Какао тертое подвергается длительной (в течение нескольких часов) тепловой обработке при непрерывном, энергичном перемешивании и температуре 85-90°С.
Перемешивание препятствует расслоению массы, способствует более равномерному ее нагреванию, аэрированию, что ускоряет физико-химические процессы. При длительном перемешивании агрегаты твердых частиц, образовавшиеся в процессе получения какао тертого, разрушаются, а разрозненные частицы равномерно распределяются в какао масле, уменьшается влажность какао тертого, что способствует снижению вязкости массы.
Качество и вкусовые особенности шоколадных изделий в значительной степени зависят от физико-химических показателей основного полуфабриката — какао тертого. Качество какао тертого, в свою очередь, предопределяется химическим составом какао бобов, режимами их ферментации и обжарки, а также зависит от продолжительности и условий темперирования.
Входящие в состав какао тертого редуцирующие сахара, аминокислоты и фенольные соединения существенно влияют на формирование специфического вкуса какао продуктов. Водорастворимые дубильные вещества, летучие и нелетучие органические кислоты придают какао продуктам кислый, вяжущий вкус и неприятный запах. Поэтому максимально возможное удаление указанных веществ является первоочередной задачей при обработке какао тертого.
Длительное тепловое воздействие в сочетании с аэрированием, насыщением массы кислородом воздуха, способствуют протеканию ряда физико-химических процессов, обуславливающих изменение химического состава какао тертого, образование новых химических соединений, что улучшает его вкус, аромат и цвет.
Физико-химические процессы при термической обработке какао тертого в цилиндрических сборниках большой емкости протекают очень медленно, поэтому процесс темперирования длится несколько часов. Для интенсификации воздушно-термической обработки лучше использовать пленочный аппарат батарейного типа — петцомат фирмы «Петцольд» (Германия). Процесс обработки включает увлажнение и эмульгирование какао тертого, перемешивание и нагревание в тонком слое до температуры 100-115°С, принудительное активное аэрирование встречным нагретым воздухом, что создает благоприятные условия для дезодорирования, удаления влаги, летучих кислот, других нежелательных примесей и протекания ряда физико-химических процессов.
На станине аппарата расположены три колонки — статоры цилиндрической формы с рубашками для обогрева, в которых установлены роторы, закрепленные в подшипниках. Роторы приводятся во вращение от индивидуальных электродвигателей. На каждом из роторов в четыре рада закреплены специальные распылительные лопатки, недоходящие до стенки статора на 0,5-1,0 мм. Нагретый в электрических подогревателях воздух поступает в полый вал ротора и далее в кольцевое пространство между ротором и статором. Какао тертое температурой 85-90°С непрерывно подается насосом в верхнюю часть первой колонки и распределяется в виде тонкого слоя, совершающего турбулентное движение по спирали. Вместе с какао тертым дозируется насосом через клапан-расходомер дистиллированная вода в количестве от 0,5 до 2 %. Предварительно вода нагревается в емкости с мешалкой. Вода быстро эмульгируется с обрабатываемым продуктом.
Если обрабатывают какао тертое, содержащее небольшое количество летучих кислот, добавление воды не является необходимым. Напротив, при обработке какао тертого, полученного из бобов Байя, содержащих большое количество летучих кислот, добавление воды является обязательным.
Под действием своей массы продукт непрерывно продвигается сверху вниз по внутренней стенке цилиндрического корпуса статора. Вентиляторами из воздуховодов с электронагревателями в каждую колонку подается навстречу продукту подогретый воздух, который испаряет влагу и дезодорирует какао тертое, после чего выбрасывается в циклон-каплеуловитель, а из него в атмосферу.
Обработанный в первой колонке продукт через нижнее разгрузочное отверстие поступает в насос и передается им во вторую, а затем и в третью колонку, в которых процесс тепловой обработки повторяется в той же последовательности. Управление работой установки осуществляется с пульта.
При обработке в петцомате какао тертое постепенно нагревается до температуры 115±2°С, влажность его снижается от 3,5 до 0,5-0,7 %, удаляется до 80 % легколетучей фракции, состоящей из воды, уксусной кислоты и других нежелательных примесей, наполовину уменьшается вязкость полуфабриката. Происходят и другие химические превращения.
Производительность установки — 1,0-1,2 т «облагороженного» продукта в час.
Если какао тертое предназначается для отжима масла, влажность его не превышает 1,2 %.
По данным JI.C. Кузнецовой, при длительном темперировании (более 5 ч) какао тертого происходят структурные изменения клеточной ткани, повышается проницаемость клеточных оболочек и мембран в неразрушенных при размоле крупки клетках. В результате выделения содержимого клеток увеличивается содержание сахарозы. Несмотря на протекание са- хароаминной реакции, в которой участвуют редуцирующие сахара и свободные аминокислоты, суммарное содержание Сахаров увеличивается.
Большое распространение на практике получило сочетание темперирования с обработкой какао тертого щелочными реагентами. В качестве последних рекомендуется использовать различные соли: карбонат калия в количестве 0,6 % с 1,2 % воды к массе какао тертого; карбонат аммония в количестве 1,0 % с 2,5 % воды; бикарбонат натрия в количестве 1,2 % с 2,5 % воды; карбонат магния в количестве 0,1 %; окись магния и другие.
Такой широкий выбор химических реагентов указывает на недостаточную обоснованность их применения. Выбор соли должен быть обусловлен прежде всего безвредностью для организма человека, широкой доступностью для промышленности и минимальной стоимостью. Кроме того, соль должна хорошо растворяться в воде, быть устойчивой при температуpax обработки какао тертого, не должна образовывать с веществами какао стойких химических соединений.
Кроме карбоната калия (К2СО}) ни одна из перечисленных выше солей полностью не удовлетворяет названным требованиям.
При темперировании в сборниках в течение 2-3 ч влажность какао тертого уменьшается с 1,8 до 1,0 %; впоследствии ее величина изменяется незначительно. Добавление в какао тертое насыщенного раствора карбоната калия или бикарбоната натрия повышает начальную влажность до 3,0-3,2 %, что вынуждает увеличить продолжительность обработки при температуре 90°С на 1,5-2 ч. Уменьшение концентрации растворов солей требует значительного удлинения процесса обработки в температурных сборниках, что ухудшает качество какао тертого за счет глубокого распада редуцирующих Сахаров и аминокислот. По мере уменьшения влаги вязкость какао тертого изменяется от 1,6 до 0,6 Пас.
В зависимости от сорта какао бобов содержание летучих и нелетучих, свободных и связанных органических кислот в какао тертом изменяется в широких пределах (0,71 до 2,33 % в пересчете на виннокаменную). Летучие и нелетучие кислоты предопределяют титруемую и активную кислотность, величина которых колеблется в пределах от 17 до 22°, а рН 5,0-6,3 соответственно.
При темперировании какао тертого без добавления химических реагентов даже в течение 7- 8 ч при температуре 90°С титруемая кислотность снижается лишь на 3-4°, а величина рН не превышает 5,85, что указывает на очень медленное удаление летучих кислот.
Количественные изменения свободных и связанных летучих кислот в процессе щелочной обработки зависят от времени, температуры, количества и природы добавленного реагента через 3 ч обработки раствором карбонатом калия в количестве 1,5 %. После 3-х часов обработки содержание органических кислот в какао тертом увеличивается в результате глубокого распада моносахаридов и образования муравьиной, левулиновой, уксусной и других кислот.
В производственных условиях завершение процесса щелочной обработки можно контролировать, измеряя величину рН или титруемую кислотность какао тертого.
При темперировании какао тертого содержание редуцирующих веществ уменьшается от 1,2 до 0,2 %, что зависит от времени, температуры и количества щелочной соли. Через 3 ч обработки карбонатом калия в количестве 1,5 % при температуре 70°С содержание редуцирующих Сахаров снижается до 0.95 %, а при 90°С — до 0,5 %. Через 6 ч обработки при 90°С содержание редуцирующих веществ уменьшается до 0,2 %.Такие изменения редуцирующих Сахаров обусловлены сахароаминной реакцией, что подтверждается уменьшением ряда свободных аминокислот, входящих в состав какао тертого, и их распадом.
Установлены также количественные и качественные изменения фенольных соединений. Содержание последних в процессе темперирования со щелочами и без щелочных добавок интенсивно уменьшается. С повышением температуры и в присутствии щелочных реагентов процесс ускоряется.
Цвет, вкус и аромат какао тертого прямо или косвенно связаны с изменениями фенольных соединений. При щелочной обработке содержание (-) — эпикатехина уменьшается более чем в 2 раза, а (+) — катехин через 4-5 ч исчезает полностью. Содержание лейкоцианидинов практически не изменяется.
Количественные и качественные изменения, видимо, происходят за счет окисления, конденсации и взаимопревращения отдельных групп фенольных соединений.
Изменение цвета какао тертого от светло-коричневого до темно-коричневого при препарировании связано с превращениями оксифенолов, дубильных веществ и пигментов. Дубильные вещества под действием щелочей могут конденсироваться с образованием темноокрашенных веществ — флобафенов.
При щелочной обработке какао тертого (или какао крупки) возможно частичное омыление триглицеридов и жирных кислот какао масла. Скорость процесса омыления и стойкость образовавшегося мыла зависит от ряда факторов, учитывая которые можно свести этот процесс к минимуму или полностью его избежать.
Процесс омыления протекает в несколько стадий. Сначала под действием щелочи на свободные жирные кислоты, содержание которых в какао масле около 1,1 %, образуется мыло, растворяющееся в воде. Затем в образовавшемся мыльном растворе глицериды эмульгируются, распределяясь в нем в виде очень мелких капель. Благодаря этому поверхность контакта между глицеридами и водой увеличивается, что способствует повышению скорости гидролиза глицеридов и процесса омыления.
В водных растворах Na+ и К+ мыла гидролизируются по схеме R-COONa<->R-COOH+NaOH. С повышением температуры скорость гидролиза мыл увеличивается.
Исходя из этих данных, можно сделать следующие выводы:
1) уменьшению гидролиза глицеридов способствует малое количество воды, вводимой с щелочными реагентами;
2) температура щелочной обработки должна быть около 100°С, что ускоряет гидролиз образовавшегося мыла на органическую кислоту и щелочь;
3) время щелочной обработки должно быть сокращено до минимума, чтобы уменьшить гидролиз жирных кислот и глицеридов;
4) продолжительность щелочной обработки в температурных сборниках и вакуум-коншах не должна превышать 3-4 ч;
5) для интенсификации процессов при щелочной обработке необходимо создать специальный аппарат, в котором процесс обработки длился бы не более 20-30 мин.
В вакуум-коншах темперирование и щелочная обработка какао тертого ведется под разрежением (остаточное давление 58-68 кПа) в течение 5-6 ч, при температуре 95-115°С. Термическая обработка под разрежением ускоряет отделение паров воды и летучих веществ, интенсифицирует дезодорирование какао тертого. На 1520 кг какао тертого добавляют 85,5 кг водного раствора поташа и продолжают процесс до значения рН не менее 7,2,
Препарированное какао тертое перекачивают в промежуточные сборники. оборудованные пароводяной рубашкой и мешалкой, откуда его подают в гидравлические прессы для отжима какао масла.