Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

MỤC LỤC
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU.........................................................2
I.

CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT............................................................................2

II.

TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUN LIỆU.......................................................3

PHẦN 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO.....................4
A. QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO TRUYEN THỐNG.........................4
I.

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT.......................................................4

II.

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ...............................................5
1. Q trình phân loại và làm sạch..................................................................5
2. Quá trình rang.............................................................................................6
3. Quá trình tách vỏ cacao (winnowing).........................................................9
4. Q trình nghiền nhân cacao…………………………………………….11
5. Q trình kiềm hóa...................................................................................13
6. Q trình ép bơ.........................................................................................15
7. Quá trình nghiền bột cacao………………………………………………18
8. Quá trình hồn thiện sản phẩm…………………………………………..20

B. QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO THEO PHƯONG PHÁP NARS.....22
I.

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT.....................................................22

II.

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ.............................................23
1. Q trình xử lý nhiệt bằng tia hồng ngoại................................................23
2. Q trình kiềm hóa...................................................................................25
3. Q trình rang nhân cacao........................................................................27

c. SO SÁNH ƯU VÀ NHƯỢC ĐlỂM CỦA 2 QUY TRÌNH................................29
PHẦN 3: BỘT CACAO THÀNH PHẨM...............................................................31
Trang 1


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

I.

PHÂN LOẠI BỘT CACAO THÀNH PHẨM...............................................31

II.

CHẤT LƯỢNG BỘT CACAO THÀNH PHẨM..........................................31


PHẦN 4: PHỤ LỤC - MỘT SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG CNSX BỘT
CACAO HIỆN NAY..................................................................................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................48

PHẦN 1

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
Nguyên liệu sử dụng để sản xuất bột cacao là cacao hạt đã qua quá trình lên men và phơi sấy.
I. CẤU TẠO &TÍNH CHẤT
Hạt cacao có kích thước khá lớn, dài từ 2-3cm, bên
ngồi có một lớp vỏ mỏng chiếm khoảng 12% trọng lượng
hạt, bên trong là phơi nhũ. Đối với hạt tươi thì phơi nhũ có
màu trắng đến tím, vị đắng chát. Sau q trình lên men và
phơi sấy, vỏ hạt chuyển sang màu nâu sậm, đồng thời phơi
nhũ cũng hình thành nên màu nâu đặc trưng của cacao, bên
cạnh đó, vị đắng chát cũng giảm dần và được thay thế bởi
các hương vị quyết định phẩm chất bột cacao thành phẩm.

Hình 1.1 - Hạt ca cao

Bảng 1.1 - Thành phần hóa học của hạt cacao sau khi lên men và phơi sấy (theo ICCO)
Thành phần

Phôi nhũ (% tối đa)

Vỏ (% tối đa)

Nước

3,2


6,6 4- 8

Chất béo

57

5,9

Tro

4,2

20,7

Nitơ

2,5

3,2

Nitơ tổng
(theo bromine)

1,3

0,9

Cafein


0,7

0,3

9

5,2

Hàm lượng

Tinh bột

Trang 2


Công nghệ sản xuất bột cacao

Xơ

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

3,2

19,2

Phơi nhũ, phần chính để sản xuất bột cacao, bao gồm nhiều thành phần: chiếm hàm lượng
cao nhất là chất béo, cịn gọi là bơ cacao (có thể lên tới 57%), có nhiệt độ nóng chảy khá thấp
(khoảng 34°C) và chỉ số iod (IV) từ 33-42. Một thành phần khác khá quan trọng trong hạt
cacao là theo bromine, một hợp chất chứa nitơ cơng thức phân tử C 7H8N4O2, có tác dụng tạo vị
đắng đặc trưng cho cacao. Ngoài hai thành phần quan trọng như trên, hạt cacao còn chứa tinh

bột, protein, chất khoáng, xơ và một số thành phần khác.
II. CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU
Cacao hạt được phân loại theo trọng lượng (thường là trọng lượng của 100 hạt, 3.5oz) và
theo hàm lượng hạt không đạt yêu cầu hay hạt khuyết tật, đó là những hạt bị mốc, chưa được
lên men, các hạt bị sâu bọ tấn cơng, hạt bắt đầu nảy mầm, hạt lép (khơng có nhân bên
trong)...Để kiểm tra hạt có khuyết tật hay khơng, người ta sử dụng phép kiểm tra vết cắt. Người
ta cũng sử dụng cách này để đánh giá mức độ lên men của hạt cacao.
Một số tiêu chí chọn hạt cacao nguyên liệu như sau:
 Hạt phải được lên men hồn tồn.
 Hàm ẩm trong hạt khơng được phép vượt q 7,5%.
 Hạt phải đồng đều về kích cỡ, khơng có hạt dính đơi, dính ba.
 Ngun liệu khơng được chứa hạt mốc: hàm lượng hạt mốc lên đến 3% có thể tạo ra mùi

mốc khó chịu cho bột cacao thành phẩm.
 Hạt không bị côn trùng tấn công: côn trùng làm tổn thất nguyên liệu, gây nhiễm bẩn bởi

chất thải của chúng.
 Nguyên liệu không chứa hạt nảy mầm trước khi lên men vì các hạt nảy mầm sau khi sấy

khô, mầm bị tách ra, tạo một lỗ hổng khiến cho côn trùng và nấm mốc dễ dàng thâm
nhập vào nguyên liệu. Nguyên liệu cũng không được chứa hạt nám, ám khói, hạt lép và
các loại tạp chất lạ (như mạt sắt,...).
 Khối lượng nhân bên trong hạt cũng là một chỉ tiêu quan trọng: hạt phải chắc, chứa

nhiều nhân bên trong. Bên cạnh đó, hàm lượng bơ cũng có ý nghĩa nhất định trong quy
trình sản xuất (tuỳ thuộc vào yêu cầu của nhà sản xuất).
 Hạt không được có mùi lạ như mùi khói, mùi mốc hoặc mùi lên men, khơng có vị lạ như

Trang 3



Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

chua acid, đắng gắt, vị khé hay các vị lạ khác.

Trang 4


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

PHẦN 2

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO
A - QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CACAO TRUYỀN THỐNG (THEO PHƯƠNG PHÁP
KIỀM HỐ CACAO KHỐI)
I. QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT

Hình 2.1 - Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất cacao theo phương pháp kiềm hoá dịch
cacao

Trang 5


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn


II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
1.

Q TRÌNH PHÂN LOẠI VÀ LÀM SẠCH
1.1. Mục đích q trình
Q trình này có mục đích chuẩn bị cho các cơng đoạn tiếp theo trong dây chuyền công nghệ

(rang, nghiền ,tách vỏ...) nhằm loại bỏ các tạp chất lẫn trong đống hạt cacao sau khi lên men và
sây từ các cơ sở cung cấp. Các tạp chất thường là cát, đá, gỗ vụn, cao su, mảnh kim loại, vụn
thuỷ tinh, vải sợi từ các bao vận chuyển... Việc loại bỏ các tạp chất này rất cần thiết để đảm bảo
yêu cầu về chất lượng của hạt khi nghiền và tách vỏ cũng như chống những tác động cơ học (va
đập, xay xát...) làm giảm tuổi thọ của các thiết bị trong các quá trình xử lý sau này.
1.2. Các biến đổi xảy ra trong quá trình
Chủ yếu là thay đổi tỉ trọng của nguyên liệu do tạp chất bị loại bỏ.
1.3. Hệ thống phân loại và làm sạch
Làm sạch bao gồm một loạt các thao tác liên tục, trong đó có các hệ thống sàng nhiều cấp để
loại các tạp chất kích thước khác nhau, dùng từ trường để loại mạt sắt, sử dụng phương pháp
rung và khí động dựa trên tỷ trọng để tách đá, bụi và vỏ.
Nguyên lý hoạt động:
Dòng hạt ca cao nguyên liệu được đưa đến vị trí nhập liệu (A) của thiết bị sàng phân loại
hai tầng dạng con lăn. ở sàng trên cùng, những tạp chất kích cỡ lớn như mảnh gỗ, cao su, cỏ...
bị giữ lại và loại bỏ theo đường (B). Những hạt qua được sàng này sẽ rơi xuống sàng dưới. Tại
đây, những tạp chất nhỏ hơn (cát, ...) cũng được thải bỏ qua các khe của sàng. Đặt biệt, các tạp
chất nhẹ (bụi, vỏ khô ...) bám lên trên bề mặt đống hạt cũng được tách nhờ hệ thống quạt thổi
liên tục đặt ở đầu ra của sàng dưới.
Sau khi đã được phân loại sơ bộ, dòng hạt ca cao tiếp tục được vận chuyển đến thiết bị
phân loại từ tính để loại bỏ những mảnh sắt vụn lẫn bên trong đống hạt.
Giai đoạn cuối cùng của q trình làm sạch chính là q trình phân loại dựa trên sự sai khác
về tỉ trọng của các phần tử trong đóng hạt cịn gọi là phương pháp phân loại bằng trọng lực.

Mục đích của quá trình này nhằm loại bỏ những tạp chất vẫn cịn sót lại trong đống hạt (do có
kích thước xấp xỉ với hạt cacao hay do quá trình phân ly ở trên chưa triệt để...). Khi đó, dịng

Trang 6


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

hạt ca cao được đưa đến một bề mặt có đục lỗ và được đặt nằm nghiêng so với mặt đất. Khơng
khí sẽ được thổi qua những lỗ này từ dưới lên trên vng góc với bề mặt sàn kết hợp với
chuyển động rung lắc có tác dụng làm cho khối hạt tung lên trên. Dịng cacao có trọng lượng
nhỏ chịu tác dụng của khí thổi sẽ chuyển động về phía cuối của sàn (vị trí thấp), trong khi đó
những tạp chất có trọng lượng lớn hơn khơng chịu tác dụng của khí thổi sẽ chuyển động theo
chiều ngược lại ra ngồi.
Sơ đồ hệ thống thiết bị như sau:

A Dịng cacao nhập liệu
B Dịng tạp chất thơ
C Dịng tạp chất có kích thước nhó
D Dịng khí hút tạp chất có khối lượng riêng nhỏ bụi bấn, vó

EDịng thu hồi mạt sắt
F Dịng tạp chât có khối lượng riêng lớn đá vụn, thúy tinh
G Dịng cacao đã được làm sạch

Hình 2.2 - Sơ đồ hệ thống làm sạch cacao

2.


QUÁ TRÌNH RANG
2.1. Mục đích
Rang là một q trình cung cấp nhiệt liên tục trong một khoảng thời gian vừa đủ để không

Trang 7


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

làm cháy lớp vỏ hạt mà chỉ làm nóng đều đặn hạt nhằm mục đích là:
 Mục đích chuẩn bị: tăng độ phồng nở của hạt, thay đổi cấu trúc vỏ từ đó làm yếu đi liên

kết giữa vỏ và nhân cacao giúp cho hạt cacao dễ bị tách vỏ hơn. Đồng thời q trình này
góp phần làm giảm bớt ẩm của nguyên liệu xuống 2,5-5% tăng hiệu suất cho q trình
nghiền thơ.
 Mục đích chế biến: biến đổi những hợp chất màu và mùi có sẵn trong cacao làm cho các

sản phẩm chế biến từ cacao có màu sắc, mùi thơm và hương vị đặc trưng.
 Mục đích bảo quản: góp phần vơ hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật có hại.

Mức độ rang phụ thuộc vào loại hạt và mục đích sử dụng của sản phẩm.
2.2. Các biến đổi xảy ra trong quá trình
2.2.1.

Biến đổi vật lý

 Nhiệt độ của khối cacao tăng lên kèm theo quá trình thốt ẩm làm giảm tỉ trọng hạt.

 Độ xốp của vỏ ca cao thay đổi giúp cho hạt cacao sau rang dễ nghiền và tách vỏ.

2.2.2.

Biến đổi hoá học

 Phản ứng tạo màu do các hợp chất polyphenol và anthocyanin bị oxy hoá chuyển thành

hợp chất flobaphen (màu nâu đỏ).
 Sự giảm hàm lượng chất chát (sản phẩm ngưng tụ catechin hình thành sau quá trình lên

men): sau khi rang cịn lại 2-3%.
 Phản ứng Maillard (phản ứng hố nâu không enzyme): các amino acid và đường khử tác

dụng với nhau tạo ra sản phẩm melanoidin có màu nâu và hương vị đặc trưng.
 Một số protein bị biến tính bởi nhiệt độ.

2.2.3.

Biến đổi hố lý

 Âm khuếch tán từ trong lòng hạt ra bề mặt vỏ và bay hơi làm hàm ẩm của hạt giảm

xuống còn 2,5-5%.
 Các acid dễ bay hơi và tạo mùi không mong muốn như acid acetic sẽ giảm đáng kể trong

suốt quá trình rang.
 Một lượng nhỏ bơ cacao bị chuyển thành thể lỏng khuếch tán ra ngoài vỏ.

Trang 8



Công nghệ sản xuất bột cacao
2.2.4.

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

Biến đổi hố sinh và sinh học

Đình chỉ hoạt động của các vi sinh vật và enzyme có trong hạt.
2.2.5.

Biến đổi cảm quan

❖ Màu sắc: quá trình rang tạo màu nâu đặc trưng cho cacao (thông qua phản ứng maillard
và oxi hoá polyphenol).
❖ Mùi vị: một số cấu tử hương sẽ được hình thành ở nhiệt độ này, ví dụ như các aldehyd,
ester... Nhiều hợp chất dễ bay hơi như acid acetic, aldehyd, keton, rượu, ester phân tử lượng
thấp có mùi vị không mong muốn sẽ bị loại bỏ.
2.3. Các yếu tô ảnh hưởng
 Phương pháp rang: gián đoạn và liên tục.
■ Gián đoạn-, năng suất thấp, chất lượng sản phẩm khơng đồng đều giữa các mẻ.

Thích hợp với sản xuất quy mô nhỏ.
■ Liên tục: năng suất cao, chất lượng sản phẩm đồng đều. Tốn chi phí đầu tư thiết

bị, vì vậy chỉ thích hợp với sản xuất quy mô lớn.
 Thiết bị rang dạng trống quay và dạng trụ đứng: ở dạng trống quay, chất lượng cacao

sau rang sẽ ổn định hơn do khối hạt cacao được gia nhiệt đồng đều hơn.

 Độ đồng đều của khôi hạt: hạt đồng đều (về kích thước, khối lượng, độ ẩm...) thì truyền

nhiệt tốt hơn.
 Nhiệt độ và thời gian là nhân tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của hạt. Vì

vậy việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian tối Ưu cho q trình rang cịn tùy thuộc vào mục
đích sử dụng ca cao thành phẩm về một số chỉ tiêu cảm quan (màu, mùi...) thích hợp.
 Độ ẩm: ẩm trong hạt càng lớn thì thời gian rang càng kéo dài.
Bảng 2.1 - Nhiệt độ và thời gian tối ưu để hình thành một số chỉ tiêu cảm quan

Yêu cầu

Thời gian tối ưu, phút

Nhiệt độ tối ưu, °C

-

134

2. Vị chát giảm tối đa

40

150

3. Vị đắng giảm tối đa

-


120 - 150

4. Vị chua giảm tối đa

50

150

1. Màu nâu tối ưu của bột

Trang 9


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

5. Vị cháy khét (burnt flavor) giảm tối đa

10

120

2.4. Thiết bị rang hạt gián đoạn

Cấu tạo thiết bị rang phải đảm bảo sao cho hạt không bị lẫn với các phần bị cháy xém của
nguyên liệu cũng như nhiên liệu đốt. Bên cạnh đó, thiết bị cũng phải được thiết kế sao cho dễ
thu hồi các acid dễ bay hơi, ẩm và các sãn phẩm phân huỷ khác.
Thông thường, hạt cacao được rang trong thiết bị rang hạt (khác với thiết bi rang nhân). Thiết
bị này có thể được gia nhiệt trực tiếp bằng cách thổi dịng khí nóng đi qua khối hạt hoặc gián

tiếp thông qua gia nhiệt từ bên ngoài lên vỏ thiết bị. Thường được sử dụng nhất là các thiết bị
rang dạng trống hình trụ trịn nằm ngang có thể rang cacao ở cả hai dạng nhân và hạt, trống này
có thể xoay quanh trục cố định để gia nhiệt đồng đều hơn. Quá trình rang thường được kết hợp
với quá trình tiệt trùng nhờ vào việc kiểm soát độ ẩm trong trống rang cho phép đạt được mức
độ tiêu diệt vi sinh vật tốt nhất. Sau khi q trình rang hồn tất, dịng hạt được đưa vào khoang
dẫn có bố trí quạt làm nguội - trong trường hợp rang nhân - trước khi được đưa vào máy
nghiền.

a: Phếu nhập liệu Trống rang; b: ống dẫn dung dịch (kiềm, phụ gia...: vào trống rang – sử dụng cho quá trình rang nhân; c. Bộ phận
gia nhiệt cho khí hay dầu; e: Khoang làm nguội

Hình 2.3 - Thiết bị rang cacao gián đoạn
2.5. THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

Thời gian rang thay đổi từ 15 đến 70 phút, nhiệt độ biến thiên trong khoảng 110-160°C tuỳ
thuộc vào cấu tạo thiết bị và khối lượng của từng mẻ.
Theo nghiên cứu của một số tác giả [9] , điều kiện tối ưu trong quá trình rang bao gồm:
 Nhiệt độ: 135 °C.
 Tốc độ dịng khí 1 m/s.

Trang 10


Công nghệ sản xuất bột cacao
3.

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

Q TRÌNH TÁCH VỎ CACAO (WINNOWING)
3.1. Mục đích cơng nghệ

Mục đích chuẩn bị: sau q trình rang, liên kết giữa phần vỏ ngoài và nhân hạt cacao đã được

làm yếu đi do sự thốt ẩm. Vì vậy, q trình này nhằm mục đích chính là loại bỏ lớp vỏ cũng
như loại hết các tạp chất không mong muốn trong quy trình sản xuất bột cacao (đặc biệt là lớp
nhớt cịn sót do có lẫn cát ảnh hưởng đến q trình nghiền sau này).
Vỏ tách ra khỏi nhân càng triệt để càng tốt, vì thế cần phải có những q trình xử lý trước khi
tách vỏ như xử lý hồng ngoại hoặc rang. Quá trình tách vỏ phải tiến hành ngay sau q trình
rang (khi hạt vẫn cịn nóng) thì hiệu quả tách vỏ sẽ cao hơn.
3.2. Các biến đổi xảy ra trong quá trình
Quá trình này gồm 2 quá trình nhỏ:
 Xát:
■

Lớp vỏ cacao sẽ bị vỡ và tách ra khỏi hạt.

■ Do ma sát giữa các lớp vỏ với nhau nên nhiệt độ của vỏ và hạt tăng lên nhưng

khơng đáng kể do q trình diễn ra rất nhanh.
 Sàng: q trình tách tồn bộ vỏ ra khỏi nhân cacao nên sẽ làm giảm khối lượng nhưng

lại tăng tỉ trọng của nhân.
3.3. Thiết bị nghiền tách vỏ
 Nguyên lý hoạt động: dựa vào tỷ trọng khác nhau giữa vỏ và nhân.
 Cách thực hiện: kết hợp hai quá trình sàng và thổi khí. Q trình rang đã làm yếu liên

kết giữa lớp vỏ và nhân, do đó mà trong quá trình nghiền tách vỏ này, hạt sẽ được chà
xát nhằm tách rời từng mảnh vỏ lớn để tránh tạo bụi.
 Thiết bị (xem phần phụ lục)

Hạt cacao sau khi rang đã được tách vỏ một phần, do đó để đạt được hiệu quả tách vỏ tốt,

trước khi đưa vào máy xát phải sàng để loại bỏ phần vỏ này đi. Sau khi sàng, hạt sẽ được đưa
vào máy xát cấu tạo gồm hai con lăn có tiết diện hình lục giác quay cùng chiều để tung các hạt
cacao va đập vào các tấm kim loại bên trong máy. vỏ hạt sẽ được xé ra và cùng với nhân rơi
xuống hệ thống sàng có kết hợp phân ly nhờ khí động dùng quạt. Hệ thống gồm nhiều sàng nối
tiếp có chuyển động rung lắc. Kích thước lỗ sàng nhỏ dần từ trên xuống dưới, vỏ và các mảnh
vụn cũng như bụi sẽ được tách ra nhờ quạt hút. Nhân sẽ rơi xuống dưới và đi ra ngoài.
Các máy phân loại hiện nay chỉ có khả năng tách được khoảng 83% nhân, trong đó chứa
khoảng 1,5-2% vỏ và một ít mầm.
Trang 11


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

(1) Bộ phận nghiền cấp 1; (2) sàng; (3) Bộ phận nghiền câp 2; (5) Máng hứng nhân; (b)B phận phân phối lên sàng; (7) Động cơ
sàng; (8) bộ phận hút vó và bụi; (9) Bộ phận lắng bụi; (10) Máng thu hồi vỏ; (11) Cyclone thu hồi vỏ; (12) Buồng tách tạp chất
nhẹ (vó + bụi)

Hình 2.4 - Sơ đồ nguyên lý nghiền tách vỏ

4. QUÁ TRÌNH NGHIỀN NHÂN CACAO
4.1. Mục đích cơng nghệ:
Mục đích chuẩn bị cho q trình kiềm hố: q trình nghiền làm giảm kích thước các mảnh
nhân cacao, tạo nên một khối cacao ở dạng đặc, sệt gọi là cacao khối (cocoa mass) hay dịch
cacao (cocoa liquor).
Mục đích chế biến: chuyển nhân cacao thành dạng bột của sản phẩm
4.2. Các biến đổi xảy ra
Do ma sát trong khỉ nghiền các tế bào trong hạt bị xé vỡ, đồng thời nhiệt độ khối nhân cacao
tăng lên trên 34°c, bơ cacao dạng rắn bên trong các tế bào (hàm lượng tới 55%) được giải

phóng ra bên ngồi và chuyển sang dạng lỏng. Các thành phần rắn còn lại tiếp tục giảm kích
thước cho đến khi tồn bộ khối nguyên liệu hình thành nên cấu trúc huyền phù dạng paste trong
đó pha lỏng là bơ cacao, pha rắn là tinh bột và protein.
4.3. Các yếu tố ảnh hưởng
Quá trình nghiền chịu ảnh hưởng của các yếu tố:
Trang 12


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

■ Phương pháp rang: q trình rang khơng triệt để sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất tách vỏ, hệ

quả là một phần vỏ vẫn còn bám vào nhân làm giảm chất lượng sản phẩm sau nghiền.
■

Bản chất hạt: kích thước, hình dạng (sau rang và trước rang).

■

Độ ẩm: cao thì q trình nghiền khơng tốt do hiện tượng dính khi nghiền.

■ Hiệu quả của quá trình tách vỏ: hiệu suất tách vỏ cao thì hiệu suất nghiền cao và chất

lượng sản phẩm nghiền tốt.
4.4. Thiết bị nghiền - máy nghiền thớt cối Triple Liquor Mill CMA
❖ Cấu tạo:
Máy có cấu tạo gồm 3 cặp thớt cối xếp chồng lên nhau. Mỗi cặp thớt cối bao gồm cối phía
trên quay và thớt phía dưới đứng yên. Khoảng cách giữa thớt và cối sẽ quyết định độ mịn của

sản phẩm. Vùng làm việc của các cặp thớt cơi là khu vực hình vành khăn có phủ một lớp đá gần
ở mép thớt cối.

Hình 2.5 - Máy nghiền thớt cối Triple Liquor Mill
❖ Nguyên tắc hoạt động

Nhân cacao sẽ được cấp ở tâm của cối trên, quá trình nghiền sẽ xảy ra tại vùng làm việc nằm
giữa hai thớt. Dưới tác dụng của lực ly tâm bột nghiền sẽ được bắn ra bên ngoài máng tháo liệu
ở mép thớt trên và cấp trực tiếp vào tâm cối phía dưới. Sau khi được nghiền đến kích thước cần
thiết (khoảng 150 - 200µm), khối cacao sẽ được đưa vào bồn chứa chuẩn bị cho quá trình kiềm
hố.
❖ Thơng số kỹ thuật
■ Độ ẩm vào: 2 - 2,5%.

Trang 13


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

■ Nhiệt độ nghiền: 34-35°C (trên nhiệt độ nóng chảy của bơ cacao).
■ Kích thước hạt sau nghiền: 50 - 500 µm.

5. Q TRÌNH KIỀM HỐ
5.1. Mục đích cơng nghệ
Cũng như q trình rang, q trình kiềm hố là một trong những khâu khơng thể thiếu được
trong quy trình sản xuất cacao bao gồm các mục đích chính như sau:
 Mục đích chuẩn bị: tạo độ ẩm tối Ưu cho q trình ép bơ.
 Mục đích chế biến: q trình kiềm hoá xảy ra các biến đổi quan trọng làm tầng cường


chất lượng bột cacao thành phẩm về màu (làm tăng màu nâu cho bột cacao), mùi, vị
(tăng hương vị thơm ngon của bột cacao).
 Mục đích hồn thiện: cải thiện chỉ tiêu cảm quan về màu, mùi, vị và khả năng hoà tan

cho bột cacao.
5.2. Các biến đổi xảy ra
 Biến đổi hố lý
■ Nước hấp phụ từ ngồi vào trong khối cacao làm khối cacao mềm hơn, góp phần

giúp phản ứng trung hoà dễ dàng hơn.
■

Ở nhiệt độ kiềm hoá cao, một phần nước trong dịch cacao sẽ bốc hơi

 Biến đổi hóa học
■ Các acid tự do khơng bay hơi cịn lại như acid citric, acid tartaric, các acid béo sẽ

được trung hòa làm giảm độ chua của cacao.
■ Phản ứng Maỉllard tiếp tục xảy ra làm tăng giá trị cảm quan của bột cacao về hương

vị và màu sắc.
■ Các hợp chất polyphenol bị chuyển hoá thành hợp chất quinon ngưng tụ làm cho bột

cacao sẫm màu hơn.
ROH + OH-  RO- + H2O
Hợp chất mang gốc –O- mang màu chủ đạo trong dung dịch polyphenol, do đó khi
thêm dung dịch kiềm, cân bằng phản ứng dịch chuyển sang phải làm tăng cường
màu nâu cho sản phẩm.


Trang 14


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

■

Khử tanin làm giảm vị chát của bột cacao.

■

Một số protein bị phân huỷ thành các peptide và amino acid do nhiệt độ cao.

 Biến đổi cảm quan
■

Tạo màu nâu sậm đặc trưng.

■

Tăng cường hương thơm cho cacao.

■

Giảm vị chát, vị chua.

5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kiềm hố
 Nhiệt độ: cao thì thời gian rút ngắn. Nếu nhiệt độ quá cao có thể thúc đẩy các phản ứng


diễn ra nhanh hơn với mức độ cao hơn làm ảnh hưởng sâu sắc đến màu sắc, hương vị và
một số chỉ tiêu hoá học như pH, hàm lượng tro của cacao có thể làm giảm chất lượng
của bột cacao thành phẩm.
 Thời gian kiềm hố: ngắn thì kiềm hố khơng triệt để, kéo dài thì dưới tác dụng của

nhiệt độ cao và mơi trường kiềm có thể gây nên các biến đổi hoá học như phản ứng
thuỷ phân, oxi hoá protein và chất béo trong dịch cacao; các phản ứng chuyển màu làm
cho bột cacao sẫm màu hơn; đồng thời tạo nên những hợp chất không mong muốn ảnh
hưởng không tốt đến chất lượng bột cacao thành phẩm.
 Nhiệt độ và thời gian kiềm hố có mối quan hệ như sau: ứng với mỗi nhiệt độ cần có

thời gian kiềm hố thích hợp. Thường nhiệt độ kiềm hố từ 80 - 115°C, thời gian kiềm
hoá từ 25 - 60phút.
 Hoá chất (K2CO3, Na2CO3, amoniac, muối amonium, Ca(OH) 2): loại hoá chất và nồng

độ: thường được sử dụng nhất là K 2CO3. Màu sắc của bột cacao phụ thuộc vào lượng
kiềm sử dụng. Kiềm (chiếm khoảng 2,5-6% khối lượng cacao nghiền) có tác dụng làm
làm tăng pH từ 4,5-5 đến 6,1 -8,5.
Bảng 2.2 - Sự ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến chất lượng cacao thành phẩm
K2CO3

Nước

(g/100g cacao)

(g/100g cacao)

0,14


Màu sắc cacao

Nồng độ K2CO3

pH cacao

2,8

5,0

6,1

Nâu vàng

1,7

5,0

25,0

7,0

Nâu vàng

4,0

4,4

47,0


8,5

Nâu sậm

thành phẩm

 Hàm lượng O2: càng nhiều khơng khí thì bột cacao càng đỏ (do phản ứng chuyển hoá

Trang 15


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

polyphenol).
 Áp suất: càng cao thì bột cacao càng nâu (do nhiệt độ tăng).

5.4. Thiết bị kiềm hoá
Thiết bị kiềm hố sử dụng là thiết bị hình trụ kiểu vỏ áo. Tác nhân truyền nhiệt sẽ đi phía
vỏ, thường là hơi nước, nước nóng hoặc điện trở tuỳ thuộc bộ phận điều khiển nhiệt độ. vỏ thiết
bị làm bằng thép khơng gỉ, bên trong có cánh khuấy để đảo trộn hỗn hợp giúp cho dung dịch
kiềm và dịch cacao dễ dàng tiếp xúc và khuếch tán đồng nhất với nhau, tăng cường hiệu quả
kiềm hố. Sau khi kiềm hố, khí khô được sục vào để giảm độ ẩm đến 2%.
Bằng cách điều chỉnh hai thông số cơ bẳn là nhiệt độ kiềm hoá và lượng kiềm sử dụng, nhà
sản xuất có thể kiểm sốt được độ màu, mùi của bột cacao theo mục đích sản xuất, ớ nhiệt độ
thấp, màu cacao sẽ nhạt và hơi nâu. Khi gia tăng nhiệt độ lên cao, cacao sẽ chuyển màu nâu
đậm và trở nên nặng mùi. Ngoài ra, lượng kiềm sử dụng cũng ảnh hưởng nhiều đến màu sắc
cacao. Càng kiềm tính, pH càng cao thì cacao càng sậm màu.
5.5. Thơng số kỹ thuật

 Nhiệt độ kiềm hoá: 80-11 5°c
 Thời gian kiềm hoá: 25-60 phút.
 Hoá chất: K2CO3 hàm lượng 2,5-6% khối lượng cacao nghiền.
 pH: tăng từ 4,5-5 đến 7,1-7,7.

Hình 2.6 - Thiết bị kiềm hố

6. Q TRÌNH ÉP BƠ
Trang 16


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

6.1. Mục đích cơng nghệ
 Mục đích hồn thiện: bột cacao thành phẩm cần phải có hương vị phù hợp và không

bị chảy lỏng ở nhiệt độ thường, trong khi đó chất béo trong cacao nghiền có nhiệt độ
nóng chảy thấp (chừng 34-35°C). Do vậy cacao nghiền sau quá trình kiềm hóa cần
phải được tách bớt béo nhờ giai đoạn ép bơ. Sản phẩm của quá trình ép bao gồm bánh
và bơ cacao. Ngồi ra, q trình này cịn tạo ra các loại sản phẩm với hàm lượng béo
khác nhau phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau.
 Mục đích khai thác: nhằm thu hồi lượng bơ cần thiết có trong cacao, phục vụ cho

cơng nghệ sản xuất chocolate.
 Mục đích bảo quản: ở góc độ cảm quan, bột cacao sau khi ép bơ có thể bảo quản được

lâu hơn do giảm được hiện tượng oxi hoá chất béo gây mùi khó chịu cho sản phẩm.
6.2.


Các biến đổi

Quá trình ép bơ sẽ được tiến hành qua máy ép thủy lực. Qua quá trình này, dưới tác dụng của
lực ép rất lớn ở áp suất và nhiệt độ cao, bơ cacao ở dạng lỏng sẽ bị tách ra khỏi hỗn hợp, làm
cho hàm lượng chất béo trong cacao nghiền giảm từ 50-55% (nguyên liệu hạt) xuống còn 1020%.
6.3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ép bơ
 Bản chất nguyên liệu: hàm lượng bơ cacao có trong nguyên liệu.
 Nhiệt độ: nhiệt độ cao thì bơ cacao ở dạng lỏng có độ nhớt thấp thuận lợi cho q trình

ép.
 Áp lực ép càng cao thì hiệu suất ép càng tăng nhưng khó tháo cacao ra khỏi khn.
 Thời gian ép: thời gian ngắn thì hiệu suất ép giảm so với thời gian dài với cùng một áp

lực ép cố định do thời gian ép ngắn thì áp lực ép phải tăng đột ngột lên một giá trị lớn
khiến các mao quản trong khối cacao bị tắc làm giãm hiệu suất ép.
 Phương pháp thực hiện: phương pháp ép đùn giúp tách triệt để bơ hơn phương pháp ép

thuỷ lực nhưng giá thành cao hơn. Hàm lượng bơ cacao còn lại sau khi ép đùn là 8-9%.
6.4.

Thiết bị ép bơ cacao

Thiết bị ép thủy lực được sử dụng ở quá trình ép này là loại thiết bị gồm 22 khung ép đặt
đứng liên tiếp nhau. Mỗi khung có một màng lọc bằng thép nằm ở đáy khung có thể tháo lắp

Trang 17



Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

được và có khả năng chứa tới 1 8,1 5kg (40lbs).
Thiết bị được vận hành tự động. Ban đầu, cacao nghiền ở nhiệt độ 90-1 oo°c sẽ được bơm
vào với áp lực 21 kg/cm2, ở giai đoạn này thì một lượng bơ cacao tự do sẽ bị tách ra và thốt
qua màng lọc. Khi khung ép đã đầy thì bơm sẽ ngừng hoạt động. Khi đó piston thủy lực sẽ làm
việc và tạo ra áp lực ép đến 420kg/cm 2. Lúc này, bơ cacao sẽ thoát khỏi màng lọc và đi vào bồn
chứa. Khi đã tách được lượng bơ cacao theo đúng yêu cầu, piston thủy lực sẽ quay về vị trí ban
đầu, kết thúc việc ép. Khung ép sẽ tự động được mở ra, bánh cacao sẽ rơi xuống băng tải (đặt
sẵn bên dưới máy ép) và được chuyển tới si lo để làm nguội bằng khơng khí lạnh (hoặc đưa lên
pallet để chuyển tới làm nguội trong phòng lạnh) rồi sau đó sẽ qua thiết bị nghiền để nghiền
bánh cacao thành bột cacao thành phẩm.

(1) Bồn chứa dịch cacao; (2) Bơm nhập liệu; (3) Đường ống vận chuyển dịch cacao; (4) cân định lượng; (5) Bộ phận ép thủy lực;(6) Bể hứng bơ
cacao; (7) Bơm bơ cacao; (8) Ống dẫn bơ; (9) Bồn chứa bơ cacao; (10) Băng tải vận chuyển bánh cacao; (11) Bộ điều khiển bơm thủy lực; (12) Ông
dẫn nước;(13) Bộ phận điều khiến điện tử.

Hình 2.7 - Sơ đồ máy ép thủy lực dùng đề tách bơ cacao

Hàm lượng béo của cacao được chỉnh dựa vào ba yếu tố là : thời gian ép, khôi lượng bột ép
và khoảng cách di chuyển của piston. Nhìn chung đối với thiết bị ép trên, lượng bơ cacao vẫn
khơng thể được tách ra hồn tồn khỏi bột cacao, thấp nhất là 1 % béo vẫn còn trong bột cacao.
6.5. Yêu cầu và thông số kĩ thuật
Với yêu cầu hàm lượng béo giảm còn 10-20% và sử dụng máy ép thủy lực:
 Nhiệt độ cacao khối trong quá trình này ở khoảng 90-100°C.
 Áp lực ép từ 380-420 kg/cm2.
 Ap lực bơm nhập liệu: 21 kg/cm2.

 Thời gian ép: 15-30 phút.
 Số khung ép: 22 khung.

Trang 18


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

 Khối lượng cacao tối đa trong mỗi khung: 18,15 kg.
 Thời gian ép phụ thuộc vào hàm lượng béo cần giảm ở bột cacao là ít hay nhiều. Với áp

lực ép 420kg/cm2 và phương pháp ép thủy lực, hàm lượng béo có thể giảm đến mức cịn
8%.
7. Q TRÌNH NGHIỀN BÁNH CACAO
7.1.

Mục đích cơng nghệ

Mục đích hồn thiện: sau quá trình ép thuỷ lực để loại bớt bơ cacao, các hạt cacao và chất
béo còn lại liên kết với nhau rất chặt tạo thành khối gọi là bánh cacao (cocoa cake). Vì vậy, q
trình này có mục đích đánh tơi khối bánh cacao thành những hạt nhỏ mà kích thước lớn nhất
bằng cỡ hạt đậu (< 5mm). Cacao sau khi được đánh tơi sẽ tiếp tục được làm giảm kích thước
nhờ máy nghiền búa.
Độ mịn của bột cacao đã được quyết định bởi q trình nghiền mịn trước đó, cịn q trình
nghiền này khơng ảnh hưởng đến kích thước của hạt cacao mà chỉ có tác dụng xé nhỏ bánh
cacao thành dạng bột.
7.2.


Các biến đổi xảy ra trong quá trình

 Vật lý: bánh cacao sẽ bị nghiền thành dạng hạt có kích thước nhỏ hơn.
 Hố lý, hố học: một số các glyceride có trong bơ cacao bị chảy lỏng và bị oxy hố tạo

ra những màu sắc khơng mong muốn cho bột cacao.
 Cảm quan: có thể làm thay đổi màu bột cacao thành phẩm.

7.3.

Các yếu tố ảnh hưởng

 Nhiệt độ: Trong khi nghiền, có những yếu tố sau đây chịu sự chi phối của nhiệt độ
■ Bơ cacao cịn lại trong bột có nhiệt độ nóng chảy 34°c, vì vậy nếu trong quá trình

nghiền, nhiệt độ tăng cao trên nhiệt độ này thì bơ cacao sẽ chảy lỏng, gây hiện
tượng kết dính làm cho q trình nghiền gặp khó khăn. Hơn nữa, ở nhiệt độ dưới
34°c, một số glyceride trong bơ cacao cũng có thể bị chảy lỏng và mặc dù bột
vẫn có thể đi qua máy nghiền nhưng chất béo trong bột ở dạng không ổn định sẽ
tạo ra những màu sắc không mong muốn và làm cho bột bị vón cục. Đốì với bột
cacao có hàm lượng béo dưới 20% thì nhiệt độ làm nguội khơng cần chính xác.
■ Màu sắc bột cacao: tuỳ vào mục đích sử dụng của bột cacao thành phẩm mà màu

Trang 19


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn


sắc của bột quan trọng hay không. Và màu sắc của bột cacao cũng bị chi phối
một phần bởi nhiệt độ của quá trình này.


Thường thì nhiệt độ của bánh cacao nhập liệu trong khoảng 43-45°C, và bột cacao sau
khi ra khỏi máy nhiền trong khoảng 21-24°C.



Độ ẩm của không khí làm nguội: độ ẩm tương đối của khơng khí làm nguội chỉ nằm
trong khoảng 50-60%. Độ ẩm khơng khí quá cao sẽ làm cho hạt cacao thành phẩm có
chứa hàm lượng nước lớn tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển. Ngược lại, độ ẩm quá
thấp sẽ làm cho các hạt cacao bị tích điện gây khó khăn cho việc đóng gói sau này. Bên
cạnh đó, khơng khí làm nguội phải sạch và khơng có mùi lạ.

7.4.

Thiết bị

Hệ thống thiết bị nghiền bánh cacao và tạo bột gồm 3 phần chính: hệ thống nghiền, tháp làm
nguội và cyclone lắng bột.
Bánh cacao (bể hoặc còn nguyên) được đưa vào phểu nhập liệu (1) được vít tải vận chuyển
đến máy nghiền (3). Khố (2) có tác dụng đóng mở tự động để điều chỉnh lưu lượng nhập liệu,
tránh gây quá tải cho máy.
Sau khi đã được nghiền mịn thành dạng bột sẽ được cuốn theo dịng khí lạnh tuần hồn đến 2
tháp làm nguội (4). Tại đây, hỗn hợp bụi cacao sẽ trao đổi nhiệt gián tiếp với dung dịch nước
muối thông qua lớp vỏ áo của tháp làm nguội.
Cuối cùng, hỗn hợp bụi cacao sẽ được hút vào 2 cyclon (5) để thu hồi sản phẩm cacao ở dạng
bột mịn.


Hình 2.8 - Sơ đồ hệ thống thiết bị sản xuất bột cacao thành phẩm

Trang 20


Công nghệ sản xuất bột cacao
7.5.

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

Thông số kỹ thuật

 Nhiệt độ cacao nhập liệu: 43-45°C.
 Nhiệt độ cacao tháo liệu: 21 -24°c.
 Độ ẩm không khí làm nguội: 50-60%.
 Nhiệt độ dung dịch nước muối làm nguội: -10°C.
 Năng suất:
■ Cacao có hàm

lượngbơ 1 0-12%: tối đa 700kg/giờ.

■ Cacao có hàm

lượngbơ 1 6-1 8%:tối đa 550kg/giờ.

■ Cacao có hàm

lượngbơ 22-24%: tối đa 450kg/giờ.

 Cơng suất tải: 42kw.

 Khơi lượng tổng cộng: 5875kg.
 Diện tích mặt bằng cần thiết: 4000x7500mm.

8. Q TRÌNH HỒN THIỆN SẢN PHẨM
8.1. Q TRÌNH RÂY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
8.1.1. Mục đích

Hồn thiện: sản phẩm sau quá trình nghiền bánh cacao là hỗn hợp các phần tử bột có hình
dạng và kích thước khác nhau. Quá trình rây nhằm phân chia sản phẩm bột nghiền ra từng loại
theo độ lớn.
8.1.2. Thiết bị

Nguyên lý hoạt động
Nguyên tắc của thiết bị này là phân loại bột dựa vào sự khác nhau về kích thước dưới tác
dụng lực cơ học. Bột cacao sau nghiền được đưa qua thiết bị rây bao gồm nhiều rây được xếp
song song và chồng lên nhau. Mặt rây có kích thước lỗ lớn đặt lên trên, kích thước lỗ nhỏ sẽ
được đặt phía dưới. Khi bột chuyển động từ trên xuống dưới ta sẽ thu được sự phân loại như
mong muốn.
Thông số cơng nghệ
Kích thước hạt tiêu chuẩn: 75pm ứng với lỗ rây có đường kính 200mesh.

Trang 21


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

Thiết bị: Rây 3 cấp mã hiệu LK-600-3S.


Hình 2.9 - Thiết bị rây phân loại bột cacao

8.2. QUÁ TRÌNH BAO GĨI SẢN PHÂM
8.2.1.

Mục đích thực hiện

Hồn thiện: q trình bao gói nhằm phân chia sản phẩm về khối lượng, chất lượng và tăng
tính cảm quan cho sản phẩm.
Bảo quản: hạn chế sự tiếp xúc của ánh sáng, khơng khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh
đến bột cacao. Muốn vậy bao bì dùng để bao gói thường là bao bì bằng plastic và phải có một
lớp nhơm để chắn ánh sáng và tránh thất thốt hương.
8.2.2.

Thiết bị bao gói

Sử dụng thiết bị chun để đóng gói các loại bột.

Hình 2.10 - Thiết bị bao gói sản phẩm dạng bột

Trang 22


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

B. QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CACAO THEO PHƯƠNG PHÁP
NARS (NIBS, ALKALISATION, ROASTING AND STERILISATION)
I. Quy trình cơng nghệ sản xuất


Trang 23


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

Trang 24


Công nghệ sản xuất bột cacao

GVHD: TS. Lê Văn Việt Mẩn

Hình 2.11 - Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất bột cacao theo phương pháp NARS

Trang 25