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 при 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 (какаовелла) становится твердой, пористой и хрупкой (температура ее достигает 35° 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 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 летучих 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 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 ка- каовеллу 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 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 видом оборудования периодического действия является шаровой обжарочный 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 прогоняются 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 прогоняется 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 рисунке представлена схема сушилки STT непрерывного действия шахтного типа. Выпускается фирмой «Бюлер» (Швейцария) и предназначена для предварительной сушки и обжаривания целых какао- бобов и какао-крупки, ядер лесного ореха, миндаля, арахиса и т. п.
Сушилка представляет собой вертикальную рамную конструкцию 17, на которой крепятся необходимые узлы. Сушилка имеет три зоны, причем в зонах / и II происходит сушка или обжаривание продукта, а в зоне III продукт охлаждается. Соответственно зоны снабжены фильтрами 1, 2, 10, паровыми или масляными калориферами 3 и 9, шнеками 4, 12, 15 для отвода пыли и отводными патрубками 5, 11 и 14. Зоны II и III разделены заслонкой 13.
Продукт поступает в бункер 8, снабженный заслонкой 7 с пневматическим приводом. Пройдя в щель заслонки, продукт попадает в узкий вертикальный канал 6, стороны которого образованы решетками, обтянутыми проволочной сеткой. Решетки свободно выдвигаются по направляющим планкам, что облегчает их очистку. Ширину канала и тем самым толщину слоя можно менять. Продукт опускается по каналу постепенно и равномерно, оставаясь рыхлым благодаря свободному перемещению частиц продукта. Поскольку нет соударений и вибрации, удается избежать повышенного сдавливания и образования крошки.
В / и II зонах воздух всасывается через фильтры 10 и 2, очищается от пыли, нагревается в калориферах 9 и 3, отдает теплоту обрабатываемому продукту и выбрасывается из сушилки через патрубки 5 и 11. Прошедший через продукт воздух уносит пыль, которая после прохождения через канал оседает и шнеками 4 и 12 выводится наружу. Таким же образом происходит движение воздуха в зоне III, только в ней отсутствует подогрев воздуха. Если прекратить подачу в нее воздуха, то в этой зоне можно выполнять дополнительное обжаривание.
Обжаренный и охлажденный продукт выводится из сушилки через разгрузочное устройство 16 (роторный шлюзовой затвор). Время обжаривания можно регулировать изменением производительности разгрузочного устройства.
Установленные на входе в сушилку и между зонами обжаривания и охлаждения секторные заслонки 7 и 13 облегчают запуск и работу сушилки на холостом ходу (в это время заслонки находятся в закрытом состоянии).
Подача воздуха в сушилку, его дополнительная очистка после сушилки осуществляются тремя отдельно стоящими циклонами-осадителями и тремя вентиляторами. Воздушно-очистительная система работает под разрежением. Таким образом, отсутствие в конструкции сушилки вентиляторов значительно снижает опасность возгорания.
Производительность выпускаемых фирмой «Бюлер» сушилок (по какао-бобам) составляет 200-2000 кг/ч.
В некоторых типах сушилок какао-бобы движутся самотеком в вертикальной шахте с неподвижными наклонными полками. Какао- бобы, пересыпаясь с полки на полку, проходят через три горячие зоны, а затем поступают в зону охлаждения. Нагретый паровыми калориферами воздух с помощью вентиляторов поступает в зазоры между полками шахты, осуществляя таким образом поперечное продувание какао-бобов.
Перспективным способом обжарки какао-бобов является радиационный способ нагрева (инфракрасное излучение). При такой обработке какао-бобов происходит проникновение тепловых лучей внутрь проекта, 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 осуществляться 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 физи ко-химическим, так и органолептическим показателям. При этом про должительность обжарки можно значительно сократить.
Имеется опыт промышленного использования электроиндукционного 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.