XÂY DỰNG MÔ HÌNH SẤY LỚP MỎNG VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SẤY LÊN CHẤT LƯỢNG CA CAO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG MÔ HÌNH SẤY LỚP MỎNG VÀ NGHIÊN
CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ SẤY LÊN CHẤT
LƯỢNG CA CAO

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ SÂM
ĐẶNG ĐÌNH SOÁI
Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 08/2013


XÂY DỰNG MÔ HÌNH SẤY LỚP MỎNG VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG
CỦA CHẾ ĐỘ SẤY LÊN CHẤT LƯỢNG CA CAO

Tác giả

NGUYỄN THỊ SÂM
ĐẶNG ĐÌNH SOÁI

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:
PGS.TS. Trương Vĩnh

Tháng 08/2013
i


LỜI CẢM TẠ
Chúng con xin bày tỏ lòng biết ơn quý báu đến cha mẹ, người đã sinh thành
chúng con và là nguồn động viên, khích lệ cho chúng con trong quá trình học tập cũng
như trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Chúng tôi xin gửi lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS.TS Trương Vĩnh,
Trưởng Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí
Minh đã tận tâm hướng dẫn, thảo luận về các vấn đề trong quá trình thực hiện đề tài để
chúng tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa học –
Trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh với tâm huyết của mình đã truyền
đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Và
chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn đơn vị Trường Đại Học Nông Lâm thành phố
Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để chúng tôi học tập và nghiên cứu hoàn thành tốt luận
văn. Cảm ơn tập thể lớp DH09HH đã nhiệt tình trao đổi và chia sẻ kinh nghiệm học
tập trong suốt thời gian 4 năm học tập tại trường.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do những hạn chế về kỹ thuật, kinh nghiệm,
thời gian,… cuốn luận văn không tránh khỏi thiếu sót. Chúng tôi mong nhận được
những góp ý từ thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn.
TP.HCM, tháng 08 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Thị Sâm – Đặng Đình Soái

ii


TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Xây dựng mô hình sấy lớp mỏng và nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ sấy lên chất lượng ca cao” được tiến hành tại phòng thí nghiệm I4,
Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh,
thời gian từ 04/2013 đến 08/2013.
Mẫu ca cao sau khi lên men được thu mua tại tỉnh Bến Tre.
Qua quá trình thí nghiệm, đề tài đã đạt được kết quả sau đây:
Thí nghiệm đẳng nhiệt hút ẩm: xây dựng đường cong đẳng nhiệt hút ẩm trên hạt
ca cao, đưa ra mô hình toán phù hợp nhất. Kết quả thu được các đường cong đẳng
nhiệt của hạt ca cao ở 4 nhiệt độ 45, 50, 55, 60oC với 5 loại môi trường muối khác
nhau. Mô hình toán phù hợp nhất cho hạt ca cao là mô hình Halsey và Halsey cải biên:
Mô hình Halsey: Mp = [(-A)/(TKlnaw)]1/B
Với A = 1.325E3; B = 1.321.
Mô hình Halsey cải biên: Mp = [-exp(A + BTK)/lnaw]1/C
Với A = 5.838; B = -0.013; C = 1.361.
Thí nghiệm sấy ca cao ở 3 chế độ sấy khác nhau: sấy liên tục, sấy kết hợp ủ qua
đêm và phơi ca cao kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng.
Chế độ sấy kết hợp ủ qua đêm thực sự là một phương pháp phù hợp với yêu cầu
của việc làm khô ca cao, thay thế phương pháp phơi trong điều kiện thời tiết không có
nắng trong thực tế.
n

Xây dựng mô hình sấy lớp mỏng Page ( M R  e  kt ) cho chế độ sấy kết hợp ủ qua
đêm, sấy liên tục và phơi ca cao với các hệ số thực nghiệm đã được phân tích cho các
trường hợp từng giai đoạn sấy hoặc cho cả quá trình sấy. Mô hình giúp hỗ trợ trong
thiết kế máy sấy ca cao dưới dạng sấy khay có lớp vật liệu dày hoặc mỏng tùy theo
thực tế.
Đánh giá chất lượng của hạt ca cao sau khi sấy: số hạt trong 100g, hàm lượng vỏ
hạt, độ pH, axit, hàm lượng đường, cafein và theobromine, chất béo, protein.
Sau khi sấy, hạt ca cao khô thu được có ẩm độ 7.5%, kích cỡ của hạt đạt loại 1A
về yêu cầu chất lượng theo TCVN 7519 : 2005, hàm lượng vỏ hạt chiếm tỷ lệ cao

iii


(17.22% khối lượng). Mặc dù, độ pH và hàm lượng axit giữa các chế độ sấy có sự
khác nhau nhưng đều đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn thế giới. Hàm lượng đường khử
trung bình khoảng 9.50%, protein chiếm 27.23%, cafein và theobromine được xác
định là 2.33%. Thành phần quan trọng nhất của hạt ca cao là chất béo chiếm 51.63%.
Hạt ca cao đáp ứng yêu cầu xuất khẩu.

iv


ABSTRACT
The study “Building model of thin layer drying and studying the effect of
drying conditions on cocoa quality” was conducted in the laboratory I4, Department
of Chemical Engineering, University of Agriculture and Forestry, Ho Chi Minh, from
04/2013 to 08/2013.
Cocoa samples after fermentation were purchased in Ben Tre province.
Through the process of experiment, the study has achieved the following results:
Desiccative isothermal experiment: building desiccative isothermal curves on
cocoa beans, making the most appropriate mathematical models. The results are the
isothermal curves of cocoa beans in 4 temperature levels 45, 50, 55 and 60°C with 5
different types of salt environment. The most suitable mathematical models for cocoa
beans are:
Halsey model: Mp = [(-A)/(TKlnaw)]1/B
With A = 1.325E3; B = 1.321; R2 = 0.98;
Modified Halsey model: Mp = [-exp(A + BTK)/lnaw]1/C
With A = 5.838; B = -0.013; C = 1.361; R2 = 0.985;
In this experiment, we have dried cocoa in 3 different methods: continuous
drying, combining drying with overnight incubation and combining natural drying

with overnight incubation at room temperature.
The combining drying with overnight incubation is actually a method in
accordance with the requirements of cocoa drying, replace natural drying method in
conditions without sunny weather in fact.
Building the Page model of thin layer drying of cocoa for combining drying with
overnight incubation, continuous drying and combining natural drying, with overnight
incubation with the empirical coefficients were analyzed for the case of every stage of
for the case of all drying process. This model helped aid in design cocoa dryer in the
form of tray drying with thin layer or thick layer material following the fact.
Evaluations of the quality of cocoa beans after drying: 100g of seeds, cocoa bean
shell content, pH, acidity, sugar content, caffeine and theobromine, fat, protein.
v


After drying, dry beans obtained 7.5% moisture content, the size of cocoa beans
reaches 1A quality requirements according to TCVN 7519: 2005, the cocoa bean shell
content reaches high percentage (17.22% volume). Although the pH and acidity
between the drying conditions are different, it fulfills the international standards.
Average sugar content is about 9.50%, protein is 27.23%, caffeine and theobromine
are defined as 2.33%. The most important component of cocoa is fat, accounts for
51.63%. Cocoa beans can meet the exported requirement.

vi


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa...........................................................................................................................i 
LỜI CẢM TẠ ................................................................................................................. ii 
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii 

ABSTRACT ....................................................................................................................v 
MỤC LỤC .................................................................................................................... vii 
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... xi 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... xii 
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xiv 
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 
1.1. Đặt vấn đề .............................................................................................................1 
1.2. Mục đích đề tài ......................................................................................................2 
1.3. Nội dung đề tài ......................................................................................................2 
1.4. Yêu cầu..................................................................................................................2 
Chương 2 TỔNG QUAN.................................................................................................3 
2.1. Giới thiệu về cây ca cao [9,10,14] ........................................................................3 
2.1.1. Nguồn gốc ..........................................................................................................3 
2.1.2. Các giống ca cao chính ......................................................................................3 
2.1.3. Đặc điểm của cây ca cao ....................................................................................5 
2.1.4. Thành phần hóa học của trái ca cao ...................................................................6 
2.1.5. Công dụng của cây ca cao ..................................................................................9 
2.1.5.1. Hạt ca cao ........................................................................................................9 
2.1.5.2. Các bộ phận khác của cây ca cao ....................................................................9 
2.2. Tình hình trồng và chế biến ca cao [9,10,14]........................................................9 
2.2.1. Thế giới ..............................................................................................................9 
2.2.2. Trong nước .......................................................................................................10 
2.3. Thu hoạch và sơ chế ca cao [1,6,12,14] ..............................................................12 
2.3.1. Thu hoạch ca cao ..............................................................................................12 
2.3.2. Trữ trái..............................................................................................................12 
vii


2.3.3. Tách vỏ - lấy hạt ...............................................................................................12 
2.3.4. Lên men ca cao.................................................................................................13 

2.3.5. Phơi hoặc sấy ca cao ........................................................................................15 
2.3.6. Bảo quản hạt .....................................................................................................16 
2.4. Tiêu chuẩn chất lượng hạt ca cao ........................................................................16 
2.4.1. Chất lượng vật lý ..............................................................................................16 
2.4.2. Chất lượng hóa học ..........................................................................................17 
2.4.3. Chất lượng về vi sinh và enzyme .....................................................................18 
2.4.4. Chất lượng cảm quan .......................................................................................18 
2.4.4.1. Màu sắc hạt ...................................................................................................18 
2.4.4.2. Thử nếm ........................................................................................................19 
2.5. Tổng quan về sấy [8,13,15] .................................................................................19 
2.5.1. Bản chất của quá trình sấy ...............................................................................19 
2.5.2. Phân loại quá trình sấy .....................................................................................19 
2.5.3. Các quy luật cơ bản trong quá trình sấy...........................................................20 
2.5.4. Các biến đổi xảy ra trong quá trình sấy ...........................................................20 
2.5.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy ..............................................................22 
2.5.6. Đường cong đẳng nhiệt trao đổi ẩm [2,18] ......................................................22 
2.5.7. Các mô hình toán học [2,18] ............................................................................23 
2.5.8. Mô hình sấy lớp mỏng [16] ..............................................................................24 
2.6. Tổng quan phương pháp nghiên cứu...................................................................25 
2.6.1. Phương pháp chiết Soxhlet [3,4] ......................................................................25 
2.6.2. Định lượng Nitơ tổng (protein) bằng phương pháp Kjeldahl [3,5,11,17] .......25 
2.6.3. Định lượng đường khử bằng phương pháp Acid Dinitrosalisylic (DNS) [4,7]
....................................................................................................................................27 
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................29 
3.1. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................................29 
3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu.........................................................................................29 
3.1.2. Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu...................................................29 
3.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ............................................................29 
3.2.1. Hóa chất ...........................................................................................................29 
viii

3.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ........................................................................29 
3.3. Phương pháp thí nghiệm .....................................................................................30 
3.3.1. Thí nghiệm 1: Thí nghiệm đẳng nhiệt hút ẩm ca cao ......................................30 
3.3.1.1. Pha chế dung dịch muối bão hòa ..................................................................30 
3.3.1.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm..................................................................................30 
3.3.1.3. Quy trình thí nghiệm .....................................................................................31 
3.3.2. Thí nghiệm 2: Thí nghiệm động học sấy ca cao ..............................................31 
3.3.2.1. Thí nghiệm 2.1: Thí nghiệm sấy kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng ........31 
3.3.2.2. Thí nghiệm 2.2: Thí nghiệm sấy liên tục ......................................................32 
3.3.2.3. Thí nghiệm 2.3: Thí nghiệm phơi ca cao kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ
phòng ..........................................................................................................................33 
3.3.2.4. Phương pháp xử lý số liệu sau khi sấy ..........................................................33 
3.3.3. Thí nghiệm 3: Xác định thành phần của hạt ca cao sau khi sấy ......................34 
3.3.3.1. Thí nghiệm 3.1: Xác định số lượng hạt trong 100 g mẫu .............................34 
3.3.3.2. Thí nghiệm 3.2: Xác định hàm lượng vỏ hạt ................................................34 
3.3.3.3. Thí nghiệm 3.3: Xác định độ pH...................................................................34 
3.3.3.4. Thí nghiệm 3.4: Xác định hàm lượng axit ....................................................34 
3.3.3.5. Thí nghiệm 3.5: Định lượng đường khử bằng phương pháp Acid
Dinitrosalisylic (DNS) ...............................................................................................35 
3.3.3.6. Thí nghiệm 3.6: Xác định hàm lượng cafein và theobromine ......................38 
3.3.3.7. Thí nghiệm 3.7: Xác định hàm lượng chất béo.............................................39 
3.3.3.8. Thí nghiệm 3.8: Xác định hàm lượng protein ...............................................40 
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................43 
4.1. Thí nghiệm đẳng nhiệt hút ẩm ca cao .................................................................43 
4.1.1. Kết quả thu nhận được .....................................................................................43 
4.1.2. Đánh giá các mô hình EMC – ERH .................................................................45 
4.1.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên ẩm độ ca cao ....................................................45 
4.1.2.2. Phân tích thống kê .........................................................................................45 

4.1.2.3. Họ đường cong EMC – ERH ứng với các mô hình phù hợp ở từng nhiệt độ
thí nghiệm...................................................................................................................49 
4.2. Thí nghiệm động học sấy ca cao .........................................................................52 
4.2.1. Thí nghiệm sấy kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng ......................................52 
ix


4.2.2. Thí nghiệm sấy liên tục ....................................................................................54 
4.2.3. Thí nghiệm phơi kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng ....................................56 
4.2.4. Mô hình sấy lớp mỏng .....................................................................................57 
4.3. Đánh giá chất lượng của hạt ca cao sau khi sấy ..................................................62 
4.3.1. Số lượng hạt trong 100g mẫu ...........................................................................62 
4.3.2. Hàm lượng vỏ hạt .............................................................................................62 
4.3.3. Độ pH ...............................................................................................................63 
4.3.4. Hàm lượng axit.................................................................................................63 
4.3.5. Hàm lượng đường khử .....................................................................................64 
4.3.6. Hàm lượng cafein và theobromine ...................................................................66 
4.3.7. Hàm lượng chất béo .........................................................................................66 
4.3.8. Hàm lượng protein ...........................................................................................67 
4.4. Kết luận chung cho ba chế độ sấy .......................................................................68 
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................71 
5.1. Kết luận ...............................................................................................................71 
5.2. Đề nghị ................................................................................................................72 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................73 
PHỤ LỤC ......................................................................................................................75 

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

m1

: khối lượng mẫu trước khi sấy, g

mk

: khối lượng khay đựng mẫu ca cao, g

mi

: khối lượng mẫu sau thời gian t, g

MP

: ẩm độ cân bằng, %db

aw

: ẩm độ tương đối của không khí

T

: nhiệt độ môi trường, oC hoặc K

Wwb

: ẩm độ theo cơ sở ướt, %

Wdb

: ẩm độ theo cơ sở khô, %

R

: tốc độ sấy

EMC

: Equilibrium Moisture Contents (ẩm độ cân bằng của vật liệu)

ERH

: Equilibrium Relative Humidity (ẩm độ tương đối cân bằng của

không khí)
EMCM

: Equilibrium Moisture Contents Measured (ẩm độ cân bằng đo được

từ thí nghiệm)
EMCP

: Equilibrium Moisture Contents Predicted (ẩm độ cân bằng dự đoán)

RMSE

: Root Mean Square Error (sai số trung bình bình phương)

MR

: tỷ lệ ẩm

ANOVA : Analysis of variance

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1. Cây ca cao........................................................................................................4 
Hình 2.2. Hệ thống thiết bị theo phương pháp Kjeldahl ...............................................26 
Hình 3.1. Sơ đồ quy trình thí nghiệm xác định ẩm độ cân bằng. ..................................30 
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình thí nghiệm sấy kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng ...........31 
Hình 3.3. Sơ đồ quy trình thí nghiệm sấy liên tục .........................................................32 
Hình 3.4. Sơ đồ quy trình thí nghiệm phơi kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng .........33 
Hình 3.5. Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn glucose (trước phản ứng) .....................37 
Hình 3.6. Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn glucose (sau phản ứng) ........................37 
Hình 3.7. Mẫu trước và sau khi thực hiện phản ứng màu .............................................38 
Hình 3.8. Bộ chiết Soxhlet ............................................................................................40 
Hình 3.9. Giai đoạn vô cơ hóa mẫu ...............................................................................41 
Hình 4.1. Diễn biến ẩm độ cân bằng của ca cao ở các nhiệt độ 45, 50, 55, 60oC .........45 
Hình 4.2. Đồ thị số dư theo mô hình Oswin..................................................................47 
Hình 4.3. Đồ thị số dư theo mô hình Oswin cải biên ....................................................47 
Hình 4.4. Đồ thị số dư theo mô hình Halsey .................................................................48 
Hình 4.5. Đồ thị số dư theo mô hình Halsey cải biên ...................................................48 
Hình 4.6. Họ đường cong cân bằng ẩm đẳng nhiệt theo các mô hình ở 45oC ..............49 
Hình 4.7. Họ đường cong cân bằng ẩm đẳng nhiệt theo các mô hình ở 50oC ..............50 
Hình 4.8. Họ đường cong cân bằng ẩm đẳng nhiệt theo các mô hình ở 55oC ..............50 
Hình 4.9. Họ đường cong cân bằng ẩm đẳng nhiệt theo các mô hình ở 60oC ..............51 
Hình 4.10. Đồ thị đường cong sấy thí nghiệm sấy kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng
.......................................................................................................................................53 

Hình 4.11. Đồ thị đường cong sấy thí nghiệm sấy liên tục ...........................................55 
Hình 4.12. Đồ thị đường cong sấy thí nghiệm phơi kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ
phòng .............................................................................................................................57 
Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn giá trị dự đoán và thực nghiệm cho toàn quá trình thí
nghiệm sấy kết hợp ủ .....................................................................................................59 

xii


Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn giá trị dự đoán và thực nghiệm cho toàn quá trình thí
nghiệm sấy liên tục ........................................................................................................60 
Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn giá trị dự đoán và thực nghiệm cho toàn quá trình thí
nghiệm phơi kết hợp ủ ...................................................................................................60 
Hình 4.16. Đồ thị biểu diễn giá trị dự đoán và thực nghiệm theo từng giai đoạn thí
nghiệm sấy kết hợp ủ .....................................................................................................61 
Hình 4.17. Đồ thị biểu diễn giá trị dự đoán và thực nghiệm theo từng giai đoạn thí
nghiệm phơi kết hợp ủ ...................................................................................................61 
Hình 4.18. Đồ thị đường chuẩn glucose ........................................................................65 

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Những đặc tính chính của Criollo, Forastero, Trinitario ................................5 
Bảng 2.2. Thành phần của bột ca cao ..............................................................................6 
Bảng 2.3. Sản lượng ca cao trên thế giới (tấn) ..............................................................10 
Bảng 2.4. Một số mô hình toán học...............................................................................24 
Bảng 2.5. Một số mô hình sấy lớp mỏng ......................................................................25 
Bảng 3.1. Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn glucose .................................................36 
Bảng 4.1. Các EMC trung bình thực nghiệm của ca cao ứng với các môi trường có T

(oC) và ERH (%) khác nhau ..........................................................................................44 
Bảng 4.2. Các hệ số của các mô hình phù hợp ..............................................................46 
Bảng 4.3. Số liệu thí nghiệm sấy kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng ........................52 
Bảng 4.4. Số liệu thí nghiệm sấy liên tục ......................................................................54 
Bảng 4.5. Số liệu thí nghiệm phơi ca cao kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng ...........56 
Bảng 4.6. Các hệ số theo mô hình Page cho từng giai đoạn ở chế độ sấy kết hợp ủ ....58 
Bảng 4.7. Các hệ số theo mô hình Page cho từng giai đoạn ở chế độ phơi kết hợp ủ ..58 
Bảng 4.8. Các hệ số theo mô hình Page cho toàn quá trình ở các chế độ sấy ...............58 
Bảng 4.9. Khối lượng 100 hạt ca cao sấy khô ...............................................................62 
Bảng 4.10. Hàm lượng vỏ hạt trong mẫu ca cao sấy khô ..............................................62 
Bảng 4.11. Độ pH có trong mẫu ca cao khô..................................................................63 
Bảng 4.12. Hàm lượng axit có trong mẫu ca cao khô ...................................................63 
Bảng 4.13. Bảng số liệu xây dựng đường chuẩn glucose..............................................64 
Bảng 4.14. Hàm lượng đường khử có trong mẫu ca cao khô ........................................65 
Bảng 4.15. Hàm lượng cafein và theobromine có trong mẫu ca cao khô .....................66 
Bảng 4.16. Hàm lượng chất béo có trong mẫu ca cao khô ............................................66 
Bảng 4.17. Hàm lượng protein có trong mẫu ca cao khô ..............................................67 
Bảng 4.18. Bảng so sánh các chỉ tiêu ở ba chế độ sấy khác nhau .................................69 

xiv


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ca cao là cây công nghiệp được trồng ở vùng nhiệt đới, có giá trị kinh tế về mặt
xuất khẩu. Theo giới chuyên môn đánh giá thì Việt Nam rất có tiềm năng về loại cây
này. Hạt ca cao ở Việt Nam có khả năng đáp ứng yêu cầu xuất khẩu. Hiện nay, nước ta
đang chuyển dịch sang trồng các loại cây lâu năm có giá trị kinh tế cao như cà phê, ca
cao, cao su,... trong đó cây ca cao có thể trồng ở nhiều vùng có khí hậu khác nhau như

các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long, Bến Tre, Bình Phước, Vũng Tàu,... Khi diện tích
ca cao được mở rộng, việc nghiên cứu các loại giống cây trồng, phương thức canh tác
hiệu quả và quá trình sơ chế, chế biến đối với ca cao để phổ biến với bà con nông dân
rất quan trọng. Tùy thuộc vào giá cả thị trường, kỹ năng sơ chế, điều kiện cơ sở vật
chất,… người trồng ca cao sẽ lựa chọn các sản phẩm để bán sao cho có hiệu quả nhất.
Sản phẩm làm ra từ ca cao có mùi vị và màu sắc đặc trưng hay không, có bị đắng hay
không là tùy thuộc rất nhiều vào quá trình sơ chế ban đầu. Đặc biệt hơn nữa, việc
nghiên cứu quy trình và áp dụng công nghệ vào việc sơ chế và chế biến là vấn đề đáng
quan tâm để đảm bảo chất lượng hạt ca cao cung cấp cho thị trường trong nước cũng
như thị trường thế giới. Trong quá trình sơ chế, ca cao sau khi thu hoạch, ca cao lên
men sẽ được phơi khô để bảo quản và giúp hoàn thiện quá trình lên men. Việc dự đoán
được sự thay đổi ẩm độ của hạt ca cao sau khi sấy giúp tìm ra phương pháp bảo quản
hạt tốt hơn. Hiện nay nước ta chủ yếu trồng ca cao theo hộ gia đình nên việc thu
hoạch, sơ chế ca cao đều do người dân tự thực hiện. Như vậy vấn đề đặt ra là cần
nghiên cứu chế độ sấy thích hợp để đảm bảo chất lượng hạt ca cao. Xây dựng mô hình
sấy ca cao lớp mỏng để dự đoán nhanh thời gian sấy ca cao khi biết ẩm độ và tính toán
được ẩm độ khi biết thời gian sấy, giúp hỗ trợ trong thiết kế máy sấy ca cao dưới dạng
sấy khay. Một số thành phần trong hạt ca cao khô có đảm bảo chất lượng theo yêu cầu
của ca cao Việt Nam và ca cao thế giới hay không? Để giải quyết những vấn đề trên,
1


được sự phân công của Bộ môn Công nghệ Hóa học, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS
Trương Vĩnh, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Xây dựng mô hình sấy lớp mỏng
và nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sấy lên chất lượng ca cao”.
1.2. Mục đích đề tài
 Xây dựng mô hình toán đẳng nhiệt hút ẩm ca cao giúp xác định ẩm độ cân bằng
và ẩm độ của hạt ca cao.
 Chọn chế độ sấy và xây dựng mô hình toán sấy lớp mỏng giúp thiết kế máy
sấy ca cao.

 Đánh giá chất lượng ca cao qua các phương pháp sấy.
1.3. Nội dung đề tài
 Tiến hành thí nghiệm đẳng nhiệt hút ẩm ở 4 nhiệt độ 45, 50, 55, 60oC với 5
loại môi trường muối khác nhau.
 Tiến hành thí nghiệm sấy ở nhiệt độ 50oC kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng.
 Tiến hành thí nghiệm sấy liên tục ở nhiệt độ 50oC.
 Tiến hành thí nghiệm phơi kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng.
 Tiến hành xác định thành phần của hạt ca cao: số hạt trong 100g, hàm lượng
vỏ hạt, độ pH, hàm lượng axit, hàm lượng đường khử, hàm lượng cafein và
theobromine, hàm lượng chất béo, hàm lượng protein.
1.4. Yêu cầu
 Phân tích sự phù hợp của các mô hình toán đối với đẳng nhiệt hút ẩm ca cao.
 Xây dựng mô hình sấy lớp mỏng Page cho các chế độ sấy khác nhau.
 So sánh phương pháp sấy liên tục, phương pháp sấy kết hợp ủ qua đêm và
phương pháp phơi ca cao kết hợp ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng.
 Áp dụng phương pháp sấy kết hợp ủ qua đêm để không bị ảnh hưởng bởi điều
kiện bên ngoài và nâng cao chất lượng ca cao.
 So sánh thành phần của hạt ca cao sau khi sấy ở các chế độ sấy khác nhau.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu về cây ca cao [9,10,14]
2.1.1. Nguồn gốc
Cây ca cao có nguồn gốc ở lưu vực sông Amazon, Nam Mỹ. Do vậy, ca cao phát
triển sang các nước khác ở Trung Mỹ và Nam Mỹ, với hai loài Criollo và Forastero.
Criollo có hạt dạng tròn, nội nhũ trắng, có hương thơm nhẹ và tương đối dễ nhiễm
bệnh. Forastero có dạng cây cao, khỏe, hạt nhỏ hơn Criollo nhưng hương vị đậm hơn.

Hạt Forastero dạng dẹp, lá mầm trong màu tím, chứa nhiều chất béo hơn Criollo.
Hầu hết các vùng trồng ca cao lớn trên thế giới hiện nay đều trồng ở dạng
Forastero. Ca cao được sử dụng rộng rãi từ thế kỷ thứ VI ở các bộ tộc Maya và đến thế
kỷ XVI lưu hành rộng rãi ở Trung Mỹ. Từ thế kỷ XVI, ca cao bắt đầu phát triển rộng
ra các nước khác trên thế giới. Trước hết là Nam Mỹ và vùng Caribe như Venezuela,
Jamaica và Haiti. Ca cao vượt biển Thái Bình Dương và được trồng ở Phillipin vào
đầu thế kỷ XVII và tiếp tục lan rộng sang Ấn Độ và Scrilanca vài chục năm sau. Cho
đến thời gian này loài phụ Criollo vẫn chiếm diện tích chủ yếu. Brazil và Ecurador là
những nước đầu tiên phát triển loài Forastero. Vào đầu thế kỷ XIX, ca cao bắt đầu
được xuất khẩu với quy mô 2000 – 5000 tấn từ các nước Nam Mỹ. Cuối thế kỷ XIX,
ca cao được trồng ở các nước Tây Phi, trước hết ở Ghana và Nigieria.
Diện tích cây ca cao trên cả nước vào năm 2011khoảng 20100 ha, phần lớn trồng
xen trong các vườn dừa, vườn cây ăn trái ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, trồng
trong các vườn cây công nghiệp ở vùng Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Theo Hiệp hội
cà phê – ca cao Việt Nam, hiện nay nhu cầu chế biến và tiêu thụ ca cao của thế giới
tăng từ 3 – 4% trên mỗi năm (tương đương 100.000 – 120.000 tấn/năm).
2.1.2. Các giống ca cao chính
Cây ca cao (Theobroma ca cao) thuộc thứ Theobroma ca cao L, họ Sterculiceace.

3


Thứ Theobroma gồm 20 loài trong đó chỉ có loài Theobroma ca cao là có giá trị
kinh tế. Thứ Theobroma ca cao được chia làm 2 loài phụ là Criollo và Forastero.
Criollo có trái đỏ, kích thước lớn và có nhiều ở vùng Nam Mỹ (Venezuela, Ecuador,
Colombia,...). Forastero có màu vàng đỏ, trồng nhiều ở Châu Phi. Trinitario (lai của
Criollo và Forastero) có màu vàng đỏ có nhiều ở Trung Mỹ (Trinidad, Jamaica).
Hiện có 3 giống ca cao phổ biến là Criollo, Forastero và Trinitario.

Hình 2.1. Cây ca cao

Ở Việt Nam trồng chủ yếu giống Forastero và con lai giữa Forastero và
Trinitario.

4


Bảng 2.1. Những đặc tính chính của Criollo, Forastero, Trinitario
Các đặc điểm chính

Criollo

Forastero

Trinitario

Dạng quả

Quả dài

Quả tròn, bầu dục

Quả dài

Mềm

Cứng

Hầu hết cứng

Đỏ (cũng có quả

Xanh (chín thì

màu xanh)

vàng)

Nhị hồng nhạt

Nhị màu tím

Số hạt/trái

20 – 30

>30

>30

Tiết diện hạt

Gần tròn

Dẹp

Dẹp

Vỏ quả
Cấu trúc
Màu sắc

Hoa

Thay đổi

Hạt

Màu tử diệp

Trắng, ngà hoặc

Tím, tím đậm

tím rất nhạt

Thay đổi, đôi khi
có hạt màu trắng

Đặc điểm nông học
Khả năng sinh trưởng
Khả năng kháng sâu
bệnh

Kém

Mạnh

Trung bình

Kém

Tốt

Trung bình

(Nguồn: J.J. Asiedu, 1989; Wood & Lass, 2001)
2.1.3. Đặc điểm của cây ca cao
Ca cao là loài thân gỗ có thể cao đến 10 – 20m nếu mọc tự nhiên trong rừng.
Trong sản xuất người ta thường chặt xén ngọn bớt để việc thu hoạch quả có thể dễ
dàng hơn và độ cao cây trưởng thành không quá 7.5m, đường kính 10 – 15cm. Để phát
triển mạnh cây ca cao cần được che chắn khỏi ánh nắng mặt trời và gió, đặc biệt trong
thời kỳ đầu của quá trình phát triển. Thời kỳ cho trái để thu hoạch tốt có thể kéo dài 25
– 40 năm.
Mỗi năm cho đến hàng nghìn hoa ở thân chính và cành to nhưng chỉ 1 – 3%
thành trái. Cây ra hoa cả năm nhưng nhìn chung hoa thường nở rộ ở 2 khoảng thời
gian, từ tháng 4 đến tháng 7 và từ tháng 11 đến tháng 1. Hoa mọc trực tiếp ở thân cây
và những cành to, hoa thuộc loại lưỡng tính.

5


Sau khi thụ phấn trái phát triển chậm ở giai đoạn khoảng 40 ngày đầu và đạt tốc
độ tối đa sau 75 ngày. Sau khi thụ phấn 85 ngày thì trái bắt đầu phát triển chậm lại,
trong khi hạt bên trong trái phát triển nhanh, đây cũng là thời kỳ tích lũy chất béo. Lớp
cơm nhầy hình thành khoảng 140 ngày sau khi thụ phấn. Từ khi thụ phấn đến khi trái
chín kéo dài khoảng 5 – 6 tháng.
Trái ca cao có thể đạt chiều dài từ 15 – 20cm và cân nặng từ 200g – 1kg. Tùy
theo từng loài, hình dạng hạt biến đổi từ hình cầu, hình dài và nhọn, hình trứng hoặc
hình ống. Màu sắc của trái khá đa dạng: màu xanh, màu vàng, màu đỏ. Mỗi trái chứa
khoảng 20 – 40 hạt. Khi quả chín vỏ trái ca cao đổi màu, các trái màu lục hay xanh
oliu khi chín sẽ chuyển thành màu vàng tươi, các trái màu ửng đỏ khi chín sẽ chuyển

thành màu sậm da cam, trái tím lợt thì chuyển sang tím đậm.
2.1.4. Thành phần hóa học của trái ca cao
Bảng 2.2. Thành phần của bột ca cao
Thành phần dinh dưỡng (g/100g)

Khoáng chất (mg/100g)

Protein

18.5

Na

Chất béo

21.7

K

1500

Carbohydrate

11.5

Ca

130

Mg

520

Fe

10.5

Co

3.9

P

660

Cl

460

Năng lượng
Kcal
kJ

312
1301

950

(Nguồn: Paul và Southgate, 1978. Trích Phạm Hồng Đức Phước, 2009)
Thành phần các chất cấu tạo trong hạt:

 Lipid (bơ ca cao): Bơ ca cao chiếm nhiều nhất trong hạt ca cao. Bơ ca cao
sau khi được chiết từ hạt ca cao có dạng tinh thể nhỏ, có màu trắng vàng và có mùi
thơm đặc trưng.
Ở điều kiện nhiệt độ bình thường bơ ca cao cứng, dòn, khá bền và khó bị oxy
hóa. Do đó, tạo cho sản phẩm chocolate làm ra độ cứng và độ dòn đặc trưng, bơ ca cao
nóng chảy ở nhiệt độ 35oC vì vậy không để lại trong miệng người ăn, tạo cảm giác dễ
6


chịu. Bơ ca cao chủ yếu gồm các triglycerid của các axit béo no nên có thể hình thành
nhiều dạng tinh thể khác nhau. Dạng tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ đông đặc của
khối chất béo.
 Thebromine trong hạt ca cao: là thành phần đặc trưng của hạt ca cao, tạo
ra vị đắng cho sản phẩm chocolate. Chất này chiếm 1.5 – 1.7% khối lượng hạt và 0.5 –
1.3% khối lượng vỏ quả.
Chất theobromine thường tồn tại ở dạng bột với tinh thể màu trắng nhỏ và có vị
đắng, thăng hoa ở nhiệt độ 308oC. Là một chất thuộc họ akaloid, có công thức phân tử
là C7H8N4O2, có thể hòa tan trong tetracloruaetan, cồn, acid acetic sôi,... và không tan
trong ete, dầu hỏa và tetracloruacacbon. Theobromine có khả năng oxy hóa nhanh và
tạo ra những sản phẩm có màu mà người ta thường gọi là ‘chất nâu ca cao’, đó là màu
đặc trưng cho sản phẩm chocolate.
Trong sản phẩm chocolate, theobromine có hàm lượng thấp nên không gây nguy
hại gì cho hệ thần kinh và hệ tim mạch của người mà chỉ có thể tạo một vài cảm giác
hưng phấn nhỏ.
 Cafein (1,3,7 – trimetylxantin)
Cafein có màu trắng, tinh thể có dạng hình kim và có vị đắng, bay hơi ở 100oC,
nhiệt độ thăng hoa 180oC và nóng chảy ở 235oC. Cafein có tính tan cao hơn
theobromine và có thể hòa tan trong nước ấm với tỉ lệ 80% nước nóng và 20% nước
lạnh. Hàm lượng cafein trong vỏ hạt tối đa 0.3% và trong nội nhũ cũng chỉ chứa tối đa
0.7%, còn trong hạt ca cao thành phẩm hàm lượng cafein chỉ chiếm 0.1g/100g

sản phẩm.
 Các axit hữu cơ
Có trong thành phần hạt ở hai dạng: dễ bay hơi và không bay hơi. Qua nghiên
cứu người ta cho biết rằng những axit không bay hơi trong ca cao gồm có axit malic,
axit tauric, axit ovalic,... Trong ca cao còn chứa một lượng nhỏ axit hữu cơ tự do. Còn
axit dễ bay hơi thì sẽ được loại bỏ dần trong quá trình chế biến. Các axit hữu cơ
trong ca cao (1.2 – 1.6%) được hình thành chủ yếu trong quá trình ủ và chứa hầu
hết axit acetic (hợp chất tạo mùi), axit citric (0.45 – 0.75) và axit oxalic (0.32 –
0.5). Lượng axit này được tạo thành từ hạt ca cao và một phần được giữ lại trong lá
mầm hạt ca cao.
7


 Gluxit
Trong nhóm glucid có trong quả ca cao thì tinh bột chiếm nhiều nhất, 4.5% trong
thành phần phôi nhũ và 46% trong vỏ quả ca cao. Hàm lượng đường trong phôi nhũ và
cùi bao gồm Pentosan (3.8%), Saccharose (0.7%), Glucose và Fructose (5.55%).
 Protein và các axit amin
Thành phần protein chiếm nhiều nhất trong quả ca cao là albumin và globulin.
Trong vỏ quả ca cao chứa một lượng protein khoảng 18% khối lượng quả, ở cùi có
0.6% và chiếm 8.4% trong nội nhũ. Khoảng 60% nitơ tổng trong hạt đã lên men nằm
trong protein. Hợp chất phi protein được tìm thấy ở dạng amino axit, khoảng 0.3%
dưới dạng amid, 0.02% dưới dạng amino. Các hợp chất này được hình thành trong quá
trình ủ hạt. Nhiều loại enzyme (amylase, fructosidase, glucosidase, pectinase, protiase,
lipase, peroxidase, polyphenoloxidase) và một số chất hữu cơ (alkaline, axit
photphotase,...) cũng được xác định là có trong hạt tươi. Quá trình ủ đã vô hoạt hầu hết
các enzyme.
 Các chất mùi và chất thơm
Là một trong những thành phần có giá trị lớn nhất trong quả ca cao. Chất thơm
trong quả ca cao là D – linalol có trong thành phần hợp chất với axit béo thấp và ete

của chúng (axit caprylic, axit capric, axit valerialic, amylacetat, amylbutyrat,...).
Chất thơm trong ca cao gồm những chất dễ và khó bay hơi. Những chất thơm
dễ bay hơi hầu hết sẽ bay hơi trong quá trình rang và trong giai đoạn đảo trộn nhiệt.
Những chất này thường có mùi khó chịu, tuy nhiên nhờ dễ bay hơi của chúng mà vị
ngon và hương thơm của ca cao trở nên tốt hơn. Đối với những chất khó bay hơi ảnh
hưởng lớn đến hương vị của chocolate, những chất này hòa tan trong bơ ca cao và rất
khó loại trừ.
 Khoáng chất
Hàm lượng khoáng trung bình có trong vỏ quả ca cao khoảng 8.2% khối lượng
vỏ, còn có trong cùi khoảng 0.8% và khoảng 2.6% trong phôi nhũ. Trong đó đa số là
Fe, K, P, Mg,... với hàm lượng một số muối khoáng như K2O (34%), P2O5 (32%),
MgO (16%), Fe2O3 (0.01 – 0.02%).
Ngoài ra trong ca cao còn chứa một lượng khá cao khoáng chất như Cu, Zn,
As, I,...
8


2.1.5. Công dụng của cây ca cao
2.1.5.1. 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 sẽ tách được bơ và bánh dầu
ca cao. Xay nhuyễn bánh dầu ca cao cho ra bột ca cao (Phạm Hồng Đức Phước, 2006).
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).
2.1.5.2. Các bộ phận khác của cây ca cao
Vỏ trái ca cao chứa 3 – 4% kali trên khối 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

(cocoa juice), mứt đông (cocoa jam), giấm (vinegar), hoặc cô đặc làm nước cốt trái cây
(liquor of cocoa 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. Tình hình trồng và chế biến ca cao [9,10,14]
2.2.1. Thế giới
Ca cao là cây nhiệt đới điển hình được trồng chủ yếu ở các vùng có khí hậu nhiệt
đới, nhưng thị trường tiêu thụ lại nằm chủ yếu ở các nước Bắc Mỹ và châu Âu. Tuy
nhiên, gần đây các nước châu Á và Nam Mỹ cũng tiêu thụ nhiều sản phẩm chế biến từ
ca cao. Hiện nay, trên thế giới có ba vùng chính trồng ca cao là Tây Phi (bờ biển Ngà,
Ghana, Cameroon, Nigeria), Nam Mỹ (Brazil, Ecuador), Đông Nam Á (Indonesia,
Malaysia).

9


Các nước này đều nằm trong vùng có vĩ độ khoảng 15o Bắc Nam với tổng sản
lượng ca cao trên thế giới khoảng 3 triệu tấn. Riêng các nước có sản lượng cao là Bờ
biển Ngà, Ghana và Indonesia đã sản xuất trên 70% tổng sản lượng thế giới.
Năm 2012, sản lượng ca cao trên thế giới tụt giảm mạnh do các nước trồng ca
cao gặp nhiều biến động. Malaysia – một trong những nước trồng ca cao đứng đầu thế
giới đã chuyển đổi khoảng 200.000ha đất trồng ca cao sang trồng cọ dầu. Indonesia
sản xuất ca cao lớn tại châu Á bị giảm sản lượng khoảng 20%. Các nước khác cũng rơi
vào tình trạng tương tự, Bờ Biển Ngà giảm sản lượng 20%, Ghana giảm 19%. Sự tụt
giảm này khiến nguồn hàng trở nên khan hiếm và đẩy giá ca cao lên mức cao vì nhu
cầu tiêu thụ sản phẩm này vẫn rất lớn.

Bảng 2.3. Sản lượng ca cao trên thế giới (tấn)
Quốc gia

2008

2009

2010

Tây Phi

2.572.941

2.421.898

2.528.537

Bờ Biển Ngà

1.382.440

1.223.150

1.242.300

Ghana

680.781

710.638

632.037

Nigeria

367.020

363.610

427.800

Cameroom

229.203

235.500

264.077

Togo

111.000

105.000

101.500

Các nước Châu Phi

31.165

40.158

42.431

Châu Á/ Thái Bình Dương

839.150

837.766

848.312

Indonesia

792.761

800.000

810.100

Các nước châu Á khác

46.389

37.766

38.212

Châu Mỹ

498.460

549.913

584.661

Brazil

202.030

218.487

233.348

Ecuador

94.300

120.582

132.100

Các nước châu Mỹ khác

202.130

210.844

219.213

(Nguồn: FAOSTAT, 2012)
2.2.2. Trong nước
Với nhiều tiềm năng và lợi thế, ca cao Việt Nam đang có cơ hội để trở thành
nước xuất khẩu ca cao hàng đầu thế giới. Tiềm năng phát triển cây ca cao ở Việt Nam
10