Khảo sát quá trình lên men và sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ

Khảo sát quá trình lên men và sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

TS Hà Thanh Toàn Đỗ Thị Ngọc Hân

MSSV: 2051633 Lớp: CNTP K31

Cần Thơ, 2009

Luận văn đính kèm theo đây, với tựa đề tài: “ Khảo sát quá trình lên men và

sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ” do Đỗ Thị Ngọc Hân thực

hiện và báo cáo, đã được hội đồng chấp nhận luận văn thông qua

Hà Thanh Toàn

Cần Thơ, ngày …tháng…năm 2007

Chủ tịch hội đồng

LỜI CẢM TẠ

Kính dâng Ba Mẹ, những người suốt đời tận tụy vì tương lai sự nghiệp của con, mang lại cho con nhiều niềm tin và nghị lực để vượt qua những khó khăn trong cuộc sống

Xin chân thành biết ơn thầy HÀ THANH TOÀN, đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp đúng thời gian qui định, anh HUỲNH XUÂN PHONG đã nhiệt tình chỉ dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quí báu và động viên em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Thành thật cảm ơn:

Các bạn cùng lớp XUÂN HUYỀN, BÌNH CHÂU, LINH, QUỲNH, HIẾU, LONG, PHÚ các bạn cùng nhóm luận văn và các em sinh viên: ÁI TÂM, VINH, HUY, THÔNG, NHUNG, YẾN, LỰC,…đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Thân ái gởi đến các bạn lớp Công nghệ Thực phẩm khóa 31 đã cùng tôi học tập trong suốt 4 năm qua những lời chúc sức khỏe và đạt nhiều thành công trong cuộc sống

Trân trọng !

ĐỖ THỊ NGỌC HÂN

MỤC LỤC

Lời cảm tạ i

Mục lục ii

Danh sách bảng iv

Danh sách hình v

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

CHUƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Giới thiệu cây ca cao 2

2.1.1 Các giống ca cao 3

2.1.2 Công dụng của cây ca cao 3

2.2 Lên men hạt ca cao trong điều kiện tự nhiên 4

2.2.1 Quá trình lên men hạt ca cao 4

2.2.2 Một số phương pháp lên men hạt ca cao 8

2.2.3 Một số nghiên cứu có liên quan đến nội dung đề tài 11

2.3 Sấy hạt ca cao bằng máy sấy năng lượng mặt trời 12

2.3.1 Quá trình sấy 12

2.3.2 Hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời 12

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

3.1 Phương tiện thí nghiệm 14

3.1.1 Thời gian, địa điểm 14

3.1.2 Hóa chất 14

3.1.3 Dụng cụ thí nghiệm 14

3.1.4 Thiết bị sử dụng 14

3.1.5 Nguyên liệu 15

3.2.2 Phương pháp đánh giá cảm quan 16

3.2.3 Xử lý số liệu 16

3.3 Nội dung thí nghiệm 17

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình ủ 19

3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình sấy 20

3.3.3 Thí nghiệm 3: Đánh giá chất lượng hạt ca cao khô 20

3.3.4 Thí nghiệm 4: Tính hiệu quả kinh tế và hiệu suất thu hồi sản phẩm 21

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 23

4.1 Kết quả phân tích thành phần hạt ca cao tươi 23

4.2 Sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình ủ 23

4.3 Sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình sấy 30

4.4 Đánh giá chất lượng hạt ca cao khô 30

4.5 Tính hiệu quả kinh tế và hiệu suất thu hồi sản phẩm 31

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 32

5.1 Kết luận 32

5.2 Đề nghị 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Sản lượng ca cao trên thế giới 2 Bảng 2.2 Những đặc tính chính khác nhau giữa giống Criollo – Forastero –

Trinitario 3 Bảng 3.1 Các thông số chính của các thiết bị sấy ca cao bằng năng lượng mặt trời 15 Bảng 3.2 Phương pháp phân tích hóa lý 15 Bảng 4.1 Kết quả phân tích thành phần hạt ca cao tươi (tính theo phần trăm trọng

lượng tươi) 23 Bảng 4.2 Hàm lượng ẩm của nguyên hạt, tử diệp, cơm hạt và hàm lượng tanin thay

đổi trong quá trình ủ 24 Bảng 4.3 pH, độ axit của tử diệp, cơm hạt và nguyên hạt ca cao thay đổi trong quá

trình ủ 26 Bảng 4.4 Khối lượng nguyên hạt, tử diệp, cơm hạt của 100 hạt ca cao và tỷ lệ tử

diệp/ cơm hạt trong quá trình ủ 27 Bảng 4.5 Sự thay đổi % ẩm độ, pH, thể tích NaOH 0,1N/g ca cao trong quá trình

sấy hạt ca cao 30 Bảng 4.6 Bảng phân tích chất lượng hạt ca cao sau lên men, sấy theo qui mô nông

hộ Bến Tre và Ghana 32 Bảng 4.7 Bảng phân loại hạt ca cao theo TCVN 7519 : 2005 32 Bảng 4.8 Hiệu suất thu hồi hạt ca cao khô 33 Bảng 4.9 Công việc và thời gian thực hiện 1 mẻ lên men sấy 400kg trái ca cao tươi

33 Bảng 4.10 Chiết tính sơ bộ giá thành cho một mẻ lên men ca cao 400kg trái tươi.33

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Các giống ca cao 2

Hình 2.2 Bột ca cao ép thành viên (A), sản phẩm bánh kẹo từ ca cao (B), bơ ca cao trong điều kiện bình thường (C) 3

Hình 2.3 Sơ đồ sự chuyển biến đường của cơm nhầy trong quá trình lên men 5

Hình 2.4 Sơ đồ quá trình biến đổi các chất trong nội nhũ hạt ca cao 6

Hình 2.5 Những biến đổi sinh hóa trong suốt quá trình lên men 7

Hình 2.6 Những thay đổi bên trong nội nhũ hạt ca cao trong quá trình lên men 8

Hình 2.7 Hệ thống thùng ủ cho nhiều lần đảo trộn (A), đảo trộn để cho khối hạt điều và cung cấp oxy cho quá trình lên men hiếu khí (B), thùng được xếp thành bậc thang để dễ đảo trộn khi lên men quy mô lớn (C), các lỗ dưới đáy thùng để thoát dịch ca cao từ cơm nhầy (D), thúng ủ được đậy bằng lá chuối để giữ nhiệt (E) khối ca cao được lót lá chuối tiến hành ủ đống (F) 10 Hình 2.8 Thiết bị sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời (A), phơi hạt ca cao trên các tấm đệm (B), phơi hạt ca cao trên nia và có các giàn phơi (có thể đậy bằng các tấm nhựa khi trời mưa) (C), phơi hạt ca cao trên các vĩ tre ở Bến Tre (D), líp phơi với thanh ngang ở giữa tạo dốc nghiêng nhằm tránh đọng nước khi phủ tấm ni lông lúc trời mưa ở Indonesia (E), phên phơi cơ động ở Brazil (F) 13

Hình 3.1 Thùng lên men 100kg hạt tươi 14

Hình 3.2 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng quá trình lên men, sấy hạt ca cao đến chất lượng hạt ca cao 17

Hình 3.3 Sơ đồ tiến hành đánh giá sự thay đổi khối lượng theo qui trình lên men và sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ 22

Hình 4.1 Sự thay đổi nhiệt độ khối ủ trong quá trình lên men 23

Hình 4.2 Sự thay đổi độ ẩm tương đối của khối ủ và hàm lượng tanin trong quá trình lên men 25

Hình 4.3 Sự thay đổi pH trong quá trình lên men 26

Hình 4.4 Sự thay đổi độ axit của khối hạt ca cao trong quá trình lên men 27 Hình 4.5 Sự thay đổi trọng lượng cơm nhầy, tử diệp và sự thay đổi tỷ lệ tử diệp/

cơm hạt trong 6 ngày lên men 28 Hình 4.6 Sự thay đổi % ẩm, nhiệt độ khối hạt ca cao trong quá trình sấy 30 Hình 4.7 Sự thay đổi giá trị pH và độ axit (%) trong quá trình sấy 31

TÓM TẮT

Nằm trong chương trình phát triển 10.000 ha cây ca cao đến năm 2010 và cùng với sự hỗ trợ của nhiều dự án trong và ngoài nước, Bến Tre hiện có 2.000 ha cây ca cao và có khả năng tăng nhanh trong vài năm tới Cùng với việc đầu tư phát triển, nâng cao năng suất và sản lượng cây ca cao, vấn đề quan tâm nhất của Bến Tre hiện nay là hỗ trợ nông dân sơ chế hạt ca cao xuất khẩu, tạo qui trình sản xuất khép kín, giúp người trồng ca cao tăng thêm thu nhập

Trên cơ sở đó mục tiêu của đề tài nhằm theo dõi sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt ca cao trong suốt quá trình lên men và sấy, đánh giá chất lượng hạt ca cao sau lên men và sấy với thiết bị sấy năng lượng mặt trời, tính hiệu suất thu hồi sản phẩm và lợi nhuận của người nông dân thu được khi thực hiện qui trình sơ chế hạt ca cao theo qui mô nông hộ Trong giai đoạn lên men, ta tiến hành đặt nhiệt kế

đo nhiệt độ khối ủ và môi trường Đối với khối ủ, mỗi ngày ghi lại các giá trị nhiệt

độ 2 lần, mỗi lần ở 3 vị trí khác nhau vào 2 thời điểm khác nhau trong ngày (8h, 16h) và tính giá trị trung bình cho mỗi ngày Đồng thời tiến hành lấy mẫu để phân tích ẩm, pH, độ axit, tanin, sự thay đổi khối lượng của hạt ca cao lên men Hạt ca cao sau lên men được chuyển lên máy sấy, ta tiếp tục theo dõi sự thay đổi hóa lý của khối sấy (nhiệt độ, pH, độ ẩm, độ axit) theo từng ngày sấy và sự chênh lệch nhiệt độ máy sấy so với nhiệt độ môi trường

Kết quả ghi nhận cho thấy nhiệt độ khối lên men đạt cao nhất vào ngày lên men thứ tư 48oC (sau khi đảo trộn), pH giảm từ 4,7 đến 3,4 (giảm nhanh trong 2 ngày lên men đầu tiên từ 4,07 đến 3,04), ẩm độ (%) của khối hạt thay đổi không đáng kể 52,4%, hàm lượng axit tổng đạt cao nhất 1,5% vào ngày lên men thứ tư Sau khi sấy, hạt ca cao khô thu được có độ ẩm 6,08%, tỉ lệ hạt nâu 77%, pH đạt 4,58, vỏ hạt chiếm 19,6%, chất lượng hạt ca cao khô đạt loại 1A theo TCVN Thời gian thực hiện qui trình sơ chế ca cao khép kín này kéo dài 10 ngày (6 ngày lên men, 4 ngày sấy), rút ngắn thời gian hơn phương pháp lên men kết hợp làm khô hạt

ca cao bằng cách phơi nắng 2 – 3 ngày Và lợi nhuận nông hộ thu được sau khi lên men sấy 400kg trái tươi là 358.450 đồng và thu nhập bình quân 1 tháng 1.883.800 đồng (lợi nhuận thu được từ 4 mẻ lên men và sấy hạt ca cao và tiền công cho 60 giờ lao động)

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam có nhiều tiềm năng phát triển cây ca cao do có ưu thế nổi trội là có thể trồng xen với nhiều loại cây như dừa, điều, hồ tiêu, cà phê, chuối, đồng thời có khả năng chịu hạn, chống xói mòn đất cao nên rất thích hợp với điều kiện tự nhiên

và thổ nhưỡng ở các tỉnh phía Nam và Tây Nguyên Bên cạnh đó, được sự quan tâm của chính phủ và được sự hỗ trợ của nhiều tổ chức quốc tế nên diện tích trồng ca cao trên cả nước tăng đáng kể, dự kiến đến năm 2010 Việt Nam sẽ trở thành nước sản xuất ca cao quan trọng trên thế giới với sản lượng lên đến 100.000 tấn và mỗi tỉnh sẽ có 10.000 ha trồng ca cao, tập trung tại một số tỉnh: Bà Rịa - Vũng Tàu, Bình Phước, Tiền Giang, Đồng Nai, Tây Nguyên, Đắc Lắc, Bến Tre Trong số khoảng 3.000 ha cây ca cao hiện có ở khu vực phía Nam, Bến Tre là tỉnh trồng nhiều nhất với gần 1.000 ha, tập trung tại huyện Châu Thành, kế đó là huyện Giồng Trôm, Mỏ Cày Cho nên cùng với việc đầu tư phát triển, nâng cao năng suất và sản lượng cây ca cao, vấn đề quan tâm nhất của Bến Tre hiện nay là hỗ trợ nông dân sơ chế hạt ca cao xuất khẩu, tạo qui trình sản xuất khép kín, giúp người trồng ca cao tăng thêm thu nhập

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của đề tài là khảo sát quá trình sơ chế ca cao sau thu hoạch theo qui

mô nông hộ Ghi nhận sự thay đổi về mặt hóa lý (nhiệt độ, pH, độ ẩm, độ axit) và thời gian thực hiện quá trình ủ và sấy hạt ca cao Đồng thời đánh giá được chất lượng hạt ca cao khô thu được (độ ẩm, pH, độ axit, tỉ lệ hạt nâu, hàm lượng vỏ) cũng như hiệu suất và lợi nhuận với phương pháp lên men ca cao qui mô gia đình

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU CÂY CA CAO

Cây ca cao (Theobroma ca cao Linn) thuộc họ Sterculiaceae là cây công

nghiệp dài ngày sống ở vùng nhiệt đới, thuộc loài thân mộc, sống đa niên Cây ca cao có nguồn gốc từ vùng Amazone Đây là loài thực vật có khả năng phát triển trong điều kiện râm mát và độ ẩm cao

Vùng Mayas của Yucatan và Aztecs của Mexico là những vùng trồng ca cao lâu đời trên thế giới cách đây khoảng 500 năm trước công nguyên Trước đây ca cao được sử dụng đầu tiên ở vùng Aztéc chủ yếu dưới dạng sản phẩm gọi là “chocolate” được sản xuất bằng cách rang và nghiền hạt ca cao với nước, bột bắp và một số chất gia vị và sử dụng ca cao trong một số loại nước uống cao cấp Ngày nay ca cao là mặt hàng xuất khẩu mang lại nhiều ngoại tệ của một số nước

Bảng 2.1 Sản lượng ca cao trên thế giới (ngàn tấn)

2.1.1 Các giống ca cao

Hiện nay người ta chia ca cao thành 3 nhóm lớn là: Criollo, Forastero và Trinitario

Bảng 2.2 Những đặc tính chính khác nhau giữa giống Criollo – Forastero – Trinitario

20 - 30 Gần tròn Trắng, ngà hoặc tím rất nhạt Kém Kém Thấp 1,5

Quả tròn, hình bầu

dục Cứng Xanh (chín thì vàng) Nhuỵ màu tím

>30 Dẹp Tím, tím đậm Mạnh Tốt Cao 93,5

Quả dài Hầu hết cứng

Thay đổi

>30 Dẹt Thay đổi, đôi khi

có hạt màu trắng Trung bình Trung bình Trung bình 5,0

(Nguồn: Nguyễn Văn Uyển và Tài Sum, 1996, Hà Thanh Toàn et al., 2008)

2.1.2 Công dụng của cây ca cao

2.1.2.1 Hạt ca cao

Bộ phận chính được sử dụng của cây ca cao là hạt (bean) Hạt ca cao sau khi rang được xay nhuyễn thành bột nhão ca cao Khi ép bột nhão ta tách được bơ và bánh dầu ca cao Xay nhuyễn bánh dầu ca cao cho ra bột ca cao. (Phạm Hồng Đức Phước, 2006)

Bột nhão, bơ và bột ca cao là những nguyên liệu chính cho công nghiệp bánh

kẹo, thực phẩm Chocolate là sự pha trộn giữa bột nhão, bơ, đường và các nguyên

liệu khác tùy theo công thức riêng của mỗi nhà sản xuất (Phạm Hồng Đức Phước, 2006).

2.1.2.3 Các bộ phận khác của cây ca cao

Vỏ trái ca cao chứa 3 - 4% kali trên trọng lượng chất khô, là nguồn phân bón

giàu kali Ngoài ra vỏ trái ca cao còn được phơi khô, xay thành bột trộn vào thức ăn

hoặc vo viên

Lớp cơm nhầy bao quanh hạt ca cao (cocoa pulp) có thể dùng làm nước sinh

tố (cacao juice), mứt đông (cacao jam), giấm (vinegar), hoặc cô đặc làm nước cốt

trái cây (liquor of cacao juice) (Schwan et al., 2004).

Lá ca cao còn là nguồn thức ăn ổn định tốt cho dê, bò và thỏ

Các hạt ca cao được gắn vào cơ quan gọi là thai tòa (lõi trái) Khi tách hạt ca

cao để lên men thai tòa được loại bỏ là nguồn thức ăn cho cá và heo

Dịch thu từ quá trình lên men được dùng để chế biến rượu ca cao Ngoài ra

dịch cũng có thể sử dụng như nguyên liệu để sản xuất nata thay thế nước dừa trong

kỹ thuật sản xuất thạch dừa (nata de coco) (Phạm Hồng Đức Phước, 2006).

2.2 LÊN MEN HẠT CA CAO TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

2.2.1 Quá trình lên men hạt ca cao

Lên men là khâu quan trọng nhất trong ngành trồng và chế biến ca cao, nhằm

thủy phân phần cơm (pulp) bao bọc xung quanh hột ca cao (cocoa bean) và làm chết

mầm hạt (radicle) (Schwan et al., 2004) hoặc diệt chất phôi nha để hạt không còn nảy

mầm được nữa (Nguyễn Minh Thủy, 2000) Do đó lên men ca cao giúp khởi đầu những

phản ứng sinh hóa xảy ra bên trong tử diệp hay nội nhủ (cotyledon), góp phần làm

giảm vị đắng (bitterness), chát (astringency) và tạo các tiền chất của hương thơm ca

cao (flavour precursor) (Sandra Lagunes Gálvez et al., 2007).

2.2.1.1 Quá trình sinh hóa xảy ra trong lên men thường xảy ra theo 2 quá trình

Quá trình thứ nhất bao gồm sự phân giải yếm khí các chất nhầy chứa đường,

bột của cơm nhầy (pulp) bao bọc xung quanh hạt Theo Schwan, R.F (1998) cơm

nhầy chứa 14% đường, 1,5% pectin và pH thấp 3,5 nhờ có mặt của axit citric là

môi trường rất thích hợp cho sự phát triển của nấm men Dưới tác động của nấm

men, các chất nhầy đường của cơm hạt (pulp) thành rượu C2H5OH và phóng thích

CO2 Sau đó tế bào của cơm hạt tan vỡ, nước thoát hết làm môi trường trở nên

thông thoáng hơn, vi khuẩn Acetobacter tác động và phát triển mạnh, oxy hóa

C2H5OH thành CH3COOH làm tăng nhiệt độ của khối hạt ca cao Đến ngày thứ 3,

giữa vi khuẩn acetic và nấm men đã có sự cân bằng rõ rệt, vi khuẩn lactic chỉ hoạt

Đường Citric

Nấm men phát triển Enzyme

Pectinolytic

Pectin

Hô hấp hiếu khí

Trong phần cơm nhầy

Axit acetic Axit lactic

CƠM NHẦY

động trong một thời gian rất ngắn Dưới tác động của sự lên men ấy, nhiệt độ tăng

và lệ thuộc vào kích thước khối ca cao ủ

Hình 2.3 Sơ đồ sự chuyển biến đường của cơm nhầy trong quá trình lên men

ra, sản phẩm của các phản ứng này là các đường khử (đường đơn), amino axit, peptide, axit béo tự do, polyphenol, sterol, Các chất này lại chính là các nguyên liệu để tạo nên hương vị đặc trưng của chocolate thông qua các phản ứng Maillar, phản ứng oxy hóa, quá trình caramen, khi tiến hành rang ở nhiệt độ cao (115oC –

145oC) (Theo T.A.Shittu, 2006).

Hình 2.4 Sơ đồ quá trình biến đổi các chất trong nội nhũ hạt ca cao

(Nguồn: Hylayat, 2007)

Cùng với quá trình dịch chuyển axit vào trong hạt thì cũng có quá trình khuyếch tán các chất bên trong hạt ra bên ngoài như cafeine, theobromine để làm giảm vị đắng của hạt, các polyphenol để làm giảm vị chát của hạt

Các axit dịch chuyển vào bên trong hạt để tạo nên các phản ứng sinh hóa, các phản ứng màu sắc, hương vị chocolate của hạt, nhưng một khía cạnh khác cần phải quan tâm là sau khi lên men thì một lượng lớn axit vẫn còn lưu lại trong hạt và tạo nên vị chua của sản phẩm Các axit này một phần sẽ bị mất đi trong quá trình phơi (sấy) do bay hơi (chủ yếu là axit acetic), do dịch chuyển theo hơi ẩm (chủ yếu là axit lactic) Như vậy cần thiết phải kết hợp cả hai quá trình lên men và phơi (sấy) để hạt có chất lượng cao: vừa có màu sắc và hương vị chocolate vừa có ít vị đắng, ít chát và ít chua

Hương vị ca cao được quyết định bởi các tiền chất tạo hương chocolate (đường khử, amino axit, polyphenol,…) nên lượng các tiền chất này càng nhiều thì quá trình tạo ra hương vị ca cao càng tốt và hạt ca cao càng có chất lượng cao

Nội nhũ

Trong nội nhũ

Đường đơn

Tiền hương vị chocolate

Hình 2.5 Những biến đổi sinh hóa trong suốt quá trình lên men

( Nguồn: Hylayat, 2007)

2.2.1.2 Những phản ứng tạo màu bên trong các mô của phôi nhủ

Các mô của phôi nhủ do hai loại tế bào tạo thành: tế bào chứa các polyphenol và purin (Theobromine và cafeine) và các tế bào dự trữ không có màu sắc, chứa bơ ca cao, hạt tinh bột, protein và các enzyme Vách tế bào trở nên thấm ướt khi hạt ca cao đã chết Do đó các chất trong tế bào có thể khuếch tán qua các

mô Những enzyme của tế bào dự trữ được tiếp xúc với những polyphenol của tế bào sắc tố Trong các polyphenol (tanin, catechin, anthocyan, leucoanthocyan), các sắc tố anthocyan được thủy phân thành chất không màu, những chất này sau khi bị oxy hóa sẽ có màu nâu đặc biệt (màu nâu ca cao) Anthocyan phân hủy tương đối nhanh Những phức chất phenolic khác ở các mô của phôi nhủ mất đi một phần bằng con đường thẩm thấu qua lớp vỏ hạt Mặt dù oxydase nằm trong mô của phôi nhủ, phần không thủy phân của các polyphenol chỉ bị oxy hóa khi đưa ra ngoài không khí Sau giai đoạn yếm khí các phản ứng thủy phân phát triển, giai đoạn hiếu khí thứ hai bắt đầu vào cuối đợt lên men và tiếp tục trong quá trình phơi khô Trong giai đoạn thứ hai này, các phản ứng oxy hóa tác động vào tất cả các phức phenolic, trong đó có cả các sản phẩm của chất anthocyan đã bị phân hủy Lúc bấy giờ phôi nhủ chuyển qua màu nâu, vị chát cũng giảm đi nhiều Bớt chát là một đặc điểm của

ca cao lên men tốt

Hình 2.6 Những thay đổi bên trong nội nhũ hạt ca cao trong quá trình lên men

(Nguồn: Hylayat, 2007)

2.2.1.3 Mùi vị của chocolate

Quá trình lên men và sấy khô ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển mùi và vị chocolate của hạt ca cao khô Nhưng thực sự rằng sự phát triển mùi và vị của hạt chủ yếu bị ảnh hưởng bởi quá trình rang

Mùi thơm của ca cao được sinh ra bởi một chất dầu thơm là cacaool, chất này chỉ hiện diện với một lượng rất nhỏ: mỗi tấn hạt ca cao chỉ chứa khoảng 25ml cacaool Khi được lên men thích hợp, hạt ca cao sẽ có mùi thơm dễ chịu và có pH trong khoảng 6 và 7 Các hạt không qua lên men phần lớn sẽ giữ lại hương vị chất đắng của hạt tươi và chỉ có rất ít hoặc không có mùi thơm chocolate Đó cũng là tương quan xác định giữa mùi thơm và pH: khi pH càng thấp (chua) thì mùi thơm càng kém

2.2.2 Một số phương pháp lên men hạt ca cao

2.2.2.1 Ủ đống (fermentation in heap)

Hạt ca cao được đổ thành hình nón trên lớp lá chuối được xếp trên mặt đất Bên dưới lá chuối kê các cành cây để tạo độ thoáng và giúp dịch nhầy chảy ra dễ

dàng Ủ kín bằng lá chuối trên bề mặt khối hạt nhằm giữ hơi nóng trong suốt thời gian ủ Nếu trời lạnh có thể phủ thêm lớp bao gai Đống hạt có thể từ 25 – 2.500kg hạt tươi

Ủ đống là phương pháp phổ biến được các nông hộ nhỏ tại Ghana, nhiều nước sản xuất hạt ca cao tại Châu Phi và khu vực Amazon của Brazil thực hiện Thời gian ủ đống khoảng 4 đến 7 ngày (Michael P.Doyle et al., 2001).

Ủ đống có ưu điểm là không dùng dụng cụ đặc biệt, phù hợp với nhiều khối lượng khác nhau

2.2.2.2 Ủ thùng (fermentation in box)

Ca cao được chứa trong thùng gỗ có đục lỗ ở đáy Chiều dài và rộng của thùng có thể thay đổi tùy theo lượng hạt nhưng chiều cao khối hạt không nên vượt quá 50cm Khối lượng ủ từ 50 – 1.000kg

Thùng được kê cao 20 – 30cm cho thoáng nước và nước trong thùng ủ thoát

ra được Phải giữ nhiệt độ trong thùng khoảng 50oC và cứ hai ngày một lần trộn hạt cho điều Nếu có nhiều thùng thì việc trộn đống ủ thường dễ dàng hơn: sau khi ủ hai ngày trong thùng thứ nhất, sang hạt qua thùng thứ hai (vừa sang vừa chú ý trộn đều hạt) Hai ngày sau sang qua thùng thứ ba ủ tiếp trong hai ngày nữa Trong hai ngày này cần bắt đầu chú ý xem hạt đã ủ đúng mức chưa tức là hạt đã đạt màu nâu sẫm ở ngoài và màu tím đậm bên trong (Nguyễn Minh Thủy, 2000).

Trong khi ủ cần lưu ý, đối với giống Forastero và Trinitario thường ủ khoảng

3 - 7 ngày, còn giống Criollo chỉ cần ủ 2 - 3 ngày là được

2.2.2.3 Ủ thúng (fermentation in basket)

Lót lá chuối quanh thúng tre, nếu lớp lá chuối dày cần thiết phải xoi lỗ để nước dễ thoát ra khỏi thúng trong quá trình lên men Ủ thúng sử dụng khi có khối lượng hạt nhỏ

Trong cách ủ thúng và ủ đống, ở lớp trên khối hạt luôn duy trì nhiệt độ khoảng 45 – 50oC Nếu lượng hạt dưới 10kg thì phải ủ kỹ đống ủ sau khi nén thật chặt Cần thiết phải duy trì nhiệt độ đống ủ nếu thời tiết lạnh

Sau khi ủ độ 5 – 7 ngày, nếu ủ đúng cách và đúng mức thì các hạt ca cao đều

có màu nâu sậm Ngược lại nếu ủ không đúng cách thì các hạt ở phía bên ngoài có màu nâu, phía trong hơi trắng và giữa đống ủ các hạt càng trắng hơn Có thể hạt còn

có màu đen, nấm mốc phát triển và hạt xuất hiện mùi amoniac khi thời gian ủ quá mức

Hình 2.7 Hệ thống thùng ủ cho nhiều lần đảo trộn (A), đảo trộn để cho khối hạt điều và cung cấp oxy cho quá trình lên men hiếu khí (B), thùng được xếp thành bậc thang để dễ đảo trộn khi lên men quy mô lớn (C), các lỗ dưới đáy thùng để thoát dịch ca cao từ cơm nhầy (D), thúng ủ được đậy bằng lá chuối để giữ nhiệt (E) khối ca cao được lót lá chuối tiến hành ủ

2.2.3 Một số nghiên cứu có liên quan đến nội dung đề tài

2.2.3.1 Nghiên cứu trong nước

“Khảo sát ảnh hưởng của quá trình ủ lên men đến chất lượng hạt ca cao”, Luận văn Thạc sỹ của Vương Thanh Tùng, Đại học Cần Thơ, năm 2005 Trong luận văn này tác giả khảo sát quá trình lên men trong điều kiện tự nhiên, với nhiệt độ lên men khối ca cao là 44,7oC, và các thông số để đạt được chất lượng hạt ca cao lên men tốt nhất ở quy mô phòng thí nghiệm (4 kg hạt ca cao tươi): nhiệt độ môi trường lên men là 40oC, độ ẩm nguyên liệu 82%, thời gian lên men 7 ngày

“Nghiên cứu phân lập và định tên một số nòi nấm men trong quá trình lên men hạt ca cao Quãng Ngãi”, Trần Xuân Ngạch - Lê Thị Liên Thanh - Trường Đại

học Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng; Nguyễn Thị Hoài Trâm - Viện Công nghiệp Thực

phẩm, năm 2002 Đề tài đã định danh được 4 loại nấm men: Hansenia spora uvarum, Galactomyces reessii, Candida Sorboxylosa, Candida fructus

“Ảnh hưởng công nghệ ủ hạt cacao Quảng Ngãi đến chất lượng hạt”, Luận

văn Thạc sỹ của Trần Xuân Ngạch, Đại học Đà Nẵng, năm 1997

2.2.3.2 Nghiên cứu của nước ngoài

“The Microbiology of Cocoa Fermentation and its Role in Chocolate Quality” Vi sinh vật trong lên men ca cao và vai trò của nó đối với chất lượng

chocolate Nghiên cứu của Schwan, Rosane F and Wheals, Alan E, được đăng trên

báo Criticial reviews in Food Science and Nutrition, số 44, trang 205 - 211, tháng 7

- 8, năm 2004: nhiệt độ lên men 50oC vi sinh vật lên men tốt, làm chết tử diệp và tạo ra những tiền hương vị chocolate

“The microbial ecology of cocoa bean fermentations in Indonesia” Sinh thái

học của vi sinh học của vi sinh vật lên men hạt ca cao Indonesia Tác giả

M.Ardhana, G H F., được đăng trên báo International journal of food microbiology, số 86, trang 87 - 89, năm 2003

“Study on the microflora and biochemistry of cocoa fermentation in the Dominican Republic” Nghiên cứu vi sinh vật và sinh hóa trong lên men ca cao tại

Cộng Hòa Dominican Bài của Sandra Lagunes Gálvez và cộng sự, được đăng trên

báo International journal of food microbiology, số 114, trang 124 - 130, năm 2007

Tác giả tìm ra được nhiệt độ lên men trung bình cao nhất là 51oC sau 48 giờ và pH đạt 4,5 sau 144 giờ Đường glucose, fructose và axit citric giảm có ý nghĩa sau 48 giờ lên men

2.3 SẤY HẠT CA CAO BẰNG MÁY SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha lỏng trong vật liệu thành pha hơi và khuếch tán ẩm này ra môi trường ngoài thông qua tác nhân sấy

Trong lĩnh vực sản xuất thường áp dụng biện pháp sấy nhân tạo

2.3.2 Hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời

Sử dụng các điều kiện có sẵn trong tự nhiên để làm tác nhân sấy (nguồn nhiệt của ánh sáng mặt trời) Phương pháp này dễ thực hiện ít tốn chi phí đầu tư

Trong thiết bị sấy dùng năng lượng mặt trời, nhiệt được cung cấp bởi việc hấp thu trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời của máy sấy Hơi nước sinh ra được mang đi bởi không khí thổi ngang qua vật sấy Không khí chuyển động được là nhờ quá trình đối lưu tự nhiên hoặc do quạt thổi cưỡng bức

Ở vùng Đồng bằng Sông Cửu Long, thời tiết thường ẩm và mưa nhiều vào mùa mưa Phương pháp phơi hạt truyền thống gặp phải vấn đề là hạt ca cao phải di chuyển ra vào khi trời mưa và thời gian ban đêm Hơn nữa, với cách phơi trên các

rổ hoặc xề thì phải thường xuyên di chuyển đến những chỗ có ánh nắng mặt trời Khi vào mùa mưa nhiều, ca cao không thể được làm khô một cách hoàn toàn bằng cách phơi nắng và thường bị nhiễm nấm mốc Điều này dẫn đến việc làm giảm chất lượng ca cao và giá bán cũng bị giảm

Các vấn đề này có thể được khắc phục thông qua việc sử dụng thiết bị sấy ca cao bằng năng lượng mặt trời (hình 2.8A) Thiết bị này sử dụng các khối đá được sơn màu đen để hấp thu năng lượng mặt trời và cung cấp hơi nóng vào buồng sấy Chúng cũng có một mái che để có thể hạ thấp xuống khi trời mưa và vào ban đêm nên không cần phải vận chuyển hạt ra vào trong suốt quá trình sấy Do đó thời gian

và công lao động cho quá trình làm khô hạt cũng được giảm xuống Lượng hạt ca cao ướt được khuyến cáo là không quá 100kg trên 1m2 sàn sấy (Hà Thanh Toàn et al., 2008). Lượng hạt lớn hơn thì ca cao có thể bị nhiễm nấm mốc

Hình 2.8 Thiết bị sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời (A), phơi hạt ca cao trên các tấm

đệm (B), phơi hạt ca cao trên nia và có các giàn phơi (có thể đậy bằng các tấm nhựa khi trời

mưa) (C), phơi hạt ca cao trên các vĩ tre ở Bến Tre (D), líp phơi với thanh ngang ở giữa tạo dốc nghiêng nhằm tránh đọng nước khi phủ tấm ni lông lúc trời mưa ở Indonesia (E), phên phơi cơ động ở Brazil (F)

D

C

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1.1 Thời gian, địa điểm

Thời gian: từ ngày 02/02/2009 đến ngày 03/5/2009

Địa điểm:

- Cơ sở thu mua và lên men ca cao Nguyễn Thị Hồng Lẫm (Năm Sương) tại

ấp An Phú, xã An Khánh, huyện Châu Thành, tỉnh Bến Tre

- Phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học Thực phẩm, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, trường Đại học Cần Thơ

- Đĩa petri, bình cầu 250ml

- Ống đong, pipette các loại

- Đũa thủy tinh

- Thùng lên men 100kg hạt tươi (hình 2.9)

Hình 3.1 Thùng lên men 100kg hạt tươi

− Máy sấy năng lượng mặt trời

Bảng 3.1 Các thông số chính của các thiết bị sấy ca cao bằng năng lượng mặt trời

Suntuf - Israel hoặc

3.1.5 Nguyên liệu

Hạt ca cao tươi được mua tại nông hộ tiến hành thí nghiệm

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 3.2.1 Phương pháp phân tích hóa lý

Bảng 3.2 Phương pháp phân tích hóa lý được mô tả ở bảng sau

1 Hàm lượng ẩm Nghiền nhỏ mẫu và sấy mẫu ở 100 ÷ 105 o C

đến khối lượng không đổi

2 Hàm lượng Lipid Nghiền nhỏ mẫu, sử dụng ether dầu hỏa trích

ly béo bằng hệ thống Soxhlet

3 Axit tổng Nghiền nhỏ mẫu, sử dụng nước cất để hòa

tan axit trong mẫu Chuẩn độ axit bằng dung dịch NaOH 0,1N chuẩn đến pH = 8,2 (điểm chuyển màu của Phenolphtalein)

5 Hàm lượng tanin Nghiền nhỏ mẫu, sử dụng nước cất để hòa

tan axit trong mẫu Kết tủa tananh dưới dạng kẽm tanat, tiếp đó đẩy axit tanic ra thể tự do bởi axit sulfuric, rồi định lượng axit bằng kali pecmanganat với indigo cacmin làm chỉ thị màu

3.2.2 Phương pháp đánh giá cảm quan

− Cắt hạt (cut test)

− Hàm lượng vỏ (%, shell content)

− Đếm số hạt trên 100g hạt khô (bean count)

3.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm ủ hạt ca cao trong điều kiện qui mô nông hộ được bố trí như sau:

Tách hạt

Ủ

Phơi hoặc sấy

Hạt sau khi phơi

Nhiệt độ Độ ẩm pH, TA

Nhiệt độ Độ ẩm pH, TA, Tanin

Giải thích qui trình thí nghiệm:

Thu hoạch trái

Sau khi hạt được gieo trồng, cây ca cao thường mất khoảng 2 năm để bắt đầu cho trái chính vụ Trong quá trình thu hoạch, chỉ nên hái các trái ca cao chín bởi vì hạt từ trái ca cao chưa chín sẽ không được lên men hoàn toàn Trái bị hư tổn hoặc bị nhiễm nấm mốc nên được loại Tốt nhất nên thu hoạch ca cao thường xuyên để tránh trái ca cao bị quá chín

Tồn trữ trái

Sau khi thu hoạch, trái ca cao nên được tồn trữ Trái ca cao tốt nhất nên được tồn trữ ở nơi thoáng mát, khô ráo và tránh được mưa bởi vì như vậy có thể làm giảm khả năng xâm nhiễm của nấm mốc Các trái ca cao đã bị nhiễm mốc nên được tách

ra và kiểm tra cẩn thận khi tách hạt, nên loại bỏ các hạt đã bị nhiễm bệnh Trái ca cao thông thường được tồn trữ trong khoảng từ 7 đến 9 ngày hoặc lâu hơn Khi trái

ca cao sẵn sàng để lên men, có thể nghe và cảm thấy được sự di chuyển của hạt bên trong khi lắc trái Điều đó cho thấy sự mất ẩm của trái đủ để cho phép quá trình lên men diễn ra tốt

Lên men (ủ) ca cao

Quá trình lên men (ủ) ca cao có thể được tiến hành bằng nhiều phương pháp Các phương pháp được dùng để ủ hạt bao gồm: ủ thúng/ cần xé, ủ đống và đậy bằng

lá chuối và ủ thùng

Trong tất cả các trường hợp, phía dưới đáy và xung quanh thúng/ cần xé và thùng nên được bao phủ bằng lá chuối Tuy nhiên, lá chuối phía dưới đáy không nên quá dầy và nên được cắt thành hình răng lược để đảm bảo dịch từ cơm nhầy được thoát tốt Sự thoát dịch từ phần cơm nhầy không tốt sẽ làm cho quá trình lên men không được tốt Phần phía trên của khối ca cao lên men cũng nên được đậy bằng lớp lá chuối hoặc bao đay Hạn chế sự xâm nhập quá nhiều của không khí vào

khối ca cao lên men cũng tránh sự mất ẩm quá nhanh Nếu độ ẩm bị mất đi quá nhiều thì ca cao cũng sẽ không lên men hoàn toàn Một lý do khác của việc lót xung quanh thúng/ cần xé và thùng và đậy phía trên khối ca cao lên men đó là vấn đề mất nhiệt trong quá trình lên men Điều đó chính là nguyên nhân dẫn đến việc không đạt được nhiệt độ yêu cầu của một quá trình lên men tốt Bao đay giữ nhiệt tốt hơn so với lá chuối, do đó bao đay hoặc kết hợp bao đay và lá chuối được đề nghị sử dụng đậy khối ca cao trong quá trình lên men

Đối với tất cả các phương pháp lên men, hạt ca cao nên được đảo trộn ở các ngày khác nhau Đảo trộn hạt có nghĩa là hạt ca cao được trộn bằng xẻng hoặc bằng tay nhằm giúp cho không khí đi vào bên trong khối ca cao và giúp cho sự lên men diễn ra đồng đều Khi không khí đi vào bên trong khối hạt ca cao, là kết quả của quá trình đảo trộn hạt, mức độ lên men sẽ gia tăng và nhiệt độ sẽ tăng nhanh chỉ trong vài giờ sau đó Thông thường, hạt chỉ cần được đảo trộn ở ngày thứ hai của quá trình lên men Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tăng quá chậm, có thể gia tăng số lần đảo trộn, chẳng hạn ở ngày thứ ba hoặc thứ tư, như vậy sẽ giúp cho nhiệt độ tăng lên

Sấy hạt ca cao

Sấy là một khâu quan trọng trong quá trình sơ chế ca cao bởi vì có nhiều phản ứng hoá học được cho là sản sinh ra hương vị tốt cho ca cao vẫn còn tiếp diễn trong suốt quá trình sấy Tốt nhất ca cao nên được làm khô trong khoảng từ 5 đến 7 ngày Khoảng thời gian này đủ cho phép axit được bay hơi ra khỏi hạt và sản xuất được hạt ca cao có độ axit thấp và có hương vị tốt Nếu quá trình làm khô kéo dài hơn 7 ngày, sự nhiễm nấm mốc có thể xảy ra, điều này dẫn đến giảm chất lượng hạt

và các nhà thu mua sẽ mua với giá thấp

Trong quy trình này ta sử dụng thiết bị sấy ca cao bằng năng lượng mặt trời

do dự án CARD đang được áp dụng cho một số nông hộ tại Bến Tre

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình ủ

• Mục đích

Nhằm khảo sát sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, pH, axit tổng, tanin của quá trình lên men theo phương pháp lên men ca cao ở qui mô nông hộ, làm cơ sở để đánh giá chất lượng hạt khô theo phương pháp lên men ca cao ở qui mô gia đình

• Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 1 nhân tố và 3 lần lặp lại

Nhân tố A: thời gian ủ

Ca cao sau khi thu hoạch, tách hạt và tiến hành ủ trong điều kiện tự nhiên Trong quá trình ủ tại các thời điểm 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ngày tiến hành đặt nhiệt kế Ghi lại các giá trị nhiệt độ bằng cách đọc các giá trị trên nhiệt kế Mỗi ngày ghi lại các giá trị nhiệt độ 2 lần, mỗi lần ở 3 vị trí khác nhau vào 2 thời điểm khác nhau trong ngày (8h, 16h) và tính giá trị trung bình cho mỗi ngày Đồng thời tiến hành lấy mẫu để phân tích ẩm, pH, axit tổng (tính theo axit acetic), tanin

• Chỉ tiêu theo dõi

• Chỉ tiêu theo dõi:

Thí nghiệm được lặp lại 3 lần

• Tiến hành thí nghiệm

Với phương pháp ủ và sấy bằng máy sấy năng lượng mặt trời ta thu được hạt

ca cao khô theo quy trình sơ chế trên, và tiến hành đánh giá về một số chỉ tiêu cảm quan và các chỉ tiêu hóa lý dựa trên TCVN 7519 : 2005

• Chỉ tiêu theo dõi

Cảm quan

− Cắt hạt (cut test)

− Hàm lượng vỏ (%, shell content)

− Đếm số hạt trên 100g hạt khô (bean count)

Hóa lý

− Hàm lượng ẩm

− pH

− Axit tổng

3.3.4 Thí nghiệm 4: Tính hiệu quả kinh tế và hiệu suất thu hồi sản phẩm

Dựa trên qui trình ủ hạt của người dân địa phương dưới đây để tính được lợi nhuận thu được sau khi lên men 1 mẻ 400kg trái tươi

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 4.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HẠT CA CAO TƯƠI

Bảng 4.1 Kết quả phân tích thành phần hạt ca cao tươi (tính theo phần trăm trọng lượng tươi)

31,89 49,52 4,21 0,35

84,5 0,6 _ 0,7

35 31,3 5,2 0,6

*: thành phần của ca cao Tây Phi theo F.Hardy, trích dẫn bởi Nguyễn Minh Thủy, 2000

Dựa vào bảng 4.1 ta thấy hàm lượng chất béo của ca cao Bến Tre 49,5% cao hơn hàm lượng béo của ca cao Tây Phi 31,3%, gần bằng với ca cao Côte d’Ivoire 50% (Anvoh et al., 2009). Axit tổng của cơm nhầy trong ca cao Bến Tre 0,47%, ca cao Tây Phi 0,7% thấp hơn nhiều so với kết quả phân tích cơm nhầy của ca cao Brazil 1 – 3% (chủ yếu là axit citric) (Schwan et al., 2004). Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt trên nhưng chủ yếu là do sự khác nhau về khí hậu, kỹ thuật canh tác, giống và thời điểm thu hoạch của từng nơi Tỷ lệ giữa lớp cơm nhầy (chứa nhiều đường) và hạt ảnh hưởng đến lượng rượu sinh ra trong quá trình lên men Do đó sự khác nhau trên dẫn đến sự khác nhau về chất lượng hạt sau lên men và sấy giữa các vùng, khu vực trên thế giới như pH, hàm lượng vỏ, tổng số hạt trên 100g hạt khô,

4.2 SỰ THAY ĐỔI VỀ MẶT HÓA LÝ CỦA KHỐI HẠT TRONG QUÁ

TRÌNH Ủ

Nhiệt độ và ẩm độ có vai trò quan trọng đến sự tồn tại và phát triển của vi sinh vật Đặc biệt trong quá trình lên men ca cao, một quá trình lên men với sự phát triển của một chuỗi các vi sinh vật nối tiếp nhau thì nhiệt độ ở thời điểm ban đầu cũng như trong suốt quá trình lên men đều có ảnh hưởng rất rõ ràng đến quá trình ủ lên men và chất lượng hạt sau khi ủ