3.2.1 Phối trộn
Mục đích: Chuẩn bị
Trộn các nguyên liệu (bột ca cao, bơ ca cao, đường, sữa) lại với nhau theo một tỷ lệ thích hợp để hình thành nên một hỗn hợp huyền phù đồng nhất sử dụng cho các quá trình tiếp theo.
Các biến đổi xảy ra trong quá trình:
Vật lý
Trong quá trình nhào trộn, nhiệt độ hỗn hợp tăng, độ nhớt giảm và kích thước các phần tử pha rắn giảm.
Hóa lý
Hỗn hợp nguyên liệu lúc đầu, qua quá trình nhào trộn trở thành hệ huyền phù đồng nhất với bơ ca cao là pha liên tục (chiếm 35%), còn đường, sữa và bột ca cao là pha phân tán (chiếm 65%).
Trong quá trình nhào trộn các biến đổi quan trọng nhất là sự phân bố đồng đều các thành phần vào nhau. Quá trình nhào trộn trong sản xuất chocolate cần chú ý các hiện tượng sau: bột ca cao là chất lỏng có độ nhớt cao, bơ ca cao cũng thường được bổ sung vào dưới dạng lỏng trong khi đường sữa được thêm vào dưới dạng bột và chủ yếu là thành phần ưa nước. Do đó, quá trình nhào trộn sẽ rất khó khăn và phụ thuộc vào tỷ lệ 2 nhóm nguyên liệu này, cũng như độ nhớt của pha lỏng và kích thước của pha rắn. Nồng độ của các cấu tử pha rắn và độ nhớt cao của pha lỏng cũng làm tăng lực ma sát và nhiệt độ của hỗn hợp.
Trong quá trình nhào trộn các chất rắn có thể liên kết lại thành các hạt có kích thước lớn hơn. Độ ẩm của các thành phần trong khối chocolate có ảnh hưởng đến kích thước của các cấu tử được tạo ra khi nhào trộn. Độ ẩm trong khối ca cao càng cao thì sẽ thúc đẩy quá trình tạo ra các cấu tử có kích thước lớn.
30
Phương pháp thực hiện:
Ban đầu cho bơ ca cao vào thùng phối trộn tạo môi trường liên tục, sau đó cho từ từ bột ca cao, sữa, đường dạng bột vào tạo thành pha phân tán. Trong giai đoạn này không bổ sung toàn bộ chất béo và chất nhũ hóa vào mà chỉ bổ sung một phần, phần còn lại sẽ được bổ sung vào giai đoạn xử lý nhiệt. Nếu có nhiều chất béo quá thì các phần tử chất rắn di chuyển rất dễ dàng, làm cho quá trình đảo trộn trở nên kém hiệu quả hơn do làm giảm lực mài, xé của thiết bị. Do đó ta chỉ nên cho một lượng vừa đủ chất béo vào. Lượng chất béo còn lại, ta có thể bổ sung vào trong quá trình đảo trộn nhiệt.
Riêng hương liệu có thể cho vào trong giai đoạn này hoặc được bổ sung vào trong giai đoạn xử lý nhiệt. Các chất thơm được cho thêm vào cuối giai đoạn nhào. Cho cánh khuấy hoạt động trong suốt quá trình.
Các thông số kỹ thuật:
Thời gian nhào trộn: 20 – 30 phút. Nhiệt độ: 40 – 450C. Nếu nhiệt độ nhào trộn vượt quá 600C sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm (do các chất béo trong sữa rất dễ bị oxi hóa trong điều kiện đảo trộn ở nhiệt độ cao và thời gian kéo dài).
Độ ẩm trong bột ca cao càng cao thì quá trình tạo ra các phần tử có kích thước lớn càng mạnh, quá trình nghiền sau đó sẽ phức tạp hơn. Độ ẩm thích hợp cho việc nhào trộn của khối chocolate là 1 – 2%, khi đó khối chocolate còn giữ được tính linh động, nên không gây khó khăn cho quá trình nhào trộn. Khi độ ẩm khối chocolate tăng lên đến 6%, độ nhớt của khối chocolate tăng lên đến mức không thể nhào trộn được. Do đó, khi nhào trộn khối chocolate sữa (sử dụng nguyên liệu là sữa cô đặc), cần thêm vào một lượng đường nhất định để làm giảm độ ẩm hoặc tốt nhất nên dùng sữa bột.
Thiết bị:
Máy phối trộn (năng suất: 30 – 40kg/ mẻ).
Cấu tạo: Thiết bị được cấu tạo bằng thép không rỉ. Nguyên liệu gồm bột ca cao, bơ ca cao, đường và sữa sẽ được đưa vào máy phối trộn qua phễu nhập liệu (1). Mỗi cylon nhập liệu đều có bộ phận điều chỉnh lưu lượng. Nguyên tắc phối trộn bằng trục vít (3). Bộ phận tháo liệu (4) nằm phía dưới máy.
31
Thông số:
Tốc độ trục vít: 60 vòng/ phút. Thời gian: 30 phút.
Cách thực hiện: Khởi động máy, cho bơ ca cao vào trước, sau đó cho từ từ bột ca cao, đường, sữa vào. Sau thời gian đảo trộn, ta tháo sản phẩm cho vào thùng chứa, chuẩn bị cho giai đoạn nghiền.
Hình: MÁY PHỐI TRỘN
(1)Phễu nhập liệu, (2) Máy trộn, (3) Trục vít, (4) Ống tháo liệu
Máy đảo trộn chocolate cao tốc (K & Kurt High Speed Chocolate Mixer).
Máy được thiết kế đặc biệt để đáp ứng yêu cầu cần thiết của quá trình sản xuất chocolate là đơn giản và dễ sử dụng.
Máy hoàn toàn phù hợp đối với quá trình sản xuất chocolate và chocolate bột. Tạy trộn được thiết kế đặc biệt để trộn nhanh và tạo ra hỗn hợp đồng nhất.
32
Máy trộn có những đặc điểm sau:
- Tất cả các bề mặt tiếp xúc với sản phẩm đều được làm bằng thép không rỉ. - Hệ thống kiểm soát nhiệt độ cho nước và khối bột nhào.
- Hướng quay của dao trộn được điều chỉnh để có thể quay cùng chiều và ngược chiều kim đồng hồ.
- 4 cánh tay trộn được thiết kế đặc biệt để trộn nhanh và lắp trên dao trộn để tạo ra hỗn hợp đồng nhất.
- Đuôi máy trộn được gắn thêm các tấm ván để bảo vệ.
- Máy phù hơp với điều kiện thiết kế an toàn để tránh gây ra tai nạn. - Máy mạnh, dễ hoạt động, ít hư hỏng.
33
3.2.2 Nghiền mịn
Mục đích công nghệ: Chuẩn bị
Làm giảm kích thước của các pha rắn có mặt trong huyền phù, đặc biệt là đường, bột sữa (nếu có). Đây là giai đoạn quan trọng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý nhiệt tiếp theo.
Các biến đổi xảy ra trong quá trình:
Vật lý:
Biến đổi quan trọng của quá trình là kích thước của hạt giảm xuống thấp hơn 30µm. Nhiệt độ hỗn hợp tăng do ma sát giữa các trục, giữa trục với nguyên liệu. Độ nhớt hỗn hợp giảm đến thấp nhất, do các hạt mịn và độ ẩm hỗn hợp giảm.
Trong quá trình nghiền, ngoài việc giảm kích thước của các cấu tử, hỗn hợp nguyên liệu sẽ trở nên đồng nhất hơn và dần chuyển về dạng paste. Các cấu tử bị vỡ ra, giảm kích thước và xuất hiện các bề mặt mới. Các bề mặt này rất nhạy cảm về mặt hóa học, nó có thể tác dụng với nhau tạo ra các hương vị mới cho chocolate.
Phương pháp thực hiện:
Hỗn hợp nguyên liệu sau khi nhào trộn có nhiều phần tử có kích thước lớn sẽ được đưa vào thiết bị nghiền 5 trục – nhập liệu tự động – để nghiền bột đến kích thước khoảng 15 – 30µm. Kích thước cuối cùng của các phần tử được quyết định bởi loại sản phẩm chocolate và đồng thời cũng ảnh hưởng đến tính chất của chất lỏng, cũng như là vị, cấu trúc trong miệng. Nếu hỗn hợp trước khi đem nghiền có cấu trúc không thích hợp, nó sẽ kẹt ở khe giữa 2 trục, làm cho quá trình nghiền không thực hiện được.
34
Nếu hỗn hợp có cấu trúc thích hợp, áp suất và sự trượt ở khe giữa 2 trục sẽ phá vỡ các phần tử và bao phủ các bề mặt mới tạo thành bằng một lớp chất béo.
Các trục quay với tốc độ tăng dần từ trục đáy lên trục đỉnh, bột ca cao và các tinh thể đường được nghiền mịn, sau đó được tách ra khỏi trục đỉnh bằng một dao cạo sắc. Ở một số nhà máy, người ta thực hiện quá trình này 2 lần nhằm đạt được yêu cầu cao hơn về độ mịn của sản phẩm.
Các thông số kỹ thuật:
Bề dày của lớp chocolate trên bề mặt của ống trụ phụ thuộc vào khe hở giữa ống trụ đó và ống trụ bên dưới, và độ chênh lệch vận tốc quay của 2 ống trụ này. Độ mịn sau cùng của chocolate phụ thuộc vào tốc độ quay của các ống trụ và bề dày của lớp chocolate đầu tiên, tức khoảng cách giữa 2 ống trụ đầu tiên.
Nhiệt độ là 1 trong những thông số quan trọng trong suốt quá trình nghiền bằng thiết bị nghiền trục. Nó làm thay đổi cấu trúc, độ nhớt của lớp chocolate mỏng trên các ống trụ thông qua việc làm thay đổi tính chất của dòng chảy. Vì các trục quay với tốc độ cao nên xuất hiện lực ly tâm kéo lớp chocolate ra khỏi bề mặt ống trụ. Chính lực liên kết giữa các phần tử với nhau giúp giữ lớp chocolate bám trên bề mặt các ống trụ. Nếu nhiệt độ xuống thấp thì các phần tử rắn sẽ hình thành, làm giảm lực liên kết của các phần tử với nhau, lớp chocolate không thể bám lên bề mặt trụ được nữa. Do đó, hỗn hợp chocolate phải được duy trì ở nhiệt độ khoảng 45 – 480C. Trong quá trình nghiền, ma sát giữa các trục sẽ sinh nhiệt làm các trục nóng lên rất nhiều. Để ổn định nhiệt độ, ta cần cho nước luân chuyển trong ống để làm nguội các trục.
Thiết bị:
Thiết bị nghiền 5 trục.
Cấu tạo: Thiết bị nghiền 5 trục gồm 5 hình trụ rỗng làm bằng thép không rỉ, được đặt nằm ngang và xếp chồng lên nhau. Những hình trụ rỗng này có thể được gia nhiệt hay làm lạnh bằng cách cho nước chảy bên trong. Khoảng cách giữa các trục được hiệu chỉnh bằng máy nén thủy lực. Có một cái dao cạo bã được đặt ở ống hình trụ trên cùng để cạo chocolate ra khỏi thiết bị dưới dạng mảng hay là bột. Các ống hình trụ này quay với tốc độ rất khác nhau. Cái phía
35
trên quay nhanh hơn cái phía dưới, giúp tạo động lực kéo lớp chocolate đi lên ống hình trụ phía trên chứ không đi hết chu vi của một ống trụ.
Thông số:
Vận tốc trục: Các trục này quay với vận tốc tăng dần từ dưới lên đỉnh. Trục cuối cùng có thể quay 200 vòng/ phút.
Kích thước trục: D × L 40cm × 140 – 180cm
Cách thực hiện: Khối chocolate lỏng được cho vào phễu phân phối thành một màng mỏng chảy vào khe hẹp giữa hai trục. Tác dụng nghiền được tạo ra do sức ép của 2 trục; kết quả khối chocolate được nghiền mịn và chảy vào máng hứng.
Hình: Mô hình nguyên lý của thiết bị nghiền 5 trục
36
Máy nghiền tinh 2 trục ( K & Kurt 2 Roll Refiner).
Máy được thiết kế dễ sử dụng, dung tích sản phẩm lớn, chất lượng đạt yêu cầu. Quá trình nghiền nát các thành phần của chocolate giữa 2 trục nghiền tạo ra khả năng sử dụng đường tinh thể thay cho đường bột. Bằng cách này, người ta cũng có thể làm giảm bớt ẩm bên trong chocolate.
Máy có thể giúp nâng cao độ đồng nhất nhưng không làm hư hỏng sản phẩm, bởi vì sự làm quá nhiệt là đặc điểm tiêu biểu của quá trình nghiền tinh. Các phần tử tạo thành sau khi nghiền tinh có kích thước nhỏ khoảng 25µm.
Vùng kết nối giữa 2 trục được giới hạn và 50% bề mặt của các trục được sử dụng như vùng làm mát.
Các kết quả có thể đạt được nhờ sử dụng 2 trục nghiền là: chất lượng, hương vị và các đặc tính kỹ thuật của các sản phẩm cuối cùng và những đặc điểm này không thể đạt được khi sử dụng những hệ thống khác. Bởi vì có các quá trình khác cũng diễn ra đồng thời trong suốt quá trình nghiền tinh, và đây là cơ sở để tạo thành các đặc tính riêng cho sản phẩm sau cùng.
37
Hình: Thiết bị nghiền tinh 2 trục
3.2.3 Đảo trộn nhiệt
Mục đích công nghệ: chế biến
Trong quy trình công nghệ sản xuất chocolate, quá trình đảo trộn nhiệt có vai trò rất quan trọng. Mục đích chính của quá trình này là tạo trạng thái đồng nhất của hỗn hợp nguyên liệu, áo một lớp vỏ chất béo lên ngoài các phần tử rắn. Đây là công đoạn quyết định độ mịn của sản phẩm chocolate. Quá trình đảo trộn nhiệt còn làm phá vỡ các phần tử liên kết lỏng lẽo với nhau, tạo ra 2 dạng nhóm phần tử. Một loại lớp chất béo chỉ bao phủ được bên ngoài các phần tử rắn, loại khác thì có chất béo bên trong. Loại có chất béo bên trong sẽ giúp làm giảm độ nhớt của chocolate nhưng sẽ không hỗ trợ tính chất chảy của chocolate.
a) Các phần tử được bao lớp chất béo bên ngoài.
b) Các phần tử được bao lớp chocolate bên ngoài và có nhốt chất béo bên trong. Hình: Hai hình thức chất béo bao bên ngoài các phần tử rắn.
38
Bên cạnh đó, quá trình xử lý nhiệt còn nhằm mục đích tạo ra tổ hợp hương vị của chocolate một cách hài hòa thông qua việc loại bỏ một số cấu tử tạo mùi xấu như acid và hình thành nên các cấu tử hương dễ chịu mới. Hương vị của chocolate phụ thuộc rất nhiều vào thời gian và nhiệt độ đảo trộn nhiệt. Nhiệt độ trên 1000C thì bắt đầu có sự thay đổi mùi vị rõ rệt. Một vài loại chocolate giữ ở nhiệt độ trên 1000C để thúc đẩy phản ứng maillard. Trong sản xuất chocolate có mùi sữa thì người ta hạn chế việc xảy ra các phản ứng maillard bằng cách giữ nhiệt độ dưới 500C.
Các biến đổi của nguyên liệu:
Vật lý: Quá trình đảo trộn nhiệt làm giảm kích thước các hạt của pha rắn, tăng độ mịn của chocolate, giải phóng chất béo và nước từ bên trong cấu trúc của các hạt nguyên liệu và làm giảm độ nhớt.
Dưới tác dụng của nhiệt, một phần nước bị bay hơi làm giảm ẩm. Phần nước còn lại sẽ liên kết với chất béo dưới tác dụng của lecithin (được bổ sung vào thời điểm 1 giờ trước khi kết thúc quá trình đảo trộn) tạo hệ keo làm giảm nhớt của pha lỏng. Độ nhớt của khối chocolate còn được giảm nhờ vào tác động của các lực xé, trượt của thiết bị. Tốc độ trượt càng cao thì độ nhớt của chocolate càng giảm.
Hình: Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian trong thiết bị đảo trộn nhiệt ở những tốc độ trượt khác nhau.
Trong quá trình đảo trộn nhiệt, có xảy ra quá trình chuyển động vật lý của các cấu tử hương giữa các thành phần của chocolate. Trước khi đảo trộn nhiệt thì hương vị của chocolate chủ yếu tập trung ở ca cao và bơ ca cao, đường chỉ có vị ngọt. Trong quá trình đảo trộn nhiệt, hương vị ca cao và chất béo phủ lên trên bề mặt của đường, làm cho chocolate có hương vị đồng nhất hơn và ít ngọt hơn. Sự chuyển động của
39
hương là do sự chênh lệch gradient nồng độ của các cấu tử hương và các tinh thể đường vô định hình cũng giúp hấp thụ các cấu từ hương. Các nghiên cứu cũng cho thấy quá trình đảo trộn nhiệt trên khối chocolate đặc, việc áo lớp chất béo và phân bố đều các cấu tử hương xảy ra ở khối chocolate đặc hơn ở khối chocolate lỏng.
Hình: Sự phân bố hương vị giữa các thành phần ca cao, chất béo, đường trước và sau khi đảo trộn nhiệt.
Hóa học: đảo trộn nhiệt thường diễn ra ở nhiệt độ 60 – 800C trong một thời gian dài nên có nhiều phản ứng hóa học xảy ra, quan trọng nhất là phản ứng maillard giữa acid amin và đường khử tạo màu, mùi, vị đặc trưng và làm hương vị chocolate tăng lên rõ rệt. Ngoài ra, các tannin sẽ được chuyển hóa, chất màu bị oxi hóa, acid bay hơi, tạo chất lượng cảm quan tốt hơn.
Hóa lý: xảy ra sự bay hơi của nước và một số acid dễ bay hơi có mùi khó chịu như acid acetic. Đa số các acid mạch ngắn tạo ra trong quá trình lên men có nhiệt độ sôi trên 1180C, cao hơn nhiệt độ của quá trình đảo trộn nhiệt. Tuy nhiên trong quá trình đảo trộn nhiệt, hơi nước bốc lên cuốn theo các acid bay hơi.
40
Hình: Biểu diễn sự giảm nồng độ của acid acetic và độ ẩm trong suốt quá trình đảo trộn nhiệt (thời gian theo giờ).
Lecithin được thêm vào (<0.5%) trước khi kết thúc quá trình đảo trộn 1 giờ với các mục đích:
- Làm giảm độ nhớt, giúp khối chocolate đạt được độ lỏng cần thiết. - Cải thiện cấu trúc chocolate.
- Làm giảm nguy cơ xuất hiện hiện tượng nở hoa chất béo.