube where they are subjected to shearing and increasing pressure by the action of the rotating screw. Cocoa butter is forced out through the perforations in the tube. The tube is terminated by an adjustable cone which gives a variable gap between the tube and the cone. Thick flakes of expeller cake are extruded through this gap. The extracted fat must be filtered or centrifugally separated to remove cocoa solids. Expeller cake contains 8-9 percent fat and this can be extracted using organic solvents.

Solvent extraction

Cocoa butter can be produced at the large scale by solvent extraction. It should be noted that it is unlikely that solvent-extracted cocoa butter would alone account for the added cocoa butter in a chocolate. Generally, it would be incorporated in a butter blend at the rate of 2 to 5 percent.

The production of cocoa powder

The cocoa powder is taken from the press as a cake. It is broken in a mill. The resulting powder is sieved through fine silk, nylon or wire mesh. Most cocoa powders are made from mass which has been treated with alkali with the purpose of controlling the colour of the powder and improving the dispersability.

The production of plain chocolate

To produce plain chocolate mass is mixed with sugar and sufficient cocoa butter to enable the chocolate to be moulded. The ratio of mass to sugar varies according to the national taste.

Melenging

The mixture is ground to such a degree that the chocolate is smooth to the palate. At one time this was done by a lengthy process in melengeurs (mélangeurs?) - heavy granite rollers in a revolving granite bed - but nowadays grinding is done in a series of rolls.

Conching

After grinding the chocolate is conched. The original conche was a tank shaped rather like a shell in which a roller is pushed to and fro on a granite bed. During the conching process which may last for several hours the chocolate is heated, this helps to drive off volatile acids, thereby reducing acidity when present in the raw bean, and the process finishes the development of flavour and makes the chocolate homogeneous.

Tempering

After conching the chocolate has to be tempered before it is used for moulding. Tempering involves cooling and reaching the right physical state for rapid setting after moulding.

The production of milk chocolate

Similar processes are involved in the manufacture of milk chocolate. The milk is added in various ways either in powder form to the mixture of mass, sugar and cocoa butter, or by condensing first with sugar, adding the mass and drying this mixture under vacuum. This product is called crumb and this is ground and conched in a similar manner to plain chocolate.

References and Further information

This Howtopedia entry was initially derived from the Practical Action Technical Brief Cocoa and Chocolate. To look at the original document follow this link: http://www.practicalaction.org/?id=agroprocessing

Cocoa Wood, Lass Pub. Longman, 1989
(Covers the areas of cultivation, pest & disease, and marketing)
Small-scale Processing of Cocoa, Food Chain Journal No23, ITDG, July 1998
The Chocolate Shop That Helps Stop World Hunger, Food Chain Journal No32, May 2003

Useful contacts

International Cocoa Organization (ICCO)
22 Berners Street, London, W1P 3DB
United Kingdom
Tel: +44 (0)20 7637 3211
Fax: +44 (0)20 7631 0114
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Website: http://www.icco.org/index.htm

Wageningen University
Front Office Department of Plant Sciences
Binnenhaven 12
6709 PD Wageningen
(building nr. 508)
The Netherlands
Tel: +31 317 483915
Fax: +31 317 484855
http://www.dpw.wageningen-ur.nl/cocoa/

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