Bài viết Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trong quá trình lên men và sấy đến chất lượng hạt ca cao trồng tại Đắk Lắk khảo sát các yếu tố trong điều kiện lên men và sấy có kiểm soát của 03 giống ca cao năng suất và hạt chất lượng tốt TD3, TD5 và TD8 với mục tiêu ghi nhận và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố lý hóa trong suốt quá trình lên men và sấy hạt.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN VÀ SẤY ĐẾN CHẤT LƯỢNG HẠT CA CAO TRỒNG TẠI ĐẮK LẮK Lâm Thị Việt Hà1, Phan Thị Bích Trâm1, Trương Trọng Ngơn2, Hà Thanh Tồn2 TĨM TẮT Đề tài khảo sát thay đổi độ chua hạt (pH), hàm lượng axit, hàm lượng axit béo tự (FFA) trình lên men hạt, đồng thời khảo sát điều kiện tối ưu yếu tố nhiệt độ thời gian trình sấy hạt ca cao trồng Eukar, Đắk Lắk Lên men sấy hạt hai trình quan trọng sau trình lên men hạt ca cao Lên men giúp tiền sinh hương thơm ngon sản phẩm ca cao Quá trình sấy giúp giảm vị đắng chát tiền tố tạo màu nâu ca cao sản phẩm sô cô la, q trình quan trọng giúp bảo quản hạt khơ Khảo sát nhiệt độ lên men 40oC, 45oC, 50oC, 55oC thời gian từ ngày đến ngày Kết ghi nhận hạt ca cao đạt chất lượng tốt điều kiện lên men nhiệt độ 40oC thời gian ngày, pH 5,93, hàm lượng FFAs mức thấp 0,30% Kết tối ưu trình lên men sử dụng cho nghiên cứu tiếp theo, trình sấy hạt Nhiệt độ sấy thay đổi mức 40oC, 45oC, 50oC, 55oC đến hạt đạt độ ẩm 57% Các tiêu phân tích phương pháp chuẩn AOAC, TCVN 7519 : 2005 Kết nhiệt độ sấy 50oC thời gian 21 giờ, hạt đạt giá trị pH 6,15; hàm lượng axit 0,82%, hàm lượng axit béo tự cho phép 1,08% Từ khóa: Ca cao, lên men hạt, sấy hạt GIỚI THIỆU1 Ca cao lồi cơng nghiệp có giá trị kinh tế dinh dưỡng cao Ở nước ta, loại trồng nhiều vùng sinh thái khác như: duyên hải Nam Trung bộ, Tây Nguyên, Đông Nam đồng sơng Cửu Long, Tây Nguyên đánh giá điều kiện lý tưởng cho phát triển ca cao Theo thống kê, nhu cầu tiêu dùng sô cô la Việt Nam khoảng 5.250 tấn/năm hầu hết nhập từ nước ngồi Hạt ca cao khơ ngun liệu sản xuất sản phẩm có nguồn gốc ca cao mang lại giá trị dinh dưỡng cao nguồn xuất tiềm cho kinh tế nông nghiệp Hạt ca cao khơ lên men từ hạt tươi, sau qua giai đoạn sấy khô cuối bảo quản Trong q trình sản xuất hạt khơ, q trình lên men đóng vai trị quan trọng định hương vị ngon sản phẩm nguồn gốc sô cô la Quy trình lên men thiết thực hướng dẫn kiểm soát chặt chẽ, từ việc chọn loại thùng ủ đến kiểm soát nhiệt độ thời gian lên men; tạo ẩm độ tốt cho trình (Afoakwa, 2015) Hiện nay, lên men hạt ca cao chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ Viện Nghiên cứu Phát triển CNSH, Trường Đại học Cần Thơ 86 nhiệt độ tự nhiên (nắng tự nhiên) trình kéo dài từ đến ngày tùy hộ nông dân sở sản xuất hạt Q trình tự nhiên khơng kiểm sốt yếu tố ảnh hưởng đến lên men hạt sấy khô hạt Hạt ca cao vùng Đơng Nam Á thường có vị chua pH từ 4,6-4,8 (Phan Thanh Bình, 2017; Phạm Hồng Đức Phước 2009); nghiên cứu khác cho thấy nhiệt độ thời gian lên men có ảnh hưởng đến chất lượng hạt ca cao, việc xử lý nhiệt độ 40oC ngày cho kết tốt pH 5,88, axit tổng 0,5%, độ ẩm đạt 82% (Vương Thanh Tùng Hà Thanh Tồn, 2006) Phan Thanh Bình (2017) khuyến nghị phương pháp lên men đảo hạt lần ngày có bổ sung nấm men S cerevisiae cho kết hạt chất lượng sau ngày lên men pH = 5,1, nhiệt độ tốt vào ngày thứ đạt 44,80C Một nghiên cứu Ghana, nước xuất hạt ca cao đứng thứ giới cho kết lên men đến ngày điều kiện tự nhiên giảm lượng axit hạt, giảm hàm lượng đường, protein mức FFA mức chấp nhận pH khoảng 5,26-5,56, hàm lượng axit béo tự (FFA) từ 0,47% đến 0,55% (Afoakwa et al., 2015) Các nghiên cứu trước sử dụng giống ca cao vườn hoặc/và lên men tự nhiên Việt Nam chủ yếu trồng giống ca cao ghép công nhận giống cho phép trồng tỉnh phía Nam Trong giai on 2006 2011 B Nụng Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 10/2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ nghiệp Phát triển nơng thơn công nhận cho sản xuất giống nông học: TD1, TD2, TD3, TD5, TD6, TD8, TD10, TD14 đầu dòng TC5, TC7, TC11, TC12 (Phạm Hồng Đức Phước, 2009) Trong số (03) giống TD3, TD5 TD8 trồng phổ biến vùng trồng ca cao sản lượng chất lượng trái cao (Tây Nguyên đồng sông Cửu Long) Nghiên cứu khảo sát yếu tố điều kiện lên men sấy có kiểm sốt 03 giống ca cao suất hạt chất lượng tốt TD3, TD5 TD8 với mục tiêu ghi nhận đánh giá ảnh hưởng yếu tố lý hóa suốt trình lên men sấy hạt PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu phương pháp nghiên cứu Trái ca cao chín giống TD3, TD5, TD8 thu hái huyện Eukar, tỉnh Đắk Lắk - Thu hoạch: Trái ca cao chín nơng dân thu hoạch cẩn thận để tránh làm dập trái, hạn chế tổn thất hư hỏng trình tồn trữ - Tồn trữ: Ca cao chín thu hoạch cho vào bao tải vận chuyển vào nơi khơ ráo, thống mát để tồn trữ đủ mẻ lên men (3,8-4 kg hạt) tiến hành bóc vỏ Bên cạnh việc tồn trữ trái cịn làm giảm thể tích lớp cơm nhầy góp phần hạn chế sinh axit lactic giai đoạn lên men yếm khí - Bóc vỏ, tách hạt: Việc bóc vỏ thực cách dùng lực đập mạnh trái ca cao vào đá xi măng Sau dùng tay tuốt lấy phần hạt cho vào thiết bị lên men - Lên men (ủ): Tiến hành cho phần hạt bóc vỏ vào túi vải the, cho hạt rỉ bớt dịch nhằm giảm lượng dịch rỉ từ 10%-12% (Nguyễn Minh Thủy, 2009) Sau đó, dùng chuối khoét lỗ thưa lót vào rổ để q trình dịch diễn dễ dàng Dùng vải the dày đậy khối ủ lại Tiến hành cho vào tủ lên men công nghiệp có điện trở điều khiển nhiệt độ theo yêu cầu (kích thước tủ: chiều cao 120 cm x chiều dày 50 cm x chiều ngang 100 cm Mỗi mẻ ủ sử dụng 10 kg nguyên liệu trái (thu 3,8-4 kg hạt ca cao) Trong trình lên men, tiến hành theo dõi tiêu thí nghiệm - Hạt ca cao sau lên men cho vào tủ sấy thiết kế có thời gian ngừng giúp cho trình sấy hạt ca cao hiệu - Hóa chất: Dung dịch NaOH chuẩn 0,1N; dung dịch phenolphthalein 1%; Na2CO3 ; CaCO3 NaCl; Folin - Ciocalteu; Methanol; Ethanol; Axit acetic; Ether dầu hỏa 60 - 90 Nutrient agar, MRS broth, Czapek-Dox Agar, Yeast extract, Pepton, YPGD agar 2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến chất lượng hạt ca cao Mục đích: xác định nhiệt độ thời gian lên men thích hợp thu hạt ca cao sau lên men đạt chất lượng tốt Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm bố trí ngẫu nhiên với nhân tố lặp lại lần Nhân tố A: nhiệt độ lên men hạt ca cao (oC): A1 = 35 A2 = 40 A3 = 45 A4 = 50 Nhân tố B: thời gian lên men hạt ca cao (ngày): B1 = B2 = B = B4 = B5 = B6 = B7 = B = Tổng số đơn vị thí nghiệm: x x = 84 đơn vị thí nghiệm (đvtn) Chuẩn bị mẫu đặt vào tủ lên men có kiểm sốt nhiệt độ đối lưu khơng khí với nhiệt độ theo dõi 35oC, 40oC, 45oC 50oC; tiến hành ghi nhận tiêu từ ngày đến ngày Trong trình lên men, tiến hành đo nhiệt độ khối ủ vị trí khác lấy mẫu để phân tích tiêu độ ẩm, pH, axit tổng, hàm lượng chất béo, hàm lượng axit béo tự do, vi sinh vật 2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến chất lượng hạt ca cao Nhân tố C: Nhiệt độ sấy hạt ca cao (oC) C1 = 40 C2 = 45 C3 = 50 C4 = 55 Tổng số đơn vị thí nghiệm: x = 12 đơn vị thí nghiệm Sau thời gian ủ tối ưu, tiến hành lấy mẫu sấy với mức nhiệt độ 40oC, 45oC, 50oC, 55oC đến hạt đạt độ ẩm tối ưu < 7% (theo tiêu chuẩn hạt ca cao khô) Đồng thời, thời gian sấy tiến hành lấy mẫu phân phân tích tiêu hóa lý 2.2.3 Các tiêu theo dừi v phng phỏp phõn tớch Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 10/2021 87 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng Các tiêu theo dõi phương pháp phân tích Phương pháp phân tích Phương pháp sấy khơ đến khối lượng khơng đổi (TCVN 8151-1-2009) Phương pháp chiết Soxhlet (AOAC 2003.05.2012) TCVN 6127:2010: dầu mỡ thực vật pH Sử dụng máy đo pH LabX (Japan) Hàm lượng axit tổng (tính theo Dùng dung dịch NaOH 0,1N trung hòa lượng axit mẫu (TCVN axit acetic K 0,006) % 4589 - 88: hàm lượng axit tổng số) Hàm lượng axit béo tự (%) Dùng NaOH 0,1 N trung hòa lượng axit béo tự mẫu (Afoakwa et al., 2015) Tro (%) Nung 600oC (AOAC 972.15) Hàm lượng polyphenol tổng số Phương pháp Folin - Ciocalteu (Hossain et al., 2013; Afoakwa et al., (mgGAE/g) 2015) Xác định tổng số vi sinh vật, VK TCVN 4884:2005/ ISO 4833:2003; lactic, VK acetic (CFU/g) - Vi khuẩn lactic: Cân 10 g mẫu cho vào bình tam giác chứa 90 ml Định lượng nấm men, nấm mốc môi trường MRS broth trùng, ủ kỵ khí 370C 24 để (CFU/g) tăng sinh mẫu Pha loãng trải 0,1 mL mẫu đĩa petri chứa MRS broth agar (bổ sung 0,5% CaCO3, agar), ủ kỵ khí 370C 48 Chọn khuẩn lạc làm tan CaCO3 tạo vòng phân giải xung quanh khuẩn lạc Đếm khuẩn lạc có tạo vịng suốt quanh khuẩn lạc (Khunajakr et al., 2008) - Vi khuẩn axit axetic: YPGD agar (D-glucose 5g/L, yeast extract 5g/L, polypeptone 5g/L glycerol 5g/L bổ sung ethanol 4% CaCO3 0,5%) Cân g mẫu cho vào bình tam giác có sẵn 10 ml nước cất vơ trùng pha lỗng mẫu Sau đó, cấy trải mơi trường YPGD agar có bổ sung 0,5% (w/v) CaCO3 Ủ hiếu khí 37oC 24-48 Quan sát lựa chọn khuẩn lạc tạo vịng halo mơi trường AAB Khuẩn lạc AAB tạo vòng sáng xung quanh vi khuẩn sinh axit acetic hịa tan CaCO3 làm màu trắng đục CaCO3 (Phong ctv, 2017) TCVN 8275-1, 2:2008/ ISO21527-1,2:2008 Chỉ tiêu theo dõi Hàm lượng ẩm (%) Hàm lượng chất béo (%) Phương pháp cảm quan Phân tích mơ tả định lượng (QDA) với hạt ca cao Tây Phi khoảng 0,12-0,15% (JINAP & 2.3 Phương pháp xử lý số liệu DIMICK, 1990) Chất lượng hạt ca cao ban đầu cịn Kết tính tốn thống kê, phân tích phương sai phụ thuộc vào điều kiện địa lí, khí hậu đất đai canh ANOVA, kiểm định LSD sai khác trung bình tác, thời vụ kỹ thuật canh tác nghiệm thức chương trình Statgraphics Bảng Thành phần hố học ngun liệu Centurion 16.1.18 Kết xử lý phần mềm Thành phần hoá học Giá trị Excel, 2013 53,94* ± 2,09** Độ ẩm (%) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1,39 ± 0,11 pH 3.1 Thành phần hóa học nguyên liệu 0,29 ± 0,07 Hàm lượng axit (%) 397,95 ± 0,75 Hàm lượng chất béo (%) Kết bảng cho thấy hàm lượng nước có 41,20 ± 0,58 Tro (%) ca cao nguyên liệu cao, đạt 53,94%, điều 5,06 ± 0,13 Hàm lượng polyphenol tổng hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu trước (mgGAE/g) Peláez et al (2016) Hàm lượng polyphenol hạt ca cao nguyên liệu cao, đạt 397,95 mgGEA/g Hàm lượng axit có mẫu 0,288%, cao so 88 Ghi chú: *Giá trị trung bình lần lặp lại; Độ lệch chuẩn (STD) giá trị trung bình ** Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 10/2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian ủ đến chất lượng hạt ca cao sau lên men 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến độ ẩm hạt Kết phân tích thống kê cho thấy mức nhiệt độ khác có khác biệt ý nghĩa thống kê (p< 0,05) Độ ẩm hạt có xu hướng giảm dần theo thời gian sau: 35oC đạt 52,71%, 40oC đạt 47,89%, 50oC đạt 46,84% giảm mạnh nhiệt độ 55oC đạt 22,3% Độ ẩm hạt đạt giá trị cao vào ngày thứ 40oC 56,71% thấp vào ngày 50oC với độ ẩm 22,3% Do hoạt động vi sinh vật làm cho độ ẩm hạt có xu hướng tăng nhẹ vào ngày đầu giảm ngày gần cuối trình lên men Vi sinh vật thủy phân lớp cơm nhầy giải phóng lượng nước tự có cơm Do ảnh hưởng nhiệt độ phần nước bốc bên làm giảm độ ẩm Hình Sự thay đổi độ ẩm theo nhiệt độ thời gian lên men 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến pH khối ủ Hình Sự thay đổi pH theo nhiệt độ thời gian lên men Đồ thị hình cho thấy pH có xu hướng giảm vào ngày đầu tăng nhanh ngày Nhiệt độ ủ tăng pH tăng Cụ thể 35oC sau ngày pH giảm 5,03 tăng lên đến 5,74 vào ngày thứ Tương tự mức nhiệt độ sau ngày 40o 45oC 4,82 4,86 tăng nhanh vào ngày cuối 6,05 6,10 Riêng 55oC pH có xu hướng tăng dần theo thời gian cụ thể 4,99 ngày đầu pH đạt 5,9 vào ngày Nhiệt độ cao pH lớn Giữa pH độ axit liên kết hạt giống pH giá trị thấp giá trị tăng hạt có tính axit Chế biến hạt ca cao yêu cầu độ pH từ 5,2 đến 5,8 để sản xuất ca cao chất lượng cao (Wood Lass, 2008) Theo Dircks (2009) hạt ca cao chưa lên men đạt pH 6,10 - 6,20; kết thí nghiệm cho thấy hạt ca cao Đắk Lắk chưa lên men pH đạt 5,06 (pH thấp nghiên cứu Dricks nguồn ngun liệu khác nhau) Khi hạt cịn tươi lớp vỏ lụa đóng vai trị màng khơng thấm, pH thịt thấp (5,06) axit citric không thấm vào bên hạt Giá trị pH giảm dần sau ngày lên men lại tăng dần lên vào cuối trình lên men Điều giải thích lên men enzym thuỷ phân phá hủy phần lớp vỏ axit tạo thành thấm vào phơi hạt Vì vậy, vào ngày thứ lượng axit tạo thành tương đối nhiều chưa thấm nhiều vào hạt Axit ngấm dần vào hạt đến ngày thứ đạt cực đại ethanol bị oxy hố tạo thành axit axetic q trình oxy hố khơng dừng lại mà tiếp tục đến tạo thành sản phẩm cuối CO2 H2O Vì pH hạt tăng kể từ ngày thứ tương ứng với độ axit giảm dần Giá trị pH hạt vào ngày thứ khơng có khác biệt đáng kể mặt thống kê Càng cuối trình lên men phần thịt bao quanh hạt bị phân hủy nhiều nên hàm lượng oxy khối hạt tăng lên, bên cạnh nhiệt độ tăng lên thúc đẩy q trình oxy hố diễn mạnh mẽ hơn, ngồi sản phẩm tạo thành hoạt động vi sinh vật ethanol, axit, nước đóng vai trị dung môi vận chuyển chất phản ứng enzym xúc tác Theo kết phân tích thấy thời gian lên men ngày cho chất lượng hạt ca cao tốt Nếu kết thúc trình lên men sớm tạo thành hợp chất tạo hương chưa hoàn toàn, đồng thời vị đắng chát không giảm mong muốn Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 10/2021 89 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ lượng tanin hạt ca cao sau ủ lên men cao Nếu trình lên men kéo dài mức gây mùi vị xấu cho sản phẩm Samah et al (1992) phát sau ngày lên men thứ 7, phát triển mạnh nấm sợi phân hủy protein proteaza tạo NH3 gây mùi khó chịu cho hạt ca cao sau lên men 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến hàm lượng axit Kết hình cho thấy hàm lượng axit đạt giá trị cao vào ngày thứ trình lên men, sau giảm dần đạt cực tiểu ngày cuối q trình Cơng bố số tác giả trước cho thấy hàm lượng axit acetic đạt cao 24 (1 ngày) lên men giảm sau hầu hết axit khuếch tán vào tử diệp hạt bay q trình đảo trộn làm thơng thống khối ủ (Ardhana Fleet, 2003) Độ axit trung bình ngày mức thấp 0,31% 0,23% Điều chứng tỏ thời gian lên men dài, hàm lượng axit hạt giảm thời gian lên men dài nguyên nhân làm cho hạt xuất mùi hôi xuất nấm mốc Mặc dù, hàm lượng axit hạt 40oC ngày lên men (0,23%) không đạt mức thấp Nhưng điều kiện hạn chế hàm hượng axit sinh nấm mốc phát triển so với điều kiện nhiệt độ thấp dài ngày 46,22% thấp vào ngày với 33,61% Ở 45oC 50oC hàm lượng chất béo khơng có khác biệt ý nghĩa thống kê, giá trị chất béo trung bình 36,10% 37,60% Khi lên men nhiệt độ 40oC, hàm lượng chất béo ghi nhận đạt cao ngày với 41,24% (khác biệt ý nghĩa thống kê so với 40oC 45oC) Sự tăng hàm lượng béo hạt có khả chất béo triglyceride dự trữ tổng hợp suốt trình lên men hạt Hình Sự thay đổi hàm lượng chất béo theo nhiệt độ thời gian lên men Việc giảm hàm lượng chất béo ngày cuối q trình lên men hoạt động enzyme lipase phân hủy chất béo trung tính hạt thành nhóm axit béo riêng biệt, làm tăng nồng độ axit béo tự dẫn đến làm giảm hương vị hạt kéo dài trình lên men (Afoakwa, 2016) 3.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến hàm lượng axit béo tự Hình Sự thay đổi hàm lượng axit hạt theo nhiệt độ thời gian lên men 3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến hàm lượng chất béo hạt ca cao Hàm lượng chất béo hạt tiêu chuẩn quan trọng chọn giống ca cao Đồ thị hình cho thấy 35oC hàm lượng chất béo giảm sau ngày lên men lại tăng lên ngày giảm dần vào cuối trình lên men Cụ thể hàm lượng chất béo đạt giá trị cao vào thứ với 90 Trong đánh giá chất lượng ca cao, suất chất béo đặc tính vật lý chất béo quan trọng thông số đặc biệt cho chiết xuất bơ ca cao Các đặc tính vật lý chất béo đánh giá đo độ cứng chất béo hàm lượng FFA (Beckett, 2008; Afoakwa, 2015) Mức độ FFA chất béo hạt ca cao cho phép đo độ ôi dầu ca cao hàm lượng FFA cao (1% hạt tươi 1,75% hạt khô) ca cao không chấp nhận Giới hạn quy định mức FFA cao cho thấy thủy phân triglyceride xảy dẫn đến làm mềm bơ Kết thống kê cho thấy khác biệt ý nghĩa thống kê nhiệt độ (p>0,05) Đồ thị hình cho thấy thời gian lên men kéo dài nhiệt độ cao dẫn đến gia tăng hàm lượng axit béo sinh Hàm lượng axit béo tự đạt cao vào N«ng nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 10/2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ ngày 50oC (2,28%) thấp vào ngày 35oC (1,12%) Nguyên nhân dẫn đến tăng axit béo tự do nấm mốc kéo dài phá hoại Mặt khác hoạt động enzyme lipase hoạt động vi sinh có mặt ca cao tự nhiên có tác dụng phá vỡ triglyceride thành nhóm axit béo riêng biệt glycerol giải phóng axit béo dẫn đến ôi thiu sản phẩm Hình Sự thay đổi hàm lượng axit béo tự theo nhiệt độ thời gian lên men 3.2.6 Sự thay đổi mật số vi sinh vật nhiệt độ 40oC ngày lên men Thịt hạt ca cao mơi trường thích hợp cho phát triển vi sinh vật (82 - 87% nước, 10 - 15% đường, - 3% pentosan, - 3% axit citric, - 1,5% pectin) (Nguyễn Minh Thủy, 2013) từ bóc vỏ quả, cơm hạt ca cao nhiễm nhiều loại vi sinh vật Nhìn chung, chuỗi trình lên men nối tiếp thể qua biến động mật độ số nhóm vi sinh vật Đầu tiên phát triển nấm men tạo sản phẩm ethanol enzym phân cắt pectin, phát triển vi khuẩn mà chủ yếu nhóm vi khuẩn lên men axit lactic nhóm vi khuẩn lên men axit axetic, đến ngày thứ sáu trình lên men, mật số nhóm giảm Vi khuẩn lactic diện bắt đầu lên men Khi điều kiện phù hợp, pH gia tăng với gia tăng nhẹ nhiệt độ, vi khuẩn lactic chiếm ưu thời gian ngắn Sau chúng giảm dần đến cuối trình Tổng vi khuẩn hiếu khí tăng dần mật số từ ngày ủ thứ đạt mật độ cao vào ngày ủ thứ với mật số 9,5 log.cfu/g Xu hướng phát triển giải thích Schwan ctv (2004) ban đầu lượng thịt bao quanh hạt cịn nhiều ngăn cản q trình xâm nhập oxy vào khối ủ nên vi khuẩn hiếu khí khó phát triển Sau nhờ phát triển nấm men phân hủy dần lớp cơm hạt, tạo điều kiện thơng thống thích hợp cho vi khuẩn hiếu khí phát triển đạt đỉnh cao vào ngày thứ giảm dần sau theo đường cong phát triển vi sinh vật Sau thời gian lên men ngày, mật độ vi sinh vật có ích giảm mạnh điều kiện khơng cịn phù hợp khoảng 5,3 log.cfu/g, thay vào phát triển bào tử vi khuẩn hiếu khí nấm mốc Vi khuẩn axit lactic chiếm ưu 36 đến 48 đầu lên men (7,6 log.cfu/g) Càng cuối trình lên men, diện nấm men vi khuẩn axit lactic suy giảm (3,6 log.cfu/g vào ngày thứ 6), khơng khí bên khối hạt ca cao tăng lên Vi khuẩn axit axetic xuất giai đoạn sau trình lên men (6,46,8 log.cfu/g vào ngày 4), oxy thẩm thấu khối lượng hạt, chủ yếu oxy hóa ethanol sản xuất nấm men thành axit axetic (Camu ctv, 2007) Càng cuối trình lên men, diện nấm men vi khuẩn axit lactic suy giảm, khơng khí bên khối hạt ca cao tăng lên Do đó, điều kiện dẫn đến phát triển vi khuẩn axit axetic tiến hành lên men hiếu khí Vi khuẩn oxy hóa ethanol thành axit axetic, oxy hóa thêm axit axetic thành carbon dioxide nước Vi khuẩn axit axetic chủ yếu tạo thành tiền chất hương vị chocolate Chúng bao gồm thành viên chi Acetobacter Gluconobacter Hình Sự thay đổi mật độ vi sinh vật theo thời gian lên men nhiệt độ 40oC Nấm sợi tìm thấy phần thống khí khối lên men Mật độ nấm mốc xuất ngày đầu trình lên men (2,3-2,4 log.cfu/g) tăng dần vào cuối trình, đạt cực đại ngày lên men thứ (6,7 log.cfu/g) Chúng có th gõy s Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 10/2021 91 KHOA HC CÔNG NGHỆ thủy phân “cơm nhầy” tạo axit Trong số loại nấm sợi, Aspergillus fumigatus Mucor racemous lồi có mặt nhiều quần thể nấm kết thúc trình lên men Những loại nấm phát triển nhiệt độ cao 45°C, phân lập nhiệt độ khoảng 50°C 3.2.7 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến độ ẩm hạt ca cao Đồ thị hình cho thấy tăng nhiệt độ sấy thời gian sấy rút ngắn lại Khi sấy nhiệt độ thấp (40oC) chênh lệch áp suất riêng phần ẩm bên hạt môi trường xung quanh thấp nên độ ẩm giảm chậm làm kéo dài thời gian sấy (36 giờ) Khi tăng nhiệt độ sấy (55oC) chênh lệch áp suất riêng phần tác nhân sấy áp suất bên hạt tăng lên làm ẩm dễ dàng thoát làm giảm thời gian sấy (18 giờ); điều phù hợp với kết báo cáo Lasisi Engineering (2014) Có thể thấy q trình sấy, nhiệt độ thấp cao ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, nhiệt độ cao trình khuếch tán ẩm bên ngồi thời gian đầu nhanh thời gian sau tạo thành lớp màng cứng bề mặt cản trở không cho lớp nước bên di chuyển bên Nếu nhiệt độ sấy thấp thời gian sấy kéo dài, dẫn đến nấm mốc phát triển ảnh hưởng đến hợp chất sinh học hạt Như hệ thống sấy, việc thay đổi nhiệt độ sấy yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy Đồ thị đường cong sấy cho kết nhiệt độ sấy 50oC thời gian 21 giờ, ẩm độ đạt giá trị tiêu chuẩn hạt khô 5-7% chúng FFA cao ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng giá trị kinh tế hạt ca cao (Guehi et al., 2008) Hàm lượng FFA tìm thấy hạt ca cao tốt cho sức khỏe thường tuân thủ tiêu chuẩn UE (tương đương 1,75% axit oleic) Bảng ghi nhận hàm lượng axit béo tự nhiệt độ sấy khác mức cho phép Hàm lượng axit béo tự cao 55oC (1,09%) có khác biệt ý nghĩa thống kê so với nhiệt độ khác Theo Afoakwa (2013) gia tăng hàm lượng FFA hạt ca cao trình bảo quản sấy khơ hạt, quy cho hoạt động enzyme lipase có hạt ca cao hoạt động để phân hủy chất béo trung tính thành nhóm axit béo riêng biệt, glycerol giải phóng axit béo Ở 55oC hàm lượng axit béo tự 1,09% cao so với 50oC (1,076%) nằm mức cho phép (< 1,75%) Điều giải thích, nhiệt độ sấy cao làm cho hàm lượng axit béo tự tăng (Lasisi Engineering, 2014) Kết phân tích cho thấy, nhiệt độ sấy 50oC giúp rút ngắn thời gian hạn chế gia tăng hàm lượng axit béo tự Kết pH hạt khô đo cao so với pH hạt khô Tây Phi 5,5 (Ndukwu et al., 2010), Malaysia từ 4,4 - 4,7 (Nazaruddin et al., 2006) Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến pH, hàm lượng axit hàm lượng axit béo tự Nhiệt độ(oC) Axit pH 40 0,68* ± 0,19** 6,54* ± 0,02** Axit béo (%) 0,69* ± 0,06** 0,88 ± 0,15 0,82 ± 0,24 0,98 ± 0,14 6,22 ± 0,06 6,15 ± 0,16 6,1 ± 0,07 1,08 ± 0,14 0,64 ± 0,03 1,09 ± 0,07 0,84 6,25 0,87 45 50 55 Trung bình Ghi chú: * giá trị trung bình lần lặp lại, ** độ lệch chuẩn giá trị trung bình Hình Sự thay đổi độ ẩm hạt ca cao theo thời gian nhiệt độ sấy khác 3.2.8 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến pH, hàm lượng axit hàm lượng axit béo tự Chất lượng hạt ca cao thô phụ thuộc nhiều vào hàm lượng axit béo tự (FFA) 92 Trong trình lên men lượng axit tạo nhiều ảnh hưởng không tốt đến hương vị chocolate, làm cho hạt bị chua Axit hạt ca cao chủ yếu axit citric, axit lactic, axit acetic Dấu hiệu có mặt axit axetic mùi hăng khó chịu, loại bỏ phần lớn sản xuất chocolate Axit lactic khơng bay hơi, thay đổi q trình chế biến nên sản phẩm cuối cịn axit lactic, nguyên nhân làm cho pH hạt khô thp Ht ca cao cht Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 10/2021 KHOA HC CƠNG NGHỆ lượng tốt sau lên men phải có pH cao Giá trị hạt khô biểu mức độ chua khối hạt, pH thấp độ chua lớn, với pH ≥ 5,2, hạt ca cao cho tốt chế biến chocolate (Wood Lass, 2008; Beckett, 2009) Độ pH mẫu giảm nhiệt độ sấy tăng lên nhiệt độ cao hơn, bốc nước xảy nhanh (Franke ctv, 2008) Sấy nhiệt độ cao, hạt giảm độ ẩm nhanh chóng dẫn đến axit axetic mẫu hình thành từ phản ứng oxy hóa trước bay Kết nghiên cứu phù hợp với báo cáo Hii (2009), nhiệt độ sấy cao không khuyến cáo việc sấy ca cao giữ lại hầu hết axit bên hạt ca cao gây nhiều axit bột thành phẩm Tính axit mức dẫn đến phát triển hương, vị không phù hợp vị chua loại bỏ đặc biệt mẫu sử dụng cho trình sản xuất chocolate (McDonald ctv, 1981) Sấy hạt ca cao nhiệt độ thấp cho giá trị pH hạt khơ tính axit bột ca cao thành phẩm chất lượng tốt (Ajala Ojewande, 2014) 3.2.9 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến giá trị cảm quan hạt ca cao khô Kết cảm quan ghi bảng cho thấy tiêu màu sắc khơng có khác biết ý nghĩa thống kê nhiệt độ sấy khác Điều cho thấy q trình lên men hồn tồn, tử diệp hạt sau trình sấy chuyển nâu hồn tồn Chỉ tiêu mùi vị có khác biệt ý nghĩa thống kê (p < 0,05) Ở tiêu mùi, hầu hết sấy nhiệt độ cao khơng có khác biệt mùi Đối với vị, kết cho thấy nhiệt độ sấy 55oC cho vị chua, chát nhiệt độ cịn lại Nhìn chung, hạt ca cao sấy 50oC 24 cho kết màu sắc, mùi vị tốt Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến giá trị cảm quan hạt ca cao khô Nhiệt độ Màu Mùi Vị ( C) 4,40*±0,1a** 3,77±0,21b 3,73±0,21a 40 4,20±0,1a 4,20±0,1a 3,60±0,26a 45 4,33±0,15a 4,27±0,15a 3,53±0,15a 50 4,23±0,15a 4,07±0,15a 3,13±0,15b 55 Ghi chú: *Giá trị trung bình lần lặp lại; Độ lệch chuẩn (STD) giá trị trung bình ** Các chữ giống biểu thị không khác biệt theo cột với mức ý nghĩa 5% 400C 45oC 50oC 55oC Hình Hạt ca cao xay nhuyễn nhiệt độ sấy khác Để đảm bảo chất lượng hạt ca cao thô, mang lại thông số trình lên men sấy hạt ca giá trị kinh tế tiết kiệm thời gian sản xuất, nhiệt độ cao sau: Hạt ca cao đạt chất lượng cao (độ chua, sấy 50oC lựa chọn phù hợp để phục vụ cho độ ẩm, hàm lượng FFAs đạt yêu cầu) lên men o trình sấy hạt ca cao Điều tương tự với nhiệt độ 40 C thời gian ngày Độ ẩm hạt đạt 56,71%, pH đạt 5,93, hàm lượng axit béo tự đạt kết Wood Lass (2008) mức cho phép 0,84% Hạt ca sau lên men sấy KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ nhiệt độ 50oC 21 cho chất lượng hạt tốt Nghiên cứu cho thấy khả thi việc kiểm nhất, pH hạt sau sấy đạt 6,15, hàm lượng axit soát nhiệt độ cho trình ủ lên men hạt với mục tổng đạt 0,82%, hàm lượng axit béo tự FFAs cho tiêu hạn chế vị chua hạt ca cao sau lên men phép 1,08% đạt chất lượng hạt tốt so với lên men tự nhiên TÀI LIỆU THAM KHẢO khơng kiểm sốt Nhiệt độ sấy thích hợp góp phần cải thiện hương vị hạt ca cao khô Đồng thời, Ajala A.S and K O Ojewande, 2014 Study đánh giá chất lượng hạt ca cao sau lên on drying of fermentated cocoa beans (Theobroma men sấy Kết thí nghiệm xác định cacao) International Journal of Innovation and Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 10/2021 93 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Applied Studies (2): 931–936 Afoakwa, E O., Kongor JE, Budu AS, Mensah-Brown H, JF Takrama, 2015 Changes in Biochemical and Physico-chemical Qualities during Drying of Pulp Preconditioned and Fermented Cocoa (Theobroma cacao) Beans J Nutr Heal Food Sci 2: 9651–9670 Afoakwa, E O., Quao, J., Budu, A S., Takrama, J., Saalia, F K., 2013 Chemical composition and physical quality characteristics of Ghanaian cocoa beans as affected by pulp preconditioning and fermentation J Food Sci Technol 50 (6): 1097–1105 Beckett, S T., 2009 Industrial chocolate manufacture and use London: Chapman & Hall Pp 20–23 Camu N, De Winter T, Addo KS, Takrama JS, Bernaert H, L De Vuyst, 2007 Fermentation of cocoa beans: influence of microbial activities and polyphenol concentrations on the flavour of chocolate J Sci Food Agric 88: 22882297 Dricks H D., 2009 Investigation into the fermentation of Australian cocoa beans and its effect on microbiology, chemistry and flavour NSW University Huỳnh Xuân Phong, Nguyễn Mỹ Vi, Nguyễn Ngọc Thạnh, Bùi Hoàng Đăng Long, Toshiharu Yakushi, Kazunobu Matsushita, Ngô Thị Phương Dung, 2017 Tuyển chọn vi khuẩn acetic chịu nhiệt ứng dụng lên men acid acetic Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, 20(9B): 44-49 Guehi, S T., Clement-Vidal, A., Dingkuhn, M., Cros, E., Fourny, G., Ratomahenia, R., Moulin, G., 2008 Impact of cocoa processing technologies in free fatty acids formation in stored raw cocoa beans Impact of cocoa processing technologies in free fatty acids formation in stored raw cocoa beans African J Agric Res 3: 174–179 Hii C L, C L, L., Cloke M, M, S., 2009 Thin layer drying kinematics of cocoa and dried product quality J Bio-sys Eng., Elsevier Ltd 153–161 10 Hossain M A, K A S AL-Raqmi, Z H ALMijizy, A M Weli, Q Al-Riyami., 2013 Study of total phenol, flavonoids contents and phytochemical screening of various leaves crude extracts of locally grown Thymus vulgaris Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 3(9): 705–710 94 11 Lasisi, D., and Engineering, B., 2014 A Comparative Study of Effects of Drying Methods on Quality of Cocoa Beans International Journal of Engineering Research and Technology 3(1): 991– 996 12 Mc Donald, C R., Lass, R A., Lopez, A S F., 1981 Coco adrying - Areview Cocoa Grower’s Bulletin, 31, 5-41 13 Nazaruddin, R., Seng, L K., Hassan, O., Said, M., 2006 Effect of pulp preconditioning on the content of polyphenols in cocoa beans (Theobroma ca cao) during fermentation Industrial Crops and Products, 24(1), 87-94 https://doi.org/10.1016/ j.indcrop.2006.03.013 14 Ndukwu M C and Agboola S O., 2010 Cocoa bean (Theobroma cacao L.) drying Kinetics http://dx.doi.org/10.4067/S071858392010000400014 15 Nguyễn Minh Thủy, 2013 Giáo trình kỹ thuật sau thu hoạch nông sản Nhà xuất Đại học Cần Thơ, 370 16 Phạm Hồng Đức Phước, 2009 Kỹ thuật trồng ca cao Việt Nam Nhà xuất Nơng nghiệp 17 Phan Thanh Bình, Phạm Văn Thao, Nguyễn Thị Thoa, 2017 Nghiên cứu bổ sung saccharomyces cerevisiae trình lên men hạt ca cao để nâng cao chất lượng sản phẩm Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp Tây Nguyên 18 Khunajakr, N., A Wongwicharn, D Moonmangmeeand, S Tantipaiboonvut., 2008 Screening and identification of lactic acid bacteria producing antimicrobial compounds from pig gastrointestinal tracts KMITL Sci Tech J., 8(1): 817 19 Schwan, R F., & Wheals, A E., 2004 The microbiology of cocoa fermentation and its role in chocolate quality Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 44(4), 205–221 https://doi.org/ 10.1080/10408690490464104 20 Vương Thanh Tùng Hà Thanh Toàn, 2006 Khảo sát ảnh hưởng trình ủ lên men đến chất lượng hạt ca cao Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 5: 149-1572 21 Wood G A R., and Lass R A., 2008 Cocoa, 4th Edition Longman’s group pp 444 Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 10/2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ STUDY ON EFFECTIVE OF TEMPERATURE AND TIME CONDITION DURING FERMENTATION AND DRYING COCOA (Theobroma cacao L.) BEANS IN DAK LAK Lam Thi Viet Ha, Phan Thi Bich Tram, Truong Trong Ngon, Ha Thanh Toan Summary Fermentation and drying is crucial to the development of chocolate flavour during cocoa industrial manufacturing This could acompany with decrease in acidity and free fatty acids of beans This study investigated change in temperature and time during cocoa bean fermentation; the effect of the proximate composition (moisture, total acid and chất béo content) and microbial community as well during the fermentation process The full factorial experiment design with fermented temperature (35oC, 40oC, 45oC, 50oC) and time (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, days) The standard analytical methods were identified using AOAC and TCVN 7519: 2005 The results showed that the ideal conditions led to considerable quality cocoa bean which include 40°C for the sixth day of fermentation pH and Acid content showed the acceptable value of, 5.93; 0.30%; respectively The suitable condition of drying process showed at 50oC in 21 hours, with the free fatty acid content (FFAs) of the studied condition were below the acceptable limits of 1.08%; pH 6.15; acid content 0.82%, The present work is supporting for the cocoa cultivation and drying cocoa bean production of cocoa development projects in Highlands Vietnam Keywords: Cocoa, cocoa bean fermentation, cocoa bean drying Người phản biện: PGS.TS Nguyễn Thanh Hằng Ngày nhận bài: 30/6/2021 Ngày thông qua phản biện: 30/7/2021 Ngày duyệt đăng: 6/8/2021 N«ng nghiƯp phát triển nông thôn - K - THáNG 10/2021 95 ... nghiệm 2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến chất lượng hạt ca cao Mục đích: xác định nhiệt độ thời gian lên men thích hợp thu hạt ca cao sau lên men đạt chất lượng tốt Bố trí... 3.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến hàm lượng axit béo tự Hình Sự thay đổi hàm lượng axit hạt theo nhiệt độ thời gian lên men 3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến hàm lượng chất. .. CƠNG NGHỆ 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian ủ đến chất lượng hạt ca cao sau lên men 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men đến độ ẩm hạt Kết phân tích thống kê cho thấy mức nhiệt độ khác có khác