Báo cáo công nghiệp chế biến COCACOLA. Báo cáo công nghệ chế biến sản phẩm cacaoCACAOCacao..... 1)Nguyên liệu, 2)Công nghiệp chế biến cacao, 3)Sản phẩm. Tài liệu bổ ích, trình bày chi tiết rõ ràng đầy đủ các phần đã nêu như đề mục trên.
Trang 1MỤC LỤC
Trang
I NGUYÊN LIỆU
1 Cây cacao 2
2 Hạt cacao 4
3 Nguyên tắc thu hoạch và bảo quan nguyên liệu 7
II CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT CACAO 8
II -1 Các quá trình sơ chế hạt 8
II -2 Quy trình sản xuất bột ca cao từ hạt cacao thô 17
II -3 Thành phần hoá học của bột cacao thương phẩm 27
III SẢN PHẨM 29
Phụ lục 34
Trang 2I NGUYÊN LIỆU :
1.Cây ca cao :
Cây ca cao thuộc loại cây nhiệt đới, thường được trồng ở Nam Mỹ từ rất lâu
• Vùng trồng ca cao tập trung :
Thế giới co ù5 vùng trồng cây ca cao phổ biến nhấtø ( các nước Châu Phi, Châu Mỹ)đó là: Ghana, Cameroon, Nigeria, Ivory Coast, Braxin …
Từ 1985 trỏ lại đây, các nước châu Á bắt đầu phát triển mạnh cây ca cao như Malaysia, Indonesia, Aán Độ, Sri Lanka,…
Ở Việt Nam: rải rác ở một số vùng miền nam, Tây Nguyên và miền Trung
• Nguồn gốc-phân loại:
Cây ca cao thuộc giốngï Theobroma cacao L và họ Sterculieceae Giống
Theobroma gồm hơn 20 loài, trong đó chỉ có loài Theobroma cacao được trồng rộng
rãi còn các loài khác hoặc hoang dại hoặc ít được trồng
Theobroma cacao là loài duy nhất có giá trị thương phẩm và nó được chia ra
hai loài phụ, là Criollo và Forastero, ngoài ra còn có một loài nữa là Trinitario là kết quả của sự tạp giao giữa hai loài Criollo và Forastero.
Bảng 1 :Những đặc tính chính của các nhóm ca cao
Dạng quả Dài, thuôn, nhọn
đầu
Tròn, bầu dục Dài
Sống quả Nhọn, rãnh sâu Trơn, không rãnh
Xanh vàng
Hầu hết cứng
Không nhất định có xanh có đỏ
Giống Forastero có vị mạnh, dùng trong chế biến chocolate sữa Hai giống
Trinitario và Criollo có đặc trưng vị nhe , được dùng trong chế biến chocolate đen.
Trang 3• Đặc điểm sinh học cây ca cao
Hình 1: Hình dạng bên ngoài cây cacao Hình 2: Hoa cacao
Cây ca cao là một cây gỗ nhỏ cao trung bình 5 m đến 7 m cần bóng râm
Hoa ca cao 5 cánh, trổ thành từng chùm nhỏ trên thân gỗ hoặc trên cành, đa số hoa rơi rụng chỉ một phần nhỏ hoa đậu thành trái
Hình 3: Quả cacao khi chín và lúc còn non.
Quả kích thước lớn (13-16 cm, nặng 200-300 gam), khi chín vỏ không nở bung Thời gian phát triển của quả từ kết trái đến chín khoảng 5-6 tháng
Cấu tạo quả :
+ Vỏ: bao quanh có màu đặc trưng cho
từng loài, chín chuyển màu
+ Cùi tru: là lỏi giữa trái
+ Xơ cùi trụ: xuất phát từ cùi trụ,
nhầy, níu giữ các hạt +
Hạt: xếp thành 5 hàng có cùi nhựa bao
quanh, 30-50 hạt/trái, màu tím sẫm
đến nâu, vị đắng chát chưa có mùi
thơm đặc trưng Hình 4: Phân bố hạt trong
quả
Trang 4 Thành phần của trái bao gồm 42% hạt, 2% chất nhầy và 56% vỏ và cùi trụ.Vỏ trái ca cao sau khi được tách hạt dùng làm thức ăn cho gia súc(vỏ và cùi được xay và nghiền thành một loại bột) Cứ 100 kg vỏ trái ca cao nghiền thành bột nhuyễn có giá trị ngang với 97 k g bột bắp.
Bảng 2 : Các thành phần hoá học của vỏ trái ca cao
NướcTổûng số chất khôProtein thôChất béoTro (SiO2 tự do )Chất xơNitơ tự doGlucoseSucrosePectinTheobromin
57.7542.259.690.1510.8033.9042.211.160.185.300.20
2 Hạt ca cao –nguyên liệu sản xuất bột ca cao:
Hạt ca cao là thứ hạt không có nhân, mập dài 2-3 cm, khối lượng trung bình không nhỏ hơn 1 g
• Cấu tạo sinh học của hạt:
Bao bọc bên ngoài là vỏ mỏng.Vỏ chiếm khoảng 12% khối lượng hạt Bên trong là hai phôi nhũ màu sắc từ trắng đến tím đậm tuỳ loài Hạt được cấu trúc từ 3 loại tế bào:
Tế bào ngoại bì bố trí thành lớp
Tế bào nhu mô chiếm khoảng 90% các mô của phôi nhũ: các tế bào này không màu, chứa những tinh thể chất béo gọi là bơ ca cao, những protein ở dạng alơron và những hạt tinh bột
Những tế bào có chất máu chiếm khoảng 10% các mô của phôi nhũ làm cho phôi có màu sắc Những tế bào ấy chứa các polyphenol (tannin, catechin,
anthocyan,…) và những purin (tehobromin, caffein)
• Cấu tạo hoá học của hạt: Thành phần hoá học thể hiện trên bảng 3
Chất béo:
Trang 5Trữ lượng về bơ ca cao của hạt không ủ và khô thường trên 50% và có thể đạt tới 55%.
Các chất polyphenol: trong phôi nhũ có nhiều loại
o Các anthocyan tạo màu tím cho phôi nhũ của giống Forastero và giống Trinitario không hề thấy trong giống Criollo Chất màu này thông thường người ta gọi là ‘chất đỏ của ca cao ‘
o Chất tannin thấy trong phôi nhũ tươi của ca cao là dẫn xuất của catechin Đại diện chính của chúng có màu trắng có thể hình thành do sự ngưng đọng của chất I-epicatesin.Chất này có vị chát, hoà tan trong nước nhưng không hoà tan trong ete vàclorofooc Nó oxy hoá nhanh và tạo ra sản phẩm có màu gọi là ‘chất nâu ca cao’
o Theobromin (3-7-dimetylxantin) và caffeine (1-3-7-trimetylxantin) có thể ít nhiều nối liền với các tannin để tạo ra trong phôi nhũ tươi những hợp chất phức tạp Theobromine là chất làm cho hạt ca cao có vị đắng Hạt ca cao Criollo ít đắng do hàm luợng chất này thấp.Theobrominvà caffein cùng một số ít thành phần amonia và asparagine (có trong vỏ trái và hạt ca cao) là các hợp chất non-protein mà trong số đó chất đặc thù cho ca cao chính là Theobromin Cũng như caffein, Theobromin gây các tác động sinh lý cho người tiêu thụ các sản phẩm ca cao Nó là một chất kích thích, tăng cường hoạt động cơ bắp và có liên quan đến tính náo động của trẻ em khi ăn nhiều chocolate nó kích thích sự làm việc của thận, tim, bắp thịt…Theo một nghiên cứu gần đây của các nhà dược học Anh thì chất Theobromine(một alkaloic lấy từ ca cao)có khả năng chống ho tốt hơn cả codein-chất thường được dùng làm thuốc ho (một alkaloic lấy từ cây thuốc phiện ) Tuy nhiên người ta còn đang nghiên cứu cơ chế tác dụng của Theobromin.)
Trang 6Bảng 3 :Các thành phần của h ạt ca cao tươi , tính theo % trọng lượng tươi
Thành phần Chất nhầy Vỏ hạt Phôi nhũ
-2.70.710.0
-0.6 -
0.70.8100.0
9.43.8
13.846.0 -
18.0 0.8
8.2100.0
-3531.3
3.24.54.9-1.1
8.42.40.85.2
0.62.6100.0
3 Nguyên tắc trong thu hoạch và bảo quản nguyên liệu :
Hái trái căn cứ vào màu sắc của vỏ(đỏ chuyển sang đỏ cam, xanh chuyển sang vàng lục ), đôi khi không chính xác nên người ta dựa vào âm thanh, gõ vào trái kêu ‘bụp bụp ‘ là chín
Phải hái trái chín vừa trái chưa chín sẽ cho hạt có chất lượng kém và khó bóc hạt ra khỏi quả, còn trái để quá chín mới hái gặp nhiều nguy cơ bị sâu bệnh, côn trùng phá hoại và bị thối rữa
Trang 7Hình 5: Quả cacao sau khi thu hoạch
Trái đã hái rồi để tối đa là 10 ngày phải bóc hạt
Hạt được bóc ra khỏi rồi phải được đem ủ trong vòng 24 giờ
Nên để riêng các trái ca cao thu hoạch ở các thời gian khác nhau tránh việc lênmen không đồng đều ở giai đoạn sau
Về việc nhiễm vi sinh của nguyên liệu: không đáng kể, chủ yếu bị nhiễm trongcác quá trình ủ và chế biến
Phần dịch về vi sinh:
Mỗi quả cacao chứa 30-50 hạt dính chặt trong một lớp thịt quả nhầy có tính axit (PH 3.6-4 ) ,giàu nước và đường Hạt cacao thô cấu tạo bởi hai lá mầm, phôi và vỏ hạt chứa khoảng 30% nước và 30% protein, tinh bộ , đường, hợp chất
phenol và những hợp chất hữu cơ khác
Thịt quả và hạt trong khi và sau khi lấy khỏi quả bởi rất nhiều nguồn như tay dụng cụ thu hoạch, đất, lá, thùng gỗ chứa, côn trùng và thú vật Trong khi u,û lớp thịt, quả bị thoái biến dần bởi hoạt động của hệ enzyme vi sinh vật và enzyme nội bào dẫn đến sự tổng hợp những chất tiền tố tạo ra hương thơm cho hạt cacao Nhiệt và axit tạo ra trong giai đoạn này cũng phá huỷ phôi, do đó giúp tránh được sự suy giảm chất béo của cacao (thường mất đi theo sự phát triển của phôi)
Hình 6: Hạt cacao sau thu hoạch
.
Trang 8II CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT CACAO :
II.1 CÁC QUÁ TRÌNH SƠ CHẾ HẠT:
Để có hạt cacao nguyên liệu cho ngành chế biến chocolate, những hạt cacao tươiđược tách từ quả phải trải qua một loạt sự biến đổi với mục đích:
• Loại bỏ hết cùi nhờn bao quanh hạt
• Dịêt chất phôi nha để hạt không nảy mầm được
• Gây ra sự biến đổi sinh hoá trong phôi nhũ
Những thay đổi này làm cho phôi nhũ căng lên mất màu tía ở trường hợp cacaoForastero và Trinitaro, xuất hiện màu nâu đặc trưng của cacao Chúng còn làm giảm
vị đắng, vị chát và giúp cho những dẫn xuất của hương cacao phát triển, quết địnhphẩm chất của sản phẩm
Quá trình sơ chế theo sơ đồ sau:
Trang 9Giải thích qui trình:
Trái chín sau khi đựơc tách bỏ vỏ, phần nạc và hạt sẽ được lên men Quá trình ủ lênmen là toàn bộ các quá trình diễn biến phức tạp gồm:
Những phản ứng do chính vi sinh vật trực tiếp gây nên trên cùi bao quanh hạt
Những phản ứng bên trong do những enzym trong các mô của phôi nhũ làm động lực
1 Uû hạt cacao:
1.1 Mục đích:
Gây ra những thay đổi sinh hoá trong học trong phôi nhũ để làm giảm vị đắng vàchát, đồng thời làm khơi mào cho sự phát triển hương, vị và màu sắc trong quá trìnhrang hạt về sau
Làm cho phôi nhũ nở rộng hơn và giòn dẫn đến lớp vỏ hạt hở ra và diệt được rễ mầmtrong hạt
Hoá lỏng và loại bỏ hết lớp nhầy quanh hạt tươi giúp thuận lợi cho quá trình sấy
1.2 Những biến đổi hoá sinh trong quá trình lên men:
Những biến đổi trong quá trình chế biến cacao bắt nguồn từ sự lên men lớp nhầy có vịngọt bao quanh hạt Quá trình lên men này gồm:
• Những quá trình lên men do vi sinh vật trực tiếp gây nên
• Các nội phản ứng do hoạt tính của những enzym trong các mô của phôi nhũlàm động lực
Quá trình lên men: thường kéo dài trong khoảng 7 ngày
a Sự lên men của lớp nhầy:
Lớp nhầy chiếm khoảng 15- 20% trọng lượng hạt cacao tươi và trữ mộtlượng đường cao Do có mặt acid citric nên pH của lớp nhầy khoảng 3.5 là môi trườngrất thụân lợi cho nấm men phát triển Lớp nhầy còn nhiễm vi sinh vật từ tay người laođộng, dụng cụ, nhiều loại côn trùng
Theo Roelfsen có khoảng 24 loài vi sinh vật trong một khối cacao đang
lên men Trong giai đoạn đầu, các loài Candida, Debaryomyces, Hansenula,
Kloeckera, Pichia, Rhodorula, Saccharomyces và Torulopsis đã phát triển và chuyển
hoá đường thành cồn etylic và khí CO2 bay ra:
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Sự chuyển hoá trên xảy ra trong điều kiện yếm khí Điều kiện này làm cho các vi khuẩn Lactic( L.Plantarum, L.Collinoides, L.Fermenum) phát triển tạo ra acid lactic, chúng cũng tham gia quá trình phân huỷ các chất đường
Khi chất nhầy bị tan vỡ và thành dịch cacao chảy ra làm cho môi trường ủtrở nên thông thoáng hơn Độ acid giảm, pH đạt 5 ở cuối giai đoạn lên men Ngay khi
Trang 10tế bào của chất nhầy bị phá huỷ, không khí thâm nhập vào khối ủ, có sự gia tăng về
acetic hoá do hiện tượng oxyd hoá cồn thành acid acetic bởi các vi khuẩn Acetobacter
spp và Gluconobacter Phản ứng này phát nhiệt mạnh làm cho nhiệt độ khối ủ tăng
lên đến hơn 500C Theo Rohan, nhiệt độ của lớp hạt trên tăng nhanh hơn là ở lớp giữavà hiệu số càng cao khi khối hạt càng lớn làm các hạt bên trong khối ủ vẫn còn sống
Do vậy, trong quá trình ủ cần đảo trộn để khối ủ thông khí giúp các hạt lên men đềuđặn Mặt khác cũng giúp cho mốc không nảy nở trên bề mặt và hạt không bị quá khô Nhiệt độ tăng đều lên trong 48 giờ đầu lên men, đạt 42- 480C vào cuối giaiđoạn ấy Khi đảo trộn lần đầu, nhiệt độ tăng lên đến 500C, sau đó giảm chậm xuốngnhưng tăng lên lại khi đảo trộn khối hạt lần nữa Sau 6 ngày ủ nhiệt độ đạt cỡ 480C.Nếu ủ quá mức thì nhiệt độ sau khi kết thúc ủ có thể tới 50-520C Khi đó khối hạt sẽtoả ra mùi khó chịu,hôi thối như mùi cá ươn do sự phân huỷ các protein làm sản sinh
ra amoniac
b Hạt chết:
Mục đích là làm hạt không nảy mầm
Khi cồn và acid acetic thấm qua vỏ hạt vào tới phôi nhũ sẽ phá huỷ câutrúc nội tế bào làm hạt bị chết và hạ thấp pH của phôi nhũ từ giá trị đầu là 6.6 xuống4.8 ở ngày lên men thứ ba Sau đó pH tăng dần lên trong suốt thời kỳ còn lại trongquá trình ủ và sấy, thường đạt pH 5.5 trong hạt cacao sấy khô
c. Những phản ứng trong các mô của phôi nhũ (cotyledon):
Các mô của cotyledon do hai tế bào tạo thành: tế bào có các sắctố chứacác polyphenol (tanin, catechin, anthocyan, leucoanthocyan), các purin (theobromin,caffein) và các tế bào dự trữ không có màu sắc chứa những tinh thể bơ cacao, hạt tinhbột, protein (aleuron) và các enzym
Khi hạt cacao chết, cotyledon sẽ hút ẩm làm cho vách tế bào của nó trởnê thấm nước và nội chất của tế bào có thể khuếch tán qua các mô Những enzymcủa tế bào dự trữ nhờ thế được tiếp xúc với những polyphenol của tế bào sắc tố
Trong các polyphenol những sắc tố anthocyanin bị thuỷ phân hóa cho racyannindin và hai đường khử, các chất này khi bị oxyhoá sẽ tạo thành màu nân đặcbiệt của cacao Những polyphenol khác sẽ tản đi môt phần qua lớp vỏ của hạt hoặcchịu các biến đổi hoá học làm giảm vị đắng và chát Các biến đổi này xảy ra tới cuốiquá trình lên men và trong quá trình phơi khô
Trong quá trình lên men,trữ lượng đạm tổng giảm do 40% theobrominecủa cotyledon khuếch tán vào các mô và di chuyển vào vỏ của hạt làm cho lượngtheobromine ở vỏ hạt tăng lên rất nhiều Các protein trong cotyledon bị thuỷ phânthành amino acid và chuyển sang dạng không hoà tan do các phản ứng với cácpolyphenol Theo Rohan, chỉ quá trình ủ mới tạo ra các tiền chất( những đường khử)đặc trưng cho hương vị chocolate khi rang
Trang 111.3 Các phương pháp ủ hạt cacao:
1.3.1 Uû thành đống:
Phương pháp phổ biến nhất ở Tây Phi Hạt cacao được đổ đống thànhhình nón lá trên các lá chuối được xếp tròn trên mặt đất Dưới lớp lá chuối kê cáccành cây theo hình nan hoa bánh xe để tháo dịch nhầy trong khi lên men Các láchuối sẽ được đậy lên để đậy lại kỹ lưỡng bằng cách dùng đá đè chặn lên trên nhằmgiữ hơi nóng trong suốt thời gian ủ Cứ hai ngày một lần giở lá chuối ra xáo trộn hạttừ ngoài đống vào trong và từ trong ra ngoài cho thật đều rồi nén chặt đống lại trướckhi đậy lá chuối lại
1.3.2 Ưû trong thúng:
Cacao được đổ đầy trong các thúng đan bằng tre rồi dùng lá chuối đậylại Dịch nhầy chảy qua mặt bên và đáy của chúng Việc đảo trộn được thực hiệnbằng cách đổ từ thúng này qua thúng kia, cứ cách hai ngày một lần Kích thước thúngkhác nhau tuỳ theo nơi, ở Ghana và Nigeria dung tích thúng thay đổi trong khoảng 10-
150 kg hạt cacao tươi
1.3.3 Uû trong thùng:
Các thùng gỗ có kích thước DxRxC:1.2x1.2x0.9m hoặc 1.2x2x0.7m,bằng các tấm gỗ lắp ghép có thể tháo rời ra được, có thể chứa đến 1.5 tấn hạt tươi.Các thùng có thể bố trí cạnh nhau hoặc theo hình bậc thang Sắp xếp theo hình bậcthang tiện lợi trong việc đảo trộn, rất đơn giản là bằng cách trút hạt từ thùng trênxuống thùng dưới Thùng ủ có lỗ Φ15mm ở dưới đáy để dịch chất nhầy có lối thoát vàkhối ủ dễ thông hơi
Trang 131.3.4 Uû trên khay:
Khay ủ bằng gỗ sâu 10 cm Đáy khay là một cái vạt bằng nan tre đặtsong song và cách nhau chừng 0.5cm Mỗi khay chia thành hai phần bằng nhau bằngmột thanh di động bằng gỗ Chỉ đổ đầy cacao vào một nửa khay Mỗi khay có kíchthước 1.2x0.9m có thể chứa khoảng 45 kg hạt cacao tươi Chồng 12 khay lên nhau gócđầy hạt quay về một phía Lớp hạt trên của mỗi khay tiếp giáp với vạt tre của đáytrên và những khoảng trống giữa các nan tre là những ống thông khí
Sau 24 giờ ủ, người ta phủ lên khay một mảnh vải bao bì để vừa chốngmất nhiệt cho toàn bộ vừa đảm bảo đủ thông thoáng Thời gian ủ trên khay là 3-4ngày, ngắn hơn các phương pháp khác Công lao động cũng tiết kiệm hơn vì khôngcần đảo trộn Tuy nhiên màu sắc hạt cacao không đều bằng kiểu ủ thùng
Hình 7: hạt cacao được ủ để lên men
2 Phơi sấy cacao:
Ơû một số nơi, hạt cacao sau khi được phơi khô còn chịu thêm một công đoạnnữa là đánh bóng; với mục đích là tăng thêm độ bóng láng bên ngoài để nâng cao giátrị trên thương trường Tuy nhiên, độ bóng láng của hạt cacao cũng không nên nhiềuquá vì hạt có thể bị nghiền nát hoặc làm lớp vỏ hạt quá mỏng và giòn sẽ có nguy cơhạt dễ vỡ vụn ra rất khó làm sạch cho cacao thành phẩm sau này Ơû Sri Lanka vàJava, hạt cacao được rửa sạch các vết nhầy còn bám trên bề mặt Ơû Venezuenela, hạt
Trang 14được “tẩy sét”; trước khi kết thúc công đoạn phơi sấy ,hạt được xáo trộn với đất sétđể tăng độ nhẵn bóng lên.
2.2 Phơi tự nhiên:
Ơû các nước sản xuất cacao, khi vụ thu hoạch trùng với mùa khô, phơi nắng làcách thông dụng nhất Trong các cơ sở sản xuất nhỏ, cacao được trải thành lớp mỏngtrên những chiếc chiếu bằng tre chẻ bện lại với nhau và kê trên một cái khung thô sơcao hơn mặt đất
Diện tích sân phơi cần khoảng 3m2/ 50 kg hạt cacao khô, thông thường diệntích sân phơi: 18x6m có tể phơi được 2250 kg hạt cacao khô Khi phơi, hạt được trảithành lớp trên các sân với chiều dày 5cm Thời gian phơi nắng cho hạt cacao mấtkhoảng 8-14 ngày, tuỳ thuộc điều kiện thời tiết
Hình 8: hình thức phơi cacao 2.3 Sấy:
Tại những nơi ít nắng và độ ẩm không khí cao, hạt cacao được sấy khô bằngcác máy sấy Trong phương pháp này quá trình sấy nên tiến hành từ từ với nhiệt độkhông khí sấy khoảng 60- 700C để hoàn tất quá trình oxy hoá của enzym
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy là: bề dày lớp hạt, tốc độ và nhiệt độkhông khí sấy Kết quả nghiên cứu của Shelton năm 1967 cho thấy với một lớp hạtdày 25mm, lưu lượng không khí sấy 3 m3/s và nhiệt độ sấy 60-500C là tốt nhất về mặtkinh tế và kỹ thuật
• Máy sấy Samoan:
Đây là kiểu máy sấy đơn giản, dễ chế tạo và rẻ tiền Máy sấy Samoan gồm cómột sàn phẳng có khe hở, được đặt trên những ống cấp nhiệt Luồng không khí nóngtoả ra trên hệ thống sẽ luồn qua các khe hởvà truyền theo nguyên tắc đối lưu cho sảnphẩm sấy nhằm làm thoát ẩm cho trải trên mặt sàn