CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHẾ BIẾN SỮ CACAO TIỆT TRÙNG ĐÓNG HỢP
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan ca cao 1.1.1 Nguồn gốc 1.1.2 Sự phân bố ca cao giới 1.1.3 Đặc điểm ca cao 1.1.4 Phân loại cacao 1.1.5 Thành phần ca cao 14 1.1.6 Tình hình sản xuất tiêu thụ cacao 25 1.1.7 Vai trò cacao 26 1.2 Tổng quan sữa 26 1.2.1 Sữa ca cao tiệt trùng 26 1.2.2 Nguyên liệu sản xuất sữa ca cao tiệt trùng 27 1.2.3 Giá trị dinh dưỡng 44 Công nghệ thiết bị sản xuất bột ca cao 46 2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất 46 2.2 Giải thích quy trình 47 2.2.1 Phối trộn 47 2.2.2 Hiệu chỉnh hàm lượng chất khô 49 2.2.3 Đồng hóa 53 2.2.4 Bài khí 56 2.2.5 Rót sản phẩm 58 2.2.6 Tiệt trùng 62 2.2.7 Bảo quản 68 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sữa ca cao tiệt trùng đóng hộp 68 3.1 Ảnh hưởng ca cao 68 3.2 Ảnh hưởng casein 69 3.3 Thành phần chất béo 70 3.3.1 Ảnh hưởng đến hình thành Lactulose sữa cacao tiệt trùng 70 3.3.2 Ảnh hưởng đến hình thành furosine sữa cacao tiệt trùng 70 3.3.3 Ảnh hưởng đến biến tính β-lactoglobulin sữa cacao tiệt trùng 71 Chỉ tiêu sản phẩm sữa ca cao tiệt trùng đóng hộp 71 4.1 Sản phẩm 71 4.2 Chỉ tiêu cảm quan 71 4.3 Chỉ tiêu hóa lý 72 4.4 Chỉ tiêu vi sinh vật 72 4.5 Các chất nhiễm bẩn 72 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sự phân bố ca cao giới Hình 2: Cây ca cao Hình 3:Bơ ca cao 20 Hình 4: Epicatechin cấu trúc trùng hợp 22 Hình 5: Cơng thức phân tử Threobromine 23 Hình 6: Cơng thức hóa học caffeine 24 Hình 7: Cơng thức cấu tạo α-lactose β-lactose 33 Hình 8: Cấu tạo micelle casein 35 Hình 9: Bột ca cao 42 Hình 10: Sữa ca cao tiệt trùng đóng hộp 45 Hình 11: Thiết bị phối trộn trục dạng đứng 49 Hình 12: Cấu tạo thiết bị ly tâm tách béo dạng đĩa 51 Hình 13: Thiết bị ly tâm chuẩn hóa chất béo 51 Hình 14: Quy trình chuẩn hóa sữa hệ thống tách ly tâm Seperator 52 Hình 15: Máy đồng hóa áp lực cao sữa 56 Hình 16: Thiết bị khí sữa 58 Hình 17: Thiết bị chiết rót vơ trùng 61 Hình 18: Thiết bị tiệt trùng thủy lực 65 Hình 19: Thiết bị tiệt trùng liên tục hydrolock 66 Hình 20: Thiết bị tiệt trùng gián đoạn 66 Hình 21: Thiết bị trao đổi nhiệt mỏng 67 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Ttiêu chí chất lượng điển hình cho khối lượng ca cao Bảng 2: So sánh số thành phần hạt cacao lên men cacao chưa lên men 12 Bảng 3: Thành phần acid amin hạt cacao lên men hạt cacao không lên men 13 Bảng 4: Các thành phần sản phẩm bột cacao kiềm hóa thương mại 14 Bảng 5: Thành phần hóa lí ca cao 15 Bảng 6: Đặc tính vật lý hạt ca cao 16 Bảng 7: Thành phần hạt sau lên men sấy khô 17 Bảng 8: Thành phần hạt ca cao Tây Phi (Forastero) chưa lên men 17 Bảng 9: Thành phần acid béo có bơ ca cao 19 Bảng 10: Đặc điểm tinh thể bơ ca cao 19 Bảng 11: Tỷ trọng thành phần sữa 20oC 28 Bảng 12: Độ dẫn nhiệt sữa số sản phẩm sữa (kcal/m.h.oC) 29 Bảng 13: Hệ số dẫn nhiệt sữa số sản phẩm 29 Bảng 14: Tính acid số sản phẩm sữa 30 Bảng 15: Hàm lượng chất sữa bò (% khối lượng) 31 Bảng 16: Tỷ lệ hàm lượng α-lactose monohydrous β-lactose anhydrour theo nhiệt độ 33 Bảng 17: Thành phần protein hòa tan sữa bò 36 Bảng 18: Thành phần chất béo sữa bò 37 Bảng 19: Các tiêu chung sữa tươi nguyên liệu 38 Bảng 20: Chỉ tiêu cảm quan đường 39 Bảng 21: Chỉ tiêu vi sinh vật đường 40 Bảng 22: Các thông số chất lượng bột ca cao 41 Bảng 23: So sánh ưu nhược điểm hai phương pháp tiệt trùng 68 Bảng 24: Các tiêu cảm quan 71 Bảng 25: Chỉ tiêu vi sinh vật theo QCVN 5-1:2010/BYT 72 Bảng 26: Hàm lượng kim loại nặng theo TCVN 7018:2009 73 LỜI MỞ ĐẦU Ca cao nguồn nguyên liệu phổ biến ngày Là nguồn nguyên liệu thiết yếu cho ngành công nghệ chế biến thực phẩm sô cô la, sữa, bánh, kẹo,… Một thực phẩm cung cấp chất dinh dưỡng cao mang lại nhiều lợi ích sức khỏe cho người Một sản phẩm đà phát triển mà sử dụng nguồn nguyên liệu ca cao sữa ca cao tiệt trùng đóng hộp Trước người ta muốn uống sữa ca cao cách pha bột ca cao truyền thống Ngày nay, để không tốn nhiều thời gian thị trường dịng sữa ca cao tiệt trùng đóng hộp Nó khơng dịng sữa milo, sữa bổ sung sơ la Vì sơ la dạng hỗn hợp ca cao, bơ ca cao thành phần khác Để hiểu rõ dòng sản phẩm sữa ca cao tiệt trùng đóng hộp này, nhóm chúng em nghiên cứu đề tài báo cáo “Công nghệ thiết bị chế biến sữa ca cao tiệt trùng đóng hơp” Bài tiểu luận cịn nhiều thiếu sót, mong Thầy bạn góp ý để báo cáo hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn 1 Tổng quan sữa ca cao tiệt trùng 1.1 Tổng quan ca cao 1.1.1 Nguồn gốc Hạt cacao có nguồn gốc từ cacao, thuộc lồi cacao Theobroma Theobroma cacao loại có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới ẩm phía bắc Nam Mỹ Trung Mỹ (Miranda et al,1962) Có loại cacao trồng khu vực Criollo Forastero Nguồn gốc cacao hóa cịn số tranh cãi Nguồn gốc có khả cao cacao khu lưu vực sông Orinoco Amazon, thung lũng nhánh sông chúng Trung tâm xuất xứ cacao xem xét Thượng Amazon gần biên giới Colobia - Ecuador, sườn phía đơng dãy Andes (Cheesman 1944) Mặc dù cacao trồng Mexico Trung Mỹ 2000 năm, khơng có quần thể hoang dã thực khu vực này, cho thấy cacao đưa từ nơi khác đến Trung Mỹ Mexico Khi cacao lang rộng khắp thung lũng Amazon, phân tán dọc theo tuyến đường : dẫn phía bắc dẫn phía tây (Schultes 1984) Do đó, khẳng định cacao hóa Nam Mỹ sau lan sang Trung Mỹ Nam Mexico, người Ấn Độ di cư thực Cách khoảng 2000 năm, cacao hay xác chế phẩm từ hạt cacao sớm phổ biến trở nên thiết yếu người dân sống khu vực Mỹ Latin Bằng chứng khảo cổ học Costa Rica cho thấy cacao uống thương nhân Mayan sớm 400 năm trước Cơng ngun Văn hóa Aztec, chiếm ưu Mesoamerica từ kỷ XIV đến chinh phạt, nhấn mạnh nhiều vào tôn nghiêm cacao Và nhà khoa học chứng thực người Mayan người Aztec trồng cacao từ lâu trước nhà thám hiểm Châu Âu đặt chân lên vùng đất (J C Motamayor, 2002) Cả người Maya Aztec đánh giá cao cacao, sử dụng hạt cacao khơng cho mục đích ẩm thực mà cịn để buôn bán tạo tiền Chocolate loại nước uống có nhiều hình thức hương vị Chocolate có tầm quan trọng nghi lễ lớn người Maya người Aztec, phục vụ bữa tiệc xa hoa, chôn cất người chết dùng để xức dầu cho trẻ sơ sinh Tuy nhiên, lịch sử choccolate có lẽ lâu đời nhiều so với dự đốn ban đầu, tàu gốm từ khoảng 1100 trước Công nguyên Puerto Escondido, Honduras, dư lượng tìm thấy hợp chất hóa học đến từ sô cô la (Hermann A Jürgen Pohlan 2010) Dựa đa dạng hình thái lớn quan sát Trung Mỹ Nam Mỹ, quần thể cacao Bắc Nam Mỹ phát triển thành dạng, phân tách Isthmus Panama Cả hai quần thể tiến hóa độc lập cơng nhận phân lồi riêng biệt (T cacao ssp cacao and T cacao ssp sphaerocarpum), (Cuatrecasas, 1964) Thực vật hoang dã từ rừng nhiệt đới Lacandona từ Mexico tổ tiên cacao hóa Nguồn gốc hóa đồng thời riêng biệt Trung Nam Mỹ đề xuất cho loại hạt phổ biến, Phaseolus vulgaris (Velasquez and Gepts, 1994) Theobroma chia thành hai mươi hai lồi Theobroma cacao biết đến rộng rãi Người Maya tin ca cao Thượng Đế hạt ca cao ân sủng chúa cho người Người Maya người trái đất sử dụng ca cao làm thực phẩm Họ làm đồ uống với hạt ca cao nướng lên, nghiền nhuyễn pha với bột ngô nhằm tạo độ sánh uống Tuy nhiên cách thức chế biến đơn giản Khi Tây Ban Nha xâm chiếm vùng đất vào kỷ 15, hạt ca cao theo thuyền buồm đến Châu Âu trở thành loại thức uống quý tộc Người Aztec gọi thức uống từ hạt ca cao lên men Xocolatl Nhưng người Tây Ban Nha phát âm tên nên biến thành Chocolat Và đến người Anh gọi Chocolate Trong gần kỷ, ca cao coi thức uống đặc trưng điều bí mật người Tây Ban Nha Tuy nhiên giá đắt đỏ nên người Tây Ban Nha thực dụng nhạy bén trồng ca cao thuộc địa họ để xuất tới quốc gia khác châu lục Và thu lại khoản lợi nhuận khổng lồ Ca cao lan truyền khắp Châu Âu Việc uống bột ca cao thành trào lưu Pháp Dưới thời vua Louis 14 15, thức uống ca cao ưa chuộng Versailles Tuy nhiên, lúc thức uống ca cao uống dạng nóng Vì bột ca cao nguyên bơ ca cao, dễ bị kết tinh thô nhám bị lạnh Người uống chocolate Christopher Columbus, người đến Nicaragua vào năm 1502 để tìm đường biển đến loại gia vị phương Đông Moctezuma II, Hồng đế Aztec (1465-1520), chào đón Hernando Cortés quân đội ông vào năm 1519 thức uống chocolate, cử tình bạn cacao thức uống dành cho quý tộc, chiến binh thương nhân Theo Bernal Díaz, sô cô la phục vụ cho Moctezuma tàu vàng nguyên chất ăn thìa vàng Trên thị trường, có người bán đồ uống chocolate hảo hạng làm mật ong, hoa, vani chí tiêu Chocolate làm từ hạt cacao nghiền có thêm gia vị, dạng cay, khơng vị, khơng gọi ngày đơn giản sô cô la Các tu sĩ Capuchin Tây Ban Nha bắt đầu phát triển Crioche cacao Ecuador vào năm 1635 Các quốc gia châu Âu đòi đất để trồng ca cao cuối kỷ XVII Pháp giới thiệu cacao cho Martinique St Lucia (1660), Cộng hòa Dominican (1665), Brazil (1677), Guyana (1684) Grenada (1714); Anh trồng cacao Jamaica vào năm 1670; trước đó, người Hà Lan tiếp quản đồn điền Curaỗao h chim o vo nm 1620 Sau đó, vụ bùng nổ địi hỏi phải trồng thêm cacao Amelonado cacao từ Brazil trồng Principe vào năm 1822, Sao Tomé năm 1830 Fernando Po năm 1854, sau Nigeria vào năm 1874 Ghana năm 1879 Đã có đồn điền nhỏ Bonny, miền đông Nigeria thành lập Chánh Iboningi vào năm 1847 , đồn điền khác gia đình Coker điều hành thành lập phái Kitô giáo Những hạt giống trồng Ghana Tetteh Quarshie người học việc Adjah mang đến từ Fernando Po, sau nỗ lực trước Hà Lan (1815) Thụy Sĩ (1843) để giới thiệu ca cao Ghana thất bại Trinitario cacao trồng lần Ceylon vào năm 1834, sau thử lại vào năm 1880 Trong thời gian đó, cấy ghép đến Fiji, Madagascar, Samoa, Singapore Tanzania Ở Cameroon, ca cao giới thiệu thời kỳ thuộc địa năm 1925 1939 (Hermann A Jürgen Pohlan 2010) Đến năm 1828, Van Houten phát minh máy ép thủy lực để giảm gần nửa hàm lượng bơ ca cao, từ tạo "chiếc bánh" nghiền thành bột ca cao Sự đời bột ca cao không tạo điều kiện cho việc tạo đồ uống sơ la, mà cịn sữa chocolate ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt tối thiểu (Van den Boomgaard et al, 1987) Bột ca cao làm thay đổi cấu hình HCT-pH thành giá trị kiềm tăng độ ổn định nhiệt tối đa (J E O’Connell et al, 1998) Một số thành phần cacao ảnh hưởng đến ổn định chất keo hệ thống casein sữa thành phần nhắc đến nhiều polyphenol Polyphenol hợp chất phản ứng cao ảnh hưởng đến ổn định sữa theo số chế Polyphenol ý tính chất chống ung thư chống oxy hóa chúng coi thành phần chức tiềm sản phẩm sữa liên quan đến tác dụng ổn định tăng cường sức khỏe ( Lin et al., 1996) Ngồi ra, bột cacao cịn cải thiện giá trị protein thô đáng kể ( Jayeola, C O et al, 2010) 3.2 Ảnh hưởng casein Casein thành phần protein chủ yếu có sữa Chúng tồn dạng micelle Mỗi micelle chứa khoảng 65% nước, phần cịn lại loại casein khống (gồm calci, magie, phosphate citrate) Các dạng casein: - s -casein: 47-57% - -casein: 25-35% - -casein: 8-15% (Th.S Đặng Thị Ngọc Dung 2018) Trong cấu trúc micelle, tiểu micelle liên kết với nhờ muối phosphate calci Ca3(P04)2 tương tác gốc kỵ nước Kích thước micelle phụ thuộc vào hàm lượng ion Ca2+ có sữa dao động khoảng 0,24-0,4 µm Các tiểu micelle vùng biên cấu trúc micelle thường chứa hàm lượng K-casein cao Do bố trí đầu ưa nước K-casein ln hướng vùng biên nên phân tử K-casein làm cho micelle hòa tan sữa dạng dung dịch keo ổn định cấu trúc micelle sữa Nếu tách K-casein khỏi micelle lấy phần ưa nước nó, cấu trúc micelle trở nên khơng ổn định Trong trường hợp nêu có mặt ion Ca2+ sữa, micelle liên kết lại với tạo nên tượng đông tụ casein (Lê Văn Việt Mẫn 2010) Nếu casein bị đông tụ ảnh hưởng đến tính chất cảm quan sữa Vì lúc hạt cầu béo phân tán khơng đồng bị vón cục tính chất ban đầu sữa nguyên liệu 69 Những phức hợp phân tử gọi micelle casein Các mixen lớn tới 0,4 micron nhìn thấy kính hiển vi điện tử Các polyme tạo thành từ hàng trăm hàng ngàn phân tử riêng lẻ tạo thành dung dịch keo nhờ tạo nên màu trắng đặc trưng cho sữa (M Griffiths 2010) Casein loại protein sữa ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng sữa Nếu sữa có hàm lượng casein cao chất lượng sản phẩm tốt, mang nhiều chất dinh dưỡng có ích cho người 3.3 Thành phần chất béo 3.3.1 Ảnh hưởng đến hình thành Lactulose sữa cacao tiệt trùng Lactulose loại đường không hấp thụ sử dụng điều trị táo bón bệnh não gan Có tác dụng thẩm thấu, chống tăng amoniac- huyết, kích thích nhu động ruột Theo nghiên cứu cho thấy Lactulose hình thành 1200C Các kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất béo đến hình thành lactulose có nhiều mẫu thuẫn nghiên cứu Theo Berg (1993) chất béo tác dụng đến hình thành lactulose sữa có nghiên cứu khác Koning et al (1990) lại cho lactulose hình thành cao đáng kể (40-50%) sữa chứa 3% chất béo so với sữa chứa chất béo 1.5% xử lý UHT Mặt khác, Pellehrino (1994) có nghiên cứu cho thấy chất béo ngăn chặn hình thành lactulose sữa Sự khác lactulose hình thành sữa nguyên kem, sữa bán gầy sữa gầy chứng minh cụ thể sau trình UHT trực tiếp (1931%) sau q trình UHT gián tiếp (3-5%), từ làm cho tác giả đưa nhận định chất béo co hiệu việc chống lại phá hủy nhiệt 3.3.2 Ảnh hưởng đến hình thành furosine sữa cacao tiệt trùng Furosine acid amin thuộc thành phần protein sữa Furosine hình thành nhờ trình thủy phân lactullyllysine, sản phẩm phản ứng Maillard Sự hình thành furrosine tìm thấy mẫu sữa với hàm lượng tùy theo trình xử lý nhiệt, hàm lượng furrosine tăng lên sử dụng tình xử lý nhiệt 70 thấp Ngồi ra, hình thành furosine thực nhanh bị tác động nhiệt độ hàm lượng chất béo sữa cao (Claey et al 2003) 3.3.3 Ảnh hưởng đến biến tính β-lactoglobulin sữa cacao tiệt trùng β-lactoglobulin loại whey protein chủ yếu sữa bị số động vật có vú khác Hợp chất gây số dị trẻ em Trong tình xử lý nhiệt β-lactoglobulin kết hợp với hạt cầu béo sữa (Dalgleish & Banks 1991) Nghiên cứu cho thấy β-lactoglobulin bị biến tính nhanh có độ nhạy nhiệt cao sữa có hàm lượng chất béo cao nhiệt độ 720C Ở nhiệt độ 830C biến tính β-lactoglobulin xảy với hàm lượng chất béo sữa Kết nghiên cứu cuối cho thấy hàm lượng chất béo ảnh hưởng lớn đến biến tính β-lactoglobulin, cụ thể hàm lượng chất béo cao biến tính β-lactoglobulin nhanh nhiều Ngồi ra, có nghiên cứu chứng minh mẫu sữa chứa 3% chất béo gây biến tính whey protein (10%) so với mẫu sữa chứa 1.5% chất béo điều kiện xử lý UHT (Koning et al.1990) Chỉ tiêu sản phẩm sữa ca cao tiệt trùng đóng hộp Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7018:2009 sữa tiệt trùng, ta có tiêu đánh giá chất lượng sữa sau: 4.1 Sản phẩm Sản phẩm phải chế biến hồn tồn từ ngun liệu sữa ti, có bổ sung đường, ngun liệu ca cao, có khơng bổ sung phụ gia thực phẩm, xử lý nhiệt độ cao 4.2 Chỉ tiêu cảm quan Bảng 24: Các tiêu cảm quan Chỉ tiêu Yêu cầu Màu sắc Màu đặc trưng sản phẩm Mùi, vị Mùi, vị đặc trưng sản phẩm, khơng có mùi, vị lạ Trạng thái Dịch thể đồng 71 4.3 Chỉ tiêu hóa lý Theo QCVN 5-1:2010/BYT, sữa ca cao tiệt trùng phương pháp thử TCVN 7774:2007 (ISO 5542:1984), TCVN 8099-1:2009 (ISO 8968-1:2001), TCVN 8099-5:2009 (ISO 8968-5:2001) cho thấy sữa có hàm lượng protein sữa khơng nhỏ 2.7% khối lượng 4.4 Chỉ tiêu vi sinh vật Bảng 25: Chỉ tiêu vi sinh vật theo QCVN 5-1:2010/BYT Tên tiêu Enterobacteriaceae Giới hạn tối đa cho phép n c m M