Đề tài Tìm hiểu công nghệ sản xuất chocolate

MỤC LỤC Nguyên liệu: Trong công nghệ sản xuất chocolate, ta sử dụng các nguyên liệu chính sau: Bột cacao và bơ cacao (lấy từ hạt cacao), sữa (dạng bột hoặc lỏng), đường. Tùy vào sự phối trộn của các thành phần đó, ta sẽ có được nhiều loại chocolate khác nhau. Thành phần hóa học của các loại chocolate Ngoài các nguyên liệu chính trên, trong quá trình sản xuất chocolate còn sử dụng các phụ gia như chất tạo nhũ (lecithin), chất tạo hương (va-ni), chất tạo màu, chất tạo mùi, chất ổn định và các chất bảo quản (trong giới hạn cho phép). Bột cacao: Nguyên liệu bột cacao được làm từ hạt cacao thô (đã được lên men, nghiền ra và tiến hành ép bơ). Yêu cầu là trong bột cacao, hàm lượng mầm và mảnh vỏ vụn (do tách chưa hết trong quá trình sản xuất bột cacao) phải thấp hơn 5% tổng lượng chất khô. Có hai loại bột ca cao thường được sản xuất : Bột giàu bơ: chứa 18 - 22% bơ, thường dùng chế biến nước giải khát, bột sữa cacao ( Milo, Ovaltine… ) Bột kiệt bơ: chứa 10 - 12% bơ, thường dùng chế biến bánh, kẹo, kem và các sản phẩm khác. Để tăng tỷ lệ chất béo, người ta có thể thêm “Bơ thực vật thay thế CBS” (Cocoa Butter Subtitute). Tuy nhiên, chocolate sản xuất hoàn toàn từ bơ ca cao sẽ có vị thơm ngon hơn loại chocolate dùng bơ thực vật thay thế. Chocolate Châu Âu cho phép dùng 5% CBS, còn Hoa Kỳ không cho phép sử dụng CBS trong các sản phẩm mang tên chocolate. Dưới đây là thông số tham khảo về thành phần cấu tạo của bột ca cao. Lưu ý rằng các con số này thay đổi theo điều kiện rang, kiềm hóa và quá trình ép sử dụng trong sản xuất Độ ẩm (% ) 3.0 Bơ (%) 11.0 pH (10% suspension) 5.7 Tro (%) 5.5 Tro hòa tan trong nước (%) 2.2 Tro tan trong nước có tính kiềm (như K2O trong hạt ca cao ban đầu) (%) 0.8 Phosphate (tính theo P2O5) (%) 1.9 Chloride (tính theo NaCl) (%) 0.04 Tro không hòa tan trong 50% HCl 0.08 Vỏ (tính theo lượng hạt nhân không bị kiềm hóa) (%) 1.4 Nitơ tổng 4.3 Nitơ (hiệu chỉnh theo alkaloid) (%) 3.4 Protein Nitơ (hiệu chỉnh theo alkaloid) x 6.25 (%) 21.2 Theobromine (%) 2.8 2. Bơ cacao: Bơ cacao là nguyên liệu quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất chocolate, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chocolate thành phẩm. Bơ cacao là sản phẩm trung gian của quy trình sản xuất bột cacao hòa tan, được tạo thành sau công đoạn ép tách chất béo ra khỏi bột cacao. Ngoài ra, bơ cacao còn được chiết trực tiếp từ hạt cacao đã xay và loại mầm. Một số dung môi thường dùng để chiết bơ cacao như: tricloethylen, cyclohexan, rượu etylic, isopropylic … Đây là nguồn nguyên liệu không chỉ cung cấp chất dinh dưỡng cho cơ thể, có chứa một lượng lớn chất polyphenol chống oxy hóa tự nhiên; mà trong quá trình chế biến, bơ cacao sẽ giúp tạo ra hương vị thơm ngon đặc trưng cho chocolate. Do nó có khả năng kết tinh đa hình tùy theo nhiệt độ, dạng bơ kết tinh β’ có cấu trúc tinh thể mịn, bóng, vị thơm đặc trưng, tan chảy nhanh dưới điều kiện thân nhiệt. Từ lâu, người ta đã cố gắng nghiên cứu ứng dụng một số chất có khả năng thay thế bơ cacao để giảm giá thành sản phẩm; vừa khắc phục những khó khăn trong quá trình xử lý nhiệt chocolate, vừa làm tăng thời gian sử dụng, mức độ chịu nhiệt, độ cứng, đặc tính cảm quan … Tuy nhiên, các chất thay thế chỉ tương tự bơ cacao về tính chất vật lý, hóa lý, nhưng lại không tạo được hương vị đặc trưng cho sản phẩm chocolate như bơ cacao. Một số chỉ tiêu đối với bơ cacao làm nguyên liệu sản xuất chocolate STT Tên chỉ tiêu chất lượng Tiêu chuẩn 1 Chỉ số acid <4 2 Chỉ số xà phòng hóa 188 - 195 3 Chỉ số Iod 32 - 42 4 Chỉ số kết tinh 45 - 50 5 Tỷ trọng (95oC / 30 oC) 0,898 - 0,904 6 Thành phần chất béo : Acid Palmitic (C16-0) 22 - 25% Acid Stearic (C18-0) 34% - 36% Acid Oleic (C18-1) 37% - 40% Acid Linoleic (C18-2) 2% - 4% 3. Đường: Người ta chủ yếu dùng đường saccharose trong sản xuất chocolate ở dạng đường mịn. Do đó, đường saccharose dạng tinh thể có cỡ hạt không đều cần phải được nghiền nhuyễn để kích thước phân tử đường đưa vào sản xuất chỉ còn khoảng 25 - 30 μm. Sữa: Sữa cung cấp rất nhiều chất dinh dưỡng cho cơ thể và trong quá trình sản xuất (trong khi gia nhiệt), các acid amin trong sữa sẽ tham gia vào các phản ứng tạo màu để làm tăng độ màu cho chocolate thành phẩm (phản ứng Mailard). Ta có thể dùng nguyên liệu sữa ở dạng bột hoặc dạng lỏng (sữa tươi). Tuy nhiên, người ta thường dùng sữa bột hơn do sữa tươi có hàm lượng nước cao (trên 87%) lại chứa rất nhiều chất dinh dưỡng, nên rất dễ bị biến chất và hư hỏng dưới tác dụng của vi sinh vật. Ngoài ra, sữa bột còn có một số ưu điểm như: dễ bảo quản và bảo quản được lâu, dung tích nhỏ, chuyên chở thuận lợi … Do đó, sữa bột là dạng lý tưởng nhất thuận tiện cho quá trình sản xuất chocolate. Nhưng cần phải lưu ý đến chế độ bảo quản đối với sữa bột. Vì nó có tính hút ẩm mạnh nên phải bao gói thật kín, bảo quản nơi khô ráo, mát mẻ, độ ẩm tương đối trong kho không quá 70 - 75%, nhiệt độ không quá 15oC. Thành phần của sữa bột (tính cho 100g chất khô) Nước Lipid Protein Lactose Tro 2% 28% 26,5% 38% 5,5% 5. Các nguyên liệu khác: Chất tạo nhũ: Lecithin ở dạng tinh khiết là một khối kết dính, có màu sáng, khi gia nhiệt thì trở nên mềm và hòa tan tốt trong chất béo. Nó có khả năng tạo ra những lớp mỏng trên bề mặt phân chia giữa pha ưa nước và pha ưa béo, tránh sự tách pha. Ngoài ra, việc bổ sung lecithin (dùng dạng bột) còn giúp giảm độ nhớt của khối hỗn hợp chocolate sau quá trình nghiền. Do đó mà lecithin được sử dụng như một chất nhũ hóa trong công nghệ thực phẩm. Trong hạt cacao có từ 0,3 - 0,4% lecithin so với trọng lượng của hạt và chiếm 0,1% trong vỏ ở trạng thái liên kết. Ngoài ra, ta có thể sử dụng một số chất tạo nhũ khác như: mono - và di - glycerides, muối amonium của acid phosphatidic, polyglycerol polyrecinoleate, sorbitan monostearate, sorbitan tristearate, polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate. Hàm lượng cho phép của các chất phụ gia (Codex 87 – 1981) Chất tạo nhũ Hàm lượng tối đa trong sản phẩm (g/kg) Mono - và di – glycerides của acid béo GMP Lecithin GMP Muối ammonium của acid phosphatidic 10 g/kg Polyglycerol polyrecinoleate 5 g/kg Sorbitan monostearate 10 g/kg Sorbitan tristearate 10 g/kg Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate 10 g/kg Tổng hàm lượng chất nhũ hóa 15 g/kg (dạng liên kết ) Va-ni: có dạng tinh thể hình kim, ở dạng bột, không màu, có mùi thơm đặc trưng, tan trong rượu etylic. Va-ni thường được cho thêm vào để làm cho sản phẩm ”dậy” mùi thơm. Một số tiêu chuẩn về va-ni Tên chỉ tiêu Tiêu chuẩn Nhiệt độ nóng chảy 81 - 83oC Nước < 0,5% Tro < 0,05% Kim loại nặng <10 ppm Ngoài ra: muối (sodium chloride), các vitamin, các chất màu, phụ gia bảo quản … cũng được dùng để cải thiện tính chất của sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản và tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. Các chất phụ gia trên góp phần rất lớn vào việc đa dạng hoá các dạng sản phẩm chocolate. B. Quy trình công nghệ sản xuất Chocolate: 1. Sơ đồ quy trình công nghệ: Bơ cacao, sữa, đường mịn Xử lý nhiệt Đảo trộn nhiệt Phối trộn Bột cacao Bao gói Làm mát Rót khuôn Lecithin Nghiền tinh Sản phẩm 2. Thuyết minh quy trình công nghệ: 2.1. Phối trộn: Mục đích: Chuẩn bị Trộn các nguyên liệu (bột cacao, bơ cacao, đường, sữa) lại với nhau theo một tỉ lệ thích hợp để hình thành nên 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 cacao là pha liên tục (chiếm 35%), còn đường, sữa và bột cacao là pha phân tán (chiếm 65%). Phương pháp thực hiện - Các thông số kỹ thuật: Ban đầu cho bơ cacao vào thùng phối trộn tạo môi trường liên tục, sau đó cho từ từ bột cacao, sữa, đường dạng bột vào tạo thành pha phân tán. Cho cánh khuấy hoạt động trong suốt quá trình. Thời gian nhào trộn: 20 - 30 phút. Nhiệt độ: 40oC - 45oC. Nếu nhiệt độ nhào trộn vượt quá 60oC sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm (do các chất béo trong sữa rất dễ bị oxy hóa trong điều kiện đảo trộn ở nhiệt độ cao và thời gian kéo dài). Độ ẩm trong bột cacao 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. Các chất thơm được cho thêm vào cuối giai đoạn nhào. Thiết bị: Máy phối trộn (năng suất: 30 - 40 kg/mẻ) Cấu tạo: Thiết bị được cấu tạo bằng thép không rỉ. Nguyên liệu gồm bột cacao, bơ cacao, 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. Thông số: Tốc độ trục vít: 60 vòng/phút Thời gian: 30 phút Cách thực hiện: Khởi động máy, cho bơ cacao vào trước, sau đó cho từ từ bột cacao, đường, sữa vào. Sau thời gian đảo trộn, ta tháo sản phẩm cho vào thùng chứa, chuẩn bị cho giai đoạn nghiền. MÁY PHỐI TRỘN 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. Tay trộn được thiết kế đặc biệt để trộn nhanh và tạo ra hỗn hợp đồng nhất. Máy trộn có những đặc điểm sau: Tất cả các bề mặt tiếp xúc với sản phẩm đều được làm bằng thép không gỉ. 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 hợp với điều kiện thiết kế an toàn để tránh gây tai nạn. Máy mạnh, dễ hoạt động, ít hư hỏng. 2.2. Nghiền mịn: Mục đích: Chuẩn bị Giảm kích thước các cấu tử, tạo thuận lợi cho các quá trình xử lý nhiệt tiếp theo sau. Các biến đổi xảy ra trong quá trình: Vật lý: Biến đổi quan trọng của quá trình là kích thước các hạt giảm xuống thấp hơn 30μm. Nhiệt độ hỗn hợp tăng do ma sát; độ nhớt hỗn hợp giảm đến thấp nhất, do các hạt mịn và độ ẩm hỗn hợp giảm. Phương pháp thực hiện - Các thông số kỹ thuật: Hỗn hợp chocolate 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 30 μm, tạo ra hỗn hợp rất mịn, độ đồng đều cao. 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. Nhiệt độ của hỗn hợp trong thiết bị phải giữ ở khoảng 45 - 48oC. 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. Ở một số nhà máy, người ta tiến hành quá trình này 2 lần nhằm đạt được yêu cầu cao hơn về độ mịn. Thiết bị: Cấu tạo: Thiết bị nghiền trục gồm 5 trục bằng thép không rỉ, được đặt nằm ngang và xếp chồng lên nhau. Nhập liệu từ trục cuối tạo thành dòng liên tục, bộ phận tháo liệu ở phía trên và có 1 dao cạo sắt để cạo sản phẩm ra khỏi trục. Trong quá trình nghiền, do ma sát giữa các trục và giữa trục với nguyên liệu sẽ sinh nhiệt làm các trục nóng lên rất nhiều, gây ảnh hưởng đến công suất nghiền. Do đó, ta cần phải làm nguội thiết bị bằng cách cho nước luân chuyển trong lòng các trục. Thông số kỹ thuật: 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 x L 40 cm x 140 - 180 cm 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 hai trục; kết quả khối chocolate được nghiền mịn và chảy vào máng hứng . Loại HFS 140 – HFS 180 Công suất cực đại: 1200 – 1500 kg/h Máy nghiền tinh 2 trục (The 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 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 25 µm. Vùng nối kết 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 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. Nguyên lý hoạt động của máy nghiền 2 trục 2.3. Đảo trộn nhiệt: Mục đích: Chế biến: Làm chín hỗn hợp sau khi nghiền mịn, tạo kết cấu và hương vị đặc trưng cho chocolate. Các biến đổi xảy ra trong quá trình: Vật lý: Nhiệt độ khối chocolate tăng cao do ma sát giữa khối chocolate với thành thiết bị và giữa các phần tử với nhau, độ nhớt giảm. Hóa học: Quá trình xảy ra ở nhiệt độ cao và trong khoảng thời gian dài nên có nhiều phản ứng xảy ra. Đặc biệt là phản ứng Maillard giữa acid amin và đường khử tạo màu, mùi, vị đặc trưng cho sản phẩm. Loại các acid dễ bay hơi có mùi khó chịu như acid acetic. Các chất màu bị oxy hóa tạo màu đặc trưng cho chocolate. Độ ẩm hỗn hợp giảm. Hóa lý: 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. Cảm quan: Có sự biến đổi sâu sắc về mùi vị và màu sắc, do đó nâng cao chất lượng của chocolate thành phẩm. Phương pháp thực hiện - Các thông số kỹ thuật: Nhiệt độ của quá trình: được giữ ở 60oC - 80oC đối với chocolate không có sữa và 45oC – 60oC đối với chocolate sữa. Thời gian: kéo dài từ 48 - 72 giờ, tùy thuộc vào loại chocolate và loại máy trộn khác nhau. Ngoài ra, ta có thể cho thêm các chất tạo nhũ tương nước trong dầu, có gốc phosphatid nhằm làm giảm độ nhớt của chocolate. Thiết bị: Thiết bị: The Frisse Conche (Năng suất: 100 - 2000 kg/mẻ). Cấu tạo: Thiết bị gồm các cánh khấy có tác dụng nhào trộn và các dao nạo có tác dụng trượt trên thành thiết bị tạo ma sát và tăng nhiệt độ. Bên ngoài là lớp vỏ áo thuận tiện cho việc điều khiển nhiệt độ. Thông số kỹ thuật: Các cánh khuấy quay với vận tốc và chiều khác nhau. MÁY ĐẢO TRỘN NHIỆT FRISSE (1) Ống hồi lưu. (2) Bảng điều khiển. (3) Ống thổi khí. (4) Phễu nhập liệu. (5) Cánh khuấy. (6) Trục vít. (7) Bơm hồi lưu Thiết bị: Longitudinal Conche (Năng suất: 100 – 1000 kg/mẻ). Cấu tạo: Thiết bị gồm một máng (5) có đáy (6) làm bằng đá granite. Trong đó có một trục lăn (4) bằng đá granite nằm ngang di chuyển qua lại trên mặt đáy có tác dụng đảo trộn khối hỗn hợp, trục lăn này được điều khiển bởi bộ truyền động (1) và (2) thông qua tay quay (3). Bộ phận (7) để gia nhiệt và nắp (8) để che đậy. Thông số kỹ thuật: Tần số bộ truyền động: 20 - 40 vòng/ phút Kích thước trục lăn phụ thuộc vào năng suất của máy Thời gian đảo trộn: 48 - 72 giờ (có khi lên đến 96 giờ) Nguyên lý: Quá trình trượt giữa trụ tròn và đáy máng tạo ma sát làm tăng nhiệt độ. Thiết bị này thích hợp với nguyên liệu dạng nhão hoặc nguyên liệu có hàm lượng béo cao. Để giúp cho quá trình bay hơi ẩm hiệu quả hơn, trong quá trình đảo trộn ta cần gia nhiệt thêm cho khối nguyên liệu. Figure 1: Old longitudinal conche (Source: H. Mikle, Chocolats Halba 2004) "CONCHE" MACHINES.Reproduced by permission of Messrs. J. Baker & Sons, Willesden. So sánh: Frisse Conche (Năng suất 100 – 2000 kg/mẻ) Longitudinal Conche (Năng suất 100 – 1000 kg/mẻ) - Nhiệt độ được điều khiển một cách chính xác nhờ hệ thống vỏ áo và bộ điều nhiệt. - Thời gian đảo trộn nhanh 14 - 16 giờ, do khối chocolate chịu nhiều tác động nhào, cắt, trượt … của cánh khuấy và dao trộn. - Hương vị không đặc trưng bằng (do thời gian đảo trộn ngắn). - Nguyên liệu có thể ở dạng bột nhão hoặc bột khô. - Có bộ phận thông gió giúp cho quá trình bay hơi ẩm tốt hơn. - Khó kiểm soát nhiệt độ hơn. - Thời gian đảo trộn 48 - 72 giờ, do khối chocolate chỉ chịu tác động nhào và trượt của trục lăn. - Tạo hương vị đặc trưng hơn: do một số acid amin cần một thời gian dài mới tham gia vào phản ứng Maillard với các phân tử đường. - Nguyên liệu phải ở dạng bột nhão hoặc có hàm lượng chất béo cao (không cho nguyên liệu ở dạng bột khô). - Không có bộ phận thông gió. 2.4. Xử lý nhiệt: Mục đích: Hoàn thiện: Ổn định tinh thể bơ cacao từ dạng không bền sang dạng bền hơn, tránh hiện tượng bề mặt sản phẩm chocolate bị xám hoặc nở hoa. Ngoài ra, các tinh thể bơ ca cao phân phối đồng đều sẽ giúp cho chocolate dễ dàng kết rắn trong quá trình làm mát. Chuẩn bị: Sau khi tinh thể chocolate hình thành, nâng nhiệt độ lên 32oC - 33oC tạo điều kiện thuận lợi cho việc rót khuôn. Các biến đổi xảy ra trong quá trình: Vật lý: Sự t