TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG
ĐỖ THỊ NGỌC HÂN
KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN VÀ SẤY HẠT CA
CAO SAU THU HOẠCH THEO QUI MÔ NÔNG HỘ
Luận văn tốt nghiệp
Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
MSSV: 2051633
Lớp: CNTP K31
Cần Thơ, 2009
iii
Luận văn đính
kèm
theo
đ
ây,
v
ớ
i
tựa đề tài: “
Khảo sát quá trình lên men và
sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộCán
bộ hướng dẫn
Cán
b
ộ
ph
ả
n
bi
ệ
n Hà Thanh Toàn
i
LỜI CẢM TẠ
Kính dâng Ba Mẹ, những người suốt đời tận tụy vì tương lai sự nghiệp của
con, mang lại cho con nhiều niềm tin và nghị lực để vượt qua những khó khăn trong
cuộc sống.
Xin chân thành biết ơn thầy HÀ THANH TOÀN, đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp đúng
thời gian qui định, anh HUỲNH XUÂN PHONG đã nhiệt tình chỉ dẫn, truyền đạt
những kinh nghiệm quí báu và động viên em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Lời cảm tạ ........................................................................................................... i
Mục lục ...............................................................................................................ii
Danh sách bảng ................................................................................................... iv
Danh sách hình ...................................................................................................v
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU..................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................1
CHUƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ..............................................................2
2.1 Giới thiệu cây ca cao .....................................................................................2
2.1.1 Các giống ca cao................................................................................. 3
2.1.2 Công dụng của cây ca cao...................................................................3
2.2 Lên men hạt ca cao trong điều kiện tự nhiên..................................................4
2.2.1 Quá trình lên men hạt ca cao...............................................................4
2.2.2 Một số phương pháp lên men hạt ca cao .............................................8
2.2.3 Một số nghiên cứu có liên quan đến nội dung đề tài............................ 11
2.3 Sấy hạt ca cao bằng máy sấy năng lượng mặt trời..........................................12
2.3.1 Quá trình sấy ...................................................................................... 12
2.3.2 Hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời ..............................................12
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................14
3.1 Phương tiện thí nghiệm..................................................................................14
3.1.1 Thời gian, địa điểm............................................................................. 14
3.1.2 Hóa chất ............................................................................................. 14
3.1.3 Dụng cụ thí nghiệm ............................................................................14
3.1.4 Thiết bị sử dụng.................................................................................. 14
3.1.5 Nguyên liệu ........................................................................................ 15
3.2 Phương pháp thí nghiệm và phương pháp phân tích....................................... 15
3.2.1 Phương pháp phân tích hóa lý ............................................................ 15
iii
3.2.2 Phương pháp đánh giá cảm quan.........................................................16
iv
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Sản lượng ca cao trên thế giới.................................................................2
Bảng 2.2 Những đặc tính chính khác nhau giữa giống Criollo – Forastero –
Trinitario ...............................................................................................3
Bảng 3.1 Các thông số chính của các thiết bị sấy ca cao bằng năng lượng mặt trời15
Bảng 3.2 Phương pháp phân tích hóa lý.................................................................15
Bảng 4.1 Kết quả phân tích thành phần hạt ca cao tươi (tính theo phần trăm trọng
lượng tươi) ............................................................................................23
Bảng 4.2 Hàm lượng ẩm của nguyên hạt, tử diệp, cơm hạt và hàm lượng tanin thay
đổi trong quá trình ủ ..............................................................................24
Bảng 4.3 pH, độ axit của tử diệp, cơm hạt và nguyên hạt ca cao thay đổi trong quá
trình ủ....................................................................................................26
Bảng 4.4 Khối lượng nguyên hạt, tử diệp, cơm hạt của 100 hạt ca cao và tỷ lệ tử
diệp/ cơm hạt trong quá trình ủ..............................................................27
Bảng 4.5 Sự thay đổi % ẩm độ, pH, thể tích NaOH 0,1N/g ca cao trong quá trình
sấy hạt ca cao ........................................................................................30
Bảng 4.6 Bảng phân tích chất lượng hạt ca cao sau lên men, sấy theo qui mô nông
hộ Bến Tre và Ghana.............................................................................32
Bảng 4.7 Bảng phân loại hạt ca cao theo TCVN 7519 : 2005.................................32
Bảng 4.8 Hiệu suất thu hồi hạt ca cao khô .............................................................33
Bảng 4.9 Công việc và thời gian thực hiện 1 mẻ lên men sấy 400kg trái ca cao tươi
..............................................................................................................33
Bảng 4.10 Chiết tính sơ bộ giá thành cho một mẻ lên men ca cao 400kg trái tươi.33
Hình 3.2 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng quá trình lên men, sấy hạt ca cao đến chất lượng
hạt ca cao .................................................................................................17
Hình 3.3 Sơ đồ tiến hành đánh giá sự thay đổi khối lượng theo qui trình lên men và
sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ....................................22
Hình 4.1 Sự thay đổi nhiệt độ khối ủ trong quá trình lên men ................................23
Hình 4.2 Sự thay đổi độ ẩm tương đối của khối ủ và hàm lượng tanin trong quá
trình lên men............................................................................................25
Hình 4.3 Sự thay đổi pH trong quá trình lên men...................................................26
vi
Hình 4.4 Sự thay đổi độ axit của khối hạt ca cao trong quá trình lên men ..............27
Hình 4.5 Sự thay đổi trọng lượng cơm nhầy, tử diệp và sự thay đổi tỷ lệ tử diệp/
cơm hạt trong 6 ngày lên men ..................................................................28
Hình 4.6 Sự thay đổi % ẩm, nhiệt độ khối hạt ca cao trong quá trình sấy...............30
Hình 4.7 Sự thay đổi giá trị pH và độ axit (%) trong quá trình sấy.........................31
o
C (sau khi đảo trộn), pH giảm từ 4,7 đến 3,4 (giảm nhanh trong 2
ngày lên men đầu tiên từ 4,07 đến 3,04), ẩm độ (%) của khối hạt thay đổi không
đáng kể 52,4%, hàm lượng axit tổng đạt cao nhất 1,5% vào ngày lên men thứ tư.
Sau khi sấy, hạt ca cao khô thu được có độ ẩm 6,08%, tỉ lệ hạt nâu 77%, pH đạt
4,58, vỏ hạt chiếm 19,6%, chất lượng hạt ca cao khô đạt loại 1A theo TCVN. Thời
gian thực hiện qui trình sơ chế ca cao khép kín này kéo dài 10 ngày (6 ngày lên
men, 4 ngày sấy), rút ngắn thời gian hơn phương pháp lên men kết hợp làm khô hạt
ca cao bằng cách phơi nắng 2 – 3 ngày. Và lợi nhuận nông hộ thu được sau khi lên
men sấy 400kg trái tươi là 358.450 đồng và thu nhập bình quân 1 tháng 1.883.800
đồng (lợi nhuận thu được từ 4 mẻ lên men và sấy hạt ca cao và tiền công cho 60 giờ
lao động).
1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam có nhiều tiềm năng phát triển cây ca cao do có ưu thế nổi trội là có
thể trồng xen với nhiều loại cây như dừa, điều, hồ tiêu, cà phê, chuối, đồng thời có
khả năng chịu hạn, chống xói mòn đất cao nên rất thích hợp với điều kiện tự nhiên
và thổ nhưỡng ở các tỉnh phía Nam và Tây Nguyên. Bên cạnh đó, được sự quan tâm
của chính phủ và được sự hỗ trợ của nhiều tổ chức quốc tế nên diện tích trồng ca
cao trên cả nước tăng đáng kể, dự kiến đến năm 2010 Việt Nam sẽ trở thành nước
sản xuất ca cao quan trọng trên thế giới với sản lượng lên đến 100.000 tấn và mỗi
tỉnh sẽ có 10.000 ha trồng ca cao, tập trung tại một số tỉnh: Bà Rịa - Vũng Tàu,
Bình Phước, Tiền Giang, Đồng Nai, Tây Nguyên, Đắc Lắc, Bến Tre. Trong số
khoảng 3.000 ha cây ca cao hiện có ở khu vực phía Nam, Bến Tre là tỉnh trồng
nhiều nhất với gần 1.000 ha, tập trung tại huyện Châu Thành, kế đó là huyện Giồng
được sử dụng đầu tiên ở vùng Aztéc chủ yếu dưới dạng sản phẩm gọi là “chocolate”
được sản xuất bằng cách rang và nghiền hạt ca cao với nước, bột bắp và một số chất
gia vị và sử dụng ca cao trong một số loại nước uống cao cấp. Ngày nay ca cao là
mặt hàng xuất khẩu mang lại nhiều ngoại tệ của một số nước.
Bảng 2.1 Sản lượng ca cao trên thế giới (ngàn tấn)
QUỐC GIA 2002/03 2003/04 2004/05 2005/06 2006/07
Châu Phi
2.232 2.550 2.374 2.642 2.391
Cameroon 160 166 185 166 166
Bờ Biển Ngà 1.352 1.407 1.286 1.408 1.292
Ghana 497 737 599 740 614
Nigeria 173 180 200 200 190
Các nước Châu Phi khác 50 60 104 128 129
Châu Mỹ
428 461 445 446 411
Brazil 163 163 171 162 126
Cộng Hòa Dominican 47 47 31 42 47
Các nước Châu Mỹ khác 218 251 243 242 238
Châu á và Thái Bình Dương
510 498 559 636 596
Indonesia 410 403 460 530 490
Malaysia 36 34 29 30 31
Các nước Châu Á khác 64 61 70 76 75
Tổng sản lượng thế giới
3.170 3.509 3.378 3.724 3.398
(Nguồn: ICCO Annual Report 2006/2007)
(1996/97)
Quả dài Mềm
Đỏ (cũng có quả
màu xanh)
Nhuỵ hồng nhạt
20 - 30
Gần tròn
Trắng, ngà hoặc tím
rất nhạt
Kém
Kém
Thấp
1,5
Quả tròn, hình bầu
dục
Cứng
Xanh (chín thì vàng)
Nhuỵ màu tím
>30
5,0
(Nguồn: Nguyễn Văn Uyển và Tài Sum, 1996, Hà Thanh Toàn et al., 2008)
2.1.2 Công dụng của cây ca cao
2.1.2.1 Hạt ca cao
Bộ phận chính được sử dụng của cây ca cao là hạt (bean). Hạt ca cao sau khi
rang được xay nhuyễn thành bột nhão ca cao. Khi ép bột nhão ta tách được bơ và
bánh dầu ca cao. Xay nhuyễn bánh dầu ca cao cho ra bột ca cao. (Phạm Hồng Đức
Phước, 2006) Hình 2.2 Bột ca cao ép thành viên (A), sản phẩm bánh kẹo từ ca cao (B), bơ ca cao trong điều
kiện bình thường (C)
A B C
4
Bột nhão, bơ và bột ca cao là những nguyên liệu chính cho công nghiệp bánh
kẹo, thực phẩm. Chocolate là sự pha trộn giữa bột nhão, bơ, đường và các nguyên
liệu khác tùy theo công thức riêng của mỗi nhà sản xuất (Phạm Hồng Đức Phước, 2006).
2.1.2.3 Các bộ phận khác của cây ca cao
Vỏ trái ca cao chứa 3 - 4% kali trên trọng lượng chất khô, là nguồn phân bón
giàu kali. Ngoài ra vỏ trái ca cao còn được phơi khô, xay thành bột trộn vào thức ăn
hoặc vo viên.
Lớp cơm nhầy bao quanh hạt ca cao (cocoa pulp) có thể dùng làm nước sinh
tố (cacao juice), mứt đông (cacao jam), giấm (vinegar), hoặc cô đặc làm nước cốt
C
2
H
5
OH thành CH
3
COOH làm tăng nhiệt độ của khối hạt ca cao. Đến ngày thứ 3,
giữa vi khuẩn acetic và nấm men đã có sự cân bằng rõ rệt, vi khuẩn lactic chỉ hoạt
5
Rượu
Nước
Hô hấp yếm khí
Vi khuẩn acetic phát
triển
Vi khuẩn lactic
phát triển
Đường Citric
Nấm men phát triển
Enzyme
Pectinolytic
Pectin
Hô hấp hiếu khí
Trong phần cơm nhầy
Axit acetic Axit lactic
CƠM NHẦY
động trong một thời gian rất ngắn. Dưới tác động của sự lên men ấy, nhiệt độ tăng
và lệ thuộc vào kích thước khối ca cao ủ.
145
o
C) (Theo T.A.Shittu, 2006). 6 Hình 2.4 Sơ đồ quá trình biến đổi các chất trong nội nhũ hạt ca cao.
(Nguồn: Hylayat, 2007)
Cùng với quá trình dịch chuyển axit vào trong hạt thì cũng có quá trình
khuyếch tán các chất bên trong hạt ra bên ngoài như cafeine, theobromine để làm
giảm vị đắng của hạt, các polyphenol để làm giảm vị chát của hạt.
Các axit dịch chuyển vào bên trong hạt để tạo nên các phản ứng sinh hóa, các
phản ứng màu sắc, hương vị chocolate của hạt, nhưng một khía cạnh khác cần phải
Hình 2.5 Những biến đổi sinh hóa trong suốt quá trình lên men.
(Nguồn: Hylayat, 2007)
2.2.1.2 Những phản ứng tạo màu bên trong các mô của phôi nhủ
Các mô của phôi nhủ do hai loại tế bào tạo thành: tế bào chứa các
polyphenol và purin (Theobromine và cafeine) và các tế bào dự trữ không có màu
sắc, chứa bơ ca cao, hạt tinh bột, protein và các enzyme. Vách tế bào trở nên thấm
ướt khi hạt ca cao đã chết. Do đó các chất trong tế bào có thể khuếch tán qua các
mô. Những enzyme của tế bào dự trữ được tiếp xúc với những polyphenol của tế
bào sắc tố. Trong các polyphenol (tanin, catechin, anthocyan, leucoanthocyan), các
sắc tố anthocyan được thủy phân thành chất không màu, những chất này sau khi bị
oxy hóa sẽ có màu nâu đặc biệt (màu nâu ca cao). Anthocyan phân hủy tương đối
nhanh. Những phức chất phenolic khác ở các mô của phôi nhủ mất đi một phần
bằng con đường thẩm thấu qua lớp vỏ hạt. Mặt dù oxydase nằm trong mô của phôi
nhủ, phần không thủy phân của các polyphenol chỉ bị oxy hóa khi đưa ra ngoài
không khí. Sau giai đoạn yếm khí các phản ứng thủy phân phát triển, giai đoạn hiếu
khí thứ hai bắt đầu vào cuối đợt lên men và tiếp tục trong quá trình phơi khô. Trong
giai đoạn thứ hai này, các phản ứng oxy hóa tác động vào tất cả các phức phenolic,
trong đó có cả các sản phẩm của chất anthocyan đã bị phân hủy. Lúc bấy giờ phôi
nhủ chuyển qua màu nâu, vị chát cũng giảm đi nhiều. Bớt chát là một đặc điểm của
ca cao lên men tốt.
hạt tươi.
Ủ đống là phương pháp phổ biến được các nông hộ nhỏ tại Ghana, nhiều
nước sản xuất hạt ca cao tại Châu Phi và khu vực Amazon của Brazil thực hiện.
Thời gian ủ đống khoảng 4 đến 7 ngày (Michael P.Doyle et al., 2001).
Ủ đống có ưu điểm là không dùng dụng cụ đặc biệt, phù hợp với nhiều khối
lượng khác nhau.
2.2.2.2 Ủ thùng (fermentation in box)
Ca cao được chứa trong thùng gỗ có đục lỗ ở đáy. Chiều dài và rộng của
thùng có thể thay đổi tùy theo lượng hạt nhưng chiều cao khối hạt không nên vượt
quá 50cm. Khối lượng ủ từ 50 – 1.000kg.
Thùng được kê cao 20 – 30cm cho thoáng nước và nước trong thùng ủ thoát
ra được. Phải giữ nhiệt độ trong thùng khoảng 50
o
C và cứ hai ngày một lần trộn hạt
cho điều. Nếu có nhiều thùng thì việc trộn đống ủ thường dễ dàng hơn: sau khi ủ hai
ngày trong thùng thứ nhất, sang hạt qua thùng thứ hai (vừa sang vừa chú ý trộn đều
hạt). Hai ngày sau sang qua thùng thứ ba ủ tiếp trong hai ngày nữa. Trong hai ngày
này cần bắt đầu chú ý xem hạt đã ủ đúng mức chưa tức là hạt đã đạt màu nâu sẫm ở
ngoài và màu tím đậm bên trong (Nguyễn Minh Thủy, 2000).
Trong khi ủ cần lưu ý, đối với giống Forastero và Trinitario thường ủ khoảng
3 - 7 ngày, còn giống Criollo chỉ cần ủ 2 - 3 ngày là được.
2.2.2.3 Ủ thúng (fermentation in basket)
Lót lá chuối quanh thúng tre, nếu lớp lá chuối dày cần thiết phải xoi lỗ để
nước dễ thoát ra khỏi thúng trong quá trình lên men. Ủ thúng sử dụng khi có khối
lượng hạt nhỏ.
Trong cách ủ thúng và ủ đống, ở lớp trên khối hạt luôn duy trì nhiệt độ
khoảng 45 – 50
o
C. Nếu lượng hạt dưới 10kg thì phải ủ kỹ đống ủ sau khi nén thật
chặt. Cần thiết phải duy trì nhiệt độ đống ủ nếu thời tiết lạnh.
Hình 2.7 Hệ thống thùng ủ cho nhiều lần đảo trộn (A), đảo trộn để cho khối hạt điều và cung
cấp oxy cho quá trình lên men hiếu khí (B), thùng được xếp thành bậc thang để dễ đảo trộn
khi lên men quy mô lớn (C), các lỗ dưới đáy thùng để thoát dịch ca cao từ cơm nhầy (D),
thúng ủ được đậy bằng lá chuối để giữ nhiệt (E) khối ca cao được lót lá chuối tiến hành ủ
đống (F)
B
B
A
F
D
C
tạo ra những tiền hương vị chocolate.
“The microbial ecology of cocoa bean fermentations in Indonesia”. Sinh thái
học của vi sinh học của vi sinh vật lên men hạt ca cao Indonesia. Tác giả
M.Ardhana, G. H. F., được đăng trên báo International journal of food
microbiology, số 86, trang 87 - 89, năm 2003.
“Study on the microflora and biochemistry of cocoa fermentation in the
Dominican Republic”. Nghiên cứu vi sinh vật và sinh hóa trong lên men ca cao tại
Cộng Hòa Dominican. Bài của Sandra Lagunes Gálvez và cộng sự, được đăng trên
báo International journal of food microbiology, số 114, trang 124 - 130, năm 2007.
Tác giả tìm ra được nhiệt độ lên men trung bình cao nhất là 51
o
C sau 48 giờ và pH
đạt 4,5 sau 144 giờ. Đường glucose, fructose và axit citric giảm có ý nghĩa sau 48
giờ lên men.
12
2.3 SẤY HẠT CA CAO BẰNG MÁY SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.3.1 Quá trình sấy
Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Sấy
bao gồm cả quá trình truyền nhiệt và truyền khối.
Kết quả quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên, ẩm trong
vật liệu giảm; hầu hết nước tự do bị bốc hơi, chỉ còn lại một phần nước liên kết khá
bền còn lại trong vật liệu.
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng
thái pha lỏng trong vật liệu thành pha hơi và khuếch tán ẩm này ra môi trường ngoài
thông qua tác nhân sấy.
Trong lĩnh vực sản xuất thường áp dụng biện pháp sấy nhân tạo.
2.3.2 Hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời
Sử dụng các điều kiện có sẵn trong tự nhiên để làm tác nhân sấy (nguồn nhiệt
của ánh sáng mặt trời). Phương pháp này dễ thực hiện ít tốn chi phí đầu tư.
Hình 2.8 Thiết bị sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời (A), phơi hạt ca cao trên các tấm
- Ống đong, pipette các loại
- Đũa thủy tinh
- Bình tam giác
- Cây gắp mẫu
- Microwave
- Các dụng cụ cần thiết khác
3.1.4 Thiết bị sử dụng
- Cân phân tích APX - 200
- Nhiệt kế
- Máy đo pH TitroLine (Schott)
- Microwave
- Tủ sấy Binder (USA)
- Các dụng cụ cần thiết khác.
- Thùng lên men 100kg hạt tươi (hình 2.9)
Hình 3.1 Thùng lên men 100kg hạt tươi
15
− Máy sấy năng lượng mặt trời
Bảng 3.1 Các thông số chính của các thiết bị sấy ca cao bằng năng lượng mặt trời
Kích thước khung (m) 5,6 x 1,17 x 1,71 m
Diện tích sàn sấy (m
2
) 2
Khối lượng hạt ca cao lên men (kg) 100
Khối lượng đá hộc (20x30cm) 2
Tấm lợp Polycarbonate
Suntuf - Israel hoặc
bởi axit sulfuric, rồi định lượng axit bằng
kali pecmanganat với indigo cacmin làm chỉ
thị màu.
Copyright: Tài liệu đại học ©