1. Quy trình công nghệ Phân loại, làm sạch Cà phê nhân Làm nguội Rang Độ ẩm : 1-2% Tr = 180 – 240oC Độ ẩm : 3-5% Xay, nghiền Trích ly Hiệu suất :18-22% [chất tan]=20-22% Lắng, lọc
Hồi hương Cô đặc bốc hơi
[chất tan]=30-33% Sấy phun
2. Thuyết minh quy trình
Làm sạch
Mục đích : loại bỏ tạp chất ( thường là lá, vỏ cà phê còn sót lại, cát, đá,…).Các loại tạp chất này có thể làm hỏng thiết bị trong quá trình xay, nghiền sau này.
Các biến đổi: chỉ có sự thay đổi về thành phần các cấu tử mà không có sự thay đổi về chất. Khối lượng nguyên liệu giảm do tạp chất được tách ra.
Phân loại
Mục đích: loại bỏ các hạt cà phê không đảm bảo về kích thước( quá nhỏ, quá to hoặc bị vỡ nát ).
Phương pháp thực hiện: thực hiện bằng sàng phân loại kích thước.
Cà phê được cho vào sang thứ nhất để loại bỏ tạp chất, tạp chất sẽ bị giữ lại trên sàng, phần đi qua sẽ chuyển đến sàng hai, tại đây các hạt cà phê có kích thước đạt yêu cầu sẽ được giữ lại trên sàng.
Rang, làm nguội
Mục đích:
Tạo nên hương vị, màu sắc đặc trưng của cà phê thành phẩm ( do các phản ứng hóa học : caramen, Mallard,…)
Độ ẩm : 2-4 % Sản phẩm
Quá trình rang xảy ra ở nhiệt độ cao, nên làm giảm độ ẩm cà phê, tiêu diệt vi sinh vật và ức chế các phản ứng sinh hóa. Có mục đích trong bảo quản.
Các biến đổi
Vật lý:
Nhiệt độ hạt cà phê tăng là do nhiệt lượng cung cấp từ các tác nhân gia nhiệt và nhiệt lượng do các phản ứng hóa học bên trong hạt sinh ra.
Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nước và 1 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. thể tích hạt sau khi rang có thể tăng 40 – 60%. Khối lượng giảm còn do trong quá trình rang lớp vỏ lụa bị tách ra.
Hóa học:
Tạo ra các đặc trưng về hương vị cho cà phê thành phẩm.
Độ ẩm nguyên liệu gỉam từ 12% xuấng 1-2 %, tùy thuốc vào mức độ rang.
Tổn thất về chất khô: do các phản ứng phân hủy. thong thường , cà phê rang ở khoảng nhiệt độ 180 – 240 độ trong 15- 25 phút thì tổn thất về khối lượng 16 – 18%
Hàm lượng chất khô hòa tan: thường tăng lên.
Protein: 1 phần bị phân hủy , 1 phần kết hợp với hydrocacbon và axit clorogenic tạo thành những chất màu nâu.
Lipit: thay đổi không lớn, chất béo có vai trò dung môi hòa tan hay cố định các phần tử hương thơm.
Acid :còn lại 1 phần ( mất 30 – 70 % ). Các acid bay hơi có tác dụng tạo hương và vị chua cho cà phê.
Phương pháp thực hiện:
Quá trình rang thường thực hiện ở áp suất thường
Tác nhân cung cấp nhiệt: không khí nóng, bề mặt kim loại nóng hay các tia bức xạ
Các mức độ rang cà phê
Mức độ rang Mô tả cảm quan
Rang sơ
Màu nâu sang đến nâu vàng (màu quế) Hương vị nhẹ, độ acid thấp
Bề mặt hạt cà phê khô
Rang nhẹ - vừa
Màu nâu sang vừa
Độ acid rõ và hương vị tăng nhẹ Bề mặt hạt cà phê khô
Rang trung bình
Màu nâu vừa
Độ acid và hương vị tăng Bề mặt hạt cà phê khô
Rang hơi đậm – rang hơi kỹ
Màu nâu tối
Bề mặt xuất hiện những hạt dầu nhỏ Độ acid giảm nhẹ và hương vị mạnh nhất
Rang đậm – rang kỹ
Màu đen hoặc nâu đen
Hạt cà phê có những đốm dầu
Hương vị giảm trong khi độ béo tăng mạnh
Rang rất đậm – rang rất kỹ
Hạt màu đen với bề mặt phủ dầu
Hương vị giảm rất mạnh, độ béo cũng giảm
• Yêu cầu kỹ thuật của cà phê rang được qui định trong bảng sau (TCVN 5250 – 1990)
Tên chỉ tiêu
Mức chất lượng (% khối lượng)
1. Cảm quan
- Màu sắc
- Mùi
-Vị
Hạt đồng đều, không cháy, cho phép dính ít vỏ lụa ánh bạc
Màu nâu cánh gián đậm
Thơm đặc trưng của cà phê rang, không có mùi lạ Vị đậm đà, thể chất phong phú, hấp dẫn Hạt không được đồng đều, cho phép dính ít lụa màu ánh bạc
Màu nâu cánh gián đậm
Thơm đặc trưng của cà phê rang, không có mùi lạ
Vị đậm, thể chất trung bình. Không có vị lạ
Nghiền
Mục đích: giảm kích thước và phá vỡ cấu trúc hạt tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích li.
Các biến đổi
Vật lí:
Giảm kích thước hạt ( rắn -> bột )
Tăng nhẹ nhiệt độ do ma sát
Tách tiếp lớp vỏ do quá trình rang chưa được tách
Hóa lý: tăng diện tích bề mặt riêng, sự bay hơi của 1 số chất mùi
• Tiêu chuẩn về cà phê bột (TCVN 5251 : 2007)
- Yêu cầu cảm quan
Yêu cầu cảm quan đối với cà phê bột được quy định trong Bảng 1.
Bảng 1 – Yêu cầu cảm quan đối với cà phê bột Tên chỉ
tiêu
Yêu cầu
Hạng 1 Hạng 2
1. Màu sắc Màu nâu cánh gián đậm Màu nâu cánh gián không đều 2. Mùi Thơm rất đặc trưng của cà phêbột, không có mùi lạ Thơm đặc trưng của cà phêbột, không có mùi lạ
3. Vị Có vị rất đặc trưng của cà phêbột Có vị đặc trưng của cà phê bột 4. Trạng
thái Dạng bột, đồng đều, tơi xốp Dạng bột, không vón 5. Cà phê
- Yêu cầu hóa – lý
Yêu cầu hóa – lý đối với cà phê bột được quy định trong bảng 2.
Bảng 2 – Yêu cầu về hóa-lý đối với cà phê bột
Tên chỉ tiêu Mức
1. Độ mịn, tính theo % khối lượng
- Dưới rây Φ 0,56 mm, không nhỏ hơn 30
- Trên rây Φ 0,25 mm, không lớn hơn 15
2. Độ ẩm, tính theo % khối lượng, không lớn hơn 5 3. Hàm lượng cafein, tính theo % khối lượng, không
nhỏ hơn 1,0
4. Hàm lượng tro, tính theo % khối lượng, không lớn hơn
- Tro tổng số 5
- Tro không tan trong axit clohydric 0,2
5. Tỷ lệ chất tan trong nước, tính theo % khối lượng,
không nhỏ hơn 25
Trích ly
Dung môi trích li: nước. Dùng nước nóng ở 80 – 90°C để trích ly. Không dùng nước có nhiệt độ cao hơn vì sẽ trích ly cả những chất không tốt cho sản phẩm.
Bột cà phê sản xuất cà phê hoà tan cần có kích thước lớn và tiến hành trích ly nhiều lần để hạn chế lượng bột mịn tan sâu vào trong nước khi trích ly.
Phương pháp thực hiện:
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 thực hiện tiếp trong giaia đoạn tiếp theo
Thiết bị trích li gián đoạn : một bộ 5 bình ngâm chiết
Cà phê được đổ vào các bình 1,2,..,5 . Nước nóng được bơm lần lượt vào các bình. Khi vật liệu trong bình 1 đã được trích li triệt để, sẽ được tháo ra để lấy bã. Lúc này nước nóng được đưa vào bình 2. Chu trình cứ tiếp tục cho đến khi cà phê được trích li triệt để.
Nồng độ dung dịch cà phê trích ly có thể đạt tới 20 – 22%..
Lắng, lọc
Mục đích:làm sạch dịch chiết giúp quá trình cô đặc diễn ra tốt
Thiết bị lọc khung bản Cô đặc
Mục đích: nồng độ dịch cà phê sau trích ly là 20 – 22%, chưa thể sấy khô được. Do đó phải tiến hành cô đặc dịch trích ly đến nồng độ 30 – 33% mới thuận lợi cho quá trình sấy.
Phương pháp cô đặc :thường dùng là cô đặc chân không
Dung dịch cà phê được bơm vào thiết bị gia nhiệt. Tại đây nước nhận nhiệt và bay hơi. Độ chân không được tạo ra nhờ baromet sẽ hút hơi nước và ngưng tụ tại bình ngưng. Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu thì dừng.
Sấy phun
Mục đích: đưa dịch trích ly cà phê cô đặc thành dạng bột khô để tiện lợi cho quá trình bảo quản và sử dụng.
Độ ẩm 2-4%
Nhiệt độ không khí vào : 270 °C
Nhiệt độ không khí vào ra : 110 °C
Dịch cà phê cô đặc được bơm vào đỉnh cyclo. Tại đây có một đĩa đục nhiều lỗ nhỏ, có tốc độ quay rất lớn, làm cho dịch cà phê vào cyclo ở dạng sương mù. Không khí nóng khô được thổi vào cyclo sấy khô cà phê dạng sương mù thành dạng bột. Cà phê bột hoà tan được thu ở đáy cyclo.
Nếu để nguyên cà phê bột đem đi chế biến thì chất thơm của cà phê sẽ bị tổn thất rất nhiều, nhất là trong quá trình sấy phun. Do vậy, người ta thu hồi chất thơm của cà phê bột trước khi trích ly rồi bổ sung trở lại cho bột cà phê hoà tan.
- Khử hấp phụ:
Quá trình khử hấp phụ được tiến hành trong tháp đứng và tác nhân hấp phụ là khí trơ (N2). Cà phê bột được làm nóng trong tháp sẽ toát ra các chất thơm. Sau đó bơm dòng khí trơ đã được đốt nóng đến nhiệt độ nhất định (95°C) vào từ đáy tháp. Trên đỉnh tháp có quạt hút có tác dụng hút hỗn hợp khí ra khỏi tháp, đồng thời tạo áp suất thấp để quá trình hấp phụ xảy ra dễ dàng. Ta thu đơợc hỗn hợp gồm khí N2 và các chất thơm.
-Hấp phụ:
Bột cà phê hoà tan sau khi sấy có độ ẩm 2 - 4% và rất xốp nên rất dễ hấp phụ. Quá trình hấp phụ cũng được tiến hành tại tháp đứng. Hỗn hợp khí vào phải được làm lạnh (nhiệt độ thường là 8 – 9°C), khi đi qua bột cà phê hoà tan sẽ hấp phụ các chất thơm có trong hỗn hợp khí, ta thu được bột cà phê hòa tan thành phẩm.
3. Thông số kĩ thuật
4. Các giai đoạn
Thông số kĩ thuật
Phân loại, làm sạch Hao hụt 1%
Rang Nhiệt độ ban đầu nguyên liệu: 20-25oC
Nhiệt độ rang 180-240oC
Độ ẩm nguyên liệu sau khi rang 1-2% Hao hụt về khối lượng 16-18%
Làm nguội Độ ẩm sau làm nguội 4%
Hao hụt 1%
Xay Hao hụt 1%
Trích ly Hàm lượng chất tan trong nước 20-30%
Hiệu suất trích ly 18-22% Lượng chất hòa tan: 20 – 30 %
Nồng độ chất tan sau quá trình trích li 20-22 %
Lắng, lọc Hao hụt 2%
Cô đặc bốc hơi Nồng độ sau quá trình cô đặc 30 – 33% Hao hụt 1%
Sấy phun Độ ẩm sau quá trình sấy phun 2- 4 % Nhiệt độ không khí vào : 270oC Nhiệt độ không khí ra:110oC Hao hụt 1%
Đóng gói Hao hụt 1%
IV. CÂN BẰNG VẬT CHẤT Năng suất nhà máy 5 tấn / 1 ca ( 1ca = 8 giờ )