Quá trình xử lý nhiệt Trong công nghệ sản xuất chocolate phần 2

Quá trình xử lý nhiệt Trong công nghệ sản xuất chocolate

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.

3.1 Khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu

Trong thí nghiệm này, chúng tôi khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu, kết quả thu được trình bày trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Thành phần hạt ca cao nhân

Bảng 3.2: Chỉ số pH và chỉ số acid của hạt ca cao một số nước trên thế giới [7]

Malaysia,Brazil,

salomon Island… 4.75 - 5.19 34.16 - 31.26

Cameroom, Gabon,

Ghana, Nigeria… 5.20 - 5.49 31.2 - 29.6

Ecuador, Venezuela,

Từ kết quả phân tích thành phần nguyên liệu, chúng tôi có một số nhận xét sau:

Độ ẩm của hạt nằm khoảng 6-7% Như vậy, độ ẩm hạt đạt được theo đúng tiêu chuẩn mà S.T BECKETT Yorkreco đưa đã ra đối với hạt ca cao sau quá trình bảo quản [7]

Với giá trị pH là 5.4 và độ acid là 30.5mmol/100g, hạt ca cao chúng ta khảo sát có các chỉ số ở mức trung bình so với hạt ca cao ở các nước trên thế giới Ta thấy rằng, hạt ca cao sau quá trình lên men có hàm lượng acid khá cao Nguyên nhân là

do sau quá trình lên men, nhiều acid hữu cơ được hình thành Các acid hữu cơ này không có lợi Vì chúng có thể gây ra vị chua và mùi gắc cho sản phẩm Do đó, chúng cần được loại bỏ dần trong quá trình sản xuất Vì vậy, chỉ số pH và hàm lượng acid của hạt thường được khảo sát và theo dõi thường xuyên trong quá trình sản xuất

Theo H.-D Belitz, hạt ca cao sau khi lên men và sấy khô có thành phần hóa học như sau:

Bảng 3.3: Thành phần hạt ca cao sau lên men [6]

Thành phần Đơn vị (%)

Theo H.-D Belitz (bảng 3.3), hạt đã sấy khô đến 5% ẩm thì có hàm lượng béo là 54% Vậy, với hàm lượng béo là 53%, hạt ca cao trong thí nghiệm tương đối phù hợp cho quá trình nghiên cứu Với lượng chất béo cao này, hạt rất dễ bị thất thoát chất béo trong quá trình chế biến, nhất là đối với các quá trình có chế độ nhiệt cao

như quá trình rang Chất béo rất dễ dàng thoát ra và chuyển lên bề mặt của vỏ hạt, gây tổn thất chất béo rất nhiều Do đó, trong quá trình rang sơ bộ ban đầu ta cần điều chỉnh nhiệt độ và thời gian rang phù hợp để hạn chế thất thoát

Từ bảng 3.3 ta nhận thấy, chỉ có hàm lượng caffeine và hàm lượng béo trong nguyên liệu là phù hợp với nghiên cứu trước đây Các thành phần khác như hàm lượng theobromine, proteine, polyphenol, độ tro đều có sự khác biệt lớn so với số liệu tham khảo Điều này có thể là do sự khác nhau về điều kiện chăm sóc, thổ nhưỡng, khí hậu của mỗi vùng sản xuất dẫn đến sự khác nhau của một số thành phần của hạt ca cao

3.2 Khảo sát và lựa chọn chế độ kiềm hóa phù hợp

Ở quá trình kiềm hóa này, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tác nhân kiềm hóa và thời gian đến quá trình kiềm hóa

Chúng tôi chọn nhiệt độ kiềm hóa là 80oC và hàm lượng chất kiềm hóa sử dụng là 100ml/kg khối ca cao

Đối với nồng độ chất kiềm hóa, chúng tôi tiến hành thay đổi nồng độ dung dịch Na2CO3 từ 1% đến15% Trong mỗi trường hợp, chúng tôi tiến hành đo pH của hạt sau thời gian 1h và 2h kiềm hóa Kết quả thu được chúng tôi trình bày trong bảng 3.4 và hình 3.1

Từ đồ thị hình 3.1 ta thấy, với cùng một nồng độ Na2CO3 thì giá trị pH của hạt khác nhau không đáng kể sau 1h hay 2h kiềm hóa Vậy, chúng tôi chọn thời gian cho quá trình kiềm hóa là 1h

Ngoài ra, ta có thể thấy rằng có bước nhảy trong quá trình kiềm hóa Bước nhảy vọt tương đương đoạn đường cong đi lên Đoạn đường cong này tương ứng với

pH của hạt từ 5.6 đến 6.5 Điều này có thể giải thích là do các acid có trong hạt ca

cao là những acid yếu, kém phân ly, vì vậy, bước nhảy pH của chúng ở cùng pH cao

Bảng 3.4: pH hạt sau khi kiềm hóa

Nồng độ dung dịch

Na 2 CO 3 (%) kiềm hóa 1h pH hạt sau kiềm hóa 2h pH hạt sau

5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6

Nồng độ Na2CO 3 (%)

sau 1h sau 2h

Hình 3.1: Sự thay đổi pH của hạt ca cao theo nồng độ dung dịch Na2CO3 Dựa theo kết quả trên, chúng tôi chọn chế độ kiềm hóa như sau:

 Nhiệt độ kiềm hóa: 80oC

 Thời gian kiềm hóa: 1h.

 Nồng độ Na2CO3: 10%

 Lượng dung dịch Na2CO3: 100ml/kg

Sau khi lựa chọn các thông số trên cho quá trình kiềm hóa, chúng tôi kiểm tra lại các chỉ tiêu của hạt ca cao sau quá trình kiềm hóa Kết quả thu được như sau:

 Độ ẩm hạt sau kiềm hóa: 11%

 Chỉ số acid sau kiềm hóa: 10.5 mmolNaOH/100g

 pH của hạt sau kiềm hóa: 6.5

Sau quá trình kiềm hóa, độ ẩm hạt tăng cao Điều này là do nhiệt độ kiềm hóa không đủ cao để làm bay hơi hết lượng nước có trong tác nhân kiềm hóa Tuy nhiên, giá trị này sẽ giảm trong quá trình rang tiếp theo

Chỉ số acid của hạt sau kiềm hóa giảm đáng kể Từ 30.5mmol/100g xuống còn 10.5mmol/100g Như vậy, quá trình kiềm hóa đã trung hòa được một lượng lớn các acid hữa cơ Phần còn acid còn lại có thể sẽ được loại bỏ trong quá trình rang Vậy, với các thông số này hạt ca cao hoàn toàn có thể tiếp tục thực hiện quá trình rang tiếp theo

3.3 Khảo sát và lựa chọn chế độ rang phù hợp

Trong phần này, chúng tôi thực hiện quá trình rang theo 3 chế độ khác nhau như sau:

Bảng 3.5: Các chế độ rang hạt ca cao

Thông số Chế độ 1 Chế độ 2 Chế độ 3

Nhiệt độ rang 220oC 190oC 160oC

Sau khi thực hiện quá trình rang ở 3 chế độ rang khác nhau chúng tôi nhận thấy, khi rang chế độ 1, hạt ca cao có mùi hương đặc trưng rất tốt, màu sắc đậm hơn, vị ít chát hơn so với chế độ rang 1 và 2 Tuy nhiên, do nhiệt độ rang cao nên làm hạt có mùi khói Đối với chế độ rang 2, hạt sau rang có vị ít chát hơn so với chế độ 3, hạt không có mùi khói nhưng chưa có hương vị đặc trưng Cuối cùng trong chế độ rang

3, hạt có màu nâu nhạt, có mùi nồng của acid, vị rất chát

Ngoài ra, theo S.T BECKETT thì khi chúng ta tiến hành rang ở nhiệt độ cao có thể giảm được đáng kể hàm lượng phenol, giúp giảm vị chát cho hạt khi chế biến thành chocolate:

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của chế độ rang lên hàm lượng phenol [7]

Chế độ rang Nhiệt độ Hàm lượng phenol

(µg/100g)

Dựa vào kết quả thu được như trên, chúng tôi lựa chọn chế độ rang ở 220oC và thời gian cho quá trình rang là 1h

Sau khi chọn chế độ rang như trên, chúng tôi tiến hành đo một số chỉ tiêu của hạt sau quá trình rang:

 Độ ẩm hạt sau rang: 2.5%

 Chỉ số acid hạt: 6.5 mmol/100g

 pH hạt sau rang: 6.65

Như vậy, dưới tác dụng của nhiệt độ rang cao đã tạo điều kiện tốt cho ẩm và một số các acid bay hơi Một phần các acid dễ bay hơi đã được loại bỏ nên chỉ số acid cũng giảm nhẹ từ 10.5 mmol/100g xuống còn 6.5mmol/100g Với các thông số này, hạt ca cao hoàn toàn phù hợp để thực hiện quá trình xử lý nhiệt tiếp theo

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình xử lý nhiệt

Trong phần này, chúng tôi khảo sát quá trình xử lý nhiệt ở bốn giá trị nhiệt độ

50oC, 60oC, 70oC, 80oC Sự biến đổi độ ẩm và độ nhớt khối chocolate trong suốt quá trình được trình bày trong bảng 3.7 và 3.8

Chocolate đen chúng tôi thực hiện nghiên cứu có thành phần sau: 50% đường,

ca cao nguyên liệu 40% và 10% bơ ca cao

Từ kết quả thu được từ bảng 3.7 ta thấy, độ ẩm ban đầu của khối chocolate là khá nhỏ 2% Nhưng trong suốt quá trình đảo trộn nhiệt độ ẩm của khối chocolate vẫn tiếp tục giảm Rõ ràng nhiệt độ cao và thời gian đảo trộn kéo dài đã giúp cho nước bay hơi càng nhiều

Bảng 3.7: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian (%)

Thời gian đảo trộn 50

Tốc độ thoát ẩm

trung bình %/h 0.108 0.133 0.149 0.179

Ơû 50oC, tốc độ giảm ẩm là thấp nhất khoảng 0.108%/h Nhiệt độ ở thí nghiệm này khá thấp nên khả năng thoát ẩm không cao Ở 60o và 70oC tốc độ giảm ẩm có cao hơn và bằng 0.133%/h và 0.149%/h Ở nhiệt độ 80oC, tốc độ thoát ẩm là cao nhất, 0.179%/h Từ những nhận xét trên ta thấy, nhiệt độ có thể ảnh hưởng nhất

định đến khả năng thoát ẩm của khối chocolate Khi nhiệt độ tăng, tốc độ thoát ẩm của khối chocolate có thể sẽ tăng theo Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao sẽ không có lợi về mặt kinh tế

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Thời gian (h)

50 C

60 C

70 C

80 C

Hình 3.2: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian

Theo S.T BECKETT, khi kết thúc quá trình xử lý nhiệt, độ ẩm sẽ giảm xuống còn từ 0.6-0.8% thì đảm bảo trong quá trình bảo quản chocolate không bị hỏng cấu trúc Trong thí nghiệm ở 50oC, độ ẩm cuối của khối chocolate là 1.01%, cao hơn so với yêu cầu Với độ ẩm cao này, có thể chocolate sẽ nở hoa trong quá trình bảo quản Vì vậy, ta không chọn để thực hiện quá trình khảo sát tiếp theo Đối với thí nghiệm ở 60oC, 70oC, 80oC, độ ẩm cuối của quá trình là 0.7; 0.61; 0.41% và đều thấp hơn 0.8% Như vậy, cả ba nghiệm thức này đều phù hợp để thực hiện quá trình xử lý nhiệt

Tiếp theo, sự biến đổi độ nhớt khối choccolate trong suốt quá trình xử lý nhiệt được trình bày trong bảng 3.8 và hình 3.3

Trước tiên, ta có một số nhâïn xét về đồ thị như hình 3.3: tốc độ giảm độ nhớt ở mỗi nhiệt độ là như nhau Trong giai đoạn đầu, độ nhớt trong các thí nghiệm đều

có xu hướng giảm rõ rệt Tuy nhiên, đến cuối quá trình độ nhớt không giảm nữa mà đồ thị có xu hướng ổn định

Bảng 3.8: Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian (103cp)

Thời gian đảo

0 50

100

150

200

250

300

Thời gian (h )

3 cp )

50 C

60 C

70 C

80 C

Hình 3.3: Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian

Theo S.T Beckett, độ nhớt của khối chocolate tại một thời điểm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: hàm lượng chất béo, hàm lượng lecithin, độ ẩm, kích thước các hạt rắn vàø nhiệt độ [7] Ơû đây ta chỉ xét về yếu tố ảnh hưởng của độ ẩm, kích thước hạt rắn và nhiệt độ

Xét ảnh hưởng của nhiệt độ, từ kết quả thí nghiệm cho thấy ở nhiệt độ khác nhau tốc độ giảm độ nhớt đều gần giống nhau Như vậy, trong thí nghiệm của chúng ta nhiệt độ có ảnh hưởng không đáng kể lên độ nhớt của khối chocolate Quan hệ giữa nhiệt độ và độ nhớt của lưu chất được tính theo công thức sau:

2

Trong đó: µ: là độ nhớt của dung dịch tại nhiệt độ T

µo: là độ nhớt của dịch ở 30oC

A, B: là hai hằng số phụ thuộc vào loại lưu chất

Đối với chocolate là một hệ huyền phù có lượng chất phân tán rất lớn Vì vậy, hằng số A và B của chocolate có giá trị rất nhỏ Do đó, theo công thức tính độ nhớt trên, nếu nhiệt độ tăng ít sẽ không có ảnh hưởng đáng kể lên độ nhớt của khối chocolate Kết quả, sự chêch lệch về nhiệt độ trong thí nghiệm chúng ta chưa đủ lớn để có thể thấy được sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ nhớt của chocolate Theo Harris, T.L SCI Monograph 32(1968) thì khi độ ẩm cao sẽ làm độ nhớt khối chocolate tăng Vì nước sẽ tạo nên một lớp hydrate bao quanh các phân tử đường làm tăng lực nội ma sát giữa chúng Kết quả, độ nhớt sẽ tăng Điều này giải thích vì sao trong giai đoạn đầu độ nhớt của khối chocolate giảm Vì trong giai đoạn này độ ẩm của khối chocolate giảm liên tục nên kéo theo độ nhớt cũng giảm theo Tuy nhiên, đây không phải là nguyên nhân duy nhất khiến độ nhớt giảm Sự biến đổi của các kích thước hạt rắn cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự biến đổi của độ nhớt trong suốt quá trình

Nhận xét trên đồ thị hình 3.4 ta thấy, độ nhớt giảm rồi lại tăng theo sự tăng kích thước của các hạt rắn Để giải thích được hiện tượng này ta xét một thí nghiệm của Niediek, E.A Gordian Tác giả tiến hành tách hệ huyền phù của chocolate thành hai hệ huyền phù là đường trong bơ ca cao và phần tử ca cao trong bơ ca cao Trong

hệ huyền phù thứ nhất, độ nhớt tăng khi kích thước các phần tử đường giảm Còn trong hệ huyền phù thứ hai thì ngược lại, kích thước các hạt phần tử ca cao càng mịn thì sẽ cho ra độ nhớt càng thấp Vậy khối chocolate là một hỗn hợp của hai hệ huyền phù có tính chất khác nhau nhưng vẫn phải tuân theo những tính chất riêng của từng hệ

0 1 2 3 4

%>20 mm

30% chất béo 32% chất béo

Hình 3.4: Ảnh hưởng của kích thước các phần tử rắn đến độ nhớt của chocolate

[7]

Trong suốt quá trình đảo trộn nhiệt kích thước các phân tử rắn được giảm liên tục dưới tác dụng va đập của các hòn bi Vì vậy, sự giảm độ nhớt cũng sẽ tuân theo quy luật như trên

Chúng tôi cũng đánh giá sự biến đổi của trạng thái khối chocolate trong quá trình đảo trộn và thu được kết quả như hình 3.5:

Theo hình 3.5, trong quá trình đảo trộn, ta quan sát thấy khối chocolate trải qua

3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: đây là giai đoạn đầu quá trình đảo trộn nhiệt, do các hạt phân tán có kích thước còn rất lớn và chưa được phân tán đều nên chocolate rất thô và chưa đồng nhất

 Giai đoạn 2: đây là giai đoạn giữa của quá trình đảo trộn nhiệt Khi này, các phần tử phân tán đã được giảm kích thước đáng kể Tuy nhiên, vẫn còn cảm giác xảm khi ăn Khối chocolate đã được đồng nhất nên có bề mặt bóng mịn

 Giai đoạn 3: giai đoạn khi kết thúc quá trình xử lý nhiệt Các hạt phân tán đã được nghiền rất mịn nên không còn cảm giác xảm khi ăn Bề mặt khối chocolate rất bóng và mịn do chocolate đã được đồng nhất hoàn toàn

giai đoạn 1 giai đoạn 2 giai đoạn 3

Hình 3.5: Sự biến đổi chocolate trong quá trình đảo trộn nhiệt

Từ những kết quả thu được như trên, chúng tôi nhận thấy cả 3 chế độ ở 60oC,

70oC, 80oC đều phù hợp để thực hiện quá trình xử lý nhiệt Tuy nhiên, xét về mặt kinh tế thực hiện quá trình ở 60oC là có lợi nhất Vì vậy, chúng tôi chọn chế độ ở

60oC để tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng lecithin lên quá trình xử lý nhiệt

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng lecithin lên quá trình

Chúng tôi tiếp tục khảo sát quá trình với việc thay đổi hàm lượng lecithin bổ sung với 3 nghiệm thức: 0.1%, 0.3%, 0.5% Thông số nhiệt độ của quá trình là

60oC Ở mỗi thí nghiệm, chúng tôi khảo sát về sự biến đổi của độ ẩm, độ nhớt, hàm lượng acid tổng và kiểm tra độ cứng của sản phẩm Kết quả sự thay đổi độ ẩm được trình bày ở bảng 3.9:

Bảng 3.9: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian (%)

Thời gian

đảo trộn

60 o C (0% lecithin)

60 o C (0.1% lecithin)

60 o C (0.3% lecithin)

60 o C (0.5% lecithin)

Tốc độ thoát

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Thời gian (h)

0.1% lecithin 0.3% lecithin 0.5% lecithin 0% lecithin

Hình 3.6: Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian ở nhiệt độ 60oC Từ đồ thị hình 3.6, ta nhận thấy, lecithin có ảnh hưởng rỏ rệt đến tốc độ giảm ẩm của khối chocolate Với lượng 0.3 và 0.5% lecithin bổ sung vào thì tốc độ giảm ẩm của khối chocolate giảm xuống còn 0.115 và 0.105%/h; thấp hơn so thí nghiệm không bổ sung lecithin là 0.135 %/h

Như vậy, lecithin có khả năng làm cản trở sự thoát ẩm của quá trình Vì khi bổ sung lecithin vào chocolate, ngoài vai trò tạo bề mặt phân pha giữa bơ và phân tử đường giúp giảm độ nhớt thì lecithin còn đóng vai trò là một chất tạo nhũ Kết hợp với sự đảo trộn, lecithin sẽ giúp cho nước và chất béo tạo nên nhệ nhũ tương Sự đảo trộn càng nhiều thì hệ nhũ tương được tạo ra càng bền vững Khi đó, nước đã được liên kết chặt chẽ với lecithin trong hệ nhũ tương nên rất khó thoát ra ngoài Riêng ở trường hợp 0.1% lecithin, tốc độ giảm ẩm vẫn ở mức 0.134%/h Gần bằng với tốc độ thoát ẩm ở trường hợp 0% lecithin Như vậy, ở nồng độ thấp, ảnh hưởng cản trở sự thoát ẩm của lecithin là không đáng kể

Tiếp theo, sự biến đổi độ nhớt được trình bày trong bảng 3.10 Do ta bổ sung lecithin ngay trong giai đoạn đầu của quá trình đảo trộn nên độ nhớt có sự biến đổi rõ rệt Độ nhớt ban đầu trong trường hợp có bổ sung lecithin thấp hơn so với trường hợp không lecithin

Ban đầu, khi chưa bổ sung lecithin độ nhớt của chocolate có độ nhớt rất lớn (270.103cp) Do đường là phần tử ưa nước nhưng lại được cho vào chocolate với một lượng khá lớn (50%) Còn chất béo trong chocolate là hợp chất kị nước Vì vậây, sinh ra lực nội ma sát rất lớn trong khối chocolate Nhưng sau khi lecithin được bổ sung, lecithin đã hình thành một lớp phân pha trên phần tử đường giúp bôi trơn chúng Kết quả, lực nội ma sát và độ nhớt đều giảm Theo hình 3.7, độ nhớt giảm còn khoảng 200.103cp

Như trên hình 3.7 ta thấy, độä nhớt ban đầu giảm kéo theo tốc độ giảm độ nhớt của các thí nghiệm có bổ sung lecithin cũng giảm và thấp hơn so với thí nghiệm không bổ sung lecithin Nhưng quy luật giảm vẫn tuân theo như mô tả ở phần trên Đồ thị giảm trong giai đoạn đầu nhưng sau đó lại nằm ngang không giảm nửa

Bảng 3.10: Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian (103cp)