Mục đích công nghệ : chuẩn bị
Trong quá trình sản xuất bột cacao, hạt cacao trước khi rang cần phải được tách vỏ, kiềm hóa và nghiền sơ bộ. Lớp vỏ cacao nhân thường mềm và có thể liện kết chặt với nội nhũ. Quá trình xử lý nhiệt sẽ làm cho vỏ trở nên giòn hơn và tách rời khỏi nội nhũ. Khi đó chỉ cần tác dụng lực cơ học vừa đủ mạnh lên hạt cacao là có thể làm vỡ lớp vỏ và tách lớp vỏ ra.
- Biến đổi vật lý: Khi chịu tác dụng của nhiệt độ lớp vỏ hạt và nội nhũ bên trong sẽ có những biến đổi khác nhau do thành phần hóa học khác nhau. Lớp vỏ cacao có thành phần chủ yếu là polysaccharide, trong đó nội nhũ có thành phần chủ yếu là lipid. Khi chịu tác dụng của nhiệt độ, vỏ hạt sẽ mất ẩm và cấu trúc của hạt cacao có xu hướng trương nở. Nội nhũ thì có xu hướng bị biến dạng.
Mức độ giảm ẩm của hạt cacao tùy thuộc vào phương pháp xử lý nhiệt và thông số công nghệ sử dụng trong quá trình sản xuất. Nếu xử lý nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại thì lượng ẩm giảm không đáng kể vì thời gian gia nhiệt ngắn và hầu như chỉ gia nhiệt cho lớp vỏ.
- Biến đổi hóa học: Một số phản ứng hóa học có thể diễn ra trong nội nhũ. Phản ứng quan trọng nhất là phản ứng Maillard giữa các acid amin và đường khử. Phản ứng này tạo các cấu tử hương cho cacao. Tuy nhiên sau giai đoạn xử lý nhiệt còn có các quá trình như kiềm hóa và rang có thề làm tổn thất các cấu tử hương này. Do đó trong giai đoạn này càng hạn chế các phản ứng tạo hương xảy ra thì càng tốt.
- Biến đổi sinh học: Trong quá trình xử lý nhiệt, dưới tác dụng của nhiệt độ các vi sinh vật, đặc biệt là các vi sinh vật trên bề mặt cacao sẽ bị ức chế và tiêu diệt.
Phương pháp thực hiện và thông số công nghệ
- Thông số công nghệ: phụ thuộc vào bề mặt cacao thì thời gian xử lý nhiệt là 115oC, thời gian hạt ca cao trong thiết bị khoảng 2-3 phút, thời gian tia hồng ngoại chiếu vào khoảng 45s.
Dùng bức xạ hồng ngoại: Loại được các tạp chất nhưng làm giảm ẩm của cotyledon, ít tổn thất chất béo, tiêu diệt được hết vi sinh vật, ít tốn mặt bằng nhà xưởng hiệu suất cao. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay ở các cơ sở năng suất lớn.
Hình 19. Sơ đồ thiết bị xử lý nhiệt hồng ngoại có cấu tạo dạng trống quay
Nguyên lý hoạt động:
Sau khi được làm sạch (1), các hạt ca cao sẽ được qua sàng phân loại (2) để phân riêng những hạt đã bị bể với những hạt còn nguyên. Những hạt đã bị bể sẽ không qua thiết bị xử lý hồng ngoại mà sẽ trực tiếp đi vào thiết bị tách vỏ (3) (vì nếu xử lý hồng ngoại thì phần chất khô trong nội nhũ của những hạt này sẽ có thể bị tổn thất).
Hạt ca cao nguyên được đưa vào thiết bị thông qua phễu (4) và vít điều tiết (5). Bên trong mặt trống (7) có những thanh gờ được thiết kế theo hình xoắn ốc (8) dọc theo thân trống. Khi trống quay, khối hạt sẽ chuyển động theo thanh gờ và đi qua những vùng có chiếu tia hồng ngoại theo chu kỳ quay của trống. Dưới tác dụng của tia hồng ngoại vỏ ca cao sẽ được làm nóng nhanh chóng và nước ở giữa vỏ và nội nhũ sẽ bốc hơi làm phồng vỏ tạo điều kiện cho quá trình tách vỏ dễ dàng hơn. Nếu độ ẩm trong hạt quá ít thì nước sẽ được phun sương lên bề mặt của hạt đến mức cần thiết trước khi xử lý nhiệt. Thông qua khối lượng phễu tháo liệu (10) và bộ điều khiển tự động ta có thể điều chỉnh tốc độ vít điều tiết để cho lưu lượng khối hạt trong trống được ổn định. Khí thải sẽ được hút bởi
quạt ly tâm (11) và được đưa qua cyclone (12) để lắng bụi, sau đó sẽ dùng nước để lấy phần bụi lắng ở đáy cyclone thông qua ống xyphon (13).
1.5. Tách vỏ [2][8]
Mục đích : Khai thác
Quá trình này nhằm mục đích tách vỏ ca cao ra khỏi nội nhũ và loại chúng ra khỏi nguyên liệu bằng cách kết hợp lực cơ học và các phương pháp phần riêng thích hợp.
Phương pháp và thông số công nghệ
Hiện nay phương pháp phổ biến để tách vỏ cacao là sử dụng thiết bị tách vỏ hoạt động tương tự như thiết bị nghiền búa, sau đó dùng sàng và khí động để tách vỏ.
Theo đó hạt cacao sau khi xử lý nhiệt hoặc rang sẽ được cho vào thiết bị tách vỏ. Các cánh tay đập sẽ quay và làm cho hạt cũng chuyển động tròn theo. Khi hạt chuyển động, nó sẽ va đập vào thành thiết bị cũng như cánh tay đòn làm cho vỏ vỡ ra. Sau đó ca cao sẽ được chuyển sang bộ phận phân riêng vỏ và nhân bằng hệ thống sàng và khí động.
Thông số công nghệ:
- Hàm lượng vỏ còn sót lại là nhỏ hơn 1%.
Các biến đổi của nguyên liệu
Trong quá trình tách vỏ lớp vỏ sẽ bị tác dụng lực cơ học và vỡ ra. Bên cạnh đó, nội nhũ của hạt cacao cũng bị vỡ nhỏ ra. Sau đó thì khối lượng của nguyên liệu sẽ giảm đi do vỏ cacao được tách ra.
Các yếu tố ảnh hưởng : Hàm lượng vỏ còn sót lại càng nhiều thì chất lượng chocolate càng kém.
Thiết bị : Hiện nay, phương pháp phổ biến để tách vỏ ca cao là sử dụng thiết bị tách vỏ hoạt động tương tự như thiết bị nghiền búa, kết hợp dùng sàng và khí động để tách vỏ.
Nguyên lý hoạt động: dựa vào tỷ trọng khác nhau giữa vỏ và nhân.
- Hạt ca cao sau khi xử lý nhiệt đã làm yếu đi một phần liên kết giữa nhân và vỏ nên vỏ đã được tách đi một phần, do đó để đạt được hiệu quả tách vỏ tốt, trước khi đưa vào thiết bị phải sàng để loại bỏ phần vỏ này đi. Sau khi sàng, hạt sẽ được đưa vào thiết bị cấu tạo gồm hai con lăn có tiết diện hình lục giác quay cùng chiều để tung các hạt ca cao va đập vào các tấm kim loại bên trong máy. Vỏ hạt sẽ được xé ra cùng với nhân rơi xuống hệ thống sàng có kết hợp phân ly nhờ khí động với quạt. Hệ thống gồm nhiều sàng nối tiếp có chuyển động rung lắc. Kích thước lỗ sàng nhỏ dần từ trên xuống. Vỏ và các mảnh vụn cũng như bụi sẽ được tách ra nhờ quạt hút. Nhân sẽ rơi xuống dưới và đi ra ngoài.
Hình 22. Thiết bị tách vỏ cacao
Hình 20. Sơ đồ hệ thống tách vỏ ca cao
1.6. Kiềm hóa [2][8][9] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hoàn thiện: Trong quá trình xử lý cacao nhân sau thu hoạch có quá trình lên men để tách lớp vỏ nhầy ra khỏi hạt. Trong quá trình lên men đó có sự hình thành nên các acid hữu cơ đặc biệt là acid lactic và acid acetic. Acid acetic sẽ bị bay hơi đáng kể trong quá trình phơi sấy, còn acid lactic thì vẫn còn lưu lại trong nhân. Hàm lượng acid cao sẽ làm cho sản phẩm bị chua, làm giảm chất lượng cảm quan của sản phẩm. Quá trình kiềm hóa sẽ trung hòa các acid này làm giảm vị chua của sản phẩm .
Bên cạnh đó quá trình kiềm hóa góp phần tạo ra các hợp chất tiền hương cho cacao góp phần nâng cao chất lượng cảm quan của sản phẩm.
- Chuẩn bị: khi hạt cacao được kiềm hóa một số thành phần tạo cấu trúc của hạt cacao bị biến đổi làm hạt cacao mềm và xốp hơn. Do đó quá trình ép bơ và nghiền được thực hiện dễ dàng hơn.
Phương pháp và thông số công nghệ
Hiện nay quá trình kiềm hóa cacao thường được thực hiện gián đoạn sử dụng các tank hình trụ đáy côn có trang bị vỏ áo để gia nhiệt. Trong thiết bị kiềm hóa cần lưu ý cấu tạo của cánh khuấy đảm bảo sao cho khối cacao được khuấy trộn đều với dung dịch kiềm. Cánh khuấy thường được sử dụng là cánh khuấy dạng trục vít.
Thông số công nghệ : Nhiệt độ thích hợp cho quá trình kiềm hóa cacao mảnh là 80- 85oC, thời gian từ 45 đến 60 phút phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình, pH=7.0 - 7.5, lượng muối Kali cho vào với tỷ lệ 1-2 kg/100 kg ca cao.
Các biến đổi của nguyên liệu
- Biến đổi vật lý:
Khi kiềm hóa cacao mảnh, các thành phần tạo cấu trúc đặc biệt là polysaccharide sẽ bị thủy phân. Khi đó cấu trúc của hạt cacao sẽ trở nên xốp hơn. Bên cạnh đó do các phản ứng ngưng tụ của các hợp chất phenol, màu sắc của cacao sẽ trở nên sậm hơn góp phần tạo màu đen đặc trưng cho sản phẩm bột cacao sau này. Trong trường hợp kiềm hóa cacao khối, độ nhớt của khối cacao sẽ giảm do nhiệt độ tăng .
- Biến đổi hóa học:
Trong quá trình kiềm hóa sự trung hòa các acid là biến đổi quan trọng nhất. Theo đó, quá trình kiềm hòa sẽ được xem là đạt yêu cầu khi pH của cacao đạt giá trị trung tính.
Bên cạnh phản ứng trung hòa dưới tác dụng của hợp chất kiềm các phản ứng phân hủy sẽ diễn ra như thủy phân liqid, thủy phân protein, thủy phân polysaccharide. Các phản ứng này góp phần cung cấp các cấu tử tiền hương cho nguyên liệu cacao .
Ngoài ra dưới tác dụng của nhiệt độ và tác nhân kiềm hóa các phản ứng ngưng tụ của các hợp chất polyphenol và phản ứng Maillard cũng diễn ra. Các sản phẩm của các phản ứng này góp phần tạo màu sắc và mùi vị đặc trưng của sản phẫm bột cacao.
- Biến đổi hóa lý :
Nhiệt độ nóng chảy của các lipid có trong cacao cao nhất là 37oC. Nhiệt độ của quá trình kiềm hóa cao hơn nhiệt độ này rất nhiều. Do đó trong quá trình kiềm hóa các tinh thể bơ cacao sẽ hóa lỏng.
Dưới tác dụng của nhiệt độ, nước trong khối cacao sẽ bay hơi làm cho hàm lượng ẩm trong cacao sẽ giảm xuống.
Các yếu tố ảnh hưởng
- Tác nhân kiềm hóa: Người ta thưởng sử dụng các loại hóa chất có bản chất kiềm như K2CO3, Na2CO3, KOH, Ca(OH)2,… Các chất này thường được pha thành dung dịch và bổ sung vào cacao. Nồng độ dung dịch càng loãng thì càng dễ phân bố đều trong cacao nhưng lại làm tăng lượng ẫm trong cacao ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm bột cacao. Thông thường hàm lượng tác nhân kiềm hóa sử dụng càng nhiều thì màu của khối cacao càng sẫm vì các phản ứng Maillard và ngưng tụ polyphenol diễn ra càng mạnh.
- Nhiệt độ kiềm hóa càng cao thì quá trình khuếch tán của tác nhân kiềm hóa vào khối cacao và các phản ứng hóa học diễn ra càng nhanh. Ngoài ra, nhiệt độ càng cao thì hàm lượng ẩm của hạt cacao giảm càng nhiều đảm bảo cho quá trình nghiền và quá trình rang tiếp theo sẽ diễn ra thuận lợi. Tuy nhiên nhiệt độ càng cao thì phản ứng tạo hương diễn ra càng mạnh, sau đó đến qua trình rang, hương tạo thành sẽ tổn thất làm giảm chất lượng cảm quan của cacao thành phẩm.
Hình 24. Thiết bị kiềm hóa có cánh khuấy
1.7. Rang [2][5][8]
Mục đích
- Chế biến: Quá trình rang cacao sẽ tạo ra những biến đổi cần thiết để hình thành nên hương vị đặc trưng cho các sản phẩm cacao .Quá trình rang là quá trình quan trọng nhất và có ảnh hưởng quyết định chất lượng của sản phẩm bột cacao cũng như các sản phẩm khác từ cacao.
- Chuẩn bị: Rang cacao sẽ tạo ra các biến đổi về mặt cấu trúc để quá trình nghiền và ép bơ tiếp theo được thuận lợi.
- Bảo quản: Quá trình rang còn có tác dụng làm giảm hàm ẩm và tiêu diệt các vi sinh vật để kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm.
Hạt ca cao phải được tách vỏ trước khi rang. Phương pháp rang này cũng có thể thực hiện trên thiết bị rang cacao dạng thùng quay tương tự như rang cacao nguyên hạt. Phương pháp này cho sản phẩm cacao sau khi rang có chất lượng tốt hơn khi so sánh với từng trường hợp rang cacao nguyên hạt. Ngoài ra, khi rang theo trường hợp này, ta có thể nâng cao chất lượng cảm quan của sản phẩm bằng cách bổ sung đường khử.
Thông số công nghệ - Thời gian : 10 - 30 phút - Nhiệt độ khoảng 100oC
Các biến đổi của nguyên liệu