tiểu luận cà phê hòa tan

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Sơ lược về cà phê 1 1.2. Một số loại cà phê hạt 1 1.3. Cà phê hòa tan 2 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN 3 2.1. Quy trình sản xuất 3 2.2. Thuyết minh quy trình 4 2.2.1. Làm sạch 4 2.2.2. Phối trộn 5 2.2.3. Rang 6 2.2.4. Nghiền 9 2.2.5. Trích ly 11 2.2.6. Trích ly 12 2.2.7. Xử lí dịch chiết 13 2.2.8. Tách hương 13 2.2.9. Cô đăc bốc hơi 14 2.2.10. Sấy phun 15 2.2.11. Tạo hạt (Agglomeration) 17 2.2.12. Phối trộn 18 2.2.13. Bao gói 18 2.3. Các loại bao bì 19 2.3.1. Bao bì tiêu dùng 19 2.3.2. Bao bì trung gian 23 2.3.3. Bao bì vận chuyển 23

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Sơ lược về cà phê

Cà phê có nguồn gốc từ ethiopia

Cà phê được du nhập vào Việt Nam vào những năm cuối thế kỷ 19 nhờ những nhà truyền giáo người Pháp

1.2 Một số loại cà phê hạt

Hình 1.1: Cà phêCác loại giống cây cà phê: Gồm 3 loại chính

Cà phê chè (Arabica): Có chất lượng cao nhất, thơm ngon nổi tiếng, hương

vị dịu, hàm lượng cafein là ± 1,2% Hiện nay cà phê chè chiếm 70% diện tích và khoảng 75% tổng sản lượng buôn bán hàng năm trên thế giới

Cà phê vối (Robusta hay còn co tên là coffea canephora): Hương vị kém hơn cà phê chè, vị đậm, hàm lượng cafein khoảng 2,5% Cà phê vối chiếm khoảng 25% tổng diện tích và sản lượng trên toàn thế giới và giá bán trên thị trường thấp hơn cà phê chè

Cà phê mít (Liberia hay còn có tên là coffea excelsa): Ít hương thơm có vị chua, chất lượng nước uống ít được ưa chuộng, hàm lượng cafein khoảng 1% Do chất lượng kém và có giá trị thương mại thấp nên cà phê mít được trồng rất ít

 Đặc điểm của cà phê Việt Nam

Các giống cà phê hiện đang có tại Việt Nam là: Robusta, Arabica, Cherry, Culi, Euro

Nhưng giống cà phê được trồng nhiều nhất là Robusta Do giống cà phê này rất thích hợp với điều kiện khí hậu và thổ nhưởng ở Việt Nam, sản lượng chiếm đến 90-95% tổng sản lượng cà phê của cả nước.

Một số điểm trồng cà phê chủ yếu của cả nước là: Đăclak, Lâm Đồng, Đồng Nai, Gia Lai, Kontum

1.3 Cà phê hòa tan

Cà phê hòa tan hay cà phê uống liền (instant coffee) là một loại đồ uống bắt nguồn từ cà phê dưới dạng bột cà phê và đã được nêm nếm sẵn theo khẩu vị và được chế biến bằng phương pháp rang xay sấy khô Cà phê hòa tan được sử dụng ngay bằng cách chế với nước sôi và khuấy đều là có thể sử dụng Loại cà phê này rất tiện sử dụng, có thể bảo quản được lâu và dễ sử dụng Ngoài ra, Cà phê đen hòa tan có tác dụng rất tốt cho việc giảm béo

Cà phê hòa tan xuất hiện trên thị trường vào những năm 1950 và đã phát triển nhanh chóng và trở thành một trong những loại hình cà phê phổ biến nhất Tính trên bình diện toàn cầu, cà phê hòa tan luôn tạo ra một mức doanh thu ổn định trên 20 tỷ USD, giá trị này tương đương so với doanh thu của các chuỗi quán café

Trước những năm 2000 thị trường cà phê hoà tan ở Việt Nam còn khá nghèo nàn về chủng loại sản phẩm và ít được nhà đầu tư quan tâm, nay thị trường này đã chiếm đến 1/3 tỷ trọng sản lượng cà phê được tiêu thụ Đi cùng với sự tăng trưởng này là những cuộc chiến gay gắt giữa các thương hiệu cà phê hoà tan Theo một kết quả khảo sát hiện VinaCafe vẫn đang là thương hiệu dẫn đầu thị trường cà phê hoà tan, chiếm khoảng 45% thị phần, tiếp theo là NesCafe với 38%

và G7 khoảng 10% còn lại là các nhãn hàng khác Ba thương hiệu cà phê hòa tan hàng đầu Việt Nam hiện nay là Vinacafé của Công ty cổ phần Cà phê Biên Hòa, Nescafé của tập đoàn thực phẩm số 1 thế giới Nestlé và G7 của Cty TNHH Trung Nguyên

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN2.1 Quy trình sản xuất

Sản phẩm

Xử lí dịch chiếtTách hươngTrích ly

Cà phê nhânRang Xay Làm sạchBao góiPhối trộn

Cô đặc bốc hơiTạo hạtSấy phun Bã

2.2 Thuyết minh quy trình

2.2.1 Làm sạch

2.2.1.1 Mục đích

Cà phê nhân nguyên liệu khi được đưa đến nhà máy sản xuất có thể bị lẫn các loại tạp chất Thành phần tạp chất thường là lá, vỏ cà phê còn sót lại, đá, cát, có thể lẫn cả kim loại do quá trình đóng gói, vận chuyển Các loại tạp chất này có thể làm hỏng thiết bị trong quá trình nghiền sau này Do đó, mục đích của quá trình làm sạch

là loại các tạp chất này ra khỏi nguyên liệu cà phê nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm cuối cùng

Bên cạnh đó, để đảm bảo sự đồng đều của cà phê trong quá trình rang, quá trình phân loại sẽ giúp loại bỏ các hạt cà phê không đảm bảo về kích thước (quá nhỏ hoặc quá to hạt cà phê bị vỡ nát) và tỷ trọng

2.2.1.2 Các biến đổi.

Trong quá trình làm sạch chỉ có sự thay đổi về thành phần các cấu tử mà không

có sự thay đổi về chất Khối lượng của nguyên liệu giảm do tạp chất được tách ra Nguyên liệu cà phê sẽ đồng đều hơn về kích thước và tỷ trọng

2.2.1.3 Phương pháp thực hiện

Để làm sạch tốt nguyên liệu ta tiến hành theo 3 bước:

Phân loại theo kích thước: thực hiện bằng sàng Thông thường, quá trình phân loại được thực hiện trên sàng nối tiếp Cà phê dược cho vào sàng thứ nhất, phần tạp chất có kích thước lớn được giữ trên sàng, phần đi qua sẽ tiếp tục chuyển sàng thứ 2 Tại đây các tạp chất có kích thước nhỏ hơn sàng sẽ đi qua sàng, hạt cà phê có kích thước theo yêu cầu sẽ giữ lại trên sàng Kích thước lỗ của 2 sàng này phụ thuộc vào từng loại cà phê nguyên liệu

Bảng 1: Cỡ sàng sữ dụng cho cà phê chè và cà phê vối

Hạng chất lượng Cỡ sàng

Cà phê chè Cà phê vối

bị nãy lên trên Phần tạp chất nhẹ và bụi được thổi ra ngoài qua một lớp lưới gắn phía trên Quạt ly tâm có số vòng quay 550-620 vòng/ phút, vận tốc gió từ 13-15m/s năng suất máy từ 500-600kg/h.

Phân loại theo từ tính: tách kim loại

2.2.1.4 Thiết bị

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

2.2.2 Phối trộn

2.2.2.1 Mục đích:

Nhằm đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của người sữ dụng, người ta thường trộn một số loại cà phê với nhau trong sản xuất cà phê rang xay Thông thường là trộn cà phê Arabica và cà phê Robusta với nhau Tỷ lệ phối trộn tùy theo nhà sản xuất và loại sản phẩm sẽ được phục vụ cho những đối tượng tiêu dùng nào

2.2.3.1 Mục đích: Chế biến và bảo quản

Chế biến: trong quá trình rang cà phê, dưới tác động của nhiệt độ, các phản ứng hóa học sẽ diễn ra tạo nên hương vị màu sắc đặc trưng của cà phê, tiêu diệt các vi sinh vật và ức chế các phản ứng hóa sinh

2.2.3.2.Các biến đổi

 Vật lý:

Trong quá trình rang nhiệt độ hạt cà phê tăng là do nhiệt lượng cung cấp từ tác nhân gia nhiệt và nhiệt lượng do các phản ứng hóa học bên trong hạt sinh ra Trong giai đoạn đầu của quá trình rang, nhiệt lượng do các phản ứng nhiệt phân là không đáng kể Sau đó, nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng nhiệt phân sẽ tăng do cường độ các phản ứng tăng lên Nhiệt lượng tăng mạnh khi nhiệt độ cà phê dao động trong vùng 1700C đến 2500C Để hạn chế hiện tượng tăng nhiệt này trong quá trình rang, khi rang đến nhiệt độ trong vùng nói trên, các nhà sản xuất cần giảm lượng nhiệt cung cấp

từ bên ngoài bằng cách giảm lưu lượng tác nhân rang

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nước và một số chất có phân tử lượng thấp sẽ bay hơi, do đó làm trương nở và giảm khối lượng hạt cà phê, tỷ trọng hạt cũng giảm

đi Các biến đổi này phụ thuộc vào giống, chất lượng cà phê nguyên liệu, mức độ rang

và phương thức rang Thể tích hạt sau khi rang là 40-60% Khối lượng hạt giảm còn

do trong quá trình rang, lớp vỏ lụa bị tách ra Cà phê được đánh bóng càng tốt trong quá trình chế biến sau thu hoạch thì mức độ giảm do lớp vỏ lụa tách ra càng ít Hạt cà phê nhân có khối lượng riêng khoảng 1,25- 1,3g/ml, sau khi rang có thể cón xấp xỉ 0,7g/ml

 Hóa lý:

Biến đổi hóa lý quan trọng nhất trong quá trình rang là hiện tượng bay hơi ẩm

và các hợp chất dễ bay hơi làm giảm trọng lượng hạt quá trình này làm cho cấu trúc bên trong hạt giòn và xốp

Trong quá trình rang, độ ẩm của hạt thay đổi từ 14-23% Các yếu tố ảnh hưởng:

- Độ ẩm cà phê nhân

- Giống cà phê

- Điều kiên bảo quản và vận chuyển

- Kỹ thuật rang

Ở nhiệt độ 1800C-2200C, một lượng khí sinh ra (CO2, CO, H2O,…) hạt cà phê trở nên giòn, thể tích hạt tăng từ 50-80% phụ thuộc vào giống, độ ẩm, tốc độ rang… Đây cũng là một chỉ tiêu quan trọng trên quan điểm thương mại.

 Hóa học:

Biến đổi hóa học là biến đổi quan trọng nhất trong quá trình rang Những biến đổi hóa học sẽ tạo ra các đặc trưng về hương vị cho cà phê thành phẩm Các biến đổi hóa học diễn ra trong quá trình rang bao gồm:

Độ ẩm của hạt cà phê trước khi rang khoảng 12-13%(w/w) Độ ẩm cà phê sau khi rang thường khoảng 1-2%, tùy thuộc vào mức độ rang

Sự tổn thất chất khô: Hàm lượng các chất khô trong quá trình rang sẽ giảm do các phản ứng phân hủy Khi cà phê càng đậm, lượng chất khô giảm sẽ càng nhiều Thông thường, cà phê rang ở khoảng nhiệt độ từ 180-2400C trong vòng 15- 25 phút thì tổn thất về khối lượng là 16-18%

Bảng 3: Sự tổn thất chất khô theo mức độ rang

Bảng 4 hàm lượng chất khô hòa tan trong cà phê nhân và cà phê rang.

Thành phần Cà phê nhân(%) Cà phê rang

Đường: các phần tử lớn sẽ bị phân cách, các phân tử nhỏ sẽ chuyển thành các hợp chất bay hơi và tạo vị cho cà phê Một lượng glucid trong phân tử thấp cung cấp các acid bay hơi, các aldehyde và Protein: một thành phần bị phân hủy dưới nhiệt độ, một phần kết hợp với hydrocacbon và acid clorogenic tạo thành những chất màu nâu.

Lipit: thay đổi không lớn so với hàm lượng cà phê nhân (giảm 1-2%) Dưới ảnh hưởng của nhiệt, chất béo sẽ giải phóng khỏi các hợp chất protide hoặc glucide mà nó liên kết chất béo đóng vai trò dung môi hòa tan hay cố định các phần tử hương thơm,

là tác nhân bảo vệ các phần tử này chóng lại oxy hóa của oxy môi trường

Các hợp chất tạo hương khác

Acid: còn lại một phần sau quá trình rang (mất 30-70%) Các acid bay hơi đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hương và tạo vị cho cà phê

Hóa sinh và vi sinh:

Do nhiệt độ hạt rất cao nên quá trình rang, các enzyme và vi sinh vật bị vô hoạt hóa hoàn toàn

Cảm quan:

Đầu tiên, bề mặt hạt cà phê dần trơn và nhẵn sau đó, bề mặt hạt sẽ khô và bắt đầu xuất hiện vết nứt cuối cùng, bề mặt sẽ bóng lên do đầu bên trong nhân cà phê thoát ra ngoài bề mặt trong quá trình rang, có 2 thời điểm quan trọng đó là khi bề mặt hạt cà phê xuất hiện vết nứt thứ nhất và vết nứt thứ 2 Đây là các đặc điểm quan trọng

để đánh giá mức độ rang của cà phê

Màu sắc của hạt cà phê sẽ biến đổi dần từ màu xanh xám sang màu vàng nhạt, vàng đậm, nâu đen và cuối cùng có màu đen đậm Đây chính là cơ sỡ để phân cấp mức độ rang cà phê

Bảng 5 đánh giá mức độ cảm quan so với mức độ rang

Rang sáng- rang sơ Màu nâu sáng đến nâu vàng

Hương vị nhẹ, độ acid thấp

Bề mặt hạt khô

Độ acid rõ và hương vị tăng nhẹ

Bề mặt hạt khô

Độ acid và hương vị tăngHầu hết các hạt vẫn khôRang hơi đậm- rang hơi kỹ Màu nâu tối

Bề mặt có sự hiện diện những hạt dầu

Độ acid giảm nhẹ và hương vị mạnh

Độ rang này thích hợp với cà phê expresso

Hạt cà phê có những đốm đầu hoặc cà hạt đều có dầu

Hương vị giảm trong khi độ béo tăng mạnh

Rang rất đậm- rang rất kỹ Hạt màu đen với bề mặt phủ đầy dầu

Hương vị giảm rất mạnh, độ béo cũng giảm

Đây là kiểu rang cà phê expresso o Mỹ2.2.3.3.Phương pháp thực hiện:

Quá trình rang thực hiện ở áp suất thường tác nhân cung cấp nhiệt cho quá trình rang: không khí, bề mặt kim loại nóng hay các tia bức xạ Hiện nay, không khí nóng được sữ dụng phổ biến hơn, bề mặt kim loại chỉ dùng được như tác nhân phụ bổ sung cho không khí nóng…

Phương pháp rang thùng quay liên tục: cấu tạo thiết bị gồm có một thùng quay được gắn vào một trục động cơ Tác nhân rang thường dùng là không khí nóng, không khí nóng tuần hoàn Bên trong thùng quay có cơ cấu vis tải để dảm bảo cho cà phê di chuyển trong thùng quay từ đầu vào đến đầu ra

Trong thiết bị rang có bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh nhằm hạ nhiệt

độ khối cà phê xuống nhanh sau khi đã đạt được mức độ rang cần thiết do cà phê sau quá trình rang có nhiệt độ cao làm cho các hợp chất tạo hương mới sinh ra tiếp tục bay hơi làm thất thoát hơi Vì vậy, để tránh thất thoát hương, cần làm nguội nhanh sản phẩm

2.2.3.4.Thiết bị

Các thông số công nghệ:

Nhiệt độ của hạt cà phê nên nằm trong giới hạn 180-2400C

Thời gian rang được xác định theo mức độ rang mong muốn và nhiệt độ thực hiện quá trình rang không vượt quá 1 giờ

Quá trình làm nguội sẽ kết thúc khi nhiệt độ hạt bằng nhiệt độ môi trường.2.2.4 Nghiền

2.2.4.1 Mục đích: chuẩn bị

Quá trình nghiền cà phê rang có mục đích chính là giảm kích thước của hạt cà phê, phá vỡ cấu trúc vốn có của hạt cà phê rang để tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình trích ly khi sản xuất cà phê hòa tan hoặc trong quá trình pha chế cà phê khi sữ dụng.

Ngoài ra, mục đích của quá trình nghiền còn nhằm tạo điều kiện cho một số khí được sinh ra trong quá trình rang và bị giữ lại bên trong hạt sẽ thoát ra ngoài, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bao gói

2.2.4.2. Các biến đổi

 Vật lý:

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 CO 2, hơi nước

và các chất dễ bay hơi tạo thành từ giai đoạn rang tiếp tục được giải phóng

Sự gia tăng nhẹ nhiệt độ do ma sát

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

2.2.4.4. Thiết bị:

Thiết bị nghiền trong công nghiệp được thiết kế.Nhiều trục nghiền răng có tốc

độ quay khác nhau trên bề mặt các trục có tốc độ cao có các răng cưa hình chữ u nằm nghiêng, còn trên bề mặt quay trục quay tốc độ thấp có các răng cưa hình chữ u thẳng đứng hai trục quay với tốc độ khác nhau sẽ tao thành một cặp, giữa mỗi cặp sẽ có 1 khoảng cách thích hợp với mức độ nghiền Đi từ trên xuống dưới, mức độ nghiền sẽ đi

từ thô sang tinh

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

Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong 2 phaPhản ứng phân hủy của một số chất là các chất mùi là các rượu, ester không bền

2.2.6.2. Các biến đổi trong quá trình

Vật lí sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch và bã

Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong hai pha

Phản ứng phân hủy một số chất nhất là các chất mùi là các rượi, ester, centon….không bền

aliphatic và puinic, 85 – 100% cho alkaloid và acid unchanged cholorogenic, 40 - 100% cho những hợp chất dễ bay hơi, 15 – 20% cho “proten” và 20 - 25% cho melanoidine và giảm xuống 1 – 5% cho dầu cà phê.

Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa

Vật lí: thể tích và khối lượng, tỷ trọng, nhiệt độ, độ nhớt giảm

Hóa lý: Có sự kết tủa của chất keo tụPhương pháp thực hiện:

Dịch chiết có nhiệt độ cao sẽ được làm lạnh về nhiệt độ 50C, sau đó được lọc tinh để gạn đi tạp chất thô, tách cặn

2.2.8 Tách hương

Mục đích

Trong quá trình xử lí bằng nhiệt độ cao ( như quá trình trích ly nhiệt, quá trình

cô đặc, ) sẽ xảy ra hiện tượng tổn thất các cấu tử hương Do đó, cà phê sẽ được xử lí

để tách các cấu tử hương Hương này sẽ được bổ sung trở lại sản phẩm cà phê hòa tan trong quá trình tạo hạt.

2.2.9.2. Các biến đổi

Vật lý

Trong quá trình cô đặc nhiều biến đổi vật lý xảy ra trong nguyên liệu như hàm lượng chất khô tăng và khi đó tính chất dung dịch thay đổi phụ thuộc vào thời gian cô đăc:

Hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyên nhiêt, hoạt độ của nước giảm

Khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi tăngHóa học

Dưới tác dụng của nhiệt trong quá trình cô đặc các thành phần nguyên liệu có thể phản ứng với nhau hoặc phân hủy Các biến đổi xảy ra trogn nguyên liệu cà phê là:

Xảy ra phản ứng maillard, phản ứng caramel hóa

Phản ứng thủy phân một số hợp chất cao phân tử

Hóa lý