CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN BỘT CA CAO

BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

MỤC LỤC

-1-


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Hạt ca cao.................................................................................................................6
Hình 2: Sản lượng ca cao của các nước qua từng năm 1990 – 2005....................................8
Hình 3: Biểu đồ thể hiện sản lượng ca cao trên Thế giới năm 2007 (%)..............................9
Hình 4: Tiêu thụ ca cao trên thế giới năm 2007....................................................................9
Hình 5: Giống ca cao Forastero...........................................................................................11
Hình 6: Sơ đồ quy trình công nghệ 1...................................................................................13
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm sạch........................................................................14
Hình 8: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị rang dạng thùng quay................................................17
Hình 9: Cấu tạo thiết bị rang thùng quay.............................................................................18
Hình 10: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền trục.....................................................................19
Hình 11: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tách vỏ.........................................................................20
Hình 12: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền trục bánh răng....................................................22
Hình 13: Sơ đồ nguyên lý thiết bị kiềm hóa........................................................................24
Hình 14: Sơ đồ nguyên lý thiết bị ép bơ..............................................................................26
Hình 15: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền búa.....................................................................28
Hình 16: Cấu tạo thiết bị rây................................................................................................30
Hình 17: Thiết bị bao gói ....................................................................................................32

Hình 18: Sơ đồ quy trình công nghệ 2.................................................................................33
Hình 19: Sơ đồ cấu tạo của hệ thống xử lý nhiệt hồng ngoại..............................................35
Hình 20: Sơ đồ nguyên lý thiết bị rang liên tục...................................................................39
Hình 21: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền nhiều trục...........................................................41
Hình 22: Màu sắc của các sản phẩm bột cacao khác nhau..................................................44

-2-


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Những đặc tính chính của các nhóm ca cao............................................................7
Bảng 2: Thành phần hóa học của hạt ca cao tươi.................................................................7
Bảng 3: Thành phần hóa học của hạt ca cao đầu vào (theo ICCO).....................................12
Bảng4: Nhiệt độ và thời gian tối ưu để hình thành một số chỉ tiêu cảm quan.....................17
Bảng 5: Sự ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến chất lượng ca cao thành phẩm...................25
Bảng 6: Đánh giá ưu, nhược điểm của từng quá trình........................................................42
Bảng 7: Đánh giá ưu, nhược điểm của quy trình................................................................43
Bảng 8: Một số tiêu chuẩn chất lượng đối với bột ca cao có kiềm hoá...............................45
Bảng 9: Một số tiêu chuẩn chất lượng đối với bột ca cao 10 – 12% bơ có kiềm hoá của công
ty American Health and Nutrition........................................................................................46
Bảng 10: Thành phần dinh dưỡng của bột ca cao loại N-11-N theo ICCO (tính bằng g/100 g
bột ca cao thành phẩm)........................................................................................................47
Bảng 11: Thành phần vitamin trong bột ca cao loại N-11-N theo ICCO............................47
Bảng 12: Thành phần khoáng trong bột ca cao loại N-11-N theo ICCO.............................48

-3-

BỘT CA CAO

PHẦN 1 – TỔNG
I.

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CA CAO
1. Một số đặc điểm của ca cao

Ca cao thuộc họ Sterculiaceae, giống Theobroma, loài Ca cao, có nguồn gốc từ miền
nam Châu Phi.
Hoa nhỏ, đường kính khoảng 15mm, có màu vàng, đỏ, trắng hay tím tùy theo loài.
Hoa mọc trực tiếp từ thân và cành, thuộc loại lưỡng tính và thụ phấn chủ yếu là nhờ côn
trùng. 0,5% hoa nở tạo quả, trong đó 90% quả non sẽ bị khô và rụng.
Hình dạng chung của quả ca cao:
•

Quả ca cao có thể đạt chiều dài 15 – 20cm, khối lượng khoảng 200g hoặc hơn tùy giống. Tùy
theo từng loài mà hình dạng trái có khác nhau (dài, tròn hoặc bầu dục). Màu sắc trái khá đa

•

dạng: đỏ, xanh hay vàng.
Quả ca cao có chứa từ 25 đến 80 hạt. Hạt ca cao có hình trứng, hơi dẹt và thường có màu tím
hoa cà hơi đỏ nhạt. Vỏ hạt gồm có phần vỏ ngoài, mỏng dễ vỡ cũng được gọi là vỏ cứng và

phần vỏ lụa trông rất mỏng có màu trắng mỡ bọc lấy lõi hạt và ăn vào phần lõi hạt, chia lõi hạt

•

ra thành những ô góc cạnh.
Hạt ca cao là hạt không có nhân, mập, dài 2 – 3cm, có lớp nhầy màu trắng, có vị ngọt hơi

•

chua bao quanh.
Hai phôi nhũ của phôi màu sắc có thể thay đổi từ trắng của Criollo sang tím đậm của
Forastero qua các màu trung gian của các giống lai Trinitario chiếm toàn bộ thể tích của hạt.
Phôi nhũ có nhiều nếp nhăn và gồm nhiều thùy chồng lên nhau, quanh chúng có màng mỏng
trong, bóng bao bọc. Chúng được nối liền về phía gốc và bằng một cái rễ con dài 6-7 mm và
một cái mầm thô sơ cặp vào giữa có thùy bao quanh để tạo thành mầm của hạt ca cao.

Hình 1: Hạt ca cao

-4-


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Có 3 chủng ca cao chủ yếu là: Forastero, Criollo và Trinitario.Trồng phổ biến nhất
Đặc điểm
Dạng quả

Criollo

Dài, thuôn, nhọn

Forastero
Tròn, bầu dục

Trinitario
Dài

Sống quả

đầu
Nhọn, rãnh sâu

Trơn, không rãnh

Rãnh sâu không rõ nét

Mỏng, mềm, ít mô

sâu
Cứng, dày, nhiều

Hầu hết cứng

gỗ

chất gỗ

Màu sắc

Vàng-đỏ, các đốm

Xanh vàng

Không nhất định

Hoa

nâu nhỏ
Nhụy hồng nhạt

Nhụy màu tím

có xanh có đỏ

Hạt

20 – 40 hạt

30 – 60 hạt

Nhiều hơn 40 hạt

Kết cấu vỏ quả

là:

Criollo và Forastero. Trinitario là kết quả của sự lai tạo giữa 2 giống trên.
Bảng 1: Những đặc tính chính của các nhóm ca cao
Bảng 2: Thành phần hóa học của hạt ca cao tươi

STT
Thành phần (%w/w) Phôi nhũ
Cùi
1
Nước
35
84,5
2
Cellulose
3,2
3
Tinh bột
4,5
4
Pentosan
4,9
2,7
nhũ
5
Saccharose
0,7
hàm
6
Glucose + Fructose
1,1
10
lượng 7
Bơ ca cao
31,3
Protein

8,4
0,6
ca cao 8
9
Theobromine
2,4
cao, 10
Enzym
0,8
Polyphenol
5,2
hạt có 11
12
Acid
0,6
0,7
ít và 13
Muối khoáng
2,6
0,8
không có ở chất nhầy. Bơ ca cao chiếm khoảng 31,3% khối lượng phôi

Vỏ hạt
9,4
13,8
Phôi
46
có
bơ
3,8

18
khá
vỏ
0,8
một
8,2
nhũ. Bơ ca cao chủ

yếu chứa các triglyceride của glycerol và các acid béo không no.
Bơ ca cao nóng chảy ở nhiệt độ 16 – 37 oC, tùy thuộc vào dạng tinh thể của chất béo
tạo thành trong quá trình kết tinh. Bơ ca cao chiết từ hạt ca cao có dạng tinh thể nhỏ màu
trắng và có mùi thơm đặc trưng. Bơ ca cao góp phần tại mùi vị cho ca cao.

-5-


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Chất nhầy có chứa một hàm lượng đường (glucose, fructose, sucrose) và nước khá
cao. Ngoài ra, còn có một lượng acid citric làm cho pH của chất nhầy luôn ổn định ở 3,5.
Protein trong vỏ quả chiếm 18%, trong cùi 0.6% và trong phôi nhũ: 8.4%. Thành phần
protein chiếm nhiều nhất trong quả ca cao là albumin và globulin.
Một thành phần quan trọng khác trong ca cao là các alkaloid. Alkaloid điển hình trong
ca cao là Theobromine (3,7-dimethylxanthine). Nó là chất kích thích nhẹ, tạo cảm giác hưng
phấn cho cơ thể người. Cường độ kích thích Theobromine thấp hơn caffein rất nhiều. Trong
ca cao, hàm lượng Theobromine dao động trong khoảng 1 – 4%(w/w). Trong ca cao cũng có
chứa caffein nhưng hàm lượng rất thấp (0 – 2%) so với trong cà phê.
2. Sản lượng ca cao thế giới

Hình 2: Sản lượng ca cao của các nước qua từng năm 1990 – 2005.

-6-


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Hình 3: Biểu đồ thể hiện sản lượng ca cao trên Thế giới năm 2007 (%).

Hình 4: Tiêu thụ ca cao trên thế giới năm 2007.

-7-


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

3. Ca cao ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cây ca cao được du nhập từ rất sớm theo chân các nhà truyền giáo
phương Tây nhưng phát triển rất chậm cho đến thời gian gần đây.
Hiện tại, ca cao được trồng rộng rãi ở nhiều nơi: Tây Nguyên, một số tỉnh vùng Đồng
bằng sông Cửu Long, Bà Rịa-Vũng Tàu, Bình Phước. Trong đó, vùng Tây Nguyên vẫn được
đánh giá là có điều kiện lý tưởng nhất cho sự phát triển của cây ca cao. Ở đây, theo nghiên
cứu thống kê thì cây ra hoa cho quả quanh năm, sản lượng bình quân đạt 3 kg hạt khô/1 cây 5
năm tuổi.

Năm 2009, sản lượng ca cao của Việt Nam đạt 1000 tấn hạt khô. Trong đó, ĐakLak
chiếm 33%, Bến Tre 25%, Bà Rịa-Vũng Tàu 17%, Tiền Giang 5% và Bình Phước 2%.
Về định hướng phát triển cây ca cao ở nước ta trong thời gian tới, theo mục tiêu của
Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn là phát triển bền vững cây ca cao ở Việt Nam nhằm
tăng khối lượng sản phẩm hàng hóa, tăng hiệu quả kinh tế trên đơn vị diện tích đất, nâng cao
thu nhập cho người dân và bảo vệ môi trường. Cụ thể, đến năm 2015, dự kiến diện tích trồng
cây ca cao đạt 60 000 ha, trong đó có 35.000 ha kinh doanh, năng suất bình quân 15 tạ/ha, sản
lượng hạt khô đạt 52.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 50 – 60 triệu USD.
Đến năm 2020, dự kiến diện tích đạt 80.000 ha, trong đó có 60.000 ha kinh doanh,
năng suất bình quân 18 tạ/ha, sản lượng hạt khô 108.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 100 –
120 triệu USD.
4. Loại ca cao đề suất

Trong bài này sử dụng chủng ca cao Forastero vì chủng này khá phổ biến ở Việt Nam.
•

Nguồn gốc: khu vực thượng lưu Amazon (Ecuador và Venezuela).

•

Đặc điểm: có sản lượng cao và khả năng chịu bệnh.

•

Hình dạng: vỏ quả Forastero thường có màu xanh hay ôliu, khi chín có màu vàng.
Trái ít có hoặc không có rãnh, bề mặt trơn, đỉnh tròn. Vỏ dày và khó cắt vì ở trong có nhiều
chất gỗ.

•

Hạt giống: hạt ca cao Forastero có hình dạng phẳng, hơi lép, tử diệp có màu tím đậm,
lúc tươi có vị chát hay đắng.
-8-


BỘT CA CAO
•

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Hương vị: nó mang một mùi thơm và vị đắng đặc trưng, bởi vì hương và vị đậm này
của nó, hạt ca cao Forastero chủ yếu được sử dụng để pha trộn.

•

Địa lý: sự phân bố rộng rãi của ca cao, đặc biệt là ở châu Phi (Ghana, Bờ Biển Ngà,
Brazil,…) Ở nước ta nó được trồng ở Vĩnh Long, Tiền Giang, Buôn Ma Thuộc.

•

Sản xuất: hơn 85% sản lượng của thế giới

Hình 5: Giống ca cao Forastero
Tuy nhiên, việc phân loại ca cao chỉ dựa vào hình dạng quả bên ngoài mà phải tách ra
và phân loại các chủng riêng biệt.

-9-


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU

II.

Ca cao hạt được phân loại theo trọng lượng (thường là trọng lượng của 100
hạt/110g) và theo hàm lượng hạt không đạt yêu cầu hay hạt khuyết tật, đó là những hạt bị
mốc, chưa được lên men, các hạt bị sâu bọ tấn công, hạt bắt đầu nảy mầm, hạt lép (không
có nhân bên trong)… 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 ca
cao.
Một số tiêu chí chọn hạt ca cao 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 mùi mốc khó chịu cho bột ca cao thành phẩm.

•

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

•

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

•

Khối lượng nhân bên trong hạt cũng là một chỉ tiêu quan trọng: hạt phải chắc,
chứa nhiều nhân bên trong. Bên cạnh đó, hàm lượng bơ cũng có ý nghĩa nhất
định trong quy trình 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.
Bảng 3: Thành phần hóa học của hạt ca cao đầu vào (theo ICCO)
Thành phần
Bơ ca cao
Protein

10

Phôi nhũ (%)
54
12-14

Vỏ (%)
3.76
15.58

Mầm (%)
2.96
28.8


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Tinh bột
Caffeine
Theobromine
Tannin
Muối khoáng
Xơ thô
Các Cacbonhydrat khác
Độ ẩm

6
0.2
1.3
6

2.6
2.6
10.6
3.5

-0.05
1.44
-8.18
18.61
18.61
3.75

-0.19
2.14
-6.82
5.16
47.38
6.47

Hạt ca cao

Làm sạch

PHẦN 2 – QUY

Rang

TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT Tạp
BỘT
CA CAO

chất
Nghiền thô

A – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 1
I.

Tách vỏ

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

Nghiền
Vỏ

K2CO3

Kiềm hoá

Ép bơ

Nghiền mịn
Bơ ca cao
Phân loại

Bao bì

11

Bao gói

Bột ca cao

BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Hình 6: Quy trình công nghệ sản xuất ca cao 1
II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Quá trình phân loại và làm sạch
1.1. Mục đích công nghệ

Chuẩn bị: nhằm loại bỏ các tạp chất lẫn trong nguồn nguyên liệu, giúp các quá
trình chế biến tiếp theo sẽ được thuận lợi.
Các tạp chất cần tách thường là: lá, cành cây khô, đất, đá, kim loại, xác côn
trùng… Bên cạnh đó, quá trình này cũng giúp phân loại sơ bộ hạt ca cao theo kích thước
và tỷ trọng, các hạt không đủ tiêu chuẩn như hạt lép, hạt quá to hay quá nhỏ sẽ bị loại bỏ.
Kết quả là các hạt ca cao sẽ được đồng đều hơn, đảm bảo yêu cầu về chất lượng của hạt
khi nghiền và tách vỏ cũng như tránh những tác động cơ học làm giảm tuổi thọ của các
thiết bị.
1.2. Các biến đổi xảy ra trong quá trình

Vật lý: chủ yếu là tỉ trọng và kích thước của nguyên liệu được đồng đều hơn do
tạp chất bị loại bỏ.

12


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

1.3. Hệ thống làm sạch
1.3.1.Cấu tạo thiết bị

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm sạch.
Hệ thống làm sạch bao gồm một thiết bị sàng và một thiết bị làm sạch bằng khí động.
•

Thiết bị sàng gồm 2 mặt sàng được lắp kết hợp với nhau theo thứ tự đường kính lỗ giảm
dần từ trên xuống. Giữa các mặt sàng, người ta thường lắp các bi trống bít lỗ sàng để hạn

•

chế hiện tượng các lỗ sàng bị bít lại.
Thiết bị làm sạch bằng khí động.
1.3.2.Nguyên lý hoạt động:

Dòng hạt ca cao nguyên liệu được đưa đến vị trí nhập liệu của thiết bị sàng. Ở
sàng tầng 1 với kích thước lỗ lớn sẽ loại bỏ những tạp chất lớn như rơm rạ, đá, cành cây
khô,… Hạt ca cao sẽ rơi xuống sàng tầng 2 để loại bỏ các tạp chất kích thước nhỏ như bụi
đất, cát, mảnh kim loại, thủy tinh... Quá trình sàng có sự rung lắc nhờ mô tơ. Quá trình
làm sạch chính là quá trình phân loại dựa trên sự sai khác về kích thước của khối hạt còn
gọi là phương pháp phân loại bằng kích thước. Đặt biệt, các tạp chất nhẹ (bụi, vỏ khô…)
bám lên trên bề mặt đống hạt cũng được tách nhờ hệ thống quạt thổi liên tục đặt ở đầu ra
của sàng dưới.
Sau đó hạt ca cao được đưa vào thiết bị làm sạch bằng khí động để tách các tạp
chất còn sót lại. Quá trình làm sạch chính là quá trình phân loại dựa trên sự sai khác về tỉ
13

BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

trọng của các phần tử trong khối hạt còn gọi là phương pháp phân loại bằng trọng lực.
Khi đó, dòng hạt ca cao được đưa đến một bề mặt có đục lỗ và được đặt nằm nghiêng so
với mặt đất. Dòng khí sẽ được thổi qua những lỗ này từ dưới lên trên vuông góc với bề
mặt sàn kết hợp với chuyển động rung lắc có tác dụng làm cho khối hạt tung lên trên.
Dưới tác dụng của dòng khí, các hạt ca cao và tạp chất có trọng lượng nhỏ bị lôi cuốn bởi
dòng khí ra ngoài, những tạp chất có trọng lượng lớn hơn sẽ rơi xuống dưới tác dụng của
trọng lực, hạt ca cao đạt yêu cầu sẽ ở đứng yên (trạng thái tầng sôi).
Bên cạnh đó, hệ thống còn có các cylon thu hồi tạp chất.
1.4. Thông số công nghệ

Cỡ hạt ca cao lựa chọn: 100 hạt/ 110g.
2. Quá trình rang
2.1. Mục đích
−

Chuẩn bị: quá trình rang giúp chuẩn bị cho quá trình nghiền thuận lợi hơn.
Lớp vỏ hạt ca cao thường mểm và có liên kết khá chặt với nội nhũ. Khi chịu tác

dụng của nhiệt độ, lớp vỏ hạt và nội nhũ bên trong sẽ có nhiều biến đổi: vỏ hạt sẽ mất ẩm
và cấu trúc hạt ca cao có xu hướng trương nở, nội nhũ thì bị biến dạng. Khi đó, liên kết
giữa nội nhũ và vỏ bị phá vỡ, vỏ tách rời khỏi nội nhũ.
Quá trình rang sẽ làm cho lớp vỏ hạt ca cao trở nên giòn hơn và tách rời khỏi nội
nhũ nên chỉ cần tác dụng lực cơ học vừa đủ mạnh lên hạt ca cao là có thể làm vỡ lớp vỏ
và tách lớp vỏ ra.
−

Chế biến: quá trình rang ca cao sẽ tạo ra những biến đổi cần thiết để hình thành nên
hương vị đặc trưng cho các sản phẩm ca cao. Quá trình này quan trọng nhất và có ảnh

−

hưởng quyết định của sản phẩm bột ca cao cũng như các sản phẩm khác từ ca cao.
Bảo quản: quá trình rang còn có tác dụng giảm hàm ẩm góp phần vô hoạt enzyme và tiêu
diệt vi sinh vật có hại, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
2.2. Các biến đổi xảy ra

Vật lý
•

14

Nhiệt độ tăng lên kèm theo quá trình thoát ẩm làm giảm tỉ trọng hạt.


BỘT CA CAO
•

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

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

Hóa học
•

Phản ứng tạo màu do các hợp chất Polyphenol và Anthocyanin bị oxy hoá chuyển
thành hợp chất Flobaphen (màu nâu đỏ).

•

Sự giảm hàm lượng chất chát (sản phẩm ngưng tụ catechin hình thành sau quá
trình lên men): sau khi rang còn lại 2 – 3%.

•

Phản ứng Maillard: các acid amin và đường khử tác dụng với nhau tạo ra sản
phẩm Melanoidin có màu nâu và hương vị đặc trưng.

•

Một số protein bị biến tính bởi nhiệt độ.

Hóa lý
•

Ẩm khuếch tán từ trong lòng hạt ra bề mặt vỏ và bay hơi làm hàm ẩm của hạt
giảm xuống còn 2,5 – 5%.

•

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

•

Một lượng nhỏ bơ ca cao bị chuyển thành thể lỏng khuếch tán ra ngoài vỏ.

Hoá sinh và sinh học
Các vi sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật trên bề mặt hạt ca cao sẽ bị ức chế và tiêu diệt.
Cảm quan
-

Màu sắc: quá trình rang tạo màu nâu đặc trưng cho ca cao (thông qua

phản ứng Maillard và oxy hoá polyphenol).
-

Mùi vị: một số cấu tử hương sẽ được hình thành ở nhiệt độ này như các

aldehyd, ester… Nhiều hợp chất dễ bay hơi như acid acetic, aldehyd, keton, rượu,
ester phân tử lượng thấp có mùi vị không mong muốn sẽ bị loại bỏ.
Bảng4: Nhiệt độ và thời gian tối ưu để hình thành một số chỉ tiêu cảm quan
Yêu cầu
1. Màu nâu tối ưu của bột
2. Vị chát giảm tối đa
3. Vị đắng giảm tối đa
4. Vị chua giảm tối đa
5. Vị cháy khét (burnt flavor)
15

Thời gian tối ưu, phút
40

Nhiệt độ tối ưu, oC
134
150

-

120 150
150
120

50
10

÷


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

giảm tối đa
2.3. Thiết bị
2.3.1.Cấu tạo thiết bị

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị rang dạng thùng quay.
Thiết bị rang sử dụng là thiết bị rang gián đoạn dạng thùng quay.
Cấu tạo của thiết bị bao gồm trống rang, thiết bị gia nhiệt và thiết bị làm nguội.
Bên trong mặt trống có những thanh gờ được thiết kế theo hình xoắn ốc dọc theo thân
trống.

Hình 9: Cấu tạo thiết bị rang thùng quay
2.3.2.Nguyên lý hoạt động:

Thiết bị thùng rang dùng tác nhân nhiệt là không khí nóng. Không khí được gia

nhiệt rồi cấp vào thùng rang. Hạt ca cao được đưa vào thùng rang qua phễu nhập liệu và
tiếp xúc với không khí nóng. Thùng rang có thể xoay quanh trục cố định để gia nhiệt
16


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

đồng đều hơn. Sau khi quá trình rang hoàn tất, dòng hạt được đưa vào khoang dẫn có bố
trí quạt làm nguội.
2.4. Thông số công nghệ

Thời gian rang thay đổi từ 20 – 30 phút, tuỳ thuộc vào cấu tạo thiết bị và khối
lượng của từng mẻ.
-

Nhiệt độ hạt: 115 – 130oC.

-

Tốc độ dòng khí 1m/s.

3. Quá trình nghiền thô
3.1. Mục đích công nghệ

Khai thác: quá trình nghiền thô giúp làm vỡ vỏ hạt ca cao, loại bỏ những phần
không cần trong sản phẩm: vỏ hạt, nội nhũ, tạp chất còn sót,…
3.2. Các biến đổi xảy ra

Vật lý:
•

Lớp vỏ ca cao sẽ bị vỡ và tách ra khỏi hạt.

•

Khối lượng hạt thay đổi.

•

Kích thước hạt giảm.

•

Do ma sát giữa các lớp vỏ với nhau nên nhiệt độ của vỏ và hạt tăng lên.

3.3. Thiết bị
3.3.1.Cấu tạo thiết bị

17


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn
Hình 10: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền trục.

Thiết bị nghiền trục bao gồm hai trục hình trụ nằm ngang, phễu nhập liệu và
thùng chứa sản phẩm sau nghiền.

3.3.2.Nguyên lý hoạt động:

Khi vận hành thiết bị nghiền, hai trục nghiền sẽ chuyền động hướng vào nhau.
Hạt ca cao sẽ được đưa vào thiết bị qua phễu nhập liệu, đưa vào khe giữa của hai trục từ
phía trên. Nguyên liệu được kẹp giữa hai trục và kéo qua khe hẹp. Khi đó, dưới tác dụng
của lực nén ép, hạt sẽ bị vỡ ra.
Mức độ nghiền được quyết định bởi đường kính trục nghiền, kích thước khe hẹp
giữa hai trục.
3.4. Thông số công nghệ

Kích thước hạt sau nghiền: 3 – 5mm
4. Quá trình tách vỏ
4.1. Mục đích công nghệ

Khai thác: Nhằm tách lớp vỏ ca cao ra khỏi nội nhũ và loại chúng ra khỏi nguyên
liệu bằng cách kết hợp lực cơ học và các phương pháp phân riêng thích hợp.
4.2. Các biến đổi xảy ra

Vật lý:
•
•

Lớp vỏ ca cao và nội nhũ của hạt ca cao bị tách vỡ ra.
Kích thước và khối lượng khối hạt giảm đi do vỏ ca cao được tách ra.

4.3. Thiết bị
4.3.1.Cấu tạo thiết bị

18

BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tách vỏ
Hệ thống tách vỏ bao gồm thiết bị tách vỏ, thiết bị sàng và thiết bị khí động và
cylon thu hồi vỏ, tạp chất.
• Thiết bị tách vỏ hình trụ có các cánh tay đập bố trí trong lòng hình trụ.
• Thiết bị sàng gồm 5 lưới sàng có kích thước lỗ rây giảm dần.
4.3.2.Nguyên lý hoạt động

Kết hợp hai quá trình sàng và thổi khí.
Hạt ca cao sau khi rang và nghiền đã được tách vỏ một phần do đó đạt được hiệu
quả tách vỏ tốt. Sau khi nghiền thô, dòng hạt gồm vỏ hạt đã được xé ra một phần cùng
với nhân rơi xuống thiết bị tách vỏ. Thiết bị này làm việc tương tự như thiết bị nghiền
búa. Ở đây, các cánh tay đập sẽ quay và làm cho hạt cũng chuyển động tròn theo. Khi hạt
chuyển động, nó sẽ va đập vào thành thiết bị cũng như cánh tay đòn làm cho vỏ vỡ ra.
Sau đó, ca cao sẽ chuyển sang bộ phận phân riêng vỏ và nhân bằng hệ thống sàng
và khí động. Hệ thống gồm nhiều sàng nối tiếp có chuyển động rung lắc. Kích thước lỗ
sàng nhỏ dần từ trên xuống dưới. Vỏ và các mảnh vụn cũng như bụi sẽ được tách ra nhờ
quạt hút. Nhân sẽ rơi xuống dưới và đi ra ngoài.
4.4. Thông số công nghệ

19


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Ca cao mảnh sau khi tách vỏ chứa khoảng 83% nhân, trong đó chứa khoảng 1,5 –
2% vỏ và một ít mầm.
5. Quá trình nghiền
5.1. Mục đích công nghệ

Chế biến: quá trình nghiền làm giảm kích thước ca cao mảnh thành dạng paste (ca
cao khối).
Chuẩn bị: ca cao chuyển sang dạng paste giúp quá trình kiềm hoá diễn ra tốt và
đồng nhất hơn.
5.2. Các biến đổi xảy ra
−

−
•

Vật lý:
• Kích thước hạt ca cao giảm dưới tác dụng của lực cơ học.
• Nhiệt độ hạt ca cao tăng lên do chịu lực ma sát tác dụng lên nó và sinh nhiệt.

Hoá lý:
Sự hoá lỏng của ca cao: ban đầu ca cao có dạng rắn. Khi nghiền hạt ca cao đến một giới
hạn kích thước nhất định, ca cao sẽ hoá lỏng thành ca cao khối.
5.3. Thiết bị
5.3.1.Cấu tạo thiết bị

Hình 12: Sơ đồ nguyên lý thiết bị nghiền trục bánh răng

20

BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Thiết bị nghiền trục bao gồm hai trục hình trụ nằm ngang, phễu nhập liệu và
thùng chứa sản phẩm sau nghiền. Trên bề mặt trục nghiền có các rãnh dạng bánh răng ăn
khớp với nhau.
5.3.2.Nguyên lý hoạt động

Khi vận hành thiết bị nghiền, hai trục nghiền sẽ chuyền động hướng vào nhau.
Hạt ca cao sẽ được đưa vào thiết bị qua phễu nhập liệu, đưa vào khe giữa của hai trục từ
phía trên. Nguyên liệu được kẹp giữa hai trục và kéo qua khe hẹp. Khi đó, dưới tác dụng
của lực nén ép, hạt sẽ bị vỡ ra.
Trong quá trình nghiền, khoảng cách giữa hai trục nghiền sẽ quyết định đến kích
thước của hạt. Với thiết bị này không cần phải giải nhiệt cho ca cao vì lực ma sát trong
phương pháp nghiền trục không cao nên sinh ít nhiệt.
5.4. Thông số công nghệ
•

Độ ẩm vào: 2 – 2,5%.

•

Độ nhớt: 1 – 2

•

Nhiệt độ nghiền: 35 – 37oC (trên nhiệt độ nóng chảy của bơ ca cao).

•

Kích thước hạt sau nghiền: 200 – 300μm.

6. Quá trình kiềm hoá
6.1. Mục đích công nghệ

Hoàn thiện:
− Trung hoà acid làm giảm độ chua trong ca cao: trong quy trình xử lý ca cao sau khi thu
hoạch, có quá trình lên men để tách lớp vỏ nhầy ra khỏi hạt. Trong quá trình lên men đó,
có sự hình thảnh nên các acid hữu cơ, đặc biệt là acid lactic và acid acetic. Acid acetic bị
bay hơi đáng kể trong quá trình phơi sấy sau đó, còn acid lactic vẫn lưu lại trong nhân.
Hàm lượng acid cao sẽ làm cho sản phẩm bị chua, giảm chất lượng thực phẩm nên cần
qua quá trình kiềm hoá để trung hoà acid trong nguyên liệu.
− Góp phần cải thiện các chỉ tiêu của sản phẩm, góp phần nâng cao chất lượng cảm quan
của sản phẩm.
• Làm dịu hương vị cho bột ca cao trước ép dầu
• Tạo màu sắc đặc trưng cho ca cao trước khi ép.
• Tăng tính hòa tan cho bột ca cao
21


BỘT CA CAO
•

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Màu sắc của bột ca cao được sậm hơn.

Chuẩn bị: ca cao paste khi được kiềm hoá thì cấu trúc khối ca cao sẽ được mềm

hơn và có độ ẩm tối ưu cho quá trình ép bơ, giúp quá trình ép thực hiện dễ dàng hơn.
6.2. Các biến đổi
−

Hoá lý:
• Bơ ca cao tiếp tục được hoá lỏng: Nhiệt độ nóng chảy của các tinh thể lipid
trong ca cao cao nhất là 37°C mà nhiệt độ của quá trình kiềm hoá là > 80°C
•

nên bơ ca cao sẽ tiếp tục được hoá lỏng.
Ngoài ra, do có bổ sung thêm dung dịch K 2CO3 nên khối ca cao được hấp phụ

•

nước làm tăng hàm ẩm trong ca cao.
Dưới tác dụng của nhiệt độ, nước trong khối hạt ca cao sẽ bay hơi, làm cho
hàm ẩm của khối ca cao giảm xuống nhưng không đáng kể so với lượng ẩm

•
−

hấp phụ vào.
Sự thay đổi pH: trong quá trình kiềm hóa, pH của bột ca cao tăng.

Hoá học:
•

Trung hòa các acid: Acetic, Citric, Tartatric, Tanic… làm giảm độ chua của

•

•
•

bột ca cao.
Khử Tannin thành những hợp chất ít chát hơn.
Thủy phân lipid tạo ra các hợp chất tiền hương.
Thuỷ phân một phần protein tạo thành acid amin, hợp chất amin, amoniac tự

•
•

do, các hợp chất globulin tự do…
Các polyphenol chuyển hóa thành quinon và ngưng tụ mạnh làm bột sẫm màu.
Tạo màu và mùi do phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin.

•

Giảm cấp cellulose cho ra những hợp chất có mùi tương tự vanillin và màu
nâu sậm tương tự caramel.

6.3. Thiết bị
6.3.1.Cấu tạo thiết bị

22


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Hình 13: Sơ đồ nguyên lý thiết bị kiềm hóa
Cấu tạo của thiết bị gồm một tank hình trụ có lắp đặt cánh khuấy, thường là cánh
khuấy trục vis.
Bằng cách điều chỉnh hai thông số cơ bản là nhiệt dộ kiềm hóa và lượng kiềm sử
dụng, có thể kiểm soát được độ màu, mùi của bột ca cao theo mục đích sản xuất.
•
•

Ở nhiệt độ thấp, màu ca cao sẽ nhạt và hơi nâu.
Khi gia tăng nhiệt độ lên cao, ca cao sẽ chuyển màu nâu đậm và trở nên nặng mùi.

•

Ngoài ra, lượng kiềm sử dụng cũng ảnh hưởng nhiều đến màu sắc ca cao. Càng
kiềm tính, pH càng cao thì ca cao càng sậm màu.
6.3.2.Nguyên lý hoạt động

Tác nhân truyền nhiệt sẽ đi phía vỏ, thường là hơi nước, hay nước nóng có thể
được gia nhiệt bằng điện trở tùy thuộc bộ phận điều khiển nhiệt độ. Ca cao khối và dung
dịch K2CO3 sẽ được đưa vào tank (nơi xảy ra quá trình kiềm hoá) và được cánh khuấy để
đảo trộn hỗn hợp kiềm hóa.
Sau khi kiềm hóa, khí khô được sụt vào để giảm độ ẩm đến 2%.
6.4. Thông số công nghệ

23

−
−
−
−

Tỷ lệ: khối lượng kiềm chiếm 3 – 8% so với khối lượng ca cao nghiền.
Nâng pH từ 4.5-5 đến 6.8-7.
Nhiệt độ kềm hóa : 80 – 110°C tùy yêu cầu của sản phẩm.
Thời gian kiềm hóa 30 – 45 phút.

−

Độ ẩm sau kiềm hoá 1.5 – 2%.


BỘT CA CAO

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Bảng 5: Sự ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến chất lượng ca cao thành phẩm
K2CO3

Nước

(g/100g ca cao)

(g/100g ca cao)

Nồng độ
K2CO3

pH ca cao

Màu sắc ca cao

thành phẩm

0,14

2,8

5,0

6,1

Nâu vàng

1,7

5,0

25,0

7,0

Nâu vàng

4,0

4,4

47,0

8,5

Nâu sậm

1,7

16,0

13,0

7,0

Hồng xám

4,0

4,4

45,0

9,5

Nâu đen

7. Quá trình ép bơ
7.1. Mục đích công nghệ

Khai thác: nhằm thu hồi lượng bơ cần thiết có trong ca cao, phục vụ cho công

-

nghệ sản xuất chocolate.

-

Hoàn thiện: bột ca cao thành phẩm cần phải có hương vị phù hợp và không bị chảy lỏng
ở nhiệt độ thường, trong khi đó chất béo trong ca cao nghiền có nhiệt độ nóng chảy thấp
(chừng 34 – 35oC). Do vậy ca cao nghiền sau quá trình kiềm hóa cần phải được tách bớt
béo nhờ giai đoạn ép bơ. Sản phẩm của quá trình ép bao gồm bánh và bơ ca cao. Ngoài
ra, quá trình này còn tạo ra các loại sản phẩm với hàm lượng béo khác nhau phù hợp với
các mục đích sử dụng khác nhau.

-

Bảo quản: ở góc độ cảm quan, bột ca cao sau khi ép bơ có thể bảo quản được lâu hơn do
giảm được hiện tượng oxi hoá chất béo gây mùi khó chịu cho sản phẩm.
7.2. Các biến đổi xảy ra
−

Vật lý:
• Thay đổi khối lượng do bơ được tách ra.
• Giảm hàm lượng ẩm ( bị mất nước sau khi ra khỏi máy ép).
•

−

Hoá lý:
•
•

24

Nhiệt độ tăng.

Sự khuếch tán cấu tử lỏng ra bên ngoài.
Liên kết giữa các cấu tử rắn chặt chẽ hơn tạo thành khối rắn dạng bánh.


BỘT CA CAO
•

PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn

Sự thoát hơi nước và các cấu tử hương.

7.3. Thiết bị
7.3.1.Cấu tạo thiết bị

Hình 14: Sơ đồ nguyên lý thiết bị ép bơ
Thiết bị ép thủy lực được sử dụng ở quá trình ép này là loại thiết bị gồm 22 khung
ép đặt đứng liên tiếp nhau. Mỗi khung có một màng lọc bằng thép nằm ở đáy khung có
thể tháo lắp được.
7.3.2.Nguyên lý hoạt động

Thiết bị được vận hành tự động. Ban đầu, ca cao sau kiềm hoá ở nhiệt độ 80 –
90oC sẽ được bơm vào với áp lực 21 kg/cm 2, ở giai đoạn này thì một lượng bơ ca cao tự
do sẽ bị tách ra và thoát qua màng lọc. Khi khung ép đã đầy thì bơm sẽ ngừng hoạt động.
Khi đó piston thủy lực sẽ làm việc và tạo ra áp lực ép đến 420kg/cm 2. Lúc này, bơ ca cao
sẽ thoát khỏi màng lọc và đi vào bồn chứa. Khi đã tách được lượng bơ ca cao theo đúng
yêu cầu, piston thủy lực sẽ quay về vị trí ban đầu, kết thúc việc ép. Khung ép sẽ tự động
được mở ra, bánh ca cao sẽ rơi xuống băng tải (đặt sẵn bên dưới máy ép) và được chuyển
tới silo để làm nguội bằng không khí lạnh (hoặc đưa lên pallet để chuyển tới làm nguội
trong phòng lạnh) rồi sau đó sẽ qua thiết bị nghiền để nghiền bánh ca cao thành bột ca

cao thành phẩm.
Hàm lượng béo của ca cao được chỉnh dựa vào ba yếu tố là: thời gian ép, khối
lượng bột ép và khoảng cách di chuyển của piston.

25