Обжарка какао-бобов

При обжарке преследуется цель изменить структуру какао-бобов, что позволит разделить их на составные части, подвергнуть тонкому размолу ядро, максимально выделить из его клеток жир. За счет протекающих в ядре какао-бобов физико-химических процессов, вызванных высокой температурой, добиться значительного улучшения вкуса и аромата, а следовательно, обеспечить формирование вкуса и аромата в готовых шоколадных изделиях. Поэтому обжарка какао-бобов является одной из важных технологических операций в производстве шоколада. Обжарка какао-бобов осуществляется в аппаратах различной конструкции, поэтому отличается по продолжительности и температурным режимам.
Наиболее совершенными в настоящее время признаны непрерывнодействующие сушилки 8ТК фирмы «Бюлер» и «Конти-303» фирмы «Нагема». Они предназначены для предварительной сушки и обжарки целых какао-бобов и какао-крупки, а также ядер лесного ореха, миндаля, арахиса и т.п.

Сушилки этого типа относятся к одноканальным двухзонным вертикальным сушилкам с замкнутым циклом движения теплоносителя.
Какао-бобы или крупка непрерывно поступают в вертикальный канал коробчатого профиля, стенки которого изготовлены из специальной сетки. Параллельно каналу установлены паровые батареи – калориферы, а с противоположной стороны – сетчатые фильтры для очистки воздуха.

Сушилка разделена на две зоны: зону обогрева и зону охлаждения продукта. Непрерывная циркуляция воздуха в горячей зоне через слой движущегося сверху вниз продукта обеспечивается двумя вентиляторами. Поток воздуха поступает на паровые калориферы, нагревается до 125-130°С и отдает тепло какао-бобам. Охлажденный воздух очищается на фильтрах от унесенных мелких частиц и вновь подается на калориферы. Избыток воздуха отводится через выходной патрубок.
Рециркуляция воздуха способствует большой экономии тепла. Температурный режим в горячей зоне точно регулируется в пределах 80-150°С и поддерживается на заданном уровне автоматически. Регулируется также и время прохождения продукта в горячей и холодной зонах. Перемещаясь в канале, какао-бобы постепенно нагреваются. При выходе из горячей зоны сушилки температура оболочки достигает 135°С, а внутренних слоев бобов – 95-104°С, что способствует интенсивному испарению влаги. К концу обжарки влажность какао-бобов снижается с 6-8 % до 2,0-2,5 %.

Опускаясь по каналу, продукт попадает в зону охлаждения, где обдувается воздухом, подаваемым вентилятором. Предварительно наружный воздух очищается от пыли фильтром. В этой зоне сушилки температура какао-бобов снижается до 35-36°С.
Обжаренный и охлажденный продукт выводится из сушилки через роторный шлюзовый затвор. Конечная влажность обжаренных какао-бобов еще не определяет их качество, так как в зависимости от режимов обжарки при одной и той же конечной влажности происходят различные изменения в бобах.

Важным фактором является равномерность обжарки. В какой-то степени она достигается предварительной сортировкой какао-бобов по размерам; так как бобы определенного сорта и одинакового размера не отличаются по химическому составу, при термической обработке они подвергаются примерно равному тепловому воздействию.
При обжарке целых какао-бобов температурное поле по толщине распределяется неравномерно. Верхние слои прогреваются сильнее, чем центральные. Чтобы устранить этот недостаток, лучше проводить обжарку какао-крупки, полученной на специальных дробильно-сортировочных машинах из сырых или подсушенных какао-бобов. Такой способ практикуется на кондитерских предприятиях зарубежных фирм. В обжариваемой какао-крупке все процессы протекают более интенсивно.
Условия термической обработки должны выбираться в зависимости от специфических свойств какао-бобов – их сорта, дальнейшего назначения, степени ферментации, способа сушки после ферментации, содержания влаги, размеров и формы. Так, какао-бобы «Арриба», имеющие толстую оболочку, и «Ява» с тонкой рыхлой оболочкой требуют разных режимов обжарки. Хорошо ферментированные, полученные из зрелых плодов и обладающие выраженным характерным ароматом, какао-бобы следует обжаривать при более низких температурах, чтобы не потерять их ценные ароматические вещества.
Массовые, потребительские сорта, а также кислые и недостаточно ферментированные какао-бобы обычно обжаривают при более высоких температурах, чем сортовые.
Какао-бобы, используемые для производства какао тертого, из которого прессуют какао масло, обжаривают при более высокой температуре, чтобы добиться конечной влажности 1,2-1,5%.
Повышение температуры поверхностных и внутренних слоев какао-бобов способствует и значительно ускоряет протекание физических, химических, биохимических и коллоидных процессов.

Кроме удаления влаги, во время обжарки происходят количественные и качественные изменения практически всех составных частей какао-бобов: белковых веществ, сахаров, органических кислот, дубильных и фенольных соединений, красящих веществ, жира и др.
Эти изменения обуславливают структурные свойства оболочки и ядра, появление вкуса и аромата, изменение цвета какао-бобов и решающим образом влияют на качество готовых изделий.
В конце обжарки влажность какаовеллы не превышает 0,2 %, что указывает на полную денатурацию белковых веществ, оболочка приобретает свойства твердого, пористого, хрупкого тела, она легко отделяется от ядра и дробится. Ядро также становится твердым и хрупким и легко дробится. Нарушается целостность клеточной структуры ядра. При высокой температуре вода в клетках превращается в пар, возникает давление пара, которое вызывает разрыв клеточных стенок, что при размоле какао-крупки способствует более свободному и полному выходу из клеток жира.
В процессе прогревания внутренних слоев какао-бобов протекают коллоидные процессы, связанные с изменениями белков и крахмала. При невысоких температурах (до 60°С) происходит гидролиз белка с образованием дополнительных количеств свободных водорастворимых аминокислот, таких как лизин, гистидин, аргинин, валин и др.
При достижении температуры 60-70°С белковые вещества ядра какао-бобов денатурируются и свертываются, вызывая отмеченные выше структурные изменения. Это подтверждается снижением растворимых фракций белковых веществ.
Несколько раньше, при температуре 50-60°С, начинается набухание крахмальных зерен и частичная клейстеризация, что вызывает переход части крахмала из нерастворимой в растворимую форму.
Чем выше температура и более продолжителен процесс обжарки, тем полнее происходят денатурация белковых веществ и обезвоживание набухших зерен крахмала.
Высокая температура и кислая среда создают условия для кислотного гидролиза оставшейся после ферментации какао-бобов сахарозы. При ее инверсии образуются глюкоза и фруктоза, которые частично распадаются на многие химические вещества, а частично вступают в реакцию со свободными аминокислотами. Это приводит к общему снижению сахаров при обжарке. При термической обработке какао-бобов «Гана» содержание глюкозы снизилось в 3 раза, фруктозы и арабинозы – в 2 раза, галактозы – в 1,5 раза. Одновременно происходит уменьшение аминокислот, что указывает на протекание биохимических процессов.
При термической обработке какао-бобов происходит сахароаминная реакция, которая является сложным многоступенчатым окислительно-восстановительным процессом соединения восстанавливающихся Сахаров и свободных аминокислот с образованием многих новых химических веществ, влияющих на вкус, аромат и окраску какао-бобов. Среди них – различные альдегиды и меланоидины.
Общее содержание аминокислот снижается на 40 %, но наиболее быстро уменьшается количество лейцина, фенилаланина, изолейцина, гистидина и глютаминовой кислоты.

В процессе обжарки какао-бобов происходит частичное удаление вместе с парами воды летучих веществ, в том числе кислот. Содержание летучих кислот снижается примерно на 0,1 % в пересчете на уксусную кислоту.
Незначительное уменьшение летучих кислот объясняется накоплением определенного количества летучих и нелетучих органических кислот в результате тепловой деградации сахаров, при которой образуются муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валериановая, капроновая, а также винная, малоновая и янтарная кислоты. Таким образом, изменяется не только содержание летучих кислот, но и свободных нелетучих кислот.
В процессе обжарки какао-бобов количество свободных кислот уменьшается, а содержание связанных возрастает. Уменьшаются титруемая кислотность и рН бобов.
Большое влияние на вкус какао продуктов оказывают дубильные и фенольные вещества. Водорастворимые дубильные вещества придают изделиям терпкий, горький, вяжущий вкус. Их содержание в товарных какао-бобах в зависимости от сорта колеблется от 3 до 7 % (на сухое и обезжиренное вещество). При обжарке содержание дубильных веществ уменьшается примерно на 1 %. Они конденсируются и образуют сложные, темноокрашенные соединения – флобафены.
По данным О.А. Харламовой, качественный состав фенольных соединений при термической обработке какао-бобов не меняется, но происходит уменьшение (+) – катехина и особенно (-) – эпикатехина. При обжарке изменяются собственные красящие вещества какао-бобов, они относятся к группе антоцианов. Это глюкозиды, при нагревании которых в присутствии кислот происходит расщепление на глюкозу и красящее вещество антоцианидин. Антоцианидины придают какао-бобам фиолетовую окраску, они не растворимы в спирте, эфире, слабо растворяются в воде и обладают горьким, вяжущим вкусом.
Таким образом, в процессе обжарки изменение цвета какао-бобов происходит в результате образования меланоидинов, меланинов, флобафенов и антоцианидинов.
При обжарке какао-бобов изменяется общее содержание и фракционный состав липидов. По данным Л.С. Кузнецовой, количество свободных липидов в ядре уменьшается по отношению к их содержанию в ядре сырых бобов на 0,37 %, количество связанных увеличивается на 0,26 % и прочносвязанных – на 0,09 %.
Часть какао-масла (в пределах 0,2-0,6 % к сухому веществу) переходит из ядра в оболочку. Однако при высокой температуре обжарки (более 160°С) потери жира за счет диффузии достигают 2 %. Потери какао-масла за счет гидролитического расщепления, составляющие 0,3-0,6 %, с повышением температуры и увеличением продолжительности обжарки возрастают.
Переход какао-масла из ядра в оболочку наблюдается также за счет его миграции при охлаждении какао-бобов.
Изменение вкуса и аромата какао-бобов в процессе обжарки обусловлено в основном химическими превращениями веществ, входящих в состав бобов. Решающую роль играют продукты сахароаминной реакции и окисление полифенолов. В обжаренных какао-бобах установлено более 300 соединений, из которых 46 являются специфическими для аромата какао. К ним относятся органические кислоты, сложные эфиры, альдегиды, пиразины и амины. Многие ароматические вещества растворены в какао-масле.
После термической обработки какао-бобы необходимо как можно быстрее охладить до температуры 30-35°С.

При этом прекращаются физико-химические процессы, происходящие при высокой температуре, уменьшается миграция какао-масла в оболочку, ядро и какаовелла становятся твердыми и хрупкими, оболочка легко отделяется от ядра, т.е. создаются благоприятные условия для получения полуфабриката – какао-крупки.