TỔNG QUAN
Giới thiệu cây ca cao
Cây ca cao (Theobroma ca cao Linn) thuộc họ Sterculiaceae, là cây công nghiệp lâu năm sống ở vùng nhiệt đới, thuộc loài cây thân gỗ, sống đa niên Cây ca cao có nguồn gốc từ vùng Amazon của Brazil, được trồng ở các nước nhiệt đới như Nigeria, Ghana, Bờ Biển Ngà, Brazil, Malaysia, Venezuela và Indonesia [18]
Những nông dân Mayan và Aztec của Mexico là những người trồng cây ca cao đầu tiên ở Trung Mỹ, họ bắt đầu canh tác từ thế kỉ 14 Đến những năm của thế kỉ 19, nghề trồng ca cao đã đạt được những tiến bộ đáng kể, giúp cho kỹ nghệ chocolate có cơ sở để phát triển ở Châu Âu Ở Châu Mỹ, hai nước sản xuất ca cao mới xuất hiện là Ecuador và Brazil Ở Châu Phi, cây ca cao chỉ mới được trồng ở các hòn đảo của vịnh Guinea
Trong thế kỉ 20, sản xuất ca cao phát triển với quy mô rất lớn Từ năm 1985 trở lại đây, các nước Châu Á phát triển mạnh ca cao, trước hết là ở các nước Malaysia, Indonesia, Ấn Độ,…[5] Ở Việt Nam, cây ca cao được người Pháp đưa vào đầu tiên ở miền Nam từ rất sớm, nhưng trải qua thời gian dài, cây ca cao vẫn chiếm một vị trí rất khiêm tốn trong nền sản xuất nông nghiệp Việt Nam Những năm gần đây, công tác nghiên cứu đối với cây ca cao vẫn chưa được phát triển một cách tương xứng với giá trị thực sự của loại cây quý giá này
Ngày nay, cây ca cao đã trở nên phổ biến và được trồng ở nhiều tỉnh của Việt Nam, do có ưu thế nổi trội là có thể trồng xen với nhiều loại cây như dừa, hồ tiêu, cà
11 phê, điều, ngoài ra khả năng chịu hạn cao nên thích hợp với điều kiện tự nhiên và thổ nhưỡng ở các tỉnh phía Nam Ở nước ta, diện tích trồng ca cao vẫn còn nhiều hạn chế (khoảng 20%), tập trung chủ yếu ở ba vùng: các tỉnh Tây Nguyên, miền Đông Nam
Bộ và vùng đồng bằng Sông Cửu Long
Bảng 1.1 Sản lượng ca cao trên thế giới (ngàn tấn)
Các nước Châu phi khác 220 113 83
Các nước Châu Mỹ khác 201 237 240
Châu Á và Thái Bình Dương 526 510 500
Tổng sản lượng trên thế giới 4312 4080 3931
Từ bảng 1.1, chúng ta thấy rằng: sản lượng ca cao cao nhất thuộc về các nước thuộc Châu Phi, đứng đầu là Bờ Biển Ngà đạt 1445 ngàn tấn (2012 - 2013), trong khi đó các nước thuộc Châu Mỹ đứng đầu là Bzaril với sản lượng 185 ngàn tấn năm (2012
- 2013) Đứng đầu sản lượng ca cao Châu Á là Indonesia với 420 ngàn tấn năm (2012
- 2013) [29] Sản lượng được ICCO Annual Report dự báo sẽ còn biến đổi trong các năm tới do tình hình thiên tai, khí hậu Việt Nam được dự báo là quốc gia sản xuất ra ca cao đạt chất lượng cao trên thế giới sau cà phê và điều Nhưng thực tế còn nhiều vấn đề về canh tác, giá cả nên người dân không còn mặn mà với cây ca cao, vậy nên
12 việc khuyến khích áp dụng công nghệ kĩ thuật cao trong canh tác, cũng như nâng cao giá thành được ưu tiên hàng đầu do Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn đưa ra năm 2013 Nhằm đạt mục tiêu diện tích trồng ca cao là 100.000 ha trên cả nước vào năm 2020 và Việt Nam sẽ trở thành quốc gia xuất khẩu ca cao quan trọng trên thế giới với sản lượng 100.000 tấn hạt khô mỗi năm
Ca cao trên Thế Giới được chia làm 3 nhóm chính: Criollo, Forastero, Trinitario
Bảng 1.2 Đặc điểm giữa giống Criollo - Forastero - Trinitario
Các đặc điểm chính Criollo Forastero Trinitario
Dạng quả Quả dài Quả hình bầu dục Quả dài
Vỏ, cấu trúc, màu sắc Mềm, đỏ Cứng, xanh Hầu hết cứng, thay đổi
Hoa Nhụy hồng nhạt Nhụy màu tím Thay đổi
Tử diệp Gần tròn Dẹp Dẹp
Màu tử diệp Trắng, ngà hoặc tím rất nhạt
Tím, tím đậm Thay đổi
Kháng bệnh Kém Tốt Trung bình
Chất béo Thấp Cao Trung bình
Nam Mỹ (Venezuela, Ecuado, Colombia)
Châu Phi (Ivory Coast, Ghana, Nigeria)
(Nguồn: Nguyễn Văn Uyển và cộng sự, 1996, Hà Thanh Toàn, 2008)
1.1.2 Đặc điểm thực vật của cây ca cao
Ca cao là loài thân gỗ nhỏ có thể cao 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 từ 6 – 8 m, đường kính từ 10 – 15 cm Thời kì kinh doanh hiệu quả có thể kéo dài từ 25 - 40 năm
Sau khi trồng được 3 - 4 năm, cây bắt đầu ra hoa, hoa ca cao nhỏ có đường kính
10 - 15 mm, hoa có 5 cánh trổ thành từng chùm nhỏ trên thân chính, trên những cành to và trên những nhánh chỗ lá rụng Nụ hoa bắt đầu nở vào chiều và nở hết đến buổi sáng hôm sau Từ khi thụ phấn đến khi trái chín kéo dài từ 5 - 6 tháng
Quả ca cao có chiều dài 10 – 30 cm, đường kính 7 – 9 cm Quả có cân nặng từ
200 - 1000 g Tùy theo từng loài, hình dạng của quả thay đổi nhiều từ hình cầu, hình dài và nhọn, hình trứng hoặc hình ống Màu sắc của quả khá đa dạng và thay đổi khi chín: các trái màu lục hay xanh oliu khi chín chuyển sang màu vàng tươi; các trái màu ửng đỏ khi chín có màu sậm da cam; trái tím lợt chuyển sang tím đậm Đặc tính của quả ca cao là khi chín vỏ không nở ra và ít bị bung ra khỏi cây Mỗi quả thường chứa 30 - 40 hạt được bao quanh bằng lớp cơm nhầy Lớp cơm nhầy này có vị hơi ngọt và là cơ chất cho quá trình lên men khi ủ hạt sau này
Mỗi cây ca cao hàng năm cho từ 0.5 – 2 kg hạt, thay đổi tùy theo giống, điều kiện chăm sóc, mật độ trồng Trung bình mỗi hecta thu được khoảng 1 tấn hạt 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 [5]
1.1.3 Các thành phần của cây ca cao a) Hạt ca cao
Bộ phận chính được sử dụng là hạt ca cao, hạt ca cao chủ yếu được tiêu thụ như chocolate và được sử dụng rộng rãi trong các loại đồ uống, mỹ phẩm, dược phẩm và các lợi ích sức khỏe như chống ung thư, chống loét, chống viêm, kháng khuẩn và giảm đau
Bảng 1.3 Các thành phần của hạt ca cao tươi, tính theo % khối lượng tươi
Hạt ca cao sau khi được lên men trải qua các công đoạn xử lý tiếp theo, sau khi xay nhuyễn trong điều kiện gia nhiệt đến 50 - 60 0 C sẽ thành dung dịch sệt màu chocolate gọi là bột nhão ca cao Khi ép bột nhão, ta tách ra được bơ và bánh dầu ca cao Xay nhuyễn bánh dầu ca cao cho ra bột ca cao Trong hạt ca cao, chất béo chiếm hàm lượng khá cao, 50 - 60% khối lượng hạt
Chất béo (bơ ca cao) - 3,8 31,3
Hình 1.2 a) Hạt ca cao khô, b) Bột nhão ca cao, c) Bơ ca cao, d) Bột ca cao
Bột nhão, bơ và bột ca cao là những nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp bánh kẹo, thực phẩm Chocolate là sản phẩm sau khi pha trộn giữa bột nhão, bơ, đường và các nguyên liệu khác tùy theo công thức riêng của mỗi nhà sản xuất Bột ca cao và chocolate là hai loại thực phẩm cung cấp nhiều năng lượng và chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe
Bảng 1.4 Thành phần của bột nhão ca cao [3]
(Nguồn: Trích theo Wood và Lass 2001) b) Các thành phần khác của cây ca cao
Tổng quan về nấm men sử dụng cho quá trình lên men hạt ca cao
Nấm men được sử dụng là Saccharomyces cerevisiae
1.2.1 Đặc điểm của nấm men Saccharomyces cerevisiae
- Hình dạng: nấm men Saccharomyces cerevisiae thường có hình cầu hay hình trứng Tuy nhiên hình dạng của chúng không ổn định, phụ thuộc vào tuổi của nấm men và điều kiện nuôi cấy
- Cấu tạo tế bào nấm men: bao gồm các thành phần sau:
Thành tế bào: cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau, đó là: glucan, manan, protein, lipid và một số thành phần nhỏ khác như kitin, volutin,…
Màng nguyên sinh chất: gồm các hợp chất phức tạp như protein (chiếm 50% khối lượng chất khô), lipid chiếm 40% và một ít polysaccharide
Chất nguyên sinh: thành phần cấu tạo chủ yếu là nước (75 - 85%), protid, glucid, lipid và các muối khoáng, enzyme và có các bào quan trong đó (nhân tế bào, không bào, ly lạp thể, ribosome,…)
- Kích thước tế bào nấm men: tế bào nấm men thường có kích thước rất lớn gấp từ 5 – 10 lần tế bào vi khuẩn Kớch thước trung bỡnh từ 5 – 6 àm đến 10 - 14 àm Kớch thước cũng thay đổi, không đồng đều ở các loài khác nhau, ở các độ tuổi khác nhau và điều kiện nuôi cấy khác nhau
- Sự sinh sản của nấm men: đối với nấm men thuộc giống Saccharomyces có 2 phương thức sinh sản Đó là sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi và sinh sản hữu tính bằng bào tử túi
Hình 1.3 Vòng nảy chồi của nấm men và nấm men Saccharomyces
1.2.2 Cơ chế quá trình lên men
Trong 24 giờ đầu: C6H1206 2 C 2 H5OH + 2 CO2 + 33 cal, nấm men hoạt động trong điều kiện kị khí, sử dụng đường glucose trải qua nhiều giai đoạn chuyển hóa và cuối cùng tạo ra rượu, ngoài rượu còn có một số sản phẩm phụ khác như acid lactic, acid oxalic, enzyme ngoại bào, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi…
Vào 24 giờ tiếp theo: thịt quả bị phân rã và chiết rút hết, tạo điều kiện thông thoáng cho khối ủ Hơn 2 – 3 ngày đầu lên men nên thường xuyên tiến hành đảo trộn khối hạt Do có mặt của O2 nên dưới sự hoạt động của vi khuẩn acetic, rượu chuyển hóa thành acid acetic
C2H5OH + CO2 CH3COOH + H2O +Q Cuối quá trình lên men, lượng cồn và acid lactic giảm dần, chỉ con acid acetic Nhờ có acid acetic và nhiệt độ cao (sau 2 ngày lên men) làm cho màng tế bào bị vỡ và các chất dễ hòa trộn vào nhau Điều này cho phép một số chất phức tạp chuyển sang trạng thái hoạt động (hoạt động của enzyme, quá trình oxi hóa, quá trình phân giải protein thành amino acid…) Sự hoạt động của những chất này là yếu tố quyết định đến màu và mùi của bột ca cao sau này Tuy nhiên, sự có mặt của acid acetic trong hạt ca cao sẽ làm tăng độ chua của sản phẩm cuối sau này Do đó, sau quá trình lên men bắt buộc phải có giai đoạn làm khô hạt ca cao để acid acetic có thể thoát ra ngoài.
Những biến đổi sinh hóa trong quá trình lên men hạt ca cao
Lên men là khâu quan trọng nhất trong ngành trồng và chế biến ca cao, quá trình lên men có mục đích là thủy phân lớp cơm nhầy bao xung quanh hạt ca cao và làm chết mầm hạt hoặc diệt chất phôi nha để hạt không còn nảy mầm được nữa Do đó, lên men giúp khởi đầu những phản ứng sinh hóa xảy ra bên trong tử diệp hay nội nhũ, góp phần làm giảm vị đắng, chát và tạo các tiền chất hương thơm ca cao [23]
Quá trình biến đổi sinh hóa trong giai đoạn lên men thường xảy ra theo 2 quá trình:
1.3.1 Sự lên men của lớp cơm nhầy
Bảng 1.5 Thành phần lớp cơm nhầy ca cao [15]
Lớp cơm nhầy chiếm khoảng 15 - 20% khối lượng của hạt ca cao tươi và chứa một trữ lượng đường cao, pH thấp khoảng 3.5 Theo Roelofsen, có khoảng 24 loài vi sinh vật được tìm thấy trong một khối hạt ca cao đang lên men, nhưng chỉ có một số ít trong đó là được biết đến với vai trò của chúng [23] Trong giai đoạn đầu quá trình lên men là quá trình phân giải yếm khí lớp cơm nhầy tạo điều kiện cho nấm men phát triển mạnh, nấm men chuyển hóa đường trong cơm nhầy thành C2H5OH, CO2, năng lượng và một số sản phẩm khác, trong điều kiện nồng độ oxy thấp
C6H1206 → C2H5OH + CO2 + 93.3 KJ Lớp cơm nhầy sau khi bị nấm men phân giải sẽ bị tan vỡ và tạo thành dịch chảy ra làm môi trường ủ trở lên thông thoáng hơn Độ acid cũng giảm, pH cũng đạt khoảng 5.0 Ngay khi các tế bào của lớp cơm nhầy bị hủy hoại, không khí thâm nhập vào
19 khối ủ tạo điều kiện thoáng khí (hô hấp hiếu khí) cho vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic phát triển Vi khuẩn lactic phát triển sử dụng đường trong cơm nhầy để chuyển hóa tạo acid lactic, acid acetic và một số acid hữu cơ khác, còn vi khuẩn acetic oxy hóa C2H5OH tạo acid acetic
C6H12O6 → CH3- CHOH – COOH + 22.5 Kcal (vi khuẩn lactic)
C2H5OH → CH3- COOH + H2O + 117 Kcal (vi khuẩn acetic)
Các acid sinh ra nhiều, nồng độ C2H5OH cao và nhiệt độ cao sẽ ức chế sự phát triển của nấm men (phát triển từ 24 - 36 giờ) và phá vỡ thành tế bào, diệt chết phôi mầm Sau khi phôi mầm chết, một số enzyme như lipase, protease… có trong phôi mầm sẽ di chuyển vào bên trong nội nhũ
1.3.2 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 và các enzyme (hình 1.4)
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 đó hoàn toàn bị ngăn cách Enzyme protease sẽ hoạt động thủy phân protein
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 ca cao) 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 giai đoạn lên men và còn tiếp tục trong quá trình phơi khô, việc làm giảm vị chát là đặc điểm của hạt ca cao đã được 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
20 ở vỏ tăng lên rất nhiều Do đó, vị đắng của hạt ủ tốt càng giảm thêm đi Còn các protein trong cotyledon bị thủy phân thành các amino acid và chuyển sang các dạng không hòa tan do các phản ứng với các polyphenols Các phản ứng này sẽ được thể hiện qua hương, vị và màu sắc của các hạt ca cao khô
Mục đích 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 ca cao đã lên men là một thành phần của các tiền chất Chỉ có các 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
Hình 1.4 Biến đổi sinh hóa trong quá trình lên men hạt ca cao
Quy trình lên men hạt ca cao
Hạt ca cao tươi được lên men theo sơ đồ sau:
Hình 1.5 Sơ đồ quy trình lên men hạt ca cao
1.4.1 Thu hoạch trái ca cao
Cây ca cao thường bắt đầu cho trái sau 2 - 3 năm gieo trồng và sản lượng tăng dần lên sau 8 - 10 năm canh tác Khi thu hoạch cần chú ý chỉ thu hái những trái đã chín vì trái chín thuận lợi cho việc lên men, hàm lượng bơ trong hạt cao và có hương thơm tốt nhất Không nên để trái chín lâu trên cây vì hạt có thể nảy mầm bên trong trái, trái dễ bị sâu bệnh, côn trùng, chim, chuột, sóc phá hại và bản thân trái ca cao mau chín rục và rụng, nhanh chóng thối rữa Còn nếu hái sớm quá thì có thể làm cho năng suất thấp, khó bóc hạt, hạt khó ủ, tỉ lệ hạt tím và xám cao, năng suất ca cao khô giảm nhiều Để thu hoạch trái ca cao nên căn cứ vào màu sắc của vỏ trái: khi trái có màu đỏ chuyển sang màu đỏ cam hoặc trái màu xanh vàng chuyển sang màu vàng cam là trái đã chín Tuy nhiên, đối với những trái có màu đỏ tím rất đậm việc chuyển màu không rõ rệt nên rất dễ thu hoạch trễ Trong trường hợp này, không nên dựa vào sự khác biệt về màu sắc mà chỉ dựa vào âm thanh khi gõ ngón tay vào trái, nếu âm thanh khi đó là bụp bụp thì cho thấy trái đã chín
Bảo quản Tách hạt Thu hoạch Ủ hạt Làm khô hạt Trái ca cao chín
Dụng cụ sử dụng để cắt cuống thường là kéo tỉa cành, dao bén hoặc lưỡi liềm, cần chú ý là kéo và lưỡi cắt càng bén thì càng ít tạo vết thương cho cây Tránh va chạm lưỡi cắt vào thân cây vì sự va chạm sẽ gây trầy xước, làm tổn thương đệm hoa sẽ ảnh hưởng xấu tới sự ra hoa kết trái ở các vụ sau
Hình 1.6 Thu hái trái ca cao
Trái được đập vào lưỡi dao gắn ngược có bề dày cố định để tránh bị hư hạt bên trong Có thể dùng thanh gỗ để đập trái hoặc đập trái vào vật cứng (đá, gỗ) để làm vỡ trái Một số nơi người ta dùng dao để để bổ vào trái, phương pháp này nhanh nhưng cần sự khéo léo, chính xác để tránh gây nguy hiểm cho người lao động và hạt bên trong không bị tổn thương
Sau khi đập vỡ vỏ, hạt được tách ra khỏi lõi trái (thai tòa) là bộ phận nơi hạt dính vào Cần loại bỏ những hạt có màu đen, hạt lép và hạt đã có rễ vì những hạt này sẽ không được lên men hoàn toàn Và tránh để lõi, mảnh vỏ trái lẫn vào khối hạt vì người thu mua xem đây là vật thải sẽ hạ tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm
Hình 1.7 Tách hạt ca cao
Lên men là khâu quan trọng nhất trong ngành trồng và chế biến ca cao nhằm thủy phân lớp cơm nhầy bao bọc xung quanh hạt ca cao giúp thuận lợi cho quá trình phơi sấy hạt tiếp theo Và làm chết mầm hạt hoặc diệt chết phôi nha để hạt không nảy mầm được nữa Trong quá trình lên men, màu của tử diệp được chuyển từ màu tím sang màu chocolate Khi lên men nhiều quá trình hóa học xảy ra làm giảm vị đắng, chát và tạo các tiền chất của hương thơm ca cao Khi rang hạt các tiền chất này sẽ chuyển hóa thành các hợp chất tạo hương vị đặc trưng của ca cao Trong quá trình lên men, một lượng nước thoát ra từ hạt giúp cho phơi sấy nhanh hơn sau này Chất lượng hạt ca cao được quyết định phần lớn do kỹ thuật lên men
Hình 1.8 Hạt ca cao được lên men trong thùng gỗ a) Một số phương pháp lên men hạt ca cao [3]
Hiện nay trên thế giới có nhiều phương pháp ủ lên men ca cao khác nhau như ủ đống, ủ thùng và ủ thúng Mỗi phương pháp có những đặc điểm riêng phù hợp với nhưng yêu cầu khác nhau, do đó tùy vào khối lượng hạt, mùa vụ và điều kiện sẵn có mà chúng ta chọn phương pháp ủ thích hợp để quá trình lên men được hoàn toàn, đem lại hiệu quả cao
Phương pháp ủ đống Đối với phương pháp này, hạt ca cao sẽ được đổ thành hình nón trên lớp lá chuối được phủ trên mặt đất Bên dưới lớp lá chuối có kê các cành cây để tạo độ thoáng và giúp dịch nhầy chảy ra dễ dàng Khối lượng hạt có thể sử dụng phương pháp từ 25 - 2500kg hạt tươi Thời gian ủ đống khoảng 4 - 7 ngày
Phương pháp này có ưu điểm là không cần sử dụng các dụng cụ đặc biệt, phù hợp với nhiều khối lượng hạt khác nhau Ủ đống được sử dụng phổ biến bởi các nông hộ tại Ghana, nhiều nước sản xuất ca cao tại Châu Phi và khu vực Amazon của Brazil thực hiện
Ca cao được chứa trong thùng gỗ có đục lỗ ở đáy Chiều dài và chiều rộng của thùng có thể thay đổi tùy theo lượng hạt ủ nhưng chiều cao không nên vượt quá 50 cm Phương pháp được sử dụng với khối lượng hạt ủ từ 10 – 1000kg
Thùng nên được kê cao 20 – 30cm cho thoáng khí và nước ở trong thùng thoát ra được Phải giữ nhiệt độ trong thùng khoảng 50 0 C và đảo trộn một lần vào ngày thứ hai và ngày thứ tư nếu lên men 6 ngày Nếu có nhiều thùng thì việc trộn đống ủ thường dễ dàng hơn: sau khi ủ hai ngày trong thùng thứ nhất, chuyển hạt qua thùng thứ hai (vừa chuyển vừa chú ý đảo trộn cho 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 Đối với giống Forastero và Trinitario thì thường lưu ý ủ khoảng 3 - 7 ngày
Lót lá chuối quanh thúng tre, nếu lớp lá chuối dày thì cần thiết phải xoi lỗ để nước dễ dàng thoát ra ngoài khỏi thúng trong quá trình lên men, đổ đầy hạt và đậy thúng lại bằng lá chuối hoặc bao gai ở trên để giữ nhiệt và duy trì được nhiệt độ khoảng 45 - 50 0 C Phương pháp ủ thúng được sử dụng với khối lượng hạt ủ nhỏ, nếu lượng hạt dưới 10 kg thì phải ủ kỹ khối hạt sau khi nén chặt Trong trường hợp thời tiết lạnh cần phải duy trì nhiệt độ khối ủ
Sau khi ủ khoảng 5 - 7 ngày, nếu ủ đúng cách thì hạt ca cao có màu nâu sẫm Ngược lại, nếu ủ không đúng thì các hạt ở phía bên ngoài có màu nâu, phía trong hơi trắng và ở giữa đống ủ càng trắng hơn Có thể hạt còn có màu đen, nấm mốc xâm nhập và phát triển, hạt sẽ xuất hiện mùi amoniac nếu thời gian ủ kéo dài quá mức
Hình 1.11 Phương pháp ủ thúng b) Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hạt ca cao lên men
Cây ca cao có 3 nhóm chính, mỗi nhóm sẽ có đặc điểm và tạo ra được chất lượng hạt khác nhau Criollo: hạt có chất lượng rất cao do có hương ca cao đặc trưng, ít đắng nhưng năng suất thấp, cây phát triển kém, lá nhỏ, rất mẫn cảm với sâu bệnh; Forastero: được trồng rộng rãi trên thế giới, có năng suất cao và kháng sâu bệnh nhưng chất lượng trung bình Trong nhóm này, loại Amelonado được trồng chủ yếu ở Châu Phi và Nam Mỹ; Trinitario: có nguồn gốc từ Trinidad là con lai của hai loại trên, loại này cho năng suất cao và kháng bệnh tốt
Tỷ lệ cơm nhầy và hạt
Người ta nhận thấy hạt ca cao tươi có sự thay đổi đáng kể về tỷ lệ giữa cơm nhầy và hạt; đường và hạt Những yếu tố này thay đổi tùy theo loại cây, điều kiện
26 canh tác Dữ liệu thu thập được tại Ghana với số liệu được so sánh giữa hạt ca cao Amazon và hạt ca cao ở Amenolado cho thấy: tỷ lệ cơm nhầy và hạt ở Amazon là 1.53g còn ở Amenolado là 0.93g; tỷ lệ đường và hạt ở Amazon là 243mg và ở Amenolado là 137mg
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương tiện nghiên cứu
2.1.1 Địa điểm và thời gian thực hiện Địa điểm: thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của bộ môn Công nghệ Thực phẩm, khoa Hóa học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu
Thời gian thực hiện: từ tháng 1/2015 – 7/2015
2.1.2 Nguyên liệu và hóa chất thí nghiệm a) Nguyên liệu
Hạt ca cao: nghiên cứu này sử dụng giống ca cao từ công ty Thành Đạt (Nguyên liệu được cung cấp từ công ty Thành Đạt, Huyện châu Đức, Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Việt Nam)
Vi sinh vật: S.cerevisiae được sử dụng thuộc thế hệ G5 có nguồn gốc từ Đại
Học Bách Khoa TP HCM b) Hóa chất
Hóa chất sử dụng trong phòng thí nghiệm được cung cấp bởi Bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Hóa học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu
- Các chất chuẩn độ acid tổng: phenolphlatein 0,1%, dung dịch NaOH chuẩn 0.1N
- Các chất chuẩn độ hàm lượng tannin: dung dịch KMnO4 0.1N, indigocarmin 0.1%, dung dịch H2SO4 1/4
- Các hóa chất cần thiết khác phục vụ cho quá trình phân tích các chỉ tiêu 2.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
- Cân phân tích, máy đo ẩm hồng ngoại, máy đo pH, nồi hấp tiệt trùng
- Tủ sấy, máy lắc ngang, vortex mini, máy xay sinh tố
- Đĩa petri, nhiệt kế, bình tam giác…
- Một số dụng cụ định lượng như (pipet, ống đong, cốc thủy tinh…).
Bố trí thí nghiệm
Nội dung thí nghiệm sẽ được thực hiện theo sơ đồ sau:
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình thực hiện các thí nghiệm
Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung nấm men S.cerevisiae vào trong khối ủ lên men hạt ca cao tươi đến chất lượng hạt ca cao lên men
Khảo sát ảnh hưởng của việc đảo trộn khối hạt ủ đến chất lượng hạt ca cao lên men
Khảo sát ảnh hưởng của việc phơi nắng sau khi đập tách hạt, trước khi ủ lên men hạt ca cao tươi đến chất lượng hạt ca cao lên men
Các chỉ tiêu cần xác định:
- Mật độ nấm men S.cerevisiae trong quá trình lên men
Tồn trữ, bảo quản hạt sau phơi sấy trong 30 ngày Đánh giá chất lượng hạt ca cao khô
Thí nghiệm 1 Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung nấm men S.cerevisiae vào trong khối ủ lên men hạt cacao tươi đến chất lượng hạt ca cao lên men
Mục đích: nhằm khảo sát sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, khối lượng, pH, acid tổng, tanin, trong quá trình lên men theo phương pháp bổ sung S.cerevisiae, từ đó đánh giá được chất lượng hạt ca cao khô
Bố trí thí nghiệm: tiến hành bố trí thí nghiệm 1 yếu tố, 4 công thức, hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại Mỗi mẫu lên men có khối lượng 10kg hạt
Thời gian lên men: 5 ngày
Lượng S.cerevisiae bổ sung vào khối ủ: 1ml/1kg (mật độ 10 6 CFU/ml), 3ml/1kg (mật độ 10 6 CFU/ml), 5ml/1kg (mật độ 10 6 CFU/ml), 7ml/1kg (mật độ 10 6 CFU/ml)
Yếu tố khảo sát: nhiệt độ, pH, tanin, mật độ S.cerevisiae
Các chỉ tiêu cần xác định: nhiệt độ, độ ẩm, khối lượng, pH, acid tổng, tanin, lipid, mật độ S.cerevisiae
Thí nghiệm 2 : Khảo sát ảnh hưởng của việc đảo trộn khối ủ lên men đến chất lượng hạt ca cao lên men
Mục đích: đảm bảo tính đồng nhất về chất lượng của khối hạt, giúp quá trình lưu thông không khí trong khối hạt được thuận lợi
Bố trí thí nghiệm: hạt ca cao được lên men 5 ngày, với các mẫu không đảo trộn; đảo trộn 1 lần vào ngày thứ 2; đảo trộn 2 lần ngày thứ 2, thứ 4 của quá trình lên men
Thí nghiệm 3 Khảo sát ảnh hưởng của việc phơi nắng sau khi đập tách hạt, trước khi ủ lên men hạt ca cao tươi đến chất lượng hạt ca cao lên men
Mục đích: nâng cao nhiệt độ khối hạt để tạo điều kiện lên men sớm của nấm men
Bố trí thí nghiệm: tiến hành bố trí thí nghiệm 1 yếu tố, 4 công thức, hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại
Thực hiện phơi nắng từ 0, 2, 4, 6 giờ sau khi đập tách khối hạt ca cao
Yếu tố khảo sát : nhiệt độ, pH, tanin, mật độ S.cerevisiae
Thí nghiệm 4 Khảo sát thời gian tồn trữ hạt ca cao sau phơi sấy
Mục đích: biết được thời gian thích hợp để cung cấp hạt có chất lượng tốt nhất cho ngành sản xuất chocolate
Các chỉ tiêu cần xác định: phần trăm khối lượng vỏ hạt, pH, acid tổng.
Các phương pháp phân tích
2.4.1 Xác định hàm ẩm: sử dụng phương pháp sấy khô
Nguyên lý: dùng sức nóng làm bay hết hơi nóng trong thực phẩm Cân thực phẩm trước và sau khi sấy khô, từ đó tính ra phần trăm nước có trong thực phẩm
Cách tiến hành: nghiền nhỏ mẫu và sấy ở 100 – 105 0 C đến khối lượng không đổi
Nguyên lý: dùng một dung dịch kiềm chuẩn (NaOH hoặc KOH) để trung hòa hết các acid trong thực phẩm với phenolphtalein làm chỉ thị màu
Cách tiến hành: cân 5 gam mẫu cho vào bình tam giác có thể tích 100 – 150 ml và rót vào lọ 50 ml nước cất Lắc đều lọ, bổ sung vào lọ 4 – 5 giọt dung dịch phenolphtalein 1%, lắc đều và chuẩn bằng dung dịch kiềm 0.1 N cho đến khi xuất hiện màu hồng tươi
𝐻 10 𝐾 B: lượng dung dịch kiềm 0.1N được chuẩn độ, ml
H: khối lượng mẫu cần xác định, g
1/10: hệ số chuyển đổi dung dịch kiềm 0.1N và 1N
K: hệ số điều chỉnh cho dung dịch kiềm 0.1N
Nguyên lý: tanin rất dễ bị oxi hóa bởi KMnO4 trong môi trường H2SO4 có mặt chỉ thị màu indigocarmin Sau khi oxi hóa hoàn toàn, các hợp chất phenol tiếp xúc oxi hóa chất chỉ thị làm mất màu xanh của dung dịch
Cách tiến hành: chuẩn bị dung dịch A: dùng nước sôi để chiết rút ra chất hòa tan trong hạt ca cao nhằm thu được dung dịch có nồng độ 8 – 10g ca cao/lít
Hút 10ml dung dịch A cho vào erlen dung tích 1 lít, thêm 750ml nước cất và 10 ml dung dịch chỉ thị Indigocarmin 0.1% và 10ml H2SO4 1/4, chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 0.1N khuấy mạnh bằng đũa thủy tinh Chuẩn độ với tốc độ 1 giọt/s cho đến khi xuất hiện màu vàng xanh (màu hỗn hợp trong bát sứ dần dần biến đổi từ xanh qua xanh xám, xanh ánh, vàng xanh Muốn chuẩn độ chính xác cần chuẩn độ 2 - 3 mẫu trong cùng điều kiện
Chuẩn độ mẫu trắng song song (thay 10ml dung dịch A bằng 10ml nước cất)
Hàm lượng % Tanin theo chất khô của ca cao được tính theo công thức:
Trong đó: a: thể tích KMnO4 0.1N dùng để chuẩn độ mẫu dung dịch A, ml b: thể tích KMnO4 0.1N dùng để chuẩn độ mẫu trắng, ml
V1: thể tích dung dịch A: V2 = 1000ml
W: lượng chất khô của ca cao trong mẫu ban đầu
2.4.4 Phương pháp đánh giá chất lượng hạt ca cao khô (TCVN 7519:2005) [15] a) Kiểm tra cắt hạt
Kiểm tra cắt hạt cho biết sự hiện diện các khuyết tật của hạt ca cao mà có thể là nguyên nhân gây nên mùi vị xấu và nó còn cho biết mức độ lên men của hạt ca cao Mức độ lên men ảnh hưởng rất lớn đến hương vị và chất lượng của ca cao
Nguyên tắc: sử dụng bàn cắt Magra để cắt hạt
Cách tiến hành: hạt ca cao khô được cắt bằng bàn cắt Magra để kiểm tra chất lượng hạt Hạt phải mở hoặc cắt của tử diệp Cả hai phần bên của hạt phải được kiểm tra bằng cách quan sát Mỗi loại khuyết tật của hạt phải được ghi nhận riêng rẽ và mỗi loại khuyết tật phải được thể hiện bằng phần trăm trên toàn bộ số lượng hạt được kiểm tra
Các khuyết tật của hạt bao gồm hạt bị chai xám, hạt bị côn trùng cắn phá, hạt lên men quá độ và hạt bị nhiễm mốc Dựa trên tiêu chuẩn quốc tế thì hạt ca cao bị nhiễm nấm mốc không được vượt quá 3%, hạt chai xám không được vượt quá 3% và hạt bị cắn phá do côn trùng, hạt nảy mầm hoặc lép là 3%.
Hình 2.2 Bàn cắt Magra b) Xác định số lượng hạt trong 100g mẫu
Từ mẫu đã được lấy theo TCVN 7521: 2005 (ISO 2292: 1973), trộn kỹ và chia bốn, lấy hai phần chéo góc hoặc bằng dụng cụ chia mẫu thích hợp, sao cho một phần chỉ vừa khoảng 300 hạt Đếm số hạt nguyên thực tế sau khi đã loại bỏ các hạt lép và hạt vỡ
Cân số hạt nguyên chính xác đến 0.05g Số hạt có trong 100g được tính:
Số đếm hạt = Số lượng hạt nguyên
Kết quả được lấy đến số nguyên theo qui tắc làm tròn số c) Hiệu suất thu hồi hạt ca cao khô
Hiệu suất thu hồi hạt ca cao khô được xác định dựa vào khối lượng hạt khô thu được:
Hiệu suất thu hồi = Trọng lượng hạt đã lên men phơi khô
Trọng lượng của trái tươi ∙ 100 d) Xác định tạp chất
Từ mẫu đã được lấy theo TCVN 7521: 2005 (ISO 2292: 1973), trộn kỹ và chia bốn hoặc sử dụng dụng cụ chia mẫu thích hợp
Tách riêng phần tạp chất và cân Lượng tạp chất được tính như sau:
Tạp chất ca cao (%) = Khối lượng tạp chất
2.4.5 Phương pháp xác định mật độ tế bào [2]
Phương pháp đếm tế bào S.cerevisiae
Dùng buồng đếm hồng cầu để đếm tế bào nấm men Số tế bào có trong 1ml mẫu ban đầu được tính theo công thức:
1000: hệ số chuyển đổi mm 3 sang cm 3
F: hệ số pha loãng h: chiều cao buồng đếm, h = 0,1mm
2.4.6 Phương pháp xử lý số liệu
Kết quả nhận được là giá trị trung bình của các lần lặp lại và vẽ đồ thị bằng phần mềm Excel
Các thí nghiệm được tiến hành với 3 lần lặp lại và xử lý thống kê bằng phần mềm Statgraphics Centurion XV.