5. 2 Очистка какао-бобов
В страны, где перерабатываются сырые какао-бобы, они поступают в относительно чистом виде, с небольшим остатком песка на поверхности, волокон от мешков и мелких камней. Заражение какао-бобов вредителями удалось существенно уменьшить благодаря ужесточению контроля в местах сбора и на складах.
На многих фабриках по производству шоколада все поступающие партии какао-бобов подвергаются фумигации независимо от предыдущей обработки, что может привести к излишнему присутствию пестицидов. Тем не менее первый технологический процесс, предшествующий производству шоколада или какао-продуктов, - это очистка.
Аппарат для очистки производит множество операций - просеивание, очистку щетками, воздушную очистку и сепарирование с использованием магнитного сепаратора, что позволяет удалить волокна джутовых мешков, камни и песок, гальку, проростки и незрелые какао-бобы (рис 4).
Мелкие кремниевые частицы, не удаленные в процессе очистки, при их обнаружении в конечном продукте могут стать большой проблемой; кроме того, они на 0,3% повышают содержание нерастворимой золы, а также вызывают износ оборудования.
Недопустимо попадание в стадии обжарки и последующего производства незрелых какао-бобов и проростков, однако их можно использовать в смеси с другими отходами для шнекового прессования при производстве какао-масла.
Пыль, образующаяся во время очистки, сильно микробиологически загрязнена, и хотя большая ее часть удаляется в циклоне, оборудование для очистки рекомендуется размещать в отдельном помещении.
5. 3. 1 Обжарка
Обжарку используют при обработке многих пищевых продуктов для придания им соответствующего аромата. Это особого рода тепловая обработка типа варки, но с меньшим количеством воды, хотя в некоторых современных системах обжарки применяют и варку.
Какао-бобы обжаривают для развития истинного шоколадного аромата, уже присутствующего в форме прекурсоров, возникших в результате правильной ферментации и сушки собранных какао-бобов.
В ходе обжарки ферментированных и высушенных какао-бобов происходят следующие изменения:
какао-бобы теряют влагу;
оболочка какао-бобов отделяется;
ядра какао-бобов или какао-крупка, освобождающаяся при дроблении ядра какао-боба, становятся более рыхлыми и обычно темнеют;
происходит разложение аминокислот и денатурация белков. Было установлено, что натуральные редуцирующие сахара при распаде аминокислот практически полностью разрушаются;
потеря летучих кислот и других веществ понижает кислотность и горечь какао-бобов. В летучих веществах были обнаружены многие соединения - альдегиды, кетоны, фураны, пиразины, спирты, сложные эфиры. Меньше всего подвержены изменениям жиры, полифенолы и алкалоиды.
Степень изменений зависит от продолжительности и температуры обжарки, а также от скорости потери влаги. Условия обжарки сильно различаются в зависимости от применяемого оборудования и типа получаемого продукта. Тепловая обработка как альтернатива обжарке может проходить в два этапа. Сначала проводят сушку, подвергая какао-бобы низкотемпературному нагреву, в ходе которого высушивается и отделяется оболочка какао-бобов, но сушка не оказывает практически никакого эффекта на ядро какао-боба, так как температура не превышает 100 ° С. После начальной тепловой обработки проводится более сильный нагрев - до 125-130 °С. Такая температура нужна для дальнейшего производства как шоколада или какао-порошка, так и какао-масла. В некоторых ростерах порционного действия температура может быть до 150 °С и выше.
Существуют виды шоколада (в частности молочный), а также разновидности какао-порошка (рыжеватых оттенков), изготовление которых также требует низкотемпературной обжарки. Для производства какао-масла с мягким ароматом лучше применять по возможности низкие температуры, а при использовании шнекового пресса допускается использование непрогретых какао-бобов.
На некоторых предприятиях вместо обжарки целых какао-бобов используют обжарку их ядер. Она включает сушку или низкотемпературную обжарку какао-бобов, при которой их оболочка высыхает и ослабевает, после чего проводится воздушное сепарирование. Потом ядра какао-бобов обжаривают отдельно, и так как ядра меньше какао-бобов по размеру, они быстрее и легче прогреваются. Подобный принцип лежит в основе NARS-процесса, который будет описан ниже.
Совершенствование процессов обжарки и оборудования для нее довольно интересно. Простейшее оборудование представляло собой металлические подносы, подвешенные на цепях над огнем. Позднее использовались подогреваемые извне вращающиеся цилиндры с возможностью выпуска нежелательных летучих соединений. По мнению некоторых производителей, такая методика с точки зрения вкусо-ароматических свойств является наилучшей.
Рисунок 4 – Последовательность операций в процессе очистки
1 - сепаратор с сетчатыми фильтрами и аспирационным каналом. На ситах удаляются крупные примеси (например проростки) и песок. В аспираторе удаляются волокна, жилки и другой легкий материал;
2 - в магнитном сепараторе удаляются металлические частицы;
3 - камнеудалитель, работающий по принципу псевдоожиженного слоя с пневматической аспирацией. В нем удаляются камни и другие металлические и тяжелые частицы. Рабочий воздух подвергается сепарации в циклоне.
На практике скоро выяснилось, что непрямой нагрев имеет определенные преимущества, так как дает более ровную обжарку и исключает подгорание оболочки какао-бобов, однако подобные системы были довольно экстравагантны в том, что касалось горючего- Одно из таких устройств, уже давно вышедшее из употребления, состояло из стальных трубок с водой, проходивших через вращающийся цилиндр. Концы трубок выступали в печь, и какао-бобы обжаривались за счет тепла, поступавшего от этих трубок во вращающийся цилиндр.
Позднее был изобретен ростер типа Sirocco, состоявший из котла или вращающихся цилиндров (барабанов), через которые продувают нагретый воздух, вызывающий турбулентность и, как следствие, - непрерывный нагрев какао-бобов. После обжарки какао-бобы выгружают на металлический перфорированный лист, обдуваемый холодным воздухом. Этот способ обжарки до сих пор используют на многих предприятиях не только для обработки какао-бобов, но и для орехов и кофе (рис. 5.1).
Рисунок 5.1 – Ростер периодического действия типа Sirocco
Ростер работает по принципу пропускания через какао-бобы горячего воздуха, уменьшая таким образом риск подгорания внешней оболочки. Воздух нагревается с помощью газовых или масляных горелок. Для удаления пыли из отводимого воздуха используются циклоны.
В настоящее время существует много моделей ростеров непрерывного действия. Они потребляют меньше топлива, повреждают меньше какао-бобов и передают меньше какао-масла из ядра какао-боба в его оболочку. Различные системы обжарки были исследованы и было выявлено что у порционной, барабанной обжарки нет особых преимуществ перед непрерывной. У большинства аппаратов непрерывного действия имеется встроенная система охлаждения, которая начинает действовать по окончании цикла обжарки. Принцип действия некоторых современных ростеров показан на рис. 5.2, 5.3 и 5.4.
Определение оптимальной конечной точки обжарки для наилучшего выполнения последующих технологических операций до сих пор является субъективным.
Какао-бобы из разных мест произрастания, но одного сорта различны по размеру, содержанию влаги и составу оболочки какао-бобов, в связи с чем практически невозможно обеспечить идеальные условия обжарки даже одним и тем же типом ростера.
Насколько процесс обжарки завершен, на каждом предприятии решают по запаху измельченного образца ядра какао-боба, сверяясь с показаниями приборов о достижении необходимой продолжительности и температуры. Это, несомненно, требует от оператора определенного профессионализма. После равномерного перемешивания партии сырых какао-бобов объемом, к примеру, 50 т и достижения одинакового их качества проводится первичная обжарка, а затем для данного количества определяют временной и температурный режим.
Методы контроля обжарки изучались М. Г. Ридом, который пришел к выводу, что важное значение имеет контроль соотношения содержания влаги и равновесной относительной влажности (РОВ). Для определения РОВ берут гидрометрическую пробу. Ядро какао-боба периодически извлекают из ростера, механически быстро измельчают и помещают в закрытую емкость, после чего проба готова к анализу.
Шкала РОВ, предложенная Ридом, представлена в таблице 1.
Таблица 1. Соотношение «содержание влаги/РОВ»
РОВ, % |
Содержание влаги, % |
РОВ, % |
Содержание влаги, % |
70 |
7 |
24 |
2 |
48 |
4 |
12 |
1 |
38 |
3 |
|
|
Показания РОВ сняты при температуре 25 °С.
РОВ в 40% и выше указывает на очень легкую степень обжарки, 28-30% - среднюю степень, которая принята в большинстве операций, а 20% означает довольно сильную обжарку.
Эту таблицу можно использовать лишь в качестве средства контроля при данной технологической операции. Вкус и аромат какао-бобов при разном оборудовании и технологиях может отличаться.
Рисунок 5.2 – Принцип действия ростера с псевдоожиженным слоем
Какао-бобы нагревают с помощью конвекции в потоке горячего воздуха:
1 - приемник сырых какао-бобов;
2 - вибраторы;
3 - зона псевдо-ожиженного слоя;
4 - калорифер;
5, 10 - воздуходувка;
6 - форсунка для горячего воздуха;
7 - выпускное отверстие для отработанного воздуха;
8, 13 - пылеотделитель;
9 - воздухоохладитель;
11 - форсунка холодного воздуха;
12 - возврат воздуха.
Рисунок 5.3 – Ростер Probat в разрезе.
Какао-бобы предварительно нагревают, затем обжаривают и полностью охлаждают посредством конвекции
1 - приемный бункер;
2 - стадия предварительного нагрева;
3 - стадия обжарки;
4 - стадия охлаждения;
5 - выпускное отверстие;
6 - калорифер;
7 - впускное отверстие охлаждающего (холодного) воздуха.
Рисунок 5.4 – Ростер Buhler STR 2 в разрезе.
Какао-бобы предварительно нагревают, жарят и полностью охлаждают конвекцией:
1 - приемный бункер;
2 - стадия предварительного нагрева;
3 - стадия обжарки;
4 - стадия охлаждения;
5 - заборный механизм.
NARS-процесс
NARS-метод, включающий дробление (Nibs), алкализацию (Alkalizing), обжарку (Roasting) и стерилизацию (Sterilizing) - это относительно недавно (в 1980-х гг.) разработанный способ тепловой обработки какао-бобов.
Процесс состоит из двух основных операций. Сначала целые какао-бобы подвергают нагреву инфракрасными лучами и излучением, используя аппарат под названием «Микронайзер» (Micronizer). Тем самым оболочка какао-бобов высушивается и освобождается без повреждения ядра какао-боба, и затем проводят воздушное сепарирование. Вторая операция заключается в том, что отделенные ядра какао-бобов подвергаются сначала низкотемпературной обработке, а затем обжариваются при высокой температуре. В заключение проводят опрыскивание горячих ядер какао-бобов водой. Влажный воздух уничтожает все вредные микроорганизмы, включая термостойкие споры.
Микронайзер
Фото и схема микронайзера приведены на рис. 6.1 и 6.2. В ходе обработки на сырые какао-бобы воздействует лучистое тепло (периодически в течение 60-120 с), источником которого служит электроэнергия или газ. Какао-бобы лежат тонким слоем под нагревателями на стальном вибролотке, обеспечивающем переворачивание какао-бобов, благодаря чему к поверхности какао-бобов тепло поступает равномерно.
При этом методе оболочка какао-бобов быстро нагревается, высушивается, и, расширяясь, отделяется от ядра какао-боба. Ядра какао-бобов нагреваются и высушиваются в меньшей степени, однако небольшое расширение способствует освобождению их от оболочки. Оставаясь крепкой, оболочка какао-бобов меньше ломается, и при этом образуется меньше пыли по сравнению с традиционными методами обжарки с более интенсивным нагревом и сушкой какао-бобов. Это свойство помогает в процессе воздушного сепарирования, так как известно, что чем меньше количество мелких частиц и пыли в очищенных какао-бобах, тем выше будет выход чистых ядер какао-бобов.
Процесс воздушного сепарирования мы рассмотрим ниже.
Метод микронизации способствует также удалению микробиологических загрязнений, включая шерсть грызунов и части насекомых.
Рисунок 6.1 – Микронайзер Micronizing Co
Рисунок 6.2 – Схема микронайзера Micronizing Co
Еще одно преимущество микронизации состоит в снижении переноса какао-масла из ядра какао-боба в его оболочку, который при некоторых технологических процессах обжарки ведет к значительной потере ценного какао-масла.