Производство какао порошка

ПРОИЗВОДСТВО  КАКАО ПОРОШКА

Общие сведения

  Шоколад представляет собой продукт переработки  какао бобов с сахаром. В шоколад  можно вводить в качестве вкусовых добавок молоко, молочные продукты, обжаренные ореховые ядра, кофе, вафли, цукаты и т. п. В состав шоколада входит 55—60% углеводов, 30—38% жира, 5—8% белка, около 0,5% теобромина и кофеина, около 1% минеральных веществ. Энергетическая ценность шоколада составляет 2200—2300 кДж на 100 г продукта.

  В зависимости от рецептуры и способа  обработки шоколад подразделяют на следующие виды: обыкновенный шоколад без) добавок и с добавками, десертный шоколад без добавок и с добавками, пористый шоколад и шоколад с начинкой. В качестве начинок для шоколада используют различные конфетные массы; ореховую, фруктовую, помадную, а также их комбинации и др. Основное отличие десертного шоколада от обыкновенного заключается в более тонком измельчении массы и обязательной обработке в специальных машинах, называемых коншмашинами. Кроме того, выпускают шоколад специального назначения, например для больных диабетом без сахара с использованием ксилита, сорбита или сахарина; с добавками витаминов, ореха кола, оказывающих тонизирующее действие на организм человека. Кроме шоколада, вырабатываемого для непосредственного использования, выпускают полуфабрикат для производства конфет (шоколадная глазурь), который может быть без добавок и с добавками молока. Глазурь вырабатывают в измельченном виде или в виде блоков от 5 до 20 кг.

  Какао порошок — продукт, получаемый из частично обезжиренной растертой массы ядер бобов какао.

  Какао порошок подразделяют в зависимости  от обработки на препарированный (обработанный щелочами) и непрепарированный. Какао  порошок применяется для приготовления  напитка в виде водной или водно-молочной тонкодисперсной стойкой суспензии.

  В состав какао порошка входит 14—22% жира, 23—25% белка, 20—25% крахмала, около 6% золы (в обработанном углекислыми  щелочами до 9%).

  Шоколадки—какао порошок вырабатывают на каждом предприятии по несколько отличным технологическим схемам в зависимости от принятой технологии, наличия оборудования и т. п.

  Для шоколада без добавок и препарированного какао порошка процесс изготовления может быть представлен технологической схемой, приведенной на рис. 1.

  Основное  сырье (какао бобы и сахар) хранят в складах в мешках или бестарно в металлических или железобетонных силосах. Какао бобы подвергают очистке от посторонних примесей и сортируют по величине, а затем подвергают термической обработке. Обжаренные какао бобы дробят и получают какао крупку, при этом отделяется шелуха какао бобов — какаовелла, которая является отходом производства. Какао крупку измельчают, а полученную сметанообразную массу (какао тертое) хранят при повышенной температуре при перемешивании. Часть какао крупки, предназначенная для выработки какао порошка, предварительно подвергают обработке раствором поташа и подсушивают. Вместо какао крупки, предназначенной для выработки какао порошка, препарировать можно какао тертое. Из какао тертого на специальных прессах отжимают какао масло. Полученный жмых охлаждают, дробят на небольшие куски, измельчают в порошок, просеивают или сепарируют, фасуют и упаковывают. Так получают препарированный какао порошок. При получении непрепарированного какао порошка исключают операцию обработки щелочами.

  Какао масло смешивают с какао тертым и полученной путем размола сахара-песка  сахарной пудрой. Такую трехкомпонентную смесь называют шоколадной массой. Шоколадную массу измельчают на вальцовках, вводят дополнительно какао масло, обрабатывают в коншмашинах, темперируют, формуют и охлаждают. Таким образом получают десертный шоколад в плитках. Плитки шоколада завертывают и упаковывают. Технология всех этих процессов изложена подробно ниже. При получении обыкновенного шоколада операцию конширования можно значительно сократить или исключить. Для получения шоколада с начинкой ее вводят в процессе формования. 

 Рис. 1. Технологическая схема получения шоколада без добавлений шоколадной глазури и какао порошка.

          Сортировка и очистка какао бобов

  Какао бобы, поступающие на переработку, неоднородны  по размерам, форме и качеству. Обычно в массе какао бобов содержится некоторое количество ломаных, слипшихся при ферментации, недоразвитых и других дефектных ядер, кроме того, могут быть мелкие кусочки бобов и шелухи, образовавшиеся при транспортировке. Какао бобы всегда содержат пыль, песок, камешки, волокна мешковины, металлические частички и др. Все эти примеси отделяют от доброкачественных бобов. Кроме того, бобы рассортировывают по размеру. Это необходимо для правильного проведения последующей термической обработки. Для получения продукта высокого качества такую обработку проводят в разных режимах для бобов с различными размерами.

  Очистку и отделение от посторонних примесей дефектных бобов и грязи производят на сортировочно-очистительных машинах. В этих машинах совмещаются операции очистки бобов от пыли и грязи, отделения ломаных, тощих, недоразвитых бобов и сортировки их на две основные фракции: крупные и обыкновенные. Машины снабжены магнитами для отделения ферропримесей.

  На  рис.2 изображена схема очистительно-сортировочной машины. Какао бобы непрерывно поступают в загрузочный бункер 1 и норией 2 подаются к щеткам 4, которые очищают поверхность какао бобов от пыли и грязи. Очищенные какао бобы направляются в сепарационный канал 3, в котором вентилятором 11 создается воздушный поток, регулируемый задвижкой 6. Тяжелые примеси (камни, кусочки металла, стекло) при этом падают в приемник 21. Воздушный поток увлекает какао бобы в расширительную камеру 7, где скорость воздуха снижается. При этом крупные и нормальные какао бобы и некоторая часть ломаных попадают на верхний ярус ситовой рамы 9. Неполноценные какао бобы и крупные их кусочки уносятся в конусные приемники 5, откуда выводятся шнеками в приемники 17 и 20. Более мелкие частицы (пыль, волокна мешковины, кусочки какаовеллы) не попадают в конусные приемники и уносятся в циклон 12, где отделяются от воздуха и попадают в сборник 15. Верхний ярус ситовой рамы 9 имеет сита с размерами отверстий 2 и 6 мм. На этих ситах раздробившиеся при транспортировке кусочки какао бобов отделяются в виде мели и лома и отдельно через приемники 8 и 10 выводятся из машины. На нижнем ярусе ситовой рамы 14, оборудованном плетеными ситами с ячейками от 11-16 мм,

получают две различные по размерам фракции- какао бобов (нормальные и крупные). Эти фракции собираются в приемниках 16 и 19. Здесь же какао бобы проходят через магниты 18, на которых остаются случайные примеси, состоящие из железных частичек. Все, что не проходит через эти сита, попадает в приемник 22. Сюда попадают главным образом сдвоенные какао бобы и крупные легкие частицы, например кусочки дерева и др. Для очистки сит смонтированы специальные щетки 13, которые совершают возвратно-поступательное движение. Производительность машины составляет 1000 кг/ч.

  Отсортированные по размеру и очищенные какао  бобы хранят в отдельных бункерах. Разные сорта какао бобов хранят отдельно. Обычно запас таких бобов в цехе составляет трех-шестидневную выработку.

Сортировку какао бобов, отделение их от пыли и посторонних примесей производят в отдельных изолированных от основного производства помещениях. В целях улучшения качества выпускаемого шоколада из низкосортных какао бобов после очистки и. сортировки их подвергают мойке водой комнатной температуры. Вымытые бобы сушат в специальных сушильных аппаратах при 

             Рис. 2. Схема очистительно-сортировочной машины. 

80—90°С  в течение 35—40 мин до влажности  3—4%. Из разных партий бобов  в зависимости от засоренности  их получают неодинаковый выход, который в среднем равен 97%, при этом 2,7% составляют склеенные и ломаные бобы, использующиеся в производстве. Их накапливают и отдельно подвергают термической обработке, после которой присоединяют к общей массе. Для дальнейшей обработки какао бобы подают в производство или отдельными сортами или в определенных соотношениях. 

Термическая обработка какао  бобов

  Термическая обработка какао бобов является важнейшей операцией, от правильного проведения которой в значительной степени зависит качество получаемого шоколада и какао порошка. При термической обработке происходит ряд физических и химических изменений, в результате которых существенно изменяются состав и свойства какао бобов. Содержание сухих веществ повышается с 92—94 до 97—98%. Шелуха (какаовелла) в результате термической обработки становится хрупкой, легко отделяется от ядра и удаляется при последующем дроблении. Само ядро после потери большей части воды также становится более хрупким и легче дробится. При термической обработке под влиянием высокой температуры какао бобы стерилизуются, находящаяся на какао бобах микрофлора ликвидируется. Лучшие результаты получают при обжаривании какао бобов до содержания сухих веществ 98 и даже 98,5%. Однако при более глубокой обжарке до содержания сухих веществ выше 99% качество обжаренного продукта значительно снижается. Следует учитывать, что обжаренные какао бобы и особенно полученная из них какао крупка очень гигроскопичны и легко поглощают влагу из воздуха. В связи с этим обжаренные какао бобы и какао крупку стараются не накапливать в производстве.Вкусовые и ароматические свойства какао бобов при обжарке значительно повышаются. Это является следствием химических превращений в первую очередь дубильных веществ. В результате обжарки за счет конденсации и других химических изменений уменьшается содержание растворимых дубильных веществ, вследствие чего снижается вяжущий вкус, свойственный необжаренным какао бобам, и появляется горьковатый приятный привкус, присущий шоколадным изделиям. Улучшение вкусовых качеств какао бобов при обжарке является следствием удаления части летучих кислот, главным образом уксусной. Общее содержание кислот снижается, кислый вкус сырых какао бобов в значительной степени уменьшается, что объективно подтверждается уменьшением титруемой кислотности до 1,5 град. При обжарке образуются вещества, придающие какао бобам приятный аромат. Появление таких веществ, очевидно, обусловлено реакцией аминокислот с сахарами. Претерпевают некоторое изменение углеводы (частично гидролизуется крахмал, переходя из нерастворимой формы в растворимую), сахара (содержание сахарозы уменьшается, а моносахаридов увеличивается). При обжарке, особенно если ее производят при повышенной температуре, часть жира может из ядра переходить в оболочку. Чтобы избежать таких потерь какао масла, на некоторых предприятиях производят обжарку не какао бобов, а какао крупки, отделенной предварительно от оболочки.

  Качество  обжарки в значительной степени  зависит от размеров какао бобов, поэтому большое значение имеет тщательность проведения предыдущей операции сортировки. Для какао бобов разного размера требуются различные режимы при термической обработке.

  Для термической обработки используют аппараты различной конструкции, которые  подразделяют на два типа: периодического действия и непрерывного.

  Наиболее  распространенным видом оборудования периодического действия является шаровой обжарочный аппарат. На рис. 3 представлена схема такого аппарата. В шаровом обжарочном аппарате обрабатываемые какао бобы непосредственно соприкасаются с продуктами горения. В связи с этим предъявляются повышенные требования к используемому топливу. В качестве топлива чаще всего используют кокс, природный или генераторный газ. Если хотят избежать соприкосновения какао бобов с продуктами сгорания, то через аппарат пропускают горячий воздух, нагретый в калориферах.

  Обжарка происходит в полой стальной сферической  емкости 9, которая вращается (частота вращения 20—40 об/мин) на горизонтальном валу 10 внутри металлического шарообразного кожуха 6. Вращение валу и стальной емкости передается от привода 
 
 
 

                      Рис. 3. Схема шарового обжарочного аппарата. 

через звездочку 15. Перемешивание какао бобов внутри барабана обеспечивается специальными лопастями 8, которые укреплены на внутренней поверхности сферы. При помощи этих лопастей какао бобы при вращении аппарата поднимаются вверх, а затем падают в нижнюю часть отдельными зернами так, что их поверхность полностью соприкасается с горячими газами. Топливо (газ, кокс) сжигается в выносной топке 16. Продукты сгорания температурой 250—300°С просасываются через аппарат при помощи вентилятора 3. Увлеченные током газа мелкие частички оболочки какао бобов оседают в циклоне 1, а продукты сгорания и выделившиеся из какао бобов влага в виде водяного пара и другие газообразные вещества, удаляются через верхний патрубок циклона. Для предотвращения возможного загорания накапливающихся в циклоне частиц какаовеллы в него подведена вода.

  Какао бобы, подлежащие обжарке, поступают в аппарат отдельными порциями через воронку 5. Для регулирования количества газовоздушной смеси установлены шиберные заслонки 11 и 13. Необходимое количество воздуха для создания оптимальной температуры в процессе обжарки засасывается через патрубок 14. Для контроля температуры выходящих из аппарата газов установлен термометр 4. Для выгрузки обжаренных какао бобов в стенках сферы 9 имеются отверстия, которые во время обжарки закрыты заслонками 7. Через эти отверстия при открытых заслонках и вращении аппарата обжаренные какао бобы высыпаются в коническую часть кожуха аппарата 2. Под аппаратом находится охлаждающее устройство 19, на сетчатый под которого отдельными порциями спускают через заслонку 20 обжаренные горячие какао бобы. Температура какао бобов при выходе из аппарата не должна превышать 125°С. Охлаждение производится воздухом, который просасывается через какао бобы вентилятором 17. Охлаждаемые какао бобы перемешиваются специальной мешалкой с лопастями 18. Охлаждение производят до температуры 35—40°С. При выгрузке аппарата топочные газы пропускают по газоходу 12, минуя рабочую сферу аппарата.

  Аппараты  новейшей конструкции снабжаются специальными приборами программного управления, с помощью которых можно вести  процесс по заранее заданному режиму. Производительность аппарата с разовой загрузкой 160 кг сырых какао бобов составляет 400—550 кг/ч.

  Высокая температура и кратковременность  ее воздействия на какао бобы приводят к неравномерности обжарки. Наружные слои какао бобов оказываются пережаренными, в то время как внутренняя часть их обрабатывается недостаточно. В связи с этим и другими недостатками периодически действующих аппаратов для термической обработки какао бобов стали все более широко применять сушилки непрерывного действия. В этих агрегатах процесс термической обработки происходит непрерывно, продолжительность обжарки увеличивается, а температура несколько снижается. На рис. 4 схематично представлена схема сушилки шахтного типа непрерывного действия. Обжарка какао бобов производится в токе горячего воздуха в вертикальной шахте. В нижней части этой же шахты происходит охлаждение термически обработанных какао бобов в токе холодного воздуха.

  Отсортированные какао бобы подают в бункер 1, расположенный над сушилкой. Из бункера бобы самотеком попадают в шахту 3, стенки которой изготовлены из сетки 4. Здесь происходит сушка какао бобов. Какао бобы выводятся из сушилки через шлюзовой затвор 7, которым регулируется продолжительность пребывания их в сушилке. Из помещения цеха в сушилку вентилятором 6 нагнетается воздух, который омывает, охлаждая, обжаренные какао бобы, а сам несколько нагревается. Часть воздуха, пройдя через фильтр 8, удаляется из сушилки по воздуховоду 9, а большая часть, также очищенная в фильтре 5, по системе воздуховодов засасывается вентилятором 2, смешиваясь предварительно с воздухом, циркулирую шим в сушилке. Вся масса этого воздуха нагревается в паровом калорифере 11 до 80—150°С. Для получения воздуха верхних пределов температуры используется  пар высокого давления. Подогретый в калорифере 11 воздух омывает подлежащие термообработ

ке какао  бобы в шахте 3 и, очищаясь в фильтре 5, снова направляется на подогрев. Часть воздуха, содержащая извлеченную из какао бобов воду в виде водяного

пара  и другие выделяющиеся вещества, удаляется из сушилки по воздуховоду 10. Такая система рециркуляции воздуха обеспечивает экономичность работы сушилок. Этому способствует хорошая изоляция стенок сушилок, в которых имеются прослойки из стекловаты. В непрерывнодействующих шахтных сушилках осуществляется более равномерная обжарка, чем в периодически действующих аппаратах и сводится до минимума дробление какао бобов в процессе сушки. Благодаря такой конструкции сушилок можно легко очищать сетчатые воздушные каналы, фильтры и калориферы. Сушилки можно использовать для какао крупки и ядер орехов. При обжарке какао бобов в описанных выше аппаратах передача тепла от теплоносителя к какао бобам осуществляется в основном конвективным способом.Для обжарки какао бобов перспективным является применение инфракрасного излучения. Инфракрасные лучи способны проникать внутрь какао бобов, что способствует повышению качества и сокращению времени обжарки их. В качестве генератора излучения можно использовать кварцевые излучатели и лампы мощностью 250 и 500 Вт, а также излучатели другого типа, например керамические или металлические пластины, плиты или трубы, нагретые до 800—1000° С.