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




ĐỖ THỊ NGỌC HÂN






KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN VÀ SẤY HẠT CA
CAO SAU THU HOẠCH THEO QUI MÔ NÔNG HỘ




Luận văn tốt nghiệp
Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Cần Thơ, 2009


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG





Luận văn tốt nghiệp
Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM





Tên đề tài:
KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN VÀ SẤY HẠT CA
CAO SAU THU HOẠCH THEO QUI MÔ NÔNG HỘ






Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:
TS. Hà Thanh Toàn Đỗ Thị Ngọc Hân

MSSV: 2051633
Lớp: CNTP K31









Cần Thơ, 2009
iii

Luận văn đính

kèm

theo

đ
ây,

v
ớ
i

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,

đ
ã

được

h
ộ
i

đồ
ng

chấp nhận luận văn

thông

qua.

Cán

bộ hướng dẫn

Cán

b
ộ

ph
ả
n

bi
ệ
n





Hà Thanh Toàn

Cần Thơ
,

ngày

…tháng…năm

2007


Ch
ủ
tịch
h
ộ
i

đồ
ng

i

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.

Chân thành cảm ơn:
Thầy cố vấn LÝ NGUYỄN BÌNH, cô LÊ MỸ HỒNG và cô NGUYỄN MINH
THỦY đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ em trong thời gian em học tại trường.
Quý thầy cô thuộc bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Viện Nghiên cứu và Phát
triển Công nghệ Sinh học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em thực hiện thí
nghiệm.
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









ii

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 Phương pháp thí nghiệm và phương pháp phân tích....................................... 15
3.2.1 Phương pháp phân tích hóa lý ............................................................ 15
iii

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

iv

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 trời15
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

v

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
vi

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

vii

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 48

o
C (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).



1

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.










2

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)
QUỐC GIA 2002/03 2003/04 2004/05 2005/06 2006/07
Châu Phi
2.232 2.550 2.374 2.642 2.391
Cameroon 160 166 185 166 166
Bờ Biển Ngà 1.352 1.407 1.286 1.408 1.292
Ghana 497 737 599 740 614
Nigeria 173 180 200 200 190
Các nước Châu Phi khác 50 60 104 128 129
Châu Mỹ
428 461 445 446 411
Brazil 163 163 171 162 126
Cộng Hòa Dominican 47 47 31 42 47
Các nước Châu Mỹ khác 218 251 243 242 238
Châu á và Thái Bình Dương
510 498 559 636 596
Indonesia 410 403 460 530 490
Malaysia 36 34 29 30 31
Các nước Châu Á khác 64 61 70 76 75
Tổng sản lượng thế giới
3.170 3.509 3.378 3.724 3.398
(Nguồn: ICCO Annual Report 2006/2007)

Hình 2.1 Các giống ca cao
3

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
Các đặc điểm chính Criollo Forastero Trinitario
Dạng quả

Vỏ quả
Cấu trúc
Màu sắc

Hoa
Hạt
Số hạt/trái
Tiết diện hạt
Màu tử diệp

Đặc điểm nông học
Khả năng sinh
trưởng
Khả năng kháng
sâu bệnh
Chất béo
% Tổng sản lượng

(1996/97)
Quả dài


Mềm
Đỏ (cũng có quả
màu xanh)
Nhuỵ hồng nhạt

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)








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)
A B C
4

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 C
2
H
5
OH và phóng thích
CO
2
. 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

C
2
H
5
OH thành CH
3
COOH 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
5

Rượu
Nước
Hô hấp yếm khí
Vi khuẩn acetic phát
triển
Vi khuẩn lactic
phát triển
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
(Nguồn: Hylayat, 2007)
Quá trình thứ hai là sự lên men bên trong bao gồm một loạt phản ứng phức
tạp, các tử diệp co rút lại từ áo hạt và biến đổi màu sắc, bên cạnh đó nhiệt độ tăng
có tác dụng diệt chết phôi hạt (radicle), và từ đó bắt đầu các phản ứng lên men trong
phôi nhủ. Nhiệt độ từ 44 - 47
o
C đạt trong phạm vi 48 giờ được coi là tốt. Rohan cho
biết nhiệt độ tăng nhanh ở lớp trên của khối ca cao hơn là ở lớp giữa và hiệu số càng
cao khi khối ủ càng lớn (Nguyễn Minh Thủy, 2000). Quá trình này diễn ra có mãnh liệt
hay không phụ thuộc vào hàm lượng axit acetic và axit lactic trong quá trình lên
men lớp cơm nhầy. Khi các axit này thấm vào nội nhũ sẽ gây ra hiện tượng vỡ các
thành tế bào. Trong nội nhũ của hạt ca cao có 2 loại tế bào chính là tế bào chứa các
sắc tố polyphenol (tế bào màu tím) và tế bào chứa bơ ca cao protein và các enzyme
(tế bào trắng), khi thành các tế bào này bị phá vở thì các hợp chất bên trong có điều
kiện tiếp xúc với nhau, dưới tác dụng của enzyme thì các phản ứng sinh hóa đã xảy
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 (115
o
C –

145
o
C) (Theo T.A.Shittu, 2006).


6

















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
Amino axit
Chất thải
Trong nội nhũ
Protein
Đường đa
Polyphenol
enzyme
enzyme

enzyme

Đường đơn
Tiền hương vị chocolate
7

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.

8





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
9

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 50
o
C 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 – 50
o
C. 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.


10

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)



B
B
A
F
D
C

E
11

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 44,7
o
C, 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 40
o
C, 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 50
o
C 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 51
o
C 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.
12

2.3 SẤY HẠT CA CAO BẰNG MÁY SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.3.1 Quá trình sấy
Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Sấy
bao gồm cả quá trình truyền nhiệt và truyền khối.
Kết quả quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên, ẩm trong
vật liệu giảm; hầu hết nước tự do bị bốc hơi, chỉ còn lại một phần nước liên kết khá
bền còn lại trong vật liệu.
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 1m
2
sàn sấy (Hà Thanh Toàn et al.,
2008). Lượng hạt lớn hơn thì ca cao có thể bị nhiễm nấm mốc.


13

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)
A B
D C
E F
14

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM
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.
3.1.2 Hóa chất
- Dung dịch NaOH chuẩn 0,1N
- Cồn
- Indigocarmin
- H
2
SO
4

- Các hóa chất cần thiết khác phục vụ cho quá trình phân tích các chỉ tiêu
3.1.3 Dụng cụ thí nghiệm
- Đĩa petri, bình cầu 250ml

- Ống đong, pipette các loại
- Đũa thủy tinh
- Bình tam giác
- Cây gắp mẫu
- Microwave
- Các dụng cụ cần thiết khác
3.1.4 Thiết bị sử dụng
- Cân phân tích APX - 200
- Nhiệt kế
- Máy đo pH TitroLine (Schott)
- Microwave
- Tủ sấy Binder (USA)
- Các dụng cụ cần thiết khác.
- Thùng lên men 100kg hạt tươi (hình 2.9)
Hình 3.1 Thùng lên men 100kg hạt tươi



15

− 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
Kích thước khung (m) 5,6 x 1,17 x 1,71 m
Diện tích sàn sấy (m
2
) 2
Khối lượng hạt ca cao lên men (kg) 100
Khối lượng đá hộc (20x30cm) 2
Tấm lợp Polycarbonate
Suntuf - Israel hoặc

Solar Tuff - Indonesia

2
6
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

Chỉ tiêu Phương pháp phân tích
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).
4. pH Sử dụng pH kế
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.