Mengenal Proses Pembuatan Cokelat

- Teknologi Pemrosesan Bubuk Kakao: Pembahasan Mendalam dari Hulu ke Hilir

Ringkasan Eksekutif

Artikel ini menyajikan analisis teknis mendalam mengenai rantai nilai pemrosesan kakao. Pembahasan dimulai dari sektor hulu (genetika varietas Criollo vs Forastero dan kinetika fermentasi mikroba) yang menentukan pembentukan prekursor rasa. Di sektor midstream, diuraikan peran termodinamika penyangraian (reaksi Maillard) sebagai penentu aroma dan titik kendali kritis (CCP) untuk eliminasi Salmonella. Pada sektor hilir, analisis difokuskan pada kimia alkalinisasi (Dutching) untuk modifikasi warna/pH, mekanika fraksinasi lemak hidrolik, serta teknologi klasifikasi partikel. Dokumen ini juga mengevaluasi inovasi non-termal masa depan (PEF, Ultrasound) dan kepatuhan terhadap standar keamanan pangan global.

Bab 1: Pendahuluan dan Dinamika Hulu

1.1 Latar Belakang dan Tinjauan Industri

Industri pemrosesan kakao global (Theobroma cacao) merupakan sebuah orkestrasi kompleks antara ilmu pertanian, biokimia pangan, dan rekayasa proses. Transformasi biji kakao mentah menjadi bubuk kakao bernilai tinggi bukan sekadar reduksi ukuran partikel, melainkan serangkaian reaksi biokimia terkendali yang dimulai dari genetika tanaman di perkebunan (hulu) hingga modifikasi pH dan kristalisasi lemak di pabrik pengolahan (hilir). Permintaan pasar global saat ini tidak hanya menuntut profil rasa yang superior, tetapi juga fungsionalitas fisikokimia yang spesifik—seperti kelarutan, warna, dan kandungan bioaktif—yang semuanya ditentukan oleh parameter proses yang ketat.

Artikel ini menyajikan analisis teknis yang mendalam mengenai seluruh rantai nilai pemrosesan bubuk kakao, mengintegrasikan temuan dari artikel jurnal untuk mengevaluasi kinetika pembentukan prekursor rasa, termodinamika penyangraian, kimia alkalinisasi (Dutching), mekanika fraksinasi lemak, serta inovasi teknologi non-termal terkini.

1.2 Determinan Genetik: Arsitektur Dasar Rasa

Kualitas akhir bubuk kakao pada dasarnya telah ditentukan oleh cetak biru genetik biji kakao. Variabilitas genetik mempengaruhi komposisi metabolit sekunder, rasio lemak, dan prekursor rasa yang tersedia untuk reaksi Maillard di tahap selanjutnya. Secara umum, industri membedakan tiga genotipe utama yang memiliki implikasi pemrosesan yang berbeda.

1.2.1 Criollo: Kakao Mulia (Fine Flavor)

Varietas Criollo, yang sering disebut sebagai "pangeran kakao," memiliki karakteristik biji yang berwarna putih hingga ungu pucat karena kandungan antosianin yang rendah. Secara biokimia, Criollo memiliki profil fenolik yang lebih rendah dibandingkan varietas lain, yang menghasilkan astringensi dan kepahitan yang minimal. Profil aromatiknya didominasi oleh nota buah (fruity), kacang (nutty), dan bunga (floral).

Dalam konteks produksi bubuk kakao, biji Criollo jarang dijadikan bubuk kakao alkalinisasi hitam (black cocoa) karena nilai ekonominya yang tinggi dan profil rasanya yang halus akan rusak oleh proses kimia yang agresif. Bubuk kakao dari Criollo biasanya diproses sebagai bubuk kakao alami (natural) atau alkalinisasi ringan untuk mempertahankan volatilitas aroma aslinya.

1.2.2 Forastero: Tulang Punggung Industri (Bulk Cocoa)

Forastero mencakup sekitar 80-85% dari produksi kakao global. Varietas ini dikenal karena ketahanannya terhadap penyakit dan produktivitas yang tinggi. Secara fisik, biji Forastero berwarna ungu tua akibat konsentrasi antosianin dan polifenol (terutama epikatekin dan prosianidin) yang tinggi. Kandungan fenolik yang tinggi ini memberikan rasa dasar kakao yang kuat (robust), pahit, dan sepat.

Untuk produksi bubuk kakao industri, Forastero adalah bahan baku utama. Tingginya kandungan polifenol memerlukan protokol fermentasi yang lebih panjang dan seringkali membutuhkan proses alkalinisasi yang lebih intensif untuk menetralkan keasaman dan memodifikasi warna menjadi cokelat kemerahan atau hitam pekat yang diinginkan konsumen massal.

1.2.3 Trinitario: Hibrida Fungsional

Trinitario adalah hibrida alami antara Criollo dan Forastero, menggabungkan ketahanan Forastero dengan nuansa rasa Criollo. Analisis metabolomik terkini pada hibrida Trinitario telah mengidentifikasi tanda tangan volatil yang spesifik. Studi menunjukkan bahwa klon tertentu (seperti ICCRI 09) dapat menghasilkan senyawa volatil kunci seperti benzaldehida (aroma ceri/almond) dan 3-metilbutanal (aroma malt/kakao) dalam konsentrasi yang signifikan.

1.3 Fermentasi: Reaktor Biokimia Pasca Panen

Fermentasi adalah tahap paling kritis di sektor hulu yang menentukan potensi rasa biji kakao. Tanpa fermentasi yang tepat, prekursor rasa tidak akan terbentuk, dan biji kakao tidak akan pernah mengembangkan rasa cokelat yang khas, terlepas dari seberapa canggih pemrosesan di hilir. Proses ini melibatkan suksesi mikroba yang mengubah lingkungan biokimia biji.

1.3.1 Dinamika Suksesi Mikroba

Fermentasi kakao adalah proses spontan yang terjadi dalam dua fase utama: anaerobik dan aerobik.

1. Fase Anaerobik (Ragi/Yeast): Pada 24-48 jam pertama, ragi mendominasi lingkungan pulp yang kaya gula (glukosa, fruktosa) dan asam sitrat. Ragi memetabolisme gula menjadi etanol dan karbon dioksida secara anaerobik. Aktivitas pektinolitik ragi juga mendegradasi pektin dalam pulp, menyebabkan pulp mencair dan mengalir keluar (sweating).
2. Fase Mikroaerofilik (Bakteri Asam Laktat/LAB): Seiring dengan berkurangnya ketersediaan oksigen dan adanya substrat karbohidrat, Bakteri Asam Laktat (LAB) berkembang biak, mengubah gula sisa dan asam sitrat menjadi asam laktat.
3. Fase Aerobik (Bakteri Asam Asetat/AAB): Dengan masuknya udara akibat degradasi pulp, Bakteri Asam Asetat (AAB) mengambil alih. AAB mengoksidasi etanol yang dihasilkan ragi menjadi asam asetat dalam reaksi eksotermik yang kuat. Reaksi ini meningkatkan suhu massa fermentasi hingga 45–50°C.

1.3.2 Penetrasi Asam dan Kematian Biji

Produksi asam asetat dan kenaikan suhu memiliki peran fisiologis yang krusial: mematikan benih (germ). Asam asetat bersifat lipofilik dan dapat menembus kulit biji (testa) serta membran sel kotiledon. Penetrasi ini menyebabkan penurunan pH internal biji dari sekitar 6.5 menjadi 4.5–5.5.

Pengasaman internal ini merusak integritas selular, menyebabkan kebocoran vakuola. Akibatnya, enzim dan substrat yang sebelumnya terkompartementalisasi dapat bercampur, memicu reaksi biokimia vital.

1.3.3 Proteolisis dan Pembentukan Prekursor Rasa

Salah satu transformasi terpenting selama fermentasi adalah degradasi protein cadangan biji, terutama globulin tipe-vicilin (7S), oleh enzim endogen.

• Enzim Terlibat: Protease aspartat (endoprotease) bekerja optimal pada pH rendah untuk memotong protein menjadi peptida oligomer. Selanjutnya, karboksipeptidase bekerja untuk memecah peptida tersebut menjadi asam amino bebas hidrofobik.
• Signifikansi: Asam amino bebas (seperti leusin, alanin, fenilalanin) dan gula pereduksi (hasil hidrolisis sukrosa) adalah prekursor esensial untuk reaksi Maillard non-enzimatik yang akan terjadi saat penyangraian.
• Oksidasi Polifenol: Selama fermentasi aerobik, enzim polifenol oksidase (PPO) mengkatalisis oksidasi polifenol (katekin dan epikatekin) menjadi kuinon, yang kemudian berpolimerisasi membentuk tanin tak larut (phlobaphenes).

1.4 Pengeringan: Stabilisasi dan Evolusi Oksidatif

Setelah fermentasi, kadar air biji kakao berkisar antara 60%, yang harus diturunkan hingga 6-7% untuk mencegah pertumbuhan kapang dan menstabilkan biji selama penyimpanan dan transportasi. Pengeringan bukan sekadar proses evaporasi fisik; ini adalah kelanjutan dari reaksi oksidatif yang dimulai saat fermentasi.

Metode pengeringan matahari (sun drying) memungkinkan proses lambat yang menghilangkan asam asetat volatil (meningkatkan rasa), sedangkan pengeringan buatan (artificial) berisiko menyebabkan case hardening jika suhu terlalu tinggi, yang memerangkap asam di dalam biji.

Bab 2: Pemrosesan Midstream - Transformasi Termal dan Mekanis

Setelah biji kakao kering diterima di pabrik pemrosesan, biji tersebut memasuki fase "midstream". Tujuan fase ini adalah mengubah komoditas pertanian mentah menjadi produk setengah jadi (likor kakao) melalui pembersihan, perlakuan panas, pemisahan kulit, dan penggilingan.

2.1 Pembersihan dan Destoning

Biji kakao mentah sering kali tercampur dengan material asing dari perkebunan, seperti batu, ranting, pecahan logam, debu, dan serat goni. Langkah pembersihan menggunakan aspirasi udara, pengayakan vibrasi, dan pemisah magnetik adalah prasyarat mutlak untuk melindungi mesin giling hilir dan menjamin keamanan pangan.

2.2 Penyangraian (Roasting): Reaktor Rasa Utama

Penyangraian adalah operasi unit termal (suhu 110–140°C) yang berfungsi sebagai "jantung" pengembangan rasa cokelat. Selain itu, penyangraian juga menurunkan kadar air hingga <2% dan merapuhkan struktur biji untuk memfasilitasi penggilingan.

2.2.1 Reaksi Maillard dan Degradasi Strecker

Selama penyangraian, prekursor rasa yang terbentuk saat fermentasi (asam amino hidrofobik dan gula pereduksi) bereaksi melalui jalur Maillard non-enzimatik.

• Mekanisme: Reaksi kondensasi antara gugus amino dari asam amino bebas dan gugus karbonil dari gula pereduksi membentuk basa Schiff, yang kemudian mengalami penataan ulang Amadori.
• Degradasi Strecker: Senyawa dikarbonil bereaksi lebih lanjut dengan asam amino bebas melalui degradasi Strecker, menghasilkan aldehida volatil dan aminoketon. Kondensasi aminoketon ini membentuk alkilpirazina, senyawa kunci penentu aroma kacang (nutty) dan panggang (roasted).
• Kinetika: Laju reaksi ini sangat bergantung pada suhu dan aktivitas air. Penyangraian berlebihan (over-roasting) dapat memicu karbonisasi dan pembentukan akrilamida.

2.2.2 Aspek Keamanan Mikrobiologis (Kill Step)

Biji kakao mentah secara alami terkontaminasi oleh berbagai mikroorganisme, termasuk patogen Salmonella. Dalam HACCP industri kakao, penyangraian divalidasi sebagai Critical Control Point (CCP) utama untuk memusnahkan Salmonella. Banyak sistem penyangraian modern menyuntikkan uap air pada tahap awal penyangraian untuk memastikan inaktivasi mikroba sebelum fase pengembangan rasa dimulai.

2.3 Winnowing: Separasi Kulit dan Nib

Proses winnowing bertujuan memisahkan kulit (shell) dari daging biji (nib). Standar industri membatasi kandungan kulit dalam nib di bawah 1.5-1.75%. Kulit kakao mengandung serat tinggi yang bersifat abrasif terhadap mesin giling dan dapat menurunkan kualitas sensoris bubuk kakao.

2.4 Penggilingan (Grinding): Likuifikasi

Nib kakao padat digiling untuk menghancurkan dinding sel dan melepaskan lemak kakao intraseluler, mengubahnya menjadi pasta cair yang disebut likor kakao (cocoa liquor) atau massa kakao. Proses ini biasanya dilakukan bertahap menggunakan hammer mill diikuti oleh ball mill untuk mereduksi ukuran partikel padatan kakao hingga <75 mikron.

Bab 3: Rekayasa Kimia Hilir - Alkalinisasi dan Fraksinasi

Fase hilir (downstream) adalah tahap di mana likor kakao dimodifikasi secara kimia dan fisik untuk menghasilkan bubuk kakao dengan spesifikasi fungsional yang diinginkan pasar.

3.1 Alkalinisasi (Dutching): Modifikasi Kimiawi

Alkalinisasi adalah proses opsional namun transformatif yang ditemukan oleh Coenraad van Houten. Proses ini melibatkan perlakuan nib atau likor kakao dengan larutan alkali untuk memodifikasi pH, warna, dan kelarutan.

• Netralisasi: Alkali menetralkan asam organik (asam asetat, sitrat, oksalat), menaikkan pH dari alami (5.2-5.8) menjadi netral (6.8-7.2) atau alkalis (7.2-8.5+).
• Kromofor: Lingkungan basa memacu oksidasi dan polimerisasi senyawa flavonoid menjadi molekul pigmen kompleks yang disebut phlobaphenes, menggeser warna dari cokelat kekuningan menjadi cokelat kemerahan gelap atau hitam arang.

3.2 Pengempaan Hidrolik (Hydraulic Pressing): Separasi Fase

Likor kakao, yang mengandung sekitar 53-55% lemak, harus dipisahkan menjadi dua fraksi: lemak kakao (cocoa butter) dan bungkil kakao (cocoa cake) padat. Ini dilakukan menggunakan mesin hydraulic pot press horizontal dengan tekanan 40-60 MPa.

Secara komersial, bubuk kakao dibagi menjadi dua kategori utama:

• High Fat (Breakfast Cocoa): Kadar lemak 20-24%.
• Low Fat (Standard): Kadar lemak 10-12%.

3.3 Penepungan dan Klasifikasi

Bungkil kakao yang keluar dari mesin pres berbentuk piringan batu yang keras. Bungkil ini didinginkan, dipecah, dan digiling menggunakan Air Classifier Mill (ACM). Partikel digiling dan terbawa oleh aliran udara ke roda klasifikasi, memastikan 99.5% partikel lolos ayakan 200 mesh (<75 mikron).

Bab 4: Teknologi Canggih dan Inovasi Masa Depan

4.1 Teknologi Ekstraksi Non-Termal

• Pulsed Electric Fields (PEF): PEF adalah teknologi yang menerapkan pulsa listrik tegangan tinggi pada biji atau massa kakao. Ini menyebabkan elektroporasi, meningkatkan rendemen ekstraksi lemak kakao saat pengempaan.
• Ultrasound-Assisted Processing: Gelombang ultrasonik daya tinggi menciptakan kavitasi akustik, mempercepat proses fermentasi dan ekstraksi senyawa bioaktif.

4.2 Supercritical Fluid Extraction (SFE)

Ekstraksi menggunakan karbon dioksida superkritis adalah alternatif ramah lingkungan. Teknologi ini memungkinkan ekstraksi selektif lemak kakao dan senyawa bioaktif tanpa residu pelarut beracun dan pada suhu rendah.

Bab 5: Standar Kualitas, Regulasi, dan Keamanan Pangan

Produksi bubuk kakao diatur oleh standar internasional yang ketat untuk melindungi konsumen dari risiko mikrobiologis dan kimia.

5.1 Spesifikasi Fisikokimia

Tabel berikut merangkum spesifikasi umum untuk berbagai jenis bubuk kakao komersial berdasarkan data industri dan standar Codex.

Parameter	Bubuk Kakao Natural	Bubuk Kakao Alkalinisasi (Medium)	Bubuk Kakao Hitam (Black)	Standar/Metode Referensi
pH (suspensi 10%)	5.2 – 5.8	6.8 – 7.2	8.0 – 8.5+	AOAC / ISO
Kadar Lemak	10-12% (Low Fat) 20-22% (High Fat)	10-12% (Low Fat) 20-22% (High Fat)	10-12% (Umumnya Low Fat)	Ekstraksi Soxhlet / IOCCC
Kadar Air	Max 5.0%	Max 5.0%	Max 5.0%	Gravimetri
Kehalusan (Fineness)	>99.5% lolos 75µm	>99.5% lolos 75µm	>99.0% lolos 75µm	Ayakan Basah (200 mesh)
Kadar Kulit (Shell)	< 1.75%	< 1.75%	< 1.75%	Berbasis alkali-free nibs
Warna	Cokelat Muda / Emas	Cokelat Merah / Mahoni	Hitam Arang / Abu Gelap	Spektrofotometer (L*a*b*)
Logam Berat (Cd)	Tergantung regulasi	-	-	ICP-MS

Bab 6: Kesimpulan

Pemrosesan bubuk kakao dari hulu ke hilir adalah perjalanan transformasi nilai yang mengintegrasikan aspek botani, mikrobiologi, kimia, dan teknik mesin.

1. Hulu sebagai Penentu: Kualitas hulu (genetika dan fermentasi) bersifat irreversible.
2. Peran Kritis Alkalinisasi: Alkalinisasi memungkinkan produsen memanipulasi warna dan rasa, meskipun dengan konsekuensi penurunan nilai antioksidan.
3. Integritas Keamanan: Keamanan pangan (eliminasi Salmonella) dan kepatuhan terhadap batas kontaminan tetap menjadi pilar yang tidak dapat ditawar dalam perdagangan kakao global.

References

1. Unravelling Cocoa Drying Technology: A Comprehensive Review of the Influence on Flavor Formation and Quality - PubMed Central
2. Cocoa Processing Market Size Analysis Report - Market Share, Forecast Trends and Outlook (2025-2034)
3. Cocoa Varieties - Forastero, Criollo & Trinitario - Nutrada
4. What Are the Genotypes of Cocoa? - World Wide Chocolate
5. Full article: Fermentation time effect on the quality of ancestral cocoa cultivars from Upala, Costa Rica, using physicochemical and sensory characteristics - Taylor & Francis
6. Flavor precursor and volatile compounds formation of unfermented cocoa beans hydrolyzed by papain - Food Science and Technology
7. Correlation between sensory attributes and Metabolomic profiles of cocoa liquor from different cacao genotypes - PMC - NIH
8. COCOA BEAN PROCESSING - Blommer Chocolate Company
9. THE EFFECTS OF FERMENTATION AND DRYING METHODS OF THEOBROMA CACAO ON QUALITY AND FLAVOR CHARACTERISTICS - ScholarSpace
10. Flowchart of cocoa bean production and manufacturing processes. - ResearchGate
11. Impact of Spontaneous Fermentation on the Physicochemical and Sensory Qualities of Cacao - MDPI
12. Effects of Predrying and Spontaneous Fermentation Treatments on Nib Acidification, Fermentation Quality, and Flavour Attributes of Ghanaian Cocoa (Theobroma cacao) Beans - NIH
13. Effect of Fermentation and Drying on Cocoa Polyphenols | Journal of Agricultural and Food Chemistry - ACS Publications
14. Full article: An overview of the physical and biochemical transformation of cocoa seeds to beans and to chocolate: Flavor formation - Taylor & Francis
15. Chemical and flavor profile changes of cocoa beans (Theobroma cacao L.) during primary fermentation - PubMed Central
16. The Effects of Roasting Time and Temperature on the Antioxidant Capacity of Cocoa Beans from Dominican Republic, Ecuador - TRACE: Tennessee Research and Creative Exchange
17. Effect of ball mill on physical properties of cocoa powder - Chula Digital Collections
18. Unravelling Cocoa Drying Technology: A Comprehensive Review of the Influence on Flavor Formation and Quality - MDPI
19. Effect of fermentation time and drying temperature on volatile compounds in cocoa
20. (PDF) Influence of ultrasonic pretreatment on the convective drying kinetics and quality of cocoa (Theobroma cacao L.) - ResearchGate
21. References (55) - Maximum Academic Press
22. From Cocoa to Chocolate: Effect of Processing on Flavanols and Methylxanthines and Their Mechanisms of Action - MDPI
23. Effect of Roasting Conditions on the Browning Index and Appearance Properties of Pulp Pre-Conditioned and Fermented Cocoa (Theobroma Cacao) Beans - Symbiosis Online Publishing
24. Full article: The impact of roasting on cocoa quality parameters
25. Influence of Roasting on the Antioxidant Activity and HMF Formation of a Cocoa Bean Model Systems | Journal of Agricultural and Food Chemistry - ACS Publications
26. Production of low‐protein cocoa powder with enzyme‐assisted hydrolysis - PMC - NIH
27. Microorganisms in Foods 8 - Regulations.gov
28. Microbiological Testing by Industry of Ready-to-Eat Foods Under FDA's Jurisdiction for Pathogens
29. Processing Cocoa - ICCO
30. The Alkalization Process and Its Effects on Cocoa Powder - Royal Duyvis Wiener
31. Alkalizing Cocoa and Chocolate - Blommer
32. Cocoa Powder Alkalization Method - Santa Barbara Chocolate
33. Cocoa Alkalization | American Society of Baking
34. Formation and Characterization of Polyphenol-Derived Red Chromophores. Enhancing the Color of Processed Cocoa Powders: Part 1 | Journal of Agricultural and Food Chemistry - ACS Publications
35. The effect of flow rate at different pressures and temperatures on cocoa butter extracted from cocoa nib using supercritical carbon dioxide - PMC - NIH
36. Hydraulic Cocoa Butter Press Machine - Highest 40% Extraction Rate
37. Cocoa Press Cake - NETZSCH Grinding & Dispersing
38. Basics of Size Reduction - AIChE
39. Competence in cocoa and chocolate processing - Hosokawa Micron BV
40. The Science Behind Cocoa Butter Crystallisation: How To Perfect Chocolate Tempering
41. ENHANCED RECOVERY OF BIOACTIVE COMPOUNDS FROM COCOA BEAN HUSK (Theobroma cacao) VIA PULSED ELECTRIC FIELD PRETREATMENT - Proceedings.Science
42. Pulsed Electric Field-Assisted Extraction of Aroma and Bioactive Compounds From Aromatic Plants and Food By-Products - PMC - PubMed Central
43. Pulsed Electric Field Applications for the Extraction of Bioactive Compounds from Food Waste and By-Products: A Critical Review - MDPI
44. Ultrasound-Assisted Extraction of Bioactive Compounds from Cocoa Shell and Their Encapsulation in Gum Arabic and Maltodextrin: A Technology to Produce Functional Food Ingredients - MDPI
45. Drying kinetics and quality dynamics of ultrasound-assisted dried selenium-enriched germinated black rice - PMC - NIH
46. Analytical Strategies for Green Extraction, Characterization, and Bioactive Evaluation of Polyphenols, Tocopherols, Carotenoids, and Fatty Acids in Agri-Food Bio-Residues - MDPI
47. Full article: Emerging techniques for catechin extraction from green tea (Camellia sinensis): extraction technologies, functional potential, Toxicology, and food-industry applications: a systematic review - Taylor & Francis
48. Special focus: cocoa fermentation taking a 21st century twist - Confectionery Production
49. Bioactive peptides derived from artisanal cocoa bean fermentation - ResearchGate
50. Table of Microbiological Criteria for Food - Canada.ca
51. Microbiological specifications | Nestlé
52. STANDARD FOR COCOA POWDERS (COCOAS) AND DRY MIXTURES OF COCOA AND SUGARS CXS 105-1981
53. The Comprehensive Guide to Alkalized Cocoa Powder Production