TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA NÔNG LÂM NGHIỆP  ThS Mai Thị Hải Anh Bài giảng CÔNG NGHỆ CÀ PHÊ, CA CAO (Dùng cho sinh viên ngành BQ & CBNS – ĐH Tây nguyên) Buôn Ma Thuột - 2012 i MỤC LỤC MỤC LỤC ii LỜI NÓI ĐẦU ii PHẦN 1: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CÂY CÀ PHÊ 1.1 Giá trị cà phê .1 1.2 Lịch sử phát triển cà phê 1.3 Đặc điểm thực vật học cà phê Chương 2: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ NHÂN 13 2.1 Công nghệ chế biến cà phê khô (Phương pháp chế biến khô) .13 2.2 Cơng nghệ chế biến cà phê thóc khơ (Phương pháp chế biến ướt) 17 2.3 Công nghệ chế biến cà phê nhân 28 Chương 3: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ BỘT .37 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 37 3.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ 37 Chương 4: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ HÒA TAN 45 4.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 45 4.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ 46 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CA CAO 54 Chương 5: GIỚI THIỆU VỀ CÂY CA CAO .54 5.1 Giá trị ca cao 54 5.2 Lịch sử phát triển ca cao 55 5.3 Đặc điểm thực vật học ca cao 56 5.4 Thành phần hóa học hạt ca cao 58 Chương 6: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT CA CAO LÊN MEN KHÔ 60 6.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 60 6.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình cơng nghệ .61 Chương 7: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN MỘT SỐ SẢN PHẨM TỪ CA CAO 70 7.1 Giới thiệu .70 7.2 Công nghệ sản xuất bột ca cao .70 7.3 Công nghệ sản xuất chocolate 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 LỜI NÓI ĐẦU Cà phê, ca cao công nghiệp dài ngày phù hợp với vùng ii đất nhiệt đới nóng ẩm Sản phẩm chế biến từ cà phê, ca cao sản phẩm có sức lơi kỳ diệu Cây cà phê, ca cao đến Việt Nam theo bước chân nhà truyền giáo phương Tây từ kỷ 18 phát triển rộng rãi trình khai thác thuộc địa chủ nghĩa thực dân Pháp Nhờ ưu đãi thiên nhiên, sản lượng cà phê, ca cao nước ta không đáp ứng nhu cầu nước mà mặt hàng nông sản xuất với số lượng lớn Song song với phát triển diện tích sản lượng, công nghệ chế biến sản phẩm từ cà phê, ca cao ngày dành nhiều quan tâm nhà nước Bài giảng Công nghệ chế biến cà phê, ca cao biên soạn với mục đích cung cấp cho người đọc thơng tin nguồn gốc, lịch sử phát triển ngành công nghiệp chế biến cà phê, ca cao Đồng thời, người đọc cập nhật kiến thức lĩnh vực sản xuất chế biến sản phẩm cà phê, ca cao Trên tảng tích lũy phát triển kiến thức đến áp dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp Bài giảng trình bày theo phần nội dung chính: Phần 1: Cơng nghệ chế biến cà phê Phần 2: Cơng nghệ chế biến ca cao Trong q trình biên soạn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Mọi góp ý xin gửi Bộ mơn Cơ khí công nghệ sau thu hoạch, khoa Nông Lâm nghiệp Trân trọng cảm ơn! iii PHẦN 1: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CÂY CÀ PHÊ 1.1 Giá trị cà phê 1.1.1 Giá trị sinh lý Cà phê thức uống thịnh hành hương thơm quyến rũ nó, ngồi thức uống với nhiều tác dụng tốt cho sức khỏe Cà phê kích thích hoạt động trí óc: Nhiều nghiên cứu khẳng định cà phê có tác dụng tốt cho hoạt động trí óc Trong hạt cà phê, caffeine chiếm - 2%, có tác dụng kích thích thần kinh, tăng sức làm việc trí óc Cà phê giúp tăng trí nhớ: nhà khoa học Anh cho chất caffeine có cà phê có khả làm biến đổi hoạt động điện tử tế bào não Tế bào thần kinh đóng vai trò chủ yếu q trình tiếp nhận thơng tin, song q trình có tham gia hóa chất adenosine Khi adenosine liên kết với quan tiếp nhận phân tử tế bào não làm giảm hoạt động nơron thần kinh, ảnh hưởng đến trí nhớ Caffeine ngăn chặn liên kết adenosine, hạn chế tác dụng đồng thời tăng cường trí nhớ Cà phê chống bệnh tiểu đường type II: Các nhà khoa học Mỹ cho biết uống cà phê điều độ giảm nguy mắc bệnh tiểu đường type II Theo tiến sỹ Martin thuộc Đại học Vanderbilt (Mỹ), chất acid chlorogenic có cà phê giúp thể xử lý tốt lượng đường glucose máu Cà phê giúp giảm hạ đường huyết: Nhiều nghiên cứu Anh cho thấy cà phê giảm nguy hạ đường huyết bệnh nhân tiểu đường type I Cà phê bảo vệ khỏi bệnh gan: Một cơng trình nghiên cứu năm 2005 10.000 người tình nguyện Viện nghiên cứu Quốc gia bệnh gan, thận tiêu hóa chứng minh caffeine cà phê trà giảm nguy tổn thương gan đồ uống tượng béo phì gây Cà phê làm tăng sức mạnh bắp: Năm 2003 nhóm nghiên cứu Viện Thể dục Thể thao Úc Canberra nhận thấy vận động viên uống chút caffeine trước luyện tập tăng thành tích từ đến 30% so với người không uống Các nhà khoa học giải thích caffeine kích thích đốt cháy chất béo để sinh lượng đường bắp thịt Cà phê làm giảm nguy mắc bệnh hen chữa dị ứng: Nhiều tài liệu y học nói đến tác dụng caffeine làm người bị hen thở dễ dàng giảm nguy bị lên hen Nếu uống từ đến ly cà phê ngày, nguy bị hen công giảm 28% Cà phê có ích việc chế ngự phản ứng dị ứng người hay bị triệu chứng Vì có tác dụng làm giảm giải phóng histamin vào máu, vốn nguyên nhân gây dị ứng Cà phê giúp giảm đau: Những loại thuốc giảm đau thường chứa caffeine Bởi caffeine đẩy nhanh tác dụng chất làm giảm đau cách giúp cho chúng hấp thụ nhanh chóng Một tách cà phê hay trà nóng làm hết đau đầu Quả vậy, chất làm giãn mạch thường gây đau đầu caffeine lại làm cho mạch máu co lại Cà phê làm cho thoải mái dễ tính hơn: Hoạt chất caffeine tác động vào hệ thần kinh trung ương, gây hưng phấn sau 10÷15 phút uống cà phê Bên cạnh tác dụng cà phê, nhà khoa học cảnh bảo không nên lạm dụng cà phê Vì tiêu thụ nhiều caffeine gây tình trạng lo lắng, ngủ Khi sử dụng lâu dài, caffeine gây táo bón phụ nữ có thai sinh nhẹ cân, chí sảy thai Đặc biệt người có tiền sử bệnh tim mạch uống cà phê khơng phải điều tốt cho sức khỏe họ, caffeine cà phê gây tăng huyết áp tăng nồng độ acid amin máu Hoạt chất cà phê tính theo caffeine tác dụng cà phê caffeine đem lại Theo nhà khoa học, 300mg caffeine ngày hợp lý 1.1.2 Giá trị kinh tế Trong vòng 20 năm trở lại ngành cà phê có bước phát triển nhanh chóng vượt bậc, sản lượng cà phê tăng lên hàng trăm lần Các vụ cà phê từ 1998/1999 trước lượng cà phê xuất tăng hàng năm không lớn Nhưng hai vụ 1999/2000 2000/2001, vụ tăng 200.000 tấn, tức tăng khoảng 3,5 triệu bao Hiện nay, Việt Nam, cà phê mặt hàng nơng sản xuất xuất có giá trị lớn, đứng thứ hai sau gạo Giá trị cà phê xuất thường chiếm gần 10% tổng kim ngạch xuất hàng năm Đức, Hoa Kỳ, Nga, Hàn Quốc, Italia…là thị trường xuất cà phê Việt Nam Đặc biệt xuất nông sản, tháng đầu năm 2012, giá trị xuất cà phê tăng vượt so với gạo Xuất cà phê đạt tới 860.000 tấn, kim ngạch gần 1,8 tỷ USD, so với kỳ năm trước tăng lượng (7,8%) giá trị (3%) Giá cà phê xuất bình quân từ đầu năm đến đạt gần 2.100 USD/tấn Hai thị trường tiêu thụ cà phê lớn Việt Nam Đức (chiếm tỷ trọng giá trị 13,9%) Mỹ (12,8%) 1.1.3 Giá trị xã hội Ngày người không uống cà phê nhu cầu giải khát sinh học mà từ lâu "thú thưởng thức" mang nhiều tính cách cá nhân Người ta dễ dàng nhận thấy, ngày cà phê định hình rõ nét sắc màu văn hóa đối ẩm chẳng khác trà 1.2 Lịch sử phát triển cà phê 1.2.1 Lịch sử phát triển cà phê giới Theo di khảo cổ, ghi chép người lại ngày nay, Kaffa (Ethiopia ngày nay) vùng đất khởi nguyên cà phê Xuất từ kỷ thứ IX kỷ XIV, người buôn nô lệ mang cà phê từ Ethiopia sang Ả Rập Nhưng tới tận kỷ XV người ta biết rang cà phê sử dụng làm đồ uống Cà phê trở thành thức uống truyền thống người Ả Rập Người Ả Rập tự hào phát minh loại thức uống giữ bí mật để bảo tồn độc quyền loại sản phẩm Người Hà Lan dân tộc Châu Âu lấy hạt giống mang thử trồng đảo Java (khi thuộc địa họ) Năm 1723, sĩ quan hải quân Pháp tên De Clieu đem xứ Martinique trồng Hơn 50 năm sau, Pháp trở thành đối thủ cạnh tranh gay gắt với Hà Lan, bất đồng xảy giải họ nhờ đến quyền Brazil đứng dàn xếp Đây hội để Brazil mang hạt giống nước khởi đầu cho giống cà phê trồng Brazil, biến quốc gia Trung, Nam Mỹ trở thành đế quốc cà phê lớn bậc giới Từ đầu năm 1900, cà phê trở thành đồ uống phổ thông nhiều nước giới Đức, Mỹ, Úc Trên giới có 75 nước trồng cà phê, có 51 nước xuất Đứng đầu giới diện tích sản lượng Brazil, Colombia, Việt Nam (Xem bảng 1.1) Diện tích, sản lượng cà phê tồn giới dao động mức 11,3÷11,5 triệu 6,7÷8,0 triệu tấn, cà phê chè chiếm tới 70% diện tích Thị phần thương mại xuất nhập tồn cầu hàng năm khoảng 5,2÷5,7 triệu tấn, nước trồng cà phê tiêu thụ khoảng 1,6 triệu tấn, 20÷22% sản lượng, lại 80% để xuất Giá cà phê xuất ln có biến động lớn phụ thuộc vào thời tiết, sách dự trữ lượng tồn kho nước xuất nhập Bảng 1.1 Tổng sản lượng cà phê niên vụ từ 2000/2001 đến 2010/2011 Đơn vị: nghìn bao (60kg/bao) Nguồn: © International Coffee Organization A: Cà phê chè (Arabica) R: Cà phê vối (Robusta) 1.2.2 Lịch sử phát triển cà phê Việt Nam Cà phê đưa vào Việt Nam năm 1875, giống Arabica người Pháp mang từ đảo Bourbon (bây đảo Reunion, phía đơng Madagascar) sang trồng phía Bắc Việt Nam, sau lan tỉnh miền Trung Quảng Bình, Quảng Trị… Sau thu hoạch chế biến thương hiệu “Arabica du Tonkin”, cà phê nhập Pháp Sau chiếm nước ta thực dân Pháp thành lập đồn điền cà phê Chinê, Xuân Mai, Sơn Tây canh tác theo phương thức du canh du cư nên suất thấp giảm từ 400÷500 kg/ha năm đầu xuống 100÷150 kg/ha vào năm sau Để cải thiện tình hình, Pháp du nhập vào nước ta hai giống cà phê vối (C robusta) cà phê mít (C mitcharichia) vào năm 1908, đồn điền lại mọc lên phía Bắc Hà Tĩnh (1910), Yên Mỹ (1911, Thanh Hoá), Nghĩa Đàn (1915, Nghệ An) Năm 1925, lần cà phê trồng Tây Ngun Sau giải phóng, diện tích cà phê nước khoảng 20.000 ha, nhờ hỗ trợ vốn từ quốc tế, cà phê dần trọng, đến năm 1980 diện tích đạt 23.000 ha, xuất 6000 Bản kế hoạch ban đầu xây dựng năm 1980 đặt mục tiêu cho ngành cà phê Việt Nam có khoảng 180 nghìn với sản lượng 200.000 Sau đó, kế hoạch nhiều lần sửa đổi Các số cao dừng lại mức 350.000 với sản lượng 450.000 (VICOFA, 2002) Trận sương muối năm 1994 Brazil phá huỷ phần lớn diện tích cà phê nước này, cộng hưởng đợt hạn hán kéo dài năm 1997 làm nguồn cung toàn giới sụt giảm mạnh Giá cà phê tăng đột biến khích lệ mở rộng diện tích cà phê Việt Nam, đầu tư kỹ thuật canh tác thâm canh, chuyên canh…Diện tích sản lượng tăng nhanh (trung bình 23,9%/năm), đưa tổng diện tích cà phê năm 2000 lên đến 516.700 ha, chiếm 4,14% tổng diện tích trồng Việt Nam, đứng thứ ba sau hai loại lương thực chủ lực lúa (chiếm 61,4%) ngô (chiếm 5,7%) Trong thập kỷ 90 kỷ XX, sản lượng tăng lên 20%/năm (các năm 1994, 1995, 1996 sản lượng tăng cao hơn, sản lượng tăng 48,5%, 45,8% 33%) Năm 2000, Việt Nam có khoảng 520.000 cà phê, tổng sản lượng đạt 800.000 Nếu so với năm 1980, diện tích cà phê Việt Nam năm 2000 tăng gấp 23 lần sản lượng tăng gấp 83 lần Mức sản lượng diện tích đạt vượt xa kế hoạch trước suy đoán chuyên gia nước quốc tế Cho đến sản lượng cà phê nước chiếm 8% sản lượng nông nghiệp, chiếm 25% giá trị xuất nước xuất cà phê Robusta lớn giới Hai tỉnh có diện tích canh tác lớn Đăk Lăk Gia Lai, mang lại việc làm ổn định thu nhập cao cho hàng triệu người, góp phần ổn định kinh tế xã hội vùng xa xôi hẻo lánh, dân tộc người… Việt Nam nước sản xuất cà phê lớn thứ giới sau Brazil đứng đầu giới xuất cà phê vối Diện tích cà phê Việt Nam qua số năm thống kê bảng 1.2 Bảng 1.2 Diện tích cà phê Việt Nam qua số năm Đơn vị: Nghìn hecta Diện tích cà phê Việt Nam Diện tích gieo trồng Diện tích cho sản phẩm Diện tích trồng 2005 497,4 483,6 13,8 2006 488,7 481,2 7,5 2007 508,8 488,7 20,1 2008 530,9 500,2 30,7 2009 537,0 504,1 32,9 Nguồn: Tổng cục thống kê GSO Theo kế hoạch phát triển đến năm 2020 cho ngành cà phê, hội thảo Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn tổ chức ngày 22 tháng năm 2012 Buôn Ma Thuột, Việt Nam lên kế hoạch cắt giảm 13,5% diện tích cà phê từ 555.000 xuống 480.000 ha, giữ sản lượng ổn định vào cuối thập kỷ vào khoảng 1,1 triệu 18,33 triệu bao (bao 60 kg) cà phê/năm, tương tự sản lượng vụ mùa 2010/2011 Bảng 1.3 Tổng sản lượng xuất cà phê Việt Nam niên vụ từ 2000/2001 đến 2010/2011 Đơn vị: nghìn bao (60kg/bao) Niên vụ 2000/01 2001/02 2002/03 2003/04 2004/05 2005/06 2006/07 2007/08 2008/09 2009/10 2010/11 Sản lượng 14841 13093 11574 15337 14370 13842 19340 16467 18500 18200 19467 Xuất 14606 11966 11555 14497 13994 13122 18090 15774 17386 14591 16850 Nguồn: © International Coffee Organization A: Cà phê chè (Arabica) R: Cà phê vối (Robusta) Các định hướng ngành cà phê Việt Nam nay: - Chuyển dịch cấu trồng - Hạ giá thành sản xuất, nâng cao hiệu kinh doanh - Áp dụng công nghệ sau thu hoạch tiên tiến, đổi thiết bị, nâng cao chất lượng sản phẩm kết hợp với bảo vệ môi trường - Xây dựng ban hành tiêu chuẩn cấp Nhà nước cà phê - Mở rộng thị trường cho cà phê Việt Nam nước ngoài, xúc tiến việc tiêu thụ cà phê thị trường nội địa - Phát triển ngành cà phê bền vững 1.3 Đặc điểm thực vật học cà phê 1.3.1 Phân loại Cây cà phê thuộc hệ thống phân loại thực vật sau: Ngành: Magnoliophyta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Gentianales Họ: Rubiaceae Chi: Coffea Hiện nay, giới có ba giống cà phê chủ yếu sau: 1.3.1.1 Coffea arabica (cà phê Arabica - cà phê chè) Cây cao 3÷5m, điều kiện đất đai thuận lợi cao 7÷10m Độc thân nhiều thân, nhiều cành nằm ngang Lá hình trứng hình lưỡi mác, phiến có Hình 7.3 Dòng khơng khí máy rang Siroco b) Thiết bị rang liên tục Ngày máy rang liên tục ngày phát triển ứng dụng rộng rãi sản xuất máy rang tầng sôi Nguyên lí hoạt động: lớp hạt chuyển động lên xuống liên tục luồng khơng khí nóng thời gian lưu trú hạt buồng ngắn nên hạt không bị nhiệt Hạt rang kĩ 20÷40 phút 100÷105 0C Hạt vừa rang xong làm nguội để giữ hương thơm không bị chất béo Băng tải cấp liệu, Sàng rung Vùng sấy tầng sôi Bộ tạo nhiệt Quạt cấp khơng khí nóng Vòi phun khơng khí nóng Cửa khơng khí ẩm Cyclone lọc bụi Thiết bị làm lạnh 10 Quạt cấp khơng khí lạnh 11 Vòi phun khơng khí lạnh 12 Cửa khơng khí mát 13 Cyclone lọc bụi 14 Cửa thành phẩm Hình 7.4 Thiết bị rang tầng sôi Các máy rang liên tục tiết kiệm lượng tiêu thụ đáng kể, hạt bị vỡ nát bơ ca cao bị chuyển từ mảnh hạt vào vỏ Hầu hết máy rang loại có trang bị kèm theo hệ thống làm nguội hạt sau rang 7.2.2.6 Nghiền Mục đích cơng nghệ Mục đích q trình nghiền làm giảm kích thước hạt ca cao đến giá trị mong muốn Mức độ nghiền phụ thuộc vào loại sản phẩm cụ thể 77 Các biến đổi nguyên liệu: - Sự giảm kích thước hạt ca cao - Dưới tác dụng lực ma sát nghiền, nhiệt độ ca cao tăng lên, cần phải có giải pháp để giải nhiệt cho ca cao - Sự hóa lỏng ca cao nghiền ca cao chưa tách béo Ban đầu ca cao dạng rắn, nghiền đến giới hạn kích thước định, ca cao hóa lỏng tạo ca cao khối Phương pháp, thiết bị thơng số cơng nghệ Q trình nghiền ca cao chia làm hai nhóm: • Q trình nghiền thơ: hạt ca cao sau tách vỏ (sau xử lý nhiệt sau rang) thường nghiền thơ để giảm kích thước hạt đến 200-300 µm Các thiết bị nghiền thơ gồm: - Nghiền trục: Để nghiền ca cao, trục nghiền thường có rãnh nhỏ dọc theo trục Trong trình nghiền, khoảng cách trục nghiền định kích thước hạt Với thiết bị nghiền này, không cần giải nhiệt cho ca cao lực ma sát khơng lớn nên sinh nhiệt Trục nghiền thô Quạt thổi Vách ngăn Máng thu mảnh nhân Máng thu vỏ hạt Cửa hút bụi Hình 7.5 Thiết bị nghiền thô phân ly dạng trục Cấu tạo: Thiết bị gồm cặp trục nghiền thô, quạt thổi, ngăn có vách chắn máng thu Nguyên lý hoạt động: Khối nguyên liệu cấp vào máy vào hai trục nghiền thô, khoảng cách hai trục đủ đẻ ép cho hạt vỡ thành mảnh lớn vỏ hạt tách khỏi nhân khơng nghiền hạt thành mảnh vụn Sau hỗn hợp gồm vỏ vỏ hạt mảnh nhân rơi xuống gặp luồng khơng khí thổi mạnh từ lên, mảnh vỡ vỏ hạt nhẹ bị thổi xa vượt qua vách chắn ngồi theo máng riêng, mảnh nhân nặng nên không bị thổi lọt xuống theo máng thu sản phẩm Các phần tử nhỏ li ti gom vào cyclone lắng bụi Sau phân ly ta hai cấu tử mảnh nhân chứa vỏ, mầm vỏ hạt chứa 78 lượng mảnh nhân khơng đáng kể Ngồi sử dụng thiết bị nghiền thô khác như: - Nghiền búa: nghiền thiết bị nghiền búa cần phải nghiền nhiệt độ cao (60-800C) Thường ứng dụng nghiền ca cao sau xử lý nhiệt để chuẩn bị nghiền tinh rang - Nghiền dĩa: hai loại thiết bị nghiền dĩa thường sử dụng thiết bị nghiền dĩa có dĩa đứng yên dĩa quay với tốc độ xác định thiết bị nghiền dĩa có hai dĩa quay theo chiều tốc độ quay khác Khoảng cách hai dĩa định mức độ nghiền • Quá trình nghiền tinh: nghiền ca cao sau nghiền thơ đến kích thước vài chục µm Q trình nghiền tinh ứng dụng trước thực trình rang ca cao khối ca cao sau rang chuẩn bị ép bơ Công đoạn nghiền mảnh nhân thực nhờ vào nhiều loại máy nghiền khác nhau, mẫu máy nghiền thông dụng thường dùng cối xay đá Cấu tạo: cối xay có ba cặp thớt đá hoa cương, bề mặt làm việc có rãnh cắt, chồng lên Mỗi cặp thớt đá gồm lưỡi thớt cố định thớt xoay tròn, khoảng cách hai thớt định độ mịn sản phẩm Nguyên lí hoạt động: Nguyên liệu cấp vào nhờ bơm cấp liệu 1, bán thành phẩm thu vành cối ống dẫn bán thành phẩm dẫn vào tâm cối phía để tiếp tục q trình nghiền Thành phẩm thu vành cối cuối Máy làm nguội hoạt động để tránh mùi ca cao không bị nhiệt 79 Bơm cấp liệu Các cặp thớt nghiền Ống dẫn bán thành phẩm Ống dẫn thành phẩm Bộ phận truyền động Hình 7.6 Máy nghiền mảnh nhân Các máy nghiền tinh đại dùng cặp trục nghiền hình ống thép chồng lên quay với tốc độ khác Khe hở ống hẹp dần làm cho khối bột nhão phải qua tất trục ống, nghiền thật nhỏ 7.2.2.7 Ép Mục đích Ca cao sau rang ép để thu hồi chất béo nhằm hiệu chỉnh hàm lượng chất béo bột ca cao thành phẩm Thường hàm lượng chất béo bột ca cao dao động từ 10-20% Một số sản phẩm cao thấp Các biến đổi nguyên liệu: hàm lượng chất béo ca cao giảm phụ thuộc vào yêu cầu sản phẩm Phương pháp thiết bị: Có thể sử dụng thiết bị ép thủy lực ép trục vis Thiết bị ép thủy lực thường sử dụng để sản xuất bột ca cao có hàm lượng chất béo cao ép ca cao hóa lỏng Thiết bị ép trục vis, thường sử dụng để sản xuất bột ca cao có hàm lượng chất béo thấp ép ca cao dạng vật liệu rời Bột ca cao ép trục vis đạt hàm lượng chất béo thấp 8% *) Máy ép thủy lực Cấu tạo: máy ép thủy lực kiểu nằm ngang gồm từ 14÷22 mâm ép, mâm ép gồm buồng ép, khoang để tạo áp lực ép, phận dẫn thu dầu, bao quanh buồng ép có gắn màng lọc kim loại Nguyên lý hoạt động: máy làm việc theo chế độ mẻ, khối lượng làm việc mâm ép khoảng 18 kg/mẻ Ca cao nóng với nhiệt độ 95÷1050C đưa vào máy ép với áp suất làm việc 400÷800 kg/cm2 Nhờ nhiệt độ cao áp lực ép mà dầu theo khe dẫn chảy vào máng thu, sản phẩm lại bánh dầu ca cao chứa 18% bơ ca cao Trong trường hợp ép với áp lực lớn làm cho bánh dầu chứa tối đa 10% chất béo gọi “ca cao nghèo” Năng suất máy ép suất thu bơ ca cao phụ thuộc vào áp lực, thời gian hành trình ép 80 Buồng ép Khoang Lưới kim loại Khe dẫn dầu ép Mâm ép Máng hứng dầu ép Hình 7.7 Cấu tạo mâm ép máy ép thủy lực *) Máy ép trục vis Máy ép kiểu trục vis sử dụng rộng rãi công nghệ chế biến dầu thực vật dùng ngành công nghiệp ca cao Hàm lượng bơ ca cao hồn ngun phương pháp có hiệu suất cao so với phương pháp ép thủy lực hàm lượng chất béo bánh dầu ca cao 8÷9% Bánh dầu ca cao Rãnh xẻ để thu hồi bơ ca cao Rượu mùi ca cao Trục vít ép đùn Lưỡi dao Chiều gia tăng áp suất Cone điều chỉnh Hình 7.8 Cấu tạo trục vis máy ép đùn Cấu tạo: máy ép đùn kiểu trục vít gồm ống hình nón bao quanh trục vít có bước vis thay đổi Bề mặt làm việc ống có gia công rãnh khoét theo suốt chiều dài ống, khe hở đầu sản phẩm thay nhờ vào van điều chỉnh hình nón Nguyên lý làm việc: ca cao bị đẩy dần vào khoảng trống ống hình nón trục vis Khi di chuyển ống, ca cao chịu áp lực gia tăng liên tục lực cắt trục vis Bơ ca cao thu qua rãnh khoét, bánh dầu ép đùn cuối đầu Các thơng số cơng nghệ: - Kích thước ngun liệu: kích thước ca cao lớn hiệu suất ép giảm - Nhiệt độ ca cao trình ép bơ cao hiệu suất ép tăng nhiệt độ cao, chất béo hóa lỏng dễ khuếch tán ngồi Thơng thường khơng cần phải gia nhiệt mà sau nghiền đem ca cao ép 81 - Áp lực ép cao hiệu suất ép tăng Áp lực ép phụ thuộc vào loại thiết bị cụ thể 7.2.2.8 Nghiền mịn bánh ca cao Mục đích cơng nghệ: Sau q trình ép, hạt ca cao chất béo lại liên kết với chặt tạo thành khối gọi bánh ca cao (cocoa cake) Quá trình nghiền thực để thu bột ca cao thành phẩm Các biến đổi nguyên liệu: Vật lý: bánh ca cao bị nghiền thành hạt có kích thước nhỏ Hóa học: số glyceride có bơ ca cao bị chảy lỏng bị oxi hóa tạo màu sắc không mong muốn cho bột ca cao Phương pháp thực hiện, thiết bị thông số công nghệ: Bánh ca cao sau ép đưa vào máy nghiền qua phễu nhập liệu, bánh ca cao đưa vào buồng nghiền nhờ vis tải nhập liệu dạng xoắn ốc chúng bị nghiền nhờ va đập với búa thành máy nghiền Hạt ca cao sau nghiền có kích thước nhỏ lỗ rây ngồi qua cửa tháo liệu Thơng thường nhiệt độ bánh ca cao nhập liệu dao động khoảng 43-450C, bột ca cao sau khỏi máy nghiền có nhiệt độ khoảng 21÷240C Sau nghiền, 98% bột ca cao qua rây 400 mesh (0.038mm) 7.2.2.9 Rây phân loại sản phẩm Mục đích cơng nghệ : hồn thiện Sau trình nghiền mịn thu hỗn hợp hạt có hình dạng kích thước khác Q trình rây nhằm phân chia sản phẩm bột ca cao theo kích thước Thiết bị: Thiết bị rây gồm nhiều cấp, tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm doanh nghiệp Những rung động lên xuống chuyển động xoay quanh trục rây làm tăng tốc độ rây ngăn cản tắc nghẽn lỗ rây 7.2.2.10 Bao gói sản phẩm Mục đích cơng nghệ: Hồn thiện: phân chia sản phẩm theo khối lượng Bảo quản: bao bì ngăn cản tiếp xúc với khơng khí, ánh sáng, độ ẩm từ môi trường xung quanh với bột ca cao Thường sử dụng bao bì plastic có lớp nhơm để chắn ánh sáng tránh thất hương Thiết bị bao gói: Thiết bị chuyên để đóng gói loại bột 7.2.2.11 Sản phẩm bột ca cao Bột ca cao sử dụng rộng rãi công nghệ thực phẩm (sản xuất bánh kẹo, số loại đồ uống, chocolate…), quy mơ gia đình Phân loại bột ca cao thành phẩm: Có nhiều cách phân loại, cách phân loại phổ biến phân 82 loại theo hàm lượng chất béo: - Bột ca cao có hàm lượng chất béo cao: ≥20% bơ ca cao - Bột ca cao có hàm lượng chất béo trung bình: 10-20% bơ ca cao - Bột ca cao có hàm lượng chất béo thấp: ≤10% bơ ca cao Tiêu chuẩn chất lượng bột ca cao: Bột ca cao thành phẩm có chất lượng phụ thuộc vào nguyên liệu, công nghệ sản xuất yêu cầu nhà sản xuất (màu sắc, hương vị, hàm lượng bơ ca cao…) Để đánh giá chất lượng bột ca cao, người ta thường dựa vào tiêu sau: hàm lượng chất béo, độ ẩm, hàm lượng acid, hàm lượng tạp chất (thuốc diệt cỏ, kim loại nặng…), tiêu vi sinh vật, tiêu cảm quan Dưới tiêu chuẩn đánh giá chất lượng bột ca cao hãng Cargill: Bảng 7.1 Các tiêu đánh giá chất lượng bột ca cao Chỉ tiêu Giới hạn Phương pháp xác định Ghi Lipid 10-24% IOCCC 37, 1990 pH 5.0-8.2 IOCCC 15, 1972 Độ ẩm Kích thước Max 4.5% Min 99.8% sàng Màu sắc Mùi vị Tổng số VSV Nấm mốc Nấm men Enterobacteriaceae Màu đặc trưng Mùi vị đặc trưng Max 5000cfu/g Max 50cfu/g Max 10cfu/g Không diện g sản phẩm Không diện g sản phẩm Không diện 750g sản phẩm Tiêu chuẩn Châu Âu Escherichia coli Salmonella Tạp chất IOCCC 26, 1988 qua IOCCC 11, 1970 Tùy thuộc loại sản phẩm Tùy thuộc loại sản phẩm Phương pháp sàng ướt, kích thước lỗ sàng 75µm IOCCC 39, 1990 IOCCC 39, 1990 IOCCC 39, 1990 IOCCC 39, 1990 IOCCC 39, 1990 IOCCC 39, 1990 Lấy mẫu theo FDA Kim loại nặng, thuốc diệt cỏ 7.3 Công nghệ sản xuất chocolate Hiện nay, chocolate sản phẩm bánh kẹo phổ biến Nó dùng trực tiếp sử dụng nguyên liệu phụ quy trình sản xuất loại bánh kẹo, thức uống Dựa vào nguyên liệu sản xuất phân loại 83 chocolate sau: - Chocolate trắng: chocolate sản xuất từ bơ ca cao, đường khơng sử có dụng ca cao - Chocolate đen: chocolate sản xuất từ thành phần bơ ca cao, ca cao, đường số phụ gia - Chocolate sữa: nguyên liệu sản xuất chocolate đen, chocolate sữa bổ sung thêm sữa quy trình sản xuất nhằm cung cấp thêm giá trị dinh dưỡng đa dạng hóa tính chất cảm quan cho sản phẩm Nguyên liệu sản xuất chocolate: Ca cao: Ca cao hạt dùng để sản xuất chocolate tương tự nguyên liệu sản xuất bột ca cao Ca cao khối: số sở sản xuất mua ca cao khối để sử dụng Quy trình sản xuất ca cao khối tương tự sản xuất bột ca cao khơng có cơng đoạn ép bơ mà ca cao sau rang nghiền tinh để tạo ca cao khối Bơ ca cao: thành phần quan trọng sản xuất chocolate tính chất đặc trưng bơ ca cao tạo nên tính chất đặc biệt cấu trúc cho chocolate Chất tạo vị ngọt: góp phần tạo tính chất cảm quan đặc trưng cho chocolate (mùi, vị, cấu trúc), cung cấp lượng Một số chất tạo vị phổ biến để sản xuất chocolate đường saccharose, glucose, fructose, polyol, isomaltulose… Sữa: sản xuất chocolate sữa sử dụng sản phẩm từ sữa sữa bột gầy, sữa nguyên kem, sữa giàu béo, bột whey, chất béo khan từ sữa Các phụ gia: Chất tạo nhũ: thường sử dụng chất tạo nhũ sản xuất chocolate lecithine, hàm lượng chất tạo nhũ không vượt 0.5% Chất tạo hương: nhằm sản xuất loại chocolate có tính chất đặc trưng Ca cao khối Đường hương Hương liệu thường sử dụng vanillin Hàm lượng sử dụng tùy thuộc vào Hương liệu cường độ hương mà nhà sản xuất mong muốn Nhào trộn Bơ ca cao Nghiền Đảo trộn nhiệt 7.3.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất chocolate Làm dịu Rót khn Tách khn, bao gói 84 Chocolate Các sản phẩm từ sữa Chất nhũ hóa Hình 7.9 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất chocolate 7.3.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ sản xuất chocolate 7.3.2.1 Phối trộn Mục đích: Trộn thành phần bổ nguyên liệu, tạo dung dịch huyền phù Trong đó, bơ ca cao mơi trường phân tán bột ca cao thành phần đường, sữa thành phần thuộc pha phân tán Biến đổi nguyên liệu: Trong trình trộn nguyên liệu, biến đổi quan trọng phân bố đồng thành phần vào Ca cao khối chất lỏng có độ nhớt cao, bơ ca cao thường bổ sung dạng lỏng, đó, đường, sữa thường dạng bột chủ yếu thành phần ưa nước Do đó, q trình nhào rộn khó khăn phụ thuộc vào tỷ lệ hai nhóm nguyên liệu độ nhớt pha lỏng kích thước pha rắn Phương pháp thực hiện: Bơ ca cao ca cao khối hóa lỏng cho vào thiết bị trước, sau hỗn hợp đường sữa nghiền mịn bổ sung từ từ vào sau Trong giai đoạn này, chất béo chất nhũ hóa bổ sung phần, phần lại bổ sung giai đoạn xử lý nhiệt Hương liệu bổ sung giai đoạn bổ sung giai đoạn xử lý nhiệt Thông số công nghệ: Thời gian nhào trộn từ 20-30 phút Nhiệt độ nhào trộn 400 45 C, nhiệt độ vượt 600C ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm Thiết bị: sử dụng thiết bị melangeur 85 Cấu tạo: Nồi trộn có đế xoay tròn hai lăn, tất đá hoa cương Khe hở bề mặt làm việc lăn mặt đế giảm dần Đáy nồi có đường ống nước nóng để điều chỉnh nhiệt độ Trục nghiền đá granit Cánh lái Chảo quay Hình 7.10 Cấu tạo nồi trộn Nguyên lý hoạt động: thiết bị làm việc theo chế độ mẻ Khi chảo quay, khe hở làm việc lăn mặt chảo có tác dụng nghiền mịn hỗn hợp, bánh lái giúp đảo trộn hỗn hợp 7.3.2.2 Nghiền Mục đích: làm giảm kích thước cấu tử pha rắn có mặt huyền phù, đặc biệt đường bột sữa (nếu có) Biến đổi ngun liệu: giảm kích thước cấu tử (sau trình nghiền hạt rắn đạt kích thước xấp xỉ 30µm), hỗn hợp nguyên liệu trở nên đồng chuyển dạng paste Trong trình nghiền sinh nhiệt, cần giữ nhiệt độ khoảng 45-480C để không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Thiết bị: sử dụng thiết bị nghiền trục Các trục trơn thép xếp chồng lên nhau, khe hở hẹp dần quay nhanh dần theo chiều từ đáy lên, trục quay đến 200 vòng/phút Chocolate vừa bị nghiền, vừa bị cắt làm cho phần tử hỗn hợp bị xé nát nghiền vụn Kết thu sản phẩm có độ trơn láng với kích thước phần tử khoảng 25÷75μm Bên trục, nước luân chuyển để làm nguội hỗn hợp nghiền Nếu cần, nghiền thêm lần thứ hai, sau hỗn hợp đưa đảo (quật) 86 Phễu cấp Con liệu lăn Máng thu sản phẩm Nước làm mát Hình 7.11 Thiết bị nghiền 7.3.2.2 Đảo trộn nhiệt Mục đích Trong sản xuất chocolate, q trình quan trọng, mục đích xử lý nhiệt tạo trạng thái đồng hỗn hợp nguyên liệu Là công đoạn định độ mịn sản phẩm chocolate Ngồi ra, xử lý nhiệt nhằm mục đích tạo tổ hợp hương vị chocolate cách hài hòa thơng qua việc loại bỏ số cấu tử tạo mùi xấu hình thành nên cấu tử hương Biến đổi nguyên liệu: Vật lý: đảo trộn nhiệt làm giảm kích thước hạt pha rắn, tăng độ mịn, giải phóng chất béo nước từ bên cấu trúc hạt nguyên liệu Hóa học: đảo trộn nhiệt 60-800C thời gian dài nên có hàng loạt phản ứng hóa học xảy ra, quan trọng phản ứng Maillard tạo hương vị cho chocolate Ngoài ra, tannin chuyển hóa, chất màu bị oxi hóa tạo giá trị cảm quan tốt Hóa lý: xảy bay số acid dễ bay có mùi khó chịu acid acetic Phương pháp thực thiết bị: Hiện nay, trình xử lý nhiệt thường thực theo phương pháp gián đoạn Có hai dạng thiết bị sử dụng: - Thiết bị dạng trục dọc: loại có suất nhỏ, thời gian thực dài, nhiên chất lượng chocolate tốt Thiết bị chảo gang lớn, dày, có trục lăn hay bánh xe chạy chạy lại, đảo trộn liên tục chocolate, làm cho trở nên dẻo, mịn thơm Thiết bị thường áp dụng cho sở sản xuất nhỏ để sản xuất loại chocolate đặc biệt 87 Trục lăn Chảo Ống truyền nhiệt Cửa thu sản phẩm Hình 7.12 Máy đảo trộn - Thiết bị dạng nghiền búa: thiết bị có suất cao hơn, có tác dụng trượt mạnh (shearing) đó, thời gian xử lý nhiệt thường ngắn Thông số công nghệ: - Nhiệt độ: nhiệt độ cao thời gian xử lý nhiệt ngắn đó, ẩm nhanh hơn, q trình đồng hóa diễn tốt Tuy nhiên, nhiệt độ cao xảy số phản ứng không mong muốn, tạo mùi xấu cho sản phẩm Thường nhiệt độ xử lý nhiệt khoảng 60÷800C chocolate không bổ sung sữa khoảng 45-600C chocolate có bổ sung sữa - Thời gian đảo trộn nhiệt phụ thuộc vào tính chất nguyên liệu, nhiệt độ thực trình cường độ đảo trộn Các trình đảo trộn nhiệt truyền thống kéo dài từ 24÷72 giờ, nay, q trình rút ngắn xuống nhờ vào tăng cường tác dụng trượt mạnh giảm hàm lượng ẩm ban đầu nguyên liệu 7.3.2.3 Làm dịu (tempering) Mục đích: Sau trình đảo trộn nhiệt, ta thu bán thành phẩm chocolate dạng bán lỏng để đem qua cơng đoạn làm dịu Mục đích làm dịu nhằm tạo điều kiện cho tinh thể chất béo ca cao kết tinh trạng thái ổn định, tránh tượng “nở hoa” chất béo chocolate thành phẩm sau Hiện tượng “nở hoa” chất béo tượng tinh thể chất béo bền chuyển thành dạng tinh thể bền trình bảo quản, đó, xuất vết nổ bề mặt sản phẩm, làm giảm chất lượng cảm quan sản phẩm Biến đổi nguyên liệu: Biến đổi quan trọng trình làm dịu tượng kết tinh chất béo có ca cao Các tinh thể chất béo kết tinh dạng thù hình: 88 Bảng 7.2 Các dạng thù hình tinh thể bơ ca cao kết tinh Dạng thù hình β’2 α Hỗn hợp β’1 β2 β1 Nhiệt độ nóng chảy (0C) 16-18 21-22 25.5 27-29 34-35 36 Trong đó, dạng β2 dạng mong muốn tạo thành chocolate bền, đảm bảo cấu trúc chocolate khơng bị cứng tan chảy miệng ăn Bên cạnh thay đổi trạng thái tinh thể chất béo, trình làm dịu có thay đổi độ nhớt khối ca cao nhiệt độ giảm xuống Phương pháp thưc hiện: Quá trình làm dịu gồm giai đoạn: giảm nhiệt để kết tinh tinh thể bơ, nâng nhiệt để phá vỡ tinh thể bền giữ nhiệt để tinh thể bền hình thành (giai đoạn ủ chín) Thời gian giai đoạn dài lượng tinh thể bơ kết tinh nhiều dạng bền Chocolate dạng thanh, thời gian lưu thương 10-12 phút, chocolate dùng để sản xuất sản phẩm có nhân thời gian lưu 20-360 phút Q trình làm dịu thường thực thiết bị trao đổi nhiệt theo phân đoạn khác Do chocolate q trình có độ nhớt cao nên cần có cấu đặc biệt để vận chuyển chocolate thiết bị 7.3.2.4 Rót khn bao gói Mục đích: Tạo sản phẩm có hình dạng, kích thước khối lượng đặc trưng theo yêu cầu Chocolate dạng thanh/viên có nhân khơng nhân Chocolate dạng bao phủ loại chocolate dùng để bao phủ trang trí cho số sản phẩm khác bánh biscuit, bánh kem… Các biến đổi nguyên liệu: trình điịnh hình gồm giai đoạn chình: rót khn (hoặc bao phủ), làm lạnh tách khn Trong trình này, biến đổi trình làm dịu tiếp tục, đồng thời chocolate dần chuyển sang dạng rắn Sau kết thúc trình làm lạnh kết tinh chất béo xem hồn tất, chocolate chuyển hồn tồn thành dạng rắn tách khổi khn để đưa bao gói Phương pháp thiết bị: Hiện nay, phương pháp thiết bị thực q trình định hình bao gói chocolate đa dạng, từ mức độ thủ công đến tự động hóa hồn tồn, phụ thuộc loại chocolate cụ thể 89 Bơm socola; Lắc; 3,4,5 Hình thành lớp vỏ; Làm lạnh vỏ lần đầu; Vát Làm lạnh vỏ lần 2; Bơm nhân;10 Định mức nhân; 11 Làm lạnh nhân; 12 Làm lạnh mép; 13 Làm đáy;14 Làm lạnh lần cuối; 15 Tháo khn Hình 7.13 Các bước vơ khn chocolate có nhân Vô khuôn: Bột làm dịu chuyển qua sàng cân Sàng đặt vào khuôn lượng bột định sẵn, khuôn sấy đến nhiệt độ làm dịu Tiến hành vỗ lắc liên tục để phân chocolate khn tống hết bọt khí Sau cho khn chạy vào hầm đơng lạnh có nhiệt độ khoảng 0C làm cho chocolate đông cứng Gặp lạnh chocolate co lại giúp cho việc tháo khuôn dễ dàng Hết đông lạnh, người ta cho chocolate vào buồng ấm, đổ khn đóng bao 7.3.3 Sản phẩm chocolate Các tiêu chocolate thường quan tâm là: Kích thước, hình dạng, khối lượng Thành phần nguyên liệu sản xuất Giá trị lượng cung cấp Các thành phần dinh dưỡng bản: lipid, protein, cacbonhydrate… Tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm (vi sinh vật, kim loại năng) Chỉ tiêu cảm quan (màu, mùi vị, trạng thái bề mặt, tính chất cấu trúc) chocolate Câu hỏi ôn tập Câu Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế biến bơ ca cao, bột ca cao, chocolate Nêu mục đích cơng đoạn Câu Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hạt ca cao trình rang Câu Trình bày phương pháp ép tách bơ ca cao, bột ca cao Nêu ưu, nhược điểm phương pháp Câu Nêu bước sản xuất chocolate nhân Mô tả cụ thể bước 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Việt Mẫn (chủ biên), Lại Quốc Đạt, Nguyễn Thị Hiền, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Trần Thị Thu Trà (2012), Công nghệ chế biến thực phẩm, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Đồn Triệu Nhạn (2000), Cây cà phê Việt Nam, Nhà xuất Nơng nghiệp Phạm Trí Thơng (1999), Giáo trình Bảo quản chế biến cà phê, ĐH Nơng lâm TP.HCM Phạm Trí Thơng (1999), Giáo trình Bảo quản chế biến ca cao, ĐH Nông lâm TP.HCM Lê Ngọc Tú (chủ biên) (2005), Hóa sinh cơng nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật B.Sc, F.I.C Arthur W Knapp (2006), Cocoa and Chocolate - Their history from plantation to consumer, London Chapman and hall Ltd Bernard W Minifie, C Chem, F.R.I.C., F.I.F.S.T (1980), Chocolate, Cocoa and Confectionery: Science and Technology, Westport, Connecticut Brandon Head (2005), The food of God - A popular account of cocoa, London R Brimely Johnson Micheal Sivetz and H Elliott Foote (1963), Coffee processing technology Volume 1: Fruit green, roast and soluble coffee, Westport, Connecticut 10 R J Clarke and R Macrae (1989), Coffee Volume 1: Chemistry, Elsevier applied science, London and NewYork 91 ... trị ca cao 54 5.2 Lịch sử phát triển ca cao 55 5.3 Đặc điểm thực vật học ca cao 56 5.4 Thành phần hóa học hạt ca cao 58 Chương 6: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT CA CAO. .. nhà nước Bài giảng Công nghệ chế biến cà phê, ca cao biên soạn với mục đích cung cấp cho người đọc thơng tin nguồn gốc, lịch sử phát triển ngành công nghiệp chế biến cà phê, ca cao Đồng thời, người... lượng cà phê, ca cao nước ta không đáp ứng nhu cầu nước mà mặt hàng nông sản xuất với số lượng lớn Song song với phát triển diện tích sản lượng, công nghệ chế biến sản phẩm từ cà phê, ca cao ngày