Nguyên liệu chính trong sản xuất bột ca cao là hạt của quả ca cao hay còn gọi là ca cao nhân. Mỗi hạt bao gồm hai lá mầm và một phôi, tất cả nằm trong một lớp vỏ cứng bảo vệ. Nguyên liệu chính trong sản xuất bột ca cao là hạt của quả ca cao hay còn gọi là ca cao nhân. Mỗi hạt bao gồm hai lá mầm và một phôi, tất cả nằm trong một lớp vỏ cứng bảo vệ.
Trang 1BỘT CA CAO - BƠ CA CAO
Giới thiệu
Bột ca cao: là sản phẩm dạng bột thu được bằng cách nghiền bã hạt của quả ca cao sau khi ép bơ
Bơ ca cao: là một trong những chất béo có giá trị rất cao, nó không chỉ để sản xuất ra chocolate mà còn sử dụng trong các ngành dược phẩm, mỹ phẩm và bơ ca cao chất lượng thấp còn dùng trong sản xuất xà phòng
Cây ca cao: có tên khoa học là Theobroma cacao, thuộc họ Sterculiaceae Theobroma gồm 22 loài trong đó chỉ có Theobroma caco là được trồng rộng rãi còn các loài khác hoặc mọc hoang dại hoặc ít được trồng Đây là cây công nghiệp dài ngày sống ở vùng nhiệt đới, thân mộc, là cây đa niên sống từ 20-30 năm và cao khoảng 5-7m Sau khi trồng 3-4 năm cấy bắt đầu ra trái và đến năm thứ 10 thì phát triển đầy đủ Cây ca cao được trồng nhiều nhất là ở các nước Nam – Trung Mỹ và Trung – Tây Phi Các nước thuộc khu vực Đông Nam Á (ngoại trừ Indonesia) và Nam Á cũng đang bắt đầu phát triển trồng cây ca cao, tuy nhiên sản lượng chỉ mới chiếm một tỷ lệ nhỏ trên thị trường ca cao thế giới Hiện nay có rất nhiều chủng ca cao được trồng, tuy nhiên, có thể phân ra thành ba nhóm chính sau đây:
- Forastero: chiếm tỷ lệ hơn 80% tổng sản lượng ca cao trên thế giới Ca cao thuộc dòng Forastero cho năng suất cao, khả năng kháng bệnh tốt nhưng cho hạt chất lượng trung bình
- Criollo: đây là dòng ca cao cho chất lượng hượng vị của các sản phẩm chế biến tốt nhất Tuy nhiên, Criollo rất khó trồng vì khả năng kháng bệnh kém và năng suất thấp Hiện nay, ca cao thuộc dòng Criollo chỉ chiếm khoảng 5% tổng sản lượng ca cao của thế giới
- Trinitario: đây là dòng ca cao được xác định là do lai giữa dòng Criollo và dòng Forastero Nó mang các thuộc tính trung gian của hai dòng nói trên Ca cao thuộc dòng Trinitario chủ yếu được trồng ở Nam Mỹ
Nguyên liệu
Nguyên liệu chính trong sản xuất bột ca cao là hạt của quả ca cao hay còn gọi là ca cao nhân Mỗi hạt bao gồm hai lá mầm và một phôi, tất cả nằm trong một lớp vỏ cứng bảo vệ
Ca cao nhân thu được bằng cách tách vỏ quả ca cao, thu khối hạt ướt, lên men để loại bỏ lớp vỏ nhầy, dừng quá trình hô hấp, diệt khả năng nảy mầm và tạo ra các hợp chất sẽ ảnh
Trang 2hưởng đến giá trị cảm quan của sản phẩm như màu sắc, các chất tiền hương… Sau lên men là quá trình phơi sấy để thu được ca cao nhân thương phẩm
Thành phần hóa học chính của hạt ca cao là chất béo Thông thường, hạt ca cao nguyên liệu chứa hơn 50% là chất béo, tùy thuộc vào các chủng loài và điều kiện canh tác Chất béo trong ca cao chủ yếu là triglyceride của glycerol và các acid béo không no Nhiệt độ nóng chảy của bơ ca cao dao động trong khoảng 16-370C, tùy thuộc vào dạng tinh thể của chất béo tạo thành trong quá trình kết tinh Chất béo là thành phần hóa học ảnh hưởng nhiều nhất đến tính chất công nghệ của nguyên liệu trong quy trình sản xuất bột ca cao, đặc biệt là trong quá trình nghiền Tùy thuộc vào hàm lượng béo được loại ra trong quá trình ép mà bột ca cao được phân thành nhiều loại khác nhau
Một thành phần quan trọng khác trong hạt ca cao là các alkaloid Ankaloid điển hình trong ca cao là theobromine (3,7-dimethylxanthine) Nó là chất kích thích nhẹ, tạo cảm giác hưng phấn cho cơ thể người Cường độ kích thích của theobromine thấp hơn caffeine rất nhiều Trong ca cao, theobromine có hàm lượng dao động trong khoảng 1-4% (w/w) Trong ca cao cũng có chứa caffine, tuy nhiên hàm lượng rất thấp so với trong cà phê
Ngoài các alkaloid, trong ca cao còn có một thành phần khác có được tính là polyphenol Polyphenol chủ yếu trong ca cao là các catechin Các polyphenol này là chất chống oxy hóa tốt cho cơ thể Vì vậy, các sản phẩm từ ca cao thường có tác dụng chống lão hóa cho
cơ thể
Tiêu chuẩn chất lượng của hạt ca cao thương phẩm sau quá trình lên men được quy định trong tiêu chuẩn Việt Nam “Hạt ca cao: yêu cầu kỹ thuật” (TCVN 7591:2005) Trong đó, một số chỉ tiêu cơ bản có thể kể đến như:
- Không được có tạp chất lạ
- Không được có mùi khói, không có mùi hoặc vị lạ
- Không được chứa côn trùng sống
- Đồng đều về kích thước hạt
- Không có hạt dính đôi dính ba
- Khô đều
- Được lên men hoàn toàn
Yêu cầu cụ thể:
Trang 3Quy trình công nghệ sản xuất bơ và bột ca cao
Làm sạch
Ca cao nhân
Bột ca cao
Nghiền thô, phân ly
Bột dẻo Mảnh nhân Rang
Nghiền
Bơ ca cao
Nghiền tinh Rây Bao gói
Trang 4Giải thích quy trình
1.1 Làm sạch
1.1.1 Mục đích công nghệ
Chuẩn bị: ca cao nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất có thể bị lẫn các loại tạp chất như lá, cành cây khô, đất, đá, kim loại, xác côn trùng,… quá trình làm sạch sẽ giúp loại
bỏ các thành phần tạp chất này ra khỏi ca cao Ngoài ra, quá trình làm sạch cũng giúp chuẩn hóa kích thước và tỷ trọng của hạt ca cao, loại những hạt ca cao có kích thước quá nhỏ hoặc quá to, các hạt lép,… để đảm bảo cho hạt ca cao đồng đều hơn, từ đó các quá trình chế biến tiếp theo sẽ thuận lợi hơn
1.1.2 Yêu cầu:
Khối hạt ca cao sau khi làm sạch phải được loại bỏ hết các tạp chất kích thước lớn cũng như nhỏ hơn hạt ca cao, đồng thời không làm vỡ vụn hạt ca cao trong quá trình làm sạch 1.1.3 Phương pháp thực hiện
Hình 1: Thiết bị làm sạch
Quá trình làm sạch ca cao thường được thực hiện theo các bước sau:
- Đầu tiên, ca cao được làm sạch bằng các sang nhằm loại các tạp chất hoặc các hạt
ca cao có kích thước nhỏ hoặc lớn hơn hạt ca cao theo yêu cầu Thông thường, người ta sử dụng hai sang nối tiếp và dòng ca cao sau làm sạch là dòng giữa hai sang
Trang 5- Tiếp theo, ca cao sẽ được làm sạch các tạp chất kim loại bằng từ trừng.
- Cuối cùng, ca cao sẽ được làm sạch bằng khí động Tại đây, các tạp chất nặng hơn
ca cao như cát, đá và các tạp chất nhẹ hơn ca cao như lá cây, cành cây khô, các hạt lép hoặc các miếng vỡ của vỏ ca cao sẽ được loại ra
1.1.4 Các biến đổi nguyên liệu
Không có biến đổi đáng kể nào xảy ra trong quá trình làm sạch ca cao Biến đổi chủ yếu
là hàm lượng tạp chất sẽ giảm và kích thước hạt, tỷ trọng hạt sẽ trở nên đồng đều hơn
1.2 Rang
1.2.1 Mục đích
Chế biến: quá trình rang ca cao sẽ tạo ra những biến đổi cần thiết để hình thành nên hương vị đặc trưng cho các sản phẩm ca cao, đồng thời phát triển màu sắc đặc thù của chocolate Quá trình rang là quá trình quan trọng nhất và có ảnh hưởng quyết định chất lượng của sản phẩm bột ca cao cũng như các sản phẩm khác từ ca cao
Chuẩn bị: rang ca cao sẽ tạo ra các biến đổi về mặt cấu trúc để quá trình nghiền và ép bơ tiếp theo sẽ được thuận lợi như tách nhân và vỏ ở mức độ làm lỏng lớp vỏ và hạt
Bảo quản: hạ độ ẩm của hạt xuống còn 2,5 ÷ 5% để sấy khô phần nhân ca cao đồng thời tiêu diệt vi sinh vật để kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm
1.2.2 Phương pháp thực hiện
Có các loại thiết bị rang như sau:
- Thiết bị rang gián đoạn: kiểu máy rang đơn giản nhất là những nồi rang hình trống, được đốt nóng từ bên ngoài với nguồn cấp nhiệt thường dùng là nhiên liệu rắn như củi, than hoặc khí đốt hay dầu đốt Máy hoạt động theo chế độ từng mẻ Hạt được xáo trộn bên trong trống và được truyền nhiệt theo nguyên tắc dẫn truyền
Trang 6Sau này các máy được cải tiến, điển hình là máy rang Siroco, bằng cách cho luồng không khí nóng thổi trực tiếp vào khối hạt theo nguyên tắc truyền nhiệt đối lưu nên máy cho sản phẩm rang đồng đều và thiết kiệm năng lượng hơn
Hình 2: Thiết bị rang dạng thùng quay
- Thiết bị rang liên tục
Ngày nay các máy rang liên tục ngày càng được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong sản xuất như máy rang tầng sôi
Nguyên lý hoạt động: lớp hạt chuyển động lên xuống liên tục trong luồng không khí rất nóng nhưng thời gian lưu trú của hạt trong buồng rất ngắn nêm hạt không
bị quá nhiệt Hạt được rang rất kĩ và đều trong 20÷40 phút ở 100÷1050C Hạt vừa rang xong được làm nguội ngay để giữa hương thơm và không bị mất chất béo Các máy rang liên tục đã tiết kiệm được năng lượng tiêu thụ đáng kể, hạt ít bị vỡ nát và bơ ca cao ít bị chuyển từ mảnh hạt vào vỏ Hầu hết các máy rang loại này đều có trang bị kèm theo hệ thống làm nguội hạt ngay sau khi rang
Trang 7Hình 3: Thiết bị rang liên tục
1.2.3 Các biến đổi trong quá trình rang
− Trong quá trình ủ ca cao trước đó đã tạo ra các acid amin tự do trong hạt Các acid amin đó là một trong những tiền chất quan trọng tạo ra mùi hương cho chocolate, nhưng trong quá trình rang chúng sẽ bị phân hủy một số
− Có 8 nhóm acid amin được phân lập ra và thấy rằng tất cả đều bị phân hủy một phần khi rang nhưng với tỷ lệ khác nhau, và khoảng 50% tổng số acid amin có trong hạt ca cao thô ban đầu còn lại trong hạt cao cao rang
− Một điểm đáng chú ý là thành phần nito tổng số không hề bị suy giảm điều này được giải thích là nhờ sự kết hợp của phức nito với đường khử Các đường phản ứng với các acid amin tạo ra hương vị chocolate đặc trưng và trong quá trình rang các đường khử bị phá hủy gần như toàn bộ
Trang 8− Ngoài ra còn có sự mất nước, màu sắc của mảnh nhân trở nên đậm và hương vị bớt đắng hơn Bơ ca cao chiết từ hạt ca cao rang có mùi vị nặng hơn so với hạt chưa rang, và hương vị đặc trưng của chocolate không có trong bơ ca cao
1.2.4 Yêu cầu kỹ thuật
− Rang ca cao là quá trình gia nhiệt mà nhiệt được cung cấp liên tục trong một khoảng thời gian cần thiết đủ để xuyên thấu qua tâm của từng hạt mà lại không làm cháy lớp vỏ hạt Kết cấu của máy sao cho hạt không bị nhiễm bẩn các sản phẩm cháy của nguyên liệu, các acid bay hơi, ẩm và các sản phẩm phân hủy khác trong quá trình rang được thoát ra dễ dàng
− Cường độ và thời gian phải điều chỉnh cho phù hợp với từng giống, cỡ hạt, hàm lượng ẩm và loại sản phẩm cần tinh chế Thời gian rang thay đổi trong khoảng 45÷70 phút tùy theo kết cấu máy và khối lượng sản phẩm Nhiệt độ rang trong sản xuất bột ca cao khoảng 116÷1210C Các nhiệt độ nêu ở đây là nhiệt độ đo được ở hạt ca cao khi kết thúc mẻ rang
− Các nhiệt độ rang thấp hơn áp dụng trong sản xuất bơ ca cao bằng phương pháp ép đùn vì chỉ cần đủ làm ấm hạt nhằm làm lỏng lớp vỏ hạt mà thôi, đồng thời sẽ tạo cho bơ ca cao một hương vị rất nhẹ thích hợp cho ngành chế biến chocolate sữa
1.3 Nghiền thô và phân ly
1.3.1 Mục đích
Là tiến trình nghiền sơ bộ hạt ca cao rang nhằm làm vỡ lớp vỏ hạt và tách hoàn toàn vỏ hạt ra khỏi mảnh nhân
1.3.2 Yêu cầu
Trong khi nghiền thô, cố gắng giữa sao cho các phần tử vỡ ra của vỏ và mảnh nhân càng lớn càng tốt (85÷95% các phần tử nên có kích thước lớn hơn 3mm) để tránh tạo ra các mảnh hạt quá vụ và bụi bặm
1.3.3 Phương pháp thực hiện
Cấu tạo: thiết bị nghiền thô và phân mảnh gồm cặp trục nghiền thô, quạt thổi, các ngăn
có vách chắn và máng thu
Nguyên lý hoạt động
Trang 9- Khối nguyên liệu được cấp vào máy và đi vào giữa hai trục nghiền thô, khoảng cách giữa hai trục chỉ đủ để ép cho hạt vỡ ra thành các mảnh lớn và vỏ hạt tách ra khỏi nhân chứ không nghiền hạt thành những mảnh vụn
- Sau đó hỗn hợp gồm vỏ của hạt và mảnh nhân rơi xuống sẽ gặp một luồng không khí thổi mạnh từ dưới lên, các mảnh vỡ của hạt nhẹ hơn sẽ bị thổi đi xa vượt qua các vách chắn ra ngoài theo máng riêng, còn mảnh nhân nặng hơn nên không bị thổi và lọt xuống theo máng tháo sản phẩm
- Các phần tử nhỏ li ti được gom vào các cyclone lắng bụi Sau khi phân ly ta được hai cấu tử cơ bản là mảnh nhân chứa một ít vỏ, mầm và vỏ hạt chứa lượng mảnh nhân không đáng kể
Hình 4: Thiết bị nghiền trục
1.3.4 Các biến đổi nguyên liệu
Trong quá trình nghiền thô và phân ly, lớp vỏ sẽ bị tác dụng của lực cơ học và vỡ ra Bên cạnh đó, nội nhũ của hạt ca cao cũng bị vỡ ra Sau đó thì khối lượng của nguyên liệu sẽ giảm đi do vỏ ca cao được tách ra Thông thường, lượng vỏ còn sót lại sau quá trình tách
vỏ chiếm tỷ lệ nhỏ hơn 1% khối lượng nguyên liệu hàm lượng vỏ còn sót lại càng nhiều thì chất lượng của sản phẩm sẽ càng kém
1.4 Nghiền mảnh nhân
Trang 101.4.1 Mục đích
Mảnh nhân chứa khoảng 55% bơ ca cao ở pha rắn Nghiền mảnh nhằm lỏng hóa bơ ca cao tạo thành chất bột nhão nhờ việc phá hủy thành tế bào và nhiệt sinh do ma sát được nâng lên 340C- điểm nóng chảy của bơ ca cao
Bột ca cao nhào nghiền xong có thể dùng để sản xuất bơ ca cao và bột ca cao hoặc để làm chocolate Khi kích thước các phần tử nghiền giảm dần và chất bột nhão ngày càng có dạng lỏng thì gọi là rượu mùi ca cao Hỗn hợp này gồm các phần tử chất rắn lơ lửng trong pha béo Người ta có thể giữa nó ở thể lỏng bằng nhiệt, hoặc để nó nguội và trở nên rắn gọi là ca cao khối
1.4.2 Yêu cầu
Khối bột dẻo sau khi nghiền phải có kích thước mịn và đồng đều (50÷100 µm) Tất cả các sản phẩm ca cao đều được chế biến từ rượu mùi ca cao Tuy nhiên rượu mùi ca cao dùng trong sản xuất bơ, bánh và bột ca cao phải được nghiền rất mịn trong khi rượu mùi
ca cao trong sản xuất chocolate thì không yêu cầu phải nghiền mịn như vậy
1.4.3 Phương pháp thực hiện
Công đoạn nghiền mảnh nhân được thực hiện nhờ vào nhiều loại máy nghiền khác nhau, nhưng mẫu máy nghiền thông dụng thường dùng là các cối xay bằng đá Cối xay có cấu tạo bằng ba cặp thớt đá hoa cương, bề mặt làm việc có mảnh cắt, chồng lên nhau Mỗi cặp thớt đá gồm một lưỡi thớt cố định và thớt trên xoay tròn, khoảng cách giữa hai thớt quyết định độ mịn của sản phẩm
Nguyên lý: nguyên liệu được cấp vào nhờ bơm cấp liệu (1), bán thành phẩm thu được ở vành ngoài của cối sẽ được các ống dẫn bán thành phẩm (3) dẫn vào tâm cối phía dưới để tiếp tục quá trình nghiền Thành phẩm thu được taij vành ngoài của cối cuối cùng Máy được làm nguội trong khi hoạt động để tránh rượu mùi ca cao không bị quá nhiệt
Các máy nghiền hiện đại dùng những cặp trục nghiền hình ống bằng thép chồng lên nhau
và quay với tốc độ khác nhau Khe hở giữa các ống hẹp dần làm cho khối bột nhão lần lượt phải đi qua tất cả các trục ống, dần dần sẽ được nghiền thật nhỏ
Trang 11Hình 5: Thiết bị nghiền trục bánh răng
1.4.4 Các biến đổi nguyên liệu
Sự giảm kích thước của hạt ca cao: trong quá trình nghiền, dưới tác dụng của lực cơ học, kích thước hạt ca cao sẽ giảm dần Tùy theo yêu cầu kích thước hạt mà mức độ nghiền khác nhau
Trong quá trình nghiền, dưới tác dụng của lực ma sát, nhiệt độ của ca cao tăng lên Để hạn chế hiện tượng này, cần phải có giải pháp để giải nhiệt cho ca cao
Sự hóa lỏng của ca cao: trong quá trình nghiền ca cao chưa tách béo, có hiện tượng hóa lỏng ca cao Ban đầu, ca cao ở dạng rắn khi nghiền hạt ca cao đến một giới hạn kích thước nhất định, ca cao sẽ hóa lỏng tạo ca cao khối Mức độ nghiền càng cao thì độ nhớt của khối ca cao càng giảm
1.5 Ép
1.5.1 Mục đích
Tách bơ ca cao ra khỏi các thành phần không chứa chất béo Bơ ca cao là một trong những chất béo có giá trị dinh dưỡng cao, nó không chỉ để sản xuất ra chocolate mà còn
sử dụng trong các ngành dược phẩm, mỹ phẩm và bơ ca cao chất lượng thấp còn dùng trong sản xuất xà phòng
Ca cao sau khi rang sẽ được ép để thu hồi chất béo nhằm hiệu chỉnh hàm lượng béo trong bột ca cao thành phẩm Đối với sản phẩm bột ca cao, hàm lượng chất béo thường ít hơn
so với hàm lượng chất béo có trong nguyên liệu Hàm lượng chất béo trong bột ca cao thường dao động trong khoảng 10-20% Một số sản phẩm có thể có hàm lượng béo cao
Trang 12hơn hoặc thấp hơn Do đó để sản xuất bột ca cao, thì cần thực hiện quá trình ép để tách bớt hàm lượng béo có trong ca cao
1.5.2 Phương pháp thực hiện
Trong quá trình ép ca cao, có hai loại thiết bị ép thường được sử dụng là thiết bị ép đùn
và thiết bị ép thủy lực
Ép đùn: máy ép đùn kiểu trục vis đã được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến dầu thực vật cũng được dùng trong ngành công nghiệp ca cao Hàm lượng bơ ca cao hoàn nguyên trong phương pháp này có hiệu suất cao hơn so với phương pháp ép thủy lực và hàm lượng chất béo trong bánh dầu ca cao chỉ còn 8-9%
- Cấu tạo: gồm một ống hình nón bao quanh một trục vis có bước vis thay đổi Bề mặt làm việc trong ống có gia công các rãnh khoét theo suốt chiều dài ống, và khe
hở đầu ra của sản phẩm có thể thay thế được nhờ vào một van điều chỉnh hình nón
- Nguyên lý: rượu mùi ca cao bị đẩy dần vào khoảng trống giữa ống hình nón và trục vis Khi di chuyển trong ống, rượu mùi ca cao sẽ chịu áp lực gia tăng liên tục
và lực cắt của trục vis Bơ ca cao thu được qua các rãnh khoét, còn bánh dầu thì được ép đùn ở cuối đầu ra
Hình 6: Thiết bị ép đùn