Báo cáo Ứng dụng chất béo trong việc sản xuất Chocolate

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HỐ HỌC CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU VÀ CHẤT BÉO BÁO CÁO ỨNG DỤNG CHẤT BÉO TRONG VIỆC SẢN XUẤT CHOCOLATE Giáo viên hướng dẫn: Ngơ Thị Ty Na Sinh viên thực hiện: Đỗ Xuân Định 09139034 Phạm Minh Trường 09139214 Năng Xuân Quang 09139253 Giang Phương Nga 10139135 Trần Thị Trúc Phương 10139177 Lê Thúc Hưng 10139093 Phan Kiều My 10139125 Tháng 12/2012 MỤC LỤC 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển chocolate 2 1.1.1. Lịch sử hình thành chocolate 2 1.1.2. Tình hình phát triển 2 1.2. Các chất dinh dưỡng cĩ trong chocolate 4 1.3. Cơng dụng của chocolate 5 1.4. Quy trình cơng nghệ sản xuất chocolate 5 1.4.1. Quy trình cơng nghệ 5 1.4.2. Quy trình thực hiện 7 Chương 2- BƠ CA CAO VÀ PHÂN LOẠI CHOCOLATE 2.1. Phân loại chocolate 8 2.2. Bơ ca cao 9 Chương 3- SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC TRONG CHẤT BÉO CỦA CHOCOLATE 3.1. Hiện tượng nở hoa chất béo 13 3.1.1. Định nghĩa 13 3.1.2. Cơ chế 14 3.1.3. Sự thay đổi cấu hình 14 3.1.4. Cơ chế chuyển từ pha rắn sang pha rắn lỏng 16 3.1.5. Cơ chế thay đổi cấu trúc pha rắn 16 3.1.6. Biện pháp tránh nở hoa chất béo 16 Tài liệu tham khảo 20 Chương 1- TỔNG QUAN 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển chocolate 1.1.1. Lịch sử hình thành chocolate Hơn 2000 năm trước, cây cacao đã trở thành một phần khơng thể thiếu trong cuộc sống của những người dân vùng Châu Mĩ Latinh. Người Mayan và Aztec đã trồng cây ca cao từ rất lâu. Họ tin rằng cây cacao là của Thượng Đế và hạt cacao là ân sủng của chúa cho con người. Người Aztec cũng đã phát hiện ra rằng khi nghiền hạt cây thành bột nhão và cho thêm gia vị, họ cĩ thể tạo ra một thứ đồ uống ngon mát và bổ dưỡng. Thứ đồ uống này đắng hơn rất nhiều so với chocolate ngày nay. Những nhà thám hiểm châu Âu vào thế kỷ 16 đã du nhập mĩn đồ uống này, bổ sung thêm hương vị ngọt ngào, và chẳng bao lâu nĩ thành một mĩn đồ uống thơng dụng và xa xỉ. Trong gần 1 thế kỉ, cacao được coi là thức uống đặc trưng và là điều bí mật của những người Tây Ban Nha. Tuy nhiên do giá cả quá đắt đỏ nên những người Tây Ban Nha thực dụng và nhạy bén đã ngay lập tức trồng cây cacao trên các thuộc địa của họ để xuất khẩu tới những quốc gia khác trong châu lục và thu lại khoản lợi nhuận khổng lồ. Cacao đã lan truyền khắp Châu Âu kể từ khi ấy. 1.1.2. Tình hình phát triển Chocolate thực hiện cuộc hành trình qua nhiều nước như Pháp, Anh, Mỹ… và đến đâu chúng cũng trở thành thực phẩm rất được ưa chuộng. Kể từ khi quán bán chocolate đầu tiên được khai trương năm 1657, tới đầu thế kỉ 18, những nhà máy sản xuất chocolate đầu tiên đã được thành lập (1728: ở Bistrol, nhà máy sản xuất chocolate đầu tiên ra đời với máy thuỷ lực). Tới 1730, cacao sụt giá mạnh cùng với những máy mĩc được phát minh trong cuộc cách mạng cơng nghiệp đã tạo tiền đề cho 1 nền cơng nghiệp sản xuất chocolate với số lượng lớn và giá thành rẻ. Vào thế kỷ 19, chocolate rắn đã trở nên phổ biến, với sự ra đời của các kiểu khuơn đúc. Người ta dùng máy xay nghiền nát hạt cacao thành bột mịn rồi đun nĩng và đổ vào khuơn, tạo nên các hình dạng khác nhau khi đã nguội lạnh. Một người Hà Lan tên là Coenrad Van Houten đã hồn thiện việc chiết tách bơ cacao từ hạt cacao vào năm 1825. Hạt được nghiền nát thành lớp nhão, đun dưới áp suất cao, tạo nên chất lỏng chocolate và bơ cacao. Bơ chiết xuất này được làm mịn và xử lý để khử mùi.Vào những năm 1880, Rudolphe Lindt tại Switzerland đã bổ sung bơ cacao vào quá trình sản xuất chocolate, để làm cho sản phẩm nhẵn và bĩng láng hơn. Năm 1875, Daniel Peter người Thuỵ Sĩ đã hồn thiện quá trình sản xuất chocolate sữa, ngọt và mịn hơn chocolate đen. Đến đầu TK20, chocolate đã trở thành một nét văn hĩa ẩm thực đặc trưng của tồn Châu Âu. Với sự phát triển mạnh mẽ liên tục, khi mà cacao đã trở thành một thực phẩm thơng dụng và phổ biến trên khắp Châu Âu, thì việc trồng nĩ sẽ lan rộng ra tồn cầu là điều dễ hiểu. Cacao được trồng ở nhiều khu vực như Brazil, Pháp, Bồ Đào Nha và những thuộc địa của nĩ để buơn bán tới khắp nơi trên thế giới. Ngày nay, với sự tiến bộ khơng ngừng của khoa học và kỹ thuật thế giới, nhiều quy trình cơng nghệ tiên tiến, hiện đại đã được áp dụng vào sản xuất chocolate, làm cho chất lượng, mẫu mã cũng như mùi vị của chocolate được hồn thiện khơng ngừng, trở thành một mĩn ăn tuyệt vời được ưa chuộng khơng chỉ ở phương Đơng, phương Tây mà trên tồn thế giới. 1.2. Các chất dinh dưỡng cĩ trong chocolate Hàm lượng dinh dưỡng của chocolate khác nhau tùy theo cơng thức chế biến của nhà sản xuất. Chocolate cĩ chứa: Protein: cần cho sự nuơi dưỡng và phục hồi các tế bào. Cacao chứa 8 axit amin thiết yếu trong các thực phẩm mà con người cần sử dụng hàng ngày. Chất béo: chủ yếu là các chất béo đã bão hồ, chiếm đến 50% thành phần chocolate. Các axit béo cấu thành nên bơ cacao thúc đẩy quá trình giảm cholesterol trong cơ thể. Vitamin E: một loại vitamin cĩ thể hồ tan các chất béo, rất cần thiết cho sự phát triển của màng tế bào. Chất sắt: khơng thể thiếu trong quá trình hình thành hêmơglơbin - một loại hợp chất mang ơxi đến cho máu. Cafêin: chất kích thích hệ thần kinh. Chất đồng: trợ giúp cho việc chuyển hố chất sắt, tạo nên melanin (trong tĩc và da) và các chức năng của hệ thần kinh trung ương. Chất xơ: giúp điều hồ quá trình liên vận trong ruột. Kali: ảnh hưởng tới việc kích thích cơ bắp và chuyển hố của tim. Magie: đảm bảo sự cân bằng trong hệ thần kinh và điều hồ sự kích thích cơ bắp. Nếu thiếu chất này, cơ thể sẽ cảm thấy mệt mỏi, cảm giác bất an, lo lắng, mất ngủ và bị táo bĩn. Canxi: đĩng vai trị cơ bản trong hoạt động của tế bào và trong sự hình thành xương và răng. Phospho: là thành phần của mạng lưới xương, đây là một loại chất khống rất quan trọng cần thiết cho cơ thể, cũng như canxi. Các loại hố chất từ thực vật cĩ tác dụng chống ơxi hố (ví dụ như chất flavonoids): hạt cacao - thành phần chủ yếu trong chocolate - chứa hơn 600 loại hố chất từ thực vật, trong đĩ cĩ các chất chống ơxi hố cĩ tác dụng ngăn ngừa bệnh tim và ung thư. Natri: trong chocolate sữa, cĩ thể chứa khoảng 100mg. 1.3. Cơng dụng của chocolate Tác dụng trên tim mạch: Đây là lợi ích đầu tiên mà các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu đến. Chất phenolic cĩ trong chocolate cĩ tác dụng ngăn ngừa và hạn chế các nguy cơ rủi ro cĩ thể xảy đến với hệ tim mạch. Hơn nữa, chocolate cịn cĩ tác dụng hạn chế nguy cơ tăng hàm lượng cholesterol, cho dù chế độ ăn cĩ bị buơng lỏng. Mặt khác, chất catechin trong chocolate cũng cĩ tác dụng chống lại các chất oxy hĩa - nguyên nhân gây xơ cứng mạch máu, mỡ máu cũng như các rủi ro khác cho tim, cho hệ mạch kể cả mạch não. Tác dụng chống ung thư: đặc biệt là chocolate đen. Sở dĩ như vậy là vì trong thành phần của chocolate cĩ chứa nhiều chất chống oxy hĩa, chất khống và vitamin. Tác dụng trên não: chocolate cĩ chứa theobromin, cafein, phenylethylamin, serontonin là những chất kích thích hệ thần kinh trung tâm, giúp cải thiện hoạt động cơ bắp và phản xạ, giúp chống lại sự căng thẳng, mệt mỏi và trạng thái trầm cảm, tạo cho ta cảm giác, hưng phấn, thoải mái. Tác dụng đến hoạt động tình dục: Nhiều nghiên cứu cho thấy, những người, đặc biệt là phụ nữ, nếu sử dụng chocolate đều đặn sẽ cĩ cảm hứng, khả năng và cơ hội thỏa mãn tình dục tốt hơn hẳn. Mặt khác, chất tryptophan trong chocolate giúp cho người ta tăng thêm cảm giác thích thú, hấp dẫn, đồng thời kích thích trung tâm khối cảm ở vỏ não. Tác dụng khác: Chống sâu răng, chống ho kéo dài, chống lao và các bệnh về phổi, chống suy nhược cơ thể. 1.4. Quy trình cơng nghệ sản xuất chocolate 1.4.1. Quy trình cơng nghệ . Hạt ca cao Xử lý nhiệt Tách vỏ Kiềm hóa Nghiền Phối trộn Nghiền tinh Xử lý nhiệt Làm dịu Rót khuôn Làm lạnh Bao gói Chocolate Đường, vanille Bơ ca cao Tác nhân kiềm hóa lecithin Rang Vỏ 1.4.2. Quy trình thực hiện Từ hạt ca cao ban đầu, ta thực hiện quá trình rang hạt ở nhiệt độ từ 160-220oC. Quá trình này giúp tạo những biến đổi đặc trưng về hương vị cho hạt. Sau đĩ, hạt được tách vỏ để thu hạt ca cao nhân. Hạt ca cao nhân này tiếp tục thực hiện quá trình kiềm hĩa. Dưới tác tác động của tác nhân kiềm hĩa, một phần các acid trong hạt được trung hịa và cấu trúc hạt ca cao khơng cịn chặt chẽ nữa mà trở nên xốp hơn. Sau khi kiềm hĩa, hạt được nghiền nhỏ để chuẩn bị cho quá trình xử lý nhiệt tiếp theo. Hỗn hợp nguyên liệu ca cao sau khi nghiền được phối trộn với bơ ca cao, đường theo tỉ lệ phù hợp tùy theo loại chocolate cần sản xuất. Bơ ca cao được cho vào trước để tạo ra mơi trường liên tục. Sau đĩ, các thành phần khác sẽ được cho vào. Sau khi phối trộn đều, hỗn hợp được đưa qua thiết bị nghiền để giảm kích thước các hạt phân tán xuống cịn 20 – 30 mm, tạo hỗn hợp mịn, đồng đều, thuận lợi cho quá trình đảo trộn nhiệt. Sau nghiền, hỗn hợp được cho qua thiết bị đảo trộn nhiệt. Tại đây, dưới tác dụng của nhiệt độ và tác dụng cơ học của sự đảo trộn, hỗn hợp nguyên liệu cĩ những biến đổi quan trọng tạo nên những tính chất đặc trưng của chocolate về màu sắc, mùi vị và cấu trúc. Sau quá trình đảo trộn nhiệt, hỗn hợp nguyên liệu tiếp tục được đưa qua quá trình làm dịu. Trong quá trình này, sự thay đổi nhiệt độ cần được kiểm sốt chặt chẽ để chocolate đạt được chất lượng cao. Thơng thường, quá trình được tiến hành như sau: nâng nhiệt độ khối ca cao lên 50oC và giữ khoảng 10 phút để các tinh thể chất béo tan hồn tồn; sau đĩ, hạ và giữ nhiệt độ ổn định khoảng 27oC để tạo điều kiện các tinh thể bơ ca cao bền được hình thành, kết hợp sự khuấy trộn đều để các tinh thể phân bố đều trong khối chocolate, nâng nhiệt độ của khối chocolate lên khoảng 33oC để làm chảy các tinh thể kém bền cịn sĩt lại trong khi các tinh thể bền khơng bị tan. Kết quả là sau cơng đoạn này, tinh thể chocolate rất bền và đều nên bề mặt của chocolate rất láng, mịn và bĩng. Sau quá trình làm dịu, chocolate sẽ được rĩt khuơn để tạo hình dạng mong muốn cho sản phẩm. Sau đĩ, để dễ dàng tách khuơn, chocolate sẽ được làm lạnh ở nhiệt độ 7-10oC, rồi mới đem đi tháo khuơn và bao gĩi. Cuối cùng, sau khi bao gĩi, chocolate sẽ đưa vào bảo quản ở 23oC hay ở nhiệt độ thường tùy theo từng loại chocolate. Chương 2- BƠ CA CAO VÀ PHÂN LOẠI CHOCOLATE 2.1. Phân loại chocolate Thành phần chính để sản xuất chocolate là bơ ca cao, bột ca cao, đường, sữa. Ngồi các thành phần chính trên, trong quy trình sản xuất chocolate, cịn cĩ bổ sung thêm một số phụ gia như: lecithin (chất tạo nhũ), các chất tạo mùi (vanille), chất ổn định và các chất bảo quản. Dựa vào thành phần phối trộn của các nguyên liệu chính trên, chocolate được phân thành 3 loại cơ bản: Dark chocolate (chocolate khơng cĩ sữa): thành phần chính gồm bột ca cao, bơ ca cao và đường. Trong đĩ bơ ca cao chiếm 22% theo trọng lượng. Hình 2.1: Một số loại chocolate đen (dark chocolate) Milk chocolate (chocolate sữa): thành phần chính gồm bột ca cao, bơ ca cao, đường, sữa. Trong đĩ bơ ca cao chiếm 25% và chất béo trong sữa chiếm khoảng 5% theo trong lượng. Hình 2.2: Một số loại chocolate sữa (milk chocolate) White chocolate (chocolate trắng): thành phần gồm bơ ca cao, đường, sữa. Trong đĩ phải cĩ ít nhất 20% bơ ca cao và 3.5% chất béo trong sữa theo trọng lượng. Hình 2.3: Một số loại chocolate trắng (White chocolate) Bảng 1: Thành phần hĩa học của một số sản phẩm chocolate (100g) Thành phần Đơn vị Chocolate đen Chocolate sữa Chocolate trắng Năng lượng Kcal 544 588 562 Glucid G 52.5 54.5 34.4 Lipid G 35.2 37.6 43.7 Nước G - - - Proteine G 5.6 8.7 18.7 Cellulose G 0 0 0 Tro G - - - Phospho Mg 138 218 - Canxi Mg 63 246 2000 Sắt Mg 2.9 1.7 2000 2.2. Bơ ca cao Bơ ca cao là nguyên liệu quan trọng nhất trong cơng nghệ sản xuất chocolate, cĩ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chocolate thành phẩm. Bơ ca cao được tạo thành bằng hai cách: ép bột ca cao nhào hoặc dùng một số dung mơi hữu cơ (tricloethylen, cyclohexan, rượu etylic, isopropylic…) để trích trực tiếp chất béo của hạt ca cao sau khi đã xay và loại mầm. Bảng 2: Thành phần chất béo trong bơ ca cao STT Tên triglycerid Phần trăm (%) Nhiệt độ nĩng chảy (oC) 1 Oleopanmetostearin 52 57 34,5 2 Oleodistearin 18 22 43,5 3 Oleodipanmitin 4 6 29 4 Dipanmitostearin 2,5 3,0 63 – 68 5 Dioleopanmitostearin 7 8 Nhiệt độ thường 6 Dioleostearin 6 12 nt 7 Oleolioleopanmitin 0,5 nt 8 Oleolioleostearin 4,5 nt 9 Acid béo tự do 1,1 nt Do trong thành phần của bơ ca cao cĩ chứa nhiều acid béo no cao như acid palmitic (C16-0), acid Stearic (C18-0) nên bơ ca cao cĩ dạng rắn ở nhiệt độ bình thường và tan chảy ở khoảng nhiệt độ 34-35oC. Vì vậy, khi sử dụng bơ ca cao để sản xuất chocolate đã tạo chocolate một tính chất đặc biệt, đĩ là khả năng tan chảy ngay trong miệng. Đây cũng là một phương pháp nhanh chĩng và hiệu quả để đánh giá chất lượng của chocolate. Bơ ca cao là chất béo cĩ giá thành rất cao. Do đĩ, người ta đã tiến hành nhiều nghiên cứu để tìm ra các chất béo khác thay thế cho nguyên liệu bơ ca cao nhằm làm giảm giá thành sản phẩm. Tuy nhiên, các chất thay thế chỉ giống bơ ca cao về tính chất vật lý và hĩa học mà khơng tạo được hương vị cũng như tính chất đặc trưng cho sản phẩm chocolate như bơ ca cao. Do đĩ, hàm lượng các chất thay thế được sử dụng trong sản xuất chỉ ở mức giới hạn, khơng vượt quá 20% so với bơ ca cao. Bảng 3: Một số tiêu chuẩn về bơ ca cao STT Tên chỉ tiêu chất lượng Tiêu chuẩn 1 Chỉ số acid (mg KOH/g) <4 2 Chỉ số xà phịng hĩa (mg KOH/g) 188 -195 3 Chỉ số Iod (gI2/100g) 32 – 42 4 Chỉ số kết tinh 45 – 50 5 Tỷ trọng (95oC/30 oC) 0,898 – 0,904 6 Thành phần chất béo : Acid Palmitic (C16-0) 22 – 25% Acid Stearic (C18-0) 34% – 36% Acid Oleic (C18-1) 37% – 40% Acid Linoleic (C18-2) 2% - 4% Bơ ca cao cĩ giá trị dinh dưỡng rất cao. Nĩ cung cấp đầy đủ các loại acid béo cần thiết cho cơ thể với một tỉ lệ tương đối phù hợp. Ngồi ra, thành phần acid béo linoleic trong bơ ca cao cịn là một loại acid béo quan trọng mà cơ thể khơng tổng hợp được. Acid béo này đĩng vai trị quan trọng trong việc tạo thành màng tế bào và chất kháng viêm trong cơ thể. Cũng như các loại chất béo khác ở trạng thái rắn, phân tử của bơ ca cao cĩ thể tồn tại ở nhiều dạng tinh thể khác nhau gọi là chất đa tinh thể (polymorphic). Do đĩ, khi thành phần các tinh thể thay đổi thì nhiệt độ nĩng chảy của chất béo cũng thay đổi. Tinh thể của chất béo cĩ 3 dạng cơ bản: α, β’, β. Tuy nhiên, nhiều chất béo cĩ nhiều hơn 3 dạng cơ bản này, các dạng trung gian β1, β2, β’1, β’2…. Dạng α : Các nhánh acyl kết tinh theo dạng lục lăng (hexagonal), khơng cĩ gĩc nghiêng nên được gọi là cấu trúc dạng H. Khoảng cách giữa các nhánh trong mạng kết tinh khoảng 0,42nm. Hình 2.4: Tinh thể dạng lục lăng (Hexagonal) Dạng β’ ’: Khoảng cách giữa các nhánh acyl kết tinh khơng đều đặn. Chúng kết tinh dưới dạng mạng orthorhombic. Khoảng cách giữa các nhánh cĩ thể trong khoảng 0,37–0,40nm hoặc trong khoảng 0,42–0,43nm. Giữa các nhánh kết tinh tạo thành các gĩc nghiêng trong khoảng từ 50o – 70o. Hình 2.5: Tinh thể dạng mạng (orthorhombic) Dạng β: Ở dạng thù hình b, các nhánh kết tinh lại dưới dạng tam tà (triclinic) với các gĩc nghiêng giữa các nhánh trong khoảng 500 – 700. Các nhánh acyl sắp xếp song song và chặt sít với nhau. Khoảng cách giữa các nhánh acyl khoảng 0,46nm. Cĩ một số điểm trong mạng, khoảng cách này bị rút ngắn thành 0,36–0,39nm. Hình 2.6: Tinh thể dạng tam tà(triclinic) Bảng 4: Các dạng tinh thể của bơ ca cao Dạng tinh thể Cấu trúc tinh thể Nhiệt độ nĩng chảy oC oF Dạng I b’2 16-18 61-67 Dạng II a 21-22 70-72 Dạng III Hỗn hợp 25.5 78 Dạng IV b’1 27-29 81-84 Dạng V b2 34-35 93-95 Dạng VI b1 36 97 Các dạng tinh thể bơ ca cao gồm: Dạng I (Form I): được tạo ra do làm lạnh nhanh ở nhiệt độ thấp, nĩ khơng bền và cĩ nhiệt độ nĩng chảy khoảng 17oC. Dạng I: nhanh chĩng chuyển sang dạng II cĩ nhiệt độ nĩng chảy 21-22oC. Dạng II: sẽ bị chuyển từ từ sang dạng III và dạng IV. Dạng IV: được tạo ra nếu chocolate khơng được xử lý nhiệt hoặc được xử lý nhiệt khơng triệt để rồi được đem đi làm lạnh. Dạng IV cũng nhanh chĩng bị chuyển sang dạng V (cấu trúc b). Đây là dạng bền nhất của tinh thể bơ ca cao do sự sắp xếp glyceride trong mạng tinh thể chất béo là chặt chẽ nhất, tạo ra cấu trúc mịn cho sản phẩm, do đĩ, kéo dài thời gian bảo quản. Dạng V: sẽ chuyển thành dạng VI nếu thời gian bảo quản dài (4 tháng) ở nhiệt độ phịng, dạng VI sẽ gây ra hiện tượng chocolate “nở hoa”. Hiện tượng này là do chất béo tái kết tinh thành những tinh thể lớn. Khi đĩ, các giọt glycerid lỏng di chuyển lên bề mặt và kết tinh làm cho bề mặt chocolate mờ và khơng láng bĩng. Chương 3- SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC TRONG CHẤT BÉO CỦA CHOCOLATE 3.1. Hiện tượng nở hoa chất béo 3.1.1. Định nghĩa Sự nở hoa chất béo là do sự thay đổi về cấu trúc trong chất béo của chocolate. Sự hình thay đổi cấu trúc này cĩ thể quan sát được trên bề mặt của chocolate. Chất béo bị nở hoa thường cĩ hình dạng như những cái lõi lớn cĩ kích thước khoảng 5mm, hơi trắng và nằm rải rác trên bề mặt chocolate. Nở hoa chất béo là một hiện tượng thường xảy ra trong đa số chất béo. 3.1.2. Cơ chế Hiện tượng nở hoa chất béo được nhận ra do làm mất sự bĩng lống, làm đục chứ khơng phá vỡ bề mặt chocolate. Nguyên nhân là do sự phát triển tinh thể lớn tạo nên một pha mới trong chất béo của chocolate. Những tinh thể lớn gây ra sự nhiễu xạ, phân tán ánh sáng làm cho bề mặt sản phẩm bị sậm màu. Sự hình thành pha mới cĩ 3 lý do: Sự thay đổi cấu hình. Sự thay đổi từ pha rắn sang hai pha (rắn + lỏng). Sự biến đổi cấu trúc từ pha rắn đồng nhất sang trạng thái pha rắn khơng đồng nhất. Hình 3.1: Hiện tượng nở hoa ở chocolate 3.1.3. Sự thay đổi cấu hình Chocolate là một sản phẩm cĩ hàm lượng béo rất cao nên trong quá trình tàng trữ sản phẩm, thường xảy ra hiện tượng nở hoa chất béo làm giảm giá trị của thành phẩm. Hiện tượng này xảy ra là do quá trình làm dịu khơng tốt, gây ra sự thay đổi từ dạng tinh thể b’-2 (IV) sang b2 -3 (V), hay b1 -3 (VI). Năm 2001, Sato và Koyano đã đưa ra cơ chế chi tiết của hiện tượng nở hoa chất béo. Họ cho rằng hiện tượng nở hoa chất béo là do sự thay đổi cấu hình theo hai cách, phụ thuộc vào nhiệt độ: Ở nhiệt cao (trên 25oC): ở nhiệt độ này, chất béo tồn tại ở trạng thái trung gian (giữa pha lỏng và pha rắn). Khi đĩ, các phân tử triglycerides trên bề mặt tinh thể dạng b2 -3 (V) cĩ xu hướng tan chảy thành dạng lỏng. Trong pha lỏng, các triglycerides này sẽ tái kết tinh thành dạng b2 -3 (V) ban đầu hoặc dạng b1 -3 (VI) trên bề mặt tinh thể b2 -3 (V) ban đầu hoặc trên bề mặt tinh thể đường. Chính sự hình thành các tinh thể dạng b1 -3 (VI) đã gây nên sự nở hoa chất béo. Khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử, tinh thể này cĩ dạng hình kim dài và mảnh. Khi nhiệt độ càng cao, sự nở hoa chất béo càng lớn do bơ càng hĩa lỏng và tốc độ thay đổi cấu hình tăng nhanh. Bảng 5: Quan sát sự thay đổi cấu hình tinh thể trong mẫu chocolate được bảo quản trong vài năm (Cebula & Ziegleder) Sau khi bảo quản 3.5 năm Mẫu thử 23oC 10oC chocolate đen chocolate đen + 2% milk fat chocolate đen +1% milk fat chocolate sữa VI VVV VVVV Sau khi bảo quản 4 năm Chocolate đen 23oC 18oC 10oC VI V V Ở nhiệt độ thấp (dưới 22oC): ở nhiệt độ này chất béo tồn tại ở dạng rắn nhiều hơn ở dạng lỏng. Chính vì vậy, quá trình tái kết tinh tạo mầm tinh thể dạng b1 -3 (VI) xảy ra bên trong tinh thể b2 -3 (V). Do đĩ, sự hình thành tinh thể dài hình kim này bị giới hạn và khơng thấy cĩ sự nở hoa chất béo mặc dù quá trình tái kết tinh vẫn xảy ra. Năm 1998, Bricknell và Hartel đã tiến hành thí nghiệm làm chocolate từ đường khơng kết tinh. Kết quả vẫn cĩ sự thay đổi cấu hình từ dạng V sang dạng VI. Tuy nhiên, trên bề mặt chocolate lại khơng cĩ hiện tượng nở hoa chất béo. Điều này dẫn đến kết luận rằng, để sự nở hoa chất béo xảy ra thì ngồi việc cần cĩ sự thay đổi cấu hình của chất béo, cịn cần cĩ một cơ chế thúc đẩy sự dịch chuyển chất béo lỏng lên bề mặt rắn nhằm thúc đẩy sự tái kết tinh, tạo tinh thể dạng kim. Năm 1975, Adernier, Ollivon, Perron và Chaveron cịn cho rằng sự thay đổi dang tinh thể khơng gây sự nở hoa chất béo. Từ những nghiên cứu này ta cĩ thể đưa ra kết luận rằng sự thay đổi cấu hình từ dạng V sang dạng VI chỉ là điều kiện cần gây ra sự nở hoa chất béo. 3.1.4. Cơ chế chuyển từ pha rắn sang pha rắn lỏng Cĩ thể giải thích hiện tượng chuyển pha như sau. Khi nhiệt độ tăng, chất rắn sẽ tan chảy ra thành chất lỏng làm thể tích tăng đột ngột. Điều này làm sinh ra một áp suất nén lớn bên trong lịng chất rắn, làm bề mặt chocolate bị vỡ ra hay cĩ lỗ; từ đĩ pha lỏng sẽ thốt ra ngồi. Vì vậy, pha rắn và pha lỏng bị tách ra khơng thể kết hợp lại như ban đầu. Khi nhiệt độ giảm, các chất béo trên bề mặt kết tinh, làm nở hoa chất béo trên bề mặt. 3.1.5. Cơ chế thay đổi cấu trúc pha rắn Thơng thường, pha béo của chocolate được hình thành từ nhiều chất béo khác nhau (ví dụ: 15% bơ ca cao + 85% chất béo lauric hay 30% bơ ca cao + 70% chất béo dạng trans). Khi tiến hành sản xuất chocolate, các loại chất béo này sẽ trộn lẫn vào nhau tạo thành một pha đồng nhất. Tuy nhiên, nếu việc đồng nhất khơng tốt thì trong quá trình tàng trữ từ vài tuần đến vài tháng, từng hợp chất béo này sẽ trở lại trạng thái cân bằng ban đầu của chúng và làm cho chocolate cĩ những thành phần riêng rẽ khơng đồng nhất. Và chỉ sau vài tuần sau khi các chất béo đạt trạng thái cân bằng, pha rắn ban đầu chuyển thành hai pha rắn và sự nở hoa xuất hiện. Để hạn chế hiện tượng này, ở khâu xử lý nhiệt, ta phải thực hiện việc đồng hĩa thật tốt khối chocolate. Khi đĩ, các chất béo khác nhau sẽ khơng cĩ điều kiện để trở lại trạng thái ban đầu và sự nở sẽ khơng xảy ra. 3.1.6. Biện pháp tránh nở hoa chất béo Điều chỉnh nhiệt độ kho bảo quản: nếu nhiệt độ thấp (thường < 15oC) thì sự thay đổi cấu hình và sự di chuyển đến trạng thái cân bằng diễn ra chậm. Đồng thời, trong quá trình bảo quản, cần tránh sự thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ vì điều này làm cho dầu lỏng thốt ra bề mặt và kích thích làm thay đổi cấu hình gây ra sự nở hoa chất béo. Dùng cơng thức thích hợp đối với chất béo: đối với hợp chất chocolate cĩ chứa nhiều chất béo lauric (chất béo cĩ chứa nhiều acid béo dạng trans) thì pha béo là rất quan trọng. Sự nở hoa thường xảy ra do cơ chế thứ ba gây ra. Do đĩ, ta nên lựa chọn một cơng thức phối trộn phù hợp. Dùng chất ức chế sự nở hoa chất béo: Trong sản xuất chocolate, người ta thường cho 1-2 % bơ sữa vào chocolate vì chất béo này cĩ ảnh hưởng tốt đối với sự thay đổi từ dạng V sang VI theo cơ chế thứ nhất. Nguyên nhân là do chất béo sữa cĩ những thành phần cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao hơn của bơ ca cao, nên cĩ khả năng chống lại sự nở hoa chất béo. Phần cất từ chất béo sữa cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao cĩ khả năng chống lại sự nở hoa chất béo tốt hơn so với bản thân chất béo bơ sữa; ngược lại phần chiết cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp lại gây ra hiện tượng nở hoa chất béo. Vì chúng hạ thấp nhiệt độ nĩng chảy của bơ ca cao. Do đĩ, chocolate dễ bị tan chảy dẫn đến nở hoa chất béo. Chất béo sữa đã được hydro hĩa thì cĩ khả năng chống lại sự nở hoa chất béo tốt hơn chất béo sữa chưa qua hydro hĩa (Campell, Andersen & Keeney, 1969; Hendrickx, de moor, 1971) Ngồi ra, để chống lại sự nở hoa chất béo, ta cịn cĩ thể sử dụng triglycerides. Khi cho thêm 10% StStO (Oleodistearin) vào bơ ca cao thì cĩ tác dụng làm chậm sự biến đổi từ dạng V sang dạng VI và tránh sự nở hoa (Ebihare, 1997; Arishima & McBrayer, 2002). Ưu điểm của chất này là khơng làm thay đổi nhiệt độ, độ cứng và khả năng tan chảy trong miệng của chocolate. Sử dụng stearin với hàm lượng thấp (dưới 5%) cũng cĩ vai trị như là chất kiềm hãm nở hoa chất béo. Đặc biệt, bổ sung thêm một ít dầu nhân cọ thì hiệu quả kiềm hãm sẽ tốt hơn (Fine, 2002). Trong trường hợp sử dụng chất béo lauric thay cho dầu nhân cọ thì hiện tượng nở hoa chất béo giả sẽ tăng lên (Padley, 1997) Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi trạng thái cấu trúc của chocolate theo thành phần phần trăm của chất béo lauric và nhiệt độ Hiện tượng nở hoa chất béo giả là hiện tượng xảy ra khi bảo quản chocolate ở nhiệt độ thấp hơn 10oC thì hiện tượng nở hoa xảy ra mãnh liệt trong nhiều ngày. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng đến nhiệt độ phịng thì sự nở hoa biến mất, bề mặt trở lại bĩng lống và sự nở hoa khơng xuất hiện nữa khi bảo quản ở nhiệt độ thấp. Cĩ thể giải thích hiện tượng này như sau: khi hạ nhiệt độ xuống 10oC thì trạng thái của hợp chất béo sẽ vượt qua đường hồ tan chuyển qua vùng trạng thái hai chất rắn và gây ra hiện tượng nở hoa ảo. Sau đĩ, khi nâng nhiệt độ thì hoa béo tan chảy, lan thành một lớp phim mỏng và kết tinh thành những tinh thể nhỏ tạo thành bề mặt láng bĩng. Ngồi ra cịn một số chất khác cĩ khả năng chống lại sự nở hoa chất béo rất hiệuquả: sucrose polyester, sorbotan tristearate (STS)và những ester sorbotan khác… Koyano, Hachiya & Sato (1990) nghiên cứu việc sử dụng mầm kết tinh trong quá trình làm dịu. Việc sử dụng mầm tinh thể này cĩ khả năng chống lại sự nở hoa. Nếu sử dụng bơ ca cao (dạng VI) với thành phần StOSt(1) (oleodistearin), BOB(pseudo-’) (oleodidibehenin), BOB(2) và StStSt() (tristearin) thường làm tăng tốc độ kết tinh của chocolate đen. Sự hiện diện của nhiều loại chất béo trong hỗn hợp này sẽ dễ gây ra hiện tượng nở hoa chất béo. Nguyên nhân chính là do các chất béo cĩ nhiệt độ tan chảy thấp sẽ dễ dàng tan chảy và kết tinh trở lại trạng thái ban dầu như lúc chưa đồng hố. Như vậy, trong hỗn hợp chocolate sẽ bị thay đổi cấu trúc và sự nở hoa xảy ra. Riêng đối với tryglycerides BOB được xem ra là thành phần cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao và được xem là tác nhân mầm tinh thể cĩ khả năng chống lại sự nở hoa chất béo. Cho 5 % BOB vào chocolate thì khi tăng nhiệt độ lên 40oC, BOB vẫn ở trạng thái rắn. Vì vậy, BOB đĩng vai trị như một mầm tinh thể khi tiến hành tái kết tinh chocolate. Do đĩ, vậy mà chocolate cĩ chứa BOB luơn luơn kết tinh ở dạng V và hiện tượng nở hoa khơng xảy ra. Tuy nhiên, BOB cĩ giá thành rất đắt nên khơng phải bất cứ nước nào trên thế giới cũng cĩ thể sử dụng BOB trong cơng nghệ sản xuất chocolate. Làm dịu chocolate đến dạng VI: làm dịu chocolate đến dạng tinh thể VI. Khi đĩ, cấu hình chocolate ở dạng ổn định và sự nở hoa do cơ chế thứ nhất sẽ khơng xảy ra. Tuy chocolate khơng nở hoa, nhưng điểm nĩng chảy của chocolate sẽ cao hơn mức bình thường nên chocolate sẽ ít ngon hơn. Tài liệu tham khảo Giáo trình Cơng nghệ lên men – Trường Cao Đẳng Cơng Nghiệp 4 (Lưu hành nội bộ), 2004. Quách Đĩnh, Nguyễn Văn Tiếp, Nguyễn Văn Thoa (1996), Cơng nghệ sau thu hoạch và chế biến rau quả, NXB Khoa học và Kỹ thuật.