Luận văn : BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CACAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT part 2 potx

1
PHẦN 1. MỞ ĐẦU

Trên thế giới, cây ca cao (Theobroma cacao) và những sản phẩm từ nó đã có lịch
sử lâu đời. Những sản phẩm từ cây ca cao luôn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Sản
phẩm chính của cây ca cao là hạt ca cao được sử dụng làm nguyên liệu trong công
nghiệp chế biến và thực phẩm và là sản phẩm hoàn chỉnh hay bán hoàn chỉnh trong các
ngành công nghiệp khác.
Hiện nay, tại Việt Nam trong chiến lược phát triển cây công nghiệp của Bộ Nông
Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, cây ca cao đang rất được chú trọng. Cây ca cao
được khuyến khích trồng ở nhiều địa phương nhằm đạt mục tiêu 10000 ha vào năm
2010. Sản lượng ca cao trong tương lai sẽ rất lớn, nhưng hiện nay ở nước ta việc chế
biến ca cao vẫn còn bằng phương pháp thủ công, hiệu quả không cao. Đưa đến tình
trạng nhà nông nghiệp trồng ca cao và các nhà chế biến rất lo ngại về đầu ra của cây ca
cao.
Trong công nghệ chế biến ca cao, giai đoạn lên men là giai đoạn bắt buộc và
quan trọng nhất. Giai đoạn này quyết định rất lớn chất lượng sau này của sản phẩm từ
ca cao.
Do đó, đề tài BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT CA CAO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CÓ BỔ SUNG VI SINH VẬT được tiến hành.
Trong phạm vi của đề tài này, chúng tôi bước đầu quan tâm đến ảnh hưởng của
việc bổ sung vi sinh vật trong quá trình lên men đến khả năng chiết chất hòa tan của
bột ca cao.
Mục đích của đề tài:
9 Nghiên cứu xác định những điều kiện tối ưu cho quá trình lên men hạt ca cao
trong công nghệ chế biến bột ca cao
9 Nghiên cứu bổ sung vi sinh vật để tăng lượng chất hòa tan của bột ca cao
9 Xây dựng qui trình sản xuất bột ca cao ở qui mô phòng thí nghiệm
Những nội dung cần nghiên cứu của đề tài:
9 Xác định thành phần của hạt ca cao

9 Tuyển trọn giống vi sinh vật thích hợp cho quá trình lên men
9 Nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học cho quá trình lên men

2
9 Nghiên cứu những điều kiện tối ưu cho quá trình lên men hạt ca cao
9 So sánh lượng chiết chất hòa tan thu được giữa hai phương pháp truyền thống
và phương pháp có bổ sung vi sinh vật



3
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY CA CAO

2.1.1 Lịch sử

Cây ca cao (Theobroma cacao L.) có nguồn gốc từ những khu rừng nhiệt đới
Amazon, nhưng những giống hoang dại cũng được tìm thấy từ Mexico đến Peru.
Người Mayas ở Yucatan và người Aztec ở Mexico đã trồng cây ca cao từ rất lâu trước
khi chúng được đưa tới châu Âu. Những người Nam Mỹ cổ đại rất thích uống ca cao
trộn với gia vị và bột ngô. Họ tin rằng ca cao là món ăn của thượng đế và chỉ có hoàng
tộc mới được sử dụng. Từ “cacao” xuất phát từ tiếng Maya còn người Aztec gọi chúng
là cacauatol nghĩa là nước ca cao. Đầu thế kỉ 16, người Tây Ban Nha xâm lược
Mexico và sau đó đổi tên cacauatol thành chocolatol. Sau đó từ chocolatol được đổi
thành chocolate vào khoảng cuối thế kỉ 16 và tên gọi đó được giữ đến bây giờ. Do đó
từ “chocolate” có nghĩa nguyên thủy là “nước cacao” (Chiyoda, Sakado-shi, Saitama,
2003). Vào năm 1754, nhà sinh vật học người Thụy Điển Carl von Linné dùng tên
“Theobroma” – món ăn của thượng đế - để chỉ loài cacao (Iwao Hachiya, 2003). Ngày
nay, tất cả các cây cacao trồng đều xếp vào loài Theobroma. Do người Tây Ban Nha

thích nước giải khát có vị ngọt, cho nên không bao lâu sau chocolate đã được tiêu thụ
phổ biến tại Tây Ban Nha và từ đây cây cacao được mang vào trồng ở các thuộc địa
của đế quốc Tây Ban Nha thời ấy. Cuối thế kỉ 16, cây cacao trồng hầu khắp ở các vùng
nhiệt đới Trung và Nam Mỹ và trên nhiều hòn đảo ở vùng Caribbe như Trinidad,
Grenada, St. Lucia…, mà chủ yếu là ở Trinidad. Người Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, và
Hà Lan về sau cũng đưa cây cacao vào các hòn đảo West Indies (Cuba, Dominica,
Jamaica), Đông Nam Á (Philippines, Indonesia) và Ceylon (Sri Lanka) (Phạm Trí
Thông, 1999).
Việc khuyến khích trồng cacao trong suốt thế kỉ 19 có liên quan đến sự phát triển
của kĩ nghệ chocolate ở Châu Âu. Những xí nghiệp lớn thành lập trong thời kì bấy giờ
như David: 1804, Hindebrand: 1987, Van Houten: 1815, Menier: 1825, Suchard: 1826,
Kohler; 1830, Cadbury: 1831,…Bước đột phá mạnh mẽ nhất là sự phát minh ra máy

4
ép để ép chất bơ cacao của một người Hà Lan tên là Van Houten. Điều này cho phép
người ta có thể lấy bớt dầu từ cacao, kết quả là sản phẩm bột cacao thu được có ít chất
béo, dễ uống và thuận lợi cho chế biến. Sau đó không lâu, người ta lại thấy rằng đem
trộn bơ cacao với bột cacao và đường thì có thể chế biến được một loại thực phẩm
tuyệt ngon và có thể đóng khuôn được: chocolate. Chocolate ra đời và đưa ra bán lần
đầu vào năm 1847 ở Châu Âu. Năm 1876 đánh dấu một sự phát triển mới trong kỹ
nghệ chế biến chocolate sữa do một người Thụy Sỹ tên là Daniel Peter phát minh. Ông
đã thêm sữa vào chocolate để tạo ra các sản phẩm giống chocolate ngày nay. Trong thế
kỉ 20, sản xuất cacao phát triển với qui mô rất lớn vì có sự mở rộng cực kì nhanh
chóng các diện tích cây cacao ở Châu Phi. Từ năm 1985, các nước Châu Á bắt đầu
phát triển mạnh cacao, trước hết là ở các nước Malaysia, Ấn Độ, Sri Lanka… (Phạm
Trí Thông, 1999)

Bảng 2.1: Sản lượng ca cao trên thế giới trong các năm (đơn vị ngàn tấn)

1999 2000 2001 2002
Thế giới
2737 3073 2825 2807
Brazil
164 124 163 125
Cộng hòa Dominica
49 37 45 45
Ecuador
69 95 89 80
Cameron
121 115 135 125
Bờ biển ngà
1128 1409 1175 1210
Ghana
377 437 395 355
Nigeria
174 165 180 170
Indonesia
349 410 385 420
Malaysia
80 45 35 45

(nguồn: Tổ chức lương thực thế giới, FAO)


5
2.1.2 Các đặc điểm của cây cacao

2.1.2.1 Thực vật học
Cây cacao (Theobroma cacao) thuộc:

¾ Thứ (genus) Thebroma cacao L.
¾ Họ (Family) Sterculiaceae.
Thứ Theobroma gồm 22 loài, trong đó chỉ có loài Theobroma cacao là có giá trị
kinh tế. Theobroma cacao được chia ra làm 2 loài phụ :
¾ Criollo: có nguồn gốc từ Trung Nam Mỹ. Đặc điểm rất thơm, ít đắng nhưng
năng suất thấp, khả năng kháng bệnh kém, trồng 4-5 năm mới có trái. Hiện
nay giống này không được trồng phổ biến
¾ Forastero: là các giống cacao thường gặp ở Brazil và Tây Phi, Trung Nam
Mỹ, Malaysia, Indonesia…Đặc điểm: năng suất cao và kháng sâu bệnh nhưng
chất lượng trung bình. Hiện chiếm 80 % nguyên liệu sản xuất chính trên thế
giới.
Ngoài ra còn có nhóm Trinitario là nhóm lai giữa hai nhóm Criollo và Forastero.
Đặc điểm: năng suất cao và kháng bệnh tốt. Chiếm 15 % sản lượng chế biến của thế
giới. (Intermediate technology development group,1999).
2.1.2.2 Đặc điểm hình thái
Cacao là loài cây thân gỗ nhỏ có thể cao đến 10 - 20 m nếu mọc tự nhiên trong
rừng. Trong sản xuất do trồng mật độ cao và khống chế sự phát triển thông qua tỉa
cành nên cây thường có chiều cao trung bình khoảng 5 - 7 m, đường kính thân từ 10 -
18 cm. Cacao sinh trưởng tốt dưới bóng che, do đó có thể trồng xen với các loại cây
kinh tế khác. Thời kỳ kinh doanh hiệu quả có thể kéo dài từ 25 - 40 năm.
Lá dài 25 cm, màu đậm, hình gân lông chim.
Thân cây do thụ tinh, mỗi năm cho đến hàng nghìn hoa ở thân chính và cành to
nhưng chỉ có 1 - 3 % thành trái.
Sau khi thụ phấn trái tăng trưởng chậm trong khoảng 40 ngày đầu và đạt tốc độ
tối đa sau 75 ngày. Sau khi thụ phấn 85 ngày sự tăng trưởng của trái chậm lại, trong
khi hạt bên trong trái bắt đầu tăng trưởng nhanh, đây cũng là thời kỳ hạt tích luỹ chất
béo. Lớp cơm nhầy hình thành khoảng 140 ngày sau khi thụ phấn.

6
Trái cacao có thể đạt chiều dài 10 - 30 cm, đường kính 7 - 9 cm, cân nặng từ 200

- 1000 g. Tuỳ theo từng loài, hình dạng của trái thay đổi từ hình cầu, hình dài và nhọn,
hình trứng hoặc hình ống. Màu sắc của trái khá đa dạng, có loại trái màu xanh, màu
vàng có loại màu đỏ.
Khi hạt tăng trưởng tối đa, trái vào giai đoạn chín. Trái chín không nở bung ra và
ít khi rụng khỏi cây. Từ khi thụ phấn đến trái chín kéo dài từ 5 - 6 tháng tuỳ theo
giống.
Mỗi trái chứa từ 30 - 40 hạt. Mỗi hạt có lớp cơm nhầy bao quanh có vị chua,
ngọt, thơm và xếp thành 5 dãy.
Thời gian thu hoạch thay đổi theo từng vùng canh tác, đối với các nước nằm ở
phía Bắc xích đạo, thời gian thu hoạch vụ chính thường từ tháng 9 đến tháng 12 và vụ
hai từ tháng 4 đến tháng 6. (Phạm Trí Thông, 1999)
2.1.2.3 Đặc điểm sinh thái
Cây cacao thường được trồng trong khoảng từ xích đạo đến vĩ độ 20.
Nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng là từ 30 - 30
o
C, nhiệt độ thấp nhất cho
phép là 18
o
C.
Lượng mưa hàng năm thích hợp nhất trong khoảng 1150 đến 3000 mm
Đất trồng nên xốp và ẩm. Ẩm độ thích hợp nhất từ 70 - 80 %
Cây cacao là loại cây ưa bóng mát. Cây cacao lúc đầu cần 25 - 50 % ánh sáng,
nhu cầu về bóng mát giảm đi khi cây cacao đã phát triển để tự đảm bảo được tán che
cho mình. Che sáng làm giảm nhu cầu phân bón đến một mức độ nhất định. Sau đó
muốn tăng độ chiếu sáng để đạt năng suất cao thì phải đảm bảo đủ ẩm cho đất và tăng
lượng phân bón.
Cách nhân giống hiệu quả nhất là từ hạt (Intermediate technology development
group, 1999). Việc tạo cây con làm giống bằng cách ghép hạt tại hố trồng không thuận
lợi bằng gieo hạt tại vườn ươm, sau 4 - 6 tháng đưa cây con ra đất trồng. Ngoài ra,
người ta còn nhân giống ca cao bằng phương pháp vô tính như: giâm, ghép và chiết

cành.

7
2.1.2.4 Thành phần hóa học của trái ca cao

Bảng 2.2: Các thành phần của hạt cacao tươi, tính theo % trọng lượng tươi

Thành phần Chất nhầy
(Mucilage/Sweating)
Vỏ hạt
(Shell/Testa)
Phôi nhũ
(Cotyledon/Kernel)
Nước
84.5 9.4 35
Chất béo (bơ cacao)
- 3.8 31.3
Carbohydrates
+Cellulose
+Tinh bột
+Pentosans
+Sucrose
+Glucose
+ Fructose

-
-
2.7
0.7
10.0

13.8
46.0
-
-
-

3.2
4.5
4.9
-
1.1

Nitrogen
+Protein
+Theobromine
+Enzyme
Polyphenols

0.6
-
-
-

18.0
-
-
0.8

8.4

2.4
0.8
5.2
Acid hữu cơ Citric và
Acetic,Oxalic

0.7

-

0.6
Muối khoáng
0.8 8.2 2.6
Tổng số
100.0 100.0 100.0

(nguồn: F. Hardy)

2.1.3 Tình hình trồng và sản xuất ca cao tại Việt Nam

Hiện nay, việc phát triển cây ca cao tại nước ta dựa theo vùng quy hoạch sản
xuất. Mặc dù điều kiện của các địa phương đều thích hợp cho cây phát triển. Song hạt

8
ca cao chỉ mới là mặt hàng để xuất khẩu. Trong nước hiện chưa có cơ sở tiêu thụ sản
phẩm. Một lượng nhỏ sản lượng ca cao được các cơ sở thủ công tại địa phương thu
mua và sản xuất theo phương pháp thủ công. Với dự án Success Alliance được triển
khai ở nước ta từ năm 2002, người nông dân trồng ca cao được hỗ trợ mọi mặt. Đây là
một chương trình do Bộ Nông nghiệp Mỹ hỗ trợ và tổ chức phi Chính phủ Mỹ ACDI-
VOCA triển khai để hỗ trợ đào tạo về kĩ thuật giúp nông dân trồng ca cao đạt chất

lượng xuất khẩu, đồng thời liên kết các tổ chức thu mua, chế biến sản phẩm cho người
nông dân.
Hiện tại, Bộ nông nghiệp Mỹ (USDA) đang hỗ trợ 4 triệu USD để mở các đợt tập
huấn cho nông dân trồng và nâng cao diện tích canh tác cây ca cao; Cơ quan phát triển
quốc tế Mỹ (USAID) tài trợ 800000 USD để giúp Việt Nam trở thành một nước cung
cấp hạt ca cao đã lên men có chất lượng cao và chương trình PSOM của Chính phủ Hà
Lan giúp Việt Nam phát triển thành nhà sản xuất ca cao đạt tiêu chuẩn chất lượng với
mức hỗ trợ là 650000 USD.
Bên cạnh việc nhập giống từ nước ngoài vào, trong nước cũng đang tiến hành
khai thác nguồn giống sẵn có ở trong nước. Thực ra, cây ca cao đã có mặt ở Việt Nam
từ rất lâu nhưng do không tiêu thụ được sản phẩm nên chúng không được xem là cây
trồng chính mang lại nguồn thu nhập. Nhưng cây lại có hình dáng đẹp nên vẫn được
người dân giữ lại trồng làm cảnh. Nhờ đó mà ngày nay các chuyên gia nghiên cứu
trong nước đã dựa trên những cây giống còn giữ lại lựa chọn và nhân rộng những
giống có năng suất cao đáp ứng nhu cầu cây giống cho nông dân.
Với sự giúp đỡ của các tổ chức quốc tế, diện tích trồng cây ca cao ngày càng
được mở rộng. Cụ thể, sẽ nâng diện tích trồng ca cao từ 3000 ha hiện nay lên 10000 ha
vào năm 2010, tập trung tại các tỉnh Bến Tre, Bình Phước và Đắk Lắk. Có nhiều mô
hình trồng ca cao đang được áp dụng ở Việt Nam. Phổ biến nhất là mô hình trồng xen
lẫn các loại cây khác như dừa, cà phê, tiêu, nhãn, cam , điều, chuối, sầu riêng… Ưu
điểm của mô hình này là tận dụng được bóng mát của những cây có sẵn trong giai
đoạn đầu phát triển của cây ca cao.
Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, qua 3 năm trồng thử nghiệm tại
Việt Nam, cây ca cao đã phát triển tốt, hiệu quả kinh tế cao hơn các loại cây trồng
khác như cà phê, điều

9
Tuy nhiên, đầu ra của ca cao vẫn còn là nỗi băn khoăn của người nông dân. Hiện
nay, đa số những trái ca cao thu hoạch được đưa vào để nhân giống. Một lượng nhỏ ca
cao được các cơ sở sản xuất thủ công tại địa phương thu mua và chế biến theo phương

pháp thủ công. Sản phẩm thường là bột ca cao hòa tan uống liền hay để trộn vào các
sản phẩm như kẹo dừa, bánh. Một lượng rất ít còn lại được xuất khẩu.

Bảng 2.3: Các tỉnh trồng ca cao ở Việt Nam

STT Tỉnh Năm 2003 (ha) Năm 2004 (ha)
1
Bà Rịa - Vũng Tàu 28 100
2
Bến Tre 260 500
3
Bình Định 10
4
Bình Dương 5
5
Bình Phước 74
6
Cần Thơ 2
7
Đắc Lắc 506 990
8
Đồng Nai 25 15
9
Gia Lai 5
10
Hồ Chí Minh 3
11
Lâm Đồng 10 10
12
Long An 2

13
Phú Yên 5
14
Quảng Ngãi 50
15
Tây Ninh 5
16
Tiềng Giang 7 50
17
Đắc Nông 120
18
Vĩnh Long 5
19
Các tỉnh khác 120
Tổng Cộng 1002 1905


10
2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CA CAO

Hạt ca cao thô là nguyên liệu quan trọng của kỹ nghệ ca cao và chocolate. Từ hạt
ca cao thô sản xuất ra:
¾ Những sản phẩm bán hoàn chỉnh cung cấp cho các kỹ nghệ khác như:
o Bột chocolate nhồi để các nhà máy bánh kẹo sản xuất ra chocolate,
bánh quy, bánh ngọt…
o Bột ca cao dùng nhiều vào kỹ nghệ thực phẩm làm ra sản phẩm ngọt
như: nước ngọt, nước ca cao
o Bơ ca cao dùng vào nghề mứt chocolate, mỹ phẩm dược phẩm.
¾ Những sản phẩm hoàn chỉnh đưa thẳng vào tiêu dùng như:
o Chocolate tấm (để nấu, nhai, ngậm, pha sữa…)

chocolate bột (tan hoặc không tan)
o Mứt kẹo chocolate
¾ Những phế liệu của kỹ nghệ này như khô dầu trong chiết ép lấy bơ ca cao,
chất béo chiết từ vỏ và mầm, đều có thể thu nhặt để chăn nuôi, làm phân, làm
xà phòng.

2.2.1 Công nghệ ca cao thô

2.2.1.1 Ủ hạt ca cao
Ủ hạt là khâu quan trọng nhất trong ngành chế biến ca cao. Các mục đích của
việc ủ là:
¾ Gây ra những thay đổi sinh hóa học trong phôi nhũ (cotyledon), để làm giảm
vị đắng và chát trong hạt ca cao; đồng thời làm khơi mào cho sự phát triển
các hương vị, và màu sắc trong quá trình rang hạt sau này
¾ Làm cho phôi nhũ nở rộng hơn và giòn, dẫn đến lớp vỏ hạt (testa) hở ra và
diệt được rễ mầm (radicle) trong hạt ca cao.
¾ Hóa lỏng và loại bỏ cho hết lớp nhầy (pulp, sweating) bao quanh hạt ca cao
tươi giúp thuận lợi cho quá trình sấy hạt tiếp theo.