Đặc tính chất lượng hương vị của các giống ca cao (Theobroma ca cao L.) từ nguồn gốc khác nhau

Nguyễn Viết Trụ

(Phòng Thí nghiệm Sinh hóa và Công nghệ Sinh học)

1. Đặt vấn đề

Hương vị hạt ca cao là một trong những yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến thị hiếu của người tiêu dùng và sức tiêu thụ của sản phẩm. Đặc tính này sẽ quyết định đến hương vị của sản phẩm cuối cùng là chocolate. Thành phần phức tạp của hương vị hạt ca cao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau như kiểu gen, quá trình thu hoạch và bảo quản quả, quá trình lên men, phơi (sấy) hạt, qui trình rang,… Chúng cũng chịu sự tác động của cả loại đất canh tác, khí hậu vùng trồng và tuổi cây ca cao. Các chất liên quan đến hương vị hạt ca cao ít khi được nêu rõ trong các chương trình chọn giống.

Đối với bất kỳ giống cây trồng nào nói chung và cây ca cao (Theobroma ca cao L.) nói riêng, kiểu gen (giống) có vai trò quyết định trực tiếp đến sự tạo thành và biến đổi của nhiều phức hợp chất hóa học trong hạt, đặc biệt là các protein dạng dự trữ, các polysaccharide, và các polyphenol. Thông qua quá trình lên men và phơi (sấy) thì  loại và chất lượng của hương vị được hình thành. Quá trình lên men và phơi khô sẽ làm biến dổi các protein dự trữ có trong hạt bởi tác động của enzyme protenase để tạo thành các amino acid và các chuỗi oligopeptide, trong khi đó, các polysaccharide cũng chịu tác động của enzyme invertase để tạo thành glucose và fructose. Những amino acid, oligopeptide, glucose và fructose này sẽ tương tác với nhau trong quá trình rang tạo ra hương vị đặc trưng cho hạt ca cao.

Ngoài ra, các polyphenol sẽ bị oxy hóa bởi các enzyme polyphenoloxydase trong suốt quá trình lên men và phơi (sấy) để tạo ra (???) vị chát và vị đắng của hạt. Điều này làm đa dạng hương vị của hạt ca cao.

Với nhu cầu ngày càng tăng về việc sử dụng các sản phẩm từ hạt ca cao và yêu cầu ngày càng khắt khe cho sản xuất bền vững đối với chất lượng hương vị hạt ca cao như ngày nay, thì việc am hiểu một cách thấu đáo sự ảnh hưởng của các yếu tố đến sự hình thành hương vị đặc trưng của hạt ca cao có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Xuất phát từ quan điểm trên, bài viết này sẽ giúp người được đánh giá được tầm quan trọng của việc chọn giống đến chất lượng sản phẩm hạt ca cao cuối cùng trong cả thương mại và canh tác nông nghiệp.

2. Các hợp chất chính cấu thành chất lượng hương vị hạt ca cao

Quả ca cao phát triển hoàn chỉnh có rất nhiều hình dạng, kết cấu và kích thước khác nhau, và chiều dài có thể dao động trong khoảng 15-35cm. Mỗi trái chứa khoảng 25-75 hạt, mỗi hạt dài 1-3cm, chứa rất nhiều dinh dưỡng. Hạt ca cao tươi có 32-39% nước, 30-32% chất béo, 10-15% protein, 5-6% polyphenol, 4-6% tinh bột, 4-6% pentosan, 2-3% cellulose, 1-2% theobromine, 1% acid và 1% caffein (Bertazzo và cs., 2011). Các dạng đường chính gồm sucrose, fructose và glucose (Afoakwa, 2010), nhưng thành phần đường chiếm đa số là đường sucrose (hơn 90%). Chất béo trong hạt ca cao có 95% là triacylglycerol, 2% diacylglycerol, <1% monoacylglycerol, 1% lipid và 1% acid béo tự do (Biehl & Ziegleder, 2003).

Có rất nhiều chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá chất lượng hạt ca cao bao gồm: kích thước hạt, số hạt, màu sắc hạt hay hàm lượng acid có trong hạt,…. Tuy nhiên, chất lượng quan trọng nhất để đánh giá đó là loại và cường độ của hương vị hạt. Hương vị đặc trưng của hạt ca cao là sản phẩm của sự kết hợp giữa hàng trăm hợp chất khác nhau (Magi và cs., 2012). Gần đây, các nhà khoa học đã xác định được có hơn 600 loại hợp chất tạo hương vị có trong hạt ca cao và các sản phẩm của nó (Crafack và cs., 2014). Những hợp chất này bao gồm các hợp chất của nitrogen, aldehyde, xetone, ester, rượu, các hydrocarbon, sulfua,… và rất nhiều hợp chất, nhóm chức khác (Ziegleder, 2009). Hầu hết các hợp chất này có mùi đặc trưng và tạo ra hương vị cho hạt ca cao (Owusu, 2010).

3. Đặc tính chất lượng hương vị của các giống từ các nguồn gốc khác nhau của cây ca cao.

Giống chi phối mùi vị, trọng lượng hạt, hàm lượng bơ, hàm lượng chất thơm và màu sắc bột ca cao. Hiện nay, trên thế giới có khoảng hơn 3.500 dòng ca cao tương ứng với 3.500 dòng hạt có chất lượng khác nhau với 3 nhóm giống chính là Criollo, Forastero và Trinitario. Nhóm giống Criollo và Trinitario nói chung có mùi vị khác với Forastero. Phần lớn Forastero cho màu sắc và hương vị ở mức trung bình, ngoại trừ giống Nacional (ở Ecuador). Các giống thuộc nhóm Criollo và Trinitario, thường có năng suất thấp và dễ bị nhiễm bệnh, ngày càng ít được sử dụng và được thay thế bằng Forastero hay những con lai có năng suất cao.

Chất lượng hương vị hạt ca cao phụ thuộc vào kiểu gen và nguồn gốc cây ca cao tạo ra hạt đó. Hạt ca cao từ các kiểu gen và nguồn gốc khác nhau sẽ cho hương vị hạt đặc trưng khác nhau.

Bảng 1: Đặc tính hương vị khác nhau của hạt ca cao từ các giống nguồn gốc khác nhau

Nguồn gốc	Giống	Hương vị đặc trưng
Côte d’Ivoire (Bờ Biển Ngà)	Forastero	Hương ca cao tốt, ít đắng, acid thấp, hương trái cây, mùi thơm.
Ghana	Hạt lai Forastero	Hương chocolate mạnh
Nigeria	Hạt lai Forastero	Hương ca cao trung bình,
São Tomé & Principe	Forastero	Hương ca cao tốt, đắng, hơi cay, hương trái cây và màu ánh đỏ.
Madagascar	Criollo	Mùi rượu, thối và vị chanh
Venezuela	Criollo “Porcelana”	Hương ca cao dịu, hơi đắng, hương trái cây
Brazil	Forastero	Hương ca cao, đắng, acid cao, chát và đôi khi có hương trái cây
Colombia	Trinitario và Criollo	Hương trái cây, đắng và vị ca cao
Peru	Farastero	Hơi đắng và có hương trái cây
Ecuador (home of Arriba)	Farastero (Nacional)	Chocolate thấp, hương hoa, hương trái cây, mùi cỏ khô và mùi đất.
Mexico (Tabasco)	Hạt lai Criollo/Forastero	Chocolate thấp, acid cao, hương trái cấy nhẹ.
Panama	Forastero	Chocolate trung bình, vị chua, hương trái cây và tinh dầu.
Jamaica	Forastero	Hương trái cây
Cộng hòa Dominica (Sanchez)	Hạt lai Criollo/Forastero	Ca cao thấp, không thơm, đắng
Cộng hòa Dominica (Hispaniola)	Hạt lai Criollo/Forastero	Mùi rượu, mùi đất và có thể có mùi thuốc lá
Costa Rica	Forastero	Hương trái cây, hương ca cao
Trinidad & Tobago	Trinitario	Ca cao cao, mùi đậu, mùi rượu và thơm
Grenada	Trinitario	Chocolate, hương trái cây, hương hoa, mùi cỏ khô và mùi gỗ
Indonesia	Hạt lai Criollo/Forastero	Chocolate thấp, chua và có vị trái cây
Sulawesi	Hạt lai Criollo/Forastero	Ca cao thấp, đắng, hơi chua và có vị chát
Java	Hạt lai Criollo/Forastero	Ca cao thấp, hương dịu, acid và có màu nhạt
Papua New Guinea	Hạt lai Criollo thuần/Forastero	Acid biến đổi mạnh, hương hoa, dịu và có mùi đậu
Malaysian	Hạt lai Foratero	Ca cao từ thấp đến trung bình, độ chua từ trung bình đến cao, chát (phụ thuộc vào mức độ lên men).

(Nguồn: J.E. Kongor et all, Food Research International. 82 (2016) 44–52).

Gần đây, ngoài 3 giống ca cao được trồng phổ biến Forastero, Criollo, Trinitario thì có thêm một giống khác được trồng ở Ecuado, được gọi là Nacional (Counet, Ouwerx, Rosoux, & Collin, 2004; Bartley, 2005; Amoye, 2006; Afoakwa và cs., 2011a). Sự khác biệt của các giống nói trên thể hiện ở thời điểm ra hoa đậu quả, năng suất, hương vị hạt và khả năng chống chịu đối với sâu bệnh hại (Afoakwa và cs, 2008; Afoakwa, 2010; Adeyeye va cs, 2010). Mỗi loại ca cao có đặc tính duy nhất về hương vị hạt (Afoakwa và cs., 2008). Những sự khác biệt này có thể là do sự kế thừa về đặc tính di truyền, nguồn gốc thực vật, điều kiện sinh thái, lượng và thời gian chiếu sáng, lượng mưa, điều kiện đất đai,thời gian thu hoạch,… Kể cả thời gian giữa thu hoạch và lên men quả cũng ảnh hưởng đến hương vị cuối cùng của sản phẩm.

 Forastero, có nguồn gốc ở lưu vực sông Amazon (Lima và cs., 2011), chiếm gần 95% sản lượng ca cao thế giới (Saltini và cs, 2013). Giống này được trồng chủ yếu ở Tây Phi, đặc biệt ở Bờ Biển Ngà, Ghana, Nigeria và Cameroon. Hạt có màu tím (đỏ) đặc trưng, do sự biểu hiện của anthocyanin. Cây ca cao, giống Forastero có khả năng kháng sâu bệnh hại ở mức khá (Bartley, 2005; Lima và cs., 2011). Forastero có nhiều phân loài: Amelonado, Cundeamor và Calabacillo, trong đó, Amelonado được trồng phổ biến nhất. Những kết quả nghiên cứu của J.E Kongor và cộng sự (2016) cho thấy rằng, hạt ca cao giống Forastero có pH cao hơn sau khi lên men và phơi (sấy) so với giống Criollo. Do đó, chocolate được sản xuất từ hạt Forastero sẽ ít đắng hơn, ít chát hơn và ít acid hơn so với chocolate được sản xuất từ giống Criollo hoặc Trinitario (Sukha, Butler, Umaharan, & Boult, 2008).

Criollo có nguồn gốc ở Châu Mỹ. Hạt có màu trắng, trắng ngà hoặc có màu tím nhạt là do có gen gây ức chế hoạt động của anthocyanin (Fowler, 1999). Tuy nhiên, giống này cho năng suất thấp, mẫn cảm với sâu bệnh hại. Ngày nay, giống này chỉ được trồng giới hạn ở Trung Mỹ và một số vùng ở Châu Á (Fowler, 1999; Thompson, Miller, & Lopez, 2007). Hạt ca cao giống này có chứa hàm lượng lớn Pyrazine và pH thấp rất dễ ảnh hưởng đến hương vị (J.E. Kongor và cs, 2016).

Trinitario có nguồn gốc từ Trinidad, đây là sản phẩm lai tạo tự nhiên và tái tổ hợp giữa các quần thể Criollo và Forastero (Fowler, 1999). Hạt có màu trắng và mức chống chịu sâu bệnh hại ở mức trung gian giữa Criollo và Farastero (Bartley, 2005).

Những nghiên cứu của Clapperton và cộng sự (1994) đã chỉ ra rằng, có sự khác biệt về tổng thể của cường độ hương vị, vị chát, đắng và độ chua giữa các giống Amelonado (được trồng ở Tây Phi), bốn dòng ca cao được trồng ở vùng Amazon(IMC67, NA33, PA7 và SCA12) và giống UIT1 (thuộc giống Trinitario) được trồng ở Sabah, Malaysia.

Tỷ lệ amino acid và đường khử có trong hạt là yếu tố tạo ra phản ứng Maillar hình thành nên hương ca cao. Tỷ lệ này càng cao (càng tiến tới 1) thì hương vị càng tốt. Tỷ lệ này sẽ khác nhau ở các giống khác nhau, ví dụ: giống Amelonado (ở Ghana) có tỷ lệ 1/1,2, giống Amazon (ở Malaysia) có tỷ lệ 1/2,6, giống Trinitario và Amazon (ở PNG) có tỷ lệ là 1/3,6.

4. Xu hướng nâng cao chất lượng hương vị hạt ca cao

Hạt ca cao là nguyên liệu để sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến sô cô la, do đó chất lượng hạt ca cao quyết định tới chất lượng của sản phẩm sô cô la. Các nhà máy chế biến sô cô la đang có nhu cầu hạt ca cao có hương vị đặc trưng, chất lượng tốt để tạo ra sản phẩm sô cô la ngon trên thế giới, đây chính là con đường để các nhà chọn giống, các nhà nghiên cứu về cây ca cao có thể định hướng cho mình những nghiên cứu để nâng cao chất lượng vốn có của các giống tại các vùng sinh thái khác nhau.

Tại Việt Nam cơ cấu giống chỉ mới đang dần được hình thành, chủ yếu là các giống được nhập nội và khu vực hóa. Cần thiết phải có chương trình nghiên cứu để nâng cao chất lượng, tạo ra nguồn nguyên liệu hạt ca cao có chất lượng tốt, đặc trưng cho sản phẩm hạt ca cao của Việt Nam.

Tham khảo:

Adeyeye, I. E., Akinyeye, O. R., Ogunlade, I., Olaofe, O., & Boluwade, O. J. (2010). Effect of farm and industrial processing on the amino acid profile of cocoa beans. Food Chemistry, 118, 357–363.

Afoakwa, E. O., Paterson, A., Fowler, M., & Ryan, A. (2008). Flavor formation and character in cocoa and chocolate: A critical review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 48,840–857.

Afoakwa,E.O.,&Paterson,A.(2010). Cocoa fermentation: Chocolate flavour quality.

Encyclopedia of biotechnology in agriculture and food. U.K: Taylor & Francis Publishing Inc, 457–468.

Afoakwa, E. O., Quao, J., Takrama, J., Budu, A. S., & Saalia, F. K. (2011a). Effect of pulp preconditioning on acidification, proteolysis, sugars and free fatty acids concentration during fermentation of cocoa (Theobroma cacao) beans. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 62(7), 755–764.

Amoye, S. (2006). Cocoa sourcing, world economics and supply. The Manufacturing

Confectioner, 86(1), 81–85.

Bartley, B. G. D. (2005). The genetic diversity of cacao and its utilization. UK: CABI Publ, Wallingford.

Bertazzo, A., Comai, S., Brunato, I., Zancato, M., & Costa, C. V. L. (2011). The content of protein and non-protein (free and protein-bound) tryptophan in Theobroma cacao

beans. Food Chemistry, 124,93–96.

Biehl, B., & Ziegleder, G. (2003). Cocoa: Chemistry of processing. Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (2nd ed.), 1436–1448.

Counet, C., Ouwerx, C., Rosoux, D., & Collin, S. (2004). Relationship between procyanidin and flavor contents of cocoa liquors from different origins. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 52, 6243–6249.

Crafack, M., Keul, H., Eskildsen, C. E., Petersen, M. A., Saerens, S., Blennow, A., … Nielsen, D. S. (2014). Impact of starter cultures and fermentation techniques on the volatile aroma and sensory profile of chocolate. Food Research International, 63,306–316.

Fowler, M. S. (1999). Cocoa beans: From tree to factory. In S. T. Beckett (Ed.), Industrial chocolate manufacture and use (pp. 8–35) (3rd ed.). Oxford: Blackwell Science.

John Edem Kongor, Michaelinneh, Davy Van deWalle, Emmanuel Ohene Afoakwa, Pascal Boeckx, Koen Dewettinck (2016), Factors influencing quality variation in cocoa (Theobroma cacao) bean flavour profile, Food Research International. 82 (2016) 44–52.

Lima, L. J. R., Almeida, M. H., Rob Nout, M. J., & Zwietering, M. H. (2011). Theobroma ca cao L., “The Food of the Gods”: Quality determinants of commercial cocoa beans, with particular reference to the impact of fermentation. Critical Reviews in Food

Magi, E., Bono, L., & Di Carro, M. (2012). Characterization of cocoa liquors by GC–MS and LC–MS/MS: Focus on alkylpyrazines and flavanols. Journal of Mass Spectrometry, 47, 1191–1197.

Owusu, M. (2010). Influence of raw material and processing on aroma in chocolate. PhD Thesis presented to Faculty of Life Science University of Copenhagen, 1–16.

Science and Nutrition, 51(8), 731–761. http://dx.doi.org/10.1080/10408391003799913.

Saltini, R., Akkerman, R., & Frosch, S. (2013). Optimizing chocolate production through traceability: A review of the influence of farming practices on cocoa bean quality. Food Control, 29,167–187.

Sukha, D., Butler, D., Umaharan, P., & Boult, E. (2008). The use of an optimized organoleptic assessment protocol to describe and quantify different flavour attributes of cocoa liquors made from Ghana and Trinitario beans. European Food Research and Technology, 226(3), 405–413.

Thompson, S. S., Miller, K. B., & Lopez, A. S. (2007). Cocoa and coffee. InM. P. Doyle, & L. R. Beuchat (Eds.), Foodmicrobiology: fundamentals and frontiers (pp. 837–850) (3rd ed.). Washington DC: ASM Press.

Ziegleder, G. (2009). Flavour development in cocoa and chocolate. In S. T. Beckett (Ed.), Industrial chocolate manufacture and use (pp. 169–191) (4th ed.). Blackwell Publishing Ltd.

https://www.researchgate.net/publication/291139941