một số yêu cầu trong quá trình lên men hạt cacao và những biến đổi sinh hoá Sơ chế hạt cacao là một công đoạn quan trọng trong quá trình chế biến hạt cacao để tạo ra sản phẩm có chất lợng cao và thích hợp với công nghệ chế biến chocolate. Tuy nhiên để thực hiện tốt quá trình này chúng ta cần chú ý tới những yêu cầu của quá trình lên men và các biến đổi sinh hoá trong đó. Qui trình sơ chế hạt cacao: Thu hoạch trữ trái lên men phơi (sấy) Bảo quản Trong qui trình sơ chế hạt cacao, giai đoạn lên men là một trong những giai đoạn quan trọng nhất bởi tại giai đoạn này các phản ứng sinh hoá trong hạt xảy ra một cách mãnh liệt để tạo ra các tiền chất cho hơng vị chocolate (aminoacid, đờng khử, polyphenol .) [1] , bên cạnh đó còn tạo ra các nguyên liệu cho các quá trình biến đổi sinh hoá về chất lợng trong các giai đoạn phơi, sấy, bảo quản, rang và chế biến chocolate (acid, các chất bay hơi, peptit, .) [1] . Vậy những yêu cầu nào trong quá trình lên men? những biến đổi sinh hoá nào đã xảy ra trong đó? và tác dụng của các biến đổi đó ra sao? là những câu hỏi sẽ đợc trả lời trong thảo luận dới đây. 1. Một số yêu cầu trong quá trình lên men hạt cacao Mặc dù mỗi vùng, mỗi quốc gia đều có những qui trình lên men cụ thể để phù hợp với điều kiện của chính tại nơi đó và tạo ra đợc sản phẩm đặc trng của vùng, của miền nhng trên tổng thể vẫn có những yêu cầu chung cho quá trình này để tạo ra những sản phẩm có chất lợng cao, thích hợp cho quá trình chế biến chocolate. Những yêu cầu đó là: - Nhiệt độ trong quá trình lên men cần phải đạt đợc từ 45 - 50 0 C để tiêu diệt sức sống của hạt (tránh hạt nảy mầm), nhiệt độ này sẽ thuận lợi cho các phản ứng sinh hoá trong tế bào hạt xảy ra nhanh hơn. - Thời gian lên men từ 5-7 ngày đối với giống Forastero, trinitario tuỳ điều kiện thời tiết của từng vùng. Nếu lên men ngắn quá thì quá trình sinh hoá cha xảy ra hoàn thiện, nếu lên men quá dài thì sự phân huỷ đối với một số chất hữu cơ trong hạt xảy ra mãnh liệt và tạo ra các sản phẩm gây mùi khó chịu nh: phân huỷ protein thành NH 3 , ô xy hoá các acid béo không no thành các aldehyt có mùi át mùi đặc trng của cacao, các phản ứng tạo ester với các mùi không mong muốn . [2] - Mức độ thông khí thích hợp: Thông thờng quá trình lên men yếm khí xảy ra đối với hạt cacao bình thờng (không đợc lu quả) là 32-48h, và đối với hạt đã làm giảm hàm lợng n- ớc (lu quả 9 ngày) thì sau 24h-32h và tiếp theo sau đó là quá trình lên men hiếu khí (là giai đoạn cần không khí) tạo acid acetic. Nh vậy thời gian đảo cần thiết đối với hạt bình thờng (từ quả không lu) là 2 ngày 1 lần và đối với hạt từ quả đã đợc lu 9 ngày là 1 lần sau 48h [3] . - Loại thùng ủ: Thùng ủ phải đảm bảo không có mùi vị lạ (mùi cao su, mùi xốp, mùi thuốc sâu, mùi than .), không bị acid ăn mòn, chất liệu thùng ủ không bị tác động bởi acid và cồn. Thùng ủ còn phải có tác dụng dễ thoát dịch nhớt, giữ đợc nhiệt độ. - Khối lợng và độ cao khối hạt: Khối lợng hạt để đạt đợc kết quả lên men tốt là từ 50 kg hạt tơi trở lên, độ cao khối hạt trong ủ lên men ở khối lợng vừa và nhỏ là không quá 40cm. Với khối lợng và độ cao này thì các quá trình sinh hoá trong hạt sẽ xảy ra một cách triệt để và theo xu hớng tốt [4] . 1 2. Quá trình sinh hóa xảy ra trong lên men hạt cacao Quá trình sinh hoá xảy ra trong hạt chủ yếu là các quá trình lên men của phần cơm nhầy (với cơ chất là đờng) và các phản ứng sinh hoá xảy ra trong nội nhũ của hạt. Với hàm lợng đờng lớn từ 10-12% chất khô (Wood and Lass., 1987) [5] thì đây quả thực là một môi trờng rất thuận lợi cho quá trình lên men của nấm men (yeast) nhằm sản sinh ra cồn etylic và phát triển sinh khối của chúng để sản sinh ra CO 2 và H 2 O. Nguồn: Carr và cộng sự, [6] Sơ đồ 1: Sự chuyển biến đờng của cơm nhầy trong quá trình lên men Tuy nhiên quá trình tăng nhiệt độ của khối hạt đợc quyết định bởi giai đoạn hoạt động hiếu khí của các vi khuẩn Acetobacter, Bacteria, . trong phản ứng từ etanol thành acid acetic với năng lợng tới 988 kJ/mol, với năng lợng này đã làm cho khối hạt tăng nhiệt độ lên từ 45 - 50 0 C. Quá trình lên men của lớp cơm nhầy đã tạo nên một môi trờng thuận lợi về độ pH, hàm lợng etanol, acid, nhiệt độ, không khí . cho các vi sinh vật có lợi (nấm men, vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic) trong từng giai đoạn nhất định và là môi trờng bất lợi cho các loại vi sinh vật có hại khác nh nấm mốc, vi khuẩn gây thối . phát triển. Nh vậy quá trình lên men thuận lợi thì các vi sinh vật gây hại sẽ không phát triển đợc. Song song với quá trình lên men bên ngoài là quá trình sinh hoá xảy ra bên trong nội nhũ của hạt. Quá trình này diễn ra có mãnh liệt hay không phụ thuộc vào hàm lợng acid acetic và acid lactic trong quá trình lên men lớp cơm nhầy. Khi các acid này thấm vào nội nhũ đã gây ra hiện tợng vỡ các thành tế bào. Trong nội nhũ của hạt cacao có 2 loại tế bào chính là tế bào chứa các sắc tố polyphenol (tế bào màu tím) và tế bào chứa lipit và protit (tế bào trắng), khi thành các tế bào này bị phá vỡ thì các hợp chất bên trong có điều kiện tiếp xúc với nhau, dới tác dụng của các enzym thì các phản ứng sinh hoá đã xảy ra, sản phẩm của các phản ứng này là các đờng khử (đờng đơn), aminoacid, peptit, acid béo tự do, polyphenol, sterol . Các chất này lại chính là các nguyên liệu để tạo nên hơng, vị đặc trng của chocolate thông qua các phản ứng mailar, phản ứng ester hóa, phản ứng ôxy hoá, quá trình caramen . khi tiến hành rang hạt ở nhiệt độ cao (115 0 C - 145 0 C) [7] . 2 Đường Ethanol + CO 2 CO 2 + H 2 O Lactic acid Không bay hơi Acetic acid Bay hơi Thông khí +988kJ/mol +75kJ/mol Nấm men Nấm men Vi khuẩn Acetobacter Vi khuẩn Lactic Hô hấp hiếu khí Lên men Nguồn: Research and development Nguồn: Research and development cocoa sustainability cocoa sustainability DEPT DEPT , Indonesia , Indonesia [8] [8] Sơ đồ 2: Quá trình biến đổi các chất trong nội nhũ hạt cacao Cùng với quá trình dịch chuyển acid vào trong hạt thì cũng có quá trình khuyếch tán các chất bên trong hạt ra bên ngoài nh caffein, theobromine để làm giảm vị đắng của hạt, các polyphenol để làm giảm vị chát của hạt. Các acid dịch chuyển vào trong hạt để tạo nên các phản ứng sinh hoá để tạo nên màu sắc, hơng vị chocolate của hạt, nhng một khía cạnh khác cũng cần phải quan tâm là sau khi lên men thì một lợng lớn acid vẫn còn lu lại trong hạt và tạo nên vị chua của sản phẩm. Các acid này một phần sẽ bị mất đi một phần trong quá trình phơi (sấy) do bay hơi (chủ yếu là acid acetic), do dịch chuyển theo hơi ẩm (chủ yếu là acid lactic). Nh vậy cần thiết phải kết hợp cả hai quá trình lên men và phơi (sấy) để hạt có chất lợng cao: vừa có màu sắc và hơng vị chocolate vừa có ít vị đắng, ít chát và ít chua. Hơng vị cacao đợc quyết định bởi các tiền chất tạo hơng chocolate (đờng khử, amino acid, polyphenol .) nên lợng các tiền chất này càng nhiều thì quá trình tạo ra hơng vị cacao càng tốt và hạt cacao càng có chất lợng cao. Nh vậy quá trình lên men hạt cacao là một quá trình rất cần thiết để tạo nên sản phẩm có chất lợng cao và thích hợp cho quá trình chế biến chocolate. Các biến đổi sinh hoá trong hạt là rất phức tạp mà hiện nay các nhà khoa học cũng đang dần tìm hiểu và giải thích cho các quá trình đó. Tuy nhiên để thực hiện tốt quá trình lên men chúng ta cần chú ý một số yêu cầu sau: + Thu hoạch quả đúng độ chín, không thu hoạch xanh (quả cha chuyển màu), không để quả quá chín (lên mầm trên cây), loại các quả bị bệnh. + Lu quả 7-9 ngày ở nơi thông thoáng để giảm hàm lợng nớc trong lớp cơm nhầy. + Lên men trong thùng có thể giữ đợc nhiệt độ, có kích thớc thích hợp, không có mùi vị lạ và trơ với các chất hoá học (acid, rợu .). + Thời gian lên men từ 5-6 ngày, số lần đảo là 2 ngày 1 lần. + Khối lợng lên men tốt là từ 50kg trở lên. + Độ cao của khối hạt trong thing ủ không nên vợt quá 40cm. ThS. Phan Thanh Bình 3 Trong nội nhũ proteins Đường đa polypenols Nội nhũ enzymes enzymes enzymes Amino acids Đường đơn Chất thải Tiền hương vị chocolate Phßng Sinh hãa vµ C«ng nghÖ sinh häc, ViÖn KHKT NLN T©y nguyªn Tµi liÖu tham kh¶o [1] Lewwis et all, The influence of harvesting, fermentation and drying on cocoa flavour quality, In The Planter 62, (1986); pp 134. [2] Bernard W.Minific, C. C., F.R.I.C, Chocolate, cocoa and confectionery. Science and technology second edition., AVI publishing company, INC: (1980); p 730. [3] Smilja, L., Cause effect relation between fermentation, cut test and sensory notes, Vietnam April 07, In Training couse in Thu duc University, (2007). [4] Sterling S. Thompson, K. B. M., Alex S.lopez, Cocoa and coffee, In Food Microbiology, Michael P.Doyle, L. R. B., Thomas J.Montville Ed. ASM press: (2001); pp 721. [5] G.A.R Wood, a. R. A. L., Cocoa, john Wiley and Sons. INC: (1987); p 606. [6] Wood G.A.R, a. R. A. L., Cocoa (four edition), MPS Books Ltd.Bodmin, Corwall: (2001). [7] T.A.Shittu, M. O. L., Factors affecting instant properties of powdered cocoa beverage, In Food Chemistry, (2006); p 8. [8] Hylayat, MARS BEST PRACTICES (MBP), In Training course in Thuduc University, PT.EFFEM INDONESIA Ed. RESEARCH AND DEVELOPMENT COCOA SUSTAINABILITY DEPT: (2007). 4 . trình lên men và các biến đổi sinh hoá trong đó. Qui trình sơ chế hạt cacao: Thu hoạch trữ trái lên men phơi (sấy) Bảo quản Trong qui trình sơ chế hạt cacao, . trình sinh hoá trong hạt sẽ xảy ra một cách triệt để và theo xu hớng tốt [4] . 1 2. Quá trình sinh hóa xảy ra trong lên men hạt cacao Quá trình sinh hoá