Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật vào quá trình lên men ca cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
------

TRẦN NHẬT THANH

NGHI N CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT VÀO QUÁ
TR NH

N

EN CA CAO

UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHÁNH HÒA - Năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
------

TRẦN NHẬT THANH

NGHI N CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT VÀO QUÁ
TR NH

N

EN CA CAO

UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Công nghệ sau thu hoạch

Ngành
ã số

60 54 01 04

Quyết định giao đề tài:

148 /QĐ- ĐHNT ngày 21/2/2013

Quyết định thành lập HĐ:

1037/QĐ- ĐHNT ngày 6/11/2015

Ngày bảo vệ:

12/12/2015

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS NGUYỄN ANH TUẤN
TS.

AI THỊ TUYẾT NGA

Chủ tịch Hội đồng:
TS.ĐỖ VĂN NINH
Khoa sau đại học:

KHÁNH HÒA - Năm 2015


1

ỜI CA

ĐOAN

Tôi xin cam kết đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả nêu trong luận văn
“

là trung thực và

chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Nha Trang, ngày 05 tháng 10 năm 2015
Tác giả luận văn
Trần Nhật Thanh

iii


2

ỜI CẢ

ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
 Thầy PGS.TS. Nguyễn Anh Tuấn và Cô TS. Mai Thị Tuyết Nga, Cô Nguyễn

Thị Thanh Hải đã hƣớng dẫn, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
 Cảm ơn sinh viên Hồ Thi Loan đã tham gia nghiên cứu bổ sung chế phẩm vi
sinh vật trong quá trình lên men ca cao.
 Các thầy cô đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian
học cao học.
 Các thầy cô trong hội đồng bảo vệ đề cƣơng luận văn đã có những ý kiến đóng
góp quý báu cho em.
 Trung tâm Thí nghiệm Thực hành, Trƣờng Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện
cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Trần Nhật Thanh

iv


ỤC ỤC

4
1

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii

2

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv

4

MỤC LỤC .................................................................................................................. v

5

DANH MỤC CHỮ VIÊT TẮT ........................................................................... viii

6

DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ix

7

DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. x

8

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN .................................................................................... xii

9

LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ xiii

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................1
1.1

Tìm hiểu về ca cao .....................................................................................................1

1.1.1

Nguồn gốc .......................................................................................................1

1.1.2

Đặc điểm hình thái..........................................................................................1

1.1.3

Phân loại và tác dụng của ca cao ..................................................................3

1.1.3.1

Phân loại ..........................................................................................................3

1.1.3.2

Tác dụng của ca cao .......................................................................................3

1.1.4

Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao ...........................................................4

1.2

Tổng quan về lên men ca cao ...................................................................................5

1.2.1

Ủ đống (fermentation in heap) ......................................................................5

1.2.2

Ủ trong thúng (fermentation in basket)........................................................6

1.2.3

Ủ thùng (fermentation in box) ......................................................................7

1.3

Tổng quan về vi sinh vật trong lên men ca cao .....................................................8

1.3.1

Nấm men....................................................................................................... 11

1.3.2

Vi khuẩn Acetic ........................................................................................... 11

1.3.3

Vi khuẩn Lactic............................................................................................ 12

1.3.3.1

. Khái quát chung về vi khuẩn lactic ......................................................... 13

1.3.3.2

Các chủng lactic lên men đồng hình ......................................................... 13

1.3.3.3

Các chủng lactic lên men dị hình............................................................... 14

1.4

Biến đổi sinh hóa trong lên men ca cao ............................................................... 15

1.4.1

Cấu tạo hạt ca cao ........................................................................................ 15

1.4.2

Biến đổi sinh hóa ......................................................................................... 16

1.4.3

Biến đổi về nhiệt độ .................................................................................... 18
v


1.4.4

Biến đổi pH của khối lên men.................................................................... 18

1.4.5

Biến đổi màu sắc hạt ................................................................................... 19

1.5

Những nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về lên men ca cao .............................. 20

1.5.1

Những nghiên cứu trong nƣớc ................................................................... 20

1.5.2

Những nghiên cứu ngoài nƣớc ................................................................... 21
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 24

2
2.1

Vật liệu nghiên cứu ................................................................................................ 24

2.2

Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 24
. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ............................................................ 24

2.2.1

2.2.2
Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp trong quy trình sản
xuất chế phẩm sử dụng chủng vi khuẩn lactic ............................................................... 25

2.2.2.1

Bố trí thí nghiệm xác định hàm lƣợng bột đậu nành............................... 25

2.2.2.2

Bố trí thí nghiệm xác định hàm lƣợng đƣờng glucose............................ 26

2.2.2.3

Bố trí thí nghiệm xác định pH.................................................................... 27

2.2.2.4
Bố thí nghiệm tối ƣu hóa các thông số trong quy trình sản xuất chế
phẩm sử dụng chủng vi khuẩn lactic bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm .... 28
2.2.2.5

Tạo chế phẩm vi khuẩn lactic: ................................................................... 29

2.2.3

Bố trí thí nghiệm bổ sung chế phẩm vi sinh vật trong lên men ca cao . 29

2.2.3.1

Kiểm tra thành phần hóa học nguyên liệu: ............................................... 29

2.2.3.2

Bố trí thí nghiệm xác định thời điểm bổ sung chủng tốt nhất: .............. 30

2.2.3.3
Tiến hành kiểm tra pH, số lƣợng các chủng vi sinh trong quá trình lên
men ca cao 31
Các phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu ............................................ 32

2.2.4

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.......................... 33

3
3.1

Kết quả nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi khuẩn lactic ..................................... 33

3.1.1

Các thông số thích hợp trong quy trình sản xuất chế phẩm lactic......... 33

3.1.1.1

Hàm lƣợng bột đậu nành ............................................................................ 33

3.1.1.2

Hàm lƣợng đƣờng........................................................................................ 34

3.1.1.3

Độ pH ............................................................................................................ 35

3.1.1.4

Kết quả tối ƣu hóa chế phẩm vi sinh .................................................. 35

3.1.2

Đề xuất quy trình sản xuất chế phẩm lactic ............................................. 42

3.1.2.1

Sơ đồ quy trình............................................................................................. 42

3.1.2.2

Thuyết minh quy trình ................................................................................ 42
vi


3.2

Kết quả bổ sung chế phẩm vi khuẩn vào quá trình lên men ca cao ................. 43

3.2.1

Hạt ca cao lên men hoàn toàn .................................................................... 44

3.2.2

Hạt ca cao lên men không hoàn toàn ........................................................ 44

3.2.2.1

Lên men 1 phần............................................................................................ 45

3.2.2.2

Dƣới mức lên men ....................................................................................... 46

3.2.3
lactic

Sự biến đổi pH của 16 mẫu nghiên cứu có bổ sung chế phẩm vi khuẩn
47

3.2.3.1

Nhóm 1 (mẫu 1-5) ....................................................................................... 47

3.2.3.2

Nhóm 2 (mẫu 6-10) ..................................................................................... 48

3.2.3.3

Nhóm 3 (mẫu 11-15)................................................................................... 49

3.2.4
Sự biến đổi của vi sinh vật trong 16 mẫu nghiên cứu bổ sung chế phẩm
vi khuẩn lactic .................................................................................................................... 52

3.2.5
Đề xuất quy trình và tiến hành lên men ca cao có bổ sung chế phẩm vi
khuẩn lactic quy mô phòng thí nghiệm........................................................................... 57
4

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .......................................... 60

5

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 61

6

PHỤ LỤC ..............................................................................................................- 1 -

vii


5

DANH

ỤC CHỮ VI T TẮT

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
PTN: Phòng thí nghiệm
VSV: Vi sinh vật
TA: Hàm lƣợng acid tổng số

viii

6

DANH

ỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số vi sinh vật chính đƣợc phân lập từ quá trình lên men hạt ca cao .........9
Bảng 2.1 Bảng bổ sung chế phẩm trong thời gian lên men theo tỉ lệ % so với lƣợng
mẫu .......................................................................................................................................... 31
Bảng 3.1 Quy đổi biến mã và biến thực ............................................................................. 35
Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm tối ƣu hóa............................................................................. 36
Bảng 3.3 Kết quả phân tích ANOVA cho mô hình đáp ứng bậc 2 của hàm mục tiêu số
lƣợng khuẩn lạc ..................................................................................................................... 37
Bảng 3.4 Thông số đánh giá tính phù hợp và sự tƣơng quan mô hình ........................... 37
Bảng 3.5 Các hệ số ảnh hƣởng trong mô hình hồi quy .................................................... 40

ix


7

DANH

ỤC H NH

Hình 1.1 Cây ca cao, quả ca cao .............................................................................................3
Hình 1.2 Lên men thành đống ................................................................................................6
Hình 1.3 Lên men trong thúng................................................................................................7

Hình 1.4 Lên men ca cao bằng thùng ....................................................................................8
Hình 1.5 : Cấu tạo hạt ca cao ............................................................................................... 16
Hình 1.6 Biến đổi sinh hóa và quá trình khuếch tán trong cơm nhầy và trong hạt với
quá trình lên men ca cao ....................................................................................................... 16
Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát ...................................................................................................... 24
Hình 2.2 Sơ đồ thí nghiệm xác định hàm lƣợng bột đậu nành ........................................ 25
Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm xác định hàm lƣợng đƣờng ................................................... 27
Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm xác định pH ............................................................................. 28
Hình 3.1 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột đậu nành đến mật độ vi khuẩn lactic ............ 33
Hình 3.2 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng đƣờng đến mật độ vi khuẩn lactic ....................... 34
Hình 3.3 Ảnh hƣởng của pH đến mật độ vi khuẩn lactic ................................................. 35
Hình 3.4 Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột đậu nành và đƣờng
đến số lƣợng khuẩn lạc ......................................................................................................... 38
Hình 3.5 Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột đậu nành và pH đến
số lƣợng khuẩn lạc ................................................................................................................ 39
Hình 3.6 Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hƣởng của hàm lƣợng đƣờng và pH đến số
lƣợng khuẩn lạc ..................................................................................................................... 39
Hình 3.7 Bề mặt đáp ứng tìm thông số tối ƣu hóa ............................................................ 40
Hình 3.8 Tỷ lệ hạt lên men hoàn toàn của 16 mẫu lên men có bổ sung chế phẩm vi
khuẩn lactic ............................................................................................................................ 44
Hình 3.9 Tỷ lệ hạt lên men một phần của 16 mẫu lên men có bổ sung chế phẩm vi
khuẩn lactic ............................................................................................................................ 45
Hình 3.10 Tỷ lệ hạt dƣới mức lên men của 16 mẫu lên men có bổ sung chế phẩm vi
khuẩn lactic ............................................................................................................................ 46
Hình 3.11 Sự biến đổi pH của nhóm 1 trong quá trình lên men ca cao có bổ sung chế
phẩm vi khuẩn lactic ............................................................................................................. 47
Hình 3.12 Sự biến đổi pH của nhóm 2 trong quá trình lên men ca cao có bổ sung chế
phẩm vi khuẩn lactic ............................................................................................................. 48
Hình 3.13 Sự biến đổi pH của nhóm 3 trong quá trình lên men ca cao có bổ sung chế
phẩm vi khuẩn lactic ............................................................................................................. 49

Hình 3.14 Sự biến đổi của nấm men trong khối hạt trong quá trình lên men ca cao có
bổ sung chế phẩm vi khuẩn lactic ....................................................................................... 52
Hình 3.15 Sự biến đổi của vi khuẩn acetic trong khối hạt trong quá trình lên men ca
cao có bổ sung chế phẩm vi khuẩn lactic ........................................................................... 53
Hình 3.16 Sự biến đổi của vi khuẩn lactic trong khối hạt trong quá trình lên men ca cao
có bổ sung chế phẩm vi khuẩn lactic .................................................................................. 55

x


Hình 3.17 Quy trình lên men ca cao có bổ sung chế phẩm vi khuẩn lactic quy mô
phòng thí nghiệm ................................................................................................................... 57

xi


8

TRÍCH YẾU UẬN VĂN

 Ca cao đƣợc du nhập vào Việt Nam từ rất sớm nhƣng đến nay kỹ thuật sơ chế
còn thấp, phƣơng pháp lên men còn thủ công … nên hiệu quả thu đƣợc và chất lƣợng
hạt ca cao thành phẩm còn thấp. Xuất phát từ thực tiễn trên, dƣới sự hƣớng dẫn của
PGS.TS. Nguyễn Anh Tuấn và TS. Mai Thị Tuyết Nga, tôi đề xuất đƣợc thực hiện đề
tài: “

”.

 Sản xuất đƣợc chế phẩm vi sinh vật dùng để lên men hạt ca cao quy mô phòng
thí nghiệm.

 Ứng dụng thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật trong quá trình lên men ca cao tạo
sản phẩm đạt yêu cầu chất lƣợng (quy mô phòng thí nghiệm).
 Lên men truyền thống và bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm. Xử lý
số liệu bằng phần mềm SPSS.
 Sản xuất thành công chế phẩm vi sinh hỗ trợ quá trình lên men ca cao trong
phòng thí nghiệm có mật độ vi khuẩn lac tic cao ≥ 2,5 x 10 8 CFU /g. Quy trình sản
xuất chế phẩm với các thông số chủ yếu sau: hàm lƣợng bột đậu nành 1,2%, hàm lƣợng
đƣờng 12%, pH 3,8, hàm lƣợng vi khuẩn lactic 10% (w/w), thời gian nhân giống 48 h,
nhiệt độ 38 ± 2C.
 Xây dựng quy trình bổ sung chế phẩm lactic lên men ca cao với tỉ lệ là 6% (tính
theo khối lƣợng của khối ca cao lên men) ở ngày đầu, sau đó tiếp tục bổ sung 2% chế
phẩm vào ngày thứ 2, thứ 3 và thứ 4.
 Do thời gian ngắn nên chỉ mới nghiên cứu đƣợc chế phẩm vi sinh bằng vi
khuẩn lactic, cần nghiên cứu thêm bổ sung bằng các loại vi sinh vật khác nhƣ acetic,
nấm men…
 Diện tích mẫu nhỏ trong PTN. Nên nghiên cứu trong lƣợng mẫu lớn để đảm
bảo điều kiện lên men đạt hiệu quả cao.
 Do thiết bị bảo quản không đáp ứng (máy đông khô, thiết bị hút chân không bị
hỏng …) nên chế phẩm chỉ bảo quản đƣợc thời gian ngắn. Cần đi sâu nghiên cứu quy
trình bảo quản chế phẩm vi sinh.
 Nghiên cứu sâu quy trình bổ sung chế phẩm vi sinh để tỷ lệ lên men hoàn toàn
đạt hiệu suất cao.
Từ khóa: ca cao, vi khuẩn lacic, lên men, chế phẩm.
xii


9

ỜI

Ở ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài


Ca cao du nhập vào nƣớc ta từ rất lâu. Nó đƣợc trồng phổ biến ở các tỉnh ở Tây

Nguyên và Nam Bộ với sản lƣợng rất cao. Năm 2009 tổng diện tích ca cao của Việt
nam là 9.683 ha: 1.315 ha trồng thuần (1.100cây/ha) và 8.368 ha trồng xen (600
cây/ha), nhiều nhất là ở các tỉnh Bến Tre, Dak Lak, Bình Phƣớc. Đến năm 2013, diện
tích ca cao cả nƣớc đạt 22.110,3 ha, trong đó vùng có diện tính trồng lớn nhất là Đồng
bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên. Diện tích ca cao cho thu hoạch khoảng 11.055
ha, chiếm 50% tổng diện tích, sản lƣợng hạt ca cao khô lên men năm 2013 là 6.765
tấn.


Có 3 giống ca cao chính là Criollo, Forastero và Trinitario. Criollo là giống

cho hƣơng vị đặc biệt, hạt ca cao Criollo thƣờng đƣợc dùng để pha trộn vào các loại ca
cao khác khi chế biến, hoặc để dùng làm nguyên liệu để sản xuất ra những loại
chocolate đặc biệt. Tuy nhiên Criollo thƣờng hay bị bệnh tật tấn công. Forastero cho
năng suất cao nên đƣợc trồng rộng rãi. Ngày nay 80% ca cao trên thế giới đƣợc trồng
là ca cao Forastero. Trinitario là giống tƣơng đối mới đƣợc cấy gh p giữa Criollo và
Forastero, nó có mùi thơm đặc biệt của Criollo và sản lƣợng c ng nhƣ khả năng
chống chịu sâu bệnh của Forastero. Tuy nhiên do nó là giống mới nên sản lƣợng trên
thị trƣờng thế giới còn ít.


Tuy có từ khá lâu ở nƣớc ta nhƣng do kỹ thuật sơ chế còn thấp, phƣơng pháp

lên men còn thủ công … nên hiệu quả thu đƣợc và chất lƣợng hạt ca cao thành phẩm
còn thấp. Xuất phát từ thực tiễn trên, dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Anh
Tuấn và TS. Mai Thị Tuyết Nga, tôi đề xuất đƣợc thực hiện đề tài: “
”
ục đích đề tài
 Sản xuất đƣợc chế phẩm vi sinh vật dùng để lên men hạt ca cao quy mô phòng
thí nghiệm.
 Ứng dụng thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật trong quá trình lên men ca cao quy
mô phòng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu
xiii


 Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật.
 Nghiên cứu thử nghiệm bổ sung chế phẩm vi sinh vật trong quá trình lên men
ca cao quy mô phòng thí nghiệm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
 Cung cấp dữ liệu khoa học về quá trình lên men hạt ca cao có bổ sung chế
phẩm vi sinh.
 Góp phần làm tăng hiệu quả cho quá trình lên men ca cao, ổn định chất lƣợng
sản phẩm.

xiv


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1
1.1 Tìm hiểu về ca cao
1.1.1 Nguồn gốc

 Cây ca cao có tên khoa học là Theobroma, ca cao thuộc họ Sterculiacea, là cây
duy nhất trong số 22 loài của thứ Theobroma đƣợc trồng sản xuất.
Giới:

Plantae-Plants

Phân giới:

Tracheobionta-Vascular plants

Nhóm:

Magnoliophyta-Flowering plants

Lớp:

Magnoliopsida-Dicotyledons

Phân lớp:

Dilleniidae

Bộ:

Malvales

Chi:

Theobroma L. - Theobroma

Loài:

Theobroma cacao L. – Cacao
(National Plant Database, 2004)

 Hiện nay có 3 vùng chính trên thế giới trồng ca cao:
o Nam Mỹ: Brazil, Ecuador.
o Tây Phi: Bờ Biển Ngà, Ghana, Cameroon, Nigeria.
o Đông Nam Á: Indonesia, Malaysia, Việt Nam.
 Ca cao là một loại cây trồng bản địa của các nƣớc nhiệt đới ẩm và đƣợc ngƣời
Maya trồng ở Châu Mỹ từ rất lâu, trƣớc khi ngƣời Châu Âu có mặt. Từ “ca cao” từ
tiếng Maya mà ra, và cho đến ngày nay, khắp nơi đều dùng từ này. Ca cao xuất hiện
lần đầu tiên trong danh mục từ thực vật từ năm 1605 [26].
1.1.2

Đặc điểm hình thái

 Cây ca cao là loại cây rừng có nguồn gốc từ Châu Mỹ. Nó là loại cây đa niên,
chịu mát nhƣng thích hợp với khí hậu nhiệt đới, các nƣớc trồng nhiều nhƣ: Bờ Biển
Ngà, Ghana, Nigeria, Ecuador, Brazil, Malaysia, Philippines, đây là những quốc gia
nằm gần vùng xích đạo.
 Rễ ca cao có dạng trụ, dài khoảng 1,5 – 2 m. Trên suốt chiều dài của rễ trụ có
nhiều rễ ngang phân nhánh và rất nhiều rễ con tập trung chủ yếu dƣới cổ rễ khoảng 20
cm.

1


 Thân: Ca cao là loài cây thân gỗ nhỏ, có thể cao từ 10 – 20 m nếu mọc tự nhiên.

Trong điều kiện sản xuất, chiều cao trung bình của cây ca cao khoảng 5 – 7 m, đƣờng
kính khoảng 10 – 18 cm. Trên mỗi thân cacao có thể có từ 4 – 5 tầng cành.
 Lá: Lá ca cao phát triển theo từng đợt, buông thỏng xuống. Màu sắc lá thay đổi
tùy theo giống, từ màu xanh nhạt đến vàng, từ màu hồng đến đỏ đậm. Trong quá trình
trƣởng thành, lá mất sắc tố nên có màu xanh hoặc xanh thẫm, cứng cáp hơn và có thể
nằm ngang. Lá dƣới bóng che có phiến rộng và xanh hơn lá ở ngoài nắng. Khí khổng
chỉ có mặt ở dƣới phiến lá. Trên mặt lá, mô dậu có nhiều khoang giữa các tế bào và
chứa đầy chất nhựa, lớp ngoại bì bị cutin hóa rất mạnh. Lá tồn tại đƣợc từ 4 – 5 tháng,
sau đó đi vào giai đoạn lão suy và rụng.
 Hoa: Hoa ca cao xuất hiện trên sẹo lá của thân, cành. Hằng năm, hoa xuất hiện
trên cùng một chỗ ở vết sẹo lá, lâu ngày chỗ ra hoa phình to và nhô lên thành đệm hoa.
Hoa có cuống dài 1 – 3 cm, có 5 cánh đều đặn xen kẽ với 5 cánh đài. Hoa nở từ 3 giờ
chiều đến 9 giờ sáng hôm sau.
 Quả: Những đặc tính về màu sắc, kích thƣớc và hình dạng quả thay đổi rất
nhiều tùy thuộc vào giống.
 Màu sắc: Quả chƣa chín có thể có màu xanh, đỏ tím hoặc xanh điểm sắc đỏ
tím,… Khi quả đạt độ chín, màu xanh chuyển qua vàng, màu đỏ tím thƣờng chuyển
qua màu da cam.
 Hình dạng, kích thƣớc: Hình dạng quả thay đổi từ hình cầu, hình oval đến hơi
dài, nhọn hoặc hình trứng. Thƣờng quả có chiều dài 7 – 30 cm, rộng 7 – 9 cm.
 Hạt: Hạt ca cao không có nhân, mập, dài 2 – 3 cm: và có cùi nhớt màu trắng, có
vị hơi chua bao bên ngoài. Kế lớp cùi nhớt là lớp vỏ mỏng, nhiều đƣờng gân bao bọc
lấy hạt ở bên trong. Hạt chứa tử diệp màu tím (màu trắng ngà hoặc vàng nhạt đối với
giống Criollo) và hóa nâu sau khi lên men. Kích thƣớc hạt có thể thay đổi tùy the o
giống và mùa vụ. Mỗi quả ca cao có từ 30 – 40 hạt đƣợc bao quanh bằng lớp nhầy.
Lớp nhầy này có vị hơi ngọt và đó chính là cơ chất cho quá trình lên men [25].

2

Hình 1.1 Cây ca cao, quả ca cao
[33][35][38]

1.1.3 Phân loại và tác dụng của ca cao
1.1.3.1 P â

ạ

Ca cao đƣợc phân làm 3 loại:
 Criollo: Hạt có chất lƣợng rất cao do có hƣơng ca cao đặc trƣng, cây phát triển
k m, lá nhỏ, rất mẫn cảm với sâu bệnh.
 Forastero: Đƣợc trồng rộng rãi trên thế giới, có năng suất cao. Trong nhóm này
loại Amelonado đƣợc trồng chủ yếu ở Châu Phi và Nam Mỹ.
 Trinitario: Có nguồn gốc từ Trinidad là con lai của hai loại trên [35][36][37].
1.1.3.2 T

ủ

Các kết quả cho thấy, ca cao có những tác dụng sau đây:
3


 Giải khát, chữa bệnh: chữa bệnh đƣờng ruột, điều hòa huyết áp, kích thích tiêu
hóa, tăng cƣờng hoạt động của chức năng tuần hoàn, trợ tim (do chứa theobromin, chất
này c ng thƣờng chứa trong những hợp chất chữa bệnh tim).
 Kích thích hƣng phấn nhẹ nhàng do chứa hàm lƣợng cafein thấp.
 Cung cấp năng lƣợng, các vitamin, khoáng chất…
 Bơ ca cao c ng đƣợc sử dụng trong sản xuất thuốc lá, xà phòng, mỹ phẩm,
….[20].
1.1.4 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao

 Ca cao đƣợc trồng ở 50 quốc gia trên thế giới với diện tích khoảng 5 triệu ha,
tuy nhiên mức cung lại phụ thuộc vào 3 quốc gia chính là Bờ Biển Ngà, Indonexia và
Ghana, trong đó Bờ Biển Ngà là nƣớc sản xuất ca cao nhiều nhất thế giới, chiếm 40%
sản lƣợng toàn cầu, Indonexia chiếm 12 % sản lƣợng, Ghana chiếm 21 % [12].
 Sản lƣợng ca cao trên thế giới niên vụ 2003/04 lên tới 3,5 triệu tấn tăng so với
niên vụ 2002/03 là 13,8 %.
 Tây Phi sản xuất ca cao chiếm 72,4 % sản lƣợng ca cao thế giới. Từ những năm
1970 đến nay sản lƣợng ca cao ở Đông Nam Á tăng nhanh và hiện chiếm 17 %. Tại
Đông Nam Á ca cao đƣợc trồng ở một số nƣớc nhƣ: Indonexia, Philippin, Malaysia,
Việt Nam, Papua New Guinea, India, Srilanca và cho sản lƣợng khoảng 500 000 tấn.
 Tiêu thụ ca cao trên thế giới ngày càng tăng với tốc độ 2 – 3 % mỗi năm và ca
cao chủ yếu dùng để sản xuất socola. Ƣớc tính tiêu thụ ca cao trên thế giới năm
2004/05 tăng lên 3,23 triệu tấn và tăng thêm 3 triệu tấn năm 2008.
 Trong thế kỷ 20, tiêu thụ ca cao tăng nhanh do kết quả trực tiếp của việc gia
tăng nhu cầu socola. Nhu cầu socola tăng do nhiều yếu tố nhƣ tăng thu nhập, tăng dân
số, giá bán lẻ giảm, sản phẩm làm từ ca cao phong phú, kỹ thuật tiếp thị hiện đại,...
 Các nƣớc Tây Âu, Bắc Mỹ là thị trƣờng tiêu thụ lớn nhất thế giới, chiếm 70 %
sản lƣợng ca cao thế giới, riêng các nƣớc Liên minh Châu Âu (EU) tiêu dùng khoảng
một nửa sản lƣợng ca cao hằng năm trên thế giới (Bỉ là nƣớc tiêu thụ ca cao nhiều
nhất, trung bình cứ 5 kg/ngƣời) [30], [32].
 Cây ca cao ở Việt Nam đƣợc khôi phục và phát triển từ khi có sự hỗ trợ của dự
án quốc tế Success alliance, từ vài chục ha năm 2000 tăng lên 7320 ha năm 2006 và

4


đạt hơn 11 400 ha vào cuối năm 2007. Nhiều mô hình trồng ca cao đạt năng suất từ 1,5
tấn đến hơn 2 tấn hạt khô/ ha.
 Hiện nay, tổng lƣợng ca cao khô của Việt Nam mỗi năm khoảng 4.000 tấn.
Theo kế hoạch phát triển ca cao của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn năm

2015 diện tích trồng đạt 33.500 ha, sản lƣợng hạt khô lên men 25.000 tấn, kim ngạch
xuất khẩu 60 - 70 triệu USD/năm [39].
 Các công ty nƣớc ngoài đang có xu hƣớng đến Việt Nam thu mua ca cao.
Doanh nghiệp trong nƣớc c ng mạnh dạn đầu tƣ hàng triệu USD, xây dựng nhà máy
chế biến ca cao. Chƣa bao giờ hạt ca cao đƣợc kì vọng nhƣ vậy.
 Năm 2005, công ty TNHH Cargill Việt Nam, doanh nghiệp 100% vốn của Mỹ
ở Đồng Nai, đã chi ra cả tỷ đồng để lập trạm thu mua ca cao ở Bến Tre, sau đó mở tiếp
trạm thu mua ở Đăk Lăk, những địa phƣơng có diện tích trồng ca cao lớn [31].
 Năm 2006, Công ty TNHH Thuận Kiều ở Bình Dƣơng đã đầu tƣ xây dựng một
nhà máy chế biến ca cao đầu tiên của Việt Nam tại Bến Tre.
 Đối với thị trƣờng tiêu thụ trong nƣớc, công nghiệp chế biến ca cao ở nƣớc ta
đang phát triển, nhƣ các nhà máy chế biến bánh kẹo ở Quãng Ngãi và TP HCM c ng
phải nhập nguyên liệu bột và bơ ca cao, trong nƣớc sản xuất còn quá ít không đủ cung
cấp cho thị trƣờng nội địa. Hàng năm, các nhà máy chế biến bánh kẹo, thức uống của
Việt Nam phải nhập khoảng 1000 tấn ca cao bột và một số ít bơ ca cao tƣơng đƣơng
khoảng 2700 tấn hạt ca cao khô.
1.2 Tổng quan về lên men ca cao
1.2.1 Ủ đống (fermentation in heap)
 Hạt ca cao đƣợc đổ thành đống hình nón trên lớp lá chuối đƣợc xếp tròn trên
mặt đất. Bên dƣới một lớp lá chuối kê các cành cây để tạo độ thoáng và giúp dịch nhầy
chảy ra dễ dàng. Các lá chuối sẽ đƣợc cuộn lên để bao kín khối hạt nhằm giữ hơi nóng
trong suốt quá trình ủ. Đống hạt có thể từ 25 – 2500 kg hạt tƣơi. Hai hoặc ba ngày sau
khi ủ phải đƣợc đảo trộn đều và giữ kín bằng lá chuối cho đến khi quy trình hoàn tất.
Tuỳ theo nhiệt không khí (tuỳ mùa) mà thời gian ủ k o dài 4 đến 7 ngày.
 Ủ đống là phƣơng pháp phổ biến đƣợc nông hộ nhỏ tại Ghana, nhiều nƣớc 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.

5

 Ủ đống có ƣu điểm: dụng cụ đơn giản, phù hợp với nhiều khối lƣợng khác nhau
[32].

Hình 1.2 ên men thành đống
[35]

1.2.2 Ủ trong thúng (fermentation in basket)
 Lót lá chuối xung quanh thúng tre, đổ đầy hạt và đậy thúng lại bằng lá chuối.
Hai ngày sau khi ủ trộn đều hạt bằng cách đổ từ thúng này sang thúng khác.
 Kích thƣớc thúng tuỳ theo khối lƣợng hạt để có thể chứa từ 10 – 150 kg hạt ca
cao tƣơi.
 Sau khi ủ độ 5 – 7 ngày, nếu ủ đúng cách và đúng mức thì các hạt ca cao đều
có màu nâu sậm. Ngƣợc lại nếu ủ không đúng cách thì các hạt bên phía ngoài có màu
nâu, phía trong hơi trắng và giữa đống ủ các hạt 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.
 Đối với giống Forastero Trinitario thƣờng ủ khoảng 3 – 7 ngày, còn giống
Criollo chỉ cần 2 – 3 ngày là đƣợc [32].

6


Hình 1.3 Lên men trong thúng
[35]

1.2.3 Ủ thùng (fermentation in box)


Ca cao đƣợc chứa trong thùng gỗ có đục lỗ ở đáy. Kích thƣớc chiều dài và

chiều rộng của thùng có thể thay đổi tùy theo lƣợng hạt nhƣng chiều cao khối hạt
không nên vƣợt quá 50 cm. Khối lƣợng từ 50 – 1000 kg.


Đảo trộn hạt sau hai ngày ủ. Thời gian ủ từ 5 – 7 ngày.



Thùng đƣợc kê cao 20 – 30 cm cho thoáng nƣớc và nƣớc trong thùng ủ thoát ra

đƣợc. Phải giữ nhiệt độ trong thùng ủ khoảng 50 0C và cứ hai ngày một lần đảo trộn
khối hạt cho đều. Nếu có nhiều thùng thì việc trộn đống ủ thƣờng 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 chƣa tức là hạt đã đạt màu nâu sẫm
ở ngoài và tím đậm bên trong [28].


Trong khi ủ cần lƣu ý, đối với giống Forastero và Trinitario thƣờng ủ khoảng 3

– 7 ngày, còn giống Criollo chỉ cần ủ 2 – 3 là đƣợc.

7


Hình 1.4 Lên men ca cao bằng thùng
[38]

1.3 Tổng quan về vi sinh vật trong lên men ca cao
 Một số nghiên cứu trên thế giới đã xác định hệ vi sinh vật rất đa dạng tham gia

vào quá trình lên men bao gồm vi khuẩn lactic (Lactobacillus, Betabacterium,
Streptobacterium, Str p

,…), vi khuẩn acetic (Acetobacterraner, A. ascendens,

A. suboxydans, A. xylinodes, A. orleanense, Gluconobacter oxydans,…), vi khuẩn
Bacillus (B. subtilis, B. circulans, B. licheniformis,…) và nấm mốc (Aspergillus,
Mucor, P

,R z p ,…). Mỗi nhóm vi sinh vật đều có một vai trò rất quan

trọng ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình lên men c ng nhƣ chất lƣợng hạt thành phẩm.
Do đó, các công trình nghiên cứu tuyển chọn và ứng dụng hệ vi sinh vật chức năng để
điều khiển quá trình lên men c ng đƣợc quan tâm thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới
[16], [ 17].
 Theo Ardhana và Fleet (2003) có khoảng 124 loài vi sinh vật hiện diện trong
quá trình lên men hạt ca cao bao gồm các loài: nấm men (yeasts), vi khuẩn (bacteria),
nấm mốc (mould). Tuy nhiên mật độ và số lƣợng vi sinh vật ban đầu của mỗi vùng,
mỗi quốc gia là khác nhau, do đó quá trình lên men của các vùng c ng khác nhau. Phải
chăng đây là một trong những nguyên nhân và biện pháp điều khiển để tạo ra các loại
hạt ca cao có chất lƣợng đặc biệt và từ đó tạo ra các sản phẩm chocolate có nguồn gốc
và xuất xứ (chocolate đặc sản)[13].
 Trong quá trình lên men mật độ vi sinh vật c ng biến thiên theo thời gian lên
men: số tế bào vi sinh vật hiếu khí tăng lên từ 6,1 x 10 6 CFU/g đến cực đại 4,2 x 10 7
CFU/g chất khô sau 48 h lên men. Nấm men phát triển tới cực đại trong 24 h đầu của

8


lên men ở mật độ 6,1 x 10 7 CFU/g. Vi khuẩn sản sinh acid lactic và acid acetic phát

triển sau 48 h là 7,3 x 10 7 CFU/g và 1,5 x 10 8 CFU/g chất khô [8].
 Nhiều nghiên cứu cho rằng trong rất nhiều loài vi sinh vật đó thì chỉ có một số
loài chính hoạt động mạnh và ảnh hƣởng nhiều tới quá trình lên men và chất lƣợng hạt
sau lên men (xem bảng 1.1). Phần lớn các loài khác có mặt trong quá trình lên men ít
có tác dụng tới quá trình hình thành chất lƣợng hoặc thậm chí không có hoặc có tác
dụng không tốt tới quá trình hình thành chất lƣợng của hạt cacao thành phẩm [3].Các
loài phụ này thƣờng bị ức chế trong quá trình lên men cacao nhƣng trong điều kiện
thuận lợi (nhiệt độ thấp, hàm lƣợng etanol không cao, hàm lƣợng acid ít...) thì chúng
sẽ phát triển và làm hỏng quá trình lên men hạt.
Bảng 1.1

ột số vi sinh vật chính đƣợc phân lập từ quá trình lên men hạt ca cao

Quốc gia
Vi sinh vật
Ghanaa

Malaysiaa

Belize b
Lactobacillus plantarum
Lactobacillus fermentum
Lactobacillus brevis

Lactobacillus
Lactobacillus buchneri

plantarum
Lactobacillus

Lactobacillus

Vi khuẩn

mali

plantarum

lactic

Lactobacillus

Lactobacillus

collinoides

collinoides

Lactobacillus cellobiosus
Lactobacillus casei
subsp. pseudoplantarum
Lactobacillus delbrueckii

Lactobacillus

Lactobacillus

fermentum

fructivorans

Lactobacillus gasseri
Leuconostoc
9


messenteroides
Leuconostoc
paramesenteroides
Leuconostoc oenos

Vi khuẩn

Acetobacter

Acetobacter

rancens

rancens

Acetobacter

Acetobacter

ascendens

lovaniensis

Acetobacter spp.

Acetobacter

Acetobacter

Gluconobater oxydans

xylinum

xylinum

Gluconobater

Gluconobater

oxydans

oxydans

sinh acid
acetic

Brettanomyces claussenii
Candida spp.
Hansenula spp.
Kloeckera spp.

Candida spp.
Debaryomyces

Candida spp.
Candida boidinii

spp.
Candida cocoai

Pichia spp.

spp.

Candida intermedia

spp.

Hansenula spp.

Candida guilliermondii

Sacharomycopsi

Kloeckera spp.

Candida krusei

Sacharomyces
Nấm men

Hanseniaspora

s spp.

Rhodotorula spp.

Schizosacharom
yces spp.
Torulopsis spp.

Candida reukaufii

Sacharomyces spp.

Kloeckera javanica

Torulopsis spp.

Pichia
membranaefaciens

10


Sacharomyces cerevisiea
Sacharomyces chevalieri
Sacharomyces spp
Schizosascharomyces
malidevorans
a: Nguồn: Carr và cộng sự
b: Nguồn: S.S Thompson và Pfeifer, số liệu chƣa công bố [7].
1.3.1 Nấm men
 Nấm men có mặt ngay trong giai đoạn đầu của quá trình lên men(24–48h lên

men). Từ số lƣợng ban đầu tính theo lg(CFU/g) = 6,07-7,45 sau 12h số lƣợng nấm
men tăng lên lg(CFU/g) = 7,24-8,03. Trong khi theo Ardhana & Fleet (2003), số lƣợng
tế bào nấm men lúc đầu là 10 4 - 10 5 CFU/g, và sau 24-36 h lên men chúng phát triển
đến số lƣợng cực đại là 10 7 - 108 CFU/g, sau đó số lƣợng bị giảm nhƣng vẫn duy trì
cho đến khi quá trình lên men kết thúc [4].
 Ethanol là sản phẩm của nấm men, ngoài ra nó còn sinh ra các sản phẩm khác
nhƣ acid acetic, acid malic, và acid succinic, chúng tạo nên một hệ đệm trong cơm
nhầy ca cao. C ng nhƣ rƣợu, các acid b o và các este acid b o, chúng góp phần tạo
nên hƣơng vị, các hợp chất tiền sinh hƣơng của ca cao [7]. Bên cạnh đó, hoạt động của
nấm men là nguyên nhân làm giảm độ nhớt và làm thoát nƣớc của khối ca cao lên men
do chúng tiết ra các enzyme pectin làm phá vỡ cấu trúc cơm nhầy. Khoảng trống đƣợc
tạo thành giữa các hạt do cơm của khối hạt bị lên men tạo điều kiện cho không khí
xâm nhập vào bên trong, thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn acetic và vi khuẩn lactic.
1.3.2 Vi khuẩn Acetic
 Lên men ca cao là quá trình lên men hiếu khí k o dài từ lúc mới bắt đầu lên
men cho đến khi kết thúc, đó là điều kiện tối ƣu nhất cho vi khuẩn acetic hoạt động.
Theo nghiên cứu cho thấy vi khuẩn acetic hoạt động trong khoảng từ 24 – 112 h của
quá trình lên men. Khi một lƣợng lớn cơm nhầy đƣợc chuyển hóa và lƣợng nƣớc mất
đi c ng lớn, không khí bên trong khối hạt tăng lên, và khi nhiệt độ tăng trên 37°C, vi
khuẩn acetic chịu nhiệt phát triển với số lƣợng ban đầu từ 3 – 5 tăng lên tối đa là 5 – 8
11