CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
2.2.4.1 quy trình công nghệ sản xuất cà phê lon
Hình 2.20. Quy trình công nghệ sản xuất cà phê lon cà phê bột Trích ly Lọc Nước b ã Làm lạnh b ã Phối trộn Phụ gia Bài khí Rót lon, ghép mí CO2 Tiệt trùng Bảo ôn Sản phẩm
2.2.4.2 Thuyết minh quy trình
• Trích ly : Bản chất:
Quá trình trích ly là sự rút chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất hòa tan khác gọi là (dung môi) nhờ quá trình khuếch tán giữa các chất có nồng độ khác nhau
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 khuếch tán của 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.
Vật liệu:
• Pha rắn: cà phê bột • Pha lỏng: nước nóng Mục đích:
Khai thác: Quá trình này nhằm khai thác các chất hòa tan trong bột cà phê. Đây là giai đoạn quan trọng, quyết định đến chất lượng, hương vị và cả sản lượng dịch trích cà phê .
Các biến đổi : Vật lý:
Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch và bã cà phê. Hóa lý:
- Độ ẩm của bột cà phê tăng - Độ nhớt dung dịch tăng
- Có sự chuyển pha của các chất rắn hòa tan trong cà phê thành lỏng. - Có sự thất thoát các cấu tử mùi.
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, cetone… không bền.
- Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa.
- Sự thủy phân một số chất (đường, protein, hemicellulose). Cắt những polysaccharide 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 cả những 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 trừ cellulose, lignin và 1 số polysaccharide mạch dài. Nhiệt độ nước sử dụng càng cao thì mức độ trích ly các chất càng lớn. Mức độ của sự trích ly thay đổi từ 100% cho acid aliphatic và quinic, 85 – 100% cho alkaloid và acid unchanged chlorogenic, 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 cà phê. Cảm quan:
- Mùi thơm giảm, làm cho cà phê có mùi caramel, mùi khét, mùi nấu. - Màu sậm hơn.
- Cà phê có vị chua, gắt và khan. 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, lượng dung 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 khăn cho 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 tới những phản ứng bất lợi cho hương vị, màu sắc của cà phê nên việc tăng nhiệt độ phải có giới hạn.
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 phê chuyển động ngược chiều hay xuôi chiều, gián đoạn hay liên tục.
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.
• Lọc
Mục đích:
Hoàn thiện: tách bã cà phê
Những biến đổi trong quá trình lọc:
Vật lý: Giảm thể tích, khối lượng của hổn hợp, nhiệt độ giảm
Hóa học: Hầu như không có sự thay đổi về thành phần hóa học, tuy nhiên có tổn thất một số protein, chất màu và vitamin … theo cặn.
Hóa lý: Chỉ còn một pha đồng nhất.
Thiết bị:
Thiết bị lọc khung bản
Cấu tạo: Đây là loại thiết bị lọc làm việc gián đoạn, nhập liệu vào liên tục, nước lọc lấy ra liên tục nhưng bã được tháo theo chu kì.
- Thiết bị lọc khung bản được cấu tạo chủ yếu bởi khung và bản. - Khung giữ vai trò chứa bã lọc và là nơi nhập huyền phù vào. - Bản tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn dịch lọc.
- Khung và bản thường được chế tạo có dạng hình vuông và phải có sự bít kín tốt khi ghép khung và bản.
- Khung và bản được xếp liên tiếp nhau trên giá đỡ. Giữa khung và bản là vách ngăn lọc.
Hình 2.21. Khung và bản thiết bị lọc
Vách ngăn lọc thể hiện 3 tính năng cơ bản:
- Giữ pha rắn cảng nhiều càng tốt, đồng thời trở lực đối với pha liên tục càng nhỏ càng tốt. - Sự phân bố đồng đều các lỗ xốp (mao dẫn) trên bề mặt vách ngăn lọc.
- Chịu được tác động của môi trường lọc như: độ thấm ướt, độ bền về áp suất, nhiệt độ, hóa học, cháy nổ, điều kiện tái sinh bề mặt lọc.
- Ép chặt giữa khung và bản bằng cơ cấu vít đai ốc được thực hiện bởi tay quay.
- Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu của khung và bản nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu.
- Khi tiến hành lọc, phải ép chặt khung và bản để áp suất lọc không làm dịch lọc rò rỉ ra ngoài, vì thế thiết bị lọc khung bản còn gọi là thiết bị lọc ép.
Hình 2.22.Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc khung bản.
Nguyên lý hoạt động:
- Dịch lọc chảy từ bản qua hệ thống đường ống và lấy ra ngoài.
- Bã được giữ trên bề mặt của vách ngăn lọc và được chứa trong khung.
- Khi bã trong khung đầy thì dừng quá trình lọc để tiến hành rửa và tháo bã (rửa bã là quá trình trích ly các chất hòa tan còn nằm trong pha rắn vào nước rửa).
Ưu điểm:
- Thời gian lọc: nhanh. - Lượng nước rửa: ít. - Độ ẩm bã: thấp.
- Diện tích bề mặt lọc lớn.
- Tính linh động cao (dễ tăng giảm diện tích lọc). - Giá bảo trì thấp.
Nhược điểm:
- Độ tổn thất chất chiết cao.
- Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa: không cao.
- Thiết bị làm việc gián đoạn nên tốn thời gian cho việc tháo bã và rửa bã.
Thông số công nghệ:
-Áp suất lọc: 1,1 – 1,2 kg/cm2 -Áp suất rữa bã: 1,4 kg/cm2 • Làm lạnh
Mục đích: Chuẩn bị: hạ nhanh nhiệt độ dịch trích, chuẩn bị cho quá trình phối trộn tiếp theo.
Những biến đổi trong quá trình
- Biến đổi vật lý: độ nhớt hỗn hợp tăng, nhiệt độ giảm. - Các biến đổi khác không đáng kể.
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng. Cấu tạo:
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi nhiều đĩa truyền nhiệt rất mỏng, gấp nếp, làm bằng thép không rỉ gắn chặt vào nhau trong khung. Các nếp gấp giúp cho đĩa
chống lại sự chênh lệch áp suất, tăng diện tích truyền nhiệt và tạo nên dòng chảy rối trong đường dẫn. Cứ lần lượt như thế, sự chuyển động của dòng chảy rối mang lại hiệu suất truyển nhiệt cao, đây chính là ưu điểm của thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng so với thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ - ống truyền thống.
Nguyên tắc hoạt động:
Cứ mỗi giây, ống dẫn mở ra cho lưu chất chảy vào. Giữa mỗi cặp đĩa có một miếng đệm cao su, để ngăn cản lưu chất hòa lẫn vào nhau hoặc rỉ ra bên ngoài. Vì thế, nhiệt được truyền từ lưu chất nóng sang lưu chất lạnh qua các đĩa mỏng làm bằng thép không rỉ.
Hình 2.23.Thiết bị làm lạnh
Ưu điểm:
- Sử dụng vật liệu mỏng nhất cho bề mặt truyển nhiệt nên quá trình truyền nhiệt đạt tối ưu. - Ngoài ra, dòng chảy rối trong môi trường giúp cho quá trình đối lưu diễn ra thuận lợi hơn, dẫn đến tăng hiệu quả truyền nhiệt giữa các môi trường.
- Hệ quả của hệ số truyền nhiệt cao trên từng khu vực không chỉ đòi hỏi một bề mặt truyền nhiệt nhỏ hơn mà còn mang lại hiệu quả cao trong quá trình chế biến.
- Sự chảy rối mạnh giúp khả năng tự lau sạch hiệu quả hơn, giảm thiểu sự đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt. Điều này có nghĩa là thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng giữ cho thời gian bảo dưỡng được lâu hơn.
- Vì thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi một khung chứa các đĩa, nên ta có thể thêm nhiều đĩa vào khung để tăng năng suất, và có thể tách các đĩa ra dễ dàng khi vệ sinh thiết bị.
Nhược điểm:
- Không làm việc dưới áp suất cao và không thích hợp cho quá trình chế biến các sản phẩm dạng nhão và dạng hạt.
- Những nếp gấp trên đĩa tạo nên những điểm tiếp xúc mà tại đó đòi hỏi độ cứng, và những điểm “tựa” được tạo nên đã giữ các chất dạng bột nhão và dạng hạt ở lại đó. Vì thế, giữ cho thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng sạch trước khi chạy sản phẩm mới là điều vô cùng khó khăn, thậm chí bất khả thi.
Thông số công nghệ:
Nhiệt độ: làm nguội đến nhiệt độ 50- 600C • Phối trộn:
Mục đích:
- Hoàn thiện: tạo sự hài hòa về hương vị cho sản phẩm - Bảo quản: kéo dài thời gian bải quản
Các biến đổi của nguyên liệu: - Vật lý: tăng thể tích, tăng độ nhớt
- Hóa học: nồng độ chất khô tăng lên, pH sản phẩm thay đổi. - Cảm quan: Có hương vị đặc trưng của cà phê
- Nguyên liệu được đưa vào thiết bị phối trộn theo một trật tự nhất định, sử dụng quá trình cơ học để làm nguyên liệu được đồng nhất. Sử dụng thiết bị phối trộn hình trụ đứng với bộ phận điều nhiệt và cánh khuấy hoạt động ở tốc độ cao, nhiệt độ phối trộn thường là 50-650C
- Phụ gia:
o Nước
o Đường
o Hương liệu
o Sử dụng Natri benzoate.
Thứ tự phối trộn các thành phần rất quan trọng, nếu thực hiện theo những trật tự khác có thể gây ra sự kết tủa các hợp chất keo.
Hình 2.24.Thiết bị phối trộn
Thông số kỹ thuật: Thể tích: 7500 lít Mã số: 2347
Nhà sản xuất: Scanima Cấu tạo bởi thép không rỉ Thiết bị đặt thẳng đứng
Hình dạng: trụ tròn Khối lượng: 4050kg Có cánh khuấy
Áp suất làm việc: -0,8/+0,1bar Nhiệt độ làm việc: 0 – 1000C
Kích thước tổng thể: đường kính 740mm, chiều cao 4363mm • Bài khí:
Khái quát
Bài khí là quá trình đuổi bớt khí ra khỏi sản phẩm trước hoặc sau khi ghép hộp. Khí cần loại bỏ là khí có sẵn trong dịch trích hay khí xuất hiện trong các quá trình chế biến.
Mục đích:
Chuẩn bị: Đuổi khí, chuẩn bị cho quá trình tiệt trùng, giúp cho quá trình truyền nhiệt được tốt hơn
Bảo quản:
- Giảm áp suất bên trong của lon, chuẩn bị cho quá trình tiệt trùng, để lon không bị biến dạng, bật nắp, đứt các mối hàn.
- Loại bỏ không khí hòa tan trong dịch trích cà phê, hạn chế quá trình oxi hóa, làm cho chất dinh dưỡng ít bị tổn thất, hương vị màu sắc của sản phẩm không bị thay đổi
- Hạn chế sự phát triển của VSV tránh hiện tượng phồng, méo lon.- Hạn chế hiện tượng ăn mòn sắt tây, nếu trong môi trường acid yếu, các lỗ nhỏ không phủ thiếc trên bề mặt, sẽ tạo ra những cặp pin li ti, mà hai điện cực là sắt và thiếc. Khi dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm, đẩy hydro thoát ra dung dịch đến bám vào cực âm, tạo thành một màng bảo vệ cực âm, hạn chế sự phân cực của pin và tiến tới làm ngừng quá trình ăn mòn. Nhưng nếu trong hộp còn oxy, oxy phản ứng ngay với hydro phá hủy màng bảo vệ, dòng điện tiếp tục chạy và diễn ra quá trình ăn mòn. Do đó, bài khí thì hiện tượng ăn mòn sẽ bị hạn chế
- Tạo độ chân không ổn định trong đồ hộp khi đã làm nguội, tránh hiện tượng phồng lon khi vận chuyển, bảo quản trong các điều kiện khí hậu khác nhau
Các biến đổi:
- Vật lý: thể tích, khối lượng dịch trích giảm.
- Hóa lý: có sự tách pha giữa pha khí (hơi nước và các chất khí bay hơi) và pha lỏng (dịch chiết cà phê)
- Sinh học: ít xảy ra do các enzyme đã bị vô hoạt và ức chế
- Hóa sinh: ít xảy ra do ở điều kiện nhiệt độ trên, vi sinh vật bị ức chế và tiêu diệt.
- Cảm quan: có sự tổn thất các cấu tử hương dễ bay hơi bị lôi cuốn theo khí, làm giảm mùi vị của sản phẩm
Các yếu tố ảnh hưởng:
- Tỷ lệ bọt khí trong dòng sản phẩm: nếu tỷ lệ này nhiều thì sẽ phải tốn nhiều năng lượng để loại bỏ
- Độ chân không: áp suất chân không càng cao thì sự dịch chuyển khí ra khỏi sản phẩm càng nhanh.
- Lưu ý: sản phẩm vào bao bì dạng nóng không được tạo độ chân không quá cao, rót chừa một phần thể tích trống nhỏ, tránh làm sản phẩm sôi bật ra khỏi nắp hộp, không đảm bảo khối lượng tịnh.
• Rót lon, ghép mí:
Bản chất: Quá trình ghép kín nắp vào bao bì để ngăn cách hẳn sản phẩm thực phẩm với môi trường không khí và vi sinh vật ở bên ngoài, là một quá trình quan trọng, có ảnh hưởng tới thời gian bảo quản lâu dài các thực phẩm đó. Nắp hộp phải được ghép thật kín, chắc chắn. Rót lon:
- Chuẩn bị: Đuổi khí, tránh phồng lon, chuẩn bị cho quá trình tiệt trùng (đối với quy trình một)
- Hoàn thiện: làm cho thực phẩm cách li hoàn toàn với môi trường không khí và vi sinh vật bên ngoài.
- Cảm quan: làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm.
- Bảo quản: hạn chế sự tái nhiễm và phát triển của vi sinh vật, có tác dụng rất quan trọng đến thời gian bảo quản thực phẩm và chất lượng của nó.
Ghép mí:
- Bảo quản: Tạo cho thực phẩm cách ly hoàn toàn với môi trường không khí bên ngoài, có tác dụng rất quan trọng đến thời gian bảo quản thực phẩm và chất lượng của nó.
- Hoàn thiện: Tạo hình dáng và mẫu mã đặc trưng cho sản phẩm.
Nguyên tắc thực hiện: Dung dịch cà phê được đưa vào buồng vô trùng, được dẫn trong các đường ống cung vào thiết bị ở đây dung dịch được cho vào lon, tiến hành sục khí CO2 và ghép mí ở áp suất cao.