Tài liệu Luận văn tốt nghiệp khảo sát quá trình lên men ca cao ở quy mô nông hộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN CA CAO Ở QUY MÔ NÔNG HỘ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN HUỲNH XUÂN PHONG SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐẶNG THỊ HỒNG NHUNG MSSV: 3064470 LỚP: CNSH K32 Cần Thơ, Tháng 5/2010 PHẦN KÝ DUYỆT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Huỳnh Xuân Phong SINH VIÊN THỰC HIỆN Đặng Thị Hồng Nhung DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng năm 2010 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (ký tên) LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Giám đốc Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học đã tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện đề tài này. Kính gởi muôn vàn lời biết ơn của con đến cha và mẹ đã luôn luôn bên cạnh ủng hộ, động viên, giúp đỡ cho con trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy Cô đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học. Chân thành cảm tạ thầy Huỳnh Xuân Phong đã chỉ dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài này. Thành thật biết ơn anh Nguyễn Ngọc Thạnh, quý Thầy Cô cùng các cán bộ trong phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học Thực phẩm và các Thầy Cô trong Viện đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn cô Năm Sương đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn và động viên tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Thành thật cảm ơn Vân, Hòa lớp Công nghệ Sinh học K33 và tất cả các anh chị cao học, các bạn lớp Công nghệ Sinh học K32, các bạn lớp Công nghệ Sinh học Tiên tiến K32, đã nhiệt tình động viên, giúp đỡ, trao đổi và đóng góp ý kiến cho tôi. Sinh viên thực hiện Đặng Thị Hồng Nhung TÓM TẮT Bến Tre hiện có 2.000 ha cây ca cao và có khả năng phát triển nhanh diện tích trồng ca cao trong vài năm tới. Vì vậy hỗ trợ nông dân sơ chế hạt ca cao xuất khẩu đang là vấn đề quan tâm nhất của Bến Tre hiện nay. Trong quy trình sơ chế hạt ca cao thì giai đoạn lên men giữ vai trò quan trọng vì nó quyết định chất lượng hạt ca cao. Trên cơ sở đó, đề tài “Khảo sát quá trình lên men ca cao ở quy mô nông hộ” tiến hành khảo sát sự thay đổi của các yếu tố hóa lý và mật số vi sinh vật. Phân lập và định danh sơ bộ nấm mốc, nấm men và vi khuẩn trong quá trình lên men ca cao. Đề tài tiến hành tại nông hộ ở Bến Tre với khối lượng hạt ủ là 500kg. Kết quả cho thấy nhiệt độ trong khối ủ đạt cao nhất vào ngày thứ 4 (47,8ºC) sau đó giảm nhẹ và giữ mức trên 43ºC. Giá trị pH thấp nhất ở ngày thứ 4 (4,89) và tăng đến 5,32 khi kết thúc quá trình lên men. Acid tổng của hạt tăng dần và đạt cao nhất vào ngày thứ 4 (1,31) sau đó giảm xuống 0,81. Độ ẩm khối ủ giảm trong quá trình lên men và đạt 48,89% ở ngày thứ 7. Mật số nấm men đạt giá trị cao nhất ở ngày thứ 2 (6,4 log cfu/g) và sau đó giảm còn 0,74 log cfu/g. Vi khuẩn lactic (LAB) đạt mật số cao nhất vào ngày thứ 2 (6,3 log cfu/g) và mật số vi khuẩn acetic (AAB) đạt cao nhất vào ngày 3 (7,3 log cfu/g). Tổng số vi khuẩn hiếu khí ban đầu có sự giảm mật số sau đó tăng đến 10,45 log cfu/g vào ngày thứ 4 và giảm dần đến cuối quá trình lên men (8,8 log cfu/g). Vi khuẩn Bacillus đạt mật số cao nhất vào ngày thứ 6 (7,6 log cfu/g). Mật số nấm mốc tăng dần và đạt mật số 4,41 log cfu/g vào cuối giai đoạn lên men. Kết quả phân lập được 20 dòng nấm men thuộc 3 giống Saccharomyces, Hanseniaspora và Brettanomyces, 12 dòng vi khuẩn lên men acid lactic, 14 dòng vi khuẩn lên men acid acetic và 13 dòng nấm mốc thuộc hai giống Rhizopus và Aspergillus. i MỤC LỤC TÓM TẮT .................................................................................................................... i MỤC LỤC ...................................................................................................................ii DANH SÁCH HÌNH ................................................................................................... v DANH SÁCH BẢNG ...............................................................................................viii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .......................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu đề tài................................................................................................... 1 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ...................................................................... 2 2.1. Giới thiệu cây ca cao ......................................................................................... 2 2.1.1. Các giống ca cao ......................................................................................... 4 2.1.2. Công dụng của ca cao ................................................................................ 5 2.2. Thu hoạch ......................................................................................................... 6 2.3. Lên men (ủ) ca cao ............................................................................................ 7 2.3.1. Các phương pháp lên men ca cao ................................................................ 7 2.3.2. Quá trình lên men ca cao ............................................................................. 9 2.3.3. Những phản ứng bên trong các mô của phôi nhủ ....................................... 11 2.3.4. Vi sinh vật trong quá trình lên men ca cao ................................................ 12 2.4. Phơi nắng hoặc sấy khô ................................................................................... 16 2.4.1. Phơi nắng, phơi tự nhiên ........................................................................... 16 2.4.2. Sấy............................................................................................................ 17 2.5. Vận chuyển và tồn trữ hạt ca cao ..................................................................... 18 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ........................ 19 3.1. Phương tiện thí nghiệm ................................................................................... 19 3.1.1. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................. 19 3.1.2. Thời gian thực hiện ................................................................................... 19 3.1.3. Thiết bị và dụng cụ ................................................................................... 19 3.1.4. Nguyên liệu .............................................................................................. 19 3.1.5. Hóa chất.................................................................................................... 19 3.2. Phương pháp thí nghiệm .................................................................................. 19 3.2.1. Các phương pháp phân tích lý hóa ............................................................ 19 3.2.2. Đếm mật số vi sinh vật .............................................................................. 20 ii 3.2.3. Phân lập tạo giống thuần .......................................................................... 20 3.2.4. Định danh vi sinh vật ................................................................................ 21 3.2.5. Xử lý số liệu ............................................................................................. 21 3.3. Nội dung và bố trí thí nghiệm .......................................................................... 22 3.3.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát sự biến đổi của các yếu tố hóa lý ........................ 23 3.3.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát sự biến đổi của hệ vi sinh vật ............................... 23 3.3.3. Thí nghiệm 3: Phân lập, định danh sơ bộ nấm men, nấm mốc, vi khuẩn.... 25 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC....................................................................... 26 4.1. Sự thay đổi của pH, nhiệt độ, độ ẩm trong quá trình lên men ca cao ................ 26 4.1.1. Sự thay đổi của nhiệt độ trong quá trình lên men ...................................... 26 4.1.2. Sự thay đổi của pH, acid tổng số trong hạt ca cao lên men ........................ 27 4.1.3. Sự thay đổi của độ ẩm trong quá trình lên men ......................................... 28 4.2. Sự thay đổi mật số vi sinh vật trong quá trình lên men ca cao .......................... 29 4.3. Phân lập, định danh sơ bộ nấm men, nấm mốc, vi khuẩn ................................. 31 4.3.1. Kết quả phân lập nấm men ........................................................................ 31 4.3.2. Kết quả phân lập nấm mốc ........................................................................ 33 4.3.3. Kết quả phân lập vi khuẩn lactic ............................................................... 37 4.3.4. Kết quả phân lập vi khuẩn acetic ............................................................... 42 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 46 5.1. Kết luận ........................................................................................................... 46 5.2. Kiến nghị......................................................................................................... 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 47 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Các hình ảnh về thiết bị sử dụng trong phòng thí nghiệm Phụ lục 2: Các phương pháp thí nghiệm 2.1. Phương pháp xác định độ ẩm 2.2. Phương pháp xác định acid tổng số 2.3. Phương pháp đếm sống 2.4. Phương pháp khảo sát một số đặc tính khuẩn lạc và tế bào vi khuẩn 2.5. Phương pháp kiểm tra vi khuẩn lactic bằng thuốc thử Ufermen 2.6. Phương pháp nhuộm gram 2.7. Thử nghiệm catalase iii Phụ lục 3: Bảng kết quả thí nghiệm 3.1. Kết quả thí nghiệm 1 3.2. Kết quả thí nghệm 2 Phụ lục 4: Bảng kết quả thống kê 4.1. Kết quả thống kê thí nghiệm 1 4.2. Kết quả thống kê thí nghiệm 2 iv DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Cây và quả ca cao ........................................................................................... 2 Hình 2: Các giống ca cao chính trên thế giới................................................................ 4 Hình 3: Các phương pháp ủ hạt ca cao ......................................................................... 8 Hình 4: Sơ đồ sự chuyển biến đường của cơm nhầy trong quá trình lên men ............. 10 Hình 5: Sơ đồ quá trình biến đổi các chất trong nội nhũ hạt ca cao. ........................... 10 Hình 6: Những biến đổi sinh hóa trong suốt quá trình lên men ................................... 11 Hình 7: Quy trình tiến hành thí nghiệm ...................................................................... 22 Hình 8: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian ủ ............................. 26 Hình 9: Sự thay đổi của pH và acid tổng số trong quá trình lên men .......................... 27 Hình 10: Biểu đồ thay đổi độ ẩm của hạt theo thời gian ............................................. 28 Hình 11: Biến đổi của mật số vi sinh vật trong lên men ca cao ................................... 29 Hình 12: Khuẩn lạc CY-1 và tế bào trên kính hiển vi ở X40 và X100 ........................ 33 Hình 13: Khuẩn lạc CY-2 và tế bào trên kính hiển vi ở X40 và X100 ........................ 33 Hình 14: Khuẩn lạc CY-3 và tế bào CY-3 trên kính hiển vi ở X40 và X100............... 33 Hình 15: Khuẩn lạc CY-4 và tế bào trên kính hiển vi ở X40 và X100 ........................ 33 Hình 16: Khuẩn lạc CF-1 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ..................................... 35 Hình 17: Khuẩn lạc CF-2 và tế bào trên kính hiển vi.................................................. 36 Hình 18: Khuẩn lạc CF-3 và tế bào trên kính hiển vi.................................................. 36 Hình 19: Khuẩn lạc CF-4 và tế bào trên kính hiển vi.................................................. 37 Hình 20: Khuẩn lạc CF-5 và tế bào trên kính hiển vi.................................................. 37 Hình 21: Khuẩn lạc CLAB-1 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 40 Hình 22: Khuẩn lạc CLAB-2 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 40 Hình 23: Khuẩn lạc CLAB-3 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 40 Hình 24: Khuẩn lạc CLAB-4 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 40 Hình 25: Khuẩn lạc CLAB-5 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 41 Hình 26: Khuẩn lạc CLAB-6 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 41 Hình 27: Gram của CLAB-2, CLAB-5 trên kính hiển vi ở X100 ............................... 41 Hình 28: Hình kiểm tra Ufenmen ............................................................................... 42 Hình 29: Khuẩn lạc CAAB-1 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 44 Hình 30: Khuẩn lạc CLAB-2 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 44 Hình 31: Khuẩn lạc CLAB-3 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 44 v Hình 32: Khuẩn lạc CAAB-4 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 44 Hình 33: Khuẩn lạc CAAB-5 và tế bào trên kính hiển vi ở X100 ............................... 45 Hình 34: Gram của CAAB-2, CAAB-5 trên kính hiển vi ở X100............................... 45 Hình 35: hình ảnh các thiết bị sử dụng trong phòng thí nghiệm vi DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Sản lượng ca cao trên thế giới (ngàn tấn) ........................................................ 3 Bảng 2: Những đặc tính chính khác nhau giữa giống Criollo, Forastero và Trinitario .. 5 Bảng 3: Phân tích thành phần của hạt ca cao tươi......................................................... 9 Bảng 4: Sự thay đổi các thành phần hạt Forastero sau quá trình ủ và phơi.................. 17 Bảng 5: Đặc điểm các giống nấm men đã phân lập được............................................ 32 Bảng 6: Đặc điểm các giống nấm mốc đã phân lập được............................................ 34 Bảng 7: Kết quả khảo sát khả năng lên men lactic với thuốc thử Ufermen ................. 38 Bảng 8: Đặc điểm các giống vi khuẩn lactic đã được phân lập .................................. 39 Bảng 9: Đặc điểm các giống vi khuẩn acetic acid đã được phân lập ........................... 43 Bảng 10: Số liệu nhiệt độ khối ủ theo thời gian Bảng 11: Số liệu độ ẩm khối ủ theo thời gian Bảng 12: Số liệu pH, acid tổng số khối ủ theo thời gian Bảng 13 : Số liệu thể hiện sự thay đổi mật số vi sinh vật Bảng 14: Phân tích phương sai Nhiệt độ lớp bề mặt khối ủ trong quá trình ủ Bảng 15: Kiểm định LSD Nhiệt độ lớp bề mặt khối ủ trong quá trình ủ Bảng 16: Phân tích phương sai Nhiệt độ lớp giữa khối ủ trong quá trình ủ Bảng 17: Kiểm định LSD Nhiệt độ lớp giữa khối ủ trong quá trình ủ Bảng 18: Phân tích phương sai Nhiệt độ lớp đáy khối ủ trong quá trình ủ Bảng 19: Kiểm định LSD Nhiệt độ lớp đáy khối ủ trong quá trình ủ Bảng 20: Phân tích phương sai Nhiệt độ khối ủ trong quá trình ủ Bảng 21: Kiểm định LSD Nhiệt độ khối ủ trong quá trình ủ Bảng 22: Phân tích phương sai Nhiệt độ môi trường trong quá trình ủ Bảng 23: Kiểm định LSD nhiệt độ môi trường trong quá trình ủ Bảng 24: Phân tích phương sai pH trong quá trình ủ Bảng 25: Kiểm định LSD pH trong quá trình ủ Bảng 26: Phân tích phương sai Acid tổng số trong quá trình ủ Bảng 27: Kiểm định LSD Acid tổng số trong quá trình ủ Bảng 28: Phân tích phương sai Độ ẩm trong quá trình ủ Bảng 29: Kiểm định LSD Độ ẩm trong quá trình ủ Bảng 30: Phân tích phương sai mật số Nấm men trong quá trình ủ Bảng 31: Kiểm định LSD mật số Nấm men trong quá trình ủ vii Bảng 32: Phân tích phương sai mật số Nấm mốc trong quá trình ủ Bảng 33: Kiểm định LSD mật số Nấm mốc trong quá trình ủ Bảng 34: Phân tích phương sai mật số LAB trong quá trình ủ Bảng 35: Kiểm định LSD mật số LAB trong quá trình ủ Bảng 36: Phân tích phương sai mật số AAB trong quá trình ủ Bảng 37: Kiểm định LSD mật số AAB trong quá trình ủ Bảng 38: Phân tích phương sai mật số TS vi khuẩn hiếu khí trong quá trình ủ Bảng 39: Kiểm định LSD mật số TS vi khuẩn hiếu khí trong quá trình ủ viii Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Trường ĐHCT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Đã có nhiều dự án đầu tư nghiên cứu về ca cao ở Việt Nam như dự án CARD, Success Alliance, PSOM,… của các tổ chức Quốc tế như ACIAR, ACDI/VOCA, WCF,… và từ Chính phủ như Mỹ, Hà Lan, Australia cũng như sự đóng góp từ các công ty như Masterfoods, Cargill, ED&F Man,… cho thấy cây ca cao Việt Nam có triển vọng và được sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới. Bên cạnh đó, các cơ quan nghiên cứu trong nước như Đại học Nông Lâm TP. HCM, Viện KHKT Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên, Đại học Cần Thơ,… cũng đã đầu tư và tập trung nghiên cứu ở nhiều khía cạnh khác nhau nhằm hỗ trợ nông dân trong việc canh tác, sơ chế hạt ca cao lên men đạt chất lượng cao, tạo qui trình sản xuất khép kín, giúp người trồng ca cao tăng thêm thu nhập và tìm kiếm đầu ra ổn định cho hạt ca cao Việt Nam. Hiện tại đã có nhiều qui trình thực nghiệm được đề nghị thực hiện trên thế giới cũng như ở tại Việt Nam nhưng vẫn chưa có được một qui trình hoàn chỉnh cho quá trình lên men ở Việt Nam, đặc biệt là ở qui mô nông hộ. Ngoài ra, xét về góc độ vi sinh vật học, đã có một số tài liệu công bố về các giống vi sinh vật góp phần thực hiện quá trình lên men ở một số nước. Ở Việt Nam, đến nay vẫn chưa có một tài liệu nào công bố về hệ vi sinh vật trong quá trình lên men ca cao mà chỉ có các thông tin tham khảo dựa trên các nước khác. Vì thế chúng tôi đề xuất đề tài “Khảo sát quá trình lên men ca cao ở quy mô nông hộ” nhằm xác định được sự thay đổi hóa lý và sự hiện diện của hệ vi sinh vật (bao gồm nấm mốc, nấm men và vi khuẩn) trong quá trình lên men ca cao ở Việt Nam. Qua đó có thể tạo được cơ sở để tiến hành nghiên cứu sự tác động của từng loại vi sinh vật đến quá trình lên men và đây cũng là cơ sở cho việc sử dụng các vi sinh vật này như là một nguồn giống chủng để điều khiển quá trình lên men đạt được kết quả tốt nhất. 1.2. Mục tiêu đề tài Khảo sát sự thay đổi hóa lý và sự thay đổi mật số vi sinh vật (vi sinh vật tổng số, nấm men, nấm mốc và vi khuẩn) trong quá trình lên men ca cao ở nông hộ. Phân lập và định danh sơ bộ nấm mốc, nấm men và vi khuẩn trong quá trình lên men ca cao làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 1 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Trường ĐHCT CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu cây ca cao Hình 1: Cây và quả ca cao Cây ca cao (Theobroma cacao) có nguồn gốc từ các khu rừng nhiệt đới rậm rạp ở vùng Amazon (thuộc Nam Mỹ), chúng thường phát triển ở những nơi có bóng râm và ẩm độ cao nhưng các giống ca cao hoang dại cũng thấy xuất hiện từ Mexico đến Peru. Người thổ dân Mayas (thuộc Yacatan) và người Aztec (thuộc Mexico) đã trồng cây ca cao trong một thời gian dài trước khi chúng được đưa đến Châu Âu (Wood et al., 2001). Năm 1753, cây ca cao được phân loại và đặt tên bởi nhà thực vật học người Thuỵ Điển là Carolus Linnaeus với tên khoa học là Theobroma cacao, thuộc họ Sterculiaceae. Trong tiếng La tinh, từ “Theobroma” có nghĩa là “thực phẩm của thần linh”. Cây ca cao chỉ phát triển ở một số vùng địa lý giới hạn, ở khoảng vĩ độ 20 về cực Bắc và Nam tính từ đường xích đạo. Khoảng 70% diện tích trồng ca cao trên thế giới là ở khu vực Tây Phi. Hiện nay, Tây Phi là khu vực sản xuất ca cao chính trên thế giới với khoảng 72% tổng sản lượng, trong đó chủ yếu là các nước như Cote d’Ivoire, Ghana và Nigeria. Khu vực Châu Á Thái Bình Dương chiếm khoảng 15%, khu vực Trung và Nam Mỹ chiếm khoảng 13% (Phạm Hồng Đức Phước, 2006). Tổng sản lượng hàng năm đạt gần 3,5 triệu tấn (thống kê của ICCO, 2007). Dựa trên tình hình thị trường hiện tại và xu hướng phát triển, tổ chức ICCO dự báo thế giới sẽ thiếu khoảng 102.000 tấn ca cao vào năm 2010 - 2011. Sản lượng ca cao trên thế giới gia tăng hàng năm bình quân khoảng 3,5% trong năm thập kỷ gần đây và dự kiến trong những năm tới mức gia tăng này khoảng 1,5 - 3,5 %/năm (Anon, 1998). Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 2 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Trường ĐHCT Bảng 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 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 3.170 3.509 3.378 3.724 3.398 Bờ Biển Ngà Tổng sản lượng thế giới (Nguồn: ICCO Annual Report 2006/2007) Việt Nam có nhiều tiềm năng phát triển ca cao do cây ca cao 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. Chính phủ Việt Nam và một vài tổ chức quốc tế như World Cocoa Foundation, MARS Inc., ACDI/VOCA,... đã thoả thuận để hỗ trợ cho nông dân trong vấn đề canh tác cây ca cao. Năm 1998, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Việt Nam đã ước lượng khả năng canh tác cây ca cao đạt được diện tích khoảng 10.000 ha vào năm 2020. Tháng 5/2003, Bộ cũng đã thành lập Uỷ ban Điều phối phát triển ca cao Quốc gia. Uỷ ban này chịu trách nhiệm để thúc đẩy phát triển cây ca cao ở qui mô lớn như một loại cây công nghiệp ở Việt Nam. Đến cuối năm 2006, diện tích trồng xen cây ca cao đạt hơn 7.300 ha, chủ yếu tập trung ở các tỉnh Bến Tre, Tiền Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 3 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Trường ĐHCT Giang, Bà Rịa - Vũng Tàu, Đắc Lắc, Đắc Nông và Bình Phước (Nguyễn Văn Hoà, 2007). Hiện tại, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Việt Nam đã thay đổi kế hoạch trồng ca cao lên đến 60.000 ha vào năm 2015 và 80.000 ha vào năm 2020. Chính phủ đã cam kết đầu từ 40 tỉ đồng để phát triển thị trường ca cao. Sản lượng ca cao dự đoán sẽ đạt được khoảng 52.000 tấn vào năm 2015 và 108.000 tấn vào năm 2020. Kế hoạch này sẽ giúp Việt Nam trở thành một trong những nước sản xuất ca cao lớn nhất ở khu vực Đông Nam Á với tổng thu nhập hàng năm xấp xỉ 120 triệu USD vào khoảng năm 2020. Chất lượng hạt ca cao phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau như: giống, mùa vụ, kỹ thuật trồng, thu hoạch, sơ chế, lên men, sấy,… Trong đó, lên men là một công đoạn rất quan trọng để có thể sản xuất được hạt ca cao lên men đạt chất lượng cao. Đây là khâu cần thiết để sản xuất hạt ca cao lên men và quyết định phần lớn chất lượng hạt ca cao trong cả qui trình sơ chế bao gồm nhiều công đoạn khác nhau. 2.1.1. Các giống ca cao Hiện nay người ta chia ca cao thành 3 nhóm lớn là: Criollo, Forastero và Trinitario. Nhóm Trinitario Nhóm Criollo Nhóm Forastero Hình 2: Các giống ca cao chính trên thế giới (Nguồn:, M.Sc., Ph.D.-student [email protected]) Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 4 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Trường ĐHCT Bảng 2: Những đặc tính chính khác nhau giữa giống Criollo, Forastero và Trinitario Criollo Các đặc điểm chính - Dạng quả Quả dài Forastero Quả tròn, hình bầu dục Trinitario Quả dài - Vỏ quả + Cấu trúc Mềm Cứng + Màu sắc Đỏ (cũng có quả màu Xanh (chín thì xanh) vàng) Nhuỵ hồng nhạt Nhuỵ màu tím Thay đổi 20 - 30 >30 >30 + Tiết diện hạt Gần tròn Dẹp Dẹt - Màu tử diệp Trắng, ngà hoặc tím rất - Hoa Hầu hết cứng - Hạt + Số hạt/trái nhạt Tím, tím đậm Thay đổi, đôi khi có hạt màu trắng - Đặc điểm nông học + Khả năng sinh trưởng + Khả năng kháng sâu bệnh - Chất béo % Tổng sản lượng (1996/97) Kém Mạnh Trung bình Kém Tốt Trung bình Thấp Cao Trung bình 1,5 93,5 5,0 (Nguồn: Nguyễn Văn Uyển và Tài Sum, 1996, Hà Thanh Toàn et al., 2008) 2.1.2. Công dụng của ca cao a. 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). 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). Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 5 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Trường ĐHCT b. 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 có thể sử dụng như nguyên liệu để sản xuất nata thay thế nước dừa trong kỹ thuật sản xuất thạch dừa (Phạm Hồng Đức Phước, 2006). 2.2. Thu hoạch Cây ca cao trồng qua năm thứ 3 thì bắt đầu cho trái. Thời gian đậu trái đến khi trái chín mất khoảng 2 - 3 tháng. Việc thu hoạch ca cao thường kéo dài trong nhiều tháng và có 2 lần trong năm: lần thứ nhất từ tháng 4 đến tháng 7 và lần thứ 2 thứ tháng 9 đến tháng 12. Khi chín thì vỏ trái đổi màu. Các trái có màu lục hay xanh ôliu khi chín đổi qua màu vàng tươi. Các trái có màu ửng đỏ thì khi chín có màu sậm da cam, còn tím lợt chuyển sang màu tím đậm Lúc thu hoạch chỉ nên hái những trái có dấu hiệu chín, không nên hái trái chưa chín vì với loại này lượng đường trong cơm còn thấp, khi ủ khó lên men nên phẩm chất kém và năng suất hạt khô cũng thấp. Tuy nhiên cũng không nên để trái quá lâu trên cây vì các hạt sẽ nẩy mầm ngay trong trái làm cho phẩm chất hạt giảm sút. Trong mùa thu hoạch, khoảng cách giữa hai lần trái tốt nhất là từ 10 - 15 ngày. Chỉ nên thu hoạch những quả còn nguyên vẹn, đủ tiêu chuẩn. Ở một số nước, nơi có ca cao với số lượng lớn, người ta thường bóc quả tại chỗ, chỉ đưa hạt đóng bao về xưởng xử lý. Ở các trại ca cao nhỏ, gia đình, thường quả ca cao với số lượng không nhiều, người ta thường thu hoạch quả sau 1 - 2 ngày mới bóc hạt và ủ. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 6 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Trường ĐHCT Có thể hái trái bằng cách dùng dao bén cắt sát phần cuống. Sau đó bóc vỏ ca cao để lấy hạt. Người ta dùng dao để bổ quả theo chiều dọc, chặt hai nhát vào vỏ trên hai mặt đối diện, nhát thứ hai nén chạt vừa vặn để mổ ra và dùng tay để lấy hạt. Dùng dao lấy hạt sẽ dễ làm dập hạt làm giảm giá trị của sản phẩm. 2.3. Lên men (ủ) ca cao Lên men là khâu quan trọng nhất trong ngành trồng và chế biến ca cao. Sản phảm chocolate có mùi vị tốt khi quá trình lên men được thực hiện tốt. Hạt phải được lên men (ủ) ngay trong vòng 24 giờ. Hạt được ủ thành đống trong các thùng lên men. Để cho thời gian các hạt trong đống ủ được đồng nhất. Trước khi đem ủ hạt nên phân loại hạt theo kích thước, như thế đống ủ sẽ lên men nhiều hơn. Những hạt ca cao mới lấy ở quả tươi đã chín ra, cần được ủ nhằm: loại bỏ hết cùi nhờn bao quanh hạt, diệt chất phôi nha để hạt không còn nảy mầm được nữa, làm cho hạt bớt chất chát và sinh hương vị (thay đổi sinh hóa trong mô phôi nhủ). Tùy theo số lượng hạt ca cao nhiều hay ít cũng như tùy điều kiện cụ thể của từng địa phương, cơ sở mà chọn cách ủ phù hợp (Nguyễn Minh Thủy, 2000). 2.3.1. Các phương pháp lên men ca cao a. Ủ với số lượng hạt ít Với số lượng hạt từ vài trăm kg trở lại, có thể sử dụng cách ủ đơn giản như ủ đống, ủ thúng. - Ủ đống: Trãi và xoay lá chuối trên mặt đất hay trên giá gỗ, giàn tre rồi đổ hạt ca cao vào giữa, cuốn lá chuối đậy kỹ để giữ hơi nóng suốt thời gian ủ hạt; hai ngày một lần, có thể giở lá chuối và xáo trộn hạt thật đều. - Ủ thúng: cũng có thể ủ trong giỏ đan bằng tre nứa. Thông thường lá chuối được lót vào trong thúng hay giỏ tre chắc chắn trước khi đổ hạt ca cao vào nén thật chặt, sau đó cuốn lá chuối đậy lại. Chú ý trộn và đảo hạt thật đều và kỹ sau hai ngày một lần. Trong cách ủ thúng và ủ đống, ở lớp trên khối hạt luôn duy trì nhiệt độ khoảng 45 50oC. Nếu lượng hạt dưới 10kg thì phải tủ kỹ đống ủ sau khi nén thật chặt. Cần thiết phải duy trì nhiệt độ đống ủ nếu thời tiết lạnh. Sau khi ủ 5 - 7 ngày, nếu ủ đúng cách và đúng mức thì các hạt ca cao đều có màu nâu sậm, lớp cơm bao quanh hạt không còn nữa, nhiệt độ đống ủ giảm xuống và khi cắt hạt thì thấy ruột hạt ủ có màu tím đậm, ngược lại nếu ủ không đúng cách thì các hạt ở Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 7 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Trường ĐHCT phía bên ngoài sẽ có màu nâu, phía trong hơi trắng và giữa đống ủ thì các hạt càng trắng hơn. Có thể hạt lại có màu đen, nấm mốc phát triển và hạt xuất hiện mùi amoniac khi thời gian ủ quá mức. (a: ủ đống) (b: ủ thúng ) (c: ủ thùng) Hình 3: Các phương pháp ủ hạt ca cao b. Ủ với số lượng hạt nhiều Thường được sử dụng cho các cơ sở sản xuất và thu hoạch số lượng hạt ca cao trên vài trăm kg. Dụng cụ ủ thường là các thùng ủ lớn, đáy khoảng 1,2 - 2m và cao khoảng 0,7m. Đáy và thành thùng có chừa khe thoát. Cứ mỗi thùng có thể ủ khoảng 800kg hạt tươi. Lót lá chuối ở đáy và quanh thành thùng và đổ hạt ca cao vào. Trên bề mặt khối hạt cần đậy kín bằng lá chuối tươi và dằn chặt phía trên. Thùng cần kê cao 20 - 30cm, cho thoáng và nước trong thùng ủ thoát ra được. Phải giữ nhiệt độ trong thùng khoảng 50 oC và cứ hai ngày một lần trộn hạt cho đều. Nếu có nhiều thùng thì việc trộn đống ủ thường dễ dàng hơn: sau khi ủ hai ngày trong thùng thứ nhất, sang hạt qua thùng thứ hai (vừa sang vừa chú ý trộn đều hạt). Hai ngày sau sang qua thùng thứ ba ủ tiếp trong hai ngày nữa. Trong hai ngày này cần bắt đầu chú ý xem hạt đã ủ đúng mức chưa tức là hạt đã đạt màu nâu sẫm ở ngoài và màu tím đậm bên trong. Trong khi ủ cần lưu ý, đối với giống Forastero và Trinitario thường ủ khoảng 3 - 7 ngày, còn giống Criollo chỉ cần ủ 2 - 3 ngày là được. 2.3.2. Quá trình lên men ca cao Phân tích thành phần của hạt ca cao tươi cho các giá trị thể hiện ở bảng 3. Bảng 3: Phân tích thành phần của hạt ca cao tươi Thành phần Chuyên ngành Công nghệ Sinh học Cùi (bao quanh hạt) 8 Vỏ Phôi nhủ Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 32 - 2010 Nước Trường ĐHCT 84,5 9,4 35 Cellulose - 13,8 3,2 Tinh bột - 46,0 4,5 Pentosan 2,7 - 4,9 Sucrose 0,7 - - Glucose + Fructose 10,0 - 1,1 - 3,8 31,3 0,6 18,0 8,4 Theobromin - - 2,4 Enzyme - - 0,8 Polyphenol - 0,8 5,2 Acid 0,7 - 0,6 Muối khoáng 0,8 8,2 2,6 Bơ ca cao Protein (Nguồn: F. Handy, 2007) (tính theo phần trăm trọng lượng tươi) Sự lên men thường xảy ra theo 2 quá trình: - Quá trình thứ nhất bao gồm sự phân giải yếm khí các chất nhầy chứa đường, bột của cùi bao bọc chung quanh hạt. Cùi có độ pH acid nhờ có mặt của acid citric là môi trường rất thích hợp cho sự phát triển của nấm men. Dưới tác động của nấm men, các chất nhầy đường của cùi chuyển hoá thành C2H5OH và phóng thích CO2. Sau đó tế bào của cùi tan vỡ, nước thoát hết làm môi trường trở nên thông thoáng hơn, vi khuẩn Acetobacter tác động và phát triển mạnh, oxy hoá C2H5OH thành CH3COOH làm tăng nhiệt độ khối hạt ca cao. Đến ngày thứ 3, giữa vi khuẩn acetic và nấm men đã có sự cân bằng rõ rệt, vi khuẩn lactic chỉ hoạt động trong một thời gian rất ngắn. Dưới tác động của sự lên men ấy, nhiệt độ tăng và lệ thuộc vào khối ca cao ủ. Trong phần cơm nhầy CƠM NHẦY Nước Pectin Citric Đường Nấm men phát triển Hô hấp yếm khí Chuyên Hôngành hấpCông hiếunghệ khí Sinh học Enzyme Pectinolytic Rượu 9 Vi khuẩn acetic phát Viện NC&PT Vi khuẩn lactic Công nghệ Sinh học triển phát triển