Công nghệ sản xuất bột ca cao

MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2 I. CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT 2 II. TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU 3 PHẦN 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO 4 A. QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO TRUYEN THỐNG 4 I. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 4 II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5 1. Quá trình phân loại và làm sạch 5 2. Quá trình rang 6 3. Quá trình tách vỏ cacao (winnowing) 9 4. Quá trình nghiền nhân cacao…………………………………………….11 5. Quá trình kiềm hóa 13 6. Quá trình ép bơ 15 7. Quá trình nghiền bột cacao………………………………………………18 8. Quá trình hoàn thiện sản phẩm…………………………………………..20 B. QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO THEO PHƯONG PHÁP NARS 22 I. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 22 II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 23 1. Quá trình xử lý nhiệt bằng tia hồng ngoại 23 2. Quá trình kiềm hóa 25 3. Quá trình rang nhân cacao 27 c. SO SÁNH ƯU VÀ NHƯỢC ĐlỂM CỦA 2 QUY TRÌNH 29 PHẦN 3: BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31 I. PHÂN LOẠI BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31 II. CHẤT LƯỢNG BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31 PHẦN 4: PHỤ LỤC - MỘT SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG CNSX BỘT CACAO HIỆN NAY 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu sử dụng để sản xuất bột cacao là cacao hạt đã qua quá trình lên men và phơi sấy. I. CẤU TẠO &TÍNH CHẤT Hạt cacao có kích thước khá lớn, dài từ 2-3cm, bên ngoài có một lớp vỏ mỏng chiếm khoảng 12% trọng lượng hạt, bên trong là phôi nhũ. Đối với hạt tươi thì phôi nhũ có màu trắng đến tím, vị đắng chát. Sau quá trình lên men và phơi sấy, vỏ hạt chuyển sang màu nâu sậm, đồng thời phôi nhũ cũng hình thành nên màu nâu đặc trưng của cacao, bên cạnh đó, vị đắng chát cũng giảm dần và được thay thế bởi các hương vị quyết định phẩm chất bột cacao thành phẩm. Bảng 1.1 - Thành phần hóa học của hạt cacao sau khi lên men và phơi sấy (theo ICCO) Thành phần Phôi nhũ (% tối đa) Vỏ (% tối đa) Nước 3,2 6,6 4- 8 Chất béo 57 5,9 Tro 4,2 20,7 Hàm lượng

MỤC LỤC

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2

I CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT 2

II TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU 3

PHẦN 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO 4

A QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO TRUYEN THỐNG 4

I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 4

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5

1 Quá trình phân loại và làm sạch 5

2 Quá trình rang 6

3 Quá trình tách vỏ cacao (winnowing) 9

4 Quá trình nghiền nhân cacao……….11

5 Quá trình kiềm hóa 13

6 Quá trình ép bơ 15

7 Quá trình nghiền bột cacao………18

8 Quá trình hoàn thiện sản phẩm……… 20

B QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO THEO PHƯONG PHÁP NARS 22

I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 22

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 23

1 Quá trình xử lý nhiệt bằng tia hồng ngoại 23

2 Quá trình kiềm hóa 25

3 Quá trình rang nhân cacao 27

c SO SÁNH ƯU VÀ NHƯỢC ĐlỂM CỦA 2 QUY TRÌNH 29

PHẦN 3: BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31

I PHÂN LOẠI BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31

II CHẤT LƯỢNG BỘT CACAO THÀNH PHẨM 31

PHẦN 4: PHỤ LỤC - MỘT SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG CNSX BỘT CACAO HIỆN NAY 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHẦN 1

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Nguyên liệu sử dụng để sản xuất bột cacao là cacao hạt đã qua quá trình lên men và phơi sấy

I CẤU TẠO &TÍNH CHẤT

Hạt cacao có kích thước khá lớn, dài từ 2-3cm, bên

ngoài có một lớp vỏ mỏng chiếm khoảng 12% trọng lượng

hạt, bên trong là phôi nhũ Đối với hạt tươi thì phôi nhũ có

màu trắng đến tím, vị đắng chát Sau quá trình lên men và

phơi sấy, vỏ hạt chuyển sang màu nâu sậm, đồng thời phôi

nhũ cũng hình thành nên màu nâu đặc trưng của cacao, bên

cạnh đó, vị đắng chát cũng giảm dần và được thay thế bởi

các hương vị quyết định phẩm chất bột cacao thành phẩm

Bảng 1.1 - Thành phần hóa học của hạt cacao sau khi lên men và phơi sấy (theo ICCO)

Thành phần Phôi nhũ (% tối đa) Vỏ (% tối đa)

Xơ 3,2 19,2

Phôi nhũ, phần chính để sản xuất bột cacao, bao gồm nhiều thành phần: chiếm hàm lượngcao nhất là chất béo, còn gọi là bơ cacao (có thể lên tới 57%), có nhiệt độ nóng chảy khá thấp(khoảng 34°C) và chỉ số iod (IV) từ 33-42 Một thành phần khác khá quan trọng trong hạtcacao là theo bromine, một hợp chất chứa nitơ công thức phân tử C7H8N4O2, có tác dụng tạo vịđắng đặc trưng cho cacao Ngoài hai thành phần quan trọng như trên, hạt cacao còn chứa tinhbột, protein, chất khoáng, xơ và một số thành phần khác

II CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU

Cacao hạt được phân loại theo trọng lượng (thường là trọng lượng của 100 hạt, 3.5oz) vàtheo hàm lượng hạt không đạt yêu cầu hay hạt khuyết tật, đó là những hạt bị mốc, chưa đượclên men, các hạt bị sâu bọ tấn công, hạt bắt đầu nảy mầm, hạt lép (không có nhân bêntrong) Để kiểm tra hạt có khuyết tật hay không, người ta sử dụng phép kiểm tra vết cắt Người

ta cũng sử dụng cách này để đánh giá mức độ lên men của hạt cacao

Một số tiêu chí chọn hạt cacao nguyên liệu như sau:

 Hạt phải được lên men hoàn toàn

 Hàm ẩm trong hạt không được phép vượt quá 7,5%

 Hạt phải đồng đều về kích cỡ, không có hạt dính đôi, dính ba

 Nguyên liệu không được chứa hạt mốc: hàm lượng hạt mốc lên đến 3% có thể tạo ra mùimốc khó chịu cho bột cacao thành phẩm

 Hạt không bị côn trùng tấn công: côn trùng làm tổn thất nguyên liệu, gây nhiễm bẩn bởichất thải của chúng

 Nguyên liệu không chứa hạt nảy mầm trước khi lên men vì các hạt nảy mầm sau khi sấykhô, mầm bị tách ra, tạo một lỗ hổng khiến cho côn trùng và nấm mốc dễ dàng thâmnhập vào nguyên liệu Nguyên liệu cũng không được chứa hạt nám, ám khói, hạt lép vàcác loại tạp chất lạ (như mạt sắt, )

 Khối lượng nhân bên trong hạt cũng là một chỉ tiêu quan trọng: hạt phải chắc, chứanhiều nhân bên trong Bên cạnh đó, hàm lượng bơ cũng có ý nghĩa nhất định trong quytrình sản xuất (tuỳ thuộc vào yêu cầu của nhà sản xuất)

 Hạt không được có mùi lạ như mùi khói, mùi mốc hoặc mùi lên men, không có vị lạ như

chua acid, đắng gắt, vị khé hay các vị lạ khác.

PHẦN 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO

A - QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO TRUYỀN THỐNG (THEO PHƯƠNG PHÁP KIỀM HOÁ CACAO KHỐI)

Hình 2.1 - Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cacao theo phương pháp kiềm hoá dịch

cacao

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1.1 Mục đích quá trình

Quá trình này có mục đích chuẩn bị cho các công đoạn tiếp theo trong dây chuyền công nghệ(rang, nghiền ,tách vỏ ) nhằm loại bỏ các tạp chất lẫn trong đống hạt cacao sau khi lên men vàsây từ các cơ sở cung cấp Các tạp chất thường là cát, đá, gỗ vụn, cao su, mảnh kim loại, vụnthuỷ tinh, vải sợi từ các bao vận chuyển Việc loại bỏ các tạp chất này rất cần thiết để đảm bảoyêu cầu về chất lượng của hạt khi nghiền và tách vỏ cũng như chống những tác động cơ học (vađập, xay xát ) làm giảm tuổi thọ của các thiết bị trong các quá trình xử lý sau này

1.2 Các biến đổi xảy ra trong quá trình

Chủ yếu là thay đổi tỉ trọng của nguyên liệu do tạp chất bị loại bỏ

1.3 Hệ thống phân loại và làm sạch

Làm sạch bao gồm một loạt các thao tác liên tục, trong đó có các hệ thống sàng nhiều cấp đểloại các tạp chất kích thước khác nhau, dùng từ trường để loại mạt sắt, sử dụng phương pháprung và khí động dựa trên tỷ trọng để tách đá, bụi và vỏ

Nguyên lý hoạt động:

Dòng hạt ca cao 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, những tạp chất kích cỡ lớn như mảnh gỗ, cao su, cỏ

bị giữ lại và loại bỏ theo đường (B) Những hạt qua được sàng này sẽ rơi xuống sàng dưới Tạiđây, những tạp chất nhỏ hơn (cát, ) cũng được thải bỏ qua các khe của sàng Đặt biệt, các tạpchất nhẹ (bụi, vỏ khô ) bám lên trên bề mặt đống hạt cũng được tách nhờ hệ thống quạt thổiliên tục đặt ở đầu ra của sàng dưới

Sau khi đã được phân loại sơ bộ, dòng hạt ca cao tiếp tục được vận chuyển đến thiết bị

phân loại từ tính để loại bỏ những mảnh sắt vụn lẫn bên trong đống hạt.

Giai đoạn cuối cùng của quá trình làm sạch chính là quá trình phân loại dựa trên sự sai khác

về tỉ trọng của các phần tử trong đóng hạt còn gọi là phương pháp phân loại bằng trọng lực.

Mục đích của quá trình này nhằm loại bỏ những tạp chất vẫn còn sót lại trong đống hạt (do cókích thước xấp xỉ với hạt cacao hay do quá trình phân ly ở trên chưa triệt để ) Khi đó, dòng

hạt ca cao được đưa đến một bề mặt có đục lỗ và được đặt nằm nghiêng so với mặt đất Khôngkhí sẽ được thổi qua những lỗ này từ dưới lên trên vuông góc với bề mặt sàn kết hợp vớichuyển động rung lắc có tác dụng làm cho khối hạt tung lên trên Dòng cacao có trọng lượngnhỏ chịu tác dụng của khí thổi sẽ chuyển động về phía cuối của sàn (vị trí thấp), trong khi đónhững tạp chất có trọng lượng lớn hơn không chịu tác dụng của khí thổi sẽ chuyển động theochiều ngược lại ra ngoài.

Sơ đồ hệ thống thiết bị như sau:

Hình 2.2 - Sơ đồ hệ thống làm sạch cacao

2.1 Mục đích

Rang là một quá trình cung cấp nhiệt liên tục trong một khoảng thời gian vừa đủ để không

EDòng thu hồi mạt sắt

F Dòng tạp chât có khối lượng riêng lớn đá vụn, thúy tinh

làm cháy lớp vỏ hạt mà chỉ làm nóng đều đặn hạt nhằm mục đích là:

 Mục đích chuẩn bị: tăng độ phồng nở của hạt, thay đổi cấu trúc vỏ từ đó làm yếu đi liênkết giữa vỏ và nhân cacao giúp cho hạt cacao dễ bị tách vỏ hơn Đồng thời quá trình nàygóp phần làm giảm bớt ẩm của nguyên liệu xuống 2,5-5% tăng hiệu suất cho quá trìnhnghiền thô

 Mục đích chế biến: biến đổi những hợp chất màu và mùi có sẵn trong cacao làm cho cácsản phẩm chế biến từ cacao có màu sắc, mùi thơm và hương vị đặc trưng

 Mục đích bảo quản: góp phần vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật có hại

Mức độ rang phụ thuộc vào loại hạt và mục đích sử dụng của sản phẩm

2.2 Các biến đổi xảy ra trong quá trình

2.2.1 Biến đổi vật lý

 Nhiệt độ của khối cacao tăng lên kèm theo quá trình thoát ẩm làm giảm tỉ trọng hạt

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

2.2.2 Biến đổi hoá học

 Phản ứng tạo màu do các hợp chất polyphenol và anthocyanin bị oxy hoá chuyển thànhhợp chất flobaphen (màu nâu đỏ)

 Sự giảm hàm lượng chất chát (sản phẩm ngưng tụ catechin hình thành sau quá trình lênmen): sau khi rang còn lại 2-3%

 Phản ứng Maillard (phản ứng hoá nâu không enzyme): các amino acid và đường khử tácdụng với nhau tạo ra sản phẩm melanoidin có màu nâu và hương vị đặc trưng

 Một số protein bị biến tính bởi nhiệt độ

2.2.3 Biến đổi hoá lý

 Âm khuếch tán từ trong lòng hạt ra bề mặt vỏ và bay hơi làm hàm ẩm của hạt giảmxuống còn 2,5-5%

 Các acid dễ bay hơi và tạo mùi không mong muốn như acid acetic sẽ giảm đáng kể trongsuốt quá trình rang

 Một lượng nhỏ bơ cacao bị chuyển thành thể lỏng khuếch tán ra ngoài vỏ

2.2.4 Biến đổi hoá sinh và sinh học

Đình chỉ hoạt động của các vi sinh vật và enzyme có trong hạt

2.2.5 Biến đổi cảm quan

❖ Màu sắc: quá trình rang tạo màu nâu đặc trưng cho cacao (thông qua phản ứng maillard

và oxi hoá polyphenol)

❖ Mùi vị: một số cấu tử hương sẽ được hình thành ở nhiệt độ này, ví dụ như các aldehyd,

ester Nhiều hợp chất dễ bay hơi như acid acetic, aldehyd, keton, rượu, ester phân tử lượngthấp có mùi vị không mong muốn sẽ bị loại bỏ

2.3 Các yếu tô ảnh hưởng

 Phương pháp rang: gián đoạn và liên tục

■ Gián đoạn-, năng suất thấp, chất lượng sản phẩm không đồng đều giữa các mẻ.

Thích hợp với sản xuất quy mô nhỏ

■ Liên tục: năng suất 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

 Thiết bị rang dạng trống quay và dạng trụ đứng: ở dạng trống quay, chất lượng cacaosau rang sẽ ổn định hơn do khối hạt cacao được gia nhiệt đồng đều hơn

 Độ đồng đều của khôi hạt: hạt đồng đều (về kích thước, khối lượng, độ ẩm ) thì truyềnnhiệt tốt hơn

 Nhiệt độ và thời gian là nhân tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của hạt Vìvậy việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian tối Ưu cho quá trình rang còn tùy thuộc vào mụcđích sử dụng ca cao thành phẩm về một số chỉ tiêu cảm quan (màu, mùi ) thích hợp

 Độ ẩm: ẩm trong hạt càng lớn thì thời gian rang càng kéo dài

Bảng 2.1 - Nhiệt độ và thời gian tối ưu để hình thành một số chỉ tiêu cảm quan

5 Vị cháy khét (burnt flavor) giảm tối đa 10 120

2.4 Thiết bị rang hạt gián đoạn

Cấu tạo thiết bị rang phải đảm bảo sao cho hạt không bị lẫn với các phần bị cháy xém củanguyên liệu cũng như nhiên liệu đốt Bên cạnh đó, thiết bị cũng phải được thiết kế sao cho dễthu hồi các acid dễ bay hơi, ẩm và các sãn phẩm phân huỷ khác

Thông thường, hạt cacao được rang trong thiết bị rang hạt (khác với thiết bi rang nhân) Thiết

bị này có thể được gia nhiệt trực tiếp bằng cách thổi dòng khí nóng đi qua khối hạt hoặc giántiếp thông qua gia nhiệt từ bên ngoài lên vỏ thiết bị Thường được sử dụng nhất là các thiết bịrang dạng trống hình trụ tròn nằm ngang có thể rang cacao ở cả hai dạng nhân và hạt, trống này

có thể xoay quanh trục cố định để gia nhiệt đồng đều hơn Quá trình rang thường được kết hợpvới quá trình tiệt trùng nhờ vào việc kiểm soát độ ẩm trong trống rang cho phép đạt được mức

độ tiêu diệt vi sinh vật tốt nhất Sau khi quá trình rang hoàn tất, dòng hạt được đưa vào khoangdẫn có bố trí quạt làm nguội - trong trường hợp rang nhân - trước khi được đưa vào máynghiền

a: Phếu nhập liệu Trống rang; b: ống dẫn dung dịch (kiềm, phụ gia : vào trống rang – sử dụng cho quá trình rang nhân; c Bộ phận

gia nhiệt cho khí hay dầu; e: Khoang làm nguội

Hình 2.3 - Thiết bị rang cacao gián đoạn

3 QUÁ TRÌNH TÁCH VỎ CACAO (WINNOWING)

3.1 Mục đích công nghệ

Mục đích chuẩn bị: sau quá trình rang, liên kết giữa phần vỏ ngoài và nhân hạt cacao đã đượclàm yếu đi do sự thoát ẩm Vì vậy, quá trình này nhằm mục đích chính là loại bỏ lớp vỏ cũngnhư loại hết các tạp chất không mong muốn trong quy trình sản xuất bột cacao (đặc biệt là lớpnhớt còn sót do có lẫn cát ảnh hưởng đến quá trình nghiền sau này)

Vỏ tách ra khỏi nhân càng triệt để càng tốt, vì thế cần phải có những quá trình xử lý trước khitách vỏ như xử lý hồng ngoại hoặc rang Quá trình tách vỏ phải tiến hành ngay sau quá trìnhrang (khi hạt vẫn còn nóng) thì hiệu quả tách vỏ sẽ cao hơn

3.2 Các biến đổi xảy ra trong quá trình

Quá trình này gồm 2 quá trình nhỏ:

kết giữa lớp vỏ và nhân, do đó mà trong quá trình nghiền tách vỏ này, hạt sẽ được chàxát 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 vỏ này đi Sau khi sàng, hạt sẽ được đưavào máy xát cấu tạo gồm hai con lăn có tiết diện hình lục giác quay cùng chiều để tung các hạtcacao va đập vào các tấm kim loại bên trong máy vỏ hạt sẽ được xé ra và cùng với nhân rơixuống hệ thống sàng có kết hợp phân ly nhờ khí động dùng quạt Hệ thống gồm nhiều sàng nốitiếp có chuyển động rung lắc Kích thước lỗ sàng nhỏ dần từ trên xuống dưới, vỏ và các mảnhvụn cũng như bụi sẽ được tách ra nhờ quạt hút Nhân sẽ rơi xuống dưới và đi ra ngoài

Các máy phân loại hiện nay chỉ có khả năng tách được khoảng 83% nhân, trong đó chứakhoảng 1,5-2% vỏ và một ít mầm

Hình 2.4 - Sơ đồ nguyên lý nghiền tách vỏ

4 QUÁ TRÌNH NGHIỀN NHÂN CACAO

4.1 Mục đích công nghệ:

Mục đích chuẩn bị cho quá trình kiềm hoá: quá trình nghiền làm giảm kích thước các mảnhnhân cacao, tạo nên một khối cacao ở dạng đặc, sệt gọi là cacao khối (cocoa mass) hay dịchcacao (cocoa liquor)

Mục đích chế biến: chuyển nhân cacao thành dạng bột của sản phẩm

4.2 Các biến đổi xảy ra

Do ma sát trong khỉ nghiền các tế bào trong hạt bị xé vỡ, đồng thời nhiệt độ khối nhân cacaotăng lên trên 34°c, bơ cacao dạng rắn bên trong các tế bào (hàm lượng tới 55%) được giảiphóng ra bên ngoài và chuyển sang dạng lỏng Các thành phần rắn còn lại tiếp tục giảm kíchthước cho đến khi toàn bộ khối nguyên liệu hình thành nên cấu trúc huyền phù dạng paste trong

đó pha lỏng là bơ cacao, pha rắn là tinh bột và protein

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng

Quá trình nghiền chịu ảnh hưởng của các yếu tố:

(1) Bộ phận nghiền cấp 1; (2) sàng; (3) Bộ phận nghiền câp 2; (5) Máng hứng nhân; (b)B phận phân phối lên sàng; (7) Động cơ sàng; (8) bộ phận hút vó và bụi; (9) Bộ phận lắng bụi; (10) Máng thu hồi vỏ; (11) Cyclone thu hồi vỏ; (12) Buồng tách tạp chất nhẹ (vó + bụi)

■ Phương pháp rang: quá trình rang không triệt để sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất tách vỏ, hệquả là một phần vỏ vẫn còn bám vào nhân làm giảm chất lượng sản phẩm sau nghiền.

■ Bản chất hạt: kích thước, hình dạng (sau rang và trước rang)

■ Độ ẩm: cao thì quá trình nghiền không tốt do hiện tượng dính khi nghiền

■ Hiệu quả của quá trình tách vỏ: hiệu suất tách vỏ cao thì hiệu suất nghiền cao và chấtlượng sản phẩm nghiền tốt

4.4 Thiết bị nghiền - máy nghiền thớt cối Triple Liquor Mill CMA

❖ Thông số kỹ thuật

■ Độ ẩm vào: 2 - 2,5%

■ Nhiệt độ nghiền: 34-35°C (trên nhiệt độ nóng chảy của bơ cacao).

■ Kích thước hạt sau nghiền: 50 - 500 µm

5 QUÁ TRÌNH KIỀM HOÁ

5.1 Mục đích công nghệ

Cũng như quá trình rang, quá trình kiềm hoá là một trong những khâu không thể thiếu đượctrong quy trình sản xuất cacao bao gồm các mục đích chính như sau:

 Mục đích chuẩn bị: tạo độ ẩm tối Ưu cho quá trình ép bơ

 Mục đích chế biến: quá trình kiềm hoá xảy ra các biến đổi quan trọng làm tầng cườngchất lượng bột cacao thành phẩm về màu (làm tăng màu nâu cho bột cacao), mùi, vị(tăng hương vị thơm ngon của bột cacao)

 Mục đích hoàn thiện: cải thiện chỉ tiêu cảm quan về màu, mùi, vị và khả năng hoà tancho bột cacao

5.2 Các biến đổi xảy ra

■ Nước hấp phụ từ ngoài vào trong khối cacao làm khối cacao mềm hơn, góp phầngiúp phản ứng trung hoà dễ dàng hơn

■ Ở nhiệt độ kiềm hoá cao, một phần nước trong dịch cacao sẽ bốc hơi

■ Các acid tự do không bay hơi còn lại như acid citric, acid tartaric, các acid béo sẽ

được trung hòa làm giảm độ chua của cacao.

■ Phản ứng Maỉllard tiếp tục xảy ra làm tăng giá trị cảm quan của bột cacao về hương

vị và màu sắc

■ Các hợp chất polyphenol bị chuyển hoá thành hợp chất quinon ngưng tụ làm cho bộtcacao sẫm màu hơn

ROH + OH-  RO- + H2OHợp chất mang gốc –O- mang màu chủ đạo trong dung dịch polyphenol, do đó khithêm dung dịch kiềm, cân bằng phản ứng dịch chuyển sang phải làm tăng cườngmàu nâu cho sản phẩm

■ Khử tanin làm giảm vị chát của bột cacao.

■ Một số protein bị phân huỷ thành các peptide và amino acid do nhiệt độ cao

■ Tạo màu nâu sậm đặc trưng

■ Tăng cường hương thơm cho cacao

■ Giảm vị chát, vị chua

5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kiềm hoá

 Nhiệt độ: cao thì thời gian rút ngắn Nếu nhiệt độ quá cao có thể thúc đẩy các phản ứng

diễn ra nhanh hơn với mức độ cao hơn làm ảnh hưởng sâu sắc đến màu sắc, hương vị vàmột số chỉ tiêu hoá học như pH, hàm lượng tro của cacao có thể làm giảm chất lượngcủa bột cacao thành phẩm

nhiệt độ cao và môi trường kiềm có thể gây nên các biến đổi hoá học như phản ứngthuỷ phân, oxi hoá protein và chất béo trong dịch cacao; các phản ứng chuyển màu làmcho bột cacao sẫm màu hơn; đồng thời tạo nên những hợp chất không mong muốn ảnhhưởng không tốt đến chất lượng bột cacao thành phẩm

thời gian kiềm hoá thích hợp Thường nhiệt độ kiềm hoá từ 80 - 115°C, thời gian kiềmhoá từ 25 - 60phút

 Hoá chất (K2CO3, Na2CO3, amoniac, muối amonium, Ca(OH)2): loại hoá chất và nồngđộ: thường được sử dụng nhất là K2CO3 Màu sắc của bột cacao phụ thuộc vào lượngkiềm sử dụng Kiềm (chiếm khoảng 2,5-6% khối lượng cacao nghiền) có tác dụng làmlàm tăng pH từ 4,5-5 đến 6,1 -8,5

Bảng 2.2 - Sự ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến chất lượng cacao thành phẩm

 Áp suất: càng cao thì bột cacao càng nâu (do nhiệt độ tăng).

5.4 Thiết bị kiềm hoá

Thiết bị kiềm hoá sử dụng là thiết bị hình trụ kiểu vỏ áo Tác nhân truyền nhiệt sẽ đi phía

vỏ, thường là hơi nước, nước nóng hoặc điện trở tuỳ thuộc bộ phận điều khiển nhiệt độ vỏ thiết

bị làm bằng thép không gỉ, bên trong có cánh khuấy để đảo trộn hỗn hợp giúp cho dung dịchkiềm và dịch cacao dễ dàng tiếp xúc và khuếch tán đồng nhất với nhau, tăng cường hiệu quảkiềm hoá Sau khi kiềm hoá, khí khô được sục vào để giảm độ ẩm đến 2%

Bằng cách điều chỉnh hai thông số cơ bẳn là nhiệt độ kiềm hoá và lượng kiềm sử dụng, nhàsản xuất có thể kiểm soát được độ màu, mùi của bột cacao theo mục đích sản xuất, ớ nhiệt độthấp, màu cacao sẽ nhạt và hơi nâu Khi gia tăng nhiệt độ lên cao, cacao sẽ chuyển màu nâuđậm và trở nên nặng mùi Ngoài ra, lượng kiềm sử dụng cũng ảnh hưởng nhiều đến màu sắccacao Càng kiềm tính, pH càng cao thì cacao càng sậm màu

5.5 Thông số kỹ thuật

 Nhiệt độ kiềm hoá: 80-11 5°c

 Thời gian kiềm hoá: 25-60 phút

 Hoá chất: K2CO3 hàm lượng 2,5-6% khối lượng cacao nghiền

 pH: tăng từ 4,5-5 đến 7,1-7,7

Hình 2.6 - Thiết bị kiềm hoá

6 QUÁ TRÌNH ÉP BƠ

6.1 Mục đích công nghệ

 Mục đích hoàn thiện: bột cacao thành phẩm cần phải có hương vị phù hợp và không

bị chảy lỏng ở nhiệt độ thường, trong khi đó chất béo trong cacao nghiền có nhiệt độnóng chảy thấp (chừng 34-35°C) Do vậy cacao nghiền sau quá trình kiềm hóa cầnphải được tách bớt béo nhờ giai đoạn ép bơ Sản phẩm của quá trình ép bao gồm bánh

và bơ cacao Ngoài ra, quá trình này còn tạo ra các loại sản phẩm với hàm lượng béokhác nhau phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau

 Mục đích khai thác: nhằm thu hồi lượng bơ cần thiết có trong cacao, phục vụ chocông nghệ sản xuất chocolate

 Mục đích bảo quản: ở góc độ cảm quan, bột cacao sau khi ép bơ có thể bảo quản đượclâu hơn do giảm được hiện tượng oxi hoá chất béo gây mùi khó chịu cho sản phẩm

Quá trình ép bơ sẽ được tiến hành qua máy ép thủy lực Qua quá trình này, dưới tác dụng củalực ép rất lớn ở áp suất và nhiệt độ cao, bơ cacao ở dạng lỏng sẽ bị tách ra khỏi hỗn hợp, làmcho hàm lượng chất béo trong cacao nghiền giảm từ 50-55% (nguyên liệu hạt) xuống còn 10-20%

 Bản chất nguyên liệu: hàm lượng bơ cacao có trong nguyên liệu

 Nhiệt độ: nhiệt độ cao thì bơ cacao ở dạng lỏng có độ nhớt thấp thuận lợi cho quá trìnhép

 Áp lực ép càng cao thì hiệu suất ép càng tăng nhưng khó tháo cacao ra khỏi khuôn

 Thời gian ép: thời gian ngắn thì hiệu suất ép giảm so với thời gian dài với cùng một áplực ép cố định do thời gian ép ngắn thì áp lực ép phải tăng đột ngột lên một giá trị lớnkhiến các mao quản trong khối cacao bị tắc làm giãm hiệu suất ép

 Phương pháp thực hiện: phương pháp ép đùn giúp tách triệt để bơ hơn phương pháp épthuỷ lực nhưng giá thành cao hơn Hàm lượng bơ cacao còn lại sau khi ép đùn là 8-9%

Thiết bị ép thủy lực được sử dụng ở quá trình ép này là loại thiết bị gồm 22 khung ép đặtđứng liên tiếp nhau Mỗi khung có một màng lọc bằng thép nằm ở đáy khung có thể tháo lắp

được và có khả năng chứa tới 1 8,1 5kg (40lbs).

Thiết bị được vận hành tự động Ban đầu, cacao nghiền ở nhiệt độ 90-1 oo°c sẽ được bơmvào với áp lực 21 kg/cm2, ở giai đoạn này thì một lượng bơ cacao tự do sẽ bị tách ra và thoátqua màng lọc Khi khung ép đã đầy thì bơm sẽ ngừng hoạt động Khi đó piston thủy lực sẽ làmviệc và tạo ra áp lực ép đến 420kg/cm2 Lúc này, bơ cacao sẽ thoát khỏi màng lọc và đi vào bồnchứa Khi đã tách được lượng bơ cacao theo đúng yêu cầu, piston thủy lực sẽ quay về vị trí banđầu, kết thúc việc ép Khung ép sẽ tự động được mở ra, bánh cacao sẽ rơi xuống băng tải (đặtsẵn bên dưới máy ép) và được chuyển tới si lo để làm nguội bằng không khí lạnh (hoặc đưa lênpallet để chuyển tới làm nguội trong phòng lạnh) rồi sau đó sẽ qua thiết bị nghiền để nghiềnbánh cacao thành bột cacao thành phẩm

(1) Bồn chứa dịch cacao; (2) Bơm nhập liệu; (3) Đường ống vận chuyển dịch cacao; (4) cân định lượng; (5) Bộ phận ép thủy lực;(6) Bể hứng bơ cacao; (7) Bơm bơ cacao; (8) Ống dẫn bơ; (9) Bồn chứa bơ cacao; (10) Băng tải vận chuyển bánh cacao; (11) Bộ điều khiển bơm thủy lực; (12) Ông

dẫn nước;(13) Bộ phận điều khiến điện tử.

Hình 2.7 - Sơ đồ máy ép thủy lực dùng đề tách bơ cacao

Hàm lượng béo của cacao được chỉnh dựa vào ba yếu tố là : thời gian ép, khôi lượng bột ép

và khoảng cách di chuyển của piston Nhìn chung đối với thiết bị ép trên, lượng bơ cacao vẫnkhông thể được tách ra hoàn toàn khỏi bột cacao, thấp nhất là 1 % béo vẫn còn trong bột cacao

6.5 Yêu cầu và thông số kĩ thuật

Với yêu cầu hàm lượng béo giảm còn 10-20% và sử dụng máy ép thủy lực:

 Nhiệt độ cacao khối trong quá trình này ở khoảng 90-100°C

 Áp lực ép từ 380-420 kg/cm2

 Ap lực bơm nhập liệu: 21 kg/cm2

 Thời gian ép: 15-30 phút

 Số khung ép: 22 khung

 Khối lượng cacao tối đa trong mỗi khung: 18,15 kg.

 Thời gian ép phụ thuộc vào hàm lượng béo cần giảm ở bột cacao là ít hay nhiều Với áplực ép 420kg/cm2 và phương pháp ép thủy lực, hàm lượng béo có thể giảm đến mức còn8%

7 QUÁ TRÌNH NGHIỀN BÁNH CACAO

Mục đích hoàn thiện: sau quá trình ép thuỷ lực để loại bớt bơ cacao, các hạt cacao và chấtbéo còn lại liên kết với nhau rất chặt tạo thành khối gọi là bánh cacao (cocoa cake) Vì vậy, quátrình này có mục đích đánh tơi khối bánh cacao thành những hạt nhỏ mà kích thước lớn nhấtbằng cỡ hạt đậu (< 5mm) Cacao sau khi được đánh tơi sẽ tiếp tục được làm giảm kích thướcnhờ máy nghiền búa

Độ mịn của bột cacao đã được quyết định bởi quá trình nghiền mịn trước đó, còn quá trìnhnghiền này không ảnh hưởng đến kích thước của hạt cacao mà chỉ có tác dụng xé nhỏ bánhcacao thành dạng bột

 Vật lý: bánh cacao sẽ bị nghiền thành dạng hạt có kích thước nhỏ hơn

 Hoá lý, hoá học: một số các glyceride có trong bơ cacao bị chảy lỏng và bị oxy hoá tạo

ra những màu sắc không mong muốn cho bột cacao

 Cảm quan: có thể làm thay đổi màu bột cacao thành phẩm

■ Bơ cacao còn lại trong bột có nhiệt độ nóng chảy 34°c, vì vậy nếu trong quá trình

nghiền, nhiệt độ tăng cao trên nhiệt độ này thì bơ cacao sẽ chảy lỏng, gây hiệntượng kết dính làm cho quá trình nghiền gặp khó khăn Hơn nữa, ở nhiệt độ dưới34°c, một số glyceride trong bơ cacao cũng có thể bị chảy lỏng và mặc dù bột

vẫn có thể đi qua máy nghiền nhưng chất béo trong bột ở dạng không ổn định sẽ

tạo ra những màu sắc không mong muốn và làm cho bột bị vón cục Đốì với bộtcacao có hàm lượng béo dưới 20% thì nhiệt độ làm nguội không cần chính xác

■ Màu sắc bột cacao: tuỳ vào mục đích sử dụng của bột cacao thành phẩm mà màu

sắc của bột quan trọng hay không Và màu sắc của bột cacao cũng bị chi phốimột phần bởi nhiệt độ của quá trình này.

 Thường thì nhiệt độ của bánh cacao nhập liệu trong khoảng 43-45°C, và bột cacao saukhi ra khỏi máy nhiền trong khoảng 21-24°C

trong khoảng 50-60% Độ ẩm không khí quá cao sẽ làm cho hạt cacao thành phẩm cóchứa hàm lượng nước lớn tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển Ngược lại, độ ẩm quáthấp sẽ làm cho các hạt cacao bị tích điện gây khó khăn cho việc đóng gói sau này Bêncạnh đó, không khí làm nguội phải sạch và không có mùi lạ

Sau khi đã được nghiền mịn thành dạng bột sẽ được cuốn theo dòng khí lạnh tuần hoàn đến 2tháp làm nguội (4) Tại đây, hỗn hợp bụi cacao sẽ trao đổi nhiệt gián tiếp với dung dịch nướcmuối thông qua lớp vỏ áo của tháp làm nguội

Cuối cùng, hỗn hợp bụi cacao sẽ được hút vào 2 cyclon (5) để thu hồi sản phẩm cacao ở dạngbột mịn

Hình 2.8 - Sơ đồ hệ thống thiết bị sản xuất bột cacao thành phẩm

7.5 Thông số kỹ thuật

 Nhiệt độ cacao nhập liệu: 43-45°C

 Nhiệt độ cacao tháo liệu: 21 -24°c

 Độ ẩm không khí làm nguội: 50-60%

 Nhiệt độ dung dịch nước muối làm nguội: -10°C

 Năng suất:

■ Cacao có hàm lượngbơ 1 0-12%: tối đa 700kg/giờ

■ Cacao có hàm lượngbơ 1 6-1 8%:tối đa 550kg/giờ

■ Cacao có hàm lượngbơ 22-24%: tối đa 450kg/giờ

 Công suất tải: 42kw

 Khôi lượng tổng cộng: 5875kg

 Diện tích mặt bằng cần thiết: 4000x7500mm

8 QUÁ TRÌNH HOÀN THIỆN SẢN PHẨM

8.1 QUÁ TRÌNH RÂY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

8.1.1 Mục đích

Hoàn thiện: sản phẩm sau quá trình nghiền bánh cacao là hỗn hợp các phần tử bột có hìnhdạng và kích thước khác nhau Quá trình rây nhằm phân chia sản phẩm bột nghiền ra từng loạitheo độ lớn

8.1.2 Thiết bị

Nguyên lý hoạt động

Nguyên tắc của thiết bị này là phân loại bột dựa vào sự khác nhau về kích thước dưới tácdụng lực cơ học Bột cacao sau nghiền được đưa qua thiết bị rây bao gồm nhiều rây được xếpsong song và chồng lên nhau Mặt rây có kích thước lỗ lớn đặt lên trên, kích thước lỗ nhỏ sẽđược đặt phía dưới Khi bột chuyển động từ trên xuống dưới ta sẽ thu được sự phân loại nhưmong muốn

Thông số công nghệ

Kích thước hạt tiêu chuẩn: 75pm ứng với lỗ rây có đường kính 200mesh

Thiết bị: Rây 3 cấp mã hiệu LK-600-3S.

Hình 2.9 - Thiết bị rây phân loại bột cacao

8.2 QUÁ TRÌNH BAO GÓI SẢN PHÂM

8.2.2 Thiết bị bao gói

Sử dụng thiết bị chuyên để đóng gói các loại bột

Hình 2.10 - Thiết bị bao gói sản phẩm dạng bột

B QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO THEO PHƯƠNG PHÁP NARS (NIBS, ALKALISATION, ROASTING AND STERILISATION)

I Quy trình công nghệ sản xuất

Hình 2.11 - Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột cacao theo phương pháp NARS

II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Điểm khác biệt cơ bản của hai quy trình là trạng thái của cacao trong mỗi quá trình xử lý ớquy trình (1), sau giai đoạn nghiền mịn, cacao đã ở dạng khối (cocoa mass), còn sang quy trình(2), các giai đoạn kiềm hoá, rang thì cacao ở dạng nhân (nib), chỉ sau khi nghiền rồi ép bơ sau

đó thì cacao mới chuyển sang dạng khối

Do đó, khi xây dựng quy trình này, chúng em chỉ trình bày những quá trình có bản chất vàbiến đổi khác với quy trình (1)

1 XỬ LÝ NHIỆT BẰNG TIA HồNG NGOẠI

Trong quy trình này quá trình tách vỏ diễn ra trước quá trình rang Do vậy, để tăng cườnghiệu suất tách vỏ cacao chúng ta phải xử lý nhiệt sơ bộ khôi hạt cacao Một trong nhữngphương pháp xử lý nhiệt thường dùng nhất hiện nay là phương pháp xử lý nhiệt bằng tia hồngngoại

1.1. Mục đích

Chuẩn bị cho quá trình tách vỏ:

 Làm yếu các liên kết giữa vỏ và nhân cacao, giúp cho quá trình tách vỏ sau này dễ dàng

và triệt để hơn, hiệu suất thu hồi nhân cacao tốt hơn

 Ngăn chặn việc khuếch tán bơ cacao từ nhân ra vỏ cacao

1.2. Các biến đổi xảy ra

 Tia hồng ngoại mang năng lượng cao sẽ làm nóng bề mặt hạt cacao, dẫn tới việc bốc hơiđột ngột của lớp nước nằm giữa vỏ và nhân cacao Vì vậy, lớp vỏ sẽ phồng lên và ở một

số hạt thì vỏ sẽ bị bể và tách luôn ra khỏi hạt

 Quá trình làm nóng nhanh vỏ cacao làm cho nhiệt không có đủ thời gian để truyền vàonhân cacao nên sẽ ngăn được sự thất thoát do khuếch tán bơ cacao từ nhân ra vỏ

 Dưới tác dụng của tia hồng ngoại, một số vi sinh vật bị ức chế và tiêu diệt

1.3. Ưu điểm so với quá trình rang trong quy trình (1)

Trong quy trình (1), quá trình rang cacao cũng có mục đích là làm yếu liên kết giữa vỏ vànhân, nhưng do kích thước hạt cacao khác nhau nên sự phân bố nhiệt độ bên trong hạt khôngđồng đều Do đó, nhiệt độ cuối cùng của quá trình rang (rất cần thiết cho việc tạo hương vị chocacao) chỉ được sử dụng như là một giá trị trung bình Đồng thời, lại có sự khuếch tán bơ cacao

từ nhân ra vỏ làm tổn thất một lượng chất béo trong nhân Chính vì vậy, trong các công nghệmới, người ta thường sử dụng quá trình xử lý hồng ngoại này để khắc phục các nhược điểm trên

và nâng cao hiệu suất tách vỏ sau này

1.4. Thiết bị :

Thiết bị xử lý hồng ngoại có cấu tạo dạng trống quay như sau:

Chú thích;

1: Hệ thống làm sạch; 2, Sàng phân loại; 3: Băng tái; 4: Phễu nhập liệu; 5: Vít điều tiết; 6: Motor làm quay trống gia nhiệt; 7: Trống gia

nhiệt; 8: Thanh xoắn ốc; 10: Vùng hồng ngoại; 11: Phễu tháo liệu; 11: Quạt ly tâm; 12: Cyclone lắng bụi; 13: Ống xy-phông tháo bụi.

Hình 2.12 - Sơ đồ thiết bị và nguyên lý làm việc của hệ thống xử lý nhiệt hồng ngoại.

Sau khi được làm sạch (1), các hạt cacao sẽ được qua sàn phân loại (pre-sreen) (2) để phânriêng những hạt đã bị bể vỏ với những hạt còn nguyên Những hạt đã bị bể sẽ không qua thiết bị

xử lý hồng ngoại mà sẽ trực tiếp đi vào thiết bị tách vỏ (3) (vì nếu xử lý hồng ngoại thì phầnchất khô trong nội nhũ của những hạt này sẽ có thể bị tổn thất)

Hạt cacao nguyên được đưa vào thiết bị thông qua phễu (4) và vít điều tiết (dosing screw)(5) Bên trong mặt trống (7) có những thanh gờ được thiết kế theo hình xoắn ốc (8) dọc theothân trống Khi trống quay, khối hạt sẽ chuyển động theo thanh gờ và đi qua những vùng cóchiếu tia hồng ngoại theo chu kỳ quay của trống Dưới tác dụng của tia hồng ngoại vỏ cacao sẽđược làm nóng nhanh chóng và nước ở giữa vỏ và nội nhũ sẽ bốc hơi làm phồng vỏ tạo điềukiện cho việc tách vỏ sau này dễ dàng hơn Nếu độ ẩm trong hạt quá ít thì nước sẽ được phunsương lên bề mặt của hạt đến mức cần thiết trước khi xử lý nhiệt Thông qua khối lượng phễutháo liệu (10) và bộ điều khiển tự động ta có thể điều chỉnh tốc độ vít điều tiết để cho lưu lượngkhối hạt trong trống được ổn định Khí thải sẽ được hút bởi quạt ly tâm (11) và đưa qua cyclone

(12) để lắng bụi, sau đó sẽ dùng nước để lấy phần bụi lắng ở đáy cyclone thông qua ống xyphon(1 3).

Chất lượng của quá trình sẽ được quyết định bởi tốc độ quay của trống, thời gian lưu của hạtcũng như vị trí chiếu tia hồng ngoại

2 QUÁ TRÌNH KIỀM HOÁ

Đây là quá trình kiềm hoá nhân cacao dưới tác dụng của nhiệt độ và tác nhân kiềm hoá là

dung dịch K 2 CO 3 Nhân cacao sẽ được nhúng ngập trong dung dịch kiềm và được khuấy đảo

liên tục

2.1 Mục đích

Chế biến và hoàn thiện: tương tự như quy trình (1)

Trong quá trình kiềm hóa cacao khối, bơ sẽ ngăn cản phản ứng hóa học xảy ra giữa dung dịchkiềm và hạt ca cao Vì vậy quá trình kiềm hoá nhân cacao sẽ giúp tăng khả năng tiếp xúc giữakiềm và nhân cacao Đối với kiềm hóa dạng nhân thì sẽ cần nhiều nước hơn và nhiệt độ sẽ ônhòa hơn (80- 85°C)

Màu sắc của ca cao thành phẩm