QUY TRÌNH sản XUẤT bột CACAO TRUYỀN THỐNG

Quy trình công nghệ sản xuất: Hạt cacao Tạp chất Làm sạch Rang Vỏ Tách vỏ Nghiền Bao bì Bơ cacao Bột cacao K 2 CO 3 Bao gói Phân loại Nghiền Ép bơ Kiềm hóa... Làm sạch:  Mục đích: Q

QUY TRÌNH S N XU T B T CACAO Ả Ấ Ộ

1 Quy trình công nghệ sản xuất:

Hạt cacao

Tạp chất Làm sạch

Rang

Vỏ Tách vỏ

Nghiền

Bao bì

Bơ cacao

Bột cacao

K 2 CO 3

Bao gói Phân loại Nghiền

Ép bơ Kiềm hóa

Hình Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột cacao theo phương pháp kiềm hóa dịch cacao

2 Thuyết minh quy trình:

2.1 Làm sạch:

 Mục đích:

Quá trình này nhằm chuẩn bị cho các giai đoạn tiếp theo như rang, nghiền, tách vỏ…) bằng việc loại bỏ tạp chất lẫn trong nguyên liệu như cát, đá, gỗ vụn, mảnh kim loại, vải sợi từ các bao vận chuyển…Qúa trình làm sạch là rất cần thiết để đảm bảo yêu cầu về chất lượng của hạt khi nghiền và tách vỏ cũng như chống nhưng tác động cơ học của các tạp chất với thiết bị làm giảm tuổi thọ hoặc gây gián đoạn dây chuyền trong các giai đoạn

xử ls sau đó Đồng thời, làm sạch giúp nâng cao độ đồng nhất và chất lượng nguyên liệu

 Các biến đổi:

 Vật lý: chủ yếu là thay đổi tỉ trọng của nguyên liệu do tạp chất đã bị loại bỏ

 Các biến đổi khác: không đáng kể

 Thiết bị:

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

Dòng hạt cacao 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, nhưng tạp chất kích cỡ lớn như mảnh gỗ, cỏ, cao su… bị giữ lại và loại bỏ theo con đường (C) Những hạt qua được sàng này sẽ rơi xuống sàng dưới Tại đây, những tạp chất nhỏ hơn như cát,… sẽ được thải bỏ qua các khe của sàng Đặc biệt, các tạp chất nhẹ nhưng có kích thước lớn (bụi, vỏ khô…) không qua được lỗ sàng sẽ bám lên trên bề mặt đống hạt được tách ra theo đường (B) nhờ hệ thống quạt hút liên tục

Sau khi đã được phân loại sơ bộ, dòng hạt cacao tiếp tục được vận chuyển đến thiệt bị phân loại từ tính (2) để loại bỏ những mảnh sắt vụn, kim loại lẫn bên trong đống hạt Cuối cùng hạt sẽ được đưa đến thiết bị phân ly tầng sôi (3), phân loại bằng trọng lực, quá trình này phân loại dựa trên sự khác biệt về tỉ trọng của các phần tử trong đống hạt 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 cacao 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 (F), 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 ở vị trí (E)

Sơ đồ hệ thống thiết bị làm sạch cacao:

Hình Sơ đồ hệ thống làm sạch

A: Dòng cacao nhập liệu E: Dòng thu hồi mạt sắt

B: Dòng tạp chất thô F: Dòng tạp chất có khối lượng riêng lớn C: Dòng tạp chất có kích thước nhỏ G: Dòng cacao đã được làm sạch

D: Dòng khí hút tạp chất có khối lượng riêng nhỏ (bụi bẩn, vỏ…)

2.2 Rang:

 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:

 Tăng độ nở phồng 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 đưa độ ẩm của nguyên liệu xuống 2.5-5% tăng hiệu suất cho quá trình nghiền thô sau đó

 Biến đổi nhưng hợp chất màu và mùi có sẵn trong cacao tạo cho sản phẩm có mùi thơm, màu sắc và hương vị đặc trưng Loại một phần acid acetic, chất dễ bay hơi của cacao ( những hợp chất này làm cho cacao có mùi khó chịu ), cải thiện mùi vị

và màu sắc cho sản phẩm

 Góp phần vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật có hại

 Các biến đổi xảy ra trong quá trình rang:

 Biến đổi vật lý:

- Nhiệt độ của khối cacao tăng lên kèm theo quá trình thoát ẩm làm giảm tỷ trọng hạt (do mất nước và các cấu tử dễ bay hơi làm giảm hàm lượng chất khô), giảm thể tích, tăng trọng lượng riêng của sản phẩm

- Độ xốp của vỏ cacao thay đổi giúp cho hạt cacao sau rang dễ nghiền và tách vỏ

 Biến đổi hóa học:

- Phản ứng tạo màu do các chất polyphenol và anthocyanin bị oxi hóa 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: 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

 Biến đổi hóa 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

 Biến đổi hóa sinh và sinh học:

- Vô hoạt các vi sinh vật và enzyme có hại trong hạt

 Biến đổi cảm quan:

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

- Mùi vị: một số cấu tử hương sẽ được hình thành ở nhiệt độ này như các aldehyde, ester…Nhiều hợp chất dễ bay hơi như acid acetic, aldehyde, keton, rượu, ester phân

tử lượng thấp có mùi vị không mong muốn sẽ bị loại bỏ

 Thiết bị:

 Gián đoạn và liên tục:

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

- Liên tục: năng xuất 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

Rang liên tục:

Nhiệt độ rang khoảng 80-1400C và còn phụ thuộc thời gian rang, loại sản phẩm để sao cho vỏ cacao không bị cháy

Thiết bị rang liên tục giúp kiểm soát chặt chẽ các thông số kỹ thuật nhờ vậy chất lượng rang cao hơn nhiều

Hạt sau khi rang phải làm nguội ngay để giữ hương thơm và hạn chế sự chuyển chất béo vào vỏ Sau khi rang hạt thì hạt sẽ rất dễ hút ẩm nên cần bảo quản thật kỹ trong khi chờ chế biến

Hình Thiết bị rang liên tục

 Nguyên tắc hoạt động:

Hạt cacao sẽ được nhập vào phễu (1) Không khí sẽ được thổi từ quạt (7) vào kho số (4) sau đó theo các lỗ ở mỗi mâm lưu thông dần lên phía trên và được gia nhiệt lên nhờ các caloriphe (6) rồi đi ngang qua lưới lọc xuyên qua hạt thực hiện quá trình rang

Hạt sau khi rang sẽ xuống kho (4), ở đây, không khí thổi từ quạt (7) sẽ làm giảm nhiệt

độ của khối hạt cacao và được lấy ra nhờ vít tải số (5)

 Thông số kỹ thuật:

Lượng không khí tiêu thụ: 220kg/h

 Các yếu tố ảnh hưởng:

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

- Nhiệt độ và thời gian là nhân tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của hạt

- Độ ẩm: hạt càng ẩm thì thời gian rang càng lâu gây tốn năng lượng

 Thông số công nghệ:

Nhiệt độ rang: 80-1400C

Thời gian: 30-50 phút

Độ ẩm của hạt cacao sau khi rang: 2-5%

2.3 Tách vỏ:

 Mục đích:

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) để chuẩn bị cho quá trình nghiền thô

 Các biến đổi xảy ra trong quá trình:

 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 tỷ trọng của nhân

 Thiết bị nghiền tách vỏ:

Hình Thiết bị tách vỏ

 Nguyên lý hoạt động:

Dựa vào tỷ trọng khác nhau giữa vỏ và nhân Kết hợp hai quá trình sàng và thổi khí Quá trình rang đã làm yếu đi 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 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 bỏ này đi Sau khi sàng, hạt sẽ được đưa vào máy xát cấu tạo gồm hai con lăn quay ngược chiều nhau 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 lư Vỏ và các mảnh vụn cũng như bụi sẽ được tách

ra nhờ quạt hút Nhân sẽ rơi xuống dưới và đi ra ngoài

Ngoài ra, trong hệ thống này còn có bộ phận hoàn lưu hạt cacao sau khi tách vỏ nhằm năng cao khả năng tách vỏ của thiết bị, làm giảm tỉ lệ vỏ còn xót lại trong khối hạt cacao sau khi tách vỏ

 Thông số công nghệ:

Sau khi tách vỏ hàm lượng vỏ còn trong bột cacao khoảng 1-2%

2.4 Nghiền thô:

 Mục đích:

Chuẩn bị cho quá trình kiềm hóa

 Những biến đổi:

 Vật lý:

- Hạt bị giảm kích thước

- Nhiệt độ tăng: do quá trình nghiền sinh ra ma sát làm khối hạt cacao nóng lên

 Hóa lý:

- Một lượng nhỏ bơ cacao hóa bỏng khuếch tán ra ngoài

 Các biến đổi khác: hầu như không đáng kể

 Thiết bị: sử dụng thiết bị nghiền răng

Hình Thiết bị nghiền răng

 Nguyên tắc hoạt động: sử dụng động năng quay của các răng lắp trên dĩa để đập nguyên liệu Nguyên liệu được cho vào giữa tâm máy, bị răng quay đập nhiều lần nguyên liệu đập vào giữa các răng cho đến khi có kích thước nhỏ hơn kích thước

lỗ lưới thì sẽ theo lỗ lưới ra ngoài Phần mảnh cacao có kích thước lớn hơn kích thước lỗ thì sẽ tiếp tục nghiền

 Thông số công nghệ:

Kích thước mảnh cacao sau nghiền: 2.5-3.5mm

2.5 Kiềm hóa:

 Mục đích:

- Chuẩn bị cho quá trình ép bơ

- Quá trình kiềm hóa làm tăng màu nâu cho bột cacao, đồng thời tăng mùi vị đặc trưng cho sản phẩm Ngoài ra, quá trình này còn làm tăng pH của bánh cacao, nhằm làm giảm độ chua của sản phẩm

- Ức chế một phần vi sinh vật

 Những biến đổi:

 Vật lý:

Làm thay đổi tỷ trọng của bột cacao

 Hóa học:

Các acid còn tồn tại trong cacao như acid tartric, các acid béo tự do sẽ được tring hòa hết làm giảm độ chua sản phẩm

Nhiệt độ kiềm hóa thường là 70 – 1100C nên ở nhiệt độ này phản ứng Maillard xảy ra làm tăng màu sắc và mùi vị cho cacao

Các protein bị thủy phân hay biến tính do nhiệt độ cao

Khử tanin làm mất vị chát của cacao

Ngoài ra, biến đổi quan trọng nhất là các hợp chất polyophenol chuyển hóa thành quinon ngưng tụ làm cho bột cacao sẫm màu hơn

 Hóa lý:

Ở nhiệt độ cao, một phần nước trong dung dịch sẽ bị bốc hơi

Ngoài ra, một phần nước sẽ hấp phụ vào trong khối cacao làm cho khối cacao mềm hơn, dễ dàng bị kiềm hóa hơn

 Sinh học:

Ở nhiệt độ cao (70-1100C) sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật

 Cảm quan:

Tạo màu đặc trưng cho cacao (dải màu từ đỏ tới nâu) tùy thuộc vào thời gian và nhiệt

độ kiềm hóa

Tăng cường độ hương vị cho sản phẩm bột cacao

Giảm vị chát, chua, đồng thời giảm một phần vị đắng cho sản phẩm do polyphenol bị chuyển hóa thành quinon

 Thiết bị:

Hình Thiết bị kiềm hóa

 Nguyên tắc hoạt động:

Cacao khối sau khi nghiền thô được đưa vào cửa nhập liệu của thiết bị kiềm hóa (1) Dung dịch kiềm được đưa và bồn chứa số (7), ở đây nó được gia nhiệt nhờ thiết bị vỏ áo Sau đó lượng kiềm bơm vào bồn kiềm hóa được điều khiển nhờ hệ thống định lượng Một lượng khối cacao được đưa vào bồn kiềm hóa và được khuấy trộn với dung dịch kiềm Ở đây người ta sử dụng 2 bồn kiềm hóa nhằm tăng hiệu suất quá trình Trong quá trình kiềm hóa, hơi nóng được cho đi vào thiết bị vỏ áo để tăng nhiệt độ kiềm hóa nhằm tăng hoạt tính của các phản ứng hóa học diễn ra

Sau khi kiềm hóa xong, khối cacao sê được đưa xuống hệ thống sấy (5), làm giảm độ

ẩm của khối hạt, làm cho khối hạt trở nên khô hơn, dễ dàng hơn cho quá trình nghiền mịn

 Thông số công nghệ:

- Nhiệt độ kiềm hóa: 70-1100C.

- Thời gian kiềm hóa: 60-120 phút

- pH sau kiềm hóa khoảng 7.0 – 8.0

- Lượng kiềm sử dụng: 1 – 2.5kg K2CO3 cho 100kg cacao

2.6 Ép bơ:

 Mục đích:

- Tách phần lớn lượng bơ ra khỏi hạt cacao nhằm thu hồi bánh cacao và bơ để phục

vụ cho các mục đích khác nhau

- Cacao sau khi ép bơ có thể bảo quản được lâu hơn do giảm được hiện tượng oxi hóa chất béo gây mùi khó chịu cho sản phẩm

- Điều chỉnh hàm lượng béo của sản phẩm ở mức độ phù hợp tùy theo từng loại sản phẩm (ít béo hoặc giàu béo)

 Những biến đôi:

 Vật lý:

- Thay đổi tỉ trọng (chất béo, bơ được tách ra)

- Hàm lượng ẩm giảm: bị mất nước sau khi ra khỏi máy ép

- Nhiệt độ tăng: do sự ma sát giữa thiết bị và hạt cacao

 Hóa lý:

- Sự khuếch tán cấu tử lỏng ra bên ngoài

- Liên kết giữa các cấu tử rắn chặt chẽ hơn tạo thành khối rắn dạng bánh

- Sự thoát hơi nước và các cấu tử hương

 Các biến đổi khác: biến đổi không đáng kể

 Thiết bị:

Hình Hệ thống ép thủy lực

 Cấu tạo:

Thiết bị ép thủy lực được sử dụng ở quá trình ép bơ 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

 Nguyên tắc hoạt động:

Quá trình ép bơ sẽ được tiến hành qua máy ép thủy lực 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 Hàm lượng chất béo trong cacao nghiền giảm từ 50-55% xuống 10-22%

Hạt cacao sau khi được nghiền, xử lý kiềm, còn đang nóng, có nhiệt độ khoảng 70-800C được đưa vào máy ép vì với nhiệt độ này sẽ giảm được độ nhớt của cacao và bơ dễ thoát

ra hơn

Thiết bị được vận hành tự động Ban đầu, cacao kiềm ở nhiệt độ 70-800C 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 380 – 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

Khối cacao ban đầu có khoảng 55% bơ cacao, sau khi ép giảm xuống 10 - 22% bơ, hàm lượng bơ sau ép tùy theo loại bột cacao cần sản xuất

 Thông số công nghệ:

Với yêu cầu hàm lượng béo giảm còn 10-22% và sử dụng máy ép thủy lực:

- Nhiệt độ cacao khối trong quá trình này ở khoảng 80 – 900C

- Áp lực ép từ 380-420kg/cm2

- Áp lực bơm nhập liệu: 21 kg/cm2

- Thời gian ép: 15 – 40 phút

2.7 Nghiền mịn:

 Mục đích:

Giảm kích thước hạt cacao, đưa bánh cacao về dạng bột có kích thước rất nhỏ

 Các biến đổi:

 Vật lý:

- Bánh cacao bị nghiền nhỏ

- Khả năng hòa tan tăng, thay đổi tỷ trọng của bột cacao

- Tăng nhiệt độ do ma sát.

 Hóa lý:

Một số các glyceride có trong bơ cacao còn sót lại bị chả lỏng và dễ dàng bị oxi hóa làm thay đổi mùi vị và màu sắc của sản phẩm

 Thiết bị:

Hình Hình chiếu thiết bị nghiền búa

Bánh cacao sau khi ép sẽ được đưa vào máy nghiền qua phễu nhập liệu, bánh cacao

sẽ được đưa vào buồng nghiền nhờ vít tải nhập liệu dạng xoắn ốc và chúng sẽ bị nghiền nhờ tác động va đập của búa nghiền vào hạt và sự chà sát hạt giữa búa và thành máy nghiền

Hạt cacao sau khi nghiền có kích thước nhỏ hơn lỗ rây sẽ chui ra ngoài qua cửa tháo liệu

 Thông số công nghệ:

Sau khi nghiền, 98% bột cacao qua rây 400 mesh (0.038mm)

2.8 Phân loại:

 Mục đích:

Làm cho bột cacao thành phẩm có chất lượng đồng đều hơn, thuận lợi hơn cho quá trình bao gói và tung sản phẩm ra thị trường

 Thiết bị: