Luận văn Khảo sát quá trình lên men và sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG ĐỖ THỊ NGỌC HÂN KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN VÀ SẤY HẠT CA CAO SAU THU HOẠCH THEO QUI MÔ NÔNG HỘ Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cần Thơ, 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tên đề tài: KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN VÀ SẤY HẠT CA CAO SAU THU HOẠCH THEO QUI MÔ NÔNG HỘ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. Hà Thanh Toàn Đỗ Thị Ngọc Hân MSSV: 2051633 Lớp: CNTP K31 Cần Thơ, 2009 iii Luận văn đính kèm theo đây, với tựa đề tài: “ Khảo sát quá trình lên men và sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ” do Đỗ Thị Ngọc Hân thực hiện và báo cáo, đã được hội đồng chấp nhận luận văn thông qua. Cán bộ hướng dẫn Cán bộ phản biện Hà Thanh Toàn Cần Thơ, ngày …tháng…năm 2007 Chủ tịch hội đồng i LỜI CẢM TẠ Kính dâng Ba Mẹ, những người suốt đời tận tụy vì tương lai sự nghiệp của con, mang lại cho con nhiều niềm tin và nghị lực để vượt qua những khó khăn trong cuộc sống. Xin chân thành biết ơn thầy HÀ THANH TOÀN, đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp đúng thời gian qui định, anh HUỲNH XUÂN PHONG đã nhiệt tình chỉ dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quí báu và động viên em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn: Thầy cố vấn LÝ NGUYỄN BÌNH, cô LÊ MỸ HỒNG và cô NGUYỄN MINH THỦY đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ em trong thời gian em học tại trường. Quý thầy cô thuộc bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em thực hiện thí nghiệm. Thành thật cảm ơn: Các bạn cùng lớp XUÂN HUYỀN, BÌNH CHÂU, LINH, QUỲNH, HIẾU, LONG, PHÚ các bạn cùng nhóm luận văn và các em sinh viên: ÁI TÂM, VINH, HUY, THÔNG, NHUNG, YẾN, LỰC,…đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Thân ái gởi đến các bạn lớp Công nghệ Thực phẩm khóa 31 đã cùng tôi học tập trong suốt 4 năm qua những lời chúc sức khỏe và đạt nhiều thành công trong cuộc sống. Trân trọng ! ĐỖ THỊ NGỌC HÂN ii MỤC LỤC Lời cảm tạ ........................................................................................................... i Mục lục ............................................................................................................... ii Danh sách bảng ................................................................................................... iv Danh sách hình ................................................................................................... v CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU.................................................................................. 1 1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 1 CHUƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .............................................................. 2 2.1 Giới thiệu cây ca cao ..................................................................................... 2 2.1.1 Các giống ca cao................................................................................. 3 2.1.2 Công dụng của cây ca cao................................................................... 3 2.2 Lên men hạt ca cao trong điều kiện tự nhiên .................................................. 4 2.2.1 Quá trình lên men hạt ca cao............................................................... 4 2.2.2 Một số phương pháp lên men hạt ca cao ............................................. 8 2.2.3 Một số nghiên cứu có liên quan đến nội dung đề tài............................ 11 2.3 Sấy hạt ca cao bằng máy sấy năng lượng mặt trời .......................................... 12 2.3.1 Quá trình sấy ...................................................................................... 12 2.3.2 Hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời .............................................. 12 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 14 3.1 Phương tiện thí nghiệm.................................................................................. 14 3.1.1 Thời gian, địa điểm............................................................................. 14 3.1.2 Hóa chất ............................................................................................. 14 3.1.3 Dụng cụ thí nghiệm ............................................................................ 14 3.1.4 Thiết bị sử dụng.................................................................................. 14 3.1.5 Nguyên liệu ........................................................................................ 15 3.2 Phương pháp thí nghiệm và phương pháp phân tích....................................... 15 3.2.1 Phương pháp phân tích hóa lý ............................................................ 15 iii 3.2.2 Phương pháp đánh giá cảm quan......................................................... 16 3.2.3 Xử lý số liệu ...................................................................................... 16 3.3 Nội dung thí nghiệm ...................................................................................... 17 3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình ủ ................................................................................................................. 19 3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình sấy............................................................................................................... 20 3.3.3 Thí nghiệm 3: Đánh giá chất lượng hạt ca cao khô.............................. 20 3.3.4 Thí nghiệm 4: Tính hiệu quả kinh tế và hiệu suất thu hồi sản phẩm .... 21 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN............................................................ 23 4.1 Kết quả phân tích thành phần hạt ca cao tươi ................................................. 23 4.2 Sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình ủ................................ 23 4.3 Sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt trong quá trình sấy ............................ 30 4.4 Đánh giá chất lượng hạt ca cao khô ............................................................... 30 4.5 Tính hiệu quả kinh tế và hiệu suất thu hồi sản phẩm ...................................... 31 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ............................................................ 32 5.1 Kết luận......................................................................................................... 32 5.2 Đề nghị.......................................................................................................... 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 33 iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Sản lượng ca cao trên thế giới.................................................................2 Bảng 2.2 Những đặc tính chính khác nhau giữa giống Criollo – Forastero – Trinitario ...............................................................................................3 Bảng 3.1 Các thông số chính của các thiết bị sấy ca cao bằng năng lượng mặt trời 15 Bảng 3.2 Phương pháp phân tích hóa lý.................................................................15 Bảng 4.1 Kết quả phân tích thành phần hạt ca cao tươi (tính theo phần trăm trọng lượng tươi) ............................................................................................23 Bảng 4.2 Hàm lượng ẩm của nguyên hạt, tử diệp, cơm hạt và hàm lượng tanin thay đổi trong quá trình ủ ..............................................................................24 Bảng 4.3 pH, độ axit của tử diệp, cơm hạt và nguyên hạt ca cao thay đổi trong quá trình ủ....................................................................................................26 Bảng 4.4 Khối lượng nguyên hạt, tử diệp, cơm hạt của 100 hạt ca cao và tỷ lệ tử diệp/ cơm hạt trong quá trình ủ ..............................................................27 Bảng 4.5 Sự thay đổi % ẩm độ, pH, thể tích NaOH 0,1N/g ca cao trong quá trình sấy hạt ca cao ........................................................................................30 Bảng 4.6 Bảng phân tích chất lượng hạt ca cao sau lên men, sấy theo qui mô nông hộ Bến Tre và Ghana.............................................................................32 Bảng 4.7 Bảng phân loại hạt ca cao theo TCVN 7519 : 2005.................................32 Bảng 4.8 Hiệu suất thu hồi hạt ca cao khô .............................................................33 Bảng 4.9 Công việc và thời gian thực hiện 1 mẻ lên men sấy 400kg trái ca cao tươi ..............................................................................................................33 Bảng 4.10 Chiết tính sơ bộ giá thành cho một mẻ lên men ca cao 400kg trái tươi.33 v DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Các giống ca cao .......................................................................................2 Hình 2.2 Bột ca cao ép thành viên (A), sản phẩm bánh kẹo từ ca cao (B), bơ ca cao trong điều kiện bình thường (C) .................................................................3 Hình 2.3 Sơ đồ sự chuyển biến đường của cơm nhầy trong quá trình lên men .........5 Hình 2.4 Sơ đồ quá trình biến đổi các chất trong nội nhũ hạt ca cao ........................6 Hình 2.5 Những biến đổi sinh hóa trong suốt quá trình lên men...............................7 Hình 2.6 Những thay đổi bên trong nội nhũ hạt ca cao trong quá trình lên men .......8 Hình 2.7 Hệ thống thùng ủ cho nhiều lần đảo trộn (A), đảo trộn để cho khối hạt điều và cung cấp oxy cho quá trình lên men hiếu khí (B), thùng được xếp thành bậc thang để dễ đảo trộn khi lên men quy mô lớn (C), các lỗ dưới đáy thùng để thoát dịch ca cao từ cơm nhầy (D), thúng ủ được đậy bằng lá chuối để giữ nhiệt (E) khối ca cao được lót lá chuối tiến hành ủ đống (F) 10 Hình 2.8 Thiết bị sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời (A), phơi hạt ca cao trên các tấm đệm (B), phơi hạt ca cao trên nia và có các giàn phơi (có thể đậy bằng các tấm nhựa khi trời mưa) (C), phơi hạt ca cao trên các vĩ tre ở Bến Tre (D), líp phơi với thanh ngang ở giữa tạo dốc nghiêng nhằm tránh đọng nước khi phủ tấm ni lông lúc trời mưa ở Indonesia (E), phên phơi cơ động ở Brazil (F) ..............................................................................................13 Hình 3.1 Thùng lên men 100kg hạt tươi ............................................................... 14 Hình 3.2 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng quá trình lên men, sấy hạt ca cao đến chất lượng hạt ca cao .................................................................................................17 Hình 3.3 Sơ đồ tiến hành đánh giá sự thay đổi khối lượng theo qui trình lên men và sấy hạt ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ....................................22 Hình 4.1 Sự thay đổi nhiệt độ khối ủ trong quá trình lên men ................................23 Hình 4.2 Sự thay đổi độ ẩm tương đối của khối ủ và hàm lượng tanin trong quá trình lên men ............................................................................................25 Hình 4.3 Sự thay đổi pH trong quá trình lên men...................................................26 vi Hình 4.4 Sự thay đổi độ axit của khối hạt ca cao trong quá trình lên men ..............27 Hình 4.5 Sự thay đổi trọng lượng cơm nhầy, tử diệp và sự thay đổi tỷ lệ tử diệp/ cơm hạt trong 6 ngày lên men ..................................................................28 Hình 4.6 Sự thay đổi % ẩm, nhiệt độ khối hạt ca cao trong quá trình sấy...............30 Hình 4.7 Sự thay đổi giá trị pH và độ axit (%) trong quá trình sấy.........................31 vii TÓM TẮT Nằm trong chương trình phát triển 10.000 ha cây ca cao đến năm 2010 và cùng với sự hỗ trợ của nhiều dự án trong và ngoài nước, Bến Tre hiện có 2.000 ha cây ca cao và có khả năng tăng nhanh trong vài năm tới. Cùng với việc đầu tư phát triển, nâng cao năng suất và sản lượng cây ca cao, vấn đề quan tâm nhất của Bến Tre hiện nay là hỗ trợ nông dân sơ chế hạt ca cao xuất khẩu, tạo qui trình sản xuất khép kín, giúp người trồng ca cao tăng thêm thu nhập. Trên cơ sở đó mục tiêu của đề tài nhằm theo dõi sự thay đổi về mặt hóa lý của khối hạt ca cao trong suốt quá trình lên men và sấy, đánh giá chất lượng hạt ca cao sau lên men và sấy với thiết bị sấy năng lượng mặt trời, tính hiệu suất thu hồi sản phẩm và lợi nhuận của người nông dân thu được khi thực hiện qui trình sơ chế hạt ca cao theo qui mô nông hộ. Trong giai đoạn lên men, ta tiến hành đặt nhiệt kế đo nhiệt độ khối ủ và môi trường. Đối với khối ủ, mỗi ngày ghi lại các giá trị nhiệt độ 2 lần, mỗi lần ở 3 vị trí khác nhau vào 2 thời điểm khác nhau trong ngày (8h, 16h) và tính giá trị trung bình cho mỗi ngày. Đồng thời tiến hành lấy mẫu để phân tích ẩm, pH, độ axit, tanin, sự thay đổi khối lượng của hạt ca cao lên men. Hạt ca cao sau lên men được chuyển lên máy sấy, ta tiếp tục theo dõi sự thay đổi hóa lý của khối sấy (nhiệt độ, pH, độ ẩm, độ axit) theo từng ngày sấy và sự chênh lệch nhiệt độ máy sấy so với nhiệt độ môi trường. Kết quả ghi nhận cho thấy nhiệt độ khối lên men đạt cao nhất vào ngày lên men thứ tư 48oC (sau khi đảo trộn), pH giảm từ 4,7 đến 3,4 (giảm nhanh trong 2 ngày lên men đầu tiên từ 4,07 đến 3,04), ẩm độ (%) của khối hạt thay đổi không đáng kể 52,4%, hàm lượng axit tổng đạt cao nhất 1,5% vào ngày lên men thứ tư. Sau khi sấy, hạt ca cao khô thu được có độ ẩm 6,08%, tỉ lệ hạt nâu 77%, pH đạt 4,58, vỏ hạt chiếm 19,6%, chất lượng hạt ca cao khô đạt loại 1A theo TCVN. Thời gian thực hiện qui trình sơ chế ca cao khép kín này kéo dài 10 ngày (6 ngày lên men, 4 ngày sấy), rút ngắn thời gian hơn phương pháp lên men kết hợp làm khô hạt ca cao bằng cách phơi nắng 2 – 3 ngày. Và lợi nhuận nông hộ thu được sau khi lên men sấy 400kg trái tươi là 358.450 đồng và thu nhập bình quân 1 tháng 1.883.800 đồng (lợi nhuận thu được từ 4 mẻ lên men và sấy hạt ca cao và tiền công cho 60 giờ lao động). 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam có nhiều tiềm năng phát triển cây ca cao do có ưu thế nổi trội là có thể trồng xen với nhiều loại cây như dừa, điều, hồ tiêu, cà phê, chuối, đồng thời có khả năng chịu hạn, chống xói mòn đất cao nên rất thích hợp với điều kiện tự nhiên và thổ nhưỡng ở các tỉnh phía Nam và Tây Nguyên. Bên cạnh đó, được sự quan tâm của chính phủ và được sự hỗ trợ của nhiều tổ chức quốc tế nên diện tích trồng ca cao trên cả nước tăng đáng kể, dự kiến đến năm 2010 Việt Nam sẽ trở thành nước sản xuất ca cao quan trọng trên thế giới với sản lượng lên đến 100.000 tấn và mỗi tỉnh sẽ có 10.000 ha trồng ca cao, tập trung tại một số tỉnh: Bà Rịa - Vũng Tàu, Bình Phước, Tiền Giang, Đồng Nai, Tây Nguyên, Đắc Lắc, Bến Tre. Trong số khoảng 3.000 ha cây ca cao hiện có ở khu vực phía Nam, Bến Tre là tỉnh trồng nhiều nhất với gần 1.000 ha, tập trung tại huyện Châu Thành, kế đó là huyện Giồng Trôm, Mỏ Cày. Cho nên cùng với việc đầu tư phát triển, nâng cao năng suất và sản lượng cây ca cao, vấn đề quan tâm nhất của Bến Tre hiện nay là hỗ trợ nông dân sơ chế hạt ca cao xuất khẩu, tạo qui trình sản xuất khép kín, giúp người trồng ca cao tăng thêm thu nhập. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu của đề tài là khảo sát quá trình sơ chế ca cao sau thu hoạch theo qui mô nông hộ. Ghi nhận sự thay đổi về mặt hóa lý (nhiệt độ, pH, độ ẩm, độ axit) và thời gian thực hiện quá trình ủ và sấy hạt ca cao. Đồng thời đánh giá được chất lượng hạt ca cao khô thu được (độ ẩm, pH, độ axit, tỉ lệ hạt nâu, hàm lượng vỏ) cũng như hiệu suất và lợi nhuận với phương pháp lên men ca cao qui mô gia đình. 2 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU CÂY CA CAO Cây ca cao (Theobroma ca cao Linn) thuộc họ Sterculiaceae là cây công nghiệp dài ngày sống ở vùng nhiệt đới, thuộc loài thân mộc, sống đa niên. Cây ca cao có nguồn gốc từ vùng Amazone. Đây là loài thực vật có khả năng phát triển trong điều kiện râm mát và độ ẩm cao. Vùng Mayas của Yucatan và Aztecs của Mexico là những vùng trồng ca cao lâu đời trên thế giới cách đây khoảng 500 năm trước công nguyên. Trước đây ca cao được sử dụng đầu tiên ở vùng Aztéc chủ yếu dưới dạng sản phẩm gọi là “chocolate” được sản xuất bằng cách rang và nghiền hạt ca cao với nước, bột bắp và một số chất gia vị và sử dụng ca cao trong một số loại nước uống cao cấp. Ngày nay ca cao là mặt hàng xuất khẩu mang lại nhiều ngoại tệ của một số nước. Bảng 2.1 Sản lượng ca cao trên thế giới (ngàn tấn) QUỐC GIA 2002/03 2003/04 2004/05 2005/06 2006/07 Châu Phi 2.232 2.550 2.374 2.642 2.391 Cameroon 160 166 185 166 166 Bờ Biển Ngà 1.352 1.407 1.286 1.408 1.292 Ghana 497 737 599 740 614 Nigeria 173 180 200 200 190 Các nước Châu Phi khác 50 60 104 128 129 Châu Mỹ 428 461 445 446 411 Brazil 163 163 171 162 126 Cộng Hòa Dominican 47 47 31 42 47 Các nước Châu Mỹ khác 218 251 243 242 238 Châu á và Thái Bình Dương 510 498 559 636 596 Indonesia 410 403 460 530 490 Malaysia 36 34 29 30 31 Các nước Châu Á khác 64 61 70 76 75 Tổng sản lượng thế giới 3.170 3.509 3.378 3.724 3.398 (Nguồn: ICCO Annual Report 2006/2007) Hình 2.1 Các giống ca cao 3 2.1.1 Các giống ca cao Hiện nay người ta chia ca cao thành 3 nhóm lớn là: Criollo, Forastero và Trinitario. Bảng 2.2 Những đặc tính chính khác nhau giữa giống Criollo – Forastero – Trinitario Các đặc điểm chính Criollo Forastero Trinitario Dạng quả Vỏ quả Cấu trúc Màu sắc Hoa Hạt Số hạt/trái Tiết diện hạt Màu tử diệp Đặc điểm nông học Khả năng sinh trưởng Khả năng kháng sâu bệnh Chất béo % Tổng sản lượng (1996/97) Quả dài Mềm Đỏ (cũng có quả màu xanh) Nhuỵ hồng nhạt 20 - 30 Gần tròn Trắng, ngà hoặc tím rất nhạt Kém Kém Thấp 1,5 Quả tròn, hình bầu dục Cứng Xanh (chín thì vàng) Nhuỵ màu tím >30 Dẹp Tím, tím đậm Mạnh Tốt Cao 93,5 Quả dài Hầu hết cứng Thay đổi >30 Dẹt Thay đổi, đôi khi có hạt màu trắng Trung bình Trung bình Trung bình 5,0 (Nguồn: Nguyễn Văn Uyển và Tài Sum, 1996, Hà Thanh Toàn et al., 2008) 2.1.2 Công dụng của cây ca cao 2.1.2.1 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 ta tách được bơ và bánh dầu ca cao. Xay nhuyễn bánh dầu ca cao cho ra bột ca cao. (Phạm Hồng Đức Phước, 2006) Hình 2.2 Bột ca cao ép thành viên (A), sản phẩm bánh kẹo từ ca cao (B), bơ ca cao trong điều kiện bình thường (C) A B C 4 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). 2.1.2.3 Các bộ phận khác của cây ca cao Vỏ trái ca cao chứa 3 - 4% kali trên trọng 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 (cacao juice), mứt đông (cacao jam), giấm (vinegar), hoặc cô đặc làm nước cốt trái cây (liquor of cacao 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