Thành phần của ca cao và chocolate, ứng dụng của chúng

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CACAO VÀ CHOCOLATE Cacao Mô tả chung Cây cacao cao từ là loại cây có tán thuộc tầng trung bình, sống dưới bóng những cây cổ thụ già, chiều cao của nó có thể đến 11m, tuy nhiên để việc thu hoạch cũng như chăm sóc dễ dàng người ta thường giới hạn chiều cao của nó lại khoảng 2 - 4 mét,rễ của nó thuộc loại rễ chùm, không ăn sâu vào lòng đất (trong vòng khoảng 2m) do đó khâu tưới - tiêu làcông việc quan trọng trong vấn đề chăm sóc loại cây này. Loại đất thích hợp nhất cho cây cacao là mùn xốp, nơi các mạch nước ngầm không quá sâu (như các vùng đất bưng biền chẳng hạn) độ cao không nên quá 700 m trên mực nước biển (gần vùng xích đạo có thể tới 1000m). Cây có thể sống tới 15-20 năm, sau 3 năm cây bắt đầu ra hoa, kết trái và cho trái quanh năm. Trái cacao đâm ra trực tiếp từ thân hoặc từ những cành lớn. Cây cho sản lượng cao nhất khi cây khoảng 9 – 10 tuổi. Hạt cacao gồm 3 phần: Cùi nhớt: phần lớn bị hao hụt trong quá trình ủ và phơi Vỏ: Được loại ra hầu hết khi chế biến Phôi nhũ: là thành phần có giá trị nhất trong công nghệ chocolate Hình ảnh vỏ ngoài và bên trong quả ca cao Thành phần Phôi nhũ Cùi Vỏ hạt Nước 35 84,5 9,4 Cellulose 3.2 - 13.8 Tinh bột 4.5 - 46 Pentosan 4.9 2.7 - Saccharose - 0.7 - Glucose+ Fructose 1.1 10 - Bơ ca cao 31.3 - 3.8 Protein 8.4 0.6 18 Theobromine 2.4 - - Emzym 0.8 - - Polyphenol 5.2 - 0.8 Acid 0.6 0.7 - Muối khoáng 2.6 0.8 8.2 Bảng 1.1 Thành phần hóa học của hạt cacao Phân loại: Criollo: Nhị hoa màu hồng nhạt, quả màu đỏ hoặc xanh trước khi chín, thường có hình dạng dài, dưới rất nhọn, mang 10 khía đều nhau có khi phân thành 2 nhóm xen kẽ, hạt tươi thường có màu trắng hoặc hơi vàng, hạt khô mùi thơm mạnh, ít đắng, là giống cacao làm ra loại chocolate ngon nhất. Được trồng ở Venezuela, Madagasca, Indonexia… Tuy nhiên do sản lượng thấp, khả năng chống chịu sâu bệnh kém nên loại cacao này chiếm tỷ lệ rất thấp. Forastero: Trồng nhiều ở Brazil, Ghana…Loại cacao này có nhị hoa màu tím, quả màu xanh lá cây, vàng khi chín, hình dài, nhọn, ít khía, mặt trơn, phôi nhũ tươi, màu đỏ đậm, hạt hơi lép, tử diệp có màu tím đậm, lúc tươi có vị chát hay đắng, cacao có chất lượng trung bình. Chiếm tỷ lệ rất cao trong sản xuất chocolate (hơn 90%) Trinitario: Là loại cacao đặc trưng của Tây bán cầu. Được coi là sự kết hợp tuyệt vời giữa Criollo và Forastero. Đặc điểm phôi nhũ màu tím nhạt, quả dẹt. Không được trồng phổ biến do giống hiếm và đòi hỏi phải chăm sóc đặc biệt. Ban đầu chỉ được trồng ở Trinidad, hiện nay loại cacao này còn được trồng ở Srilanka, Mỹ latinh, Indonexia… Chocolate Phân loại chocolate: Plain chocolate ( chocolate không có sữa): bột cacao + bơ cacao + đường. Milk chocolate (chocolate sữa): bột cacao + bơ cacao + đường + sữa. White chocolate ( chocolate trắng): bơ cacao + đường + sữa. CHƯƠNG II: NHỮNG BIẾN ĐỔI VỀ MÀU SẮC TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN CACAO Ca cao nhân Rang Nghiền Nghiền Tách vỏ Kiềm hóa Ép bơ Bột ca cao Phân loại Bao gói Vỏ K2CO3 Bao bì Bơ ca cao Hình 2.1 Quy trình công nghệ sản xuất cacao Ca cao trái Thu hái Đóng bao Tách vỏ Tồn trữ Lên men Phơi sấy Ca cao nhân Những biến đổi trong quá trình lên men Những biến đổi trong quá trình lên men Lên men là quá trình quan trọng đầu tiên trong việc nâng cao chất lượng hạt cacao. Những hạt cacao với phần thịt quả còn tươi bám vào được bỏ vào hộp hay những cái giỏ để lên men trong vòng 2-9 ngày, tuỳ thuộc vào độ ẩm. Vi khuẩn và men có trong không khí phân huỷ phần thịt quả tạo ra axit acetic ( thành phần chính của giấm) và rồi trở thành rượu, với một số lượng nhiều như lượng rượu tạo ra từ nho. Màu của chúng chuyển từ tím sang nâu và bắt đầu có mùi chocolate. Mùi hương tăng còn độ đắng thì giảm và hạt chuyển sang màu nâu đỏ sẫm. Trong hạt cacao, các tế bào sắc tố chứa các loại như: tanin, catechin, anthocyanin, leucoanthocyanin. Chính anthocyanin tạo nên sắc tố màu tím cho hạt ca cao Forastero vì anthocyanin cấu tạo gồm 2phần là cyanidin (không màu) và đuôi oligo saccharide(có màu tím). Trong hạt ca cao chưa lên men, các sắc tố chiếm từ 11-13% của mô. Các tế bào sắc tố chứa khoảng 65-70% (khối lượng) polyphenol và 3% anthocyanin. Trong quá trình lên men, polyphenol trải qua các phản ứng khác nhau bao gồm cả quá trình tự cô đặc và phản ứng với protein và peptide. Khoảng 20% (theo khối lượng) polyphenol còn lại ở cuối quá trình lên men. Quá trình lên men gồm 2 giai đoạn: Kị khí: Anthocyanin cyanidin + glycosidase Khi lên men kị khí, màu tím của anthocyanin bị thủy phân dẫn đến mất màu tím. + Glycosiodase Hiếu khí: Polyphenol bị oxi hóa dẫn đến màu đặc trưng của chocolate. Phản ứng: polyphenol oxydase Catechin + O2 quinone (hợp chất có màu nâu) Cu2+ Hình 2.2 Công thức hóa học của Catechin và Quinone Quinone Một số yêu cầu trong quá trình lên men: Nhiệt độ: Khoảng 45 – 50 0C, để tiêu diệt sức sống của hạt, cũng giúp cho các phản ứng hóa sinh xảy ra nhanh hơn. Thời gian lên men: 2- 7 ngày với giống Forastero, còn Trinitario tùy thuộc vào điều kiện thời tiết của từng vùng. Nếu thời gian lên men quá ngắn sẽ dẫn đến các phản ứng hóa sinh xảy ra chưa hoàn toàn, còn nếu thời gian lên men quá dài dẫn đến sự thủy phân một số hợp chất hữu cơ mãnh liệt, dẫn đến sự tạo thành các hợp chất có mùi khó chịu như phân hủy protein thành NH3 , oxihóa các acid béo không no thành các aldehyte có mùi không mong muốn. Mức độ thông khí thích hợp: Thông thường quá trình lên men yếm khí với các hạt ca cao bình thường (không được lưu quả) là 32- 48h, đối với các hạt đã được làm giảm hàm lượng nước (lưu quả 9 ngày) là 24-32h, tiếp theo giai đoạn lên men hiếu khí tạo acid acetic. Thời gian đảo hạt cần thiết đối với hạt thường là 2 ngày/ lần. Khối lượng và độ cao của hạt: khối lượng hạt để đạt độ lên men tốt là từ 50 kg trở lên, độ cao khối hạt trong ủ lên men ở khối lượng vừa và nhỏ là không quá 40 cm. Những biến đổi trong quá trình phơi sấy Mục đích: Giảm độ ẩm của cacao để phù hợp cho bảo quản (<7%) Tiếp tục các chuyển hóa trong nhân của cacao Tiêu diệt vi sinh vật Những biến đổi về màu sắc Trong quá trình phơi, O2 sẽ tiếp tục khuếch tán vào trong hạt để tiếp tục phản ứng oxi hóa với polyphenol tạo nên màu nâu sẫm cho ca cao. Phản ứng hóa học liên quan đến biến đổi màu ca cao tương tự như trong quá trình lên men, tuy nhiên xảy ra mạnh mẽ hơn vì độ ẩm giảm nên việc tiếp xúc với oxi sẽ thuận tiện hơn. Một số lưu ý trong khi phơi sấy Phơi sấy phải cẩn thận để tránh những mùi lạ phát triển. Phơi sấy phải tiến hành từ từ. Nếu làm hạt khô quá nhanh thì một số quá trình chuyển hoá hoá học sẽ không được hoàn thành, hạt sẽ chua có vị đắng. Tuy nhiên nếu phơi sấy quá lâu nấm mốc và các mùi lạ sẽ phát triển. Nhiệt độ trong quá trình phơi sấy không nên vượt quá 650C. Các cách làm khô hạt: Phơi nắng: Trải hạt trên chiếu, khay hoặc sân xi măng nơi có ánh sáng tốt. Trong quá trình phơi phải đảo trộn hạt thường xuyên để đảm bảo hạt khô đồng đều. Nếu ánh sáng đầy đủ, ít mưa thì cần 4 ngày đến 7 ngày để hạt khô. Sấy: Nếu không có nắng, hạt sau khi lên men phải sấy. Hạt sấy sẽ bị giảm chất lượng nếu bị nhiễm khói đốt tạo mùi lạ hoặc hạt khô quá nhanh. Các máy sấy sử dụng cho ca cao phải dùng nhiệt gián tiếp thông qua thiết bị trao đổi nhiệt. Hạt ca cao sau khi được phơi sấy khô cần được để nguội sau dồn vào bao đay và cất trữ nơi khô ráo, thoáng mát. Không nên để trực tiếp xuống nền nhà mà cần kê cao 20 - 25 cm, cần kiểm tra thường xuyên để có thể phơi sấy lại tránh hư hỏng khi bảo quản. Thiết bị sấy có thể sử dụng để sấy ca cao như máy sấy tháp, máy sấy thùng quay hoặc máy sấy tầng sôi. Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hạt cacao sau khi lên men và phơi sấy Thành phần Phôi nhũ ( % tối đa) Vỏ ( % tối đa) Nước 3,2 6,6 – 8 Chất béo 57 5,9 Tro 4,2 20,7 Hàm lượng Nitơ Nitơ tổng 2,5 3,2 Theobromine 1,3 0,9 Cafein 0,7 0,3 Tinh bột 9 5,2 Xơ 3,2 19,2 Những biến đổi trong quá trình rang Đây là một trong những khâu quan trọng nhất trong việc quyết định chất lượng của sản phẩm sau này. Chất lượng rang phụ thuộc rất nhiều vào độ chín đồng đều, nhiệt độ rang và thời gian rang. Nhiệt độ rang có thể từ 70 – 1400C trong thời gian từ 0.5 đến 2h Trong giai đoạn đầu của quá trình rang, quá trình oxi hóa polyphenol tiếp tục xảy ra tạo màu, ngoài ra còn phải kể đến phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng caramel hóa tạo màu và mùi. Màu mùi phụ thuộc rất nhiều vào mức độ sấy (nhiệt độ, thời gian). Phản ứng Maillard Phản ứng Maillard là một dãy các phản ứng song song hoặc nối tiếp để tạo ra sản phẩm cuối cùng là Melanoidin – một loại polyme màu đậm chứa Nitơ. Phản ứng có 3 giai đoạn Giai đoạn đầu: Sản phẩm của giai đoạn đầu không màu, không hấp thụ ánh sáng cực tím, gồm 2 giai đoạn: Phản ứng ngưng tụ carbonylamin. Phản ứng chuyển vị Amadori Giai đoạn hai: sản phẩm không màu hoặc có màu vàng, hấp thụ ánh sáng cực tím. Gồm: Phản ứng khử nước của đường Phản ứng phân hủy đường và các hợp chất amin Giai đoạn cuối: Sản phẩm của giai đoạn cuối có màu nâu đậm, gồm: Ngưng tụ aldol Trùng hợp hóa aldehitamin và tạo thành hợp chất dị vòng chứa nitơ Hình 2.3 Sơ đồ tóm tắt phản ứng Maillard Phản ứng Caramel Phản ứng Caramel được định nghĩa là quá trình khử đường dưới tác dụng nhiệt, tạo thành những sản phẩm dễ bay hơi và có màu nâu đặc trưng. Đường bị nâu hóa nhiều nhất là đường saccharose. Điều kiện phản ứng là xúc tác acid, base, nhiệt độ > 1200 C, pH từ 3-9, enzym. Những biến đổi trong quá trình đảo, trộn Mục đích Làm chín hỗn hợp sau khi nghiền mịn, tạo kết cấu và hương vị cho chocolate Khai thác màu và mùi của một số chất từ phản ứng Maillard à Tạo những tính chất đặc trưng cho sản phẩm (ví dụ như màu nâu và vị đắng đặc trưng của chocolate) Các giai đoạn chính Giai đoạn 1: Trộn bột khô Giai đoạn 2: Trộn bột nhão Giai đoạn 3: Trộn bột lỏng Hình 2.4 Các giai đoạn trong quá trình đảo, trộn Những điểm cần lưu ý: Trong quá trình này, phản ứng gây biến đổi màu chủ yếu là phản ứng Maillard, do đó khi đảo trộn cần phải chú ý những yếu tố sau để tránh tác động xấu đến sản phẩm sau này: Tốc độ quay của đảo, trộn: nếu tốc đọ quay quá cao sẽ làm nhiệt độ tăng nhanh, phản ứng Maillard diễn ra nhanh à Sản phẩm sẽ có màu sắc không đẹp. Nếu tốc độ quay chậm thì khả năng hóa lỏng của khối bột và tốc độ tạo màu của khối bột không đạt yêu cầu. Nhiệt độ đảo trộn: duy trì nhiệt độ ổn định để tạo mùi vị mong muốn. Thời gian đảo trộn tùy thuộc vào thiết bị nhưng thông thường đảo trộn phải đủ dài để phản ứng Maillard xảy ra triệt để. Hình ảnh miêu tả việc sấy ca cao Hợp chất Hạt khô (g/100g) Sau khi rang và conching (g/100g) Trong sô cô la sữa (mg/100g) Flavanols Catechins 3.0 - - (+) Catechin 1.6-2.75 0.03-0.08 0.02 (-)-Epicatechin, (+)-Gallocatechin, (+)-Epigallocatechin 0.25-0.45 0.3-0.5 - Leucocyanidins L1-L4 2.7 L1: 0.08-0.17 - Polymeric lecocyanidins 2.1-5.4 Anthocyanins - 0.01 - 3-a-L-arabinosidyl cyanidin 0.3 - - 3-ß-D-galactosidyl cyanidin 0.1 - - Flavonols Quercetin - - - Quercetin-3-arabinoside - - - Quercetin-3-glucoside - - - Total phenolics 13.5 - - Bảng 2.2 Bảng thành phần các hợp chất của polyphenol sau khi rang và conching CHƯƠNG III: CACAO VÀ ỨNG DỤNG 3.1. Một vài sản phẩm từ cacao Chocolate: là sản phẩm quan trọng nhất của cacao. Bột cacao và một số đồ uống từ bột cacao Hình 3.1 Quy trình sản xuất chocolate Bột ca cao Phối trộn Bơ ca cao Đường Sữa Nghiền Bơ ca cao Lecithin Đảo trộn nhiệt Máy Longitudinal Xử lý nhiệt Rót khuôn Làm lạnh Bao gói Chocolate 3.2. Công dụng Trong bột cacao có chứa khoảng trên 300 loại hóa chất khác nhau. Cho đến nay việc tìm hiểu tác dụng của các hóa chất này đối với cơ thể con người và động vật, mà đặc biệt là tác dụng trên não bộ, thần kinh, tim mạch... vẫn còn là bài toán khó giải. Tuy nhiên, khoa học dần hé lộ từng phần của bức màn bí mật mang tên cacao ấy. Tác dụng lên tim mạch Chất phenolic trong cacao có tác dụng ngăn ngừa và hạn chế các nguy cơ rủi ro có thể xảy đến với hệ tim mạch. Cacao còn có tác dụng hạn chế nguy cơ tăng hàm lượng LDL - cholesterol, cho dù chế độ ăn có bị buông lỏng. Chất catechin trong chocolate cũng có tác dụng chống lại các chất oxy hóa - nguyên nhân gây xơ cứng mạch máu, mỡ máu cũng như các rủi ro khác cho tim, cho hệ mạch kể cả mạch não... Tác dụng lên não Thực tế cho thấy, sử dụng cacao khiến con người ta hưng phấn, sảng khoái. Nguyên nhân là do thực phẩm này có chứa cafein nên có tác dụng gần giống như khi ta uống chè, cà phê. Trường Đại học Y khoa Hall York (Anh) khẳng định thường xuyên sử dụng cacao sẽ giúp giảm hội chứng mệt mỏi mãn tính (CFD), chất polyphenols trong cacao có tác dụng cải thiện nồng độ serotonin trong não, chất serotonin có nồng độ không ổn định sẽ dẫn đến hội chứng mệt mỏi mạn tính và trầm cảm. Serotonin, endorphine còn tạo cảm giác thoải mái, hưng phấn. Tác dụng trong ngành dược Việc chiết tách thành công bơ cacao từ hạt cây cacao có ảnh hưởng rất lớn trong ngành bào chế dược phẩm. Bơ cacao từ lâu đã trở thành một loại tá dược được đánh giá là có giá trị và được dùng phổ biến trong công nghệ bào chế. Mặc dù sau này, khi công nghệ phát triển, có nhiều loại tá dược nguồn gốc hóa chất được sử dụng nhiều hơn và hạn chế được các nhược điểm của bơ cacao nhưng các nhà dược học vẫn không quên công lao của loại tá dược cổ điển này. Ngoài bơ cacao, cacao còn được dùng nhiều để làm chất phụ gia, tạo màu, tạo mùi vị hấp dẫn, dễ uống cho các loại dược phẩm, đặc biệt là các dạng thuốc dùng cho trẻ em. Một số tác dụng khác Ngoài các ứng dụng y khoa, cacao thiên nhiên là thức uống lý tưởng cho người ăn kiêng, giảm béo, nhưng vẫn duy trì đầy đủ dưởng chất cần thiết cho cơ thể. Cacao còn dùng trong mỹ phẩm, các chuyên gia chăm sóc sắc đẹp tại Chennai (Ấn Độ) phát minh cách pha chế cacao, chăm sóc da cho phái nữ, ngăn ngừa bệnh lão hoá da. Việc tắm Cacao từ lâu luôn đựợc ưa chuộng. TÀI LIỆU THAM KHẢO Beckett, S.T., Industrial chocolate manufacture and use. 2nd edition. Blackie/Chapman & Hall, 1994.