quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan

Với đề tài này đã giúp tôi hiểu sâu hơn về kỹ thuật chế biến cà phê, khi có điều kiện áp dụng vào thực tế đề tài sẽ rất có ích.Khi có điều kiện áp dụng vào thực tế xây dựng lên nhà máy c

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-o0o -ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ

PHÊ HÒA TAN

GVHD: PHAN VĨNH HƯNGSVTH : LÊ THỊ KIM CHIMSSV : 2205131017

TP.HCM, Ngày 29 tháng 11 năm 2014.

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN

LỜI CẢM ƠN

Sau 4 tuần làm việc nghiêm túc, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo, cùng với sự quan tâm tạo điều kiện của các thầy cô, các bạn sinh viên trong nhà trường, đề tài này về cơ bản đã được hoàn thành Với đề tài này đã giúp tôi hiểu sâu hơn về kỹ thuật chế biến cà phê, khi có điều kiện áp dụng vào thực tế đề tài sẽ rất có ích.

Khi có điều kiện áp dụng vào thực tế xây dựng lên nhà máy có năng suất cao, chất lượng cà phê tốt đạt tiêu chuẩn xuất khẩu, đem lại nguồn ngoại tệ lớn, đồng thời giải quyết được công ăn việc làm cho hàng trăm nhân công, góp phần vào công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước, trở thành một đất nước có nền công nghiệp phát triển

Đề tài này được hoàn thành nhờ sự chỉ dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, qua sự cốgắng của bản thân Tuy nhiên do thời gian có hạn, tài liệu tham khảo ít ỏi và vốn kiến thức còn hạn chế, nên đề tài đã hoàn thành nhưng không tránh khỏi những thiếu sót

Kính mong sự giúp đỡ, chỉ dẫn và đóng góp của các thầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH SÁCH BẢNG 7

DANH SÁCH HÌNH VẼ 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ 10

1.1 PHÂN LOẠI 10

1.1.1 Cà phê chè (ARABICA) 10

1.1.2 Cà phê vối (ROBUSTA) 11

1.1.3 Cà phê mít (CHARI) 11

1.2 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÀ PHÊ 11

1.3 CẤU TẠO QUẢ CÀ PHÊ 12

1.4 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÀ PHÊ NHÂN (Arabica) 12

1.5 TIÊU CHUẨN CÀ PHÊ NHÂN 14

1.5.1 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cà phê của SCAA (The Specialty Coffee Association of America) 14

1.5.2 Cấp bậc cà phê nhân theo SCAA 14

II QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN 15

2.1 LÀM SẠCH 16

2.1.2 Các biến đổi 17

2.1.3 Phương pháp thực hiện 17

2.1.4 Thiết bị 17

2.2 PHỐI TRỘN 17

2.2.1 Mục đích 17

2.2.2 Các biến đổi 17

2.2.3 Phương pháp thực hiện 17

2.2.4 Máy trộn thùng quay 17

2.3 RANG 17

2.3.1 Mục đích 17

2.3.2 Các biến đổi 18

2.3.3 Phương pháp thực hiện 19

2.3.4 Thiết bị rang liên tục 19

2.4 XAY 19

2.4.1 Mục đích 19

2.4.2 Các biến đổi 20

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng: 20

2.4.4 Phương pháp thực hiện 20

2.4.5 Thiết bị 20

2.5 TRÍCH LY 21

2.5.1 Mục đích 21

2.5.2 Các biến đổi 21

2.5.3 Phương pháp thực hiện 22

2.5.5 Thiết bị trích ly bộ lọc 22

2 6 LỌC 23

2.6.1 Mục đích 23

2.6.2 Các biến đổi 23

2.6.3 Phương pháp thực hiện 24

2.6.4 Thiết bị 24

2.7 CÔ ĐẶC BỐC HƠI 24

2.7.1 Mục đích 24

2.7.2 Các biến đổi 24

2.7.3 Phương pháp thực hiện 24

2.7.4 Thiết bị 25

2.8 SẤY PHUN 26

2.8.1 Mục đích 26

2.8.2 Các biến đổi 26

2.8.3 Phương pháp thực hiện 27

2.8.4 Thiết bị 28

2.9 TẠO HẠT (Agglomeration) 30

2.9.1 Mục đích 30

2.9.2 Các biến đổi 30

2.9.3 Phương pháp thực hiện 31

2.9.4 Thiết bị 31

2.10 BAO GÓI 31

2.10.1 Mục đích 31

2.10.2 Các biến đổi 31

2.10.3 Phương pháp thực hiện 31

2.10.4 Vật liệu bao bì 32

2.10.5 Thiết bị 32

III SẢN PHẨM CÀ PHÊ HÒA TAN 32

3.1 Những thay đổi của hương cà phê trong quá trình chế biến 32

3.2 Các chất tạo nên hương vị cà phê 33

3.3 Chất lượng của cà phê hoà tan 36

V CÂN BẰNG NGUYÊN LIỆU 37

VI TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG CÀ PHÊ HÒA TAN 40

VI THU HỒI HƯƠNG 41

VII PHỤ LỤC 42

VII KẾT LUẬN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Tỷ lệ các thành phần cấu tạo hạt cà phê (%theo quả tươi)

Bảng 2: Bảng thành phần hóa học cà phê nhân

Bảng 3: Những khuyết tật cấp I

Bảng 4: Những khuyết tật cấp II

Bảng5 : Những thay đổi của hương cà phê trong quá trình chế biến:

Bảng 6: Đặc điểm kỹ thuật của cà phê hòa tan

Bảng 7: Tỷ lệ hao hụt qua các công đoạn

Bảng 8: Chỉ tiêu chất lượng cà phê hòa tan

Bảng 9:Yêu cầu về thành phần

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1: Một số sản phẩm cà phê hòa tan trên thị trường

Hình 2: Quả cà phê

Hình 3:Quy trình sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân

Hình 5: Cấu tạo thiết bị xay cà phê

Hình 4: Thiết bị trích ly

Hình 7: Nguyên lý hoạt động của thiết bị bốc hơi dạng màng rơiHình 8: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy phun

Hình 9: Cấu tạo đầu phun ly tâm

Hình10: Cấu tạo đầu ly tâm

Hình 11: Thiết bị sấy phun hiệu

Hình 12: Thiết bị tạo hạt

Hình 13: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị bao gói cà phê hoà tanHình 14: Cấu tạo quả cà phê

Hình 15: Sự thay đổi màu sắc của quả cà phê theo độ chín

Hình 16: Một loại cà phê nhân có nguồn gốc từ vùng Trung MỹHình 17: Nhiệt độ của hạt cà phê đạt 93÷121oC

Hình 18: Nhiệt độ bên trong hạt cà phê đạt 124÷149oC

Hình 19: Nhiệt độ bên trong hạt cà phê đạt 180oC

Hình 20: Nhiệt độ bên trong hạt cà phê đạt 204÷213oC

Hình 21: Nhiệt độ bên trong hạt cà phê đạt 213÷218oC

Hình 22: Nhiệt độ 221 ÷ 230oC

Hình 23: Nhiệt độ 232 ÷ 241oC

LỜI NÓI ĐẦU

Cà phê là một đặc sản của các nước vùng nhiệt đới, là sản phẩm được buôn bánnhiều trên thế giới, đối với nước ta cà phê cũng chiếm một phần quan trọng trong cácmặt hàng xuất khẩu có giá trị Hơn nữa, do mặt hàng cà phê đã đang và sẽ tăng cườngphát triển nhiều là một đặc sản quý giá của vùng nhiệt đới Việc tiêu thụ cà phê trên thếgiới cũng ngày càng tăng, nhất là ở Châu Âu, tập quán uống cà phê đã gắn liền vớiphong tục xã hội và mức sinh hoạt vật chất Mặt hàng cà phê trong những năm qua đãmang lại lợi ích to lớn đóng góp một tầm quan trọng trong sự nghiệp xây dựng đấtnước

Nước ta có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triển loại cây cao cấp này, nhiều vùngđất đỏ rất thích hợp để trồng cà phê như các cao nguyên: Gia Lai, Kon Tum, Daklak,

Di Linh…

Do tập quán uống cà phê có từ lâu đời nên đối với nhiều người cà phê trở thành thứcuống thường nhật, điều này có lẽ do hương vị đặc biệt của cà phê và tác dụng chủ yếucủa nó

Cà phê là một loại thức uống kích thích thần kinh, gây hoạt động minh mẫn cho trí

óc và thông qua sự kích động hệ thần kinh, tăng cường sự hoạt động của các bộ máykhác trong cơ thể như trợ tim, xúc tiến sự tuần hoàn của máu, nâng cao sinh lực chốngmệt mỏi cho cơ thể người Trong cà phê hoạt chất chủ yếu là cafein, hàm lượng của nótrong cà phê từ 1-3%, cafein là một chất độc vì vậy uống nhiều cà phê sẽ sinh ra táobón, uống quá nhiều làm thần kinh quá kích thích bị gây rối loạn sau đó có thể dẫn tớisuy nhược Tuy nhiên, cà phê vẫn là thức uống hấp dẫn đối với nhiều người và nhiềulứa tuổi trên thế giới bởi lẽ một tách cà phê ngon thì có đầy đủ hương vị đặc biệt khiếnngười ta thích thú một cách khó tả Với những phương tiện và điều kiện trang thiết bịhiện nay người ta có thể tách được nhiều chất thơm có trong cà phê rang Vì thế, cà phê

là đồ uống ưa chuộng và được đánh giá cao

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều nước trồng cà phê, trong đó 4 nước có diện tíchtrồng cà phê lớn nhất là Brazil có khoảng 3 triệu ha sản lượng đạt 1056000 tấn, chiếmkhoảng 25% sản lượng cà phê trên thế giới (trên thế giới 5244000 tấn), Colombia hiện

có trên 1 triệu ha, sản lượng hàng năm khoảng 750000 tấn, Inđônêxia và Mêxicô códiện tích trên dưới 1 triệu ha

Ở Việt Nam trong những năm gần đây đã tăng nhanh diện tích canh tác và sản lượngthu hoạch cà phê Diện tích năm 1989-1990 đạt 123000 ha và sản lượng đạt 90000 tấn.Đến năm 1998 đạt 350000 ha và sản lượng đạt 400000 tấn.

Mặc dù giá cả cà phê trên thị trường gần đây đã có nhiều biến động nhưng thu nhậpcao và nhanh chóng nên đã thu hút nhiều cơ quan tư nhân và hộ nông dân đầu tư vàongành sản xuất cà phê Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng trong nước vàxuất khẩu, vùng Tây Nguyên rộng lớn đất đai khí hậu thích hợp cho việc phát triển càphê Trong những năm gần nhất nước ta sẽ có hàng vạn tấn cà phê xuất khẩu hàng năm

vì đó là một mặt hàng mà cả thế giới đều ưa thích

Cà phê hòa tan là một loại đồ uống bắt nguồn từ cà phê Cà phê hòa tan xuấthiện trên thị trường vào những năm 1959.Từ đó, Cà phê hòa tan được phát triển nhanhchóng và trở thành loại cà phê phổ biến nhất trên toàn thế giới Gồm các sản phẩm : Càphê hòa tan 3in1 , Cà phê hòa tan có đường 2in1, cà phê sữa hòa tan

Hình 1: Một số sản phẩm cà phê hòa tan trên thị trường.

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ

nó cho hiệu quả trích ly cao hơn và giá thành thấp hơn Arabica

Đặc điểm của Arabica là hiệu quả trích ly thấp hơn, nhưng giá thành thành lại caohơn do được ưa thích và có nhu cầu lớn hơn

Số lượng chủng lại và mùi thơm của cà phê tùy thuộc vào điều kiện trồng vàphương pháp thu hoạch và cách xử lý sau khi thu hoạch trái cà phê, bao gồm cả cáchloại bỏ thịt quả

Những loại cơ bản được đề cập trên đây đại diện cho khoản 50 loại cà phê thường được sử dụng hiện nay Trên thế giới hiện nay người ta thường trồng các loại sau: Giống Arabica, Robusta, Chari

Hình 2 : Quả cà phê.

1.1.1 Cà phê chè (ARABICA):

Nguồn gốc: cao nguyên Jimma (Ethiopia) Gồm nhiều chủng như: Tipica,Bourbon, Moka, Catuai, Catimor,…

Chiếm 70% sản lượng cà phê thế giới

Đây là loại cà phê được trồng lâu đời nhất và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giớivới hương vị thơm ngon, dịu, hàm lượng caffeine trong hạt trung bình 1,3%

Đặc điểm thực vật học: Cây thuộc dạng bụi, thân cao 3 – 4m, cành đối xứng,mềm rũ xuống Lá mọc đối xứng, hình tứng dài, đầu nhọn, rìa lá xoăn, màu xanh đậm.Quả cà phê thuộc loại quả thịt, hình trứng, khi chín có màu đỏ tươi (chủng Caturraamrello cho quả màu vàng) Hạt cà phê hình tròn dẹp, có màu xanh xám, hoặc xámxanh,xanh lục xanh cốm, tùy theo giống và điều kiện bảo quản, chế biến Cà phêArabica có đặc tính tự thụ phấn nên có độ thuần chủng cao hơn các loại cà phê khác Cây ưa mát và hơi lạnh, phạm vi thích hợp 18 – 25oC, thích hợp nhất là từ 10 – 20oC.Các nước trồng cà phê có chất lượng tốt như: Brazil, Kenya, Tanzania, Etiopia,Columbia…

Các chủng cà phê Arabica một số nước nổi tiếng về cà phê Arabica: Arabicaculta, Nacional (Brazil), Java (Indonesia), Arabigo (Trung Mỹ), Tipica roja(Columbia),…

1.1.2 Cà phê vối (ROBUSTA):

Nguồn gốc: lưu vực sông Công-gô, miền núi vùng xích đạo và nhiệt đới TâyPhi

Chiếm 30% tổng lượng cà phê

Tên thương mại “Robusta” nhằm chỉ chung cho cà phê canephora

Đặc điểm thực vật học: cây có 1 hoặc nhiều thân, thân cao khoản 8-12m Lá cóhình trứng hoặc là hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến lá gợn sóng mạnh Quả hình trònhoặc hình trứng, núm quả nhỏ,trên quả thường có nhiều vân dọc, quả chín đỏ hoặchồng kích thước hạt nhỏ hơn cà phê Arabca, hạt có dạng hình tròn, dày, màu xanhbạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy chủng loại và cách chế biến Tỷ lệ khối lượng nhâncao hơn cà phê Arabica Cà phê Robusta không tự thụ phấn được, điều này dẫn đến sự

đa dạng ở vườn cà phê vối trồng bằng hạt Cây thích hợp với khí hậu nóng ẩm, nhiệt

độ 24 - 26oC

Hàm lượng caffeine trong hạt chiếm 1,97 ÷ 3,06% (cao nhất trong 3 loại cà phê)

Cà phê Robusta được trồng nhiều ở vùng trung hải Ivory, Tây Phi, Cameroon,Uganda, Angola và các nước Châu Á

ưa chuộng

Hàm lượng caffeine trong hạt 1,02 ÷ 1,15%

1.2 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÀ PHÊ

đến mùi vị và màu sắc của cà phê

Ví dụ: Cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt khỏe, sản lượng cao, phẩm chất cà phêtốt còn có hương vị đậm đà, hậu vị thơm ngon hơn cà phê trồng trên loại đất khác.

trồng cà phê rất quan trọng Người trồng cà phê quyết định nên chất lượng cà phê Cácchế độ chăm sóc gồm có:

 Tủ gốc cây cà phê

 Đánh nhánh tạo hình cây

 Phân bón đúng kỳ, đúng lượng cần thiết

 Số lượng và loại cây bóng mát cho từng loại cà phê

 Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê

Chăm sóc cây tốt sẽ ảnh hưởng lớn đến sản lượng cà phê, độ chắc mẩy của hạt,chất dinh dưỡng trong cây đầy

và xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở thấp

xuất cà phê hòa tan nhưng hương vị cà phê Arabica lại được ưa chuộng nhiều hơn

1.3 CẤU TẠO QUẢ CÀ PHÊ

Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng,mềm mỏng, có màu xanh hoăc đỏ

Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất ngọt

dễ xay xát hơn

Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân.

Vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy

thuộc loại cà phê

Nhân cà phê: nằm trong cùng Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ,

trong chứa dầu Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn, một quả cà phê thường

có 1,2 hoặc 3 nhân

Bảng 1: Tỷ lệ các thành phần cấu tạo hạt cà phê (%theo quả tươi):

1.4 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÀ PHÊ NHÂN (Arabica)

Thành phần hóa học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độchín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến, bảo quản

oNước:

Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết Khi hàmlượng nước cao hơn, các loại nấm mốc sẽ phát triển mạnh làm hỏng hạt,làm tăng thểtích bảo quản kho, khó khăn cho quá trình rang, tốn nhiều nhiên liệu, nhất là tổn thấthương cà phê Hàm lượng nước sau khi rang còn 2,7%

oChất khoáng:

Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3- 5%, chủ yếu là kali, nitơ, magie,photpho, clo Ngoài ra còn có thấy nhôm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh…Những chất nàyảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chấtkhoáng càng thấp và ngược lại

oGlucid:

Chiếm khoản ½ tổng số cất khô, đại bộ phận không tham gia và thành phần nướcuống mà chỉ cho màu và vị caramel Đường có trong cà phê do trong quá trình thủyphân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme thủy Hàm lượng saccharose có trong càphê phụ thuộc vào mức độ chín: quả càng chín thì hàm lượng saccharose càng cao Hạt

cà phê còn chứa nhiều polysaccharide nhưng phần lớn bị loại ra ngoài sau quá trìnhtrích ly (bã)

oProtein:

Hàm lượng cà phê trong cà phê không cao nhưng nó đóng vai trò quan trọng trongviệc hình thành hương vị sản phẩm Thành phần protein của cà phê có những acidamin: cysteine, alanie, phenylalanine, histidine, leucine, lysine… Các acid amin này ítthấy ở dạng tự do, chúng thường ở dạng liên kết Khi gia nhiệt, các mạch polpeptide bịphân cắt, các acid amin được giải phóng tiếp tục tham gia các phản ứng maillard,caramel tạo mùi vị cho cà phê rang.Trong số các acid amin kể trên đáng chú ý nhất lànhững acid amin có chứa lưu huỳnh cysteine, methionine và proline, chúng góp phầntạo nên hương đặc trưng của cà phê sau khi rang Đặc biệt, methionin và proline có tácdụng làm giảm tốc độ oxi hóa các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khibảo quản Trong quá trình chế biến chỉ có 1 phần protein bị phân giải hành acid amin,phần lớn bị biến thành hợp chất không tan

oLipid:

Hạt cà phê chứa lượng lipid khá lớn (10-13%) Lipid trong cà phê gồm chủ yếudầu và sáp Trong đó sáp chiếm 7 -8 %, còn dầu chiếm 90% Trong quá trình chế biến,lipid bị biến đổi, song 1 phần acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độcao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không bị biến đổi là dung môi tốthòa tan các chất thơm Khi pha cà phê thì chỉ 1 lượng nhỏ lipid đi vào nước còn phầnlớn lưu lại trên bã

Trigonelline (acid metyl betanicotic: C7H7NO2) là alcanoid không có hoạt tínhsinh lý, ít tan trong rượu etylic, không tan trong cloroform và ete, tan nhiều trong nướcnóng, nhiệt độ nóng chảy là 218oC Dưới tác dụng của nhiệt độ cao trigonelline bị thủyphân tạo thành acid nicotic (tiền vitamin PP) Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy trong

cà phê nhân không có acid nicotic nhưng nó được hình thành trong quá trình gia nhiệttrong đó sự nhiệt phân trigonelline giữ vị trí quan trọng

oChất thơm:

Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt

Sự tích lũy chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như đất đai, khí hậu và nhất là chủng loại

cà phê Mặt khác nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá trình rang Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid, aldehide, cetone, rượu, phenol, este Trong quá trình rang, các chất thơm thoát ra ban đầu có mùi hắc sau chuyển thành

mùi thơm Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm nên cần đựng trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh.

Bảng 2: Bảng thành phần hóa học cà phê nhân:

hóa học

Đơn vị mg/100g

9 - 160,8 - 2

2 - 8

1 - 32

8 - 915

5 - 230,85

5 - 10

10 - 202042,5 - 4,5

CaPFeNaMn

Rb, Cu, F

85 – 100

130 - 150

3 - 104

1 - 45Vết

1.5 TIÊU CHUẨN CÀ PHÊ NHÂN

Đây là tiêu chuẩn của công ty xuất nhập khẩu Daklak - Inexim Daklak cho cà phênhân sống chất lượng cao:

 Độ ẩm: 12,5% max

 Đen, vỡ: 0%  3% max

 Tạp chất: 0%  0,5% max

 Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807: 2001

 Màu sắc, mùi vị tự nhiên

 Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ…

 Theo tiêu chuẩn TCVN 4193:2001: 90 lỗi max/300gr

1.5.1 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cà phê của SCAA (The Specialty Coffee Association of America):

Tiêu chuẩn phân cấp cà phê nhân của SCAA tốt hơn các hệ thống phân cấp khác

vì nó đã định ra được mối liên hệ giữa các khuyết tật của hạt với chất lượng cà phê pha.Tuy nhiên phương pháp này đã bỏ qua một ít các khuyết tật quan trọng có thể có trongnguyên liệu

Trong phương pháp người lấy 300g mẫu cà phê và phân tích theo các tiêu chuẩn

về khuyết tật theo bảng 3, bảng 4 và phân cấp theo các tiêu chuẩn dưới Dùng 100g càphê sàng qua lỗ 14, 15, 16,17 và 18 rồi tính phần trăm khối lượng cà phê trên mỗi sàng

Vì việc phân tích 300g tốn thời gian hơn nên thông thường chỉ tiến hành phân tích bằngsàng với 100g mẫu Trường hợp cà phê chất lượng cao, chỉ có ít khuyết tật thì mới phântích khuyết tật 300g mẫu Nếu cà phê chất lượng thấp, nhiều khuyết tật thì phân tích với100g mẫu là đủ ( cũng áp dụng cho cà phê hạng 4 và hạng 5) Sau đó cà phê được đem

đi rang và đánh giá cảm quan để xác định các tính chất cảm quan của cà phê

1.5.2 Cấp bậc cà phê nhân theo SCAA:

phê Không được phép có khuyết tật cấp I Chỉ được phép có tối đa 5% khối lượng càphê không đúng kích thước Phải có ít nhất 1 tính chất đặc trưng về chất lượng, mùi vị,tính acid Hoàn toàn không có hạt hỏng, bị sâu và không được phép có hạt thứ phẩm.Hàm ẩm trong khoản 9 – 13%

phê Được phép có những khuyết tật cấp 1 Chỉ cho phép có tối đa 5% khối lượng càphê không đúng kích thước Phải có ít nhất 1 tính chất đặc trưng về chất lượng, mùi vị,tính acid Hoàn toàn không có hạt hư hỏng và được phép có 3 hạt thứ phẩm Hàm ẩmtrong khoản 9 – 13%

có 50% khối lượng trên sàng 15 và có ít hơn 5% khối lượng dưới sàng 14 Không cóbiểu hiện hỏng (mùi vị lạ) trong nước cà phê và chỉ có tối đa 5 hạt thứ phẩm Hàm ẩmtrong khoảng 9 – 13%

II QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN

Cà phê hòa tan là một trong những loại nước uống bắt nguồn từ cà phê Nó xuấthiện đầu tiên trên thị trường vào những năm 50 của thế kỷ 20 Từ đó, công nghiệp sảnxuất cà phê hòa tan đã phát triển rất mạnh và trở thành một trong những loại thức uống

phổ biến nhất của cà phê được hàng triệu người trên thế giới ưa chuộng vì sự tiện lợi và

dễ dàng sử dụng nhưng quy trình sản xuất phức tạp đòi hỏi chi phí cao

Cà phê nhânLàm sạch

Phối trộn

LọcTrích lyXayLàm nguộiRang

Tạo hạtSấy phun

Hình 3 :Quy trình sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân

Để làm sạch tốt nguyên liệu ta tiến hành theo 4 bước:

 Phân loại theo kích thước: tách các tạp chất có kích thước khác với kích

thước của cà phê nhân

 Phân loại bằng khí động: tách các tạp chất nhẹ.

 Phân loại theo từ tính: tách kim loại.

 Phân loại theo tính chất bề mặt: tách các tạp chất như đá, sỏi…do có ma

sát lớn

2.1.4 Thiết bị:

Nguyên liệu sau khi vào thiết bị được dẫn qua máy sàng 2 tầng Tại đây các tạpchất có kích thước nhỏ hơn và các tạp chất có kích thước lớn hơn cà phê nhân đượctách ra Sau đó, nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất nhẹ lẫn trong cà phê sẽ được hút rangoài

Từ đây, nguyên liệu được dẫn qua bộ phận nam châm quay để tách kim loại.Cuối cùng, nguyên liệu đi qua máy tách đá và thoát ra ngoài

2.2 PHỐI TRỘN

2.2.1 Mục đích:

Chuẩn bị: phối trộn nhiều loại cà phê khác nhau về nguồn gốc để:

 Tạo nên hương vị mới do sự phối hợp hương vị cũ nhiều loại cà phê

 Hạ giá hành sản phẩm bằng cách tận dụng những loại cà phê chất lượngthấp (đối với những loại cà phê chất lượng cao thì không có giai đoạn này)

 Giảm sự phụ thuộc của sản xuất vào sản lượng từng mùa vụ

2.2.2 Các biến đổi:

Trong giai đoạn này các biến đổi trong từng hạt cà phê nhân hầu như không xảy

ra, chỉ có sự phân bố đồng đều các hạt cà phê trong toàn khối

2.3 RANG

 Bản chất :

Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê tại nhiệt độ cao từ 190oC ÷ 240oC

nhằm đạt được các biến đổi mong muốn về màu sắc và hương vị.

2.3.1 Mục đích:

Chế biến: xảy ra các phản ứng hóa học, các biến đổi làm dậy lên hương vị của cà phê.Chuẩn bị: thuận lợi cho việc trích ly các hợp chất hòa tan và hợp chất hương dễ bayhơi

2.3.2 Các biến đổi:

Vật lý:

 Giảm khối lượng do thoát ẩm

 Hạt cà phê phồng lên, tăng thể tích từng hạt cùng như thể tích của toàn khốihạt Do đó khối lượng riêng cuả hạt và khối lượng riêng tự nhiên (khối lượng riêngxốp) của toàn khối hạt giảm Sự giảm khối lượng riêng này phụ thuộc vào mức độ rang

và tốc độ rang

Hóa học:

 Các phản ứng tạo CO2, CO, N2 (đặc biệt là CO2) Quá trình rang cà phê sẽgiải phóng ra CO2, lượng CO2 này phụ thuộc vào mức độ rang, sự đảo trộn và cảphương pháp xác định tuy nhiên không phải tất cả các lượng CO2 sinh ra đều thoát rangoài mà còn một lượng bị giữ lại trong đống hạt Khối hạt cà phê sau khi rang có thểlưu lại 2 – 5ml CO2/g thậm chí đến 10ml CO2/g (chiếm khoảng 0,4 – 1% trọng lượngkhối hạt), (xác định ở 20oC, 760mmHg) Lượng CO2 này sẽ từ từ thoát ra khỏi khối hạt

Áp suất gây bởi lượng CO2 lưu lại trong khối hạt có thể tính theo công thức:

 Chất hòa tan: tăng theo mức độ rang

 Tổn thất chất hòa tan cũng tăng theo mức độ rang

 Các phản ứng tạo hương, tạo màu: maillard, caramel…

 Giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: phenol, pyrazine, furfurylalcohol, acetic acid, cyclopentanol

 Protein bị phân hủy một phần hay toàn phần do nhiệt, hàm lượng cafeincũng bị biến đổi

 Trong quá trình rang, trigoneline sẽ mất đi một lượng lớn tạo thành các sảnphẩm gồm Nicotinic (niacin), Nicotiamide và các chất thơm dễ bay hơi như là Pyridine

và Pyrol

Nhiệt độ cao khi rang, đặc biệt là khi sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặtkim loại nóng, sẽ gây ra những phản ứng hóa học không mong muốn, nhất là ở bề mặt

cà phê (bề mặt cà phê có thành phần khác với phía trong nhân)

Ví dụ: Quá trình than hóa

Hóa lý:

Sự bay hơi nước một phần do nhiệt độ cao (lượng hơi nước thoát ra gồm cólượng nước ở bản thân hạt cà phê và nước sinh ra trong các phản ứng).Các cấu tửhương tạo thành bị bay hơi 1 phần

cà phê càng bóng.

 Yếu tố ảnh hưởng: Nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian, thiết bị do đó tùy theo

sở thích của người uống mà ta chọn các thông số rang phù hợp

2.3.3 Phương pháp thực hiện:

 Quá trình rang được thực hiện ở áp suất thường

 Tác nhân cung cấp nhiệt cho quá trình rang: không khí, bề mặt kim loạinóng hay các tia bức xạ Hiện nay, không khí nóng được sử dụng phổ biến hơn, bề mặtkim loại chỉ được dùng như tác nhân phụ bổ sung cho không khí nóng

 Trong thiết bị rang có bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh (đôi khibằng phương pháp phun nước, rượu hoặc nước đường 2% trực tiếp vào khu vực rang)nhằm hạ nhiệt độ khối cà phê xuống nhanh sau khi đã đạt được mức độ rang cần thiết

 Tùy theo mức độ thay đổi của hạt cà phê về màu sắc, sự thay đổi hương vị,hao tổn khối lượng và các biến đổi hóa học bên trong cà phê nhân, người ta phân chiaquá trình rang ra làm 3 loại: rang nhẹ (light), rang vừa (medium), rang “sâu” (dark), đôikhi còn phân ra loại “very dark”

Ngoài ra, người ta còn có thể phân loại quá trình rang theo thời gian rang:

 Rang nhanh: vài phút.

 Rang thông thường: khoảng 12 – 15 phút.

Theo nguyên lý hoạt động của thiết bị, quá trình rang có 2 loại:

 Rang gián đoạn: thiết bị dạng tang trống đặt nằm ngang hay

đặt đứng có cánh khuấy, thiết bị dạng chảo quay đặt đứng thường có thời gian rangdài (12 – 15 phút hay có thể hơn) và nhiệt độ cao (có thể lên đến 450oC)

 Rang liên tục: thiết bị dạng tang trống đặt nằm ngang (thời

gian rang ngắn hơn (có thể chỉ trong 3 – 6 phút) và nhiệt độ thấp hơn (khoảng 250oC)

2.3.4 Thiết bị rang liên tục:

 Bộ phận rang: dạng tang trống được đục lỗ, có năng suất 3000 lb/h, tốc độquay 2 – 7 rpm tùy thuộc vào thời gian lưu của nhân cà phê Bên trong hình trụ có cáctấm dạng xoắn ốc ngăn tang trống ra thành các khu vực chứa cà phê

 Bộ phận làm nguội: dạng tang trống được đục lỗ, ngăn cách với bộ phậnrang bằng một đĩa đặt ở tâm hình trụ

 Thời gian lưu: khoảng 7 phút ứng với tốc độ quay lớn nhất của bộ phânrang, trong đó 5 phút là ở bộ phận rang, còn lại là ở bộ phận làm nguội

 Nhiệt độ khí nóng: khoảng 250oC (500oF) (thấp hơn hẳn so với rang giánđoạn do sử dụng hệ thống tuần hoàn khí và sử dụng lượng không khí lớn)

Theo từng loại riêng biệt đã phân loại trong trống rang

 Nhiệt độ rang: 150-180 oC

 Khối lượng rang: 45kg/mẻ

 Thời gian rang: 10-15 phút

 Để giữ hương vị của cà phê, khi kết thúc một mẻ rang bơm vào khoảng 0,5 lít nước đường 2%

 Cà phê sau khi rang có độ ẩm khoảng 2% có màu hạt dẻ, hươngthơm, vị không chua

2.4 XAY

 Bản chất :

Xay là quá trình làm vỡ hạt cà phê thành những hạt nhỏ, mịn theo yêu cầu đểđưa vào quá trình trích ly

 Sự giảm kích thước hạt của cà phê từ hạt rắn sang dạng bột rắn khô.

 Giảm khối lượng toàn hạt và tăng khối lượng riêng xốp do khí cacbonic,hơi nước và các chất dễ bay hơi tạo thành từ giai đoạn rang tiếp tục được giải phóng

 Sự gia tăng nhiệt độ do ma sát

 Sự tách tiếp tục lớp vỏ còn chưa được tách ra trong quá trình rang

 Bản chất của hạt: độ cứng, độ giòn, độ ẩm, hình dạng, kích thước

 Điều kiện: Nhiệt độ, cấu tạo thiết bị…

 Mức độ rang

2.4.4 Phương pháp thực hiện:

 Hạt cà phê sau khi rang cần lực cắt hơn là lực xé hay lực ép, do đó thiết bịxay thường sử dụng là các con lăn có răng cưa để cắt với nhiều kiểu dáng khác nhau.Ngoài ra còn có nhiều loại thiết bị khác để tạo cà phê hạt mịn hay cà phê dạng bông(thường có lợi cho quá trình ủ sau này)

 Hạt cà phê sau khi xay không nên còn quá thô vì thời gian trích ly bằngnước các chất rắn hòa tan và các cấu tử dễ bay hơi sẽ lớn, nhưng cũng không nên quámịn có thể làm nghẹt lọc

 Trong khi xay nên thêm một ít nước (bằng cách phun ẩm) để tạo thuận lợicho quá trình trích ly bằng nước sau này (7%)

 Người ta có thể sử dụng phương pháp xay lạnh đông, hạt cà phê sẽ đượcxay mịn hơn và lượng cấu tử hương thất thoát sẽ giảm xuống (trong quá trình xay ởnhiệt độ thường, sự ma sát sẽ làm tăng nhiệt độ cà phê)

 Khí thoát ra có thể được thu hồi và sử dụng ở các giai đọan sản xuất sau vàtrong quá trình bao gói

2.4.5 Thiết bị:

 Thiết bị xay trong công nghiệp được thiết kế gồm nhiều con lăn có tốc độquay khác nhau

 Trên bề mặt các con lăn có các rãnh răng cưa: Trên bề mặt các con lăn tốc

độ cao có các răng cưa hình chữ U nằm nghiêng, còn trên bề mặt các con lăn tốc độthấp có các răng cưa hình chữ U thẳng đứng

 Hai con lăn với tốc độ quay khác nhau sẽ tạo thành một cặp, giữa mỗi cặp

sẽ có một khoảng cách thích hợp với mức độ nghiền.Đi từ trên xuống dưới, mức độnghiền sẽ đi từ thô sang tinh hơn

Hình 4: Cấu tạo thiết bị xay cà phê.

 Thông số công nghệ:

Kích thước của bột cà phê ảnh hưởng đến quá trình trích ly do ảnh hưởng đến độgiảm áp của dòng nước khi đi qua thiết bị trích ly Để quá trình trích ly dễ dàng, bột càphê có đường kính khoảng 1000 ÷2000μm (qua rây 8 mesh và trên rây 20 mesh).m (qua rây 8 mesh và trên rây 20 mesh)

2.5 TRÍCH LY

 Bản chất:

Trong sản xuất cà phê hòa tan, người ta sử dụng quá trình trích ly lỏng – rắn.Đây là quá trình tách các chất hòa tan trong bột cà phê bằng nước nóng nhờ sự khuếchtán cửa các chất dễ hòa tan giữa hai pha Động lực của quá trình là sự chênh lệch nồng

độ chất hòa tan giữa hai pha Quá trình được thực hiện cho đến khi đạt được sự cânbằng nồng độ giữa pha trích và pha raffinate

 Có sự chuyển pha của các chất rắn hòa tan trong cà phê thành lỏng

 Có sự thất thoát các cấu tử mùi

 Một phần protein bị kết tủa do biến tính bất thuận nghịch

Hóa học:

 Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong hai pha

 Phản ứng phân hủy của một số chất nhất là các chất mùi là các rượu, ester,ceton… không bền

 Phản ứng tạo màu

 Sự thủy phân một số chất (đường, protein, hemicellulose) Cắt nhữngpolysaccharide mạch dài thành những polymer mạch ngắn có khả năng hòa tan

 Sự giải phóng của một vài thành phần được giữ bởi thành tế bào, ngay cảnhững liên kết hóa trị, có lẽ cũng diễn ra, như là một số arabinogalactan

 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 càng cao thìmức độ trích ly các chất càng lớn

 Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa

 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 vịsản phẩm

 Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bột cà phê và nước: Diện tích tiếp xúc cànglón thì quá trình trích ly càng triệt để nhưng nếu bột cà phê quá mịn thì sẽ khó khăn choquá 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 tới nhữngphản ứng bất lợi cho hương vị, màu sắc của cà phê nên việc tăng nhiệt độ phải có giớihạn

2.5.3 Phương pháp thực hiện:

 Nguyên tắc:

 Cho dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê trong thiết bị, các chất hòa tan

sẽ tan vào nước và được tách ra để đưa tiếp vào giai đoạn sau, bã cà phê được sấy khô

 Trích ly có thể được thực hiện trong một hay nhiều bậc, nước và cà phêchuyển động ngược chiều hay xuôi chiều, gián đoạn hay liên tục

2.5.5 Thiết bị trích ly bộ lọc:

Thiết bị trích ly gián đoạn, ngược chiều, nhiều bậc: một bộ 5-8 bình ngâm chiết Đây là phương pháp phổ biến nhất Hệ thống gồm khoảng 5-8 bình nối tiếp nhau, giữa các bình có thiết bị gia nhiệt để giữ nhiệt độ của nước theo yêu cầu