bài tập lớn kỹ thuật thực phẩm 2 đề tài công nghệ sản xuất cà phê đóng lon

Thông thường thì chỉ có 2nhânBảng 1: tỷ lệ các phần cấu tạo của quả cà phêCác loại vỏ và nhân Cà phê chè % Cà phê vối %5.Thành phần hóa học của nhân Cà phê nhân ở dạng thương phẩm gồm có

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 12 năm 2023

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

I Tổng quan nguyên liệu 2

1 Nguồn gốc 2

2 Tình hình sản xuất 2

3 Giá trị của mặt hàng cà phê 3

4 Cấu tạo của quả cà phê 3

5 Thành phần hóa học của nhân 4

6 Các dạng sản phẩm cà phê 6

II Quy trình công nghệ 7

1 Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê đóng lon 7

2 Thuyết minh quy trình 8

2.1 Rang 8

2.2 Làm nguội 9

2.3 Xay 9

2.4 Trích ly 10

III Các thiết bị sử dụng trong sản xuất 12

1 Máy rang thùng quay 12

2 Băng tải làm nguội 12

3 Máy xay 13

4 Thiết bị trích ly 13

IV Cân bằng vật chất 14

1 Các thông số ban đầu 14

2 Rang 14

3 Làm nguội 15

4 Xay 15

5 Trích ly 15

V Cân bằng năng lượng 15

1 Tính các thông sô của không khí 15

1.1 Tính toán trạng thái không khí bên ngoài 15

1.2 Tính toán trạng thái không khí vào buồng sấy 15

1.3 Tính toán trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy 16

1.4 Tiêu hao không khí 16

1

2 Lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm: 16

3 Tổng nhiệt lượng cần cho quá trình bốc ẩm: 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay , hầu hết chúng ta có một cuộc sống nhộn nhịp và gấp gáp với

đủ các vấn đề trong cuộc sống như là mệt mỏi buồn ngủ khi làm việc hoặc là khôngtỉnh táo trong công việc hoặc chỉ đơn giản là muốn uống một ly cafe tuy nhiên không

ít người bận rộn tới mức không có thời gian uống một ly cafe tại quán Vì vậy mà xuhướng cafe đóng chai ra đời, giải quyết bài toán thời gian cho những đối tượng kháchhàng bận rộn muốn uống một chút cafe, không thích phải chờ đợi quá lâu cho mộttách cafe Cuộc sống bận rộn khiến các yếu tố sức khỏe dễ suy giảm, việc nạp những

đồ ăn nhanh như bánh ngọt, đồ chiên rán, dầu mở chưa nhiều chất hóa học gây ra bệnhbéo phì, tiểu đường,…Cà phê đóng chai là đồ uống bổ sung năng lượng tiện lệ, thaythế những đô ăn không có lợi cho sức khỏe

Với những chai, lon cafe, người tiêu dùng chỉ cần trả tiền rồi mang đi một thức uốngngon có vị tươi mới mà giá thành thì lại phải chăng Sự đổi mới này mang đến chokhách hàng những trãi nghiệm khác biệt hơn, có thể thử các loại hương vị cafe khácnhau mà không cần quá nhiều thời gian đến từng quán để thưởng thức

Xu hướng cafe đóng chai đã mang đến một làn gió mới cho thị trường cafe, tiếp cậnđược với nhiều đối tượng hơn và đặc biệt đã đáp ứng được nhu cầu nhanh-ngon-rẻ củacác khách hàng yêu thích cafe đặc biệt

Đối với xu hướng tại việt Nam, xu hướng sử dụng đồ ăn, thức uống tiện lợi đang tăngdần Ngay sau khi cafe đóng chai ra đời, nhiều người trẻ đã chuyển hẳn từ café truyềnthống sang café đóng chai, tỷ lệ người Việt dung café khá là lớn, đặc biệt là người trẻ,người trưởng thành ở các thành phố lớn

1

I Tổng quan nguyên liệu

1 Nguồn gốc

Cây cà phê chè đầu tiên mọc hoang dại ở cao nguyên Etiôpia (châu Phi) Sau đó đượcđạo quân xâm lược Etiôpia đưa sang A-rập từ thế kỷ 13 – 14 Năm 1575 được đemsang trồng ở Yêmen ( thuộc A-rập ) Thế kỷ 17 được đưa sang Ấn Độ, năm 1658 sangXrilanca; và từ đó sang đảo Java ( Indonexia ) Sau đó chỉ trong vòng nửa thế kỷ càphê đã xuất hiện vòng quanh thế giới (Bắc Mỹ, Braxin)

Ở Việt Nam, cây cà phê chè ( Arabica ) được thấy từ năm 1857 ở Quãng Trị và BốTrạch ( Bình Trị Thiên ) Vào khoảng năm 1870 do những giáo sĩ người Pháp mangđến, ban đầu chủ yếu là cây cà phê chè, được trồng trong khuôn viên một số nhà thờ

ở Kontum, Quảng Bình, Hà Nam… Năm 1888, thực dân Pháp chiếm nước ta chúngthành lập những đồn điền cà phê ở trung du Xuân Mai, Sơn Tây làm theo phương thức

du canh, năng suất cao nhất những năm đầu là 400 – 500 kg/ ha Sau thấp dần còn 100– 150 kg cà phê nhân/ ha Để cứu vãn tình hình ấy, vào năm 1905 thực dân Pháp đãđưa vào Việt Nam loại cà phê vối ( C Robusta ) và cà phê mít ( C excelsa Chari )thay thế cho cà phê chè ở vùng thấp, năm 1910 những đồn điền cà phê mới lại tiệp tụcmọc lên ở Hà Tĩnh, năm 1911 ở Yên Mỹ ( Thanh Hóa ), năm 1915 ở Nghĩa Đàn( Nghệ An ) Đồng thời cũng thăm dò khả năng thích nghi của cà phê ở Tây Bắc Năm

1925 cà phê được phát triển ở Tây Nguyên

2 Tình hình sản xuất

Việt Nam là một trong những quốc gia sản xuất cà phê lớn nhất thế giới và là nơi có

những khu vực trồng cà phê nổi tiếng với chất lượng Xuất khẩu cà phê Việt Nam

đứng thứ 2 trên thế giới, đứng sau Brazil, chiếm 8,3% thị phần xuất khẩu cà phê toàncầu Đắk Lắk là khu vực trồng cà phê lớn nhất ở Việt Nam với diện tích trồng cà phêlên đến hàng ngàn ha Cà phê Robusta ở đây có hương vị đậm đà , mạnh mẽ vàđược sử dụng chủ yếu để pha cà phê sữa Việt Nam Lâm Đồng là một khu vực trồng

cà phê nổi tiếng nhất Việt Nam Cà phê Arabica ở đây có hương vị đặc trưng , thơmngon và được ưu chuộng [ ]

3 Giá trị của mặt hàng cà phê

Trên thế giới, cà phê đứng vào hạng thứ 2 sau dầu hỏa và nó dẫn đầu tất cả các nôngsản khác, đi trước bông vải, lúa mỳ và thịt, len …

Nhu cầu cà phê trên thế giới ngày càng tăng nhanh do đó giá trị thay đổi rất lớn Ởcộng hòa dân chủ Đức, Thụy Điển cà phê được kể như một nhu yếu phẩm phổ cậptrong mọi tầng lớp nhân dân Cung cấp đủ cà phê cho nhân dân được coi là một côngtác có ý nghĩa chính trị to lớn

Cà phê từ lâu đã được biết đến với công dụng kích thích sự hưng phấn của thần kinhdưới ảnh hưởng của caffein Nhưng có những công hiệu của cà phê còn ít được biếtđến Chẳng hạn như cà phê có tác dụng an thần Người ta đã chứng minh được rằng,nếu đi ngủ trong vòng 15 phút sau khi uống cà phê thì giấc ngủ sẽ sâu hơn, bởi máutrong não được lưu thông tốt hơn Nhưng nếu tiếp tục chần chừ thì tác dụng này sẽmất dần đi, và sau đó thì caffein bắt đầu phát huy hiệu quả, chúng ta sẽ không ngủđược nữa

4 Cấu tạo của quả cà phê

- Lớp vỏ quả : là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của cà phê chè mềmhơn cà phê vối và cà phê mít

- Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè mềm, chứanhiều chất ngọt, dễ xay xát hơn Vỏ cà phê mít cứng và dày hơn

3

- Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và phôi khô gọi là cà phê thóc, vì bao bọcnhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ “trấu” tức là nội bì Vỏ trấucủa cà phê chè mỏng và dễ dập vỡ hơn là cà phê vối và cà phê mít

- Sát cà phê thóc còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc vàđặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rấtmỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến Vỏ cà phê vối có màunâu nhạt Vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê

- Trong cùng là nhân cà phê Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tếbào nhỏ, trong có chứa những chất dầu Phía trong có những tế bào lớn và mềmhơn Một quả cà phê thường có 1,2 hoặc 3 nhân Thông thường thì chỉ có 2nhân

Bảng 1: tỷ lệ các phần cấu tạo của quả cà phê

Các loại vỏ và nhân Cà phê chè (%) Cà phê vối (%)

5 Thành phần hóa học của nhân

Cà phê nhân ở dạng thương phẩm gồm có: nước, chất khoáng, lipit, protit, gluxit.Ngoài ra, còn có những chất mà ta thường gặp trong thực vật là những axit hữu cơ chủyếu là axit clorogenic và các chất ancaloit Ngoài ra, trong nhân cà phê còn có mộtlượng đáng kể Vitamin, các chất bay hơi và cấu tử của mùi thơm Hiện nay người ta

đã tìm ra có tới 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm đặc biệt của cà phê Trong

cà phê chủ yếu là vitamin nhóm B, như B1, B2, B6, B12 và các loại axit hữu cơ tiềncác loại vitamin

Bảng 2: Thành phần hóa học trong 100g nhân cà phê

- Cà phê thóc khô: Là dạng cà phê mà nhân còn bọc một lớp vỏ trấu

- Cà phê nhân: Là dạng cà phê sau khi đã bóc hết các lớp vỏ bên ngoài

- Cà phê vùng gió mùa: Là cà phê nhân thu được từ cà phê không rửa, ở vùngnhiệt đới gió mùa, nên dể bị hút ẩm làm cho nhân nở ra và màu của nhânchuyển thành màu vàng hoặc màu sáng

- Cà phê đánh bóng: Cà phê nhân được chế biến ướt được bóc vỏ lụa bằng tácđộng cơ học làm mặt cà phê bóng và đẹp hơn

- Cà phê rang: Là sản phẩm thu được sau khi rang cà phê nhân

- Cà phê bột: Sản phẩm thu được sau khi nghiền cà phê rang

- Cà phê chiết: Sản phẩm thu được bằng cách dùng nước để chiết các chất hoàtan trong cà phê rang

- Cà phê hoà tan: Sản phẩm khô, có thể hoà tan trong nước được lấy từ cà phêrang bằng phương pháp lý học sử dụng nước để chiết tách

- Cà phê hoà tan dạng bột: Sản phẩm thu được qua quá trình cà phê chiết đượcphun trong không khí nóng sau đó cho bay hơi nước để hình thành bột cà phêkhô

- Cà phê hoà tan dạng cốm: Sản thu được bằng cách kết hợp cà phê hoà tan dạngbột với nhau thành những hạt to

- Cà phê hoà tan làm khô ở nhiệt độ thấp: Cà phê hoà tan thu được sau quá trìnhlàm đông lạnh dung dịch cà phê và trạng thái băng được loại bỏ bằng phươngpháp sấy thăng hoa

- Cà phê khử cafein: Là cà phê thu được sau khi chiết cafein

II Quy trình công nghệ

1 Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê đóng lon

Trích ly Xay

Phối trộn Làm nguội

Tiệt trùng Rót lon

Nước

Bã

Nước Đường Hương liệu

2 Thuyết minh quy trình

2.1.1 Mục đích:

- Rang là một quá trình quan trọng và quyết định chất lượng của dịch cà phê saunày Dưới tác dụng của nhiệt độ các phản ứng hóa học xảy ra tạo màu sắc vàhương vị cho sản phẩm Rang là quá trình gia công nhiệt cho cà phê, sử dụngkhông khí nóng

- Giúp giảm độ ẩm, tiêu diệt vi sinh vật, nấm mốc, bảo quản

- Chuẩn bị: tạo ra các biến đổi có lý hạt cà phê làm cho xay cà phê về sau đượcthực hiện dễ dàng hơn Sau sàn hạt cà phê có độ bền cơ học giảm, độ giòn tănglên

2.1.2 Cách thực hiện:

Cà phê được đưa vào trong thùng sấy, được xáo trộn bởi các cánh đảo trộn để nâng vàđảo trộn đều cà phê Ở giai đoạn này để tăng chất lượng sản phẩm, người ta cho dầuthực vật, bơ, mỡ gà vào cuối quá trình rang để chất béo phủ lên bề mặt hạt một lớpmỏng giữ được hương thơm của hạt Sau khi rang hạt sẽ đen bóng bên trong và cómàu cánh gián, mùi thơm nhẹ

2.1.3 Các biến đổi của nguyên liệu:

- Biến đổi vật lý:

 Nhiệt độ của hạt cà phê tăng cao do tác nhân nhiệt cung cấp

 Các hạt cà phê trương nở làm giảm khối lượng, tỷ trọng

 Có sự thay đổi màu sắc của hạt cà phê do có một số phản ứng tạo màu xảy ra:Mailard, caramel,

 Thay đổi về cấu trúc, biến đổi cơ lý của hạt: giòn hơn, cứng hơn,

 Hàm lượng mẩm sẽ giảm do có sự bốc hơi nước

 Khối lượng vật liệu giảm

- Biến đổi hóa lý: xảy ra hiện tượng bốc hơi nước, các chất dễ bay hơi.

- Biến đổi hóa học

 Ở nhiệt độ cao, protein của hạt cà phê bị biến tính và keo tụ lại

 Tinh bột trong hạt tạo thành dextrin dưới ảnh hưởng của nhiệt độ

9

- Biến đổi hóa sinh và vi sinh: vi sinh vật, enzyme có trong hạt sẽ bị tiêu diệt, vô

hoạt ở nhiệt độ cao

- Biến đổi cảm quan: dưới tác dụng của nhiệt độ cao xảy ra các phản ứng

Mailard và caramen tạo màu và mùi hương cho cà phê

cà phê rang có mùi thơm Vì sau khi rang độ ẩm của nguyên liệu là 0,5 – 1% rất dễ hútcác mùi lạ

2.2.3 Các biến đổi của nguyên liệu

- Biến dổi hóa học: có một số phản ứng phân hủy oxy hóa do nhiệt độ và bề mặt

2.4.2 Cách thực hiện:

Dùng nước nóng từ 80-90 cho vào để trích ly Không dùng nước có nhiệt độ cao hơn

90 vì nhiệt độ cao sẽ khiến những chất không tốt cho sản phẩm cũng bị trích xuất vàtan vào trong dịch cà phê gây ảnh hưởng cho chất lượng của sản phẩm Nước nóngđược bơm từ đáy tháp lên, qua cột cà phê rang trong tháp Tại đây xảy ra hiện tượngtrích ly các chất hòa tan Dung dịch cà phê được thu tại đỉnh tháp Phải lần lượt thaythế bột cà phê ở các tháp sao cho dịch trích ly khi đi qua các tháp chứa bột cà phê sẽ

có lượng chất tan tăng dần Để tránh hiện tượng bột cà phê không được thấm ướt,người ta làm ẩm bột cà phê bằng hơi nước bão hoà trước khi bơm nước vào trích ly.Nồng độ dung dịch cà phê trích ly có thể đạt tới 20 – 22%

2.4.3 Các biến đổi của nguyên liệu

- Biến đổi vật lý và hoá lý: quá trình trích ly có bản chất là một quá trình hoá lý,

trong đó xảy ra hiện tượng khuếch tán của vật chất:

 Sự khuếch tán của nước từ ngoài vào hạt

 Sự khuếch tán của các chất hoà tan từ nguyên liệu vào dung môi

 Pha rắn (các hạt bột cà phê): hạt bột cà phê sẽ hút ẩm, sẽ trở nên dai, mềm vànén được

 Pha lỏng (dịch trích cà phê): tỷ trọng và độ nhớt của dịch trích cà phê sẽ tănglên do nồng độ chất khô trong dịch trích tăng lên theo thời gian

 Sự bay hơi nước làm cuốn theo các hợp chất dễ bay hơi (đặc biệt là các hợpchất tạo hương)

- Biến đổi hóa học

11

 Nồng độ trích ly trong dịch trích sẽ dần tăng lên theo thời gian Nồng độ chấtkhô trong dịch trích cuối cùng có thể đạt đến 20-25% (w/w)

 Ở nhiệt độ cao sẽ làm tổn thất các cấu tử hương, đồng thời diễn ra các phảnứng tạo màu

 Thuỷ phân hợp chất cao phân tử như: cellulose và hemicellulose

 Tất cả những thành phần trong cà phê rang đều được trích ly, ngoại trừcellulose, lignin và 1 số polysaccharide mạch dài Nhiệt độ nước sử dụng càngcao thì mức độ trích ly các chất càng lớn Mức độ của sự trích ly thay đổi từ100% cho acid aliphatic và quinic, 85 – 100% cho alkaloid và acid unchangedchlorogenic, 40 – 100% cho những hợp chất dễ bay hơi, 15 – 20% cho

“protein” và 20 – 25% cho melanoidine và giảm xuống 1 – 5% cho dầu càphê

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng :

- Sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha: đây chính là động lực của quá trình Khi

chênh lệch nồng độ lớn thì hiệu quả trích ly càng cao, thời gian giảm, lượngdung môi giảm

- Tính chất vật liệu (độ xốp, tính thấm nước).

- Thời gian trích ly: thời gian càng dài thì trích ly càng triệt để Nhưng nếu cà

phê tiếp xúc với nước nóng quá lâu thì sẽ có những biến đổi không tốt đến mùi

vị sản phẩm

- Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bột cà phê và nước: diện tích tiếp xúc càng lớn

thì quá trình trích ly càng triệt để nhưng nếu bột cà phê quá mịn thì sẽ khó khăncho quá trình lắng, lọc dịch cà phê

- Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, tốc độ khuếch tán tăng, độ nhớt giảm, các phần tử

chất hòa tan chuyển động dễ dàng hơn Nhưng nhiệt độ quá cao sẽ dẫn tớinhững phản ứng bất lợi cho hương vị, màu sắc của cà phê nên việc tăng nhiệt

độ phải có giới hạn

III Các thiết bị sử dụng trong sản xuất

1 Máy rang thùng quay

Hình 1: máy rang thùng quay

- Nguyên lý hoạt động : cà phê được đem đi cân , sau đó được đưa vào cửa nạp

nguyên liệu Nguyên liệu sau khi được đưa vào trong máy sẽ được làm nóngnhờ bộ phận cấp nhiệt mà nhiên liệu được sử dụng là gas Trong quá trình rang

để khối nguyên liệu tiếp xúc đều với nhiệt thì thùng quay sẽ quay trong dướitác dụng của mô tơ điện gắn liền với trục quay , xung quanh trục quay có gắnnhững cánh khuấy cố định , cánh khuấy này giúp đảo đều nguyên liệu để khốinguyên liệu chin đồng đều hơn Khói sẽ đi ra ngoài ở đường ống khói sau khirang xong công nhân tiến hành lấy sản phẩm ra ở cửa nguyên liệu

2 Băng tải làm nguội

Hình 2: băng tải làm nguội

13

- Nguyên lý hoạt động : Nguyên liệu sau khi xuống băng tải sẽ được đi qua một

trục cánh khuấy , nhờ đó nguyên liệu được tách rời ra dàn đều trên băng , lúcnày hơi ấm sẽ thoát ra mau hơn , giúp sản phẩm khô hơn , ngoài ra trong quátrình di chuyển trên băng tải quạt gió sẽ làm mát khối sản phẩm , giúp cho sảnphẩm không bị biến đổi Đồng thời để các chất khí sinh ra trong quá trình rangthoát ra ngoài

3 Máy xay

hình 3: máy xay cà phê

- Nguyên lý hoạt động : cà phê sau khi ủ xong sẽ được đưa qua máy xay cà phê

qua đường nạp nguyên liệu , sau đó đi vào các đi vào các đĩa quay khi cà phêđược đưa vào không gian giữa hai cưa đĩa nhờ trục vít tải vận chuyển đưa vào ,tại đây cà phê bị va đập vào các răng cưa và bị vỡ ra Cà phê rơi vào vòng rangthứ nhất của đĩa quay bị va đập và đẩy sang vòng thứ hai của đĩa đối diện , quátrình và đập cứ diễn ra như vậy cho đến khi hạt cà phê được rơi qua khỏi lưới

4 Thiết bị trích ly