Физико-химические основы процесса отделения какаовеллы от какао-крупки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Московский государственный университет пищевых производств"

Кафедра: "Высокотехнологичные производства пищевых продуктов"

Реферат

на тему: "Физико-химические основы процесса отделения какаовеллы от какао-крупки"

Выполнил: студент группы 14-ТПМ-2

Моисеенко Т.А.

Руководитель: д.т.н. проф.

Скобельская З.Г.

Москва - 2017

Содержание

Введение

1. Сорта какао бобов, их ферментация и сушка

2. Производство шоколадных полуфабрикатов

3. Комплексная переработка какао бобов. Химический состав какаовеллы. Микроструктура какаовеллы. Реологические свойства

Список литературы

Введение

Кондитерская промышленность является одной из важных и наиболее динамично развивающихся отраслей отечественной пищевой промышленности, занимая по своим размерам четвертое место среди других отраслей (вслед за хлебопекарной, молочной и рыбной) и 10 % трудовой занятости. При этом традиционно среди потребителей особой популярностью пользуются шоколад и шоколадная продукция.

Как известно, шоколад - это кондитерское изделие, которое является продуктом переработки какао-бобов [3]. С точки зрения медицины, диетологии и нутрициологии, шоколад можно назвать уникальным продуктом: он обладает высокой физиологической ценностью за счет пуриновых алкалоидов ксантинового ряда - теобромина и кофеина, повышающих активность коры головного мозга. Кроме того, азотистые вещества шоколада способствуют синтезу в организме гормона серотонина, известного как антидепрессант, а высокое содержание полифенолов в темном и горьком шоколаде дает эффект укрепления капилляров. Положительное влияние на сердечно-сосудистую систему оказывают также макроэлементы калий и магний, которые содержатся в этом продукте. Эти и другие полезные свойства в сочетании с отличными вкусовыми качествами делают шоколад одним из самых любимых и популярных продуктов кондитерского производства.

Важной частью производственного процесса в изготовлении шоколада является переработка какао-бобов. Как известно, наиболее ценной частью какао-боба является ядро. Задача каждого производителя - как можно лучше отделить оболочку какао-бобов от ядра с помощью оборудования для дробления и воздушного сепарирования. В результате происходит разделение двух основных фракций: ядер какао-бобов (какао-крупки) с минимальным содержанием какаовеллы и зародышей, и частиц собственно оболочки какао-боба, которые также сортируют и очищают от примесей ядер. При этом основная задача современных исследований заключается в поисках путей совершенствования переработки какао-бобов для повышения рентабельности бизнеса и снижения расходов на утилизацию отходов производства.

1. Сорта какао бобов, их ферментация и сушка

Основным сырьем для производства шоколадных изделий являются сахар-песок и какао бобы. Переработка какао бобов ежедневно увеличивается, потребность для кондитерской промышленности нашей страны составляет около 200 тыс. т в год.

Мировое производство какао бобов достигло 2,1 млн. т. Основными производителями какао бобов являются страны Африки: Гана, Нигерия, Берег Слоновой кости, Камерун и другие. Здесь производят более 1,5 млн. т, в странах Южной Америки-400 тыс. т и в странах Юго-Восточной Азии около - 100 тыс. т какао бобов в год.

По месту произрастания все какао бобы делятся на три группы: африканские, американские и азиатские. Часто название того или другого сорта какао бобов совпадает с названием страны, где их культивируют. Так, к африканским относятся такие сорта: Гана, Камерун, Нигерия, Ангола, Кот-д'Ивуар и др.; к американским - Куба, Байя, Гренада, Арриба, Тринидад и др., к азиатским - Ява, Цейлон и др.

По своим качественным признакам все какао бобы подразделяются на две группы: потребительские и благородные. Первые отличаются ярко выраженным горьким, терпким и кислым вкусом. К ним относятся все африканские сорта какао бобов и американский сорт Байя (Бразилия). Благородные сорта какао бобов отличаются выраженным вкусом и приятным ароматом. К ним относятся американские и азиатские сорта.

Учитывая вкусовые особенности отдельных сортов какао бобов, при их переработке составляется смесь из разных сортов, чтобы создать определенный вкус и аромат (букет) шоколада.

Сырые какао бобы входят в состав плодов какао, произрастающих и созревающих на дереве какао "Theobrama cacao L". Плод какао состоит из оболочки толщиной 15-20 мм и красновато-желтой мякоти (пульпы), внутри которой расположены пятью рядами 30-50 миндалевидных семян (бобов) длинной около 2,5 см.

Извлеченные из плодовой мякоти семена имеют резко выраженный горький вяжущий вкус и серовато-фиолетовый цвет в изломе. Они не обладают вкусовыми и ароматическими свойствами, характерными для шоколада и какао-порошка. В таком виде их нельзя использовать для приготовления шоколадных изделий.

Чтобы улучшить вкус, аромат и цвет какао бобов и отделить от них плодовую мякоть, их подвергают на плантациях ферментации и сушке.

Ферментация является первоначальной стадии обработки свежих какао бобов. При ферментации происходят изменения в пульпе и семядолях, связанные с действием ферментов. Различают внешнюю ферментацию, обусловленную биохимическими процессами в пульпе, и внутреннюю - связанную с физико-химическими процессами в семядолях.

Для ферментации свежие бобы, ставшие к их поверхности плодовой мякотью, складывают в деревянные ящики, земляные ямы или насыпают в кучи, сверху укрывают брезентом или слоем банановых листьев, чтобы сохранить тепло, выделяемое в процессе ферментации.

Биохимические процессы при ферментации протекают прежде всего в пульпе под действием микроорганизмов, для которых пульпа представляет собой питательную среду.

В состав пульпы входят 10-13 % сахаров (сахароза, глюкоза, фруктоза), 80-90 % воды, пектиновые вещества, органические кислоты, азотистые вещества, рН пульпы 3,6-3,7.

Начальная стадия ферментации протекает в анаэробных условиях, так как поверхность между бобами почти полностью заполнена пульпой, и содержание кислорода в среде низкое. Анаэробные условия, высокое содержание сахара в мякоти, низкое значение рН среды благоприятны для роста и размножения дрожжей, которые быстро сбраживают сахара и образуют большое количество этанола и диоксида углерода. В процессе брожения выделяется теплота.

На протяжении нескольких суток происходит брожение и постепенное увеличение температуры. Одновременно с процессом брожения сахара в пульпе происходит её разжижение в результате действия ферментов на пектиновые вещества. Плодовая мякоть отделяется от бобов и стекает в виде жидкости, содержащей спирт, уксусную кислоту и воду. Эти вещества частично переходит в семядоли бобов, изменяя их химический состав и влажность.

Внешняя ферментация в пульпе создает условия для внутренней ферментации в какао бобах.

В анаэробных условиях под действием гидролитических ферментов в семядолях протекают биохимические процессы, в результате которых накапливаются редуцирующие сахара и свободные кислоты. Происходит окисление полифенолов и гидролиз антоцианов, что смягчает горький вяжущий вкус какао бобов и изменяет их окраску.

Наряду с биохимическими при ферментации протекают физико-химические процессы, которые вызывают структурные изменения в тканях семядолей.

Семядоли состоят из различных клеток, разделенных мембранами. Мелкие клетки содержат жир, крахмал, алейроновые зерна, а крупные - фенольные соединения и пуриновые основания. Содержащиеся в клетках ферменты и субстраты в свежих бобах разобщены. В процессе ферментации происходит смешивание всех компонентов клетки в непрерывный плазмолитической водной фазе и становятся возможными гидролитические, а затем и окислительные процессы.

После ферментации какао бобы подвергают сушке. Сушка может производиться естественным путем или нагретым воздухом при температуре 40єС. Во время сушки удаляется от 60 до 40 % влаги, продолжаются процессы аэробной стадии ферментации - главным образом окисление полифенолов под влиянием полифенолоксидазы, что сопровождается уменьшением горького и вяжущего вкуса и усилением коричневой окраски бобов.

Естественная сушка на земляных площадках считается наилучшей, но при высокой относительной влажности воздуха затрудняется. Несоблюдение постоянных условий сушки не позволяет стабилизировать качества товарных какао бобов. После сушки товарные какао бобы имеют влажность в 6-7 %.

Таким образом, ферментация и сушка свежих бобов являются необходимой и важной стадией их первичной обработки, в результате которой изменяется структура, оболочка и ядро становится более твердыми и хрупкими, что позволяет транспортировать и складировать какао бобы. Благодаря низкой влажности они могут храниться длительное время без признаков порчи. Кроме того, улучшается вкус и аромат, цвет какао бобов из белого или фиолетового изменяется в коричневый или коричнево-красный. Эти изменения в свойствах и химическом составе какао бобов имеют важное значение в шоколадном производстве.

2. Производство шоколадных полуфабрикатов

Технологическая схема, представляющая процесс производства шоколадных полуфабрикатов из какао-бобов, включает в себя ряд стадий: очистку какао-бобов и их переработку в какао тертое, получение какао-масла и какао-порошка.

Очистка какао-бобов. Подготовительные операции играют важную роль в производственном процессе. Целью операции очистки какао-бобов является разделение поступающих на переработку товарных какао-бобов на фракции и удаление примесей. Тщательность разделения какао-бобов на фракции влияет на качество продукции и во многом определяет эффективность последующих технологических операций.

Какао-бобы, поступающие на предприятия, засорены посторонними механическими примесями (песком, камешками, волокнами мешковины, металлическим сором, стеклом и т.п.). Они загрязняют сырье и усложняют его переработку на современном оборудовании. Наряду с целыми какао-бобами попадаются дробленые ядра и какаовелла, недоразвитые, с меньшим содержанием жира, а также бобы сдвоенные, строенные. В целях достижения равномерной обжарки необходимо отделить какао-крупку и ядра, отличающиеся по размеру.

Дебактеризация какао-бобов. Какао-бобы загрязнены микроорганизмами, причем обсемененность микроорганизмами варьируется в значительных пределах - от ста тысяч до нескольких миллионов клеток на 1 г. Для уничтожения микрофлоры проводят дебактеризацию какао-бобов путем высокотемпературной обработки или обработки паром.

Тепловая обработка какао-бобов. От правильного проведения этой стадии в значительной степени зависит качество получаемых шоколада и какао-порошка.

Тепловая обработка представляет собой очень сложный процесс. Обжарку какао-бобов проводят воздухом температурой 160-180 °С в течение 20-40 мин. В результате обжаривания какао-бобов увеличивается хрупкость ядра и какаовеллы; какаовелла отделяется от ядра, уменьшается влажность и содержание дубильных веществ; изменяется цвет какао-бобов.

При обжаривании наряду с удалением влаги происходят химические реакции: снижается содержание аминокислот и редуцирующих сахаров в результате сахароаминной реакции (реакции Майяра), появляются ароматообразующие вещества, удаляются летучие кислоты, в первую очередь уксусная. Если химические реакции образования аромата завершатся раньше, чем удалена влага, то обжаренные какао-бобы не будут иметь должного аромата. Параметры процесса удаления влаги зависят от размера какао-бобов, а химические реакции - от температуры тепловой обработки. Существуют технологии, в которых обжаривают дробленые какао-бобы. В этом случае легче уравнять время удаления влаги с временем максимального образования ароматических веществ.

При обжаривании целых какао-бобов небольшая часть какао-масла переходит в какаовеллу, доля какао-масла в какаовелле возрастает на 0,5-1 %. Массовая доля влаги в обжаренных какао-бобах составляет 2,5-3 %.

Получение какао-крупки. В процессе переработки от ядра какао-бобов отделяют оболочку (какаовеллу). Необходимость данной операции обусловлена значительной разницей в химическом составе ядра какао-бобов и оболочки и, как следствие, их пищевой ценности. Какаовелла при попадании в шоколад и какао-порошок ухудшает их вкус и пищевую ценность, так как содержит неусвояемую клетчатку (до 13-18 %) и мало жира (до 3 %), что негативно отражается на качестве шоколадных изделий. Кроме того, в исследованиях установлено, что каждый процент потерь какао-крупки дает удорожание продукции на 1,25 %. Следовательно, важно обеспечить эффективность и тщательность отделения какаовеллы от какао-крупки, а также регулярный контроль данного процесса.

Основной принцип, по которому осуществляется сепарирование, зависит от разницы плотности ядра какао-боба и его оболочки. Для отделения оболочки какао-бобы дробят, получают смесь частиц какао-крупки и какаовеллы размером 0,75-8 мм. Массовая доля какао-крупки составляет 81-83 %.

Какаовеллу от какао-крупки отделяют в две стадии. Сначала смесь частиц сортируют на ситах дробильно-сортировочной машины и получают несколько фракций с разными размерами частиц. Затем каждую фракцию разделяют воздушным потоком на крупку и оболочку. Чем больше число получаемых фракций, тем легче отделить оболочку от крупки, поскольку частицы крупки и оболочки одного размера имеют разную скорость витания. Допускается засоренность крупки какаовеллой до 1,5-2 %, потери какао-крупки с какаовеллой - до 0,5 %.

Частицы какао-крупки и какаовеллы размером менее 1 мм представляют собой неделимую смесь. Выход ее составляет до 1,5 %, массовая доля жира от 10 до 30 %. Эта фракция используется в производстве конфет. какаовелла ферментация производство шоколадный

На некоторых фабриках проводят дробление и отделение какаовеллы не обжаренных какао-бобов, а товарных. При этом возникает ряд затруднений. В товарных какао-бобах какаовелла плотно соединена с ядром. При дроблении какао-бобов образуется некоторое количество частиц какао-крупки с неотделенной какаовеллой. Какаовелла засоряет какао-крупку. В этом случае рекомендуется какао-бобы предварительно подсушивать и при дроблении сырых и слабо обжаренных какао-бобов в дробильно-сортировочной машине использовать не валковый механизм, а дробильный механизм ударного типа.

Помимо ядра и оболочки в какао-бобе содержится зародыш (росток), который также нужно отделить. Росток находится в расширенной части какао-боба между двумя семядолями и представляет собой небольшой стебелек длиной около 4 мм и диаметром 1 мм. В обжаренных какао-бобах его массовая доля составляет 0,8-0,9 %. Зародыш обладает значительно большей твердостью, чем ядро и гораздо труднее измельчается на валковых мельницах. В ростке массовая доля жира, качество которого значительно ниже, чем жира ядра, всего 3,5 %.

Для удаления ростка фракцию крупки размером 4-5 мм, полученную после дробления бобов, пропускают через триер (который может быть использован как отдельный механизм или встроен в дробильно-сортировочную машину).

Путем настройки сепаратора или с помощью устройства отражающих экранов для отклонения шероховатых ядер какао-бобов от первых приемных лотков можно получить какао-крупку, которая содержит менее 0,5 % какаовеллы и совсем небольшое количество ростков. Для производства какао-порошка сверхтонкого помола это очень важно. У машин старого образца для дальнейшей очистки материала после выхода из сепаратора, как правило, применяли повторное сепарирование с другими настройками. В дальнейшем это будет способствовать повышению качества отделения какаовеллы от какао-крупки в процессе переработки какао-бобов.

Использование какаовеллы. Какаовелла по своему химическому составу во многом схожа с ядром какао-боба. Массовая доля какаовеллы в зависимости от места произрастания деревьев какао и их вида составляет 9,1-16 % от массы бобов. При переработке какао-бобов остаются десятки тысяч тонн какаовеллы, поэтому разработка рациональных и экономически оправданных способов ее утилизации имеет большое промышленное значение.

Перспективными являются следующие направления использования какаовеллы:

- получение на основе какаовеллы натуральных красителей, ароматизаторов, алкалоидов, жира, а также пищевой клетчатки;

- после тщательной очистки и эффективного измельчения применение как наполнителя в кондитерские изделия;

- в сельском хозяйстве использование в рационе кормов животных (1 %), а также в качестве компонента удобрений благодаря содержанию азота, калия и фосфора;

- возможно использование загрязненной, заплесневелой какаовеллы для технических целей, например, в промышленности, производстве строительных материалов, пластмасс.

Для получения высокодисперсных порошков какаовеллу измельчают многократным ударным воздействием и истиранием частиц под действием центробежных сил с одновременной воздушной классификацией получаемого порошка.

3. Комплексная переработка какао бобов. Химический состав какаовеллы. Микроструктура какаовеллы. Реологические свойства

Характеризуя какаовеллу по химическому составу, необходимо учитывать, насколько тщательно в производстве произведено отделение какаовеллы от какао крупки. В случае присутствия в крупке примесей какаовеллы даже в небольших количествах, допустимых технологическими инструкциями (0.5 %), возрастает содержание в какаовелле липидов. Какаовелла товарных какао бобов содержит в своем составе, жир - 3.0-3.4 %, отличающийся от какао масла по своему составу и свойствам, белок - 13.5-15.9 %, теобромин - 0.8-1.3 %, кофеин - 0.1 %, крахмал - 2.8 %, пектин - 8.0 %, клетчатку - 14.8-18.6 %, пентозаны - 6-8 %, танин - 9 %, гумми - 9 %, органические кислоты - 1.1 %. Таким образом, какаовелла имеет ценный химический состав и является ценным отходом, который при определенных условиях может использоваться в пищевых целях. Какаовелла обладает высокой прочностью. Поэтому примеси какаовеллы в шоколадных полуфабрикатах, крупке затрудняют достижение высокой и однородной дисперсности на обычном диспергирующем оборудовании. Размер частиц какаовеллы после дробления может оставаться в пределах 50-100мкм.

Примеси какаовеллы в шоколадных полуфабрикатах оказывают также влияние на их вязкость (какао тертое, шоколадные массы). Наиболее значительное влияние оказывает крахмал какаовеллы, особенно в области клейстеризации. Интервал температур клейстеризации крахмала какаовеллы - 50-65 С. При оптимальном соотношении какаовеллы и воды и обработке кипящей водой суспензии превращаются в структурированные пасты однородной консистенции и приятного аромата. Пасты какаовеллы являются дисперсными системами и проявляют аномалию вязкости. На реологические свойства суспензий и паст оказывают влияние белок, гуминовые вещества. В присутствии сахара, воды и кислоты пектин, вызывая студнеобразование, повышает вязкость суспензий и паст из какаовеллы. Все это указывает на отрицательное влияние примесей какаовеллы в какао крупке, повышение вязкости шоколадных полуфабрикатов и необходимость использования в большем количестве какао масла для разжижения масс. Кроме того, какаовелла загрязнена микрофлорой, возможно и патогенной, и содержит пестициды, в большинстве случаев, в количествах, превышающих установленные нормы.

Список литературы

1. Зубченко А.В. Технология кондитерского производства. - М.: Пищевая промышленность, 1999. - 12 с.

2. Минифай Б.У. Переработка какао-бобов // Шоколад, конфеты, карамель и другие кондитерские изделия / Пер. с англ. под общ. науч. ред. Т.В. Савенковой. - СПб.: Профессия, 2008. - 816 с.

3. Технологии пищевых производств / А.П. Нечаев, И.С. Шуб, О.М. Аношина и др.; под ред. А.П. Нечаева. - М.: КолосС, 2005. - 768 с.

4. Кокашинский Г.Р. Производство шоколадных изделий. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - 302 с.

5. Маршалкин Г.А. Технология кондитерских изделий. - М.: Пищевая промышленность, 1978. - 445 с.

Размещено на Allbest.ru