Đang tải... (xem toàn văn)
Kết quả là các hạt ca cao sẽ được đồng đều hơn, đảm bảo yêu cầu về chất lượng của hạt khi nghiền và tách vỏ cũng như tránh những tác động cơ học làm giảm tuổi thọ của các thiết bị.. Các [r]
(1)MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG PHẦN – TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO Một số đặc điểm ca cao Sản lượng ca cao giới Ca cao Việt Nam 11 Loại ca cao đề suất 11 II TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU 12 PHẦN – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO 14 A – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 14 I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 14 II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 15 Quá trình phân loại và làm .15 1.1 Mục đích công nghệ 15 1.2 Các biến đổi xảy 15 1.3 Hệ thống làm .15 1.4 Thông số công nghệ 16 Quá trình rang 16 2.1 Mục đích công nghệ 16 2.2 Các biến đổi xảy 17 2.3 Thiết bị 18 2.4 Thông số công nghệ 19 Quá trình nghiền thô 19 (2) 3.1 Mục đích công nghệ 19 3.2 Các biến đổi xảy 20 3.3 Thiết bị 20 3.4 Thông số công nghệ 20 Quá trình tách vỏ 21 4.1 Mục đích công nghệ 21 4.2 Các biến đổi xảy 21 4.3 Thiết bị 21 4.4 Thông số công nghệ 22 Quá trình nghiền .22 5.1 Mục đích công nghệ 22 5.2 Các biến đổi xảy 22 5.3 Thiết bị 23 5.4 Thông số công nghệ 23 Quá trình kiềm hoá 24 6.1 Mục đích công nghệ 24 6.2 Các biến đổi xảy 24 6.3 Thiết bị 25 6.4 Thông số công nghệ 26 Quá trình ép bơ 26 7.1 Mục đích công nghệ 26 7.2 Các biến đổi xảy 27 7.3 Thiết bị 27 7.4 Thông số công nghệ 28 Quá trình nghiền bánh ca cao 28 8.1 Mục đích công nghệ 28 (3) 8.2 Các biến đổi xảy 29 8.3 Thiết bị 29 8.4 Thông số công nghệ 30 Quá trình rây phân loại sản phẩm .30 9.1 Mục đích công nghệ 30 9.2 Các biến đổi xảy 31 9.3 Thiết bị 31 9.4 Thông số công nghệ 32 10 Bao gói 32 10.1 Mục đích công nghệ 32 10.2 Các biến đổi xảy .32 10.3 Thiết bị 32 10.4 Thông số công nghệ .33 B – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO .34 I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 34 II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 35 Xử lý nhiệt tia hồng ngoại .35 1.1 Mục đích công nghệ 35 1.2 Các biến đổi xảy 35 1.3 Thiết bị 36 1.4 Thông số công nghệ 37 Quá trình kiềm hoá 37 2.1 Mục đích 37 2.2 Các biến đổi xảy 37 2.3 Thiết bị 38 2.4 Thông số công nghệ 38 (4) Quá trình rang nhân ca cao .38 3.1 Mục đích công nghệ 38 3.2 Các biến đổi xảy 39 3.3 Thiết bị 40 Quá trình nghiền .41 4.1 Mục đích 41 4.2 Các biến đổi xảy 41 4.4 Thiết bị 42 C - SO SÁNH ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HAI QUY TRÌNH .43 PHẦN – BỘT CA CAO THÀNH PHẨM 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 (5) DANH MỤC HÌNH Hình 1: Hạt ca cao .6 Hình 2: Sản lượng ca cao các nước qua năm 1990 – 2005 Hình 3: Biểu đồ thể sản lượng ca cao trên Thế giới năm 2007 (%) Hình 4: Tiêu thụ ca cao trên giới năm 2007 Hình 5: Giống ca cao Forastero 11 Hình 6: Sơ đồ quy trình công nghệ 13 Hình 7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm 14 Hình 8: Sơ đồ nguyên lý thiết bị rang dạng thùng quay 17 Hình 9: Cấu tạo thiết bị rang thùng quay 18 Hình 10: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền trục 19 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tách vỏ .20 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền trục bánh 22 Hình 13: Sơ đồ nguyên lý thiết bị kiềm hóa 24 Hình 14: Sơ đồ nguyên lý thiết bị ép bơ 26 Hình 15: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền búa 28 Hình 16: Cấu tạo thiết bị rây 30 Hình 17: Thiết bị bao gói 32 Hình 18: Sơ đồ quy trình công nghệ .33 Hình 19: Sơ đồ cấu tạo hệ thống xử lý nhiệt hồng ngoại 35 Hình 20: Sơ đồ nguyên lý thiết bị rang liên tục 39 Hình 21: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền nhiều trục 41 Hình 22: Màu sắc các sản phẩm bột cacao khác 44 (6) DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Những đặc tính chính các nhóm ca cao Bảng 2: Thành phần hóa học hạt ca cao tươi .7 Bảng 3: Thành phần hóa học hạt ca cao đầu vào (theo ICCO) 12 Bảng4: Nhiệt độ và thời gian tối ưu để hình thành số tiêu cảm quan 17 Bảng 5: Sự ảnh hưởng nồng độ kiềm đến chất lượng ca cao thành phẩm 25 Bảng 6: Đánh giá ưu, nhược điểm quá trình 42 Bảng 7: Đánh giá ưu, nhược điểm quy trình 43 Bảng 8: Một số tiêu chuẩn chất lượng bột ca cao có kiềm hoá .45 Bảng 9: Một số tiêu chuẩn chất lượng bột ca cao 10 – 12% bơ có kiềm hoá công ty American Health and Nutrition 46 Bảng 10: Thành phần dinh dưỡng bột ca cao loại N-11-N theo ICCO (tính g/100 g bột ca cao thành phẩm) 47 Bảng 11: Thành phần vitamin bột ca cao loại N-11-N theo ICCO 47 Bảng 12: Thành phần khoáng bột ca cao loại N-11-N theo ICCO 48 (7) PHẦN – TỔNG I QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO Một số đặc điểm ca cao Ca cao thuộc họ Sterculiaceae, giống Theobroma, loài Ca cao, có nguồn gốc từ miền nam Châu Phi Hoa nhỏ, đường kính khoảng 15mm, có màu vàng, đỏ, trắng hay tím tùy theo loài Hoa mọc trực tiếp từ thân và cành, thuộc loại lưỡng tính và thụ phấn chủ yếu là nhờ côn trùng 0,5% hoa nở tạo quả, đó 90% non bị khô và rụng Hình dạng chung ca cao: Quả ca cao có thể đạt chiều dài 15 – 20cm, khối lượng khoảng 200g tùy giống Tùy theo loài mà hình dạng trái có khác (dài, tròn bầu dục) Màu sắc trái khá đa dạng: đỏ, xanh hay vàng Quả ca cao có chứa từ 25 đến 80 hạt Hạt ca cao có hình trứng, dẹt và thường có màu tím hoa cà đỏ nhạt Vỏ hạt gồm có phần vỏ ngoài, mỏng dễ vỡ gọi là vỏ cứng và phần vỏ lụa trông mỏng có màu trắng mỡ bọc lấy lõi hạt và ăn vào phần lõi hạt, chia lõi hạt thành ô góc cạnh Hạt ca cao là hạt không có nhân, mập, dài – 3cm, có lớp nhầy màu trắng, có vị chua bao quanh Hai phôi nhũ phôi màu sắc có thể thay đổi từ trắng Criollo sang tím đậm Forastero qua các màu trung gian các giống lai Trinitario chiếm toàn thể tích hạt Phôi nhũ có nhiều nếp nhăn và gồm nhiều thùy chồng lên nhau, quanh chúng có màng mỏng trong, bóng bao bọc Chúng nối liền phía gốc và cái rễ dài 6-7 mm và cái mầm thô sơ cặp vào có thùy bao quanh để tạo thành mầm hạt ca cao Hình 1: Hạt ca cao (8) Có chủng ca cao chủ yếu là: Forastero, Criollo và Trinitario.Trồng phổ biến là: Criollo và Forastero Trinitario là kết lai tạo giống trên Đặc điểm Dạng Sống Kết cấu vỏ Màu sắc Criollo Dài, thuôn, nhọn đầu Nhọn, rãnh sâu Mỏng, mềm, ít mô gỗ Vàng-đỏ, các đốm Forastero Trinitario Tròn, bầu dục Dài Trơn, không rãnh sâu Cứng, dày, nhiều chất gỗ Rãnh sâu không rõ nét Hầu hết cứng Xanh vàng Không định Hoa nâu nhỏ Nhụy hồng nhạt Nhụy màu tím có xanh có đỏ Hạt 20 – 40 hạt 30 – 60 hạt Nhiều 40 hạt Bảng 1: Những đặc tính chính các nhóm ca cao Bảng 2: Thành phần hóa học hạt ca cao tươi STT Thành phần (%w/w) Phôi nhũ Nước 35 Cellulose 3,2 Tinh bột 4,5 Pentosan 4,9 Saccharose Glucose + Fructose 1,1 Bơ ca cao 31,3 Protein 8,4 Theobromine 2,4 10 Enzym 0,8 11 Polyphenol 5,2 12 Acid 0,6 13 Muối khoáng 2,6 Phôi nhũ có hàm lượng bơ ca cao khá cao, vỏ hạt Cùi Vỏ hạt 84,5 9,4 13,8 46 2,7 0,7 10 3,8 0,6 18 0,8 0,7 0,8 8,2 có ít và không có chất nhầy Bơ ca cao chiếm khoảng 31,3% khối lượng phôi nhũ Bơ ca cao chủ yếu chứa các triglyceride glycerol và các acid béo không no Bơ ca cao nóng chảy nhiệt độ 16 – 37 oC, tùy thuộc vào dạng tinh thể chất béo tạo thành quá trình kết tinh Bơ ca cao chiết từ hạt ca cao có dạng tinh thể nhỏ màu trắng và có mùi thơm đặc trưng Bơ ca cao góp phần mùi vị cho ca cao (9) Chất nhầy có chứa hàm lượng đường (glucose, fructose, sucrose) và nước khá cao Ngoài ra, còn có lượng acid citric làm cho pH chất nhầy luôn ổn định 3,5 Protein vỏ chiếm 18%, cùi 0.6% và phôi nhũ: 8.4% Thành phần protein chiếm nhiều ca cao là albumin và globulin Một thành phần quan trọng khác ca cao là các alkaloid Alkaloid điển hình ca cao là Theobromine (3,7-dimethylxanthine) Nó là chất kích thích nhẹ, tạo cảm giác hưng phấn cho thể người Cường độ kích thích Theobromine thấp caffein nhiều Trong ca cao, hàm lượng Theobromine dao động khoảng – 4%(w/w) Trong ca cao có chứa caffein hàm lượng thấp (0 – 2%) so với cà phê Sản lượng ca cao giới Hình 2: Sản lượng ca cao các nước qua năm 1990 – 2005 (10) Hình 3: Biểu đồ thể sản lượng ca cao trên Thế giới năm 2007 (%) Hình 4: Tiêu thụ ca cao trên giới năm 2007 (11) Ca cao Việt Nam Ở Việt Nam, cây ca cao du nhập từ sớm theo chân các nhà truyền giáo phương Tây phát triển chậm thời gian gần đây Hiện tại, ca cao trồng rộng rãi nhiều nơi: Tây Nguyên, số tỉnh vùng Đồng sông Cửu Long, Bà Rịa-Vũng Tàu, Bình Phước Trong đó, vùng Tây Nguyên đánh giá là có điều kiện lý tưởng cho phát triển cây ca cao Ở đây, theo nghiên cứu thống kê thì cây hoa cho quanh năm, sản lượng bình quân đạt kg hạt khô/1 cây năm tuổi Năm 2009, sản lượng ca cao Việt Nam đạt 1000 hạt khô Trong đó, ĐakLak chiếm 33%, Bến Tre 25%, Bà Rịa-Vũng Tàu 17%, Tiền Giang 5% và Bình Phước 2% Về định hướng phát triển cây ca cao nước ta thời gian tới, theo mục tiêu Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn là phát triển bền vững cây ca cao Việt Nam nhằm tăng khối lượng sản phẩm hàng hóa, tăng hiệu kinh tế trên đơn vị diện tích đất, nâng cao thu nhập cho người dân và bảo vệ môi trường Cụ thể, đến năm 2015, dự kiến diện tích trồng cây ca cao đạt 60 000 ha, đó có 35.000 kinh doanh, suất bình quân 15 tạ/ha, sản lượng hạt khô đạt 52.000 tấn, kim ngạch xuất đạt 50 – 60 triệu USD Đến năm 2020, dự kiến diện tích đạt 80.000 ha, đó có 60.000 kinh doanh, suất bình quân 18 tạ/ha, sản lượng hạt khô 108.000 tấn, kim ngạch xuất đạt 100 – 120 triệu USD Loại ca cao đề suất Trong bài này sử dụng chủng ca cao Forastero vì chủng này khá phổ biến Việt Nam Nguồn gốc: khu vực thượng lưu Amazon (Ecuador và Venezuela) Đặc điểm: có sản lượng cao và khả chịu bệnh Hình dạng: vỏ Forastero thường có màu xanh hay ôliu, chín có màu vàng Trái ít có không có rãnh, bề mặt trơn, đỉnh tròn Vỏ dày và khó cắt vì có nhiều chất gỗ Hạt giống: hạt ca cao Forastero có hình dạng phẳng, lép, tử diệp có màu tím đậm, lúc tươi có vị chát hay đắng (12) Hương vị: nó mang mùi thơm và vị đắng đặc trưng, vì hương và vị đậm này nó, hạt ca cao Forastero chủ yếu sử dụng để pha trộn Địa lý: phân bố rộng rãi ca cao, đặc biệt là châu Phi (Ghana, Bờ Biển Ngà, Brazil,…) Ở nước ta nó trồng Vĩnh Long, Tiền Giang, Buôn Ma Thuộc Sản xuất: 85% sản lượng giới Hình 5: Giống ca cao Forastero Tuy nhiên, việc phân loại ca cao dựa vào hình dạng bên ngoài mà phải tách và phân loại các chủng riêng biệt II TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU Ca cao hạt phân loại theo trọng lượng (thường là trọng lượng 100 hạt/110g) và theo hàm lượng hạt không đạt yêu cầu hay hạt khuyết tật, đó là hạt bị mốc, chưa lên men, các hạt bị sâu bọ 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 sử dụng cách này để đánh giá mức độ lên men hạt ca cao Một số tiêu chí chọn hạt ca cao nguyên liệu sau: Hạt phải lên men hoàn toàn Hàm ẩm hạt không phép vượt quá 7,5% Hạt phải đồng kích cỡ, không có hạt dính đôi, dính ba Nguyên liệu không chứa hạt mốc: hàm lượng hạt mốc lên đến 3% có thể tạo mùi mốc khó chịu cho bột ca cao thành phẩm Hạt không bị côn trùng công: côn trùng làm tổn thất nguyên liệu, gây nhiễm bẩn chất thải chúng (13) Nguyên liệu không chứa hạt nảy mầm trước lên men vì các hạt nảy mầm sau sấy khô, mầm bị tách ra, tạo lỗ hổng khiến cho côn trùng và nấm mốc dễ dàng thâm nhập vào nguyên liệu Nguyên liệu không chứa hạt nám, ám khói, hạt lép và các loại tạp chất lạ (như mạt sắt,…) Khối lượng nhân bên hạt là tiêu quan trọng: hạt phải chắc, chứa nhiều nhân bên Bên cạnh đó, hàm lượng bơ có ý nghĩa định quy trình sản xuất (tuỳ thuộc vào yêu cầu nhà sản xuất) Hạt không có mùi lạ mùi khói, mùi mốc mùi lên men, không có vị lạ chua acid, đắng gắt, vị khé hay các vị lạ khác Bảng 3: Thành phần hóa học hạt ca cao đầu vào (theo ICCO) Thành phần Bơ ca cao Protein Tinh bột Caffeine Theobromine Tannin Muối khoáng Xơ thô Các Cacbonhydrat khác Độ ẩm PHẦN – QUY Phôi nhũ (%) 54 12-14 0.2 1.3 2.6 2.6 10.6 3.5 Vỏ (%) 3.76 15.58 -0.05 1.44 -8.18 18.61 18.61 3.75 Mầm (%) 2.96 28.8 -0.19 2.14 -6.82 5.16 47.38 6.47 TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO A – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT Hạt ca cao Làm Tạp chất (14) Nghiền thô Tách vỏ Vỏ Nghiền K2CO3 Kiềm hoá Ép bơ Bơ ca cao Nghiền mịn Phân loại Bao bì Bao gói Hình 6: Quy trình công nghệ sản xuất ca cao Bột ca cao II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Quá trình phân loại và làm 1.1 Mục đích công nghệ Chuẩn bị: nhằm loại bỏ các tạp chất lẫn nguồn nguyên liệu, giúp các quá trình chế biến thuận lợi Các tạp chất cần tách thường là: lá, cành cây khô, đất, đá, kim loại, xác côn trùng… Bên cạnh đó, quá trình này giúp phân loại sơ hạt ca cao theo kích thước và tỷ trọng, các hạt không đủ tiêu chuẩn hạt lép, hạt quá to hay quá nhỏ bị loại bỏ Kết là các hạt ca cao đồng hơn, đảm bảo yêu cầu chất lượng hạt nghiền và tách vỏ tránh tác động học làm giảm tuổi thọ các thiết bị 1.2 Các biến đổi xảy quá trình Vật lý: chủ yếu là tỉ trọng và kích thước nguyên liệu đồng tạp chất bị loại bỏ (15) 1.3 Hệ thống làm 1.3.1 Cấu tạo thiết bị Hình 7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm Hệ thống làm bao gồm thiết bị sàng và thiết bị làm khí động Thiết bị sàng gồm mặt sàng lắp kết hợp với theo thứ tự đường kính lỗ giảm dần từ trên xuống Giữa các mặt sàng, người ta thường lắp các bi trống bít lỗ sàng để hạn chế tượng các lỗ sàng bị bít lại Thiết bị làm khí động 1.3.2 Nguyên lý hoạt động: Dòng hạt ca cao nguyên liệu đưa đến vị trí nhập liệu thiết bị sàng Ở sàng tầng với kích thước lỗ lớn loại bỏ tạp chất lớn rơm rạ, đá, cành cây khô,… Hạt ca cao rơi xuống sàng tầng để loại bỏ các tạp chất kích thước nhỏ bụi đất, cát, mảnh kim loại, thủy tinh Quá trình sàng có rung lắc nhờ mô tơ Quá trình làm chính là quá trình phân loại dựa trên sai khác kích thước khối hạt còn gọi là phương pháp phân loại kích thước Đặt biệt, các tạp chất nhẹ (bụi, vỏ khô…) bám lên trên bề mặt đống hạt tách nhờ hệ thống quạt thổi liên tục đặt đầu sàng Sau đó hạt ca cao đưa vào thiết bị làm khí động để tách các tạp chất còn sót lại Quá trình làm chính là quá trình phân loại dựa trên sai khác tỉ trọng các phần tử khối hạt còn gọi là phương pháp phân loại trọng lực Khi đó, dòng hạt ca cao đưa đến bề mặt có đục lỗ và đặt nằm (16) nghiêng so với mặt đất Dòng khí thổi qua lỗ này từ 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 Dưới tác dụng dòng khí, các hạt ca cao và tạp chất có trọng lượng nhỏ bị lôi dòng khí ngoài, tạp chất có trọng lượng lớn rơi xuống tác dụng trọng lực, hạt ca cao đạt yêu cầu đứng yên (trạng thái tầng sôi) Bên cạnh đó, hệ thống còn có các cylon thu hồi tạp chất 1.4 Thông số công nghệ Cỡ hạt ca cao lựa chọn: 100 hạt/ 110g Quá trình rang 2.1 Mục đích − Chuẩn bị: quá trình rang giúp chuẩn bị cho quá trình nghiền thuận lợi Lớp vỏ hạt ca cao thường mểm và có liên kết khá chặt với nội nhũ Khi chịu tác dụng nhiệt độ, lớp vỏ hạt và nội nhũ bên có nhiều biến đổi: vỏ hạt ẩm và cấu trúc hạt ca cao có xu hướng trương nở, nội nhũ thì bị biến dạng Khi đó, liên kết nội nhũ và vỏ bị phá vỡ, vỏ tách rời khỏi nội nhũ Quá trình rang làm cho lớp vỏ hạt ca cao trở nên giòn và tách rời khỏi nội nhũ nên cần tác dụng lực học vừa đủ mạnh lên hạt ca cao là có thể làm vỡ lớp vỏ và tách lớp vỏ − Chế biến: quá trình rang ca cao tạo biến đổi cần thiết để hình thành nên hương vị đặc trưng cho các sản phẩm ca cao Quá trình này quan trọng và có ảnh hưởng định sản phẩm bột ca cao các sản phẩm khác từ ca cao − Bảo quản: quá trình rang còn có tác dụng giảm hàm ẩm góp phần vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật có hại, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm 2.2 Các biến đổi xảy Vật lý Nhiệt độ tăng lên kèm theo quá trình thoát ẩm làm giảm tỉ trọng hạt Độ xốp vỏ ca cao thay đổi giúp cho hạt ca cao sau rang dễ nghiền và tách vỏ Hóa học (17) Phản ứng tạo màu 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 rang còn lại – 3% Phản ứng Maillard: các acid amin và đường khử tác dụng với tạo sản phẩm Melanoidin có màu nâu và hương vị đặc trưng Một số protein bị biến tính nhiệt độ Hóa lý Ẩm khuếch tán từ lòng hạt bề mặt vỏ và bay làm hàm ẩm hạt giảm xuống còn 2,5 – 5% Các acid dễ bay và tạo mùi không mong muốn acid acetic giảm đáng kể suốt quá trình rang Một lượng nhỏ bơ ca cao bị chuyển thành thể lỏng khuếch tán ngoài vỏ Hoá sinh và sinh học Các vi sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật trên bề mặt hạt ca cao bị ức chế và tiêu diệt Cảm quan - Màu sắc: quá trình rang tạo màu nâu đặc trưng cho ca cao (thông qua phản ứng Maillard và oxy hoá polyphenol) - Mùi vị: số cấu tử hương hình thành nhiệt độ này các aldehyd, ester… Nhiều hợp chất dễ bay acid acetic, aldehyd, keton, rượu, ester phân tử lượng thấp có mùi vị không mong muốn bị loại bỏ Bảng4: Nhiệt độ và thời gian tối ưu để hình thành số tiêu cảm quan Yêu cầu Màu nâu tối ưu bột Vị chát giảm tối đa Vị đắng giảm tối đa Vị chua giảm tối đa Vị cháy khét (burnt flavor) giảm tối đa 2.3 Thiết bị 2.3.1 Cấu tạo thiết bị Thời gian tối ưu, phút 40 50 Nhiệt độ tối ưu, oC 134 150 120 150 150 10 120 (18) Hình 8: Sơ đồ nguyên lý thiết bị rang dạng thùng quay Thiết bị rang sử dụng là thiết bị rang gián đoạn dạng thùng quay Cấu tạo thiết bị bao gồm trống rang, thiết bị gia nhiệt và thiết bị làm nguội Bên mặt trống có gờ thiết kế theo hình xoắn ốc dọc theo thân trống Hình 9: Cấu tạo thiết bị rang thùng quay 2.3.2 Nguyên lý hoạt động: Thiết bị thùng rang dùng tác nhân nhiệt là không khí nóng Không khí gia nhiệt cấp vào thùng rang Hạt ca cao đưa vào thùng rang qua phễu nhập liệu và tiếp xúc với không khí nóng Thùng rang có thể xoay quanh trục cố định để gia nhiệt đồng Sau quá trình rang hoàn tất, dòng hạt đưa vào khoang dẫn có bố trí quạt làm nguội 2.4 Thông số công nghệ Thời gian rang thay đổi từ 20 – 30 phút, tuỳ thuộc vào cấu tạo thiết bị và khối lượng mẻ - Nhiệt độ hạt: 115 – 130oC - Tốc độ dòng khí 1m/s (19) Quá trình nghiền thô 3.1 Mục đích công nghệ Khai thác: quá trình nghiền thô giúp làm vỡ vỏ hạt ca cao, loại bỏ phần không cần sản phẩm: vỏ hạt, nội nhũ, tạp chất còn sót,… 3.2 Các biến đổi xảy Vật lý: Lớp vỏ ca cao bị vỡ và tách khỏi hạt Khối lượng hạt thay đổi Kích thước hạt giảm Do ma sát các lớp vỏ với nên nhiệt độ vỏ và hạt tăng lên 3.3 Thiết bị 3.3.1 Cấu tạo thiết bị Hình 10: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền trục Thiết bị nghiền trục bao gồm hai trục hình trụ nằm ngang, phễu nhập liệu và thùng chứa sản phẩm sau nghiền 3.3.2 Nguyên lý hoạt động: Khi vận hành thiết bị nghiền, hai trục nghiền chuyền động hướng vào Hạt ca cao đưa vào thiết bị qua phễu nhập liệu, đưa vào khe hai trục từ phía trên Nguyên liệu kẹp hai trục và kéo qua khe hẹp Khi đó, tác dụng lực nén ép, hạt bị vỡ (20) Mức độ nghiền định đường kính trục nghiền, kích thước khe hẹp hai trục 3.4 Thông số công nghệ Kích thước hạt sau nghiền: – 5mm Quá trình tách vỏ 4.1 Mục đích công nghệ Khai thác: Nhằm tách lớp vỏ ca cao khỏi nội nhũ và loại chúng khỏi nguyên liệu cách kết hợp lực học và các phương pháp phân riêng thích hợp 4.2 Các biến đổi xảy Vật lý: Lớp vỏ ca cao và nội nhũ hạt ca cao bị tách vỡ Kích thước và khối lượng khối hạt giảm vỏ ca cao tách 4.3 Thiết bị 4.3.1 Cấu tạo thiết bị Hình 11: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tách vỏ (21) Hệ thống tách vỏ bao gồm thiết bị tách vỏ, thiết bị sàng và thiết bị khí động và cylon thu hồi vỏ, tạp chất Thiết bị tách vỏ hình trụ có các cánh tay đập bố trí lòng hình trụ Thiết bị sàng gồm lưới sàng có kích thước lỗ rây giảm dần 4.3.2 Nguyên lý hoạt động Kết hợp hai quá trình sàng và thổi khí Hạt ca cao sau rang và nghiền đã tách vỏ phần đó đạt hiệu tách vỏ tốt Sau nghiền thô, dòng hạt gồm vỏ hạt đã xé phần cùng với nhân rơi xuống thiết bị tách vỏ Thiết bị này làm việc tương tự thiết bị nghiền búa Ở đây, các cánh tay đập quay và làm cho hạt chuyển động tròn theo Khi hạt chuyển động, nó va đập vào thành thiết bị cánh tay đòn làm cho vỏ vỡ Sau đó, ca cao chuyển sang phận phân riêng vỏ và nhân hệ thống sàng và khí động Hệ thống gồm nhiều sàng nối tiếp có chuyển động rung lắc Kích thước lỗ sàng nhỏ dần từ trên xuống Vỏ và các mảnh vụn bụi tách nhờ quạt hút Nhân rơi xuống và ngoài 4.4 Thông số công nghệ Ca cao mảnh sau tách vỏ chứa khoảng 83% nhân, đó chứa khoảng 1,5 – 2% vỏ và ít mầm Quá trình nghiền 5.1 Mục đích công nghệ Chế biến: quá trình nghiền làm giảm kích thước ca cao mảnh thành dạng paste (ca cao khối) Chuẩn bị: ca cao chuyển sang dạng paste giúp quá trình kiềm hoá diễn tốt và đồng 5.2 Các biến đổi xảy − Vật lý: Kích thước hạt ca cao giảm tác dụng lực học Nhiệt độ hạt ca cao tăng lên chịu lực ma sát tác dụng lên nó và sinh nhiệt (22) − Hoá lý: Sự hoá lỏng ca cao: ban đầu ca cao có dạng rắn Khi nghiền hạt ca cao đến giới hạn kích thước định, ca cao hoá lỏng thành ca cao khối 5.3 Thiết bị 5.3.1 Cấu tạo thiết bị Hình 12: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền trục bánh Thiết bị nghiền trục bao gồm hai trục hình trụ nằm ngang, phễu nhập liệu và thùng chứa sản phẩm sau nghiền Trên bề mặt trục nghiền có các rãnh dạng bánh ăn khớp với 5.3.2 Nguyên lý hoạt động Khi vận hành thiết bị nghiền, hai trục nghiền chuyền động hướng vào Hạt ca cao đưa vào thiết bị qua phễu nhập liệu, đưa vào khe hai trục từ phía trên Nguyên liệu kẹp hai trục và kéo qua khe hẹp Khi đó, tác dụng lực nén ép, hạt bị vỡ Trong quá trình nghiền, khoảng cách hai trục nghiền định đến kích thước hạt Với thiết bị này không cần phải giải nhiệt cho ca cao vì lực ma sát phương pháp nghiền trục không cao nên sinh ít nhiệt 5.4 Thông số công nghệ Độ ẩm vào: – 2,5% Độ nhớt: – (23) Nhiệt độ nghiền: 35 – 37oC (trên nhiệt độ nóng chảy bơ ca cao) Kích thước hạt sau nghiền: 200 – 300μm Quá trình kiềm hoá 6.1 Mục đích công nghệ Hoàn thiện: − Trung hoà acid làm giảm độ chua ca cao: quy trình xử lý ca cao sau thu hoạch, có quá trình lên men để tách lớp vỏ nhầy khỏi hạt Trong quá trình lên men đó, có hình thảnh nên các acid hữu cơ, đặc biệt là acid lactic và acid acetic Acid acetic bị bay đáng kể quá trình phơi sấy sau đó, còn acid lactic lưu lại nhân Hàm lượng acid cao làm cho sản phẩm bị chua, giảm chất lượng thực phẩm nên cần qua quá trình kiềm hoá để trung hoà acid nguyên liệu − Góp phần cải thiện các tiêu sản phẩm, góp phần nâng cao chất lượng cảm quan sản phẩm Làm dịu hương vị cho bột ca cao trước ép dầu Tạo màu sắc đặc trưng cho ca cao trước ép Tăng tính hòa tan cho bột ca cao Màu sắc bột ca cao sậm Chuẩn bị: ca cao paste kiềm hoá thì cấu trúc khối ca cao mềm và có độ ẩm tối ưu cho quá trình ép bơ, giúp quá trình ép thực dễ dàng 6.2 Các biến đổi − Hoá lý: Bơ ca cao tiếp tục hoá lỏng: Nhiệt độ nóng chảy các tinh thể lipid ca cao cao là 37°C mà nhiệt độ quá trình kiềm hoá là > 80°C nên bơ ca cao tiếp tục hoá lỏng Ngoài ra, có bổ sung thêm dung dịch K 2CO3 nên khối ca cao hấp phụ nước làm tăng hàm ẩm ca cao Dưới tác dụng nhiệt độ, nước khối hạt ca cao bay hơi, làm cho hàm ẩm khối ca cao giảm xuống không đáng kể so với lượng ẩm hấp phụ vào (24) Sự thay đổi pH: quá trình kiềm hóa, pH bột ca cao tăng − Hoá học: Trung hòa các acid: Acetic, Citric, Tartatric, Tanic… làm giảm độ chua bột ca cao Khử Tannin thành hợp chất ít chát Thủy phân lipid tạo các hợp chất tiền hương Thuỷ phân phần protein tạo thành acid amin, hợp chất amin, amoniac tự do, các hợp chất globulin tự do… Các polyphenol chuyển hóa thành quinon và ngưng tụ mạnh làm bột sẫm màu Tạo màu và mùi phản ứng Maillard đường khử và acid amin Giảm cấp cellulose cho hợp chất có mùi tương tự vanillin và màu nâu sậm tương tự caramel 6.3 Thiết bị 6.3.1 Cấu tạo thiết bị Hình 13: Sơ đồ nguyên lý thiết bị kiềm hóa Cấu tạo thiết bị gồm tank hình trụ có lắp đặt cánh khuấy, thường là cánh khuấy trục vis Bằng cách điều chỉnh hai thông số là nhiệt dộ kiềm hóa và lượng kiềm sử dụng, có thể kiểm soát độ màu, mùi bột ca cao theo mục đích sản xuất Ở nhiệt độ thấp, màu ca cao nhạt và nâu Khi gia tăng nhiệt độ lên cao, ca cao chuyển màu nâu đậm và trở nên nặng mùi (25) Ngoài ra, lượng kiềm sử dụng ảnh hưởng nhiều đến màu sắc ca cao Càng kiềm tính, pH càng cao thì ca cao càng sậm màu 6.3.2 Nguyên lý hoạt động Tác nhân truyền nhiệt phía vỏ, thường là nước, hay nước nóng có thể gia nhiệt điện trở tùy thuộc phận điều khiển nhiệt độ Ca cao khối và dung dịch K2CO3 đưa vào tank (nơi xảy quá trình kiềm hoá) và cánh khuấy để đảo trộn hỗn hợp kiềm hóa Sau kiềm hóa, khí khô sụt vào để giảm độ ẩm đến 2% 6.4 Thông số công nghệ − Tỷ lệ: khối lượng kiềm chiếm – 8% so với khối lượng ca cao nghiền − Nâng pH từ 4.5-5 đến 6.8-7 − Nhiệt độ kềm hóa : 80 – 110C tùy yêu cầu sản phẩm − Thời gian kiềm hóa 30 – 45 phút − Độ ẩm sau kiềm hoá 1.5 – 2% Bảng 5: Sự ảnh hưởng nồng độ kiềm đến chất lượng ca cao thành phẩm K2CO3 (g/100g ca cao) Nước (g/100g ca cao) Nồng độ K2CO3 pH ca cao Màu sắc ca cao thành phẩm 0,14 1,7 4,0 1,7 4,0 2,8 5,0 4,4 16,0 4,4 5,0 25,0 47,0 13,0 45,0 6,1 7,0 8,5 7,0 9,5 Nâu vàng Nâu vàng Nâu sậm Hồng xám Nâu đen Quá trình ép bơ 7.1 Mục đích công nghệ - Khai thác: nhằm thu hồi lượng bơ cần thiết có ca cao, phục vụ cho công nghệ sản xuất chocolate - Hoàn thiện: bột ca cao thành phẩm cần phải có hương vị phù hợp và không bị chảy lỏng nhiệt độ thường, đó chất béo ca cao nghiền có nhiệt độ nóng chảy thấp (chừng 34 – 35oC) Do ca cao nghiền sau quá trình kiềm hóa cần phải tách bớt béo (26) nhờ giai đoạn ép bơ Sản phẩm quá trình ép bao gồm bánh và bơ ca cao Ngoài ra, quá trình này còn tạo các loại sản phẩm với hàm lượng béo khác phù hợp với các mục đích sử dụng khác - Bảo quản: góc độ cảm quan, bột ca cao sau ép bơ có thể bảo quản lâu giảm tượng oxi hoá chất béo gây mùi khó chịu cho sản phẩm 7.2 Các biến đổi xảy − Vật lý: Thay đổi khối lượng bơ tách Giảm hàm lượng ẩm ( bị nước sau khỏi máy ép) Nhiệt độ tăng − Hoá lý: Sự khuếch tán cấu tử lỏng bên ngoài Liên kết các cấu tử rắn chặt chẽ tạo thành khối rắn dạng bánh Sự thoát nước và các cấu tử hương 7.3 Thiết bị 7.3.1 Cấu tạo thiết bị Hình 14: Sơ đồ nguyên lý thiết bị ép bơ Thiết bị ép thủy lực sử dụng quá trình ép này là loại thiết bị gồm 22 khung ép đặt đứng liên tiếp Mỗi khung có màng lọc thép nằm đáy khung có thể tháo lắp 7.3.2 Nguyên lý hoạt động (27) Thiết bị vận hành tự động Ban đầu, ca cao sau kiềm hoá nhiệt độ 80 – 90oC bơm vào với áp lực 21 kg/cm2, giai đoạn này thì lượng bơ ca cao tự bị tách và thoát qua màng lọc Khi khung ép đã đầy thì bơm ngừng hoạt động Khi đó piston thủy lực làm việc và tạo áp lực ép đến 420kg/cm Lúc này, bơ ca cao thoát khỏi màng lọc và vào bồn chứa Khi đã tách lượng bơ ca cao theo đúng yêu cầu, piston thủy lực quay vị trí ban đầu, kết thúc việc ép Khung ép tự động mở ra, bánh ca cao rơi xuống băng tải (đặt sẵn bên máy ép) và chuyển tới silo để làm nguội không khí lạnh (hoặc đưa lên pallet để chuyển tới làm nguội phòng lạnh) sau đó qua thiết bị nghiền để nghiền bánh ca cao thành bột ca cao thành phẩm Hàm lượng béo ca cao chỉnh dựa vào ba yếu tố là: thời gian ép, khối lượng bột ép và khoảng cách di chuyển piston 7.4 Thông số công nghệ − Hàm lượng béo bánh ca cao: 10 – 20% − Thời gian ép: 15 – 30 phút Quá trình nghiền bánh ca cao 8.1 Mục đích công nghệ Hoàn thiện: − Quá trính nghiền làm giảm kích thước để thu bột ca cao thành phẩm − Sau quá trình ép bơ ca cao, các hạt ca cao và chất béo còn lại liên kết với chặt tạo thành khối, gọi là bánh ca cao – cocoa cake Bánh ca cao qua hệ thống vis tải đánh tơi ra, và cuối cùng nghiển máy nghiền búa tạo sản phẩm bột ca cao − Quá trình nghiền này có tác dụng chuyển bánh ca cao thành dạng bột không làm cho hạt ca cao mịn Kích thước hạt ca cao không khác nhiều so với quá trình nghiền trước đó 8.2 Các biến đổi xảy quá trình − Vật lý: từ bánh ca cao, sau qua quá trình nghiền thì kích thước nhỏ (thành dạng bột) (28) − Hóa học: số các glyceride có bơ ca cao bị chảy lỏng và bị oxy hoá tạo màu sắc không mong muốn cho bột ca cao Đó là quá trình tách bơ chưa triệt để và còn lượng bơ bánh ca cao − Cảm quan: có thể tạo màu sắc không mong muốn cho bột ca cao 8.3 Thiết bị 8.3.1 Cấu tạo thiết bị Hình 15: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền búa Thiết bị gồm: - Hệ thống vis tải: có dạng ống trụ nằm ngang, bên có trục dạng xoắn ốc gắn vào rotor quay Vật liệu làm thiết bị là vật liệu cứng Khi hoạt động thì trục vis này quay, vừa đánh tơi bánh ca cao phần và chuyển khối ca cao này phía phễu nhập liệu máy nghiền Trước vào máy nghiền, thiết bị có gắn thêm van khóa để tránh trường hợp quá tải vào máy nghiền - Máy nghiền búa: gồm rotor quay với tốc độ cao gắn với vòng đai, trên vòng đai có gắn các tay đập (búa) Khi rotor quay, các tay đập chuyển động và đầu các tay đập tạo thành vòng tròn, khoảng cách vòng tròn này và vỏ bao nhỏ Mặt vỏ bao cấu tạo vật liệu dai và cứng Khi vận hành, bánh ca cao tay đập đưa đến khe hẹp đầu búa và thành vỏ (29) 8.3.2 Nguyên lý hoạt động - Hệ thống vis tải: Bánh ca cao sau qua thiết bị ép bơ, vào cyclone và chuyển tới vis tải Hệ thống vis tải hình xoắn ốc đánh tơi bánh ca cao nhờ tác dụng lực ma sát và lực va đập, đồng thời chuyển chúng đến phễu nhập liệu máy nghiền - Máy nghiền búa: Nhờ tác động va đập búa nghiền vào hạt và chà xát hạt búa nghiền và thành máy nghiền mà sản phẩm thu là các hạt bột mịn Trên vỏ thiết bị có lắp đặt thêm rây để giữ lại các hạt ca cao chưa nghiền đến mức độ đạt yêu cầu Các hạt ca cao có kích thước nhỏ lỗ rây cửa tháo liệu và làm nguội dòng khí lạnh thổi qua và nhờ hệ thống quạt đưa đến cyclone vào thiết bị rây 8.4 Thông số công nghệ - Nhiệt độ bánh ca cao nhập liệu: 43 – 45oC - Nhiệt độ bột ca cao sau khỏi máy nghiền: 21 – 24oC - Kích thước lỗ rây: 200 mesh (0,02mm) - Kích thước bột ca cao: 100 – 200μm Quá trình rây phân loại sản phẩm 9.1 Mục đích công nghệ Hoàn thiện: − Quá trình rây nhằm phân chia sản phẩm bột nghiền loại theo kích thước − Sau qua máy nghiền, các hạt ca cao có hình dạng và kích thước khác Sau qua quá trình rây, sản phẩm có kích thước đồng 9.2 Các biến đổi nguyên liệu Vật lý: kích thước hạt trờ nên đồng 9.3 Thiết bị 9.3.1 Cấu tạo thiết bị (30) Hình 16: Máy rây rung Thiết bị sử dụng là máy rây rung tầng Thiết bị có tầng rây đặt song song và chồng lên Mỗi tầng có kích thước lỗ rây định, kích thước lỗ rây giảm dần đó kích thước lỗ lớn là tầng trên cùng, gần đầu nhập liệu Bên có các lò xo 9.3.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên tắc hoạt động thiết bị là dựa vào khác kích thước tác dụng lực học Bột ca cao sau nghiền đưa vào rây tầng trên cùng Thiết bị gắn bên hệ thống lò xo, chúng giúp cho thiết bị có thể rung động lên xuống và chuyển động xoay xung quanh trục rây hoạt động làm cho khối bột vào thiết bị dễ dàng rơi xuống tầng và các hạt lớn còn nằm các tầng trên có thể chạy ngoài, đồng thời ngăn cản tắc nghẽn lỗ rây Các hạt nằm tầng cùng đưa vào thiết bị bao gói Cả quá trình thực môi trường khí trơ (Nitơ) 9.4 Thông số công nghệ - Kích cỡ sàng lọc: 120 – 200 mesh - Kích thước hạt tiêu chuẩn: < 75 µm (31) 10 Bao gói 10.1 - Mục đích công nghệ Hoàn thiện: quá trình bao gói nhằm phân chia sản phẩm khối lượng, chất lượng và tăng tính cảm quan cho sản phẩm - Bảo quản: Sau rây xong phải bao gói để hạn chế tổn thất hương và hạn chế tượng hút ẩm Hạt ca cao sau nghiền và rây có kích thước nhỏ, diện tích bề mặt riêng tăng, tốc độ bay các cấu tử dễ bay tăng lên (như cấu tử hương…) tốc độ hút ẩm tăng lên, làm độ ẩm sản phẩm tăng lên, có thể dẫn đến tượng vón cục và có thể dính vào thiết bị Bao bì hạn chế tiếp xúc ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến bột ca cao Muốn bao bì dùng để bao gói thường là bao bì plastic và phải có lớp nhôm để chắn ánh sáng và tránh thất thoát hương 10.2 Biến đổi nguyên liệu Không có biến đổi gì đáng kể 10.3 Thiết bị 10.3.1 Cấu tạo Sử dụng thiết bị chuyên để đóng gói các loại bột Hình 17: Thiết bị bao gói (32) Phễu nhập liệu, gàu tải nghiêng loại máy nhập liệu tự động kép đôi với cân tự động thiết bị chuyền tải tự động cho sản phẩm vào túi tự động gọn gàng và khâu túi 10.3.2 Nguyên lý hoạt động Máy đóng gói có thể thực nhập liệu tự động vào túi, mở túi, tính toán, đổ vào, và cân theo khối lượng đã cài đặt sẵn, sau đó trượt theo băng tải qua thiết bị khâu túi Quy trình thực điều khiển tự động 10.4 Thông số công nghệ - Khối lượng túi: 25 kg bột - Không khí cung cấp: không khí nén 0.5~0.7Mpa - Nhiệt độ không khí xung quanh: -10 – 45oC B – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT Hạt ca cao Tạp chất Làm Xử lý nhiệt hồng ngoại Vỏ Tách vỏ K2CO3 Kiềm hoá (33) Nghiền Bơ ca cao Ép bơ Nghiền mịn Phân loại Bao bì Bao gói Bột ca cao Hình 18: Sơ đồ quy trình công nghệ II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Điểm khác biệt hai quy trình là trạng thái ca cao quá trình xử lý Ở quy trình 1, sau giai đoạn nghiền mịn, ca cao đã dạng khối (cocoa mass), còn sang quy trình 2, các giai đoạn kiềm hoá, rang thì ca cao dạng nhân (nib), sau nghiền ép bơ sau đó thì ca cao chuyển sang dạng khối Ngoài ra, quy trình có sử dụng môt số thiết bị khác cho cùng quá trình Do đó, xây dựng quy trình này, chúng em trình bày quá trình có chất và biến đổi khác với quy trình 1 Xử lý nhiệt tia hồng ngoại Trong quy trình này quá trình tách vỏ diễn trước quá trình rang Do vậy, để tăng cường hiệu suất tách vỏ ca cao chúng ta phải xử lý nhiệt sơ khối hạt ca cao (34) Một phương pháp xử lý nhiệt thường dùng là phương pháp xử lý nhiệt tia hồng ngoại 1.1 Mục đích công nghệ Chuẩn bị cho quá trình tách vỏ: Làm yếu các liên kết vỏ và nhân ca cao, giúp cho quá trình tách vỏ sau này dễ dàng và triệt để hơn, hiệu suất thu hồi nhân ca cao tốt Ngăn chặn việc khuếch tán bơ ca cao từ nhân vỏ ca cao 1.2 Các biến đổi xảy Hoá lý: Tia hồng ngoại mang lượng cao làm nóng bề mặt hạt ca cao, dẫn tới việc bốc đột ngột lớp nước nằm vỏ và nhân ca cao Vì vậy, lớp vỏ phồng lên và số hạt thì vỏ bị bể và tách luôn khỏi hạt Quá trình làm nóng nhanh vỏ ca cao làm cho nhiệt không có đủ thời gian để truyền vào nhân ca cao nên ngăn thất thoát khuếch tán bơ ca cao từ nhân vỏ Vi sinh: Dưới tác dụng tia hồng ngoại, số vi sinh vật bị ức chế và tiêu diệt 1.3 Thiết bị 1.3.1 Cấu tạo thiết bị Thiết bị xử lý hồng ngoại có cấu tạo dạng trống quay sau : (35) Hình 19: Sơ đồ cấu tạo hệ thống xử lý nhiệt hồng ngoại Thiết bị tương tự thiết bị rang gián đoạn bên quy trình Cấu tạo thiết bị bao gồm trống rang, thiết bị gia nhiệt và thiết bị làm nguội Bên mặt trống có gờ thiết kế theo hình xoắn ốc dọc theo thân trống Ngoài ra, thiết bị này còn phận tạo hồng ngoại cho quá trình xử lý nhiệt 1.3.2 Nguyên lý hoạt động Sau làm sạch, các hạt ca cao qua sàn phân loại để phân riêng hạt đã bị bể vỏ với hạt còn nguyên Những hạt đã bị bể không qua thiết bị xử lý hồng ngoại mà trực tiếp vào thiết bị tách vỏ (vì xử lý hồng ngoại thì phần chất khô nội nhũ hạt này có thể bị tổn thất) Hạt ca cao nguyên đưa vào thiết bị thông qua phễu và vít điều Thùng rang có thể xoay quanh trục cố định để gia nhiệt đồng Khi trống quay, khối hạt chuyển động theo gờ và qua vùng có chiếu tia hồng ngoại theo chu kỳ quay trống Dưới tác dụng tia hồng ngoại vỏ ca cao làm nóng nhanh chóng và nước vỏ và nội nhũ bốc làm phồng vỏ tạo điều kiện cho việc tách vỏ sau này dễ dàng Nếu độ ẩm hạt quá ít thì nước phun sương lên bề mặt hạt đến mức cần thiết trước xử lý nhiệt Thông qua khối lượng phễu tháo liệu và điều khiển tự động ta có thể điều chỉnh tốc độ vít điều tiết lưu lượng khối hạt trống ổn định Khí thải hút quạt ly tâm và đưa qua cyclone thu hồi bụi, sau đó dùng nước để lấy phần bụi lắng đáy cyclone thông qua ống xyphon Chất lượng quá trình định tốc độ quay trống, thời gian lưu hạt vị trí chiếu tia hồng ngoại 1.4 Thông số công nghệ Thời gian rang thay đổi từ 10 – 12 phút, tuỳ thuộc vào cấu tạo thiết bị và khối lượng mẻ - Nhiệt độ hạt: 135oC - Tốc độ dòng khí 1m/s Quá trình kiềm hoá (36) Đây là quá trình kiềm hoá nhân ca cao tác dụng nhiệt độ và tác nhân kiềm hoá là dung dịch K2CO3 Nhân ca cao nhúng ngập dung dịch kiềm và khuấy đảo liên tục 2.1 Mục đích Chế biến và hoàn thiện: tương tự quy trình Trong quá trình kiềm hóa ca cao khối, bơ ngăn cản phản ứng hóa học xảy dung dịch kiềm và hạt ca cao Vì quá trình kiềm hoá nhân ca cao giúp tăng khả tiếp xúc kiềm và nhân ca cao Đối với kiềm hóa dạng nhân thì cần nhiều nước và nhiệt độ ôn hòa (80 85oC) 2.2 Các biến đổi xảy Tương tự quy trình 2.3 Thiết bị 2.3.1 Cấu tạo thiết bị Tương tự quá trình kiềm hoá nhân, đây ta sử dụng thiết bị kiềm hoá dạng hình trụ, đáy côn, có cánh khuấy 2.3.2 Nguyên lý hoạt động Nhân ca cao đưa vào bồn nhập liệu Tín hiệu khối lượng truyền sang phận chuẩn bị dung dịch kiềm hoá Theo công thức đã lập trình sẵn, dung dịch kiềm hoá chuẩn bị cách tự động, nồng độ kiềm điều chỉnh phù hợp Sau đạt yêu cầu cần thiết, toàn nhân ca cao đưa xuống thùng khuấy Cánh khuấy hình xoắn ốc hoạt động suốt quá trình kiềm hoá có tác dụng đảo trộn toàn mẻ Tùy theo yêu cầu sản phẩm mà quá trình kiềm hoá bao gồm các giai đoạn sau: Đầu tiên, nhân gia nhiệt thông qua đường nước vào vỏ áo thiết bị Sau đạt nhiệt độ cần thiết thì dung dịch kiềm đưa vào bồn khuấy Thiết bị có thể làm việc chế độ: áp suất thường và cao áp Không khí ổn định nhiệt độ thiết bị gia nhiệt bơm vào bồn khuấy suốt quá trình (37) phản ứng Nếu làm việc áp suất cao thì van thông áp đóng lại và sau kết thúc quá trình ta cần điều chỉnh van này để giảm áp suất từ từ trước tháo sản phẩm 2.4 Thông số công nghệ Bằng thực nghiệm người ta có thể xác định rằng: thời gian tối đa mà kiềm khuếch tán hoàn toàn vào nhân ca cao khoảng 60 phút 80oC Quá trình rang nhân ca cao 3.1 Mục đích công nghệ − Chuẩn bị: tăng độ phồng nở hạt, thay đổi cấu trúc để quá trình nghiền và ép bơ tiếp sau thuận lợi − Chế biến: quá trình rang ca cao tạo biến đổi cần thiết để hình thành nên hương vị đặc trưng cho các sản phẩm ca cao Quá trình này quan trọng và có ảnh hưởng định sản phẩm bột ca cao các sản phẩm khác từ ca cao − Bảo quản: quá trình rang còn có tác dụng giảm hàm ẩm góp phần vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật có hại, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm 3.2 Các biến đổi xảy − Vật lý: Dưới tác dụng nhiệt độ, nhân ca cao trở nên giòn và độ bền giảm − Hóa lý: Dưới tác dụng nhiệt độ: Một phần nhỏ chất béo bị hóa lỏng Hơi nước và các chất dễ bay khác bị thất thoát, riêng acid acetic bị bay làm tăng giá trị cảm quan sản phẩm − Hóa học: Giảm khối lượng chất khô các phản ứng hóa học hình thành nên các chất bay và chúng bị thoát khỏi khối ca cao Phản ứng thủy phân, đặc biệt là thủy phân lipid tạo các cấu tử tiền hương cho sản phẩm bột ca cao Phản ứng Maillard hình thành hương vị đặc trưng cho sản phẩm bột ca cao (38) Phản ứng oxy hóa khử diễn mạnh, đặc biệt là các phản ứng oxy hóa khử các hớp chất polyphenol Phản ứng nhiệt phân − Hóa sinh và sinh học: enzyme và vi sinh vật bị vô hoạt nhiệt độ cao 3.3 Thiết bị 3.3.1 Cấu tạo thiết bị Hình 20: Sơ đồ nguyên lý thiết bị rang liên tục Thiết bị sử dụng là thiết bị rang liên tục 3.3.2 Nguyên lý hoạt động (39) Không khí quạt đưa vào thiết bị, qua caloriphe trở thành không khí nóng – tác nhân nhiệt cho quá trình rang Dòng ca cao sau qua phễu nhập liệu, theo đường ống lưới gặp tác nhân nhiệt và thực quá trình rang 3.4 Thông số công nghệ − Nhiệt độ rang: 80 – 140C − Thời gian: 30 – 50 phút − Độ ẩm hạt sau rang – 5% Quá trình nghiền 4.1 Mục đích − Chế biến: hạt ca cao sau quá trình nghiền trở thành dạng paste gọi là ca cao khối, là nguyên liệu chính để sản xuất bột ca cao Ca cao khối có gần 55% bơ ca cao dạng huyền phù, đó pha lỏng là bơ ca cao, pha rắn là bột ca cao So với hạt ca cao nhân ban đầu thì sản phẩm sau nghiền có biến đổi sâu sắc kích thước và tính chất − Chuẩn bị: sau nghiền thu ca cao khối dạng paste, là bước chuẩn bị thuận lợi hổ trợ cho quá trình ép bơ 4.2 Các biến đổi xảy Vật lý: Hạt bị giảm kích thước tế bào bị xé vỡ Đây là biến đổi có lợi, kích thước hạt càng nhỏ thì kiềm hóa dễ và sản phẩm ca cao càng mịn đẹp Nhiệt độ tăng: qúa trình nghiền sinh lực ma sát làm khối hạt ca cao nóng lên Xét giới hạn thì đây là biến đổi có lợi: giúp ta tiết kiệm phần nào chi phí lượng ta có thể lợi dụng lượng này để tăng nhiệt độ trên nhiệt độ nóng chảy bơ ca cao để sau nghiền thô ta dịch ca cao sệt Nhưng cần khống chế nhiệt độ quá trình nghiền giới hạn định, không để nhiệt độ tăng lên quá cao gây tác dụng bất lợi làm sậm màu sản phẩm… Hóa lý: Sau tế bào bị nghiền xé thì các chất tế bào là bơ ca cao giải phóng ngoài Đây là biến đổi có lợi sau các chất bên tế bào thoát ngoài thuận lợi cho qúa trình ép (40) Có thay đổi pha khối ca cao trước và sau nghiền, ban đầu dạng rắn chuyển sang dạng huyền phù Đây là biến đổi có lợi dạng huyền phù giúp cho quá trình kiềm hóa thực dễ dàng 4.4 Thiết bị 4.4.1.Cấu tạo thiết bị Hình 21: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền nhiều trục Thiết bị nghiền sử dụng gồm năm trục hình trụ, bề mặt nhẵn, có đường kính và nối tiếp Khoảng cách khe hẹp các cặp trục giảm dần theo chiều từ vùng nhập liệu đến vùng tháo sản phẩm 4.4.2 Nguyên lý hoạt động (41) Thiết bị nghiền có năm trục quay, hai trục nối tiếp thỉ quay ngược chiều Hạt ca cao đưa vào thiết bị lần lượi bị kéo nén các trục để biến đổi kích thước từ nhân ca cao thành đạng paste Tốc độ quay các trục tăng dần từ cửa nhập liệu xuống cửa tháo sản phẩm 4.4.3 Thông số công nghệ − Độ ẩm vào: – 2,5% − Nhiệt độ nghiền: 35 – 37oC − Kích thước hạt sau nghiền: 200 – 300μm C - SO SÁNH ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HAI QUY TRÌNH Bảng 6: Đánh giá ưu, nhược điểm quá trình Quá trình Xử lý nhiệt Rang Quy trình Quy trình Xử lý nhiệt tia hồng ngoại Ưu điểm: Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, dễ thực Thời gian xử lý ngắn Ít tổn thất bơ ca cao Vỏ hạt căng phồng lên làm cho việc tách vỏ giai đoạn sau dễ dàng và hiệu Nhược điểm: Nhược điểm: Tính chất hạt ca cao sau Tốn thêm chi phí đầu tư và rang không đồng lượng cho thiết bị hồng ngoại Có khuếch tán phần bơ ca cao ngoài vỏ (ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi bơ ca cao (nếu có)) Tốn thêm chi phí lượng không cần thiết làm nóng vỏ rang Tốn thời gian rang theo Kiềm hóa mẻ Kiềm hóa ca cao khối Kiềm hóa ca cao mảnh Ưu điểm: Ưu điểm: (42) Ca cao hòa trộn đồng vào Kiềm thấm dần vào nhân nên tiếp dung dịch kiềm nên thời gian xúc kiềm và ca cao hiệu kiềm hoá ngắn Độ ẩm giảm nhiều quá trình nghiền càng thuận lợi Được sử dụng phân bố kích thước và chất lượng không hạt ít đồng Nhược điểm: Nhược điểm: Kiềm phản ứng với bơ tạo sản Thời gian kiềm hoá kéo dài đủ phẩm phụ để thẩm thấu dịch kiềm vào nhân Độ nhớt khối ca cao lớn Tốn nhiều kiềm vì khó nhập liệu Đòi hỏi đồng kích thước Nhiệt độ kiềm hóa cao 110- và khối lượng nhân ca cao 115oC Nhiệt độ kiềm hóa thấp 80- Phản ứng tạo hương diễn 85oC mạnh Bảng 7: Đánh giá ưu, nhược điểm quy trình Ưu điểm: Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, rẻ tiền Thời gian thực ngắn Ít tổn thất cấu tử hương Tiết kiệm chi phí lượng Chất béo bị oxy hóa ít Bột ca cao màu nhạt Nhược điểm: Nhược điểm: Thời gian thực dải Thiết bị khá phức tạp, đắt tiền Chi phí lượng cao Tổn thất cấu tử hương nhiều Chất béo bị oxy hóa nhiều Bột ca cao sậm màu PHẦN – BỘT CA CAO THÀNH PHẨM Phân loại bột ca cao thành phẩm: (43) Sản phẩm bột ca cao có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo hàm lượng béo (chủ yếu là bơ ca cao), theo màu sắc, theo hương vị, theo phương pháp chế biến (loại có kiềm hoá và không kiềm hoá)… Tuy nhiên, đây ta đề cập đến khoá phân loại theo hàm lượng béo cách này phổ biến và chuẩn hoá theo tiêu chuẩn Codex Theo khoá phân loại này, ta có các dạng sản phẩm sau: Bột ca cao hàm lượng béo cao: ≥ 20% bơ ca cao Bột ca cao hàm lượng béo trung bình: 10 – 20% bơ ca cao Bột ca cao hàm lượng béo thấp: ≤ 10% bơ ca cao Ngoài ba dạng sản phẩm chính trên, các nhà sản xuất có thể có thêm dạng sản phẩm đặc biệt khác như: bột ca cao hàm lượng béo thấp (≤ 0,5% bơ ca cao) Bột ca cao thành phẩm có chất lượng tuỳ thuộc vào nguyên liệu, công nghệ sản xuất và yêu cầu đặt (về màu sắc, hương vị, hàm lượng bơ ca cao…) Trong bài tiểu luận này, nhóm em đề xuất sản xuất bột ca cao có hàm lượng béo trung bình với bột ca cao có màu vàng nâu Một số tiêu quan trọng cần chú ý: Màu sắc và mùi vị là hai yếu tố chất lượng quan trọng bột ca cao, thường đánh giá các phép thử cảm quan cho điểm khó để mô tả chúng ngôn ngữ Bột ca cao thường có màu từ nâu đen đến đỏ Tuỳ vào yêu cầu sản phẩm mà màu sắc bột ca cao có quan trọng hay không để lựa chọn cho phù hợp Về mặt mùi vị thì bột ca cao phải có hương vị ca cao tự nhiên người tiêu dùng chấp nhận, không lẫn các vị lạ khác gây khó chịu Hình 22: Màu sắc các sản phẩm bột ca cao khác (44) Độ mịn: khả hoà tan nước bột ca cao thấp nên bột càng mịn thì tính hoà tan tăng khả lắng chậm hệ huyền phù Bên cạnh đó, bột mịn còn tạo màu sắc đồng cho sản phẩm Hàm lượng bơ ca cao phải nằm khoảng giới hạn cho phép, ví dụ: 9,511,5%; 11,5-13,5%; …; 22-24%, tuỳ vào yêu cầu nhà sản xuất Hàm lượng vỏ hạt bột ca cao là tiêu chất lượng quan trọng Vỏ hạt là lớp áo bao bọc bên ngoài hạt, thường chứa nhiều tạp chất cát, thuốc trừ sâu… và không đạt mặt vi sinh Lớp vỏ này lại cứng và gây mòn các thiết bị nghiền nghiền trục Về mặt kỹ thuật, không thể sản xuất loại bột ca cao mà không hoàn toàn không chứa vỏ, hàm lượng vỏ này phải giảm xuống vấn đề hương vị, công nghệ sản xuất hay các nguyên nhân thuộc luật Chỉ tiêu vi sinh quan trọng Thông thường thì hàm lượng vi sinh vật tổng số và hàm lượng nấm men, nấm mốc phản ánh mức độ vệ sinh quy trình sản xuất Người ta kiểm tra số lượng bào tử chịu nhiệt có bột ca cao Bên cạnh đó, tiêu quan trọng đó là có mặt Salmonella Loài này có mặt bột ca cao các sản phẩm chứa bột ca cao là ban đầu chúng đã có sẵn hạt, qua các quá trình thu hoạch, lên men, sấy khô không đủ các điều kiện vệ sinh Vi khuẩn có mặt khối ca cao bao bọc chất béo quá trình nghiền Chất béo đã bảo vệ chúng và đó chúng có thể tồn thời gian dài bột ca cao Chất béo bảo vệ tế bào vi khuẩn chống lại acid dày sau tiêu hoá Vì vậy, diện Salmonella là yếu tố cần lưu ý đầu tiên bột ca cao Bảng 8: Một số tiêu chuẩn chất lượng bột ca cao có kiềm hoá Chỉ tiêu Màu sắc, điểm Hương vị, điểm Chất béo, % Ẩm, % pH Tro, % Vỏ, % theo lượng nhân Tạp chất sàng cỡ 75µm, % Hàm lượng kim loại nặng Dư lượng thuốc trừ sâu Chỉ tiêu vi sinh, Thông thường Giới hạn cho phép 10 – 24 – 26 5,0 7,0 Theo tiêu chuẩn phù hợp Theo tiêu chuẩn phù hợp 4,8 – 6,0 4,6 – 6,2 ≤ 13,5 ≤ 14,0 ≤ 1,75 ≤ 2,0 ≤ 0,5 ≤ 2,0 Theo Luật dinh dưỡng hay hướng dẫn quốc gia (45) Tổng lượng VSV, cfu/g Nấm mốc, cfu/g Nấm men, cfu/g Enterobacteriaceae, cfu/g E.coli, cfu/g Salmonella, cfu/25g ≤ 10000 ≤ 50 ≤ 50 ≤1 Không có ≤ 20000 ≤ 100 ≤ 100 Không có Không có Không có Không có Bảng 9: Một số tiêu chuẩn chất lượng bột ca cao 10 – 12% bơ có kiềm hoá công ty American Health and Nutrition Hương vị Ca cao đặc trưng Nâu 200mesh ≤ 4,5% 7,3 ± 0,5 Không có 10 – 12% < 20000 cfu/g Không có < 500 cfu/g Không có < cfu/g Thấp năm 60 – 70oF Màu sắc Kích thước hạt Độ ẩm pH Aflatoxine Hàm lượng béo Tổng lượng vi sinh vật Enterobacteria Nấm men và nấm mốc Salmonella Coliform Thời hạn sử dụng Điều kiện bảo quản Bảng 10: Thành phần dinh dưỡng bột ca cao loại N-11-N theo ICCO (tính g/100 g bột ca cao thành phẩm) Thành phần Năng lượng (Kcal/100g) Chất béo Cholesterol Nước Nitơ tổng Từ alkaloid Từ protein thô Protein thô Theobromine Caffeine Đường Hàm lượng 205 11 < 0,0003 4,25 0,80 3,45 21,5 2,5 0,1 0,5 (46) Tinh bột Tổng lượng xơ Xơ hoà tan Xơ không hoà tan Flavonoid Axit hữu Khoáng 16 34 27 Bảng 11: Thành phần vitamin bột ca cao loại N-11-N theo ICCO Vitamin Hàm lượng (mg/kg) A <2 B1 B2 B3 10 C E 30 Axit pantothenic 15 Bảng 12: Thành phần khoáng bột ca cao loại N-11-N theo ICCO Các loại khoáng Hàm lượng (g/100g) K Na 0,01 Ca 0,15 Mg 0,55 P 0,7 Cl 0,01 Fe 250 Zn 70 Cu 40 (47) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Lê Văn Việt Mẫn (chủbiên) Công nghệ Chế biến Thực phẩm Nhà xuất ĐH Quốc gia TP.HCM, 2010 Nguyễn Đức Lượng Công nghệ vi sinh (tập1,3) NXB Đại học quốc gia TP.HồChíMinh, 2008 Phạm Trí Thông Bài giảng bảo quản và chế biến ca cao Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM, 1999 Tài liệu nước ngoài [1] BERNARD W.MINIFIE, C.CHEM.,F.R.I.C.,F.I.F.S.T Chocolate cocoa and confectionery - science and technology second edition AVI-Publishing Company, INC, Westport Connecticut, USA, 1980, 710 trang [2] S T BECKETT Industrial chocolate manufacture and use 3rd edition Blackie Academic Professional, New York, 1999, 406 trang [3] G.W BARTH AG Cocoa processing – General information G.W BARTH company, Germany, 2003, 54 trang [4] WIESŁAWA KRYSIAK Influence of roasting conditions on coloration of roasted cocoa beans Institute of Chemical Technology of Food, Department of Biotechnology and Food Sciences, Technical University of Lodz,90-924 lodz st Stefanowskiego 4/10, Poland, 2005 (48) [5] AZIZAH OTHMAN, AMIN ISMAIL, NAWALYAH ABDUL GHANI, ILHAM ADENAN Antioxidant capacity and phenolic content of cocoa beans Department of Nutrition and Health Sciences, Faculty of Medicine and Health Sciences, Universiti Putra Malaysia, 43400 UPM, Serdang, Selangor, Malaysia, 2005 Các tài liệu tham khảo trên Internet [6] http://www.fellcoinc.com/cocoa.asp [7] http://www.beerandwine.hobart.tased.edu.au/chocolatefolder/chocolateprint.doc [8] http://www.codexalimentarius.net/download/standards/68/CXS_105e.pdf [9] http://www.sciencedirect.com [10] http://www.icco.org [11] http://www.schokinagna.com [12] http://www.organicharvest.com (49)