CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu cây ca cao [4] Cây ca cao (Theobroma ca cao Linn) thuộc họ Sterculiaceae, là cây công nghiệp lâu năm sống ở vùng nhiệt đới, thuộc loài cây thân gỗ, sống đa niên. Cây ca cao có nguồn gốc từ vùng Amazon của Brazil, được trồng ở các nước nhiệt đới như Nigeria, Ghana, Bờ Biển Ngà, Brazil, Malaysia, Venezuela và Indonesia [18]. Cây ca cao Những nông dân Mayan và Aztec của Mexico là những người trồng cây ca cao đầu tiên ở Trung Mỹ, họ bắt đầu canh tác từ thế kỉ 14.
Đến những năm của thế kỉ 19, nghề trồng ca cao đã đạt được những tiến bộ đáng kể, giúp cho kỹ nghệ chocolate có cơ sở để phát triển ở Châu Âu. Ở Châu Mỹ, hai nước sản xuất ca cao mới xuất hiện là Ecuador và Brazil. Ở Châu Phi, cây ca cao chỉ mới được trồng ở các hòn đảo của vịnh Guinea. Trong thế kỉ 20, sản xuất ca cao phát triển với quy mô rất lớn.
Từ năm 1985 trở lại đây, các nước Châu Á phát triển mạnh ca cao, trước hết là ở các nước Malaysia, Indonesia, Ấn Độ,…[5]. Ở Việt Nam, cây ca cao được người Pháp đưa vào đầu tiên ở miền Nam từ rất sớm, nhưng trải qua thời gian dài, cây ca cao vẫn chiếm một vị trí rất khiêm tốn trong nền sản xuất nông nghiệp Việt Nam. Những năm gần đây, công tác nghiên cứu đối với cây ca cao vẫn chưa được phát triển một cách tương xứng với giá trị thực sự của loại cây quý giá này. Ngày nay, cây ca cao đã trở nên phổ biến và được trồng ở nhiều tỉnh của Việt Nam, do có ưu thế nổi trội là có thể trồng xen với nhiều loại cây như dừa, hồ tiêu, cà 10 phê, điều, ngoài ra khả năng chịu hạn cao nên thích hợp với điều kiện tự nhiên và thổ nhưỡng ở các tỉnh phía Nam.
Ở nước ta, diện tích trồng ca cao vẫn còn nhiều hạn chế (khoảng 20%), tập trung chủ yếu ở ba vùng: các tỉnh Tây Nguyên, miền Đông Nam Bộ và vùng đồng bằng Sông Cửu Long. Sản lượng ca cao trên thế giới (ngàn tấn) QUỐC GIA 2010/11 2011/12 2012/13 Châu Phi 3224 2919 2813 Cameroon 229 207 225 Bờ Biển Ngà 1511 1486 1445 Ghana 1025 879 835 Nigeria 240 235 225 Các nước Châu phi khác 220 113 83 Châu Mỹ 561 650 618 Brazil 200 220 185 Ecuador 161 193 192 Các nước Châu Mỹ khác 201 237 240 Châu Á và Thái Bình Dương 526 510 500 Indonesia 440 440 420 Malaysia 48 39 41 Các nước Châu Á khác 39 32 39 Tổng sản lượng trên thế giới 4312 4080 3931 (Nguồn: ICCO Annual Report 2012/2013) Từ bảng 1.1, chúng ta thấy rằng: sản lượng ca cao cao nhất thuộc về các nước thuộc Châu Phi, đứng đầu là Bờ Biển Ngà đạt 1445 ngàn tấn (2012 - 2013), trong khi đó các nước thuộc Châu Mỹ đứng đầu là Bzaril với sản lượng 185 ngàn tấn năm (2012 - 2013). Đứng đầu sản lượng ca cao Châu Á là Indonesia với 420 ngàn tấn năm (2012 - 2013) [29]. Sản lượng được ICCO Annual Report dự báo sẽ còn biến đổi trong các năm tới do tình hình thiên tai, khí hậu.
Việt Nam được dự báo là quốc gia sản xuất ra ca cao đạt chất lượng cao trên thế giới sau cà phê và điều. Nhưng thực tế còn nhiều vấn đề về canh tác, giá cả nên người dân không còn mặn mà với cây ca cao, vậy nên 11 việc khuyến khích áp dụng công nghệ kĩ thuật cao trong canh tác, cũng như nâng cao giá thành được ưu tiên hàng đầu do Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn đưa ra năm 2013. Nhằm đạt mục tiêu diện tích trồng ca cao là 100.000 ha trên cả nước vào năm 2020 và Việt Nam sẽ trở thành quốc gia xuất khẩu ca cao quan trọng trên thế giới với sản lượng 100.000 tấn hạt khô mỗi năm. Các giống ca cao [3] Ca cao trên Thế Giới được chia làm 3 nhóm chính: Criollo, Forastero, Trinitario.
Đặc điểm giữa giống Criollo - Forastero - Trinitario Các đặc điểm Criollo Forastero Trinitario chính Dạng quả Quả dài Quả hình bầu dục Quả dài Vỏ, cấu trúc, màu Hầu hết cứng, thay Mềm, đỏ Cứng, xanh sắc đổi Hình ảnh Hoa Nhụy hồng nhạt Nhụy màu tím Thay đổi Hạt 20 – 30 > 30 > 30 Tử diệp Gần tròn Dẹp Dẹp Màu tử diệp Trắng, ngà hoặc Tím, tím đậm Thay đổi tím rất nhạt Kháng bệnh Kém Tốt Trung bình Chất béo Thấp Cao Trung bình Nam Mỹ Châu Phi (Ivory Trung Mỹ (Trinidad, Vùng trồng nhiều (Venezuela, Coast, Jamaica) Ecuado, Colombia) Ghana, Nigeria) (Nguồn: Nguyễn Văn Uyển và cộng sự, 1996, Hà Thanh Toàn, 2008) 12 1. Đặc điểm thực vật của cây ca cao Ca cao là loài thân gỗ nhỏ có thể cao 10 – 20 m nếu mọc tự nhiên trong rừng. Trong sản xuất, do trồng mật độ cao và khống chế sự phát triển thông qua tỉa cành nên cây thường có chiều cao trung bình từ 6 – 8 m, đường kính từ 10 – 15 cm. Thời kì kinh doanh hiệu quả có thể kéo dài từ 25 - 40 năm.
Sau khi trồng được 3 - 4 năm, cây bắt đầu ra hoa, hoa ca cao nhỏ có đường kính 10 - 15 mm, hoa có 5 cánh trổ thành từng chùm nhỏ trên thân chính, trên những cành to và trên những nhánh chỗ lá rụng. Nụ hoa bắt đầu nở vào chiều và nở hết đến buổi sáng hôm sau. Từ khi thụ phấn đến khi trái chín kéo dài từ 5 - 6 tháng. Quả ca cao có chiều dài 10 – 30 cm, đường kính 7 – 9 cm.
Quả có cân nặng từ 200 - 1000 g. Tùy theo từng loài, hình dạng của quả thay đổi nhiều từ hình cầu, hình dài và nhọn, hình trứng hoặc hình ống. Màu sắc của quả khá đa dạng và thay đổi khi chín: các trái màu lục hay xanh oliu khi chín chuyển sang màu vàng tươi; các trái màu ửng đỏ khi chín có màu sậm da cam; trái tím lợt chuyển sang tím đậm. Đặc tính của quả ca cao là khi chín vỏ không nở ra và ít bị bung ra khỏi cây.
Mỗi quả thường chứa 30 - 40 hạt được bao quanh bằng lớp cơm nhầy. Lớp cơm nhầy này có vị hơi ngọt và là cơ chất cho quá trình lên men khi ủ hạt sau này. Mỗi cây ca cao hàng năm cho từ 0.5 – 2 kg hạt, thay đổi tùy theo giống, điều kiện chăm sóc, mật độ trồng. Trung bình mỗi hecta thu được khoảng 1 tấn hạt.
Thời gian thu hoạch thay đổi theo từng vùng canh tác, đối với các nước nằm ở phía Bắc xích đạo, thời gian thu hoạch vụ chính thường từ tháng 9 đến tháng 12 và vụ hai từ tháng 4 đến tháng 6 [5]. Các thành phần của cây ca cao a) Hạt ca cao Bộ phận chính được sử dụng là hạt ca cao, hạt ca cao chủ yếu được tiêu thụ như chocolate và được sử dụng rộng rãi trong các loại đồ uống, mỹ phẩm, dược phẩm và các lợi ích sức khỏe như chống ung thư, chống loét, chống viêm, kháng khuẩn và giảm đau. Các thành phần của hạt ca cao tươi, tính theo % khối lượng tươi Thành phần Chất nhầy Vỏ hạt Phôi nhũ (Mucilage/Sweating) (Shell/ Testa) (Cotyledon/Kernel) Nước 84,5 9,4 35 Chất béo (bơ ca cao) - 3,8 31,3 Carbohydrates - Cellulose - 13,8 3,2 - Tinh bột - 46,0 4,5 - Pentosans 2,7 - 4,9 - Surose 0,7 - - - Glucose 10,0 - 1,1 - Fructose Nitrogen - Protein 0,6 18,0 8,4 - Theobromine - - 2,4 - Enzyme - - 0,8 Polyphenols - 0,8 Acid hữu cơ Citric, 0,7 - 0,6 Acetic và Oxalic Muối khoáng 0,8 8,2 2,6 Tổng số 100,0 100,0 100,0 (Nguồn: F. Hardy) Hạt ca cao sau khi được lên men trải qua các công đoạn xử lý tiếp theo, sau khi xay nhuyễn trong điều kiện gia nhiệt đến 50 - 600C sẽ thành dung dịch sệt màu chocolate gọi là bột nhão ca cao.
Khi ép bột nhão, ta tách ra được bơ và bánh dầu ca cao. Xay nhuyễn bánh dầu ca cao cho ra bột ca cao. Trong hạt ca cao, chất béo chiếm hàm lượng khá cao, 50 - 60% khối lượng hạt. a) Hạt ca cao khô, b) Bột nhão ca cao, c) Bơ ca cao, d) Bột ca cao Bột nhão, bơ và bột ca cao là những nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp bánh kẹo, thực phẩm.
Chocolate là sản phẩm sau khi pha trộn giữa bột nhão, bơ, đường và các nguyên liệu khác tùy theo công thức riêng của mỗi nhà sản xuất. Bột ca cao và chocolate là hai loại thực phẩm cung cấp nhiều năng lượng và chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe. Thành phần của bột nhão ca cao [3] Thành phần dinh dưỡng Khoáng chất (mg/100g) (mg/100g) Protein 18,5 Na 950,0 Chất béo 21,7 K 1,500.0 Carbohydrate 11,5 Ca 130,0 Năng lượng Mg 520,0 Kcal 312,0 Fe 10,5 KJ 1,301.0 Co 3,9 P 660,0 Cl 460,0 (Nguồn: Trích theo Wood và Lass 2001) b) Các thành phần khác của cây ca cao Lớp cơm nhầy là phần bao quanh hạt ca cao, chúng chiếm khoảng 15 - 20% khối lượng của hạt ca cao tươi và chứa hàm lượng đường cao, tạo điều kiện cho nấm men phát triển, sau đó chuyển hóa thành các hợp chất có lợi cho quá trình lên men hạt ca cao. Ngoài ra, lớp cơm nhầy có thể sử dụng để làm sinh tố, mứt đông, sản xuất nước quả trong hay dùng để chế biến rượu vang.
15 Vỏ trái ca cao chứa 3 - 4% kali trên khối lượng chất khô, là nguồn phân bón giàu kali. Tro đốt từ vỏ đã từng được sử dụng để làm xà phòng. Vỏ ca cao khô, xay nhỏ có thể độn vào thức ăn cho bò, cừu, dê. Các hạt được gắn vào cơ quan gọi là thai tòa (lõi trái).
Khi tách hạt để lên men, thai tòa được loại bỏ làm thức ăn cho cá và heo [3]. Tổng quan về nấm men sử dụng cho quá trình lên men hạt ca cao. Nấm men được sử dụng là Saccharomyces cerevisiae. Đặc điểm của nấm men Saccharomyces cerevisiae - Hình dạng: nấm men Saccharomyces cerevisiae thường có hình cầu hay hình trứng.
Tuy nhiên hình dạng của chúng không ổn định, phụ thuộc vào tuổi của nấm men và điều kiện nuôi cấy. - Cấu tạo tế bào nấm men: bao gồm các thành phần sau: Thành tế bào: cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau, đó là: glucan, manan, protein, lipid và một số thành phần nhỏ khác như kitin, volutin,… Màng nguyên sinh chất: gồm các hợp chất phức tạp như protein (chiếm 50% khối lượng chất khô), lipid chiếm 40% và một ít polysaccharide. Chất nguyên sinh: thành phần cấu tạo chủ yếu là nước (75 - 85%), protid, glucid, lipid và các muối khoáng, enzyme và có các bào quan trong đó (nhân tế bào, không bào, ly lạp thể, ribosome,…).