Quá trình xử lý nhiệt Trong công nghệ sản xuất chocolate phần 2

Quá trình xử lý nhiệt Trong công nghệ sản xuất chocolate

Chương 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.

3.1 Khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu

Trong thí nghiệm này, chúng tôi khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu,kết quả thu được trình bày trong bảng 3.1.

Bảng 3.1: Thành phần hạt ca cao nhân

Bảng 3.2: Chỉ số pH và chỉ số acid của hạt ca cao một số nước trên thế giới[7]

salomon Island… 4.75 - 5.19 34.16 - 31.26Cameroom, Gabon,

Ghana, Nigeria… 5.20 - 5.49 31.2 - 29.6Ecuador, Venezuela,

Từ kết quả phân tích thành phần nguyên liệu, chúng tôi có một số nhận xét sau:

Độ ẩm của hạt nằm khoảng 6-7% Như vậy, độ ẩm hạt đạt được theo đúng tiêuchuẩn mà S.T BECKETT Yorkreco đưa đã ra đối với hạt ca cao sau quá trình bảoquản [7]

Với giá trị pH là 5.4 và độ acid là 30.5mmol/100g, hạt ca cao chúng ta khảo sátcó các chỉ số ở mức trung bình so với hạt ca cao ở các nước trên thế giới Ta thấyrằng, hạt ca cao sau quá trình lên men có hàm lượng acid khá cao Nguyên nhân làdo sau quá trình lên men, nhiều acid hữu cơ được hình thành Các acid hữu cơ nàykhông có lợi Vì chúng có thể gây ra vị chua và mùi gắc cho sản phẩm Do đó,chúng cần được loại bỏ dần trong quá trình sản xuất Vì vậy, chỉ số pH và hàmlượng acid của hạt thường được khảo sát và theo dõi thường xuyên trong quá trìnhsản xuất.

Theo H.-D Belitz, hạt ca cao sau khi lên men và sấy khô có thành phần hóahọc như sau:

Bảng 3.3: Thành phần hạt ca cao sau lên men [6]

Thành phầnĐơn vị (%)

như quá trình rang Chất béo rất dễ dàng thoát ra và chuyển lên bề mặt của vỏ hạt,gây tổn thất chất béo rất nhiều Do đó, trong quá trình rang sơ bộ ban đầu ta cầnđiều chỉnh nhiệt độ và thời gian rang phù hợp để hạn chế thất thoát.

Từ bảng 3.3 ta nhận thấy, chỉ có hàm lượng caffeine và hàm lượng béo trongnguyên liệu là phù hợp với nghiên cứu trước đây Các thành phần khác như hàmlượng theobromine, proteine, polyphenol, độ tro đều có sự khác biệt lớn so với sốliệu tham khảo Điều này có thể là do sự khác nhau về điều kiện chăm sóc, thổnhưỡng, khí hậu của mỗi vùng sản xuất dẫn đến sự khác nhau của một số thànhphần của hạt ca cao.

3.2 Khảo sát và lựa chọn chế độ kiềm hóa phù hợp

Ở quá trình kiềm hóa này, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độtác nhân kiềm hóa và thời gian đến quá trình kiềm hóa.

Chúng tôi chọn nhiệt độ kiềm hóa là 80oC và hàm lượng chất kiềm hóa sử dụnglà 100ml/kg khối ca cao.

Đối với nồng độ chất kiềm hóa, chúng tôi tiến hành thay đổi nồng độ dung dịchNa2CO3 từ 1% đến15% Trong mỗi trường hợp, chúng tôi tiến hành đo pH của hạtsau thời gian 1h và 2h kiềm hóa Kết quả thu được chúng tôi trình bày trong bảng3.4 và hình 3.1.

Từ đồ thị hình 3.1 ta thấy, với cùng một nồng độ Na2CO3 thì giá trị pH của hạtkhác nhau không đáng kể sau 1h hay 2h kiềm hóa Vậy, chúng tôi chọn thời giancho quá trình kiềm hóa là 1h.

Ngoài ra, ta có thể thấy rằng có bước nhảy trong quá trình kiềm hóa Bướcnhảy vọt tương đương đoạn đường cong đi lên Đoạn đường cong này tương ứng vớipH của hạt từ 5.6 đến 6.5 Điều này có thể giải thích là do các acid có trong hạt ca

cao là những acid yếu, kém phân ly, vì vậy, bước nhảy pH của chúng ở cùng pHcao.

Bảng 3.4: pH hạt sau khi kiềm hóa

Nồng độ dung dịch

Na2CO3 (%)kiềm hóa 1hpH hạt saukiềm hóa 2hpH hạt sau

Hình 3.1: Sự thay đổi pH của hạt ca cao theo nồng độ dung dịch Na2CO3Dựa theo kết quả trên, chúng tôi chọn chế độ kiềm hóa như sau:

 Nhiệt độ kiềm hóa: 80oC.

 Thời gian kiềm hóa: 1h.

 Nồng độ Na2CO3: 10%.

 Lượng dung dịch Na2CO3: 100ml/kg.

Sau khi lựa chọn các thông số trên cho quá trình kiềm hóa, chúng tôi kiểm tralại các chỉ tiêu của hạt ca cao sau quá trình kiềm hóa Kết quả thu được như sau:

 Độ ẩm hạt sau kiềm hóa: 11%.

 Chỉ số acid sau kiềm hóa: 10.5 mmolNaOH/100g.

 pH của hạt sau kiềm hóa: 6.5.

Sau quá trình kiềm hóa, độ ẩm hạt tăng cao Điều này là do nhiệt độ kiềm hóakhông đủ cao để làm bay hơi hết lượng nước có trong tác nhân kiềm hóa Tuynhiên, giá trị này sẽ giảm trong quá trình rang tiếp theo

Chỉ số acid của hạt sau kiềm hóa giảm đáng kể Từ 30.5mmol/100g xuống còn10.5mmol/100g Như vậy, quá trình kiềm hóa đã trung hòa được một lượng lớn cácacid hữa cơ Phần còn acid còn lại có thể sẽ được loại bỏ trong quá trình rang Vậy,với các thông số này hạt ca cao hoàn toàn có thể tiếp tục thực hiện quá trình rangtiếp theo.

3.3 Khảo sát và lựa chọn chế độ rang phù hợp

Trong phần này, chúng tôi thực hiện quá trình rang theo 3 chế độ khác nhau nhưsau:

Bảng 3.5: Các chế độ rang hạt ca cao

Thông sốChế độ 1Chế độ 2Chế độ 3

Nhiệt độ rang 220oC 190oC 160oC

Sau khi thực hiện quá trình rang ở 3 chế độ rang khác nhau chúng tôi nhận thấy,khi rang chế độ 1, hạt ca cao có mùi hương đặc trưng rất tốt, màu sắc đậm hơn, vị ítchát hơn so với chế độ rang 1 và 2 Tuy nhiên, do nhiệt độ rang cao nên làm hạt cómùi khói Đối với chế độ rang 2, hạt sau rang có vị ít chát hơn so với chế độ 3, hạtkhông có mùi khói nhưng chưa có hương vị đặc trưng Cuối cùng trong chế độ rang3, hạt có màu nâu nhạt, có mùi nồng của acid, vị rất chát.

Ngoài ra, theo S.T BECKETT thì khi chúng ta tiến hành rang ở nhiệt độ cao cóthể giảm được đáng kể hàm lượng phenol, giúp giảm vị chát cho hạt khi chế biếnthành chocolate:

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của chế độ rang lên hàm lượng phenol [7]

Chế độ rangNhiệt độHàm lượng phenol(µg/100g)

 Độ ẩm hạt sau rang: 2.5%.

 Chỉ số acid hạt: 6.5 mmol/100g.

 pH hạt sau rang: 6.65.

Như vậy, dưới tác dụng của nhiệt độ rang cao đã tạo điều kiện tốt cho ẩm vàmột số các acid bay hơi Một phần các acid dễ bay hơi đã được loại bỏ nên chỉ sốacid cũng giảm nhẹ từ 10.5 mmol/100g xuống còn 6.5mmol/100g Với các thông sốnày, hạt ca cao hoàn toàn phù hợp để thực hiện quá trình xử lý nhiệt tiếp theo.

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình xử lý nhiệt

Trong phần này, chúng tôi khảo sát quá trình xử lý nhiệt ở bốn giá trị nhiệt độ50oC, 60oC, 70oC, 80oC Sự biến đổi độ ẩm và độ nhớt khối chocolate trong suốtquá trình được trình bày trong bảng 3.7 và 3.8.

Chocolate đen chúng tôi thực hiện nghiên cứu có thành phần sau: 50% đường,ca cao nguyên liệu 40% và 10% bơ ca cao.

Từ kết quả thu được từ bảng 3.7 ta thấy, độ ẩm ban đầu của khối chocolate làkhá nhỏ 2% Nhưng trong suốt quá trình đảo trộn nhiệt độ ẩm của khối chocolatevẫn tiếp tục giảm Rõ ràng nhiệt độ cao và thời gian đảo trộn kéo dài đã giúp chonước bay hơi càng nhiều.

Bảng 3.7: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian (%)

định đến khả năng thoát ẩm của khối chocolate Khi nhiệt độ tăng, tốc độ thoát ẩmcủa khối chocolate có thể sẽ tăng theo Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao sẽ khôngcó lợi về mặt kinh tế.

Hình 3.2: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian

Theo S.T BECKETT, khi kết thúc quá trình xử lý nhiệt, độ ẩm sẽ giảm xuốngcòn từ 0.6-0.8% thì đảm bảo trong quá trình bảo quản chocolate không bị hỏng cấutrúc Trong thí nghiệm ở 50oC, độ ẩm cuối của khối chocolate là 1.01%, cao hơn sovới yêu cầu Với độ ẩm cao này, có thể chocolate sẽ nở hoa trong quá trình bảoquản Vì vậy, ta không chọn để thực hiện quá trình khảo sát tiếp theo Đối với thínghiệm ở 60oC, 70oC, 80oC, độ ẩm cuối của quá trình là 0.7; 0.61; 0.41% và đềuthấp hơn 0.8% Như vậy, cả ba nghiệm thức này đều phù hợp để thực hiện quátrình xử lý nhiệt.

Tiếp theo, sự biến đổi độ nhớt khối choccolate trong suốt quá trình xử lý nhiệtđược trình bày trong bảng 3.8 và hình 3.3

Trước tiên, ta có một số nhâïn xét về đồ thị như hình 3.3: tốc độ giảm độ nhớt ởmỗi nhiệt độ là như nhau Trong giai đoạn đầu, độ nhớt trong các thí nghiệm đều

có xu hướng giảm rõ rệt Tuy nhiên, đến cuối quá trình độ nhớt không giảm nữamà đồ thị có xu hướng ổn định

Bảng 3.8: Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian (103cp)

Thời gian đảo

Hình 3.3: Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian

Theo S.T Beckett, độ nhớt của khối chocolate tại một thời điểm phụ thuộc vàorất nhiều yếu tố: hàm lượng chất béo, hàm lượng lecithin, độ ẩm, kích thước cáchạt rắn vàø nhiệt độ [7] Ơû đây ta chỉ xét về yếu tố ảnh hưởng của độ ẩm, kích thướchạt rắn và nhiệt độ

Xét ảnh hưởng của nhiệt độ, từ kết quả thí nghiệm cho thấy ở nhiệt độ khácnhau tốc độ giảm độ nhớt đều gần giống nhau Như vậy, trong thí nghiệm củachúng ta nhiệt độ có ảnh hưởng không đáng kể lên độ nhớt của khối chocolate.Quan hệ giữa nhiệt độ và độ nhớt của lưu chất được tính theo công thức sau:

A, B: là hai hằng số phụ thuộc vào loại lưu chất.

Đối với chocolate là một hệ huyền phù có lượng chất phân tán rất lớn Vì vậy,hằng số A và B của chocolate có giá trị rất nhỏ Do đó, theo công thức tính độ nhớttrên, nếu nhiệt độ tăng ít sẽ không có ảnh hưởng đáng kể lên độ nhớt của khốichocolate Kết quả, sự chêch lệch về nhiệt độ trong thí nghiệm chúng ta chưa đủlớn để có thể thấy được sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ nhớt của chocolate.

Theo Harris, T.L SCI Monograph 32(1968) thì khi độ ẩm cao sẽ làm độ nhớtkhối chocolate tăng Vì nước sẽ tạo nên một lớp hydrate bao quanh các phân tửđường làm tăng lực nội ma sát giữa chúng Kết quả, độ nhớt sẽ tăng Điều này giảithích vì sao trong giai đoạn đầu độ nhớt của khối chocolate giảm Vì trong giaiđoạn này độ ẩm của khối chocolate giảm liên tục nên kéo theo độ nhớt cũng giảmtheo Tuy nhiên, đây không phải là nguyên nhân duy nhất khiến độ nhớt giảm Sựbiến đổi của các kích thước hạt rắn cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sựbiến đổi của độ nhớt trong suốt quá trình

Nhận xét trên đồ thị hình 3.4 ta thấy, độ nhớt giảm rồi lại tăng theo sự tăng kíchthước của các hạt rắn Để giải thích được hiện tượng này ta xét một thí nghiệm củaNiediek, E.A Gordian Tác giả tiến hành tách hệ huyền phù của chocolate thànhhai hệ huyền phù là đường trong bơ ca cao và phần tử ca cao trong bơ ca cao Trong

hệ huyền phù thứ nhất, độ nhớt tăng khi kích thước các phần tử đường giảm Còntrong hệ huyền phù thứ hai thì ngược lại, kích thước các hạt phần tử ca cao càngmịn thì sẽ cho ra độ nhớt càng thấp Vậy khối chocolate là một hỗn hợp của hai hệhuyền phù có tính chất khác nhau nhưng vẫn phải tuân theo những tính chất riêngcủa từng hệ.

Hình 3.4: Ảnh hưởng của kích thước các phần tử rắn đến độ nhớt của chocolate

Trong suốt quá trình đảo trộn nhiệt kích thước các phân tử rắn được giảm liêntục dưới tác dụng va đập của các hòn bi Vì vậy, sự giảm độ nhớt cũng sẽ tuân theoquy luật như trên.

Chúng tôi cũng đánh giá sự biến đổi của trạng thái khối chocolate trong quátrình đảo trộn và thu được kết quả như hình 3.5:

Theo hình 3.5, trong quá trình đảo trộn, ta quan sát thấy khối chocolate trải qua3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: đây là giai đoạn đầu quá trình đảo trộn nhiệt, do các hạt phân tán cókích thước còn rất lớn và chưa được phân tán đều nên chocolate rất thô và chưađồng nhất.

 Giai đoạn 2: đây là giai đoạn giữa của quá trình đảo trộn nhiệt Khi này, cácphần tử phân tán đã được giảm kích thước đáng kể Tuy nhiên, vẫn còn cảm giácxảm khi ăn Khối chocolate đã được đồng nhất nên có bề mặt bóng mịn.

 Giai đoạn 3: giai đoạn khi kết thúc quá trình xử lý nhiệt Các hạt phân tán đãđược nghiền rất mịn nên không còn cảm giác xảm khi ăn Bề mặt khối chocolaterất bóng và mịn do chocolate đã được đồng nhất hoàn toàn.

giai đoạn 1 giai đoạn 2 giai đoạn 3

Hình 3.5: Sự biến đổi chocolate trong quá trình đảo trộn nhiệt

Từ những kết quả thu được như trên, chúng tôi nhận thấy cả 3 chế độ ở 60oC,70oC, 80oC đều phù hợp để thực hiện quá trình xử lý nhiệt Tuy nhiên, xét về mặtkinh tế thực hiện quá trình ở 60oC là có lợi nhất Vì vậy, chúng tôi chọn chế độ ở60oC để tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng lecithin lên quá trình xử lýnhiệt.

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng lecithin lên quá trình

Chúng tôi tiếp tục khảo sát quá trình với việc thay đổi hàm lượng lecithin bổsung với 3 nghiệm thức: 0.1%, 0.3%, 0.5% Thông số nhiệt độ của quá trình là60oC Ở mỗi thí nghiệm, chúng tôi khảo sát về sự biến đổi của độ ẩm, độ nhớt, hàmlượng acid tổng và kiểm tra độ cứng của sản phẩm Kết quả sự thay đổi độ ẩmđược trình bày ở bảng 3.9:

Bảng 3.9: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian (%)

Thời gian đảo trộn

60oC(0% lecithin)

60oC(0.1% lecithin)

60oC(0.3% lecithin)

60oC(0.5% lecithin)

Hình 3.6: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian ở nhiệt độ 60oC

Từ đồ thị hình 3.6, ta nhận thấy, lecithin có ảnh hưởng rỏ rệt đến tốc độ giảmẩm của khối chocolate Với lượng 0.3 và 0.5% lecithin bổ sung vào thì tốc độ giảmẩm của khối chocolate giảm xuống còn 0.115 và 0.105%/h; thấp hơn so thí nghiệmkhông bổ sung lecithin là 0.135 %/h.

Như vậy, lecithin có khả năng làm cản trở sự thoát ẩm của quá trình Vì khi bổsung lecithin vào chocolate, ngoài vai trò tạo bề mặt phân pha giữa bơ và phân tửđường giúp giảm độ nhớt thì lecithin còn đóng vai trò là một chất tạo nhũ Kết hợpvới sự đảo trộn, lecithin sẽ giúp cho nước và chất béo tạo nên nhệ nhũ tương Sựđảo trộn càng nhiều thì hệ nhũ tương được tạo ra càng bền vững Khi đó, nước đãđược liên kết chặt chẽ với lecithin trong hệ nhũ tương nên rất khó thoát ra ngoài

Riêng ở trường hợp 0.1% lecithin, tốc độ giảm ẩm vẫn ở mức 0.134%/h Gầnbằng với tốc độ thoát ẩm ở trường hợp 0% lecithin Như vậy, ở nồng độ thấp, ảnhhưởng cản trở sự thoát ẩm của lecithin là không đáng kể

Tiếp theo, sự biến đổi độ nhớt được trình bày trong bảng 3.10 Do ta bổ sunglecithin ngay trong giai đoạn đầu của quá trình đảo trộn nên độ nhớt có sự biến đổirõ rệt Độ nhớt ban đầu trong trường hợp có bổ sung lecithin thấp hơn so với trườnghợp không lecithin.

Ban đầu, khi chưa bổ sung lecithin độ nhớt của chocolate có độ nhớt rất lớn(270.103cp) Do đường là phần tử ưa nước nhưng lại được cho vào chocolate vớimột lượng khá lớn (50%) Còn chất béo trong chocolate là hợp chất kị nước Vìvậây, sinh ra lực nội ma sát rất lớn trong khối chocolate Nhưng sau khi lecithin đượcbổ sung, lecithin đã hình thành một lớp phân pha trên phần tử đường giúp bôi trơnchúng Kết quả, lực nội ma sát và độ nhớt đều giảm Theo hình 3.7, độ nhớt giảmcòn khoảng 200.103cp.

Như trên hình 3.7 ta thấy, độä nhớt ban đầu giảm kéo theo tốc độ giảm độ nhớtcủa các thí nghiệm có bổ sung lecithin cũng giảm và thấp hơn so với thí nghiệmkhông bổ sung lecithin Nhưng quy luật giảm vẫn tuân theo như mô tả ở phần trên.Đồ thị giảm trong giai đoạn đầu nhưng sau đó lại nằm ngang không giảm nửa

Bảng 3.10: Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian (103cp)

đảo trộn(0% lecithin)(0.1% lecithin) (0.3% lecithin) (0.5% lecithin)

Hình 3.7: Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian ở nhiệt độ 60oC

Ở đoại cuối của đồ thị, ta thấy hầu như độ nhớt ở các thí nghiệm đều quy về giátrị gần giống nhau Có thể là do càng về sau, kích thước các phần tử rắn càng nhỏ.Cho nên, ảnh hưởng kích thước của các hạt rắn lên độ nhớt sẽ chiếm ưu thế hơn

Khi kết thúc quá trình đảo trộn, kích thước các hạt rắn ở các thí nghiệm gần nhưlà tương đương Vì vậy, độ nhớt của chúng ở cuối quá trình cũng gần giống nhau

Ngoài khảo sát về độ ẩm và độ nhớt thì trong phần thí nghiệm này chúng tôicòn tiến hành khảo sát về sự thay đổi hàm lượng acid tổng trong suốt quá trình và

độ cứng của chocolate thành phẩm Kết quả được trình bày trong bảng 3.11 và3.12:

Bảng 3.11: Sự thay đổi độ acid theo thời gian (mmol/100g)

Thời gian

60oC (0% lecithin)

60oC (0.1% lecithin)

60oC (0.3% lecithin)

60oC (0.5% lecithin)

Hình 3.8: Sự thay đổi độ acid trong quá trình xử lý nhiệt

Từ hình 3.8 nhận thấy, chỉ số acid trong quá trình đã giảm nhiều từ khoảng2mmol/100g xuống còn khoảng 1mmol/100g Như vậy, dưới tác động đảo trộn