Bước đầu nghiên cứu sản xuất bột cacao bằng phương pháp lên men có bổ sung vi sinh vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CACAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2001-2005 Sinh viên thực hiện: HOÀNG VĂN TIẾN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************* BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CACAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG HOÀNG VĂN TIẾN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2005 LỜI CẢM TẠ Cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Nông Lâm TP.HCM và tất cả các Giảng Viên trong và ngoài Bộ môn Công Nghệ Sinh Học đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt bốn năm học tại trường. Chân thành biết ơn thầy hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ tôi hết mình trong những lúc gặp khó khăn khi làm luận văn. PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG Chân thành nhớ ơn các thầy cô và anh chị tại Bô môn Công Nghệ Sinh Học trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong lúc tôi thực tập tại trường. Do hạn chế về thời gian cũng như kiến thức nên luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, tôi rất mong nhận được sự góp ý chân thành của quí thầy cô và của các bạn. TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08/2005 HOÀNG VĂN TIẾN iii TÓM TẮT HOÀNG VĂN TIẾN, Đại học Nông lâm TP. Hồ Chí Minh. Tháng 8/2005. “BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CA CAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT”. Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG. Trong thành phần hạt ca cao tươi, hàm lượng pectin và cellulose chiếm tỷ lệ cao (11% và 16%). Hai thành phần khó phân giải này làm cản trở chiết chất hòa tan của bột ca cao. Do đó, chúng tôi sử dụng phương pháp lên men bổ sung nấm mốc Asp. niger có khả năng sinh pectinase và cellulase cao để phân giải hai thành phần trên giúp làm tăng lượng chất hòa tan của bột ca cao. Những kết quả đạt được: ¾ Tuyển chọn được giống Asp. niger lấy từ phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ sinh học Đại học Bách Khoa TP.HCM có khả năng sinh pectinase (650 đvht/g MT) và cellulase (2.3 UI/g MT) thích hợp sử dụng để lên men. ¾ Chế phẩm sinh học sử dụng lên men tối ưu có tỷ lệ giống Asp. niger : bột mì rang là 1 : 3 ¾ Lượng chế phẩm sử dụng tối ưu là 1% khối lượng hạt lên men, độ ẩm khối lên men là 60 %, thời gian lên men 96 giờ ¾ Độ hòa tan của bột ca cao được lên men có bổ sung Asp. niger (4.3) cao hơn độ hòa tan của bột ca cao được lên men không bổ sung vi sinh vật (2.1). iv v MỤC LỤC TRANG Bìa....................................................................................................................................i Trang tựa........................................................................................................................ ii Lời cảm tạ ..................................................................................................................... iii Tóm tắt...........................................................................................................................iv Mục lục ...........................................................................................................................v Danh sách chữ viết tắt ................................................................................................ viii Danh sách các bảng .......................................................................................................ix Danh sách các hình.........................................................................................................x PHẦN 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.............................................................................3 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY CA CAO........................................................................3 2.1.1 Lịch sử .......................................................................................................3 2.1.2 Các đặc điểm của cây cacao......................................................................5 2.1.2.1 Thực vật học ....................................................................................................5 2.1.2.2 Đặc điểm hình thái...........................................................................................5 2.1.2.3 Đặc điểm sinh thái ...........................................................................................6 2.1.2.4 Thành phần hóa học của trái ca cao.................................................................7 2.1.3 Tình hình trồng và sản xuất ca cao tại Việt Nam......................................7 2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO .....................................................10 2.2.1 Công nghệ ca cao thô ..............................................................................10 2.2.1.1 Ủ hạt ca cao ...................................................................................................10 2.2.1.2 Các phương pháp ủ hạt ca cao.......................................................................12 2.2.1.3 Phơi và sấy ca cao .........................................................................................13 2.2.2 Qui trình sản xuất bột cacao....................................................................14 2.2.2.1 Loại bỏ tạp chất .............................................................................................14 2.2.2.2 Xử lý nhiệt .....................................................................................................14 2.2.2.3 Rang...............................................................................................................14 2.2.2.4 Nghiền thô và phân ly....................................................................................16 2.2.2.5 Kiềm hoá .......................................................................................................17 2.2.2.6 Sấy bột kiềm ..................................................................................................18 2.2.2.7 Nghiền mảnh nhân.........................................................................................18 2.2.2.8 Ép...................................................................................................................18 2.2.2.9 Xay bánh dầu.................................................................................................18 2.2.2.10 Sàng ..............................................................................................................19 2.3 GIỚI THIỆU VỀ CELLULOSE, PECTIN, CELLULASE, PECTINASE.......19 2.3.1 Giới thiệu cellulose .................................................................................19 2.3.2 Giới thiệu enzyme cellulase ....................................................................20 2.3.3 Giới thiệu về pectin .................................................................................21 2.3.4 Giới thiệu enzyme pectinase ...................................................................22 PHẦN 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................25 3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI........................................25 3.2 NGUYÊN LIỆU ................................................................................................25 3.2.1 Trái cacao ................................................................................................25 vi 3.2.2 Giống vi sinh vật .....................................................................................25 3.2.3 Nguyên liệu làm môi trường ...................................................................26 3.3 MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH VẬT ....................................................26 3.3.1 Môi trường thạch malt.............................................................................26 3.3.2 Môi trường nhân giống............................................................................27 3.3.3 Chế phẩm sinh học ..................................................................................28 3.4 DỤNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ..........................................................29 3.4.1 Dụng cụ và thiết bị ..................................................................................29 3.4.2 Hóa chất cho phân tích ............................................................................30 3.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................................31 3.5.1 Phương pháp thiết kế thí nghiệm ............................................................31 3.5.1.1 Tuyển chọn giống Asp. niger thích hợp nhất cho quá trình lên men ............31 3.5.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ: giống Asp. niger/bột mì rang của chế phẩm lên men đến độ hòa tan và cường độ màu .....................................................31 3.5.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chế phẩm enzyme sử dụng để lên men đến độ hòa tan và cường độ màu..........................................................................31 3.5.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm của khối lên men đến độ hòa tan và cường độ màu ...........................................................................................................32 3.5.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lên men đến độ hòa tan và cường độ màu ................................................................................................................32 3.5.1.6 So sánh độ hòa tan và cường độ màu của bột ca cao từ phương pháp lên men truyền thống và bột ca cao từ phương pháp lên men có bổ sung vi sinh vật.32 3.5.2 Phương pháp vi sinh vật ..........................................................................32 3.5.2.1 Phương pháp cấy truyền và giữ giống...........................................................32 3.5.2.2 Phương pháp nhân giống ...............................................................................33 3.5.3 Phương pháp hóa lý.................................................................................33 3.5.3.1 Xác định độ ẩm..............................................................................................33 3.5.3.2 Phương pháp xác định độ hòa tan và cường độ màu của dung dịch ca cao ..33 3.5.3.3 Phương pháp xác định bước sóng mà dung dịch ca cao hấp thu mạnh nhất .34 3.5.4 Phương pháp hóa sinh .............................................................................34 3.5.4.1 Các phương pháp xác định các thành phần chủ yếu của hạt cacao ...............34 3.5.4.2 Các phương pháp xác định hoạt tính enzyme của Asp. niger .......................39 3.5.5 Qui trình sản xuất bột ca cao trong phòng thí nghiệm ............................42 PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................43 4.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA HẠT CA CAO..............43 4.2 TUYỀN CHỌN GIỐNG VI SINH VẬT THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH LÊN MEN HẠT CA CAO.........................................................................................44 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ GIỮA GIỐNG VI SINH VẬT VỚI BỘT MÌ RANG ĐẾN ĐỘ HÒA TAN, CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA BỘT CA CAO.........45 4.3.1 Ảnh hưởng đến độ hòa tan ......................................................................45 4.3.2 Ảnh hưởng đến cường độ màu ................................................................46 4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG CHẾ PHẨM SINH HỌC SỬ DỤNG ĐỂ LÊN MEN ĐẾN ĐỘ HÒA TAN, CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA BỘT CA CAO ...........47 4.4.1 Ảnh hưởng đến độ hòa tan ......................................................................48 4.4.2 Ảnh hưởng đến cường độ màu ................................................................49 4.5 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM KHỐI LÊN MEN ĐẾN ĐỘ HÒA TAN, CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA BỘT CA CAO.........................................................50 4.5.1 Ảnh hưởng đến độ hòa tan ......................................................................50 4.5.2 Ảnh hưởng đến cường độ màu. ...............................................................51 vii 4.6 ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN LÊN MEN ĐẾN ĐỘ HÒA TAN, CƯỜNG ĐỘ MÀU CỦA BỘT CA CAO ........................................................................52 4.6.1 Ảnh hưởng đến độ hòa tan ......................................................................52 4.6.2 Ảnh hưởng đến cường độ màu ................................................................53 4.7 SO SÁNH ĐỘ HÒA TAN VÀ CƯỜNG ĐỘ MÀU GIỮA BỘT CA CAO ĐƯỢC LÊN MEN CÓ VÀ KHÔNG BỔ SUNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN ............................................................................................54 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐÊ NGHỊ.........................................................................56 5.1 KẾT LUẬN .......................................................................................................56 5.2 KIẾN NGHỊ.......................................................................................................56 PHẦN 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................57 Danh sách các chữ viết tắt ACDI: Agricultural Cooperative Development International VOCA: Volunteers in Overseas Cooperative Assistance USDA: United States Department of Agriculture USAID: United States Agency for International Development PSOM: Programme for Co-operation with Emerging Markets FAO: Food and Agriculture Organization viii ix Danh sách các bảng TRANG Bảng 2.1: Sản lượng ca cao trên thế giới trong các năm (đơn vị ngàn tấn) ....................4 Bảng 2.2: Các thành phần của hạt cacao tươi, tính theo % trọng lượng tươi..................7 Bảng 2.3: Các tỉnh trồng ca cao ở Việt Nam...................................................................9 Bảng 4.1: Các thành phần chủ yếu có trong hạt ca cao tươi .........................................43 Bảng 4.2:So sánh hoạt tính enzyme cellulase và pectinase do hai giống Asp. niger lấy từ trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên và Đại Học Bách Khoa tạo ra........44 Bảng 4.3: Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa giống vi sinh vật với bột mì rang đến độ hòa tan45 Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa giống vi sinh vật với bột mì rang đến cường độ màu................................................................................................................46 Bảng 4.5: Ảnh hưởng của lượng chế phẩm sinh học đến độ hòa tan............................48 Bảng 4.6: Ảnh hưởng của lượng chế phẩm sinh học đến cường độ màu......................49 Bảng 4.7: Ảnh hưởng của độ ẩm khối lên men đến độ hòa tan ....................................50 Bảng 4.8: Ảnh hưởng của khối lên men đến cường độ màu .........................................51 Bảng 4.9: Ảnh hưởng của thời gian lên men đến độ hòa tan ........................................52 Bảng 4.10: Ảnh hưởng của thời gian lên men đến cường độ màu................................53 Bảng 4.11: So sánh độ hòa tan và cường độ màu của hai mẫu ca cao có và không bổ sung vi sinh vật trong quá trình lên men.......................................................54 x Danh sách các hình TRANG Hình 2.1: Cấu trúc của cellulose....................................................................................19 Hình 2.2: Sơ đồ tác động enzyme cellulase lên cellulose theo Mandels và Reese .......21 Hình 2.3: Cấu trúc của axit polygalacturonic................................................................22 Hình 2.4: Sơ đồ phân cắt của enzym pectinesterase. ....................................................22 Hình 2.5: Sơ đồ phân cắt của enzym transeliminase.....................................................23 Đồ thị 4.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống/bột mì rang đến độ hòa tan..............................45 Đồ thị 4.2: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống/bột mì rang đến cường độ màu........................47 Đồ thị 4.3: Ảnh hưởng của lượng chế phẩm sinh học đến độ hòa tan ..........................48 Đồ thị 4.4: Ảnh hưởng của lượng chế phẩm đến cường độ màu ..................................49 Đồ thị 4.5: Ảnh hưởng của độ ẩm khối lên men đến độ hòa tan...................................50 Đồ thị 4.6: Ảnh hưởng của độ ẩm khối lên men đến cường độ màu ............................51 Đồ thị 4.7: Ảnh hưởng của thời gian lên men đến độ hòa tan.......................................52 Đồ thị 4.8: Ảnh hưởng của thời gian lên men đến cường độ màu ................................53 1 PHẦN 1. MỞ ĐẦU Trên thế giới, cây ca cao (Theobroma cacao) và những sản phẩm từ nó đã có lịch sử lâu đời. Những sản phẩm từ cây ca cao luôn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Sản phẩm chính của cây ca cao là hạt ca cao được sử dụng làm nguyên liệu trong công nghiệp chế biến và thực phẩm và là sản phẩm hoàn chỉnh hay bán hoàn chỉnh trong các ngành công nghiệp khác. Hiện nay, tại Việt Nam trong chiến lược phát triển cây công nghiệp của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, cây ca cao đang rất được chú trọng. Cây ca cao được khuyến khích trồng ở nhiều địa phương nhằm đạt mục tiêu 10000 ha vào năm 2010. Sản lượng ca cao trong tương lai sẽ rất lớn, nhưng hiện nay ở nước ta việc chế biến ca cao vẫn còn bằng phương pháp thủ công, hiệu quả không cao. Đưa đến tình trạng nhà nông nghiệp trồng ca cao và các nhà chế biến rất lo ngại về đầu ra của cây ca cao. Trong công nghệ chế biến ca cao, giai đoạn lên men là giai đoạn bắt buộc và quan trọng nhất. Giai đoạn này quyết định rất lớn chất lượng sau này của sản phẩm từ ca cao. Do đó, đề tài BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CA CAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT được tiến hành. Trong phạm vi của đề tài này, chúng tôi bước đầu quan tâm đến ảnh hưởng của việc bổ sung vi sinh vật trong quá trình lên men đến khả năng chiết chất hòa tan của bột ca cao. Mục đích của đề tài: 9 Nghiên cứu xác định những điều kiện tối ưu cho quá trình lên men hạt ca cao trong công nghệ chế biến bột ca cao 9 Nghiên cứu bổ sung vi sinh vật để tăng lượng chất hòa tan của bột ca cao 9 Xây dựng qui trình sản xuất bột ca cao ở qui mô phòng thí nghiệm Những nội dung cần nghiên cứu của đề tài: 9 Xác định thành phần của hạt ca cao 9 Tuyển trọn giống vi sinh vật thích hợp cho quá trình lên men 9 Nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học cho quá trình lên men 2 9 Nghiên cứu những điều kiện tối ưu cho quá trình lên men hạt ca cao 9 So sánh lượng chiết chất hòa tan thu được giữa hai phương pháp truyền thống và phương pháp có bổ sung vi sinh vật 3 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY CA CAO 2.1.1 Lịch sử Cây ca cao (Theobroma cacao L.) có nguồn gốc từ những khu rừng nhiệt đới Amazon, nhưng những giống hoang dại cũng được tìm thấy từ Mexico đến Peru. Người Mayas ở Yucatan và người Aztec ở Mexico đã trồng cây ca cao từ rất lâu trước khi chúng được đưa tới châu Âu. Những người Nam Mỹ cổ đại rất thích uống ca cao trộn với gia vị và bột ngô. Họ tin rằng ca cao là món ăn của thượng đế và chỉ có hoàng tộc mới được sử dụng. Từ “cacao” xuất phát từ tiếng Maya còn người Aztec gọi chúng là cacauatol nghĩa là nước ca cao. Đầu thế kỉ 16, người Tây Ban Nha xâm lược Mexico và sau đó đổi tên cacauatol thành chocolatol. Sau đó từ chocolatol được đổi thành chocolate vào khoảng cuối thế kỉ 16 và tên gọi đó được giữ đến bây giờ. Do đó từ “chocolate” có nghĩa nguyên thủy là “nước cacao” (Chiyoda, Sakado-shi, Saitama, 2003). Vào năm 1754, nhà sinh vật học người Thụy Điển Carl von Linné dùng tên “Theobroma” – món ăn của thượng đế - để chỉ loài cacao (Iwao Hachiya, 2003). Ngày nay, tất cả các cây cacao trồng đều xếp vào loài Theobroma. Do người Tây Ban Nha thích nước giải khát có vị ngọt, cho nên không bao lâu sau chocolate đã được tiêu thụ phổ biến tại Tây Ban Nha và từ đây cây cacao được mang vào trồng ở các thuộc địa của đế quốc Tây Ban Nha thời ấy. Cuối thế kỉ 16, cây cacao trồng hầu khắp ở các vùng nhiệt đới Trung và Nam Mỹ và trên nhiều hòn đảo ở vùng Caribbe như Trinidad, Grenada, St. Lucia…, mà chủ yếu là ở Trinidad. Người Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, và Hà Lan về sau cũng đưa cây cacao vào các hòn đảo West Indies (Cuba, Dominica, Jamaica), Đông Nam Á (Philippines, Indonesia) và Ceylon (Sri Lanka) (Phạm Trí Thông, 1999). Việc khuyến khích trồng cacao trong suốt thế kỉ 19 có liên quan đến sự phát triển của kĩ nghệ chocolate ở Châu Âu. Những xí nghiệp lớn thành lập trong thời kì bấy giờ như David: 1804, Hindebrand: 1987, Van Houten: 1815, Menier: 1825, Suchard: 1826, Kohler; 1830, Cadbury: 1831,…Bước đột phá mạnh mẽ nhất là sự phát minh ra máy 4 ép để ép chất bơ cacao của một người Hà Lan tên là Van Houten. Điều này cho phép người ta có thể lấy bớt dầu từ cacao, kết quả là sản phẩm bột cacao thu được có ít chất béo, dễ uống và thuận lợi cho chế biến. Sau đó không lâu, người ta lại thấy rằng đem trộn bơ cacao với bột cacao và đường thì có thể chế biến được một loại thực phẩm tuyệt ngon và có thể đóng khuôn được: chocolate. Chocolate ra đời và đưa ra bán lần đầu vào năm 1847 ở Châu Âu. Năm 1876 đánh dấu một sự phát triển mới trong kỹ nghệ chế biến chocolate sữa do một người Thụy Sỹ tên là Daniel Peter phát minh. Ông đã thêm sữa vào chocolate để tạo ra các sản phẩm giống chocolate ngày nay. Trong thế kỉ 20, sản xuất cacao phát triển với qui mô rất lớn vì có sự mở rộng cực kì nhanh chóng các diện tích cây cacao ở Châu Phi. Từ năm 1985, các nước Châu Á bắt đầu phát triển mạnh cacao, trước hết là ở các nước Malaysia, Ấn Độ, Sri Lanka… (Phạm Trí Thông, 1999) Bảng 2.1: Sản lượng ca cao trên thế giới trong các năm (đơn vị ngàn tấn) 1999 2000 2001 2002 Thế giới 2737 3073 2825 2807 Brazil 164 124 163 125 Cộng hòa Dominica 49 37 45 45 Ecuador 69 95 89 80 Cameron 121 115 135 125 Bờ biển ngà 1128 1409 1175 1210 Ghana 377 437 395 355 Nigeria 174 165 180 170 Indonesia 349 410 385 420 Malaysia 80 45 35 45 (nguồn: Tổ chức lương thực thế giới, FAO) 5 2.1.2 Các đặc điểm của cây cacao 2.1.2.1 Thực vật học Cây cacao (Theobroma cacao) thuộc: ¾ Thứ (genus) Thebroma cacao L. ¾ Họ (Family) Sterculiaceae. Thứ Theobroma gồm 22 loài, trong đó chỉ có loài Theobroma cacao là có giá trị kinh tế. Theobroma cacao được chia ra làm 2 loài phụ : ¾ Criollo: có nguồn gốc từ Trung Nam Mỹ. Đặc điểm rất thơm, ít đắng nhưng năng suất thấp, khả năng kháng bệnh kém, trồng 4-5 năm mới có trái. Hiện nay giống này không được trồng phổ biến ¾ Forastero: là các giống cacao thường gặp ở Brazil và Tây Phi, Trung Nam Mỹ, Malaysia, Indonesia…Đặc điểm: năng suất cao và kháng sâu bệnh nhưng chất lượng trung bình. Hiện chiếm 80 % nguyên liệu sản xuất chính trên thế giới. Ngoài ra còn có nhóm Trinitario là nhóm lai giữa hai nhóm Criollo và Forastero. Đặc điểm: năng suất cao và kháng bệnh tốt. Chiếm 15 % sản lượng chế biến của thế giới. (Intermediate technology development group,1999). 2.1.2.2 Đặc điểm hình thái Cacao là loài cây thân gỗ nhỏ có thể cao đến 10 - 20 m nếu mọc tự nhiên trong rừng. Trong sản xuất do trồng mật độ cao và khống chế sự phát triển thông qua tỉa cành nên cây thường có chiều cao trung bình khoảng 5 - 7 m, đường kính thân từ 10 - 18 cm. Cacao sinh trưởng tốt dưới bóng che, do đó có thể trồng xen với các loại cây kinh tế khác. Thời kỳ kinh doanh hiệu quả có thể kéo dài từ 25 - 40 năm. Lá dài 25 cm, màu đậm, hình gân lông chim. Thân cây do thụ tinh, mỗi năm cho đến hàng nghìn hoa ở thân chính và cành to nhưng chỉ có 1 - 3 % thành trái. Sau khi thụ phấn trái tăng trưởng chậm trong khoảng 40 ngày đầu và đạt tốc độ tối đa sau 75 ngày. Sau khi thụ phấn 85 ngày sự tăng trưởng của trái chậm lại, trong khi hạt bên trong trái bắt đầu tăng trưởng nhanh, đây cũng là thời kỳ hạt tích luỹ chất béo. Lớp cơm nhầy hình thành khoảng 140 ngày sau khi thụ phấn. 6 Trái cacao có thể đạt chiều dài 10 - 30 cm, đường kính 7 - 9 cm, cân nặng từ 200 - 1000 g. Tuỳ theo từng loài, hình dạng của trái thay đổi từ hình cầu, hình dài và nhọn, hình trứng hoặc hình ống. Màu sắc của trái khá đa dạng, có loại trái màu xanh, màu vàng có loại màu đỏ. Khi hạt tăng trưởng tối đa, trái vào giai đoạn chín. Trái chín không nở bung ra và ít khi rụng khỏi cây. Từ khi thụ phấn đến trái chín kéo dài từ 5 - 6 tháng tuỳ theo giống. Mỗi trái chứa từ 30 - 40 hạt. Mỗi hạt có lớp cơm nhầy bao quanh có vị chua, ngọt, thơm và xếp thành 5 dãy. Thời gian thu hoạch thay đổi theo từng vùng canh tác, đối với các nước nằm ở phía Bắc xích đạo, thời gian thu hoạch vụ chính thường từ tháng 9 đến tháng 12 và vụ hai từ tháng 4 đến tháng 6. (Phạm Trí Thông, 1999) 2.1.2.3 Đặc điểm sinh thái Cây cacao thường được trồng trong khoảng từ xích đạo đến vĩ độ 20. Nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng là từ 30 - 30 oC, nhiệt độ thấp nhất cho phép là 18oC. Lượng mưa hàng năm thích hợp nhất trong khoảng 1150 đến 3000 mm Đất trồng nên xốp và ẩm. Ẩm độ thích hợp nhất từ 70 - 80 % Cây cacao là loại cây ưa bóng mát. Cây cacao lúc đầu cần 25 - 50 % ánh sáng, nhu cầu về bóng mát giảm đi khi cây cacao đã phát triển để tự đảm bảo được tán che cho mình. Che sáng làm giảm nhu cầu phân bón đến một mức độ nhất định. Sau đó muốn tăng độ chiếu sáng để đạt năng suất cao thì phải đảm bảo đủ ẩm cho đất và tăng lượng phân bón. Cách nhân giống hiệu quả nhất là từ hạt (Intermediate technology development group, 1999). Việc tạo cây con làm giống bằng cách ghép hạt tại hố trồng không thuận lợi bằng gieo hạt tại vườn ươm, sau 4 - 6 tháng đưa cây con ra đất trồng. Ngoài ra, người ta còn nhân giống ca cao bằng phương pháp vô tính như: giâm, ghép và chiết cành. 7 2.1.2.4 Thành phần hóa học của trái ca cao Bảng 2.2: Các thành phần của hạt cacao tươi, tính theo % trọng lượng tươi Thành phần Chất nhầy (Mucilage/Sweating) Vỏ hạt (Shell/Testa) Phôi nhũ (Cotyledon/Kernel) Nước 84.5 9.4 35 Chất béo (bơ cacao) - 3.8 31.3 Carbohydrates +Cellulose +Tinh bột +Pentosans +Sucrose +Glucose + Fructose - - 2.7 0.7 10.0 13.8 46.0 - - - 3.2 4.5 4.9 - 1.1 Nitrogen +Protein +Theobromine +Enzyme Polyphenols 0.6 - - - 18.0 - - 0.8 8.4 2.4 0.8 5.2 Acid hữu cơ Citric và Acetic,Oxalic 0.7 - 0.6 Muối khoáng 0.8 8.2 2.6 Tổng số 100.0 100.0 100.0 (nguồn: F. Hardy) 2.1.3 Tình hình trồng và sản xuất ca cao tại Việt Nam Hiện nay, việc phát triển cây ca cao tại nước ta dựa theo vùng quy hoạch sản xuất. Mặc dù điều kiện của các địa phương đều thích hợp cho cây phát triển. Song hạt 8 ca cao chỉ mới là mặt hàng để xuất khẩu. Trong nước hiện chưa có cơ sở tiêu thụ sản phẩm. Một lượng nhỏ sản lượng ca cao được các cơ sở thủ công tại địa phương thu mua và sản xuất theo phương pháp thủ công. Với dự án Success Alliance được triển khai ở nước ta từ năm 2002, người nông dân trồng ca cao được hỗ trợ mọi mặt. Đây là một chương trình do Bộ Nông nghiệp Mỹ hỗ trợ và tổ chức phi Chính phủ Mỹ ACDI- VOCA triển khai để hỗ trợ đào tạo về kĩ thuật giúp nông dân trồng ca cao đạt chất lượng xuất khẩu, đồng thời liên kết các tổ chức thu mua, chế biến sản phẩm cho người nông dân. Hiện tại, Bộ nông nghiệp Mỹ (USDA) đang hỗ trợ 4 triệu USD để mở các đợt tập huấn cho nông dân trồng và nâng cao diện tích canh tác cây ca cao; Cơ quan phát triển quốc tế Mỹ (USAID) tài trợ 800000 USD để giúp Việt Nam trở thành một nước cung cấp hạt ca cao đã lên men có chất lượng cao và chương trình PSOM của Chính phủ Hà Lan giúp Việt Nam phát triển thành nhà sản xuất ca cao đạt tiêu chuẩn chất lượng với mức hỗ trợ là 650000 USD. Bên cạnh việc nhập giống từ nước ngoài vào, trong nước cũng đang tiến hành khai thác nguồn giống sẵn có ở trong nước. Thực ra, cây ca cao đã có mặt ở Việt Nam từ rất lâu nhưng do không tiêu thụ được sản phẩm nên chúng không được xem là cây trồng chính mang lại nguồn thu nhập. Nhưng cây lại có hình dáng đẹp nên vẫn được người dân giữ lại trồng làm cảnh. Nhờ đó mà ngày nay các chuyên gia nghiên cứu trong nước đã dựa trên những cây giống còn giữ lại lựa chọn và nhân rộng những giống có năng suất cao đáp ứng nhu cầu cây giống cho nông dân. Với sự giúp đỡ của các tổ chức quốc tế, diện tích trồng cây ca cao ngày càng được mở rộng. Cụ thể, sẽ nâng diện tích trồng ca cao từ 3000 ha hiện nay lên 10000 ha vào năm 2010, tập trung tại các tỉnh Bến Tre, Bình Phước và Đắk Lắk. Có nhiều mô hình trồng ca cao đang được áp dụng ở Việt Nam. Phổ biến nhất là mô hình trồng xen lẫn các loại cây khác như dừa, cà phê, tiêu, nhãn, cam , điều, chuối, sầu riêng… Ưu điểm của mô hình này là tận dụng được bóng mát của những cây có sẵn trong giai đoạn đầu phát triển của cây ca cao. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, qua 3 năm trồng thử nghiệm tại Việt Nam, cây ca cao đã phát triển tốt, hiệu quả kinh tế cao hơn các loại cây trồng khác như cà phê, điều... 9 Tuy nhiên, đầu ra của ca cao vẫn còn là nỗi băn khoăn của người nông dân. Hiện nay, đa số những trái ca cao thu hoạch được đưa vào để nhân giống. Một lượng nhỏ ca cao được các cơ sở sản xuất thủ công tại địa phương thu mua và chế biến theo phương pháp thủ công. Sản phẩm thường là bột ca cao hòa tan uống liền hay để trộn vào các sản phẩm như kẹo dừa, bánh. Một lượng rất ít còn lại được xuất khẩu. Bảng 2.3: Các tỉnh trồng ca cao ở Việt Nam STT Tỉnh Năm 2003 (ha) Năm 2004 (ha) 1 Bà Rịa - Vũng Tàu 28 100 2 Bến Tre 260 500 3 Bình Định 10 4 Bình Dương 5 5 Bình Phước 74 6 Cần Thơ 2 7 Đắc Lắc 506 990 8 Đồng Nai 25 15 9 Gia Lai 5 10 Hồ Chí Minh 3 11 Lâm Đồng 10 10 12 Long An 2 13 Phú Yên 5 14 Quảng Ngãi 50 15 Tây Ninh 5 16 Tiềng Giang 7 50 17 Đắc Nông 120 18 Vĩnh Long 5 19 Các tỉnh khác 120 Tổng Cộng 1002 1905 10 2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO Hạt ca cao thô là nguyên liệu quan trọng của kỹ nghệ ca cao và chocolate. Từ hạt ca cao thô sản xuất ra: ¾ Những sản phẩm bán hoàn chỉnh cung cấp cho các kỹ nghệ khác như: o Bột chocolate nhồi để các nhà máy bánh kẹo sản xuất ra chocolate, bánh quy, bánh ngọt… o Bột ca cao dùng nhiều vào kỹ nghệ thực phẩm làm ra sản phẩm ngọt như: nước ngọt, nước ca cao o Bơ ca cao dùng vào nghề mứt chocolate, mỹ phẩm dược phẩm. ¾ Những sản phẩm hoàn chỉnh đưa thẳng vào tiêu dùng như: o Chocolate tấm (để nấu, nhai, ngậm, pha sữa…) chocolate bột (tan hoặc không tan) o Mứt kẹo chocolate ¾ Những phế liệu của kỹ nghệ này như khô dầu trong chiết ép lấy bơ ca cao, chất béo chiết từ vỏ và mầm, đều có thể thu nhặt để chăn nuôi, làm phân, làm xà phòng. 2.2.1 Công nghệ ca cao thô 2.2.1.1 Ủ hạt ca cao Ủ hạt là khâu quan trọng nhất trong ngành chế biến ca cao. Các mục đích của việc ủ là: ¾ Gây ra những thay đổi sinh hóa học trong phôi nhũ (cotyledon), để làm giảm vị đắng và chát trong hạt ca cao; đồng thời làm khơi mào cho sự phát triển các hương vị, và màu sắc trong quá trình rang hạt sau này ¾ Làm cho phôi nhũ nở rộng hơn và giòn, dẫn đến lớp vỏ hạt (testa) hở ra và diệt được rễ mầm (radicle) trong hạt ca cao. ¾ Hóa lỏng và loại bỏ cho hết lớp nhầy (pulp, sweating) bao quanh hạt ca cao tươi giúp thuận lợi cho quá trình sấy hạt tiếp theo. 11 Quá trình lên men i. Sự lên men của lớp nhầy Lớp nhầy chiếm khoảng 15-20 % trọng lượng của hạt ca cao tươi và chứa một trữ lượng đường cao, pH khoảng 3.5. Theo Roelfsen có khoảng 24 loài vi sinh vật được tìm thấy trong một khối ca cao đang lên men, nhưng chỉ có một số ít trong số đó là được biết đến vai trò của chúng. Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men dưới sự tác động của các vi sinh vật có trong lớp nhầy gây chuyển hóa đường trong lớp nhầy thành cồn ethylic và khí carbonic bay ra. C6H12O6 Æ 2C2H5OH + 2 CO2 Sự chuyển hóa trên xảy ra dưới những điều kiện hơi yếm khí. Khi chất nhầy bị tan vỡ và thành dịch chảy ra làm môi trường ủ trở nên thông thoáng hơn. Độ acid cũng giảm, pH đạt khoảng 5.0. Ngay khi các tế bào chất của lớp nhầy bị hủy hoại, không khí thâm nhập vào khối ủ và có sự gia tăng về acetic do có hiện tượng oxid hóa cồn thành acid acetic. Theo Kenten và Powell (1960) các phản ứng do sự hoạt động của các vi sinh vật luôn phát nhiệt nhiều, làm tăng nhiệt độ khối ủ có thể lên đến 50 oC. Nhiệt độ tăng đều lên trong suốt 48 giờ đầu lên men, đạt 42-48 oC vào cuối giai đoạn ấy. Sau khi được đảo trộn lần đầu, nhiệt độ tăng lên đến 50 oC. Sau đó nó lại giảm chậm xuống, nhưng tăng lên lại khi đảo trộn khối hạt ủ lần nữa. Sau 6 ngày ủ nhiệt độ đạt cỡ 48 oC Ngay sau khi vỏ hạt để acid thấm qua vào tới phôi nhũ, sẽ giết chết hạt và hạ thấp độ pH của cotyledon xuống còn 4.8 gây chết hạt. Mục đích là để cho hạt chết không còn sức nảy mầm. ii. Những nội phản ứng trong các mô của cotyledon Các mô của cotyledon do hai tế bào tạo thành: tế bào có sắc tố chứa các polyphenols (tanin, catechin, anthocyanin, leucoanthocyanin); các purin (theobromine và caffeine), và các tế bào dự trữ không có màu sắc chứa những tinh thể bơ ca cao; những hạt tinh bột; những protein (hạt aleuron) và các enzyme. Khi hạt ca cao đã chết, cotyledon sẽ hút ẩm làm cho vách tế bào của nó trở nên thấm nước và nội chất của tế bào có thể khuếch tán qua các mô. Những enzyme của tế bào dự trữ nhờ thế được tiếp xúc với những polyphenols của tế bào sắc tố mà trước kia hoàn toàn bị ngăn cách. Hoạt tính enzyme về thủy phân hóa protein sẽ xảy ra. 12 Trong các polyphenols những sắc tố anthocyanin bị thủy phân hóa cho ra cyanidin và hai đường khử, là những chất không màu mà sau khi bị oxy hóa sẽ có màu nâu đặc biệt (màu nâu cacao). Những polyphenols khác sẽ tản đi một phần qua lớp vỏ của hạt hoặc chịu những biến đổi hóa học; cả hai tiến trình đều góp phần làm giảm vị đắng và chát. Các biến đổi này xảy ra cho tới cuối đợt lên men và còn tiếp tục trong quá trình phơi khô. Cần lưu ý rằng bớt chất chát là một đặc điểm của ca cao đã lên men tốt Đối với những phức chất đạm, trong quá trình lên men trữ lượng đạm tổng số giảm đều vì chất theobromine hao mất. Chừng 40% theobromine của phôi nhũ tươi khuếch tán vào các mô và di chuyển vào vỏ của hạt làm cho trữ lượng theobromine ở vỏ hạt tăng lên rất nhiều. Vì thế mà vị đắng của hạt ủ tốt càng giảm thêm đi. Còn các protein trong cotyledon bị thủy phân háo thành các amino acid và chuyển sang các dạng không hòa tan do các phản ứng với các polyphenols. Các biến đổi này sẽ phản ánh qua các vị, hương và màu sắc của các hạt Hiệu quả quan trọng nhất của quá trình ủ hạt ca cao là sự xuất hiện của những tiền chất của hương vị chocolate. Theo Rohan, 1958 những chất đường khử tìm thấy trong hạt cacao đã lên men là một thành phần của các tiền chất. Chỉ có những tiền chất này mới truyền vào cho hạt ca cao khi rang có hương vị chocolate. Cần lưu ý rằng các tiền chất ấy không hề có sẵn trong các loại tế bào của phôi nhũ khi hạt ca cao còn tươi, mà chỉ được sinh ra trong quá trình lên men mà thôi. 2.2.1.2 Các phương pháp ủ hạt ca cao i. Ủ thành đống Đây là phương pháp phổ biến nhất trong việc ủ ca cao ở Tây Phi. Hạt ca cao được đổ đống thành hình nón trên các lá chuối được xếp tròn trên mặt đất. Nhằm giúp cho sự thoát dịch nhầy, trong quá trình lên men, người ta kê dưới lớp lá chuối các cành cây hoặc các thanh tre thành hình nan hoa của bánh xe. Các lá chuối được cuộn lên nhằm giữ hơi nóng trong suốt quá trình ủ. Cứ hai ngày một lần, giở lá chuối ra để xáo trộn hạt cho đều, rồi lại đậy lá chuối vào ii. Ủ trong thúng Các thúng đan bằng tre được dùng cho phương pháp này. Chúng được đổ đầy ca cao rồi sau đó dùng lá chuối đậy lại. Dịch nhầy chảy ra qua các mặt bên và đáy thúng. 13 Việc đảo trộn được thực hiện bằng cách đổ từ thúng này sang thúng kia, cứ 2 ngày một lần. iii. Ủ trong thùng Các thùng gỗ có kích thước 1.2 x 1.2 x 0.9 hoặc 1.2 x 2 x 0.7, bằng các tấm gỗ lắp ghép có thể tháo rời được. Các thùng này có thể bố trí theo hình bậc thang. Thùng ủ có lỗ 15 mm ở dưới đáy để chất dịch nhầy có lối thoát và khối ủ dễ thông hơi. Tiến hành lót lá chuối ở đáy và quanh thùng rồi đổ hạt ca cao tươi vào, khi đổ hạt nửa thùng tiếp tục lót lá chuối phủ phần miệng thùng để để chuẩn bị đậy kín bằng lá chuối rồi dằn cây lên hoặc đậy nắp và dằn đá. Cứ 2 ngày lại một lần tiến hành đảo trộn bằng các xúc hạt từ thùng này sang thùng khác. iv. Ủ trên khay Khay ủ bằng gỗ sau 10 cm. Đáy khay là một cái vạt bằng nan tre đặt song song và cách nhau chừng 0.5 cm. Mỗi khay chia thành hai phần bằng nhau, bằng một cái ngăn di động bằng gỗ. Chỉ đổ đầy ca cao nửa khay. Chồng 12 khay lên nhau, góc đầy hạt quay về cùng một phía. Lớp hạt trên của mỗi khay tiếp giáp với vạt tre làm đáy của khay trên và những khoảng trống giữa các nan tre là những ống thông khí mà qua đó không khí có thể thấm vào khối ủ. (Phạm Trí Thông, 1999) Sau 24 giờ ủ, người ta phủ lên chồng khay một mảnh vải bao bì để vừa chống mất nhiệt cho toàn bộ vừa đảm bảo đủ thông thoáng. Sau đó không cần làm gì nữa cho đến lúc ngừng ủ. Thời gian ủ trên khay là 3-4 ngày, ngắn hơn so với các phương pháp ủ khác. 2.2.1.3 Phơi và sấy ca cao Sau khi ủ, ẩm độ của hạt ca cao khoảng 55 % và ẩm độ này cần phải giảm xuống đến giá trị 6-7 % mới bảo quản an toàn được. Nhưng nếu hạ thấp ẩm độ xuống dưới 5 % hạt ca cao sẽ rất giòn và dễ gãy. Mục đích của việc phơi sấy, ngoài việc hạ thấp ẩm độ còn để hoàn tất các biến đổi hóa học xảy ra tiếp tục bên trong hạt sau thời kì lên men để tạo hương vị đặc biệt cho ca cao. Hạt ca cao có thể được phơi nắng mặt trời hoặc sấy bằng các máy sấy. Hạt ca cao được ủ và phơi sấy tốt sẽ cho màu tím nhạt và màu nâu chocolate.Khi bóp hạt bằng tay sẽ nghe âm thanh rắc rắc và dễ nghiền thành bột. 14 2.2.2 Qui trình sản xuất bột cacao 2.2.2.1 Loại bỏ tạp chất Hạt được đi qua sàng có φ = 16 mm để tách các tạp chất lớn hay các sợi dây nhợ và sau đó đi qua sàng có lỗ φ = 8 mm để tách sạch các tạp chất nhỏ như vỏ hạt vụn, sỏi đá, mảnh kim loại. Trong quá trình lên men hay phơi sấy cacao, bụi bẩn có thể bám trên vỏ hạt có thể lẫn vào các sản phẩm sau này, làm giảm hương vị của chúng do đó cần có quá trình thổi sạch bụi khỏi hạt cacao. Hao hụt qua hệ thống làm sạch ước chừng 1 – 1,3% tính theo khối lượng. 2.2.2.2 Xử lý nhiệt Nếu hạt cacao không qua xử lý nhiệt sơ bộ mà đi thẳng vào giai đoạn rang, thì sẽ phát sinh nhược điểm sau: ¾ Hạt cacao có kích thước rất khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc loài (Forastero, Criollo hay Trinitario) do đó rất khó đảm bảo các hạt rang có độ chín đồng đều; các hạt nhỏ bị rang quá nhiệt trong khi các hạt lớn thì rang chưa tới. ¾ Hạt nguyên có kích thước khá lớn, nên bên trong và bên ngoài hạt có độ chín rất khác nhau ¾ Khi rang ở nhiệt độ cao khoảng 120 oC, dầu cacao rất linh động, dễ dàng bị vỏ hạt ca cao vốn có hàm lượng dầu thấp sẽ hấp thụ dầu cao cao mạnh, tổn thất dầu ca cao trong quá trình tách vỏ khoảng 5 – 6 %. Do đó, cần quá trình xử lý nhiệt sơ bộ để khắc phục các nhược điểm trên. Người ta cần nâng nhiệt độ trên bề mặt hạt cacao lên 90 – 100 oC để phần vỏ hạt mất nước và dễ tách rời khỏi lõi hạt ca cao. Nhờ vậy, tổn thất dầu ca cao trong quá trình thổi tách vỏ chỉ còn khoảng 1 %. 2.2.2.3 Rang Rang là một trong những công đoạn cần thiết trong kỹ nghệ chế biến ca cao và chocolate. Vai trò của quá trình rang có tác dụng nhiều mặt: ¾ Làm nảy nở chất thơm để tạo cho thành phẩm ca cao một hương và vị đặc biệt. Đây là vai trò chính yếu nhất của khâu rang ¾ Tách nhân (mảnh hạt) và vỏ, nhưng chỉ ở mức độ làm lỏng lớp vỏ hạt ¾ Loại một phần độ chua acetic của ca cao 15 ¾ Hạ thêm độ ẩm của hạt xuống đến 2.5 – 5 % để sấy khô phần nhân ca cao ¾ Phát triển màu sắc đặc thù chocolate ¾ Góp phần vô hoạt Salmonella và các vi sinh vật có hại khác. Những biến đổi trong quá trình rang i. Sự biến đổi về độ ẩm Hàm ẩm trước khi rang là 6 – 8 %. Sau khi rang còn 2 – 3 %. Độ ẩm thích hợp cho các quá trình như nghiền, ép dầu là 2 %. Nếu độ ẩm lớn hơn 3 %, độ nhớt khối chocolate tăng mạnh, việc sản xuất gặp nhiều khó khăn. Nếu độ ẩm nhỏ hơn 1 % mức độ nghiền và sản lượng ép dầu giảm; ảnh hưởng nhiều đến năng suất. ii. Sự thay đổi hàm lượng acid và các chất dễ bay hơi Trong quá trình hong khô ca cao trước đó đã tạo ra các amino acid tự do trong hạt ca cao. Các amino acid đó là một trong những tiền chất quan trọng để tao ra mùi hương chocolate, nhưng trong quá trình rang chúng sẽ bị phân huỷ một số. Có tám nhóm amino acid được phân lập ra và thấy rằng tất cả đều bị phân huỷ một phần, nhưng với các tốc độ khác nhau. Một điểm lưu ý là thành phần nitrogen tổng số trong hệ thống không hề bị mất mát, có lẽ là do sự kết hợp của các phức chất nitrogen với các đường khử. Akabori, 1932 đã cho rằng các đường khử có khả năng phân huỷ các amino acid, và sau đó hai ông Rohan và Steward tiếp tục công trình nghiên cứu trên hạt ca cao, đã chỉ ra rằng trong quá trình rang các đường khử đã bị huỷ hoại gần như toàn bộ. Qua sự biểu diễn trên đồ thị sử giảm dần của các amino acid tự do theo hàm lượng đường khử và giả thiết rằng cả hai nhóm chức này tương tác với nhau để sinh ra các sản phẩm bay hơi, có thể nói rằng nguyên nhân của sự phân huỷ một phần của các amino acids là do sự thiếu hụt các đường khử trong hạt ca cao. Các chất dễ bay hơi làm hạt ca cao có mùi khó chịu. Sau khi rang, hàm lượng của chúng giảm: hàm lượng acid dễ bay hơi từ 0.4 % (tính theo acid acetic) giảm xuống còn 0.3 %, lượng chất khô tổn thất trong quá trình rang khoảng 0.1 – 0.2 %. iii. Sự thay đổi hàm lượng chất chát Chất chát trong ca cao làm cho chocolate và bột cacao có vị chát và đắng đặc trưng. Chất chát gồm 2 loại: ¾ Chất chát thuỷ phân: là hợp chất mà các nhân phenol liên kết với nhau thông qua nguyên tử oxi. Chất chát thuỷ phân quan trọng là tanin 16 ¾ Chất chát ngưng tụ: là hợp chất mà các nhân phenol liên kết với nhau thông qua nguyên tử carbon. Chất chát ngưng tụ với nhau thì có tính chát. Trong hạt ca cao tươi chưa lên men có 0.6 –1 % catesin nhưng sau khi lên men chúng chuyển thành chất chát ngưng tụ L – epicatesin. Trong hạt ca cao khô đã lên men, lượng chất chát từ 3 – 6 %. Sau khi rang còn lại 2 – 3 % iv. Sự thay đổi chất màu Trong quá trình rang, L –epicatesin bị oxy hoá chuyển thành flobaphen có màu nâu đỏ đặc trưng của chocolate. Ngoài ra còn phải kể tới phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng caramel hoá. Tất cả những phản ứng này giúp tạo màu và quan trọng nhất là tạo mùi chocolate Các phương pháp rang hạt ca cao i. Rang gián đoạn Thường rang trong thùng quay: tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng 250 – 300 oC được thổi vào thùng quay. Nhiệt độ ra của không khí 160 – 170 oC. Nhiệt độ hạt ca cao 120 – 125 oC. Thời gian rang từ 12 – 15 phút. Sau đó hạt được làm nguội nhanh xuống 30 – 40 oC nếu dùng phương pháp rang trước tách vỏ sau, nhằm ngăn chặn tinh dầu dịch chuyển từ lõi ra vỏ hạt. Tổn thất chất khô trong quá trình rang 0.2 – 0.3 %. ii. Rang liên tục Thiết bị rang liên tục nhằm kiểm soát chặt chẽ hơn các thông số trong quá trình rang, nhờ vậy mà chất lượng hạt rang tốt hơn nhiều. Thiết bị rang liên tục thường dùng là thùng quay dạng ống được cấp nhiệt trực tiếp hay gián tiếp, trao đổi nhiệt cùng chiều hay ngược chiều. Trong qui trình sản xuất của nhà máy, bột ca cao được rang trực tiếp bằng sản phẩm cháy của khí hoá lỏng propan – butan. Tuy loại nhiên liệu này đắt tiền nhưng rất sạch, caloriphe nhỏ gọn và quan trọng hơn là dễ dàng kiểm soát thông số trong quá trình rang. 2.2.2.4 Nghiền thô và phân ly Hạt nguội thì chuyển qua công đoạn nghiền thô và phân ly. Công đoạn này nhằm đề tách hoàn toàn vỏ ra khỏi mảnh nhân. Nghiền thô là tiến trình nghiền sơ bộ hạt ca cao rang nhằm làm vỡ lớp vỏ hạt. Trong khi nghiền thô cố gắng giữ sao cho các phần 17 tử vỡ ra của vỏ và mảnh nhân càng lớn càng tốt (85 – 90 % các phân tử nên có kích thước lớn hơn 3 mm) để tránh tạo ra các mảnh hạt quá vụn và bụi bặm. Nguyên lý của việc phân ly dựa trên sự khác nhau về khối lượng riêng của mảnh nhân và vỏ hạt. Máy ứng dụng các nguyên lý phân ly như phân ly cơ học dùng sàng, và phân ly động dùng quạt. Mục đích của việc phân ly là thu được hai cấu tử cơ bản: phần mảnh nhân có chứa một ít vỏ và mầm, và phần vỏ hạt chứa không đáng kể mảnh nhân. Thành phần có giá trị nhất của hạt ca cao chính là mảnh nhân, còn vỏ hạt xem như là phần bỏ đi. 2.2.2.5 Kiềm hoá Kiềm hoá nhằm làm gia tăng hương vị thơm ngon của chocolate và bột ca cao. Quá trình kiềm hoá phụ thuộc vào nồng độ và lượng chất kiềm, thời gian và nhiệt độ kiềm hoá. Trong quá trình này hàng loạt các tác động khác nhau: ¾ Sự hấp thu của nước dẫn đến sự trương nở của thành tế bào, protein, tinh bột và các chất sợi, tạo thuận lợi cho các phản ứng hoá học. ¾ Trung hoà các acid tự do như acid acetic, citric, tartric…, làm độ chua của chocolate giảm rõ rệt ¾ Hydrate hoá các ester để tạo thành các hợp chất có mùi thơm ¾ Làm giảm hàm lượng các hợp chất tanin và sản phẩm ít chát hơn ¾ Phá huỷ cấu trúc của protein, tạo thành các acid amin, hợp chất amin, amoniac tự do, các hợp chất globulin hay các protein thứ cấp khác ¾ Phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin tự do làm tăng cảm quan về màu sắc và mùi vị ¾ Sự phân huỷ các hợp chất glucid góp phần tạo sản phẩm một mùi vị giống như của vanille, tạo các sản phẩm đặc trưng của phản ứng caramel hoá ¾ Trung hoà các acid béo tự do, tạo thành các sản phẩm của phản ứng xà phòng hoá ¾ Phá huỷ một phần lecithin có trong ca cao, một chất bảo quản và chất nhũ tương tự nhiên của ca cao. Hai tác động cuối gây bất lợi đối với chất lượng bột ca cao. Do đó cần chú ý tác dụng tiêu cực này Việc kiềm hoá thực hiện bằng cách tẩm dung dịch kiềm 3 – 8 % (K2CO3, Na2CO- 3, KOH hay NaOH) vào bột ca cao và ủ trộn trong thùng quay ở nhiệt độ 70 – 80 oC trong 30 – 45 phút. Lượng kiềm cho vào vừa đủ để nâng pH của bột ca cao từ 4.5 – 5 18 lên 6.8 – 7. Tuỳ theo yêu cầu chất lượng của chocolate và bột ca cao mà các thông số trên có thể thay đổi rất khác nhau. 2.2.2.6 Sấy bột kiềm Mảnh nhân sau khi kiềm hoá ẩm được sấy ở 90 – 100 oC để đạt độ ẩm sau cùng là 1.5 – 2 %. Độ ẩm bột có ảnh hưởng quan trọng hiệu suất ép tách bơ cũng như độ nhớt của chocolate và bột ca cao do đó cần khống chế độ ẩm trong giới hạn nói trên 2.2.2.7 Nghiền mảnh nhân Mảnh nhân chứa cỡ 55 % bơ ca cao, có trong các tế bào ở pha rắn. Các thành tế bào bị phá huỷ trong tiến trình nghiền và nhiệt sinh ra do ma sát sẽ nâng nhiệt độ lên trên 34 oC, điểm nóng chảy của bơ ca cao, làm lỏng hoá chất béo tạo thành một chất bột nhão. Khi tiến trình tiếp tục, kích thước các phần tử nghiền giảm dần và chất bột nhão càng ngày càng có dạng lỏng, còn gọi là rượu mùi ca cao (cocoa liquor). Hỗn hợp này gồm các phần tử chất rắn lơ lửng trong thề pha chất béo liên tục Bột ca cao nhào nghiền xong có thể dùng hoặc để sản xuất bơ ca cao và bột ca cao, hoặc để làm chocolate. Người ta có thể giữ nó ở thể lỏng bằng nhiệt, hay để nó nguội và trở thành rắn thường gọi là ca cao khối. 2.2.2.8 Ép Mục đích của công đoạn ép rượu mùi ca cao (khối bột nhão) để tách bơ ca cao ra khỏi các thành phần không chứa chất béo. Bơ ca cao là một trong nhưng chất béo có giá trị rất cao. Nó không những để sản xuất ra chocolate mà còn sử dụng trong các ngành dược phẩm (chế supputoira), ngành mỹ phẩm (son đánh môi) nhờ đặc tính nhiệt độ tan chảy thấp khoảng 34 – 35 oC, và bơ ca cao kém chất lượng còn dùng được trong ngành sản xuất xà phòng. Bột ca cao đem ép có hàm lượng bơ ban đầu khoảng 55.5 %, sau đó giảm xuống còn khoảng 18 % (bột ép có hàm lượng bơ như vậy thích hợp làm thức uống). Áp lực tác động lên bột ca cao đạt tới 380 – 400 kg/cm2. Nhiệt độ bột ca cao đem ép cần đạt 65 – 70 oC để giảm độ nhớt của dầu ca cao, dầu ca cao sẽ dễ thoát ra hơn. Thời gian ép khoảng 5 – 10 phút. 2.2.2.9 Xay bánh dầu Bánh dầu ca cao sau khi ra khỏi mâm ép sẽ rơi vào thùng chứa hoặc trên một băng chuyền để tiếp tục được xay xát (nghiền tinh) để thành bột mịn hơn. Cấu trúc bánh dầu ép rất kết chặt, đặc biệt là khi bánh có hàm lượng chất béo thấp. Trước khi xay xát bánh được đập vỡ ra. Mục đích để đập vỡ bánh dầu thành từng 19 miếng có kích thước nhỏ hơn 5 mm, trước khi đưa vào xay trong các máy xay xát kiểu con lăn 2.2.2.10 Sàng Sản phẩm bột ca cao cuối cùng được sàng qua vải lọc, nylon hoặc lưới kim loại trước khi đem đi đóng gói bằng vật liệu chống hút ẩm 2.3 GIỚI THIỆU VỀ CELLULOSE, PECTIN, CELLULASE, PECTINASE 2.3.1 Giới thiệu cellulose Cellulose là một loại homocellulose gồm nhiều đơn vị β – D - glucose và được nối với nhau bởi liên kết β - D - 1,4 glucozit. Mức độ polymer hóa của phân tử cellulose thay đổi nhiều từ vài chục đến vài vạn đơn vị (15 – 15000) nhưng thường trung bình là khoảng 300 đơn vị β-glucose Hình 2.1: Cấu trúc của cellulose Phân tử cellulose kéo dài thành chuỗi, nhiều chuỗi nằm song song với nhau và chúng gắn kết với nhau thông qua liên kết hydro. Như vậy cầu nối hydro có thể tạo nên giữa hai chuỗi cellulose trong cùng một lớp và giữa hai chuỗi cellulose ở hai lớp khác nhau.. Cellulose cấu tạo dạng sợi, các sợi này liên kết lại thành bó gọi là các microfibrin có cấu trúc không đồng nhất. Chúng có những phần kết tinh và những phần vô định hình nhưng phần lớn cellulose trong thiên nhiên có cấu trúc kết tinh. O O O OH OH CH2OH n O O CH2OH OH OH O CH2OH OH OH OH - D - glucopyranoseβ n 20 Những phần kết tinh không liên tục mà xen kẽ trong chuỗi cellulose. Kích th