ТЕХНОЛОГИЯ КОНДИТЕРСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Сорта какао бобов, их ферментация и сушка

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

Мировое производство какао бобов достигло 2,0 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. г 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» (рис. І-l). Плод какао состоит из оболочки 1 толщиной 15-20 мм и красновато-желтой мякоти (пульпы) 2, внутри которой расположены пятью рядами 30-50 миндалевид­ных семян (бобов) 3 длиной 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 стадией 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.

В свежих какао бобах содержатся разнообразные ферменты: амилаза, протеиназа, липаза, каталаза, (3-галактозидаза, полифенолоксидаза, ди­астаза, пероксидаза и др. Активность действия каждого фермента зависит от состояния субстрата, его концентрации, количества воды, pH среды, температуры. Поэтому при ферментации какао бобов не все перечислен­ные выше ферменты проявляют одинаковую активность, что связано с ана­эробными и аэробными условиями ферментации, непрерывными изменени­ями температуры, pH среды и содержания влаги.

Для ферментации свежие бобы, с приставшей 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, pH пульпы 3,6-3,7.

Начальная стадия ферментации протекает в анаэробных условиях, так как поверхность между бобами почти полностью заполнена пульпой, и

13

содержание кислорода в среде низкое. Анаэробные условия, высокое со­держание сахара в мякоти, низкое значение pH среды благоприятны для роста и размножения дрожжей, которые быстро сбраживают сахара и об­разуют большое количество этанола и диоксида углерода. В процессе бро­жения выделяется теплота.

К концу первых суток температура бобов повышается до 32-33°С, их перемешивают для равномерной ферментации во всех слоях. К концу вто­рых суток температура бобов достигает 37-38°С, их снова перемешивают. К концу третьих суток температура повышается до 45-50°С. К этому вре­мени из-за бактериального окисления спирта брожение переходит в уксус­нокислое. В пульпе накапливается уксусная кислота.

Одновременно с процессом брожения сахаров пульпы происходит ее 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 переходят 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.

Когда температура ферментации достигает 45-50°С, происходит час­тичный гидролиз протеина, что вызывает структурные изменения семядолей и нарушение целостности клеток, накопление водорастворимого азота.

В процессе ферментации активность ферментов падает. При достиже­нии 45-50°С многие ферменты частично или полностью инактивируются.

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 (от 23 до 40 мкм) содержат жир, крахмал, алейроновые зерна, а крупные (от 40 до 80 мкм) - фенольные соединения и пуриновые основания. Содержащиеся в клетках ферменты и субстраты в свежих бо­бах разобщены. В процессе ферментации происходит смешение всех ком­понентов клетки в непрерывной плазмолитической водной фазе и стано­вятся возможными гидролитические, а затем и окислительные процессы.

Длительность ферментации выбирается в зависимости от сортовых особенностей бобов. Ферментация благородных сортов длится 2-3 суток, а потребительских 5-7 суток.

Однако применяемые способы ферментации не обеспечивают равно­мерного течения биохимических и ферментативных процессов по всему объему какао бобов из-за недостаточного регулирования аэрации. Только на четвертые сутки ферментации кислород начинает проникать в ядро бо­бов и вызывать окислительные изменения на его поверхности. Внутри се­мени могут оставаться анаэробные условия до конца ферментации и даже при сушке. Поэтому товарные какао бобы не могут быть полностью одно­родными по степени ферментации и содержат наряду с ферментированны­ми и недоферментированные бобы.

После ферментации какао бобы подвергают сушке. Сушка может про­изводиться естественным путем (солнечная сушка) или нагретым воздухом при температуре 40°С. 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.

Вследствие разрыхления ткани, растворения содержимого клеток, выделения полифенолов из вакуолей при ферментации и лучшей диффузии кислорода при сушке, окисление полифенолов ускоряется.

Естественная сушка на земляных площадках считается наилучшей, но при высокой относительной влажности воздуха затрудняется. Несоб­людение постоянных условий сушки не позволяет стабилизировать каче­ство товарных какао бобов. Поэтому в закупленном сырье может содер­жаться большее или меньшее количество полностью или частично фиоле­товых какао бобов, что не может не сказываться на вкусе получаемых изделий. После сушки товарные какао бобы имеют влажность 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 становятся 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.

Химический состав какао бобов и свойства отдельных составных частей

Какао бобы состоят из четырех частей: оболочки (какаовеллы), ядра, ростка и эндосперма. Различные сорта бобов имеют неодинаковое соотно­шение между составными частями, но в среднем ядро составляет 87,75 %, какаовелла 11,4 %, росток 0,85 % к массе ферментированных и высушен­ных какао бобов.

Какао бобы отличаются сложным химическим составом. В их состав входят: вода, жир, белковые вещества, углеводы, алкалоиды, дубильные, красящие, ароматические вещества, органические кислоты, клетчатка, витамины, минеральные вещества. Отдельные части какао бобов отлича­ются по химическому составу и свойствам, поэтому представляют неоди­наковую ценность для шоколадного производства.

Самой значительной и ценной составной частью какао бобов является жир (какао масло), содержание которого в ядре достигает 52-56 %, в какао - велле 3-4 %, в ростке 3-5 %. Какао масло состоит из разнокислотных тригли­церидов и жирных кислот, содержание которых в масле не превышает 1,1 %. К ним относятся: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и линолевая.

По своим свойствам какао масло отличается рядом особенностей, среди которых необходимо отметить следующие:

- при комнатной температуре масло остается твердым и хрупким. А так как в состав шоколада входит 1/3 часть какао масла, то последнее придает шоколаду твердую и хрупкую консистенцию;

- начальная температура плавления какао масла 31-34 °С, т. е. ниже температуры тела человека. Поэтому оно легко плавится во рту, не остав­ляя характерной для высокоплавких жиров салистости;

- какао масло может долго храниться без следов прогоркания. В масле и нежировой части какао бобов содержатся вещества - антиоксиданты, которые задерживают процессы окисления;

- при правильном охлаждении ниже температуры застывания (23-28°С) какао масло кристаллизуется, переходит в твердое состояние, сокращаясь при этом в объеме. Это свойство используется при формовании шоколада. Благодаря этому свойству какао масла облегчается выборка плиток шо­колада из форм.

В ферментированных и высушенных какао бобах содержится 6-7 % влаги.

В состав какао бобов входят различные углеводы. К ним относятся: крахмал, сахара, клетчатка и пентозаны. Крахмал находится в клетках семядолей в виде одноядерных зерен размером 3-8 мкм, его содержание около 7 %. Один процент составляют сахара, к ним относятся: сахароза, глюкоза, фруктоза и др. В ядрах какао бобов содержится около 2,5 % клет­чатки и 1,5 % пентозанов; в какаовелле - соответственно 16,5 и 6 %.

Содержание белковых веществ в ядре 10,3-12,5%; в какаовелле -

13,5 %. Они представлены в основном альбуминами и глобулинами. Кро­ме того, в какао бобах имеются следующие водорастворимые аминокис­лоты: аланин, аспарагин, валин, глютаминовая кислота, изолейцин, лей­цин, тирозин, фенилаланин и др.

К алкалоидам, обнаруженным в какао бобах, относятся: теобромин, его содержание 1,5-1,7 %, и кофеин - около 0,05 %. Эти вещества относят­ся к пуриновым соединениям, оказывающим заметно выраженное физио­логическое действие на организм человека.

Теобромин и кофеин, наряду с дубильными веществами, влияют на горький вкус какао бобов. Кроме ядра теобромин содержится также в ка - каовелле, откуда в основном его и получают для медицинских целей.

Содержание органических кислот в разных сортах какао бобов ко­леблется в пределах от 0,71 до 2,33 % (в пересчете на виннокаменную кис­лоту). Они состоят из нелетучих и летучих кислот. К нелетучим относятся: лимонная, яблочная, винная и щавелевая. К летучим - уксусная, масляная и валериановая кислоты. Причем, у потребительских сортов какао бобов летучих кислот больше, чем у благородных, в связи с более длительной ферментацией, pH какао бобов 5,0 - 6,1.

В какао бобах содержатся дубильные вещества. Они придают бобам и шоколадным продуктам горький, вяжущий, терпкий вкус. Дубильные вещества относятся к полимерным фенольным соединениям (полифенолам).

Дубильные вещества подразделяются на две группы; гидролизуемые и конденсированные. В молекулах первых фенольные ядра соединены ато­мами кислорода. Эти вещества легко расщепляются при кипячении с во­дой или разбавленными кислотами, а также под действием ферментов на соединения с более мелкими молекулами и дают с солями окиси железа темно-синее окрашивание.

В молекулах конденсированных дубильных веществ фенольные ядра соединены друг с другом углеродными связями. Эти вещества не подверга­ются гидролитическому расщеплению. При нагревании с разбавленными кислотами происходит дальнейшая их конденсация с образованием слож­ных соединений - флобафенов. С солями окиси железа эта группа полифе­нолов дает темно-зеленое окрашивание.

В какао бобах содержатся такие фенолы, как (-) - эпикатехин, (+) - катехин, лейкоантоцианы. Они являются предшественниками конденси­рованных дубильных веществ. Преобладающим из них по содержанию является (-) - эпикатехин.

Содержание водорастворимых дубильных веществ 6-8 %. В плохо ферментированных бобах их больше, чем в хорошо ферментированных.

К красящим веществам какао бобов относятся антоцианидины. Они образуются из антоцианов, которые при нагревании с кислотами или под действием ферментов расщепляются на глюкозу и антоцианидин.

Состав ароматических веществ какао продуктов весьма сложен. Он постоянно изменяется в процессе подготовки и переработки какао бобов.

К наиболее важным веществам, влияющим на вкусовые и ароматические свойства ферментированных и высушенных бобов, относятся: полифеноль - ные соединения, теобромин и кофеин, некоторые продукты распада бел­ков, аминокислоты, такие органические кислоты, как уксусная, пропио - новая и масляная, d-линалоол, этиловый спирт, диацетил, уксусный аль­дегид и другие вещества.

В какао бобах обнаружены такие витамины, как В,, В2, В6, никотино­вая кислота, пантотеновая кислота и биотин.

Среднее содержание минеральных веществ 2,5-3 %, в основном они пред­ставлены окислами калия, фосфора и магния. Среди микроэлементов в ка­као бобах обнаружены цинк, медь, марганец, фтор, мышьяк и молибден.

Хранение какао бобов

После ферментации и сушки какао бобы затаривают в мешки, и в такой упаковке они поступают на фабричные склады. Преимущественно применяют тарное хранение бобов в светлых, хорошо вентилируемых по­мещениях. Склады должны быть построены из железобетона или кирпича с оштукатуренными стенами, асфальтовыми или плиточными полами и уда­лены от производственных помещений.

Во время хранения какао бобов должны быть обеспечены условия со­хранения их товарных качеств, исключены порча и заражение бобов мик­роорганизмами и насекомыми-вредителями.

Оптимальными условиями хранения являются температура 18-20°С и относительная влажность воздуха 70 %. В таких условиях какао бобы мо­гут храниться длительное время без ухудшения качества. При высокой относительной влажности воздуха (75 % и более) какао бобы могут плес­неветь. Если при перевозке бобы промокли, то их во избежание плесневе - ния и порчи необходимо сразу высыпать из мешков и высушить в хорошо проветриваемом помещении при частом перемешивании.

Поступающие на склад мешки с бобами укладывают на решетки по­вагонно в штабели высотой по 8-10 мешков. Между стенами и штабелями и между смежными штабелями оставляют проходы шириной до 1 м. Они необходимы для вентиляции и инспекции какао бобов.

Наиболее опасным вредителем какао бобов и шоколадных изделий является шоколадная огневка - моль какао (Acrocerops cramerella). Наи­более интенсивно огневка размножается в летние и осенние месяцы. В теп­лом и плохо проветриваемом помещении шоколадная огневка размножа­ется и в зимнее время. На протяжении своей кратковременной жизни (от 7 до 14 дней) моль откладывает до 250 яичек на какао бобах, шоколадных изделиях или в швах мешков при тарном хранении бобов. Через 7-10 дней из яичек выходят личинки, которые поедают продукт и быстро растут, достигая 12-13 мм. По истечении 6-10 недель личинки достигают полной зрелости и начинают окукливаться. Для этой цели они выбирают затем­ненные углы зданий, защищенные от воздушных потоков, щели в разных частях зданий, внутренние углы коробок и ящиков и т. п. Спустя 2-3 недели из куколки вылетает бабочка, и весь рассмотренный выше цикл жизни шоколадной огневки возобновляется.

В хранилищах на шоколадных фабриках встречается также моль тро­пическая, домашняя, мучная и моль, развивающаяся на сухих фруктах.

Моль боится света и повышенной температуры. При температуре 60°С в продолжении 10 мин все формы шоколадной огневки погибают. На осно­вании этого для предохранения фабричных складов и цехов от заражения огневкой желательно каждую подозрительную партию какао бобов перед подачей на хранение подвергнуть тщательной тепловой дезинсекции или обработке газообразными фумигантами.

Кроме того, в процессе хранения какао бобов необходимо чаще про­изводить осмотр мешков с бобами и, в случае обнаружения личинок, от­правлять эти мешки с бобами на дезинсекцию. Мешки, освобожденные от бобов, следует сразу подвергать дезинсекции.

Во избежание заражения производственных цехов шоколадной огне­вкой необходимо обеспечить проведение следующих мероприятий:

1) не размещать склады какао бобов и других маслосодержащих се­мян в производственных или смежных с ними помещениях;

2) не допускать хранения и не производить очистку и сортировку ка­као бобов и других маслосодержащих ядер в производственных цехах;

3) быстро удалять освободившуюся от бобов и ядер тару и подвергать ее тепловой дезинсекции;

4) не допускать хранения в складских помещениях для какао бобов тары и упаковочных материалов;

5) соблюдать необходимые санитарные условия в помещениях для сор­тировки и дробления какао бобов.

Соблюдение чистоты помещений и воздуха, кондиционирование воз­духа и регулярный микробиологический контроль необходимы также во избежание заражения какао бобов и готовой продукции патогенными мик­роорганизмами, среди которых имеются такие, как сальмонелла, вызыва­ющая пищевые отравления.

На специализированных шоколадных фабриках или при больших объе­мах переработки какао бобов применяют бестарное хранение.

Склад бестарного хранения включает систему отдельных железобе­тонных или металлических силосов прямоугольного или круглого сечения высотой 10-16 метров. Внутри емкости покрывают специальной краской, а снаружи - теплоизоляционным материалом, чтобы избежать резких пере­падов температуры какао бобов и конденсации на их поверхности влаги.

Внутри силосы оборудованы спусками каскадного или спирального типа, по которым перемещаются какао бобы при загрузке, что уменьшает их дробление. Для измерения уровня засыпанных какао бобов, температу­ры применяются специальные приборы.

Для создания оптимальных условий хранения силосы оборудованы системой вентиляции. Чтобы избежать увлажнения хранящихся какао бо­бов, развития на их поверхности плесени, при вентилировании должны соблюдаться следующие параметры воздуха: температура 8-10°С, а отно­сительная влажность не более 60 %.

Система транспортеров позволяет перемещать (при необходимости) какао бобы из одного силоса в другой. Один из силосов в складе предназ­начен для приемки и обработки какао бобов, зараженных шоколадной огневкой. В этом силосе бобы обрабатываются газообразными фумиган­тами, подаваемыми из специальной установки. Силос снабжен хорошей аспирацией с системой очистки выбрасываемого в атмосферу воздуха от применяемых для обработки химических веществ.

Количество силосов в складе зависит от массы какао бобов, подлежа­щих хранению, числа товарных сортов и вместимости одного силоса. Каж­дый сорт бобов хранится в отдельном силосе. Иногда силос большого ди­аметра (3-4 м) делят на несколько вертикальных секций, в которые загру­жают раздельно сортовые какао бобы. Таким образом уменьшается общее количество силосов в складе.

Схема бестарного хранения какао бобов показана на рис.1-2.

Мешки с какао бобами поступа­ют на склад в железнодорожных ва­гонах или доставляются автотранс­портом. Какао бобы выгружают из автомашины 1 и засыпают в воронку ковшевого элеватора 2. Поднятые им бобы реверсивным конвейером могут перемещаться по двум направ­лениям. Незагрязненные и незаражен - ные шоколадной огневкой какао бобы, влажностью не более 8 %, на­правляются в силосы 5. Какао бобы засоренные, повышенной влажности или зараженные шоколадной огне­вкой перед загрузкой на хранение проходят предварительную обработку. Для этого они направляются в се - парационную очистительно-сортировочную машину 4, где происходит очистка от пыли, камней, металлопримесей и других загрязнений. Затем бобы поступают в сушильную камеру 3, где подсушиваются до влажности

6- 7 %.

После подсушивания какао бобы элеватором 2 загружаются в силос 6, где обрабатываются фумигантами. Обработанные бобы из силоса 6 вновь направляются в приемную воронку элеватора 2 и распределяются по сило - сам.

Из силосов 5 какао бобы разных сортов поступают на взвешивание в дозаторы 7 и через роторный питатель 8 - в пневмосеть, где они смешива­ются с воздухом, нагнетаемым компрессором 9, и передаются в расходные емкости на переработку.

При хранении какао бобов в силосах стала возможной автоматизация процесса хранения и дистанционное управление подачей какао бобов на производство. Управление работой оборудования склада осуществляется с пульта.