CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO

MỤC LỤC

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2

I CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT 2

II TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU 3

PHẦN 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO 4

A QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO TRUYỀN THỐNG 4

I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 4

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5

1 Quá trình phân loại và làm sạch 5

2 Quá trình rang 6

3 Quá trình tách vỏ cacao (winnowing) 9

4 Quá trình nghiền nhân cacao 11

5 Quá trình kiềm hóa 13

6 Quá trình ép bơ 15

7 Quá trình nghiền bột cacao 18

8 Quá trình hoàn thiện sản phẩm 20

B QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO THEO PHƯƠNG PHÁP NARS 22

I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 22

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 23

1 Quá trình xử lý nhiệt bằng tia hồng ngoại 23

2 Quá trình kiềm hóa 25

3 Quá trình rang nhân cacao 27

C SO SÁNH ƯU và NHƯỢC ĐIỂM CỦA 2 QUY TRÌNH 29

PHẦN 3: BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31

I PHÂN LOẠI BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31

II CHẤT LƯỢNG BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31

PHẦN 4: PHỤ LỤC – MỘT SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG CNSX BỘT CACAO HIỆN NAY 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

Hình 1.1 – Hạt ca cao

PHẦN 1

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Nguyên liệu sử dụng để sản xuất bột cacao là cacao hạt đã qua quá trình lên men và phơi sấy

I CẤU TẠO &TÍNH CHẤT

Hạt cacao có kích thước khá lớn, dài từ 2-3cm, bên

ngoài có một lớp vỏ mỏng chiếm khoảng 12% trọng lượng

hạt, bên trong là phôi nhũ Đối với hạt tươi thì phôi nhũ có

màu trắng đến tím, vị đắng chát Sau quá trình lên men và

phơi sấy, vỏ hạt chuyển sang màu nâu sậm, đồng thời

phôi nhũ cũng hình thành nên màu nâu đặc trưng của

cacao, bên cạnh đó, vị đắng chát cũng giảm dần và được

thay thế bởi các hương vị quyết định phẩm chất bột cacao thành phẩm

Bảng 1.1 - Thành phần hóa học của hạt cacao sau khi lên men và phơi sấy (theo ICCO)

Thành phần Phôi nhũ (% tối đa) Vỏ (% tối đa)

hạt cacao là theobromine, một hợp chất chứa nitơ công thức phân tử C7H8N4O2, có tác dụng tạo vị đắng đặc trưng cho cacao Ngoài hai thành phần quan trọng như trên, hạt cacao còn chứa tinh bột, protein, chất khoáng, xơ và một số thành phần khác

II CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU

Cacao hạt được phân loại theo trọng lượng (thường là trọng lượng của 100 hạt, 3.5oz) và theo hàm lượng hạt không đạt yêu cầu hay hạt khuyết tật, đó là những hạt bị mốc, chưa được lên men, các hạt bị sâu bọ tấn công, hạt bắt đầu nảy mầm, hạt lép (không có nhân bên trong)…Để kiểm tra hạt có khuyết tật hay không, người ta sử dụng phép kiểm tra vết cắt Người ta cũng sử dụng cách này để đánh giá mức độ lên men của hạt cacao

Một số tiêu chí chọn hạt cacao nguyên liệu như sau:

Hạt phải được lên men hoàn toàn

Hàm ẩm trong hạt không được phép vượt quá 7,5%

Hạt phải đồng đều về kích cỡ, không có hạt dính đôi, dính ba

Nguyên liệu không được chứa hạt mốc: hàm lượng hạt mốc lên đến 3% có thể tạo ra mùi mốc khó chịu cho bột cacao thành phẩm

Hạt không bị côn trùng tấn công: côn trùng làm tổn thất nguyên liệu, gây nhiễm bẩn bởi chất thải của chúng

Nguyên liệu không chứa hạt nảy mầm trước khi lên men vì các hạt nảy mầm sau khi sấy khô, mầm bị tách ra, tạo một lỗ hổng khiến cho côn trùng và nấm mốc dễ dàng thâm nhập vào nguyên liệu Nguyên liệu cũng không được chứa hạt nám, ám khói, hạt lép và các loại tạp chất lạ (như mạt sắt,…)

Khối lượng nhân bên trong hạt cũng là một chỉ tiêu quan trọng: hạt phải chắc, chứa nhiều nhân bên trong Bên cạnh đó, hàm lượng bơ cũng có ý nghĩa nhất định trong quy trình sản xuất (tuỳ thuộc vào yêu cầu của nhà sản xuất)

Hạt không được có mùi lạ như mùi khói, mùi mốc hoặc mùi lên men, không có vị lạ như chua acid, đắng gắt, vị khé hay các vị lạ khác

PHẦN 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO

A – QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO TRUYỀN THỐNG (THEO PHƯƠNG PHÁP KIỀM HOÁ CACAO KHỐI)

I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

Hạt cacaoLàm sạchRangTách vỏNghiền

Phân loại

Hình 2.1 – Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cacao theo phương pháp kiềm hoá dịch

cacao

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 QUÁ TRÌNH PHÂN LOẠI VÀ LÀM SẠCH

1.1 Mục đích quá trình

Quá trình này có mục đích chuẩn bị cho các công đoạn tiếp theo trong dây chuyền công nghệ (rang, nghiền ,tách vỏ…) nhằm loại bỏ các tạp chất lẫn trong đống hạt cacao sau khi lên men và sấy từ các cơ sở cung cấp Các tạp chất thường là cát, đá, gỗ vụn, cao su, mảnh kim loại, vụn thuỷ tinh, vải sợi từ các bao vận chuyển… Việc loại bỏ các tạp chất này rất cần thiết để đảm bảo yêu cầu về chất lượng của hạt khi nghiền và tách vỏ cũng như chống những tác động cơ học (va đập, xay xát…) làm giảm tuổi thọ của các thiết bị trong các quá trình xử lý sau này

1.2 Các biến đổi xảy ra trong quá trình

Chủ yếu là thay đổi tỉ trọng của nguyên liệu do tạp chất bị loại bỏ

1.3 Hệ thống phân loại và làm sạch

Làm sạch bao gồm một loạt các thao tác liên tục, trong đó có các hệ thống sàng nhiều cấp để loại các tạp chất kích thước khác nhau, dùng từ trường để loại mạt sắt, sử dụng phương pháp rung và khí động dựa trên tỷ trọng để tách đá, bụi và vỏ

Nguyên lý hoạt động:

Dòng hạt ca cao nguyên liệu được đưa đến vị trí nhập liệu (A) của thiết bị sàng phân loại hai tầng dạng con lăn Ở sàng trên cùng, những tạp chất kích cỡ lớn như mảnh gỗ, cao su, cỏ… bị giữ lại và loại bỏ theo đường (B) Những hạt qua được sàng này sẽ rơi xuống sàng dưới Tại đây, những tạp chất nhỏ hơn (cát, …) cũng được thải bỏ qua các khe của sàng Đặt biệt, các tạp chất nhẹ (bụi, vỏ khô …) bám lên trên bề mặt đống hạt cũng được tách nhờ hệ thống quạt thổi liên tục đặt ở đầu ra của sàng dưới

Sau khi đã được phân loại sơ bộ, dòng hạt ca cao tiếp tục được vận chuyển đến thiết bị phân loại từ tính để loại bỏ những mảnh sắt vụn lẫn bên trong đống hạt

Giai đoạn cuối cùng của quá trình làm sạch chính là quá trình phân loại dựa trên sự sai khác về tỉ trọng của các phần tử trong đóng hạt còn gọi là phương pháp phân loại bằng trọng lực Mục đích của quá trình này nhằm loại bỏ những tạp chất vẫn còn sót lại trong đống hạt (do có kích thước xấp xỉ với hạt cacao hay do quá trình phân ly ở trên chưa triệt để…) Khi đó, dòng hạt ca cao được đưa đến một bề mặt có đục lỗ và được đặt nằm nghiêng

so với mặt đất Không khí sẽ được thổi qua những lỗ này từ dưới lên trên vuông góc với bề mặt sàn kết hợp với chuyển động rung lắc có tác dụng làm cho khối hạt tung lên trên Dòng

cacao có trọng lượng nhỏ chịu tác dụng của khí thổi sẽ chuyển động về phía cuối của sàn (vị trí thấp), trong khi đó những tạp chất có trọng lượng lớn hơn không chịu tác dụng của khí thổi sẽ chuyển động theo chiều ngược lại ra ngoài

Sơ đồ hệ thống thiết bị như sau:

Hình 2.2 – Sơ đồ hệ thống làm sạch cacao

2 QUÁ TRÌNH RANG

2.1 Mục đích

Rang là một quá trình cung cấp nhiệt liên tục trong một khoảng thời gian vừa đủ để không làm cháy lớp vỏ hạt mà chỉ làm nóng đều đặn hạt nhằm mục đích là:

Mục đích chuẩn bị: tăng độ phồng nở của hạt, thay đổi cấu trúc vỏ từ đó làm yếu đi liên kết giữa vỏ và nhân cacao giúp cho hạt cacao dễ bị tách vỏ hơn Đồng thời quá trình này góp phần làm giảm bớt ẩm của nguyên liệu xuống 2,5-5% tăng hiệu suất cho quá trình nghiền thô

Mục đích chế biến: biến đổi những hợp chất màu và mùi có sẵn trong cacao làm cho các sản phẩm chế biến từ cacao có màu sắc, mùi thơm và hương vị đặc trưng

Mục đích bảo quản: góp phần vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật có hại

Mức độ rang phụ thuộc vào loại hạt và mục đích sử dụng của sản phẩm

2.2 Các biến đổi xảy ra trong quá trình

2.2.1 Biến đổi vật lý

Nhiệt độ của khối cacao tăng lên kèm theo quá trình thoát ẩm làm giảm tỉ trọng hạt

Độ xốp của vỏ ca cao thay đổi giúp cho hạt cacao sau rang dễ nghiền và tách vỏ 2.2.2 Biến đổi hoá học

Phản ứng tạo màu do các hợp chất polyphenol và anthocyanin bị oxy hoá chuyển thành hợp chất flobaphen (màu nâu đỏ)

Sự giảm hàm lượng chất chát (sản phẩm ngưng tụ catechin hình thành sau quá trình lên men): sau khi rang còn lại 2-3%

Phản ứng Maillard (phản ứng hoá nâu không enzyme): các amino acid và đường khử tác dụng với nhau tạo ra sản phẩm melanoidin có màu nâu và hương vị đặc trưng

Một số protein bị biến tính bởi nhiệt độ

2.2.3 Biến đổi hoá lý

Ẩm khuếch tán từ trong lòng hạt ra bề mặt vỏ và bay hơi làm hàm ẩm của hạt giảm xuống còn 2,5-5%

Các acid dễ bay hơi và tạo mùi không mong muốn như acid acetic sẽ giảm đáng kể trong suốt quá trình rang

Một lượng nhỏ bơ cacao bị chuyển thành thể lỏng khuếch tán ra ngoài vỏ

2.2.4 Biến đổi hoá sinh và sinh học

Đình chỉ hoạt động của các vi sinh vật và enzyme có trong hạt

2.2.5 Biến đổi cảm quan

 Màu sắc: quá trình rang tạo màu nâu đặc trưng cho cacao (thông qua phản ứng maillard và oxi hoá polyphenol)

 Mùi vị: một số cấu tử hương sẽ được hình thành ở nhiệt độ này, ví dụ như các aldehyd, ester… Nhiều hợp chất dễ bay hơi như acid acetic, aldehyd, keton, rượu, ester phân tử lượng thấp có mùi vị không mong muốn sẽ bị loại bỏ

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng

Phương pháp rang: gián đoạn và liên tục

 Gián đoạn: năng suất thấp, chất lượng sản phẩm không đồng đều giữa các mẻ Thích hợp với sản xuất quy mô nhỏ

 Liên tục: năng suất cao, chất lượng sản phẩm đồng đều Tốn chi phí đầu tư thiết bị, vì vậy chỉ thích hợp với sản xuất quy mô lớn

Thiết bị rang dạng trống quay và dạng trụ đứng: ở dạng trống quay, chất lượng cacao sau rang sẽ ổn định hơn do khối hạt cacao được gia nhiệt đồng đều hơn

Độ đồng đều của khối hạt: hạt đồng đều (về kích thước, khối lượng, độ ẩm…) thì truyền nhiệt tốt hơn

Nhiệt độ và thời gian là nhân tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của hạt Vì vậy việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian tối ưu cho quá trình rang còn tùyï thuộc vào mục đích sử dụng ca cao thành phẩm về một số chỉ tiêu cảm quan (màu, mùi…) thích hợp

Độ ẩm: ẩm trong hạt càng lớn thì thời gian rang càng kéo dài

Bảng 2.1 – Nhiệt độ và thời gian tối ưu để hình thành một số chỉ tiêu cảm quan Yêu cầu Thời gian tối ưu, phút Nhiệt độ tối ưu, oC

5 Vị cháy khét (burnt flavor)

2.4 Thiết bị rang hạt gián đoạn

Cấu tạo thiết bị rang phải đảm bảo sao cho hạt không bị lẫn với các phần bị cháy xém của nguyên liệu cũng như nhiên liệu đốt Bên cạnh đó, thiết bị cũng phải được thiết kế sao cho dễ thu hồi các acid dễ bay hơi, ẩm và các sản phẩm phân huỷ khác

Thông thường, hạt cacao được rang trong thiết bị rang hạt (khác với thiết bi rang nhân) Thiết bị này có thể được gia nhiệt trực tiếp bằng cách thổi dòng khí nóng đi qua khối hạt hoặc gián tiếp thông qua gia nhiệt từ bên ngoài lên vỏ thiết bị Thường được sử dụng nhất là các thiết bị rang dạng trống hình trụ tròn nằm ngang có thể rang cacao ở cả hai dạng nhân và hạt, trống này có thể xoay quanh trục cố định để gia nhiệt đồng đều hơn Quá trình rang thường được kết hợp với quá trình tiệt trùng nhờ vào việc kiểm soát độ ẩm trong trống rang cho phép đạt được mức độ tiêu diệt vi sinh vật tốt nhất Sau khi quá trình rang hoàn tất, dòng hạt được đưa vào khoang dẫn có bố trí quạt làm nguội - trong trường hợp rang nhân - trước khi được đưa vào máy nghiền

Hình 2.3 – Thiết bị rang cacao gián đoạn 2.5 THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

Thời gian rang thay đổi từ 15 đến 70 phút, nhiệt độ biến thiên trong khoảng 110-160oC tuỳ thuộc vào cấu tạo thiết bị và khối lượng của từng mẻ

Theo nghiên cứu của một số tác giả [9] , điều kiện tối ưu trong quá trình rang bao gồm:

Nhiệt độ: 135 oC

Tốc độ dòng khí 1m/s

3 QUÁ TRÌNH TÁCH VỎ CACAO (WINNOWING)

3.1 Mục đích công nghệ

Mục đích chuẩn bị: sau quá trình rang, liên kết giữa phần vỏ ngoài và nhân hạt cacao đã được làm yếu đi do sự thoát ẩm Vì vậy, quá trình này nhằm mục đích chính là loại bỏ lớp vỏ cũng như loại hết các tạp chất không mong muốn trong quy trình sản xuất bột cacao (đặc biệt là lớp nhớt còn sót do có lẫn cát ảnh hưởng đến quá trình nghiền sau này)

Vỏ tách ra khỏi nhân càng triệt để càng tốt, vì thế cần phải có những quá trình xử lý trước khi tách vỏ như xử lý hồng ngoại hoặc rang Quá trình tách vỏ phải tiến hành ngay sau quá trình rang (khi hạt vẫn còn nóng) thì hiệu quả tách vỏ sẽ cao hơn

3.2 Các biến đổi xảy ra trong quá trình

Quá trình này gồm 2 quá trình nhỏ:

Xát:

 Lớp vỏ cacao sẽ bị vỡ và tách ra khỏi hạt

 Do ma sát giữa các lớp vỏ với nhau nên nhiệt độ của vỏ và hạt tăng lên nhưng không đáng kể do quá trình diễn ra rất nhanh

Sàng: quá trình tách toàn bộ vỏ ra khỏi nhân cacao nên sẽ làm giảm khối lượng nhưng lại tăng tỉ trọng của nhân

3.3 Thiết bị nghiền tách vỏ

Nguyên lý hoạt động: dựa vào tỷ trọng khác nhau giữa vỏ và nhân

Cách thực hiện: kết hợp hai quá trình sàng và thổi khí Quá trình rang đã làm yếu liên kết giữa lớp vỏ và nhân, do đó mà trong quá trình nghiền tách vỏ này, hạt sẽ được chà xát nhằm tách rời từng mảnh vỏ lớn để tránh tạo bụi

Thiết bị (xem phần phụ lục)

Hạt cacao sau khi rang đã được tách vỏ một phần, do đó để đạt được hiệu quả tách vỏ tốt, trước khi đưa vào máy xát phải sàng để loại bỏ phần vỏ này đi Sau khi sàng, hạt sẽ được đưa vào máy xát cấu tạo gồm hai con lăn có tiết diện hình lục giác quay cùng chiều để tung các hạt cacao va đập vào các tấm kim loại bên trong máy Vỏ hạt sẽ được xé ra và cùng với nhân rơi xuống hệ thống sàng có kết hợp phân ly nhờ khí động dùng quạt Hệ thống gồm nhiều sàng nối tiếp có chuyển động rung lắc Kích thước lỗ sàng nhỏ dần từ trên xuống dưới Vỏ và các mảnh vụn cũng như bụi sẽ được tách ra nhờ quạt hút Nhân sẽ rơi xuống dưới và đi ra ngoài

Các máy phân loại hiện nay chỉ có khả năng tách được khoảng 83% nhân, trong đó chứa khoảng 1,5-2% vỏ và một ít mầm

Hình 2.4 – Sơ đồ nguyên lý nghiền tách vỏ

4 QUÁ TRÌNH NGHIỀN NHÂN CACAO

4.1 Mục đích công nghệ:

Mục đích chuẩn bị cho quá trình kiềm hoá: quá trình nghiền làm giảm kích thước các mảnh nhân cacao, tạo nên một khối cacao ở dạng đặc, sệt gọi là cacao khối (cocoa mass) hay dịch cacao (cocoa liquor)

Mục đích chế biến: chuyển nhân cacao thành dạng bột của sản phẩm

4.2 Các biến đổi xảy ra

Do ma sát trong khi nghiền các tế bào trong hạt bị xé vỡ, đồng thời nhiệt độ khối nhân cacao tăng lên trên 34oC, bơ cacao dạng rắn bên trong các tế bào (hàm lượng tới 55%) được giải phóng ra bên ngoài và chuyển sang dạng lỏng Các thành phần rắn còn lại tiếp tục giảm kích thước cho đến khi toàn bộ khối nguyên liệu hình thành nên cấu trúc huyền phù dạng paste trong đó pha lỏng là bơ cacao, pha rắn là tinh bột và protein

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng

Quá trình nghiền chịu ảnh hưởng của các yếu tố:

 Phương pháp rang: quá trình rang không triệt để sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất tách vỏ, hệ quả là một phần vỏ vẫn còn bám vào nhân làm giảm chất lượng sản phẩm sau nghiền

 Bản chất hạt: kích thước, hình dạng (sau rang và trước rang)

 Độ ẩm: cao thì quá trình nghiền không tốt do hiện tượng dính khi nghiền

 Hiệu quả của quá trình tách vỏ: hiệu suất tách vỏ cao thì hiệu suất nghiền cao và chất lượng sản phẩm nghiền tốt

4.4 Thiết bị nghiền - máy nghiền thớt cối Triple Liquor Mill CMA

 Cấu tạo:

Máy có cấu tạo gồm 3 cặp thớt cối xếp chồng lên nhau Mỗi cặp thớt cối bao gồm cối phía trên quay và thớt phía dưới đứng yên Khoảng cách giữa thớt và cối sẽ quyết định độ mịn của sản phẩm Vùng làm việc của các cặp thớt cối là khu vực hình vành khăn có phủ một lớp đá gần ở mép thớt cối

Hình 2.5 – Máy nghiền thớt cối Triple Liquor Mill

 Nguyên tắc hoạt động

Nhân cacao sẽ được cấp ở tâm của cối trên, quá trình nghiền sẽ xảy ra tại vùng làm việc nằm giữa hai thớt Dưới tác dụng của lực ly tâm bột nghiền sẽ được bắn ra bên ngoài máng tháo liệu ở mép thớt trên và cấp trực tiếp vào tâm cối phía dưới Sau khi được nghiền đến kích thước cần thiết (khoảng 150 – 200µm), khối cacao sẽ được đưa vào bồn chứa chuẩn bị cho quá trình kiềm hoá

 Thông số kỹ thuật

 Độ ẩm vào: 2 – 2,5%

 Nhiệt độ nghiền: 34-35oC (trên nhiệt độ nóng chảy của bơ cacao)

 Kích thước hạt sau nghiền: 50 – 500 µm

5 QUÁ TRÌNH KIỀM HOÁ

5.1 Mục đích công nghệ

Cũng như quá trình rang, quá trình kiềm hoá là một trong những khâu không thể thiếu được trong quy trình sản xuất cacao bao gồm các mục đích chính như sau:

Mục đích chuẩn bị: tạo độ ẩm tối ưu cho quá trình ép bơ

Mục đích chế biến: quá trình kiềm hoá xảy ra các biến đổi quan trọng làm tăng cường chất lượng bột cacao thành phẩm về màu (làm tăng màu nâu cho bột cacao), mùi, vị (tăng hương vị thơm ngon của bột cacao)

Mục đích hoàn thiện: cải thiện chỉ tiêu cảm quan về màu, mùi, vị và khả năng hoà tan cho bột cacao

5.2 Các biến đổi xảy ra

Biến đổi hoá lý

 Nước hấp phụ từ ngoài vào trong khối cacao làm khối cacao mềm hơn, góp phần giúp phản ứng trung hoà dễ dàng hơn

 Ở nhiệt độ kiềm hoá cao, một phần nước trong dịch cacao sẽ bốc hơi

Biến đổi hoá học

 Các acid tự do không bay hơi còn lại như acid citric, acid tartaric, các acid béo sẽ được trung hoà làm giảm độ chua của cacao

 Phản ứng Maillard tiếp tục xảy ra làm tăng giá trị cảm quan của bột cacao về hương vị và màu sắc

 Các hợp chất polyphenol bị chuyển hoá thành hợp chất quinon ngưng tụ làm cho bột cacao sẫm màu hơn

ROH + OH- ↔ RO- + H2O Hợp chất mang gốc –O- mang màu chủ đạo trong dung dịch polyphenol, do đó khi thêm dung dịch kiềm, cân bằng phản ứng dịch chuyển sang phải làm tăng cường màu nâu cho sản phẩm

 Khử tanin làm giảm vị chát của bột cacao

 Một số protein bị phân huỷ thành các peptide và amino acid do nhiệt độ cao

Biến đổi cảm quan

 Tạo màu nâu sậm đặc trưng

 Tăng cường hương thơm cho cacao

 Giảm vị chát, vị chua

5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kiềm hoá

Nhiệt độ: cao thì thời gian rút ngắn Nếu nhiệt độ quá cao có thể thúc đẩy các phản ứng diễn ra nhanh hơn với mức độ cao hơn làm ảnh hưởng sâu sắc đến màu sắc, hương vị và một số chỉ tiêu hoá học như pH, hàm lượng tro của cacao có thể làm giảm chất lượng của bột cacao thành phẩm

Thời gian kiềm hoá: ngắn thì kiềm hoá không triệt để, kéo dài thì dưới tác dụng của nhiệt độ cao và môi trường kiềm có thể gây nên các biến đổi hoá học như phản ứng thuỷ phân, oxi hoá protein và chất béo trong dịch cacao; các phản ứng chuyển màu làm cho bột cacao sẫm màu hơn; đồng thời tạo nên những hợp chất không mong muốn ảnh hưởng không tốt đến chất lượng bột cacao thành phẩm

Nhiệt độ và thời gian kiềm hoá có mối quan hệ như sau: ứng với mỗi nhiệt độ cần có thời gian kiềm hoá thích hợp Thường nhiệt độ kiềm hoá từ 80-115oC, thời gian kiềm hoá từ 25-60phút

Hoá chất (K2CO3, Na2CO3, amoniac, muối amonium, Ca(OH)2): loại hoá chất và nồng độ: thường được sử dụng nhất là K2CO3 Màu sắc của bột cacao phụ thuộc vào lượng kiềm sử dụng Kiềm (chiếm khoảng 2,5-6% khối lượng cacao nghiền) có tác dụng làm làm tăng pH từ 4,5-5 đến 6,1-8,5

Bảng 2.2 - Sự ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến chất lượng cacao thành phẩm

K2CO3

(g/100g cacao)

Nước (g/100g cacao) Nồng độ K2CO3 pH cacao

Màu sắc cacao thành phẩm 0,14

1,7

4,0

2,8 5,0 4,4

5,0 25,0 47,0

6,1 7,0 8,5

Nâu vàng Nâu vàng Nâu sậm

Hàm lượng O2: càng nhiều không khí thì bột cacao càng đỏ (do phản ứng chuyển hoá polyphenol)

Aùp suất: càng cao thì bột cacao càng nâu (do nhiệt độ tăng)

5.4 Thiết bị kiềm hoá

Thiết bị kiềm hoá sử dụng là thiết bị hình trụ kiểu vỏ áo Tác nhân truyền nhiệt sẽ đi phía vỏ, thường là hơi nước, nước nóng hoặc điện trở tuỳ thuộc bộ phận điều khiển nhiệt độ Vỏ thiết bị làm bằng thép không gỉ, bên trong có cánh khuấy để đảo trộn hỗn hợp giúp cho dung dịch kiềm và dịch cacao dễ dàng tiếp xúc và khuếch tán đồng nhất với nhau, tăng cường hiệu quả kiềm hoá Sau khi kiềm hoá, khí khô được sục vào để giảm độ ẩm đến 2% Bằng cách điều chỉnh hai thông số cơ bản là nhiệt độ kiềm hoá và lượng kiềm sử dụng, nhà sản xuất có thể kiểm soát được độ màu, mùi của bột cacao theo mục đích sản xuất Ở nhiệt độ thấp, màu cacao sẽ nhạt và hơi nâu Khi gia tăng nhiệt độ lên cao, cacao sẽ chuyển màu nâu đậm và trở nên nặng mùi Ngoài ra, lượng kiềm sử dụng cũng ảnh hưởng nhiều đến màu sắc cacao Càng kiềm tính, pH càng cao thì cacao càng sậm màu

5.5 Thông số kỹ thuật

Nhiệt độ kiềm hoá: 80-115oC

Thời gian kiềm hoá: 25-60 phút

Hoá chất: K2CO3 hàm lượng 2,5-6% khối lượng cacao nghiền

pH: tăng từ 4,5-5 đến 7,1-7,7

Hình 2.6 – Thiết bị kiềm hoá

6 QÚA TRÌNH ÉP BƠ

6.1 Mục đích công nghệ

Mục đích hoàn thiện: bột cacao thành phẩm cần phải có hương vị phù hợp và không

bị chảy lỏng ở nhiệt độ thường, trong khi đó chất béo trong cacao nghiền có nhiệt độ

nóng chảy thấp (chừng 34-35oC) Do vậy cacao nghiền sau quá trình kiềm hóa cần phải được tách bớt béo nhờ giai đoạn ép bơ Sản phẩm của quá trình ép bao gồm bánh và bơ cacao Ngoài ra, quá trình này còn tạo ra các loại sản phẩm với hàm lượng béo khác nhau phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau

Mục đích khai thác: nhằm thu hồi lượng bơ cần thiết có trong cacao, phục vụ cho công nghệ sản xuất chocolate

Mục đích bảo quản: ở góc độ cảm quan, bột cacao sau khi ép bơ có thể bảo quản được lâu hơn do giảm được hiện tượng oxi hoá chất béo gây mùi khó chịu cho sản phẩm

6.2 Các biến đổi

Quá trình ép bơ sẽ được tiến hành qua máy ép thủy lực Qua quá trình này, dưới tác dụng của lực ép rất lớn ở áp suất và nhiệt độ cao, bơ cacao ở dạng lỏng sẽ bị tách ra khỏi hỗn hợp, làm cho hàm lượng chất béo trong cacao nghiền giảm từ 50-55% (nguyên liệu hạt) xuống còn 10-20%

6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ép bơ

Bản chất nguyên liệu: hàm lượng bơ cacao có trong nguyên liệu

Nhiệt độ: nhiệt độ cao thì bơ cacao ở dạng lỏng có độ nhớt thấp thuận lợi cho quá trình ép

Áp lực ép càng cao thì hiệu suất ép càng tăng nhưng khó tháo cacao ra khỏi khuôn

Thời gian ép: thời gian ngắn thì hiệu suất ép giảm so với thời gian dài với cùng một áp lực ép cố định do thời gian ép ngắn thì áp lực ép phải tăng đột ngột lên một giá trị lớn khiến các mao quản trong khối cacao bị tắc làm giảm hiệu suất ép

Phương pháp thực hiện: phương pháp ép đùn giúp tách triệt để bơ hơn phương pháp ép thuỷ lực nhưng giá thành cao hơn Hàm lượng bơ cacao còn lại sau khi ép đùn là 8-9%

6.4 Thiết bị ép bơ cacao

Thiết bị ép thủy lực được sử dụng ở quá trình ép này là loại thiết bị gồm 22 khung ép đặt đứng liên tiếp nhau Mỗi khung có một màng lọc bằng thép nằm ở đáy khung có thể tháo lắp được và có khả năng chứa tới 18,15kg (40lbs)

Thiết bị được vận hành tự động Ban đầu, cacao nghiền ở nhiệt độ 90-100oC sẽ được bơm vào với áp lực 21 kg/cm2, ở giai đoạn này thì một lượng bơ cacao tự do sẽ bị tách ra và thoát qua màng lọc Khi khung ép đã đầy thì bơm sẽ ngừng hoạt động Khi đó piston thủy lực sẽ

làm việc và tạo ra áp lực ép đến 420kg/cm2 Lúc này, bơ cacao sẽ thoát khỏi màng lọc và đi vào bồn chứa Khi đã tách được lượng bơ cacao theo đúng yêu cầu, piston thủy lực sẽ quay về vị trí ban đầu, kết thúc việc ép Khung ép sẽ tự động được mở ra, bánh cacao sẽ rơi xuống băng tải (đặt sẵn bên dưới máy ép) và được chuyển tới silo để làm nguội bằng không khí lạnh (hoặc đưa lên pallet để chuyển tới làm nguội trong phòng lạnh) rồi sau đó sẽ qua thiết

bị nghiền để nghiền bánh cacao thành bột cacao thành phẩm

(1) Bồn chứa dịch cacao; (2) Bơm nhập liệu; (3) Đường ống vận chuyển dịch cacao; (4) cân định lượng; (5) Bộ phận ép thủy lực;(6) Bể hứng bơ cacao; (7) Bơm bơ cacao; (8) Ống dẫn bơ; (9) bồn chứa bơ cacao; (10) băng tải vận chuyển bánh cacao; (11) Bộ điều khiển bơm thủy lực; (12) Ống dẫn nước;(13) Bộ phận điều khiển điện tử

Hình 2.7 – Sơ đồ máy ép thủy lực dùng đề tách bơ cacao Hàm lượng béo của cacao được chỉnh dựa vào ba yếu tố là : thời gian ép, khối lượng bột ép và khoảng cách di chuyển của piston Nhìn chung đối với thiết bị ép trên, lượng bơ cacao vẫn không thể được tách ra hoàn toàn khỏi bột cacao, thấp nhất là 1% béo vẫn còn trong bột cacao

6.5 Yêu cầu và thông số kĩ thuật

Với yêu cầu hàm lượng béo giảm còn 10-20% và sử dụng máy ép thủy lực:

Nhiệt độ cacao khối trong quá trình này ở khoảng 90-100oC

Áp lực ép từ 380-420 kg/cm2

Aùp lực bơm nhập liệu: 21 kg/cm2

Thời gian ép: 15-30 phút

Số khung ép: 22 khung

Khối lượng cacao tối đa trong mỗi khung: 18,15 kg

Thời gian ép phụ thuộc vào hàm lượng béo cần giảm ở bột cacao là ít hay nhiều Với áp lực ép 420kg/cm2 và phương pháp ép thủy lực, hàm lượng béo có thể giảm đến mức còn 8%

7 QUÁ TRÌNH NGHIỀN BÁNH CACAO

7.1 Mục đích công nghệ

Mục đích hoàn thiện: sau quá trình ép thuỷ lực để loại bớt bơ cacao, các hạt cacao và chất béo còn lại liên kết với nhau rất chặt tạo thành khối gọi là bánh cacao (cocoa cake) Vì vậy, quá trình này có mục đích đánh tơi khối bánh cacao thành những hạt nhỏ mà kích thước lớn nhất bằng cỡ hạt đậu (< 5mm) Cacao sau khi được đánh tơi sẽ tiếp tục được làm giảm kích thước nhờ máy nghiền búa

Độ mịn của bột cacao đã được quyết định bởi quá trình nghiền mịn trước đó, còn quá trình nghiền này không ảnh hưởng đến kích thước của hạt cacao mà chỉ có tác dụng xé nhỏ bánh cacao thành dạng bột

7.2 Các biến đổi xảy ra trong quá trình

Vật lý: bánh cacao sẽ bị nghiền thành dạng hạt có kích thước nhỏ hơn

Hoá lý, hoá học: một số các glyceride có trong bơ cacao bị chảy lỏng và bị oxy hoá tạo ra những màu sắc không mong muốn cho bột cacao

Cảm quan: có thể làm thay đổi màu bột cacao thành phẩm

7.3 Các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ: Trong khi nghiền, có những yếu tố sau đây chịu sự chi phối của nhiệt độ

 Bơ cacao còn lại trong bột có nhiệt độ nóng chảy 34oC, vì vậy nếu trong quá trình nghiền, nhiệt độ tăng cao trên nhiệt độ này thì bơ cacao sẽ chảy lỏng, gây hiện tượng kết dính làm cho quá trình nghiền gặp khó khăn Hơn nữa, ở nhiệt độ dưới 34oC, một số glyceride trong bơ cacao cũng có thể bị chảy lỏng và mặc dù bột vẫn có thể đi qua máy nghiền nhưng chất béo trong bột ở dạng không ổn định sẽ tạo ra những màu sắc không mong muốn và làm cho bột bị vón cục Đối với bột cacao có hàm lượng béo dưới 20% thì nhiệt độ làm nguội không cần chính xác

 Màu sắc bột cacao: tuỳ vào mục đích sử dụng của bột cacao thành phẩm mà màu sắc của bột quan trọng hay không Và màu sắc của bột cacao cũng bị chi phối một phần bởi nhiệt độ của quá trình này

Thường thì nhiệt độ của bánh cacao nhập liệu trong khoảng 43-45oC, và bột cacao sau khi ra khỏi máy nhiền trong khoảng 21-24oC

Độ ẩm của khộng khí làm nguội: độ ẩm tương đối của không khí làm nguội chỉ nằm trong khoảng 50-60% Độ ẩm không khí quá cao sẽ làm cho hạt cacao thành phẩm có chứa hàm lượng nước lớn tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển Ngược lại, độ ẩm quá thấp sẽ làm cho các hạt cacao bị tích điện gây khó khăn cho việc đóng gói sau này Bên cạnh đó, không khí làm nguội phải sạch và không có mùi lạ

Sau khi đã được nghiền mịn thành dạng bột sẽ được cuốn theo dòng khí lạnh tuần hoàn đến 2 tháp làm nguội (4) Tại đây, hỗn hợp bụi cacao sẽ trao đổi nhiệt gián tiếp với dung dịch nước muối thông qua lớp vỏ áo của tháp làm nguội

Cuối cùng, hỗn hợp bụi cacao sẽ được hút vào 2 cyclon (5) để thu hồi sản phẩm cacao ở dạng bột mịn

Hình 2.8 – Sơ đồ hệ thống thiết bị sản xuất bột cacao thành phẩm

7.5 Thông số kỹ thuật

Nhiệt độ cacao nhập liệu: 43-45oC

Nhiệt độ cacao tháo liệu: 21-24oC

Độ ẩm không khí làm nguội: 50-60%

Nhiệt độ dung dịch nước muối làm nguội: -10oC

Năng suất:

 Cacao có hàm lượng bơ 10-12%: tối đa 700kg/giờ

 Cacao có hàm lượng bơ 16-18%: tối đa 550kg/giờ

 Cacao có hàm lượng bơ 22-24%: tối đa 450kg/giờ

Công suất tải: 42kW

Khối lượng tổng cộng: 5875kg

Diện tích mặt bằng cần thiết: 4000x7500mm

8 QUÁ TRÌNH HOÀN THIỆN SẢN PHẨM

8.1 QUÁ TRÌNH RÂY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

8.1.1 Mục đích

Hoàn thiện: sản phẩm sau quá trình nghiền bánh cacao là hỗn hợp các phần tử bột có hình dạng và kích thước khác nhau Quá trình rây nhằm phân chia sản phẩm bột nghiền ra từng loại theo độ lớn

8.1.2 Thiết bị

Nguyên lý hoạt động

Nguyên tắc của thiết bị này là phân loại bột dựa vào sự khác nhau về kích thước dưới tác dụng lực cơ học Bột cacao sau nghiền được đưa qua thiết bị rây bao gồm nhiều rây được xếp song song và chồng lên nhau Mặt rây có kích thước lỗ lớn đặt lên trên, kích thước lỗ nhỏ sẽ được đặt phía dưới Khi bột chuyển động từ trên xuống dưới ta sẽ thu được sự phân loại như mong muốn

Thông số công nghệ

Kích thước hạt tiêu chuẩn: 75µm ứng với lỗ rây có đường kính 200mesh

Thiết bị: Rây 3 cấp mã hiệu LK-600-3S

Hình 2.9 – Thiết bị rây phân loại bột cacao

8.2 QUÁ TRÌNH BAO GÓI SẢN PHẨM

8.2.2 Thiết bị bao gói

Sử dụng thiết bị chuyên để đóng gói các loại bột

Hình 2.10 – Thiết bị bao gói sản phẩm dạng bột

B QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO THEO PHƯƠNG PHÁP NARS

(NIBS, ALKALISATION, ROASTING AND STERILISATION)

I Quy trình công nghệ sản xuất

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Điểm khác biệt cơ bản của hai quy trình là trạng thái của cacao trong mỗi quá trình xử lý

Ở quy trình (1), sau giai đoạn nghiền mịn, cacao đã ở dạng khối (cocoa mass), còn sang quy trình (2), các giai đoạn kiềm hoá, rang thì cacao ở dạng nhân (nib), chỉ sau khi nghiền rồi ép

bơ sau đó thì cacao mới chuyển sang dạng khối

Do đó, khi xây dựng quy trình này, chúng em chỉ trình bày những quá trình có bản chất và biến đổi khác với quy trình (1)

1 XỬ LÝ NHIỆT BẰNG TIA HỒNG NGOẠI

Trong quy trình này quá trình tách vỏ diễn ra trước quá trình rang Do vậy, để tăng cường hiệu suất tách vỏ cacao chúng ta phải xử lý nhiệt sơ bộ khối hạt cacao Một trong những phương pháp xử lý nhiệt thường dùng nhất hiện nay là phương pháp xử lý nhiệt bằng tia hồng ngoại

1.1 Mục đích

Chuẩn bị cho quá trình tách vỏ:

Làm yếu các liên kết giữa vỏ và nhân cacao, giúp cho quá trình tách vỏ sau này dễ dàng và triệt để hơn, hiệu suất thu hồi nhân cacao tốt hơn

Ngăn chặn việc khuếch tán bơ cacao từ nhân ra vỏ cacao

1.2 Các biến đổi xảy ra

Tia hồng ngoại mang năng lượng cao sẽ làm nóng bề mặt hạt cacao, dẫn tới việc bốc hơi đột ngột của lớp nước nằm giữa vỏ và nhân cacao Vì vậy, lớp vỏ sẽ phồng lên và

ở một số hạt thì vỏ sẽ bị bể và tách luôn ra khỏi hạt

Quá trình làm nóng nhanh vỏ cacao làm cho nhiệt không có đủ thời gian để truyền vào nhân cacao nên sẽ ngăn được sự thất thoát do khuếch tán bơ cacao từ nhân ra vỏ

Dưới tác dụng của tia hồng ngoại, một số vi sinh vật bị ức chế và tiêu diệt

1.3 Ưu điểm so với quá trình rang trong quy trình (1)

Trong quy trình (1), quá trình rang cacao cũng có mục đích là làm yếu liên kết giữa vỏ và nhân, nhưng do kích thước hạt cacao khác nhau nên sự phân bố nhiệt độ bên trong hạt không đồng đều Do đó, nhiệt độ cuối cùng của quá trình rang (rất cần thiết cho việc tạo hương vị cho cacao) chỉ được sử dụng như là một giá trị trung bình Đồng thời, lại có sự khuếch tán bơ cacao từ nhân ra vỏ làm tổn thất một lượng chất béo trong nhân Chính vì vậy, trong các công nghệ mới, người ta thường sử dụng quá trình xử lý hồng ngoại này để khắc phục các nhược điểm trên và nâng cao hiệu suất tách vỏ sau này

1.4 Thiết bị :

Thiết bị xử lý hồng ngoại có cấu tạo dạng trống quay như sau :

Hình 2.12 – Sơ đồ thiết bị và nguyên lý làm việc của hệ thống xử lý nhiệt hồng ngoại Sau khi được làm sạch (1), các hạt cacao sẽ được qua sàn phân loại (pre-sreen) (2) để phân riêng những hạt đã bị bể vỏ với những hạt còn nguyên Những hạt đã bị bể sẽ không qua thiết bị xử lý hồng ngoại mà sẽ trực tiếp đi vào thiết bị tách vỏ (3) (vì nếu xử lý hồng ngoại thì phần chất khô trong nội nhũ của những hạt này sẽ có thể bị tổn thất)

Hạt cacao nguyên được đưa vào thiết bị thông qua phễu (4) và vít điều tiết (dosing screw) (5) Bên trong mặt trống (7) có những thanh gờ được thiết kế theo hình xoắn ốc (8) dọc theo thân trống Khi trống quay, khối hạt sẽ chuyển động theo thanh gờ và đi qua những vùng có chiếu tia hồng ngoại theo chu kỳ quay của trống Dưới tác dụng của tia hồng ngoại vỏ cacao sẽ được làm nóng nhanh chóng và nước ở giữa vỏ và nội nhũ sẽ bốc hơi làm phồng vỏ tạo điều kiện cho việc tách vỏ sau này dễ dàng hơn Nếu độ ẩm trong hạt quá ít thì nước sẽ được phun sương lên bề mặt của hạt đến mức cần thiết trước khi xử lý nhiệt Thông qua khối lượng phễu tháo liệu (10) và bộ điều khiển tự động ta có thể điều chỉnh tốc độ vít điều tiết để cho lưu lượng khối hạt trong trống được ổn định Khí thải sẽ được hút bởi quạt ly tâm (11) và

Nước