3. Термическая обработка какао-бобов

Термическая обработка какао-бобов является важнейшей опера­цией, от правильного проведения которой в значительной степени зависит качество получаемого шоколада и какао-порошка. При термической обработке происходит ряд физических и химических изменений, в результате которых существенно изменяются состав и свойства какао-бобов. Ее проводят по-разному в зависимости от свойств каждой партии какао-бобов (их сорта, качества фермента­ции, влажности, размеров), а также от того, для какой цели они предназначены. Например, высококачественные бобы, обладающие тонким характерным ароматом, обрабатывают в более мягком ре­жиме, чтобы не потерять ценных ароматических веществ, а бобы, недостаточно ферментированные, подвергают термической обработ­ке в более жестком режиме (при более высокой температуре). Бо­бы, предназначенные для выработки какао-порошка, обрабатывают при более высокой температуре, чем для шоколада.

Массовая доля сухих веществ при термической обработке повы­шается от 92—94 до 97—98,5%. Вследствие этого оболочка (какао- велла) становится твердой, пористой и хрупкой (температура ее достигает 135°С), легко отделяется от ядра, так как ослабляется ее связь с ним. Само ядро после потери большей части воды также становится более хрупким и легче дробится. Улучшается вкус ка­као-бобов и развивается характерный аромат. Это является следст­вием больших химических изменений, происходящих практически во всех составных частях какао-бобов при обжарке. Качество обра­зующихся вкуса, цвета и аромата зависит как от сортовых и видо­вых особенностей какао-бобов, так и от условий термической обра­ботки, проведения ее в оптимальных условиях. Улучшение арома­тических свойств при обжарке является следствием химических превращений, в первую очередь дубильных веществ. В результате обжарки, конденсации и других химических изменений снижается содержание растворимых дубильных веществ, вследствие чего сни­жается вяжущий вкус, свойственный необжаренным какао-бобам, и появляется горьковатый приятный привкус, присущий шоколад­ным изделиям. Улучшение вкусовых качеств какао-бобов при об­жарке является также следствием удаления части л,етучих кислот, главным образом уксусной кислоты. Общее содержание кислот сни­жается, кислый вкус сырых какао-бобов в значительной степени Уменьшается, что объективно подтверждается снижением титруе­мой кислотности примерно на 1,5°.

При обжарке образуется ряд веществ, сообщающих какао-бобам приятный аромат. Появление таких веществ, очевидно, обусловле­но реакцией аминокислот с сахарами. В результате сахароаминной реакции при обжарке какао-бобов параллельно снижается содержа­ние свободных аминокислот и редуцирующих сахаров, особенно глюкозы и фруктозы. В результате этого при обжарке какао-бобов образуются различные летучие органические соединения, в их чис­ле альдегиды, способствующие созданию аромата, и нелетучие компоненты (меланоидины), влияющие на образование вкуса и аромата. При обжарке идет процесс изменения сахаров. Продукты деградации сахара, очевидно, влияют на появление различных аро­матов и привкусов.

При обжарке также происходит переход некоторой части содер­жащегося в бобах крахмала после частичной клейстеризации из нерастворимой в растворимую форму, т. е. крахмал гидролизуется (декстринизируется). Затем при более высокой температуре проис­ходит обезвоживание набухших зерен крахмала.

Наблюдается также при обжарке переход некоторого количества какао-масла в какаовеллу. Причем при мягких режимах обжарки в какаовеллу переходит около 0,1% какао-масла, а при жестких (высокой температуре), большей продолжительности и медленном охлаждении эта величина может быть даже более 1 %. Чтобы избе­жать таких потерь какао-масла, на некоторых предприятиях про­изводят обжарку не какао-бобов, а какао-крупки, отделенной предварительно от оболочки.

Термическая обработка какао-крупки вместо такой обработки целых какао-бобов позволяет повысить ее качество, так как при обжарке какао-бобы, которые имеют сравнительно большие разме­ры, прогреваются неравномерно по толщине. Наружные слои про­греваются значительно интенсивнее, чем внутренние. Таким обра­зом, наружные слои пережариваются, а внутренние обрабатывают­ся недостаточно. Если же обжаривать какао-крупку, то качество термической обработки значительно повышается.

Качество обжарки какао-бобов зависит от однородности их раз­меров и тщательности проведения предыдущей операции (сорти­ровки). Для какао-бобов разного размера требуются различные ре­жимы при термической обработке.

После термической обработки какао-бобы как можно быстрее охлаждают до температуры около 30°С. После охлаждения процес­сы химических изменений в какао-бобах замедляются или прекра­щаются. После охлаждения прекращается переход какао-масла в какаовеллу.

Для термической обработки используют аппараты различной конструкции, которые можно подразделить на два типа: периоди­ческого и непрерывного действия. Наиболее распространенным ви

-дом оборудования периодического действия является шаровой об- жарочный аппарат. В этом аппарате обрабатываемые какао-бобы находятся под воздействием — непрерывно соприкасаются с тепло­носителем — смесью горячих топочных газов (продукты горения топлива) с воздухом. Это предъявляет повышенные требования к используемому топливу. По этой причине в качестве топлива чаще всего используют кокс или газ. Если хотят избежать соприкоснове­ния какао-бобов с продуктами сгорания, то через аппарат пропу­скают горячий воздух, предварительно нагретый в калориферах. Такой способ обжарки в санитарном отношении предпочтительнее, так как даже такие сравнительно “чистые“ виды топлива, как кокс и природный газ, в продуктах сгорания могут содержать примеси, соприкосновение которых с какао-бобами нежелательно. Это осо­бенно важно учитывать при обжарке какао-крупки, поверхность которой не защищена оболочкой (какаовеллой).

Обжарка происходит в полой стальной сферической емкости, которая вращается на горизонтальном валу, внутри неподвижного металлического шарообразного кожуха, препятствующего потерям тепла. Для перемешивания какао-бобов внутри емкости имеются специальные лопасти, которые укреплены на внутренней поверхно­сти сферы. При посредстве этих лопастей какао-бобы перемешива­ются (поднимаются вверх), а затем падают в нижнюю часть от­дельными зернами так, что их поверхность полностью омывается горячим газом. Топливо (газ, кокс) сжигается в выносной топке. Продукты сгорания просасываются через аппарат при помощи вен­тилятора. Отходящий из аппарата теплоноситель может увлекать мелкие частички оболочки какао-бобов. Для их отделения служит специальный циклон, в котором твердые частички оседают, а про­дукты сгорания, выделившиеся из какао-бобов, влага в виде пара и другие газообразные вещества удаляются из циклона в дымоход. Для предотвращения случайного загорания накапливающихся час­тиц какаовеллы в циклоне подведена вода.

Какао-бобы, подлежащие обжарке, поступают в аппарат отдель­ными порциями. Для регулирования количества газовоздушной смеси, поступающей в аппарат, и соответствующего регулирования температуры обжарки установлены специальные заслонки. Созда­ние оптимальной температуры в процессе обжарки зависит от ко­личества засасываемого воздуха. Для контроля температуры отхо­дящих из аппарата газов (160—170°С) установлен термометр.

Для выгрузки обжаренных какао-бобов в стенках сферы имеют­ся отверстия, которые во время обжарки закрыты заслонками. Че­рез эти отверстия при открытых заслонках и вращении аппарата обжаренные какао-бобы периодически высыпаются отдельными Порциями на сетчатый под охлаждающего устройства.Охлаждение производят воздухом, который просасывается через какао-бобы вентилятором. Охлаждаемые какао-бобы перемешива­ются мешалкой с лопастями. Охлаждение производят до темпера­туры 35—40°С. При выгрузке аппарата топочные газы пропускают по газоходу, минуя рабочую сферу аппарата. Температура какао- бобов при выходе из аппарата не должна превышать 125°С. Про­должительность обжарки около 25 мин. Подобные аппараты новей­шей конструкции снабжаются специальными приборами программ­ного управления. Эти приборы позволяют вести процесс по заранее заданному режиму. Окончание процесса регулируется специальным весовым устройством, которое фиксирует массу обжариваемого продукта. По мере удаления влаги масса продукта уменьшается. Когда масса достигнет заданного уровня, автоматическое устройст­во даст сигнал об окончании процесса.

Высокая температура и кратковременность ее воздействия на какао-бобы приводит к неравномерности обжарки. Наружные слои какао-бобов оказываются пережаренными, в то время как внутрен­няя часть боба обрабатывается недостаточно. В связи с этим и ря­дом других недостатков периодически действующих аппаратов для термической обработки какао-бобов стали все более широко приме­нять сушилки непрерывного действия. В таких агрегатах теплоно­сителем служит горячий воздух, нагретый в калориферах с элект­рическим, паровым или комбинированным (паровым и электриче­ским) обогревом. В этих аппаратах процесс термической обработки происходит непрерывно, продолжительность обжарки увеличена, а температура несколько снижена.

На рис. 5.3 представлена схема работы сушилки непрерывного действия шахтного типа. Обжарка какао-бобов производится в токе горячего воздуха в вертикальной шахте. В нижней части этой же шахты происходит охлаждение обработанных какао-бобов в токе холодного воздуха. В сушилке какао-бобы движутся самотеком внутри вертикальной шахгы по неподвижным наклонным полкам. Пересыпаясь с полки на полку, какао-бобы проходят через горячие зоны и поступают в зону охлаждения. Нагретый в калориферах воздух продувается с помощью вентиляторов в зазоры между пол­ками шахты, проходя, таким образом, поперек потока какао-бобов. В первой (верхней) зоне сушилки происходит прогрев какао-бобов, во второй — основной процесс термообработки и в третьей — их охлаждение до температуры 25—30°С.

Загруженные в сушилку какао-бобы движутся через шахту са­мотеком с заданной скоростью и при этом все время омываются циркулирующим противотоком нагретым воздухом.

Внутри металлического каркаса 7 проходит вертикальная шахта 8, внутри которой укреплены фасонные направляющие 4, образу*⁰' щие каскад. В верхней части сушилки расположено загрузочное У^с'тройство 2, обеспечивающее не­прерывное поступление какао-бо­бов в шахту. Теплоноситель (горя­чий воздух), который нагревается в трех калориферах 3, проходит через зоны термической обработ­ки. Воздух предварительно подо­гревается в зоне охлаждения, од­новременно охлаждая термически обработанные в верхней части су­шилки какао-бобы. Выгрузка об­жаренных охлажденных какао-бо­бов осуществляется через шлюзо­вой затвор 6 у которым регулируют продолжительность пребывания какао-бобов в сушилке. Под затво­ром находится шнек 5, с помощью которого какао-бобы выводятся из сушилки. Воздух, выходящий из верхней зоны через воздуховод 1, поступает в циклон, где освобож­дается от частиц пыли. После это­го он проходит в вентилятор и вы­брасывается в атмосферу. Произ­водительность малой модели су­шилки 250 кг/ч, а большой — 500 кг/ч.

Какло-доёы

В непрерывно действующих шахтных сушилках происходит бо­лее равномерная обжарка, чем в периодически действующих аппа­ратах, и сводится до минимума дробление какао-бобов в процессе сушки. Такие сушилки можно ис­пользовать и для какао-крупки, и Для ядер орехов. Во всех способах обжарки какао-бобов, используе­мых в описанных выше аппара­тах, передача тепла от теплоноси­теля к какао-бобам осуществляет­ся в основном конвективным спо­собом.

^ис. 5.3. Схема работы сушилки непрерыв­ного действияПерспективным способом обжарки какао-бобов является радиа­ционный способ нагрева (инфракрасное излучение). При такой об­работке какао-бобов происходит проникновение тепловых лучей внутрь продукта, что способствует более равномерному распределе­нию температуры по всему объему какао-боба. Это позволяет ин­тенсифицировать процесс обжарки и улучшить технологические свойства и качество какао-бобов. В качестве генератора излучения можно использовать кварцевые излучатели и лампы инфракрасного излучения зеркального типа мощностью 250 и 500 Вт (светлые из­лучатели). Можно применять и излучатели другого типа (темные излучатели), например керамические или металлические пласти­ны, плиты или трубы, нагретые до температуры 800-1000°С. На­грев таких излучателей может быть электрическим или путем сжи­гания топлива, чаще всего газа. Применение нагревателей первого типа предпочтительнее, так как они дают излучение с большей проникающей способностью внутрь обрабатываемого материала (какао-бобов), что способствует повышению качества их обжарки по сравнению с другими способами термообработки как по физико­химическим, так и органолептическим показателям. При этом про­должительность обжарки можно значительно сократить.

Имеется опыт промышленного использования электроиндукци- онного нагрева для обжарки какао-бобов. Аппарат, используемый для этой цели, представляет собой два последовательно соединен­ных нагревательных барабана, состоящих из стальных труб, распо­ложенных горизонтально одна над другой. Эти трубы обмотаны изолированным проводом и покрыты теплоизоляцией. При включе­нии обмотки в сеть электрического тока промышленной частоты 50 Гц возникают вихревые токи, нагревающие стальную трубу и находящиеся в ней и перемещаемые шнеком какао-бобы. Послед­ние последовательно проходят через обе трубы. Обжаренные ка­као-бобы поступают в цилиндрический сосуд, где охлаждаются воздухом, непрерывно просасываемым при помощи вентилятора.