Bảng 2.6. Các tác nhân kiềm hóa được sử dụng trong quá trình sản xuất bơ ca cao
Potassium Sodium Ammonium Magnesium
Carbonate K2CO3 Na2CO3 (NH4)2CO3 MgCO3
Bicarbonate KHCO3 NaHCO3 NH4HCO3
Hydroxide KOH NaOH NH4OH
Oxide MgO
Trong quá trình kiềm hoá cao cao, người ta thường dùng các loại hoá chất có tính kiềm như K2CO3, Na2CO3, KOH,... Các chất thường được pha thành dung dịch và bổ sung vào ca cao. Nồng độ của dung dịch càng loãng thì càng dễ phân bố đều trong ca cao nhưng lại làm tăng lượng ẩm trong ca cao, ảnh hưởng không tốt đến chất lượng của sản phẩm. Thông thường, hàm lượng tác nhân kiềm hoá sử dụng càng nhiều thì màu của khối ca cao càng sậm. Lý do cho sự thay đổi màu sắc là do các phản ứng dựa trên một loại các chất được tìm thấy trong ca cao được gọi là tannin (polyhydroxyphenol). Chúng được tạo thành từ các phân tử epicatechin (Hình 2.17) trong các giai đoạn lên men, sấy khô và rang khác nhau có thể kết hợp với nhau, oxy hóa hoặc phản ứng với các hóa chất khác trong ca cao. Điều này làm tăng số lượng phân tử tạo màu và làm cho ca cao sẫm màu hơn nhiều. Bằng cách điều chỉnh cẩn thận độ pH, độ ẩm, nhiệt độ và thời gian rang, có thể tạo ra nhiều màu sắc khác nhau.
Hình 2.17. Epicatechin và dạng dimer 2.2.6.4. Thiết bị kiềm hóa
2.2.6.4.1. Cấu tạo thiết bị
Hiện nay, quá trình kiềm hoá ca cao 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 hoá cần lưu ý cấu tạo của
cánh khuấy, đảm bảo sao cho khối ca cao được khuấy trộn đều với dung dịch kiềm. Cánh khuấy thường được sử dụng là cánh khuấy dạng trục vít.
Hình 2.19. Thiết bị kiềm hóa 2.2.6.4.2. Nguyên lý hoạt động
Nhân ca cao sẽ được đưa vào bồn nhập liệu. Tín hiệu khối lượng sẽ được truyền sang bộ phận chuẩn bị dung dịch kiềm hoá. Theo những công thức đã được lập trình sẵn, dung dịch kiềm hoá sẽ được chuẩn bị một cách tự động, nồng độ kiềm được điều chỉnh phù hợp.
Sau khi đạt được những yêu cầu cần thiết, toàn bộ nhân ca cao sẽ được đưa xuống thùng khuấy. Cánh khuấy hình xoắn ốc hoạt động trong suốt quá trình kiềm hoá có tác dụng đảo trộn toàn bộ mẻ. Tùy theo yêu cầu của sản phẩm mà quá trình kiềm hoá sẽ bao gồm các giai đoạn sau:
Đầu tiên, nhân sẽ được gia nhiệt thông qua đường hơi nước đi vào vỏ áo thiết bị. Sau khi đạt được nhiệt độ cần thiết thì dung dịch kiềm sẽ được đưa vào bồn khuấy.
Thiết bị có thể làm việc ở 2 chế độ: áp suất thường và cao áp. Không khí được ổn định nhiệt độ ở thiết bị gia nhiệt sẽ được bơm vào bồn khuấy trong suốt quá trình phản ứng. Nếu làm việc ở áp suất cao thì van thông áp sẽ được đóng lại và sau khi kết thúc quá trình ta cần điều chỉnh van này để giảm áp suất từ từ trước khi tháo sản phẩm.
2.2.6.4.3. Thông số công nghệ
Nhiệt độ kiềm hóa: 80 – 85℃. Thời gian kiềm hóa: 60 phút. pH tăng từ 4,5 – 5 đến 6,8 – 7.
Hóa chất: Na2CO3, K2CO3,... (hàm lượng 2,5% khối lượng ca cao).
2.2.7. Tách bơ
2.2.7.1. Mục đích
Ca cao khối thường chứa khoảng 47–56% bơ ca cao và chất này được chiết xuất vật lý để sản xuất cả bơ và bột ca cao.
2.2.7.2. Các biến đổi
2.2.7.2.1. Biến đổi vật lý
Thay đổi khối lượng do bơ được tách ra.
Giảm hàm lượng ẩm (bị mất nước sau khi ra khỏi máy ép). Nhiệt độ tăng.
2.2.7.2.2. Biến đổi hoá lý
Sự khuếch tán cấu tử lỏng ra bên ngoài.
Liên kết giữa các cấu tử rắn chặt chẽ hơn tạo thành khối rắn dạng bánh. Sự thoát hơi nước và các cấu tử hương.
2.2.7.3. Thiết bị ép bơ
2.2.7.3.1. Cấu tạo thiết bị
Hình 2.20. Sơ đồ cấu tạo thiết bị ép bơ dạng nằm ngang
(1) Bể điều áp ca cao liquor; (7) Ống chuyển bơ ca cao; (2) Hệ thống bơm nguyên liệu; (8) Bồn chứa bơ ca cao;
(5) Hệ thống định lượng bơ ca cao; (11) Ống thủy lực; (6) Hệ thống bơm bơ ca cao; (12) Bảng điều khiển.
Hình 2.21. Thiết bị ép bơ dạng nằm ngang
2.2.7.3.2. Nguyên lý hoạt động
Bơ ca cao chất lượng cao nhất thu được bằng cách ép ca cao liquor trong thiết bị ép bơ dạng nằm ngang (Hình 2.20). Phần trên cùng (4) bao gồm một loạt các nồi, đáy của mỗi nồi là một lưới thép không gỉ. Ca cao liquor nóng được đưa vào nồi, sau đó được ép bởi một trục thép hoạt động ở áp suất khoảng 40-50 MPa. Ban đầu ca cao ngòi chứa khoảng 55% bơ ca cao và áp suất này có khả năng đẩy hơn một nửa lượng chất béo này qua lưới, sau đó nó sẽ chảy xuống một đường ống đến điểm định lượng. Ban đầu, áp lực được tăng từ từ, để ngăn chặn sự hình thành các lớp cứng ngăn không cho chất béo thoát ra. Người vận hành có thể tăng áp suất cho đến khi loại bỏ hết lượng bơ ca cao cần thiết. Điều này để lại một phụ phẩm cứng trong chậu, chứa từ 8% đến 24% chất béo. Các phụ phẩm dạng đĩa cứng tròn được gọi là bánh ca cao. Khi các nồi được mở ra, chúng sẽ tự động được đẩy ra và rơi xuống băng chuyền (9).
Bơ chất lượng thấp hơn thu được bằng quy trình ép liên tục mà sẽ ép chất béo ra khỏi toàn bộ hạt ca cao, bao gồm cả vỏ. Thường thì những hạt ca cao này không đủ tiêu chuẩn để làm chocolate, vì chúng có thể không được lên men đúng cách hoặc có thể có hương vị quá chua. Vỏ ca cao có chứa một số chất béo không phải là bơ ca cao. Những chất này cũng được ép ra và trộn với bơ ca cao. Điều này gây bất lợi cho độ cứng và các đặc tính kết tinh của bơ ca cao. Loại bơ ca cao này thường bị vẩn đục và phải được lọc.
Trường hợp bánh ca cao được sản xuất từ ca cao nguyên hạt hoặc hạt kém chất lượng, nó sẽ có giá trị thấp và thường được sử dụng làm thức ăn gia súc. Ngoài ra, chất béo còn lại có thể được loại bỏ bằng dung môi hoặc chiết chất lỏng siêu tới hạn.
2.2.7.3.3. Thông số công nghệ
Áp lực ép: 380-410 kg/cm2.
Hàm lượng béo trong bánh ca cao: 10-20%. Thời gian ép: 15-30 phút.
2.2.8. Tẩy màu
2.2.8.1. Mục đích
Bơ ca cao thô tẩy màu để có màu trắng ngà, tạo độ tinh khiết không lẫn tạp chất tạo giá trị cảm quan cho người tiêu dùng.
2.2.8.2. Thiết bị tẩy màu 2.2.8.2.1. Cấu tạo thiết bị 2.2.8.2.1. Cấu tạo thiết bị
Hình 2.22. Cấu tạo thiết bị tẩy màu
Hình 2.24. Thiết bị tẩy màu 2.2.8.2.2. Nguyên lý hoạt động
Bơ ca cao được bơm vào thiết bị tẩy màu, đi qua hơi nóng vào lò sấy trong môi trường chân không. Tại đây bơ sẽ được trộn đều cùng với hỗn hợp đất tẩy trắng và than hoạt tính theo tỉ lệ thích hợp. Quá trình xử lý ít nhất là 20 phút ở nhiệt độ từ 90-110℃. Kế đến, hỗn hợp sẽ qua bộ lọc khung bản để tẩy màu.
2.2.9. Khử mùi
Bơ ca cao chiết xuất bằng dung môi luôn được tinh chế và khử mùi và kết quả là tạo ra chất béo tương đối nhạt.
Theo thông lệ của nhiều nhà sản xuất chocolate là khử mùi một phần bơ ca cao để làm cho nó phù hợp hơn cho việc sản xuất chocolate sữa và một số lớp phủ bánh kẹo. Bơ ca cao được khử mùi cũng có một số công dụng trong ngành dược phẩm vì nó là chất béo tan chảy ngay dưới nhiệt độ cơ thể và sẽ tốt hơn nếu loại bỏ mùi thơm mạnh của ca cao. Khi bơ ca cao được ép từ ca cao liquor sau quá trình nghiền và kiềm hóa hạt ca cao được rang ở cường độ cao, nó có một mùi vị rất mạnh và sẽ át đi mùi của chocolate sữa. Loại bơ ca cao có mùi vị mạnh này có thể được sử dụng trong chocolate đen, nhưng vì nhu cầu tiêu thụ chocolate sữa lớn hơn nên loại bơ ca cao này vẫn bị khử mùi.
Quá trình khử mùi của bơ ca cao được thực hiện bằng cách sử dụng hơi nước quá nhiệt trong điều kiện chân không và mục đích chủ yếu là làm giảm chứ không phải loại bỏ hoàn toàn mùi. Hình 2.25 minh họa nguyên lý của thiết bị khử mùi bơ ca cao.
Hình 2.25. Hệ thống khử mùi bơ ca cao
(A) Thiết bị gia nhiệt (B) Bộ tản hơi nước
(C) Cuộn dây gia nhiệt (D) Nồi chân không
(E) Bộ ngưng tụ
Bơ ca cao được bơm vào thiết bị khử mùi và đun nóng. Quá trình khử mùi bơ ca cao được thực hiện trong môi trường chân không nhằm giảm nhiệt độ sôi của bơ ca cao. Chân không được kéo dài và hơi quá nhiệt được cho vào đi qua phần dưới cùng của thiết bị khử mùi, và phân bố đồng đều trong bơ ca cao qua hệ thống tản hơi (B). Hơi bay ra được dẫn đến bộ ngưng tụ (E), bỏ đi hơi nước. Còn lại là thành phần đặc, khôi đặc chứa chủ yếu là acid béo tự do và bơ ca cao cũng giống như theobromine, caffein, phospholipids, diglycerides, tocopherols.
Quá trình khử mùi diễn ra ở 104-110℃ và sau khi kết thúc việc chuyển đến các bể chứa ở nhiệt độ đó là không đúng. Chất béo phải được làm mát đến khoảng 70℃ để bảo quản trong thời gian ngắn trước khi sử dụng, nhưng nếu cần bảo quản trong thời gian dài hơn thì nên sử dụng nhiệt độ 45-50℃.
2.2.10. Bao gói
Bơ ca cao phải được bảo quản trong các loại bao bì thích hợp như thùng thiếc, bao bì hỗn hợp để duy trì chất lượng của bơ.
Hình 2.27. Thiết bị bao gói
Máy đóng gói có thể thực hiện nhập liệu tự động vào túi, mở túi, tính toán, đổ vào, và cân theo khối lượng đã cài đặt sẵn, sau đó sẽ trượt theo băng tải qua thiết bị khâu túi. Quy trình được thực hiện điều khiển tự động.
2.2.11. Bảo quản
Giúp định hình lại sản phẩm trong bao bì bằng cách làm lạnh bơ.
2.3. Đánh giá chất lượng sản phẩm bơ ca cao
Các tiêu chí cơ bản để đánh giá chất lượng sản phẩm bơ ca cao phụ thuộc vào từng nhà sản xuất và yêu cầu của thị trường. Theo tiêu chuẩn Quốc gia, TCVN 10724:2015, để sản xuất một sản phẩm bơ ca cao chất lượng cần quan tâm các chỉ tiêu sau đây:
2.3.1. Chỉ tiêu hóa học
Hàm lượng acid béo tự do (tính theo acid oleic): không lớn hơn 1.75% khối lượng. Chất không xà phòng hóa: không lớn hơn 0.7% khối lượng, riêng bơ ca cao ép thì không lớn hơn 0.35% khối lượng.
Dư lượng hexan tối đa (từ 62oC đến 82oC): 1mg/kg. Chất hỗ trợ chế biến này không áp dụng cho bơ ca cao được sản xuất bằng công nghệ ép (TCVN 10724 – 2015).
2.3.2. Chỉ tiêu hóa lý
Hàm lượng ẩm: 0.325%
2.3.3. Chỉ tiêu vi sinh vật
Đáp ứng đủ yêu cầu theo TCVN 9632:2013 (CAC/GL 21 – 1997) Nguyên tắc thiết lập và áp dụng các tiêu chí vi sinh đối với sản phẩm (TCVN 10724 – 2015).
2.3.4. Chỉ tiêu cảm quan
Tên sản phẩm phải ghi rõ là “Bơ ca cao”, ngoài ra có thể sử dụng tên gọi “Bơ ca cao ép” đối với các sản phẩm phù hợp với mô tả đối với sản phẩm bơ ca cao ép.
Trên bao bì phải ghi rõ tên sản phẩm, các thông số của lô hàng, tên và địa chỉ của nhà sản xuất, nhà đóng gói, nhà phân phối và/hoặc nhà nhập khẩu phải được ghi trên bao bì.
Tuy nhiên, việc nhận biết lô hàng, tên địa chỉ, nhà sản xuất, nhà đóng gói, nhà phân phối và/hoặc nhà nhập khẩu có thể thay bằng dấu hiệu nhận biết với điều kiện là dấu hiệu đó có thể nhận biết rõ rang cùng với các tài liệu kèm theo.
Để nhận biết bơ ca cao chất lượng chính là thông qua mùi vị. Mùi vị càng tự nhiên, thơm nhẹ thì càng chất lượng, không có mùi dầu đi kèm (chứng tỏ bơ ca cao không bị pha). Bơ ca cao có màu vàng nhạt, kết cấu cứng với hương thơm giống chocolate vừa phải và tan chảy ở 34oC (TCVN 10724 – 2015).
KẾT LUẬN
Qua thời gian thực hiện bài tiểu luận với đề tài “Công nghệ và thiết bị chế biến bơ ca
cao” đã giúp cho chúng em tìm hiểu rõ hơn về công nghệ và thiết bị chế biến bơ ca cao, tìm
hiếu sâu về các công đoạn của quy trình để có được một sản phẩm bơ ca cao hoàn chỉnh. Trong ngành công nghệ thực phẩm, việc tìm hiểu rõ một công nghệ, quy trình sản xuất ra một sản phẩm là rất cần thiết đối với sinh viên, giúp sinh viên có thêm nhiều kiến thức mới cũng như biết thêm nhiều quy trình trong công nghệ sản xuất. Ở bài tiểu luận này, chúng em đã tìm hiểu sâu về các thành phần hóa học, công dụng của bơ ca cao đồng thời là quy trình chế biến bơ ca cao với nhiều hình ảnh minh họa đính kèm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bùi Thanh Giang và Nguyễn Ngọc Thùy (2005). Tổng quan về ngành ca cao. Tạp Chí Công Thương. tr. 2-4.
Nguyễn Thị Hiền và Nguyễn Văn Tặng (2010). Công nghệ sản xuất chè, cà phê & cacao. Nhà xuất bản Lao Động. Hà Nội. tr. 225-229.
Trịnh Xuân Ngọ (2009). Cây ca cao và kỹ thuật chế biến. tr. 7-11.
Ant_Z, “The chemical composition of cocoa beans, and the properties of individual components”, 29/09/2011, <URL: https://en.baker-group.net/confectionery- formulations-technology-raw-materials-and-ingredients/production-of-chocolate-and- cocoa/chemical-composition-of-cocoa-beans-and-properties-of-individual-
constituents.html#google_vignette>.
Asep EK, Jinap S, Tan TJ, Russly AR, Harcharan S and Nazimah SAH, 2008. The effects of particle size, fermentation and roasting of cocoa nibs on supercritical fluid extraction of cocoa butter. Journal of Food Engineering, 85: 450-458.
Beckett Stephen T. (2008). The Science of Chocolate. The Royal Society of Chemistry. Cambridge, UK. pp. 39-58.
Bootello MA, Hartel RW, Garcés HR, MartínezForce E, Salas JJ, 2012. Evaluation of high oleic-high stearic sunflower hard stearins for cocoa butter equivalent formulation. Food Chem, 134: 1409-1417.
Brinkmann B, 1992. Kakaobutteraustauschfette. Zucker and Stisswarenwirtschaft, 8: 268-270. Carpenter RR, Hammerstone JF, Romanczyk LJJr, Aitken WM, 1994. Lipid Composition of Crystallisation Behaviour on Microstructure, Mechanical Properties and Appearance in Dark Chocolate Systems. J Food Engin, 89: 128-136.
Codex Stan, 2001, TCVN 10724:2015, Bộ Khoa Học Công Nghệ - Tổng Cục Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng. tr. 5 – 6.
Dan Brennan, “Health Benefits of Cocoa Butter”, August 2020, <URL: https://www.webmd.com/diet/health-benefits-cocoa-
butter?fbclid=IwAR2QPAqwLRyuW-_4O-
f9ZP6x6UkvYdfxtcH3m50RIvRgi8_S1EgaevlaPOk#1>.
Duck W, 1964. The measurement of unstable fat in finished chocolate. Manuf Confect, 44: 67- 72.
Erickson JA, Weissberger W and Keeney PG, 1983. Tocopherols in the unsaponifiable fraction of cocoa lipids. Journal of Food Science, 38: 1158-1162.
Food-info, “What is the (physical and chemical) composition of cocoa beans, butter, mass and powder?”, 2021, <URL: http://www.food-info.net/uk/qa/qa-fp48.htm>
Jahurul MHA, Zaidul ISM, Norulaini NAN, Sahena F, Jinap S, Azmir J, Sharif KM and Mohd Omar AK, 2013. Cocoa butter fats and possibilities of substitution in food products concerning cocoa varieties, alternative sources, extraction methods, composition, and characteristics. Journal of Food Engineering, 117: 467-476.
Jason Shvili, “The Top Cocoa-Producing Countries”, 24/9/2020. <URL: https://www.worldatlas.com/articles/top-10-cocoa-producing-countries.html>.
Jennifer Murray, “Cocoa Butter”, July 2021, <URL: https://www.thespruceeats.com/what-is- cocoa-butter-3376444>.
Kanematsu, H., Maruyama, T., Niiya, I., Imamura, M. and Matsumoto, T., 1978. Studies on the hard butter. II. On the general properties of vegetable cocoa butter substitutes. Journal of the Japanese Oil Chemists’ Society, 21: 519-520.
Kamphuis Henri J. (2017). Production of cocoa mass, cocoa butter and cocoa powder. In
Beckett’s Industrial Chocolate Manufacture and Use. Stephen T. Beckett, Mark S. Fowler and Gregory R. Ziegler. John Wiley & Sons Ltd. pp. 50-71.
Lipp M and Anklam E, 1998. Review on cocoa butter and alternatives for use in chocolate. Part A: Compositional data. Journal of Food Chemistry, 62(1): 73-97.
Lipp M, Simoneau C, Ulberth F, Anklam E, Crews C, Brereton P, De Greyt W, Schwack W, Wiedmaier C, 2001. Composition of Genuine Cocoa Butter and Cocoa Butter Equivalents. J Food Compos Anal, 14: 399-408.
Lonchampt P, Hartel RW, 2004. Fat Bloom in Chocolate and Compound Coatings. Eur J Lipid Sciences Technol, 106: 241-274.
Minifie B. W. (1989). Chocolate, Cocoa and Confectionery - Science and Technology. Springer.
Nair K. P. Prabhakaran, 2010. 5-Cocoa (Theobroma cacao L.). The Agronomy and Economy of Important Tree Crops of the Developing World. Elsevier, London, 131-180.
Nissim Garti and Widlak Neil R. (2012). Cocoa Butter and Related Compounds. AOCS Press. Omar AK, 2013. Cocoa butter fats and possibilities of substitution in food products concerning cocoa varieties, alternative sources, extraction methods, composition, and characteristics.
Journal of Food Engineering, 117: 467-476.
Podlaha, O., and Pilschl, B, 1984. TG-type composition of 28 cocoa butters and correlation