Tổng quan về chocolate

Chương 1 TỔNG QUAN Phân loại chocolate Thành phần chính để sản xuất chocolate là bơ ca cao, bột ca cao, đường, sữa. Ngoài các thành phần chính trên, trong quy trình sản xuất chocolate, còn có bổ sung thêm một số phụ gia như: lecithin (chất tạo nhũ), các chất tạo mùi (vanille), chất ổn định và các chất bảo quản. Dựa vào thành phần phối trộn của các nguyên liệu chính trên, chocolate được phân thành 3 loại cơ bản: Dark chocolate (chocolate không có sữa): thành phần chính gồm bột ca cao, bơ ca cao và đường. Hình 1.1: Một số loại chocolate đen (dark chocolate) Milk chocolate (chocolate sữa): thành phần chính gồm bột ca cao, bơ ca cao, đường, sữa. Hình 1.2: Một số loại chocolate sữa (milk chocolate) White chocolate (chocolate trắng): thành phần gồm bơ ca cao, đường, sữa. Hình 1.3: Một số loại chocolate trắng (White chocolate) Bảng 1.1: Thành phần hóa học của một số sản phẩm chocolate (100g) Thành phần Đơn vị Chocolate đen Chocolate sữa Chocolate trắng Năng lượng Kcal 544 588 562 Glucid g 52.5 54.5 34.4 Lipid g 35.2 37.6 43.7 Nước g - - - Proteine g 5.6 8.7 18.7 Cellulose g 0 0 0 Tro g - - - Phospho mg 138 218 - Canxi mg 63 246 2000 Sắt mg 2.9 1.7 2000 Quy trình công nghệ sản xuất chocolate đen Giới thiệu và thuyết minh quy trình công nghệ Quy trình công nghệ: Hạt ca cao Xử lý nhiệt Tách vỏ Kiềm hóa Nghiền Phối trộn Nghiền tinh Xử lý nhiệt Làm dịu Rót khuôn Làm lạnh Bao gói Chocolate Đường, vanille Bơ ca cao Tác nhân kiềm hóa lecithin Rang Vỏ Thuyết minh quy trình Từ hạt ca cao ban đầu, ta thực hiện quá trình rang hạt ở nhiệt độ từ 160-220oC. Quá trình này giúp tạo những biến đổi đặc trưng về hương vị cho hạt. Sau đó, hạt được tách vỏ để thu hạt ca cao nhân. Hạt ca cao nhân này tiếp tục thực hiện quá trình kiềm hóa. Dưới tác tác động của tác nhân kiềm hóa, một phần các acid trong hạt được trung hòa và cấu trúc hạt ca cao không còn chặt chẽ nữa mà trở nên xốp hơn. Sau khi kiềm hóa, hạt được nghiền nhỏ để chuẩn bị cho quá trình xử lý nhiệt tiếp theo. Hỗn hợp nguyên liệu ca cao sau khi nghiền được phối trộn với bơ ca cao, đường theo tỉ lệ phù hợp tùy theo loại chocolate cần sản xuất. Bơ ca cao được cho vào trước để tạo ra môi trường liên tục. Sau đó, các thành phần khác sẽ được cho vào. Sau khi phối trộn đều, hỗn hợp được đưa qua thiết bị nghiền để giảm kích thước các hạt phân tán xuống còn 20 – 30 mm, tạo hỗn hợp mịn, đồng đều, thuận lợi cho quá trình đảo trộn nhiệt. Sau nghiền, hỗn hợp được cho qua thiết bị đảo trộn nhiệt. Tại đây, dưới tác dụng của nhiệt độ và tác dụng cơ học của sự đảo trộn, hỗn hợp nguyên liệu có những biến đổi quan trọng tạo nên những tính chất đặc trưng của chocolate về màu sắc, mùi vị và cấu trúc. Sau quá trình đảo trộn nhiệt, hỗn hợp nguyên liệu tiếp tục được đưa qua quá trình làm dịu. Trong quá trình này, sự thay đổi nhiệt độ cần được kiểm soát chặt chẽ để chocolate đạt được chất lượng cao. Thông thường, quá trình được tiến hành như sau: nâng nhiệt độ khối ca cao lên 50oC và giữ khoảng 10 phút để các tinh thể chất béo tan hoàn toàn; sau đó, hạ và giữ nhiệt độ ổn định khoảng 27oC để tạo điều kiện các tinh thể bơ ca cao bền được hình thành (còn gọi là giai đoạn ủ mầm tinh thể), kết hợp sự khuấy trộn đều để các tinh thể phân bố đều trong khối chocolate (trong giai đoạn này ta có thể bổ sung vào một số mầm tinh thể giúp giai đoạn này diễn ra tốt hơn), nâng nhiệt độ của khối chocolate lên khoảng 33oC để làm chảy các tinh thể kém bền còn sót lại trong khi các tinh thể bền không bị tan. Kết quả là sau công đoạn này, tinh thể chocolate rất bền và đều nên bề mặt của chocolate rất láng, mịn và bóng. Sau quá trình làm dịu, chocolate sẽ được rót khuôn để tạo hình dạng mong muốn cho sản phẩm. Sau đó, để dễ dàng tách khuôn, chocolate sẽ được làm lạnh ở nhiệt độ 7-10oC, rồi mới đem đi tháo khuôn và bao gói. Cuối cùng, sau khi bao gói, chocolate sẽ đưa vào bảo quản ở 23oC hay ở nhiệt độ thường tùy theo từng loại chocolate. 1.2.2 Nguyên liệu 1.2.2.1 Bơ ca cao Bơ ca cao là nguyên liệu quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất chocolate, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chocolate thành phẩm. Bơ ca cao được tạo thành bằng hai cách: ép bột ca cao nhào hoặc dùng một số dung môi hữu cơ (tricloethylen, cyclohexan, rượu etylic, isopropylic…) để trích trực tiếp chất béo của hạt ca cao sau khi đã xay và loại mầm. Bảng 1.2: Thành phần chất béo trong bơ ca cao [14] STT Tên triglycerid Phần trăm (%) Nhiệt độ nóng chảy (oC) 1 Oleopanmetostearin 52 57 34,5 2 Oleodistearin 18 22 43,5 3 Oleodipanmitin 4 6 29 4 Dipanmitostearin 2,5 3,0 63 – 68 5 Dioleopanmitostearin 7 8 Nhiệt độ thường 6 Dioleostearin 6 12 nt 7 Oleolioleopanmitin 0,5 nt 8 Oleolioleostearin 4,5 nt 9 Acid béo tự do 1,1 nt Do trong thành phần của bơ ca cao có chứa nhiều acid béo no cao như acid palmitic (C16-0), acid Stearic (C18-0) nên bơ ca cao có dạng rắn ở nhiệt độ bình thường và tan chảy ở khoảng nhiệt độ 34-35oC. Vì vậy, khi sử dụng bơ ca cao để sản xuất chocolate đã tạo chocolate một tính chất đặc biệt, đó là khả năng tan chảy ngay trong miệng. Đây cũng là một phương pháp nhanh chóng và hiệu quả để đánh giá chất lượng của chocolate. Bảng 1.3: Một số tiêu chuẩn về bơ ca cao [14] STT Tên chỉ tiêu chất lượng Tiêu chuẩn 1 Chỉ số acid (mg KOH/g) <4 2 Chỉ số xà phòng hóa (mg KOH/g) 188 -195 3 Chỉ số Iod (gI2/100g) 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% Bơ ca cao là chất béo có giá thành rất cao. Do đó, người ta đã tiến hành nhiều nghiên cứu để tìm ra các chất béo khác thay thế cho nguyên liệu bơ ca cao nhằm làm giảm giá thành sản phẩm. Tuy nhiên, các chất thay thế chỉ giống bơ ca cao về tính chất vật lý và hóa học mà không tạo được hương vị cũng như tính chất đặc trưng cho sản phẩm chocolate như bơ ca cao. Do đó, hàm lượng các chất thay thế được sử dụng trong sản xuất chỉ ở mức giới hạn, không vượt quá 20% so với bơ ca cao. Bơ ca cao có giá trị dinh dưỡng rất cao. Nó cung cấp đầy đủ các loại acid béo cần thiết cho cơ thể với một tỉ lệ tương đối phù hợp. Ngoài ra, thành phần acid béo linoleic trong bơ ca cao còn là một loại acid béo quan trọng mà cơ thể không tổng hợp được. Acid béo này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành màng tế bào và chất kháng viêm trong cơ thể. Cũng như các loại chất béo khác ở trạng thái rắn, phân tử TAG của bơ ca cao có thể tồn tại ở nhiều dạng tinh thể khác nhau gọi là chất đa tinh thể (polymorphic). Do đó, khi thành phần các tinh thể thay đổi thì nhiệt độ nóng chảy của chất béo cũng thay đổi. Tinh thể của chất béo có 3 dạng cơ bản: α, β’, β. Tuy nhiên, nhiều chất béo có nhiều hơn 3 dạng cơ bản này, các dạng trung gian β1, β2, β’1, β’2…. Dạng α: Các nhánh acyl kết tinh theo dạng lục lăng (hexagonal), không có góc nghiêng nên được gọi là cấu trúc dạng H. Khoảng cách giữa các nhánh trong mạng kết tinh khoảng 0,42nm. Hình 1.4: Tinh thể dạng lục lăng (Hexagonal) Dạng β’: Khoảng cách giữa các nhánh acyl kết tinh không đều đặn. Chúng kết tinh dưới dạng mạng orthorhombic. Khoảng cách giữa các nhánh có thể trong khoảng 0,37–0,40nm hoặc trong khoảng 0,42–0,43nm. Giữa các nhánh kết tinh tạo thành các góc nghiêng trong khoảng từ 50o – 70o. Hình 1.5: Tinh thể dạng mạng (orthorhombic) Dạng β: Ở dạng thù hình b, các nhánh kết tinh lại dưới dạng tam tà (triclinic) với các góc nghiêng giữa các nhánh trong khoảng 500 – 700. Các nhánh acyl sắp xếp song song và chặt sít với nhau. Khoảng cách giữa các nhánh acyl khoảng 0,46nm. Có một số điểm trong mạng, khoảng cách này bị rút ngắn thành 0,36–0,39nm. Hình 1.6: Tinh thể dạng tam tà (triclinic) Bảng 1.4: Các dạng tinh thể của bơ ca cao Dạng tinh thể Cấu trúc tinh thể Nhiệt độ nóng chảy oC oF Dạng I b’2 16-18 61-67 Dạng II a 21-22 70-72 Dạng III Hỗn hợp 25.5 78 Dạng IV b’1 27-29 81-84 Dạng V b2 34-35 93-95 Dạng VI b1 36 97 Các dạng tinh thể bơ ca cao gồm: Dạng I (Form I): được tạo ra do làm lạnh nhanh ở nhiệt độ thấp, nó không bền và có nhiệt độ nóng chảy khoảng 17oC. Dạng I: nhanh chóng chuyển sang dạng II có nhiệt độ nóng chảy 21-22oC. Dạng II: sẽ bị chuyển từ từ sang dạng III và dạng IV. Dạng IV: được tạo ra nếu chocolate không được xử lý nhiệt hoặc được xử lý nhiệt không triệt để rồi được đem đi làm lạnh. Dạng IV cũng nhanh chóng bị chuyển sang dạng V (cấu trúc b). Đây là dạng bền nhất của tinh thể bơ ca cao do sự sắp xếp glyceride trong mạng tinh thể chất béo là chặt chẽ nhất, tạo ra cấu trúc mịn cho sản phẩm, do đó, kéo dài thời gian bảo quản. Dạng V: sẽ chuyển thành dạng VI nếu thời gian bảo quản dài (4 tháng) ở nhiệt độ phòng, dạng VI sẽ gây ra hiện tượng chocolate “nở hoa”. Hiện tượng này là do chất béo tái kết tinh thành những tinh thể lớn. Khi đó, các giọt glycerid lỏng di chuyển lên bề mặt và kết tinh làm cho bề mặt chocolate mờ và không láng bóng. 1.2.2.2 Bột ca cao Bảng 1.5: Thành phần dinh dưỡng của bột ca cao theo OICC (g/100g) Thành phần Đơn vị (%) Chất béo 11 Cholesterol < 0,0003 Nước 4 Nitơ tổng 21.5 Theobromine 2,5 Caffeine 0,1 Đường 0,5 Tinh bột 16 Tổng lượng xơ - Xơ hoà tan - Xơ không hoà tan 34 7 27 Flavonoid 7 Axit hữu cơ 3 Hạt ca cao sau khi lên men, sấy khô, nghiền nhỏ rồi ép lấy bơ là chính phẩm; phần còn lại sau khi ép sẽ được nghiền nhỏ để thu được bột ca cao. Hàm lượng tạp chất trong bột ca cao (vỏ và mầm vụn còn sót lại) phải nhỏ hơn 5% tổng hàm lượng chất khô. Dựa vào hàm lượng bơ ca cao còn lại trong bột ca cao ta chia bột ca cao thành 2 loại: Bột ca cao giàu bơ: chứa 20-25% bơ, thường dùng để chế biến nước giải khát, bột sữa ca cao (Milo, Ovatine …). Bột ca cao kiệt bơ: chứa 10-13% bơ, thường được dùng chế biến bánh, kẹo, kem và các sản phẩm khác. Bảng 1.6: Một số tiêu chuẩn của bột ca cao đã qua kiềm hóa [7] Chỉ tiêu Thông thường Giới hạn Hương (%) 5.0 7.0 Hàm lượng béo (%) 20-25 19-26 pH 4.8-6.0 4.6-6.2 Tro (%) £ 13.5 £ 14 Hàm lượng vỏ (%) £ 1.75 £ 2 Tổng số VSV CFU/g £ 10.000 £ 20.000 Mốc CFU/g £ 50 £ 100 Men CFU/g £ 50 £ 100 Enterobacteriaceae CFU/g £ 1 0 E.coli CFU/g 0 0 Samonelle CFU/25g 0 0 Trong công nghệ sản xuất chocolate, bột ca cao là một thành phần tạo hương và tạo màu quan trọng. Các cấu tử hương được hình thành trong quá trình đảo trộn nhiệt là kết quả từ phản ứng Maillard giữa đường khử và các acid amin có trong bột ca cao. Ngoài ra, còn có một số các cấu tử hương đã được hình thành trong quá trình rang và kiềm hóa trước đó. Đối với chocolate đen, trong thành phần không có sự hiện diện của các acid amin từ sữa, thì bột ca cao là thành phần chính quyết định đến hương vị của chocolate. Ngoài ra, polyphenol trong bột ca cao là một thành phần tạo màu quan trọng cho chocolate. Tùy thuộc vào điều kiện của quá trình đảo trộn nhiệt, polyphenol sẽ biến đổi thành những hợp chất có màu khác nhau. 1.2.2.3 Đường Đường được sử dụng chủ yếu trong sản xuất chocolate là saccharose ở dạng đường xay mịn, mật đường… Do đó, đường saccharose dạng tinh thể, cỡ hạt không đều cần phải được xay nhuyễn để kích thước phân tử đường đưa vào sản xuất chỉ còn khoảng 25 – 30mm. Trong công nghệ sản xuất chocolate, đường đóng vai trò là chất tạo ngọt. Ngoài ra, đường là một chất giữ hương rất tốt. Trong quá trình đảo trộn, có khoảng 30-90% đường sẽ chuyển thành trạng thái vô định hình. Ở trạng thái này, đường có khả năng hấp thu một lượng lớn các cấu tử hương khác nhau [7]. Hàm lượng các cấu tử hương hấp phụ lên bề mặt phần tử đường là một trong những tiêu chí thể hiện chất lượng quá trình xử lý nhiệt. 1.2.2.4 Sữa Sữa cung cấp rất nhiều chất dinh dưỡng cho cơ thể và trong quá trình sản xuất (trong khi gia nhiệt). Các axit amin trong sữa sẽ tham gia vào các phản ứng tạo màu để làm tăng hương vị chocolate cho sản phẩm. Trong sản xuất chocolate, người ta thường sử dụng sữa ở dạng bột hoặc dạng lỏng (sữa tươi). Tuy nhiên, dạng bột được sử dụng phổ biến hơn và cần phải lưu ý đến chế độ bảo quản đối với sữa bột. Vì sữa bột 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. Bảng1.7: Thành phần của sữa bột (tính cho 100g chất khô) Thành phần Nước Lipid Protein Lactose Tro Phần trăm (%) 2% 27.5% 25.4% 38.2% 5,9% 1.2.2.5 Lecithin Lecithin ở dạng tinh khiết là khối dính, có màu sáng, khi gia nhiệt thì mềm và hòa tan khá 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, nhờ vậy mà lecithin được sử dụng như một chất nhũ hóa phổ biến trong công nghệ thực phẩm. Trong sản xuất chocolate, lecithin được dùng để làm giảm độ nhớt của khối chocolate sau quá trình nghiền. Lưu ý, hiệu quả do lecithin đem lại phụ thuộc nhiều vào thời điểm đưa nó vào khối chocolate. Thông thường, lecithin được bổ sung vào chocolate trong giai đoạn đảo trộn nhiệt. Hiệu quả sẽ giảm nếu nó được cho vào giai đoạn nghiền. Ngoài lecithin, ta có thể sử dụng một số chất tạo nhũ khác như: mono và diglycerides, muối ammonium của acid phosphatidic, polyglycerol polyricinoleate, sorbitan monostearate, sorbitan tristearate, polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate… Bảng 1.8: Hàm lượng tối đa cho phép của các chất tạo nhũ trong sản xuất chocolate Chất tạo nhũ Hàm lượng tối đa trong sản phẩm Mono- và di-glycerides 15g/kg Lecithin 5-10g/kg Muối ammonium của acid phosphatidic 7g/kg Polyglycerol polyricinoleate 5g/kg Sorbitan monostearate 10g/kg Sorbitan tristearate 10g/kg Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate 10g/kg Quá trình xử lý nhiệt Trong công nghệ sản xuất chocolate, quá trình xử lý nhiệt là quá trình đóng vai trò quan trọng nhất. Quá trình này tạo cho chocolate những biến đổi đặc trưng quyết định đến chất lượng của chocolate thành phẩm. Mục đích quá trình Biến đổi khối chocolate ban đầu thành một hỗn hợp đồng nhất và láng mịn. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao góp phần hình thành nên hương vị đặc trưng của chocolate. Loại một số chất dễ bay hơi gây mùi khó chịu như acid acetic, các andehyt. Góp phần hình thành màu cho chocolate. Các biến đổi chính Biến đổi vật lý: Trong giai đoạn đầu, sự nhào trộn, trượt và kéo căng sẽ tạo ma sát trong khối chocolate làm tăng nhiệt độ. Các phần tử đường và phần tử ca cao giảm dần kích thước. Bơ ca cao hình thành nên một lớp vỏ áo bao bọc xung quanh các phần tử rắn. Lớp vỏ áo này đóng vai trò như tác nhân bôi trơn giúp độ nhớt khối chocolate giảm. Giai đoạn sau, khi các phần tử rắn (phần tử đường và ca cao) đã được nghiền mịn và phân tán đều trong khối chocolate thì chocolate trở nên đồng nhất [7]. Chính biến đổi này sẽ giúp cho chocolate khi ăn sẽ có cảm giác tan chảy trong miệng chứ không bị thô, sảm như ban đầu. Biến đổi hóa học: Hàm ẩm của khối chocolate ở cuối quá trình giảm xuống còn 0.6 – 0.8 % [7]. Do quá trình xảy ra ở nhiệt độ cao, trong khoảng thời gian dài nên có nhiều phản ứng xảy ra, đặc biệt là cường độ phản ứng Maillard giữa acid amin và đường khử, làm hương vị chocolate tăng rõ rệt. Acid amin và đường khử là những hợp chất có sẵn trong hạt ca cao. Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất thấp. Đối với chocolate sữa thì hai thành phần này chủ yếu có nhiều trong sữa. Xuất hiện sự ngưng tụ các hợp chất tạo màu như polyphenol tạo màu nâu đặïc trưng của chocolate. Tuy nhiên, nếu quá trình xử lý nhiệt có tiếp xúc với không khí quá nhiều thì các polyphenol sẽ bị oxi hóa làm chocolate có màu đỏ. Biến đổi hóa lý: Khối chocolate trở nên đồng nhất nhờ các hạt rắn phân bố đồng đều hơn trong pha liên tục. Ẩm bốc hơi sẽ đồng thời cũng mang theo những cấu tử hương không mong muốn. Khoảng 30% acid acetic và 50% các aldehyd dễ bay hơi sẽ bay hơi trong giai đoạn này [7]. Tuy nhiên, một số acid cần thiết trong quá trình này cũng sẽ bay hơi. Trong quá trình đảo trộn, khối chocolate chuyển qua 3 giai đoạn: Pha khô Pha dẻo Pha lỏng Hình 1.7: Sự biến đổi khối chocolate qua ba pha Pha khô: trong giai đoạn này xảy ra quá trình giảm ẩm, giảm mùi và sinh nhiệt. Pha dẻo: trong giai đoạn này, ẩm sẽ tiếp tục bay hơi và các phản ứng tạo hương bắt đầu xảy ra tạo nên mùi hương đặc trưng của chocolate. Đồng thời phân tán các phần tử rắn đồng đều trong khối chocolate. Pha lỏng: hoàn tất việc phân tán các hạt rắn trong pha liên tục. Cảm quan: Tạo trạng thái đồng nhất cho chocolate nên không có cảm giác bị xảm khi ăn. Nhờ vào lớp vỏ áo bơ ca cao, vị đắng của các phần tử ca cao đã giảm xuống. Tương tự, đường cũng không còn vị ngọt đậm như trước khi xử lý nhiệt nữa [7]. Vì vậy, mùi vị chocolate trở nên hài hòa hơn. Độ đảo trộn nhiệt (conching degree) Khái niệm: độ đảo trộn nhiệt được hiểu như một thước đo về chất lượng mà quá trình xử lý nhiệt tạo ra cho chocolate. Nguyên tắc: ban đầu, khi chưa xử lý nhiệt, các cấu tử hương được phân bố trong pha béo và trong phần tử ca cao. Các phần tử đường hoàn toàn không có các cấu tử tạo hương. Vì vậy, hương vị của chocolate chỉ đơn giản là hỗn hợp mùi trên các phần tử ca cao và mùi do vị ngọt của đường mang lại (tương tác mùi vị). Khi tiến hành đảo trộn nhiệt kéo dài, cùng với các cấu tử hương mới được hình thành, các cấu tử hương sẽ được tái phân bố lại. Một phần các cấu tử hương sẽ được chuyển từ pha béo và bề mặt phần tử ca cao lên bề mặt của phần tử đường. Sự phân bố lại này càng đồng đều thì hương vị của chocolate càng đồng nhất và hài hòa. Kết quả là cuối quá trình, hàm lượng cấu tử hương trong pha béo sẽ giảm và trên phân tử đường sẽ tăng. Hình 1.8: Sự phân bố cấu tử hương trước và sau quá trình xử ly