1. Какао-бобы: условия прорастания и получения

Какао-бобы (деревья какао) произрастают в Центральной Америке, Африке и южных регионах Азии. Условия произрастания – влажный теплый климат. Какао-бобы имеют белый цвет с желтым или розовым оттенком, вкус горький и вяжущий (за счет дубильных веществ).

Для превращения како-бобов в товарный вид их подвергают ферментации , которая осуществляется на плантации: какао-бобы загружаются в завальные ямы и при температуре 50 оС происходит процесс ферментирования. Сахар превращается в спирт и углекислый газ, спирт окисляется до уксусной кислоты; происходит реакция меланоидинообразования, в результате чего какао-бобы имеют коричневую окраску.

За счет уксусной кислоты како-бобы теряют способность к произрастанию. Процесс ферментации длится 4 – 6 дней , затем какао-бобы просушиваются на солнце. Какао-бобы становятся хрупкими, кожура легко отходит от семени. Это означает, что процесс ферментации окончен.

2. Товарные качества какао-бобов. Физико-химические характеристики при приемке, хранении, переработке

Товарные какао-бобы по качеству подразделяются на три основные сорта:

I. Какао-бобы высшего сорта.

Регионы произрастания: остров Цейлон, Ява, северное побережье Южной Америки, Каракас, Эквадор. Длина како-бобов – 28 – 30 мм, вес одного какао-боба – не менее 2,5 г. Какао-бобы крупные, сортированные, округлой формы, шелуха красно-коричневая, вкус и аромат ярко выражены.

II. Какао-бобы среднего качества.

Регионы произрастания: Западная Африка , Камерун, Вест-Индия, Куба, Коста-Рика. Длина какао-бобов – 25 – 28 мм , вес одного какао-боба – 1,8 – 2,0 г. Какао-бобы несортированные, шелуха желто-коричневого цвета, могут быть плоскими, запах слабый, вкус горьковатый.

III. Какао-бобы ниже среднего качества.

Регионы произрастания: Камерун, Нигерия, Лаос, Гаити, Ямайка. Длина какао-бобов – 10 – 20 мм, вес одного какао-боба – 0,8-1,5 г. Какао-бобы неоднородные по величине , плохо ферментированы, поверхность нечистая, запах слабый, вкус горький.

Химический состав товарных какао-бобов:

•  Ядро 85 – 89 %
•  Шелуха 10 – 14 %
•  Зародыш до 1 %
•  Жиры 48 – 54 %
•  Влажность 4 – 6 %
•  Крахмал до 15 %
•  Белки 11 – 15 %
•  Сахара около 12 % (в основном глюкоза)
•  Клетчатка до 21 %
•  Органические кислоты 12 % (в основном уксусная, муравьиная кислоты)
•  Кофеин до 0,5 %

При приемке необходимо обращать внимание на следующее:

1. Какао-бобы должны быть не затхлыми и не иметь постороннего запаха.

2. Какао-бобы должны быть хорошо ферментированными; допускается 5 % плохо ферментированных к массе какао-бобов.

3. Минимальное количество сросшихся какао-бобов и лома – не более 5 %.

4. Не допускается повреждение оболочки.

5. Влажность – не более 8 %.

При хранении какао-бобов следует соблюдать следующие требования:

1. Склад должен быть изолирован от другого сырья.

2. Пол, потолок, стены должны быть без трещин, чтобы не заводилась бабочка-огневка.

3. Окраска склада должна производится красками, которые не содержат свинец.

4. Склад должен быть сухим, иметь хорошую вентиляцию. Необходимо устанавливать калориферы (за счет теплоносителей поддерживается влажность и температура).

5. Влажность воздуха должна быть 80 %, температура – не ниже 8оС.

6. Мешки укладываются на стеллажи . Можно хранить в силосах. Перед тем, как какао-бобы отправить на длительное хранение их обрабатывают горячим воздухом, температура, которого 60 – 65 оС, в течение 10 – 15 минут. Если влажность какао-бобов выше 8 %, то их предварительно просушивают перед хранением.

7. Помещение для хранения один раз в год дезинфицируется.

3. Технологическая схема сортировки, обжарки, переработки какао-бобов в какао-крупку

Технологические стадии:

а) Сортировка осуществляется на специальных сортировочных машинах с воздушной сепарацией и виброситами. Семь сит расположены друг над другом.

•  с первого сита удаляются камни, тяжелые примеси,
•  со второго – песок,
•  с третьего – легкие примеси,
•  с четвертого – лом,
•  с пятого – слипшиеся бобы,
•  с шестого – крупные частицы какао-веллы (оболочки),
•  на седьмом сите остаются нормальные какао -бобы. При очистке рассчитывается ее эффективность.

 

где Е – эффективность очистки;
mб – масса какао-бобов на сходе;
mс – масса какао-бобов и примесей, поступивших на сортировку.

Выход чистых отсортированных какао-бобов по нормам должен быть 98 – 98,5 %, лом 1 %, потери 0,5 – 1 %. Шелуха собирается в сепаратор. Очищенные какао-бобы собираются в силосы на хранение.

б) Обжарка За счет механического удаления влаги снижается кислотность с 13 до 11 % (летучие и частично связанные кислоты), снижается содержание дубильных веществ от 6 до 5 %, влажности от 8 до 2 %. Происходит инверсия сахарозы, протекает реакция меланоидинообразования, в результате чего какао-бобы приобретают определенный вкус и аромат, становятся хрупкими, начинает отделятся какао-велла (шелуха).

Чем ниже влажность, тем лучше измельчаются какао-бобы в какао-крупку, что в дальнейшем позволяет получить большее количество какао-масла из какао-тертого. Но влажность должна быть не ниже 2 %. За счет повышенной гигроскопичности какао-бобов их не хранят, а сразу же отправляют на переработку.

Применяются следующие типы обжаривания какао-бобов:

• кондуктивный;

• конвективный;

• кондукционный;

• электрокондукционный;

• радиационный.

Оптимальная температура при обжаривании 120…130 оС, влажность какао-бобов после обжаривания 2 – 2,5 %. Для предотвращения потери какао-масла (за счет диффузии), какао-бобы после обжаривания резко охлаждают до температуры 35 оС.

в) Удаление какао-веллы (околоплодной пленки), осуществляет-ся на специальных вечных машинах.

Получение какао-крупки. После обжаривания какао-бобы имеют хрупкую ячеистую структуру и при механическом воздействии разделяются на кубические частицы, которые называются какао-крупка. У какао-бобов имеются зародыши, которые имеют твердую структуру и не подвергаются измельчению. Какао-крупку пропускают через триеры, где удаляются зародыши.

Выход какао-крупки составляет 87 %, отход шелухи – 10 – 12 %, содержание жира в какао-крупке должно составлять 59 %.

4. Получение из какао-крупки какао тертого, какао-масла, какао-порошка по традиционной схеме

Переработка какао-крупки в какао тертое.

Какао тертое – основной компонент шоколадного производства, получаемый путем размола какао-крупки в какао тертое.

При размоле происходит разрыв клеточной ткани и высвобождается содержимое клеток (какао-масло). Процесс размола сопровождается нагревом, в результате чего какао тертое имеет полужидкую консистенцию.

Какао тертое – суспензия, состоящая из дисперсионной среды, которая представлена какао-маслом (54 – 59 %), и дисперсной фазы, которая представлена обрывками крахмальных зерен, белковых веществ и клеточной ткани.

Качество размола какао-крупки характеризуется по следующим показателям:

1) вязкость получаемого какао тертого. Чем меньше вязкость какао тертого, тем более полно вскрыты клетки и все какао-масло высвобождается. Чем ниже вязкость, тем легче какао тертое смешивается с сахаром, легче измельчаются какао крупки, легче удаляются влага и летучие кислоты при темперировании.

Чем ниже вязкость, тем интенсивнее протекают биохимические процессы при темперировании какао тертого, в результате чего облагораживается вкус, цвет и аромат.

2) содержание влаги. Чем выше влажность какао-крупки, тем хуже она подвергается процессу измельчения, тем выше вязкость получаемого какао тертого. Вязкость какао тертого изменяется в зависимости от дисперсности, влажности, содержания жира и сортовых особенностей.

Какао тертое имеет следующие физико-химические и реологиче-ские характеристики при температуре 32 оС:

•  влажность 2 – 2,5 %
•  содержание жира 54 – 56 %
•  содержание белковых веществ 12 – 14 %
•  содержание крахмала 10 %
•  вязкость какао тертого не более 6 Па⋅с

При размоле температура не должна превышать 45 оС иначе ухудшаются органолептические и физико-химические показатели какао тертого. Размол какао-крупки в какао тертое производят на восьмивалковых мельницах; трехвалковых мельницах, которые комбинируются с пятивалковыми; дезинтеграторах; дифференцирующих установках «Нагема», шариковых мельницах.

В процессе измельчения под действием кислорода воздуха происходит окисление дубильных веществ, снижение влажности, удаление летучих кислот (содержание летучих кислот сокращается вдвое).

Выход какао тертого из массы сырых какао-бобов зависит от потерь: при сортировке теряет до 1 %

•  при обжаривании до 5 %
•  при дроблении и очистке до 12 %
•  при приготовлении какао тертого до 0,4 %

Темперирование какао тертого.

После получения какао тертого оно отправляется на темперирование в течение 2-х часов при температуре 80 – 85 оС при постоянном помешивании. В процессе темперирования происходит реакция меланоидинообразования, дальнейшее нарастание редуцирующих веществ, окисление фенольных соединений, удаление влаги и кислот, окисление кислородом воздуха дубильных веществ и переход их в водорастворимое состояние.

Основное назначение стадии – улучшение вкусовых и органолептических показателей . Для интенсификации процесса используют щелочную обработку, так как щелочи нейтрализуют нелетучие кислоты.

Производство какао-масла и какао-порошка.

Часть какаопорошка используется при производстве шоколада, а часть – для производства какао -масла, а из жмыха, который получается при отжиме какао тертого – какао-порошок. Схема производства представлена на рисунке 36.

 

Рисунок 36 – Схема переработки какао тертого в какао масло и какао порошок

Из температурного сборника 1 какао тертое (температура 95 оС) шестеренчатым насосом 2 закачивается в приемную воронку 3 горизонтального пресса 4, где установлены чаши, которые определяются типом пресса. На чашах устанавливаются обратные клапаны, для того, чтобы препятствовать вытеснению какао тертого при прессовании.

После заполнения чаши в рабочий цилиндр 5 под высоким давлением нагнетается машинное масло, и пуансоны чаш сближаются, в результате чего выдавливается масло и с помощью трубопровода поступает на приемные весы 15. По весам определяется окончание прессования.

Прессование ведут при температуре 90 – 95 оС, продолжительность прессования зависит от вязкости и дисперсности какао тертого. Чем выше дисперсность, тем ниже вязкость, тем выход какао-масла при прессовании больше. Оптимальная дисперсность какао тертого – 93 % по Реутову (содержание частиц размером до 20 мкм). Чем ниже влажность какао тертого, тем ниже вязкость, тем максимальнее происходит процесс отжатия какао-масла, выход которого рассчитывают по формуле

 

где В – выход какао-масла при прессовании; МТ – содержание какао-масла в какао тертом;

МЖ – содержание какао-масла в какао-жмыхе; Предполагаемое содержание какао-масла в жмыхе:

 

Время прессования – 20 минут, давление пресса 4 – 6 атм.

После отжатия какао-масла чаши пресса раскрываются и из них на транспортер 6 выпадают жмыховые диски (температура 90 оС) . На этом же транспортере охлаждаются и подаются на дробилку 7, где дробятся на куски величиной с грецкий орех. Шнеком 8 подается к нории 9, которая транспортирует раздробленный жмых на дисмембратор 10, где жмых измельчается.

На выходе из дробилки температура какао-порошка составляет 110 оС, с помощью транспортера какао-порошок подается в теплообменник, где охлаждается до 16 оС (труба в трубе, температура хладоагента 14 оС). Охлажденный какао-порошок через циклон 12 и шнек 13 подается на классификатор 14, где происходит процесс разделения какао-порошка по фракциям.

Какао-порошок подразделяют на:

•  производственный: содержание жира 10 – 14 %;
•  товарный: содержание жира 15 – 18 %; Товарный какао-порошок:

 «Серебряный ярлык»: содержание жира 16 – 18 %; 9 «Золотой ярлык»: содержание жира 18 – 20 %.

Какао порошок, изготовленный из какао жмыха (какао тертое и какао крупка) обработанного паром или раствором щелочи, в результате чего уменьшается кислотность, количество катехинов, дубильных веществ, улучшается вкус и цвет, называется алканизированным.

5. Химический состав и свойства какао-масла и какао-порошка

Отжатое при прессовании какао-масло представляет собой прозрачную светло-желтую жидкость. Если оно имеет коричневый отте-нок, то идет плохой процесс фильтрации (попадает какао тертое).

Температура плавления какао-масла: начальная – 31 – 34 оС, конечная 33 – 36 оС, температура застудневания 23 – 28 оС. При температуре ниже 23 оС какао-масло приобретает кристаллическую структуру, становится хрупким и рассыпчатым. Массовая доля сухих веществ 99,9 %, кислотное число, мг КОН в 1г жира 0,9, плотность 0,913 г/см3

Основная масса какао-масла состоит из триглицеридов, причем они разнокислотные, то есть в них гидроксилы глицерина этерифицированы двумя или тремя кислотами. В основном содержатся пальмитиновая и стеариновая кислоты. Количество кислот зависит от места произрастания.

Особенность: какао-масло очень стойко к окислению кислоро-дом. В состав какао-масла входит хлорогеновая кислота – сильнейший природный антиоксидант. Какао-масло хранится долгое время без прогоркания.

Свойство какао-масла: полиморфизм – при неизменном химическом составе какао-масло образует несколько модификаций (5-форм), которые имеют различные температуры застудневания и плавления, все эти формы могут переходить друг в друга, кроме стабильной β1-формы.

Точка плавления какао-масла находящегося в 

β1-форма является устойчивой формой какао-масла, которая имеет самую высокую температуру плавления и при охлаждении имеет свойство уменьшаться в объеме. Содержание сухих веществ в какао-масле – 100 %.

Цвет какао-порошка колеблется от светло-коричневого до темно-коричневого. При растирании какао-порошка не ощущается твердых частиц.

Какао-порошок имеет следующие физико-химические и реологические характеристики:

•  содержание сухих веществ 94 %
•  содержание белка 19 %
•  содержание какао-масла 5-20 %
•  клетчатка 4,8 %
•  углеводы 13 %
•  дисперсность по Реутову не ниже 90 %
•  рН какао-порошка 7,2

Какао-порошок, полученный из какао тертого, обработанного щелочью, обладает более выраженным вкусом и цветом. Хранят его при температуре 18,3 оС, влажности 75 % в жестяных банках 12 месяцев, в полиэтиленовых мешках 6 месяцев, в бумажных мешках 3 месяца.