CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ
5.4. Các dạng sản phẩm cà phê
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4334: 2001 “Cà phê và các sản phẩm của cà phê (Coffee and its products). Thuật ngữ và định nghĩa” do Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường ban hành:
- Cà phê (Coffee): từ chung để chỉ quả và hạt của cây thuộc chi Coffea cũng như sản phẩm từ quả và hạt của chúng được chế biến qua những công đoạn khác nhau và phục vụ cho mục đích tiêu dùng.
- Cà phê quả tươi (Cherry coffee): Cà phê quả còn tươi thuộc chi Coffea sau khi thu hoạch và trước khi làm khô.
- Cà phê quả khô (Husk coffee): Cà phê quả tươi sau khi được làm khô bằng phương pháp khô hoặc sấy.
- Cà phê thóc khô (Parchment coffee, coffee in parchment): nhân cà phê còn bọc một lớp vỏ trấu.
- Cà phê nhân (Green coffee, raw coffee): nhân đã được làm khô của cây cà phê.
- Cà phê ướt (Wet-processed coffee, washed coffee): cà phê nhân thu được do chế biến bằng phương pháp ướt.
- Cà phê dịu (Mild coffee): cà phê Arabica chế biến bằng phương pháp ướt.
- Cà phê không rửa (Dry-processed coffee, unwashed coffee, natural coffee): cà phê nhân thu được cho chế biến bằng phương pháp khô.
- Cà phê được rửa sạch (Washed and cleaned coffee): cà phê nhân chế biến bằng phương pháp khô được tách vỏ lụa bằng cơ học cùng với sự tham gia của nước.
25
- Cà phê đánh bóng (Polished coffee): cà phê nhân chế biến ướt được bóc vỏ lụa bằng tác động cơ học làm mặt cà phê bóng và đẹp hơn.
- Cà phê vùng gió mùa: cà phê nhân thu được từ cà phê không rửa, ở vùng nhiệt đới gió mùa nên dễ bị hút ẩm làm cho nhân nở ra và màu của nhân chuyển thành màu vàng hoặc màu sáng.
- Cà phê rang (Roasted coffee): sản phẩm thu được sau khi rang cà phê nhân.
- Cà phê bột (Ground coffee): sản phẩm thu được sau khi nghiền cà phê rang.
- Cà phê chiết (Coffee extract): sản phẩm thu được bằng cách dùng nước để chiết các chất hòa tan trong cà phê rang.
- Cà phê hòa tan (Instant coffee, soluble coffee, dried coffee extract): sản phẩm khô, có thể hòa tan trong nước được lấy từ cà phê rang bằng phương pháp lý học sử dụng nước để chiết tách.
+ Cà phê hòa tan dạng bột (Spray-dried instant coffee): sản phẩm thu được qua quá trình cà phê chiết được phun trong không khí nóng, sau đó cho bay hơi nước để hình thành bột cà phê khô.
+ Cà phê hòa tan dạng cốm (Agglomerated instant coffee): sản phẩm thu được bằng cách kết hợp cà phê hòa tan dạng bột với nhau thành những hạt to.
- Cà phê hòa tan làm khô ở nhiệt độ thấp (Freeze-dried coffee, freeze dried coffe extract, freeze-dried instant coffee, freeze-dried soluble cofee): cà phê hòa tan thu được sau quá trình làm đông lạnh, dung dịch cà phê và trạng thái băng được loại bỏ bằng phương pháp sấy thăng hoa.
- Cà phê khử cafein (Decafeinated coffee): là cà phê thu được sau khi chiết cafein (Lượng cafein còn lại tối da thường được quy định trong việc phân hạng cà phê khử cafein).
- Cà phê pha (Coffee brew): nước cà phê thu được bằng cách dùng nước để chiết cà phê rang ở dạng bột hoặc bằng cách thêm nước vào cà phê chiết, cà phê hòa tan hoặc cà phê hòa tan làm khô ở nhiệt độ thấp.
5.5. Công nghệ chế biến cà phê nhân
Nguyên liệu để chế biến cà phê nhân là quả cà phê đã chín, được thu hoạch bằng máy hoặc bằng tay. Để lấy được nhân cà phê người ta phải loại bỏ vỏ quả, vỏ thịt, vỏ trấu, vỏ lụa. Để làm cà phê nhân, người ta có thể áp dụng hai phương pháp:
- Phương pháp chế biến ướt (phương pháp ướt).
- Phương pháp chế biến khô (phương pháp khô).
Dây chuyền công nghệ của hai phương pháp được trình bày ở hình 5.1 và 5.2.
26
Hình 5.1 – Quy trình chế biến cà phê theo phương pháp ướt
Người ta dùng những thiết bị và quá trình thích hợp để bóc vỏ quả và vỏ thịt, sau 2 giai đoạn này, nhân cà phê còn bọc lớp vở trấu và vỏ lụa (cà phê thóc ướt) làm khô đến độ ẩm thích hợp và thu được bán thành phẩm là cà phê thóc khô.
- Ưu điểm: cà phê nhân có chất lượng cao và ổn định.
- Nhược điểm: quá tình gia công phức tạp, đầu tư nhiều thiết bị.
Thu nhận và bảo quản nguyên liệu
Phân loại và
tách tạp chất Bóc vỏ quả Bóc vỏ thịt
Làm ráo và Rửa làm khô Tách tạp chất
Bóc vỏ trấu và vỏ lụa
Phân loại (kích thước,
khối lượng, màu sắc)
Đấu trộn, đóng bao, bảo
quản
27
Hình 5.2 – Quy trình chế biến cà phê theo phương pháp khô
Người ta không bóc lớp vỏ quả và vỏ thịt mà mang ngay cả quả cà phê tươi đi làm khô (phơi hoặc sấy). Bán thành phẩm thu được là cà phê quả khô.
- Ưu điểm: đơn giản, đầu tư thấp.
- Nhược điểm: chất lượng sản phẩm không cao.
5.5.1. Thu nhận và bảo quản nguyên liệu
Người ta thu hoạch cà phê Arabica từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, cà phê Robusta từ tháng 12 đến tháng 4, còn cà phê Chari từ tháng 5 đến tháng 8.
Cà phê thường chín không đều nên người ta phải chú ý chọn quả chín để hái.
Sau khi hái, quả cà phê rất dễ hư hỏng làm ảnh hưởng rất xấu đến chất lượng cà phê nhân, vì thế cần bảo quản cẩn thận, tránh làm dập nát quả, không đổ thành đống làm cho khối quả bị bốc nóng gây thối rữa và tổn thất chất khô của quả.
5.5.2. Phân loại và tách tạp chất
Khối quả thường có kích thước khác nhau và lẫn nhiều tạp chất như cành lá, đất đá. Để tăng hiệu suất và năng suất của máy bóc vỏ quả trước khi đưa nguyên liệu vào máy, phải phân loại quả và tạp chất. Để làm việc này người ta áp dụng hai phương pháp kết hợp.
- Dùng sàng để phân loại quả theo kích thước và tách tạp chất lớn.
- Dùng bể xiphong để tách tạp chất nặng như đất đá, kim loại và tạp chất nhẹ có kích thước tương tự như quả cà phê.
Bể xi phong là một thùng lớn bằng kim loại hoặc bằng bê tông chứa đầy nước.
Quả cà phê sau khi phân loại bằng sàng được cho vào bể. Tạp chất nhẹ sẽ nổi, tạp chất nặng sẽ chìm còn quả cà phê có tỷ trọng xấp xỉ 1 nên lơ lửng trong nước. Hỗn hợp nước và quả sẽ được đưa dần vào máy bóc vỏ.
Thu nhận và bảo
quản nguyên liệu Phân loại và tách tạp
chất Phơi khô
Bóc vỏ quả khô và vỏ lụa
Phân loại (kích thước, khối lượng,
màu sắc) Đấu trộn, đóng bao,
bảo quản
28
Mặt khác, do ngâm trong nước nên quả trở nên mềm và dễ bóc vỏ hơn.
5.5.3. Bóc vỏ quả (xát tươi)
Vỏ quả là một màng mỏng, dai, bảo vệ sự nguyên vẹn của quả. Bóc lớp vỏ quả đề tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bóc lớp vỏ thịt.
Để bóc lớp vỏ quả người ta thường sử dụng máy xát kiều hình trụ hoặc máy dạng đĩa. Nguyên lý cầu tạo cảu 2 loại máy này là giống nhau: người ta tạo nên trên vỏ hình trụ hoặc trên mặt đĩa những chỏm cầu, khi chuyển động những chỏm cầu này va đập vào vỏ quả làm cho lớp vỏ bung ra, nhờ dòng nước những mảnh vỏ rách chảy ra ngoài.
Để đảm bảo hiệu suất bóc vỏ, khối quả cà phê phải có kích thước đồng đều không lẫn tạp chất, nhất là tạp chất nặng.
Sau khi bóc vỏ quả phải đạt những yêu cầu sau:
Loại máy Tỷ lệ vỏ quả còn lẫn, % Tỷ lệ vỏ trấu bị vỡ , %
Tỷ lệ quả chƣa bóc vỏ, % Arabica, Robusta Chari
Dạng đĩa 4 – 6 20 0 – 1 5 – 10
Dạng hình trụ 10 – 15 20 0 - 3 1 - 10
5.5.4. Bóc vỏ thịt
Vỏ thịt dầy, chứa nhiều đường, pectin nên gây khó khăn cho quá trình làm khô, đồng thời là môi trường rất tốt cho vi sinh vật phát triển.
Để bóc lớp vỏ thịt người ta sử dụng các phương pháp sau đây:
5.5.4.1 Phương pháp hóa sinh (lên men)
Người ta sử dụng hệ men có sẵn trong vỏ thịt để phân giải các chất, biến chúng thành dạng dễ hòa tan trong nước.
Quả cà phê sau khi bóc vỏ được đưa vào bể ngâm ủ. Thời gian ủ từ 10 – 12 h đồi với và phê Arabica, 16 – 18 h đối với cà phê Robusta và Chari. Trong khối hạt được tích nhiệt nhờ có phản ứng sinh hóa xảy ra. Nhiệt độ khối hạt thích hợp cho quá trình lên men là 35 – 42 °C.
Bản chất lên men
Là sự phân giải cellulose và pectin có trong vỏ cà phê dưới tác dụng của enzyme pectinase và cellulase.
Hoạt động của enzyme pectinase: pectinase làm đứt trạng thái gắn chặt giữa những phân tử axit galacturonic (axit pectic) để làm ngắn chuỗi pectin thành các đoạn nhỏ hơn.
Hoạt động của enzyme cellulase:
- Endocellulase: thủy phân liên kết β -1-4-glycoside ở vị trí ngẫu nhiên trong chuỗi cellulose, cellodextrin và các dẫn xuất cellulose như Carboxyl methyl cellulose và hydroxyethyl cellulose. Chúng tham gia tác động mạnh đến cellulose
29
vô định hình và tác động yếu đến cellulose kết tinh tạo ra những chuỗi cellodextrin có đầu không khử.
- Exocellulase: thủy phân liên kết β -1-4-glycoside ở đầu không khử của chuỗi cellulose, cellodextrin để giải phóng cellobiose. Chúng không có khả năng phân giải cellulose kết tinh mà chỉ làm thay đổi tính chất hóa lý, tạo điều kiện cho enzyme endocellulase phân giải chúng.
- β-glucoside: không có khả năng phân hủy cellulose nguyên thủy và tham gia phân hủy cellobiose và cellodextrin tạo thành D-glucose.
Các biến đổi trong quá trình lên men
Trong quá trình lên men, lớp nhớt được phân giải nhờ các enzyme pectosinaza, pectinaza và pectaza có trong bản thân lớp nhớt của cà phê.
- Pectosinaza (protopectine) chuyển protopectin (pectin không hòa tan) thành pectin hòa tan.
- Pectinaza: tách nhóm metoxyl COOCH3 khỏi pectin hòa tan và cho axit pectin kết tủa.
- Pectaza (polygalacturonaza): phân cắt polygalacturonic (axit pectic) thành từng sợi galacturonic một.
Mặt khác trong quá trình ngâm ủ, pectin cũng bị thủy phân cho ra các sản phẩm sau:
Pectin bị biến đổi dưới tác dụng của các men như sau:
C43H62O37 + H20----C6H10O7+ CH3COOH+ C6H12O6+ C5H10O5+ CH3OH Pectin a.galacturonic a.axetic galactose arabinose metylic Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
- Độ chín của quả: rất quan trọng vì nếu quả còn xanh thì lượng tinh bột và protopectin nhiều gây khó khăn, kéo dài thời gian phân hủy lớp nhớt.
- Thành phần của nước: trong nước không được chứa lẫn một chất nào có tính chất làm tê liệt sự hoạt động của vị sinh vật, không chứa các chất bài tiết của vi sinh vật phân giải NH3 hoặc men thối sẽ có thể làm cho quá trình lên men chậm loại hoặc đình trệ tùy theo nồng độ các chất nói trên. Ngoài ra nhiệt độ và pH của nước cũng ảnh hưởng đến quá trình lên men.
- Nhiệt độ: mỗi loại men có một nhiệt độ thích hợp. Đối với cà phê thì nhiệt độ thích hợp khoảng 35 – 42.
- Thời gian lên men: nếu thời gian ngắn thì quá trình phân giải lớp nhớt chưa hoàn toàn, nếu thời gian lên men kéo dài quá thì ảnh hưởng đến màu sắc, hương vị của thành phẩm.
Thời gian kết thúc sự lên men khoảng 10 – 12h đối với Arabica và 16 – 18h với Robusta và Chari.
- Khoảng cách về thời gian thu hoạch và xát tươi: nếu xát tươi sớm ngày sau khi thu hoạch (tối đa 36h) để tránh sự lên men đầu tiên có thể xảy ra trong quá trình còn là quả nguyên.
30
5.5.4.2. Phương pháp hóa học
Người ta sử dụng các chất có tính kiềm như NaOH để phân giải lớp vỏ thịt.
Phương pháp này rút ngắn thời gian ngâm ủ nên chất lượng cà phê nhân không cao.
5.5.4.3. Phương pháp cơ học
Dùng lực ma sát để bóc lớp vỏ thịt. Phương pháp này cho phép bóc lớp vỏ thịt rất nhanh và chất lượng cà phê ổn định.
5.5.4.4. Phương pháp cơ hóa học
Người ta sử dụng các hóa chất có tính kiềm để ủ cà phê sau khi bóc vỏ quả, sau đó dùng lực ma sát để làm sạch phần còn lại của vỏ thịt. Phương pháp này ít được áp dụng vì chất lượng cà phê nhân không cao.
5.5.4.5. Phương pháp liên hợp bóc lớp vỏ quả và vỏ thịt
Người ta chế tạo máy xát kiểu Raveng để cùng một lúc làm cả 2 chức năng: bóc lớp vỏ quả và vỏ thịt bằng cách tạo nên sự va đập và ma sát rất mạnh giữa trục máy quay, quả cà phê và vỏ máy ở dạng lưới. Vỏ quả và vỏ thịt bị xé nát nhờ nước phun dưới áp lực cao để lọt qua lưới ra ngoài.
Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm là thời gian bóc vỏ quả và vỏ thịt rất nhanh, cà phê thóc sau khi khỏi máy rất sạch, không phải qua giai đoạn rửa. Chất lượng cà phê rất tốt và ổn định.
5.5.5. Rửa
Khi bóc vỏ thịt bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp sinh hóa thì khi kết thúc quá trình, xung quanh vỏ trầu vẫn còn những mảnh khô của vỏ thịt làm ảnh hưởng xấu đến quá trình làm khô cà phê thóc, đồng thời làm nhân cà phê bị biến màu. Vì thế cần phải tiến hành rửa sạch cà phê thóc trước khi đưa đi phơi sấy.
Người ta có thể rửa nhiều lần bằng cách cho cà phê thóc và trong bể cùng với nước sạch, dùng dụng cụ khuấy đảo nhiều lần và tháo hết nước.
Người ta cũng đã chế tạo được máy rửa cà phê hình trụ kiểu nằm ngang làm việc liên tục nhưng chưa được áp dụng rộng rãi vì tốn khá nhiều nước, thiết bị phức tạp.
5.5.6. Làm ráo và làm khô
Làm ráo: Sau khi rửa hoặc sau khi qua máy xát liên hợp kiểu L. Raveng trong cà phê chứa 1 lượng nước rất lớn. Trước khi đưa đi làm khô người ta thường tiến hành làm ráo để tách phần nước tự do. Người ta tiến hành làm ráo nước bằng phương pháp sau đây:
- Phương pháp tự chảy: chứa cà phê thóc ướt trong 1 bể, đáy bể có lưới thoát nước.
- Phương pháp ly tâm: dùng máy ly tâm để văng nước tự do ra khỏi cà phê thóc, Sau khi ráo, cà phê được đưa đi làm khô bằng cách phơi hoặc sấy.
Làm khô:
31
Phương pháp phơi: ở những vùng nắng nhiều người ta thường phơi cà phê trên sân cho đến khô. Sân được làm bằng gạch, bê tông hoặc nền đất nện. Cà phê được rải thành lớp mỏng trên sâu và đảo trộn thường xuyên. Thời gian phơi thường kéo dài 3 – 12 ngày.
Phương pháp sấy: để chủ động làm khô cà phê, người ta thường dùng phương pháp sấy: sấy tĩnh và sấy động.
- Sấy tĩnh: cà phê được rải trên sản bằng lượng thép. Dưới lưới thép được đặt hệ thống ống cấp nhiệt. Hơi nước thoát ra chủ yếu nhờ vào quá trình đối lưu tự nhiên, cà phê phải được đảo trộn thường xuyên. Chế độ nhiệt của quá trình sấy như sau:
Giai đoạn Thời gian, h Nhiệt độ, °C
Arabica Robusta, Chari
1 4 – 6 40 – 45 40 – 50
2 3 – 4 65 – 70 70 – 75
3 14 – 15 60 65
4 2 – 3 50 50
- Sấy động: người ta sử dụng máy sấy gián đoạn kiểu thùng quay. Chế độ nhiệt khi sấy thùng quay như sau:
Giai đoạn Thời gian, h Nhiệt độ, °C
Arabica Robusta, Chari
1 4 55 – 60 55 – 60
2 3 70 – 75 80 – 85
3 14 65 – 70 70 – 75
4 2 55 – 60 55 - 60
Sau khi sấy hoặc phơi, cà phê thóc có độ ẩm từ 12 – 13 %.
5.5.7. Tách tạp chất
Sau khi phơi, sấy, cà phê thóc lần nhiều tạp chất và bụi. Đặc biệt khi cà phê lẫn tạp chất lắng như đá, sỏi, kim loại sẽ làm máy bị hư hỏng. Để tách tạp chất người ta dùng sàng và nam châm tách kim loại.
5.5.8. Bóc vỏ trầu và vỏ lụa
Đây là 2 lớp vỏ cuối cùng cần phải loại bỏ để thu được cà phê nhân. Khi bóc vỏ lụa cũng là giai đoạn làm cho bề mặt nhân cà phê trở nên nhẵn bóng, tăng giá trị về hình thức sản phẩm.
Để bóc vỏ trấu, người ta sử dụng máy xát kiểu trục. Khi trục quay tạo nên ma sát và lực nén rất mạnh làm vỏ trấu bị nát vụn.
32
Sau khi bóc vỏ trấu, cà phê nhân được đưa sang máy đánh bóng để bóc vỏ lụa trong máy, cà phê nhân được cọ xát với nhau và cọ xát với mặt nhẵn bóng của máy và vỏ máy nên vỏ lụa bị bóc ra và bề mặt hạt cà phê trở nên bóng hơn.
5.5.9. Phân loại theo kích thước, khối lượng và màu sắc
Chất lượng cà phê phụ thuộc nhiều vào kích thước, khối lượng và màu sắc của hạt. Cà phê nhân hạt tròn, to, chắc, có màu xanh xám tự nhiên là hát có chất lượng tốt. Cà phê nhân hạt nhẹ xốp màu trắng hoặc đen là chất lượng kém.
5.5.9.1. Theo kích thước
Người ta dùng sàng để phân loại. Sau khi sàng, cà phê nhân được chia làm 7 kích thước khác nhau trong đó có 2 loại hạt tròn và 5 loại hạt dẹp.
5.5.9.2. Theo khối lƣợng
Dựa trên nguyên tắc như sau: hạt cà phê được cho rơi tự do trong một dòng khí thổi ngược chiều. Hạt nhẹ sẽ bay theo gió, hạt nặng sẽ rơi xuống máng hứng. Nhờ cách này người ta tách khối hạt có cùng kích thước thành 2 loại: hạt chắc có khối lượng lớn và hạt xốp có khối lượng nhỏ.
5.5.9.3. Theo màu sắc
Chọn riêng những hạt có cùng màu sắc bằng mắt thường hoặc dùng máy phân loại kiểu quang điện.
5.5.10. Đấu trộn, đóng bao, bảo quản
Sau khi phân loại được khối cà phê theo kích thước, khối lượng, màu sắc người ta tiến hành đấu trộn lô sản phẩm theo tiêu chuẩn hoặc theo đơn đặt hàng. Đơn phối trộn do phòng kiểm tra chất lượng sản phẩm quy định.
Cà phê nhân sản phẩm được đóng trong bao gai với khối lượng tiêu chuẩn 60 kg và được bảo quản trong kho khô, sạch trong thời gian không quá 3 tháng.