Переработка какао-бобов в какао тертое

Очистка какао-бобов. Подготовительные операции играют важную роль. Целью операции очистки какао-бобов является разделение поступающих на переработку товарных какао-бобов на фракции и удаление примесей. Тщательность разделения какао-бобов на фракции влияет на качество продукции и во многом определяет эффективность последующих технологических операций.

Какао-бобы, поступающие на предприятия, засорены посторонними механическими примесями (песком, камешками, волокнами мешковины, металлическим сором, стеклом и т. п.). Они загрязняют сырье и усложняют переработку на современном оборудовании. Наряду с целыми какао-бобами попадаются дробленые ядра и какаовелла, недоразвитые, с меньшим содержанием жира, а также бобы сдвоенные, строенные. В целях достижения равномерной обжарки необходимо отделить какао-крупку и ядра, отличающиеся по размеру.

Система очистки какао-бобов включает сепаратор для отделения примесей - веревок, кусков дерева, веток и сдвоенных какао-бобов, песка, мелких частиц, а также барабанный металлический аппарат для улавливания частиц из железа и камнеотборник.

Очистительно-сортировочные машины могут использоваться как для предварительного, так и для окончательного (повторного) сортирования какао-бобов. Производительность сепаратора при первичном сортировании 2,3-9 т/ч, при повторном 0,1-4 т/ч.

В случае бестарного хранения какао-бобы перед подачей в бункер обрабатываются на очистительно-сортировочных машинах или сепарационных столах.

В зависимости от тщательности очистки бобов после ферментации и сушки выход чистых отсортированных бобов составляет в среднем 97 %, выход склеенных и ломаных бобов - 2,7, безвозвратные потери (мусор, пыль и другие посторонние примеси) - 0,3 -1 %.

Дебактеризация какао-бобов. Какао-бобы загрязнены микроорганизмами, причем обсемененность микроорганизмами варьирует в значительных пределах - от ста тысяч до нескольких миллионов клеток на 1 г. Для уничтожения микрофлоры проводят дебактеризацию какао-бобов путем высокотемпературной обработки или обработки паром.

Численность микроорганизмов в какаовелле товарных, обжаренных и обработанных паром какао-бобов приведена в табл. 25.

При тепловой обработке какаовеллы количество микрофлоры уменьшается. Причем обработка паром более эффективна, что объясняется повышением теплопроводности среды с увеличением ее влажности.

Тепловая обработка какао-бобов. От правильного проведения этой стадии в значительной степени зависит качество получаемых шоколада и какао-порошка.

Тепловая обработка очень сложный процесс. Обжарку какао-бобов проводят воздухом температурой 160- 180 °С в течение 20 - 40 мин. В результате обжаривания какао-бобов увеличивается хрупкость ядра и какаовеллы; какаовелла отделяется от ядра, уменьшается влажность и содержание дубильных веществ; изменяется цвет какао-бобов.

При обжаривании наряду с удалением влаги происходят химические реакции: снижается содержание аминокислот и редуцирующих сахаров в результате сахароаминной реакции (реакции Майяра), появляются ароматообразующие вещества, удаляются летучие кислоты, в первую очередь уксусная. Если химические реакции образования аромата завершатся раньше, чем удалена влага, то обжаренные какао-бобы не будут иметь должного аромата. Параметры процесса удаления влаги зависят от размера какао-бобов, а химические реакции - от температуры тепловой обработки. Существуют технологии, в которых обжаривают дробленые какао-бобы. В этом случае легче уравнять время удаления влаги с временем максимального образования ароматических веществ.

При обжаривании целых какао-бобов небольшая часть какао-масла переходит в какаовеллу, доля какао-масла в какаовелле возрастает на 0,5-1 %. Массовая доля влаги в обжаренных какао-бобах составляет 2,5-3 %.

Получение какао-крупки. От ядра какао-бобов отделяют оболочку (какаовеллу). Необходимость этого обусловлена значительной разницей в химическом составе ядра какао-бобов и оболочки и, как следствие, их пищевой ценности. Какаовелла при попадании в шоколад и какао-порошок ухудшает их вкус и пищевую ценность, так как содержит неусвояемую клетчатку (до 13-18 %) и мало жира (до 3 %).

Для отделения оболочки какао-бобы дробят, получают смесь частиц какао-крупки и какаовеллы размером 0,75-8 мм. Массовая доля какао-крупки составляет 81-83 %. Какаовеллу от какао-крупки отделяют в две стадии. Сначала смесь частиц сортируют на ситах дробильно-сортировочной машины и получают несколько фракций с разными размерами частиц. Затем каждую фракцию разделяют воздушным потоком на крупку и оболочку. Чем больше число получаемых фракций, тем легче отделить оболочку от крупки, поскольку частицы крупки и оболочки одного размера имеют разную скорость витания. Засоренность крупки какаовеллой допускается до 1,5-2%, потери какао-крупки с какаовеллой - до 0,5%.

Частицы какао-крупки и какаовеллы размером менее 1 мм представляют собой неделимую смесь. Выход ее до 1,5 %, массовая доля жира от 10 до 30 %. Эта фракция используется в производстве конфет.

На некоторых фабриках проводят дробление и отделение какаовеллы не обжаренных какао-бобов, а товарных. При этом возникает ряд затруднений. В товарных какао-бобах какаовелла плотно соединена с ядром. При дроблении какао-бобов образуется некоторое количество частиц какао-крупки с неотделенной какаовеллой. Какаовелла засоряет какао-крупку. В этом случае рекомендуется какао-бобы предварительно подсушивать и при дроблении сырых и слабо обжаренных какао-бобов в дробильно-сортировочной машине использовать не валковый механизм, а дробильный ударного типа.

Помимо ядра и оболочки в какао-бобе содержится зародыш (росток), который также нужно отделить. Росток находится в расширенной части какао-боба между двумя семядолями и представляет собой небольшой стебелек длиной около 4 мм и диаметром 1 мм. В обжаренных какао- бобах его массовая доля составляет 0,8 - 0,9 %. Зародыш обладает значительно большей твердостью, чем ядро и гораздо труднее измельчается на валковых мельницах. В ростке массовая доля жира, качество которого значительно ниже, чем жира ядра, всего 3,5 %.

Для удаления ростка фракцию крупки размером 4-5 мм, полученную после дробления бобов, пропускают через триер, который может быть использован как отдельный механизм или встроен в дробильно-сортировочную машину.

Алкализация какао-крупки. Часть какао-крупки, которая используется для получения какао-масла и какао-порошка, подвергается обработке щелочью. Чаще всего ее обрабатывают раствором поташа (карбонат калия). Допускается применение других химически чистых реактивов: калия двууглекислого (КНСО3), аммония углекислого, бикарбоната натрия и др. Иногда обработку ведут только водой, без введения солей. Количество реагента должно соответствовать массе порции какао-крупки: на 100 кг какао-крупки вводят 1,5-2 кг реагента, растворенного в 25-30 л воды. Независимо от используемого реагента рН обработанного продукта не должен превышать 7,2.

Концентрированный раствор поташа и вода поступают в смеситель для разведения. Взвешенная порция какао-крупки загружается в смеситель (при непрерывном процессе предусматривается два смесителя) и обрабатывается в течение 80 мин при температуре 75-80 ᵒС. Обработанная влажная какао-крупка с массовой долей сухих веществ 85 % подается в сушилку, где подсушивается на 3-5 %. Какао-крупка окончательно высушивается в шахтной сушилке горячим воздухом температурой 120- 140 °С до содержания сухих веществ 97-98 %.

При обработке какао-крупки раствором щелочи происходят сложные физико-химические изменения: нейтрализуются кислоты, изменяются дубильные, белковые, красящие, ароматические вещества. Кроме того, гидролизуется клетчатка, что облегчает процесс размола какао-крупки и выделения какао-масла при прессовании. При щелочной обработке образуются соли жирных кислот, обладающие эмульгирующими свойствами.

Фирмой «Бюлер» разработан новый метод алкализации крупки, в процессе которой возможно изменять величину рН, снижать долю микроорганизмов в крупке, улучшать цвет какао-порошка, его смачиваемость, а также качество готового напитка какао за счет способности какао-порошка находиться во взвешенном состоянии. Метод заключается в обработке какао-крупки в специальном реакторе водным раствором щелочи (20-35 % от массы какао-крупки) при определенных значениях давления и температуры. Для получения какао-порошка различных цветов предусмотрена возможность регулировать дозировку воды и подачу горячего воздуха. При указанных условиях обработки раствор щелочи быстро проникает внутрь частиц какао-крупки благодаря большой площади ее поверхности. Протекающие химические реакции разрыхляют стенки растительных клеток и способствуют лучшему освобождению какао-масла.

Какао тертое, полученное в результате щелочной обработки крупки, не следует применять в качестве составного компонента шоколадной массы, поскольку оно имеет специфические органолептические свойства.

Переработка какао-крупки в какао тертое. Какао тертое - основной компонент шоколадной массы.

Поташированную какао-крупку высушивают и используют для получения какао-масла и какао-порошка. Высушенную крупку измельчают до какао тертого. Для этой операции можно использовать дисковые мельницы в сочетании, к примеру, с валковыми или шариковыми.

В процессе измельчения какао-крупки разрывается клеточная ткань семядолей бобов, освобождается какао-масло.

При размоле какао-крупки, несмотря на кратковременность процесса, происходят некоторые изменения ее химического состава. Немного уменьшается влажность и титруемая кислотность, а также доля дубильных веществ. В результате этого усиливается темно-коричневый цвет, ослабевает горький вяжущий вкус.

В процессе размола продукт нагревается, и какао-масло расплавляется, благодаря чему масса приобретает жидкую консистенцию. Какао тертое является суспензией, в которой дисперсионной средой служит какао-масло (содержание его достигает в среднем 54-56 %), а дисперсной фазой - обрывки клеточных стенок, крахмальные зерна и белковые вещества.

Основными показателями какао тертого являются: степень измельчения, вязкость, массовые доли жира и влаги. Степень измельчения крупки в шоколадном производстве нашей страны оценивают по доле частиц размером менее 35 мкм в обезжиренной какао-массе. Для измерения этой величины используется специальный метод, предусмотренный стандартом. При этом фиксируется доля частиц, седиментировавших (осевших) из суспензии за определенный интервал времени.

Эффективность размола крупки может быть охарактеризована величиной вязкости получаемого какао тертого при данном содержании сухих веществ: чем меньше вязкость какао тертого, тем сильнее разрушены клетки и полнее освобождено какао-масло.

Вязкость какао тертого оказывает большое влияние на процессы обработки и формования шоколада: чем ниже вязкость обрабатываемых шоколадных масс, тем легче протекает процесс приготовления шоколада. Вязкость какао тертого возрастает с уменьшением доли сухих веществ. Так, если вязкость какао тертого с содержанием сухих веществ 97,5 % принять за единицу, то вязкость той же массы с содержанием сухих веществ 96,4 % составит 1,4-1,5, при доле сухих веществ 95,1 % будет равна 2,2. Какао тертое содержит частицы высокой дисперсности, оно обладает структурой и аномалией вязкости. Вязкость какао тёртого при механической обработке снижается вследствие разрушения структуры и ориентации частиц в потоке. При этом вязкость приближается к постоянному минимальному значению.

Содержание влаги в крупке оказывает влияние на степень измельчения какао тертого и на его вязкость. При повышенном содержании влаги крупка менее хрупкая, что затрудняет ее измельчение до необходимой дисперсности, ускоряет износ измельчающих поверхностей оборудования.

Существенное влияние на вязкость какао тертого оказывает содержание в нем какаовеллы. С увеличением количества какаовеллы доля какао-масла в какао тертом снижается, поэтому больше приходится добавлять какао-масла при приготовлении шоколадной массы, чтобы обеспечить необходимую текучесть последней при формовании. Это еще раз подчеркивает необходимость более тщательно отделять какаовеллу от какао-крупки в процессе переработки какао-бобов.

Рекомендуемая ВНИИ кондитерской промышленности вязкость какао тертого по прибору Реутова при 32 °С не более 6 Па · с.

Средний химический состав какао тертого приведен ниже (в %):

Жиры.........................................................................................54-58

Белковые вещества ...........................................................12,6-14,1

Теобромин....................................................................................1,5

Сахара...............................................................................................1

Крахмал.........................................................................................6,5

Клетчатка.......................................................................................3-4

Пентозаны.....................................................................................1,5

Дубильные вещества...............................................................5,4-8,6

Органические кислоты ...........................................................0,6-2,4

Зола.............................................................................................2-3,2

Остаток безазотистых экстрактивных

веществ..........................................................................................7,7

Вода...............................................................................................2,2

К какао тертому, направляемому на прессование, предъявляют несколько иные требования, чем к используемому для приготовления шоколадных масс. Для облегчения прессования и повышения качества какао-порошка применяют различные способы обработки какао-крупки (обработка крупки поташом описана выше) и какао тертого. Обработку какао тертого осуществляют следующим образом. Раствор реагента или воду (10-15 % от массы какао тертого) нагревают до 80°С и подают в вакуум-конш, куда предварительно загружают разогретое до 80-85 °С какао тертое. Массу непрерывно перемешивают в течение 1 ч, а затем подключают вакуум и продолжают перемешивать 5-8 ч. Под влиянием введенного раствора щелочной соли или воды вязкость массы значительно повышается. Одновременно влага испаряется, и влажность обрабатываемого какао тертого постепенно снижается до 1-1,2 %. В процессе перемешивания при повышенной температуре удаляются летучие кислоты. Это ведет к улучшению вкуса и аромата. Из-за введения щелочных солей значение рН какао тертого повышается до 77,1. Под воздействием такой обработки структура клеток какао тертого разрушается.

В целях повышения дисперсности какао тертого применяется двух- и трехступенчатое измельчение какао-крупки. При многоступенчатом измельчении какао тертое имеет более высокую дисперсность.

Какао тертое хранят в жидком виде в крупных темперирующих резервуарах цилиндрической формы вместимостью 500-5000 л. Емкости оборудуют мешалками, которые совершают вращательное или планетарное движение, и подогревающими устройствами. Переработку и транспортирование какао тертого осуществляют в нагретом (жидком) состоянии.

Какао тертое является полуфабрикатом шоколадного производства, обычно его используют внутри предприятия, но оно может быть и товарной продукцией. В соответствии со стандартом к какао тертому предъявляют следующие требования. Вкус и аромат - характерные для какао-бобов; цвет - темно-коричневый; при 16-18 °С состояние твердое, при 40 °С текучее. Массовая доля влаги не более 3 %; степень измельчения не менее 90 %.

Какао тертое хранят в чистых сухих, хорошо вентилируемых складах при температуре 183 °С и относительной влажности воздуха не выше 75 %. Срок хранения в этих условиях б мес.

Использование какаовеллы. Какаовелла по своему химическому составу во многом схожа с ядром какао-боба. Массовая доля какаовеллы в зависимости от места произрастания деревьев какао и их вида составляет 9,1-16 % от массы бобов. При переработке какао-бобов остаются десятки тысяч тонн какаовеллы, поэтому разработка рациональных и экономически оправданных способов ее утилизации имеет большое промышленное значение.

Перспективными являются следующие направления использования какаовеллы:

получение на основе какаовеллы натуральных красителей, ароматизаторов, алкалоидов, жира;

после тщательной очистки и эффективного измельчения применение как наполнителя в кондитерские изделия;

в сельском хозяйстве использование в рационе кормов животных (1 %);

возможно использование загрязненной, заплесневелой какаовеллой для технических целей, например в промышлённости строительных материалов.

Для получения высокодисперсных порошков какаовеллу измельчают многократным ударным воздействием и истиранием частиц под действием центробежных сил с одновременной воздушной классификацией получаемого порошка.