CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
2.2.1.2 Thuyết minh quy trình
Sản xuất cà phê theo phương pháp ướt • Làm sạch và phân loại nguyên liệu
* Mục đích
Làm sạch để tách tạp chất như đất đá, rác cành , lẫn trong nguyên liệu. Phân loại để làm cho kích thước nguyên liệu đồng đều. Rửa sạch cà phê trước khi đưa vào máy tạo điều kiện tốt cho việc tăng năng suất máy và độ bền của thiết bị, đảm bảo chất lượng sản phẩm
* Cơ sở của quá trình làm sạch và phân loại
Làm sạch và phân loại nguyên liệu chủ yếu dựa vào sự khác nhau về tính chất vật lý, trạng thái của nguyên liệu và tạp chất. Đặc biệt chú ý tới các tạp chất khó làm sạch để loại chúng ra, đồng thời phải áp dụng các phương pháp kinh tế nhất, hiệu quả nhất.
Có thể qui về các phương pháp sau:
- Dựa vào kích thước khác nhau của nguyên liệu và tạp chất để phân loại và làm sạch có thể dùng loại sàng chấn động, sàng ngang, sàng tròn, sàng nẩy.
- Dựa vào sự khác nhau về sức chịu gió của nguyên liệu và tạp chất mà làm sạch và phân loại, thường dùng catado hay quạt hòm…
- Dựa vào sự khác nhau giữa chiều dài của nguyên liệu và tạp chất để phân loại, thường dùng máy hình trụ hoặc máy đĩa…
- Dựa vào sự khác nhau về hình dáng, trạng thái bề mặt, trọng lượng riêng để làm sạch và phân loại. Bể xiphong để phân loại , máy tách đá…
* Các phương thức dùng để làm sạch và phân loại cà phê
Sàng chấn động
Dựa vào sự khác nhau về kích thước của nguyên liệu và tạp chất để phân loại
- Ưu điểm: vửa tách được tạp chất, vừa phân loại được quả to, quả nhỏ, làm tăng độ đồng đều của nguyên liệu, hiệu suất cao, năng suất lớn.
- Nhược điểm: không phân loại được các tạp chất theo trọng lượng một cách đầy đủ, các loại đá, sỏi thường khó loại ra khỏi lớp vật liệu.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất sàng :
- Kích thước lỗ sàng: sàng chấn động thường có hai loại lỗ ( lỗ đan và lỗ đột ). Kích thước lỗ sàng phải phù hợp với kích thước của lạp chất và nguyên liệu. Tùy theo yêu cầu làm sạch hoặc phân loại mà chọn lỗ sàng thích hợp.
- Số lượng và thành phần của tạp chất: tỷ lệ tạp chất càng lớn thì hiệu suất càng giảm. Thông thường tỷ lệ tạp chất dưới 2% thì hiệu suất sàng cao nhất. Trong nguyên liệu có lẫn nhiều tạp chất có kích thước gần giống kích thước nguyên liệu thì hiệu suất làm sạch và phân loại của sàng rất thấp.
- Lưu lượng: lưu lượng lớn thì lớp nguyên liệu trên sàng sẽ dày, gây hiện tượng phân lớp, hiệu suất là sạch và phân loại giảm. Nếu lưu lượng quá lớn sẽ ảnh hưởng đến chấn động sàng, nếu lưu lượng quá nhỏ thì sẽ không tận dụng được năng suất của sàng, hạt nguyên liệu trên sàng sẽ nẩy nhiều, ảnh hưởng đến hiệu suất. Thông thường nên khống chế chiều dày lớp nguyên liệu trên bề mặt của sàng từ 1-2 lớp nguyên liệu.
Sàng chấn động có hiệu suất cao khi vận tốc của hạt nguyên liệu trên sàng khoảng 0.273 – 0.364m/s.
- Chiều dài mặt sàng: nếu mặt sàng không đủ dài sẽ hạn chế sự tạo thành hiện tượng phân lớp, do đó sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất sàng.
Góc nghiêng của lớp sàng thường từ 50 – 120.
Chỉ tiêu làm sạch :
- Sau khi sàng lần thứ nhất phải đảm bảo loại hết tạp chất lớn. Trong tạp chất không được lẫn nguyên liệu.
- Sau khi sàng lần thứ nhất, hiệu suất tách đất, cát , sạn phải lớn hơn 65%, từ sàng thứ hai trở đi phải tách được trên 50%.
- Sau khi sàng thứ nhất, hiệu suất loại tạp chất nhẹ phải trên 70%. Từ sàng thứ hai trở đi phải tách trên 60%
- Tất cả các tạp chất loại ra đều không lẫn nguyên liệu.
Phân loại bằng bể xiphong
Mục đích:
- Phân loại các tạp chất nặng làm cho nguyên liệu được thuần khiết hơn tránh được hiện tượng hư hỏng máy móc.
- Tách các tạp chất nhẹ, đảm bảo phẩm chất của sản phẩm thuần khiết.
- Làm mềm và làm sạch quả tạo điều kiện tốt cho máy bóc vỏ quả tươi dễ dàng.
- Lợi dụng sức nước để đẩy khối cà phê vào máy xát tươi một cách điều hòa mà không dùng sức người.
- Ngoài ra, bể xiphong còn có tác dụng chứa nguyên liệu khi chưa chế biến kịp trong thời gian ngắn làm giảm sự bốc nóng tức thời của khối cà phê nhưng cần chú ý thời gian ngâm trong nước, nếu ngâm lâu quá thì các chất trong vỏ quả sẽ tan vào nước như tamine, antoxian, các acid hữu cơ… tạo điều kiện thuận lợi cho các vi sinh vật phát triển gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. Nếu kéo dài thời gian ngâm thì việc phân loại nổi chìm không còn tác dụng vì ngâm lâu những quả lép, sâu, sẽ thấm nước và chìm xuống, ngược lại một số quả tốt sẽ nổi lên.
- Phương pháp này dựa theo sự khác nhau về tỷ trọng của các quả cà phê và các tạp chất so với tỷ trọng của nước, loại bỏ các tạp chất nặng nhẹ , phân loại cà phê đưa vào máy chế biến
Cấu tạo và hình dáng của bể xiphong phải đảm bảo các yêu cầu sau:
-Lượng nguyên liệu qua ống xiphong vào máy xát tươi phải đều đặn và liên tục, nhưng lượng nước tiêu dùng cho quá trình bóc vỏ phải ít nhất.
-Có cửa lấy được tạp chất nặng, tạp chất nhẹ dể dàng để có thể tiện lợi cho việc làm vệ sinh bể, có bể chứa những quả xấu, quả lép để chế biến riêng.
-Nếu bể có bộ phận khuấy đảo càng tốt vì nó sẽ làm tăng độ lơ lửng của nguyên liệu trong nước, để nguyên liệu và nước qua ống xiphong vào máy xát vỏ quả được điều hòa. Ngoài ra bể xiphong còn có hệ thống đưa nước vào và tháo nước ra dể dàng, lưu lượng nước đưa vào có thể điều chỉnh trong quá trình làm việc.
-Áp suất tĩnh của nước đủ đảm bảo đẩy cà phê theo ống xiphong ra khỏi bể rót vào phễu của máy xát, không mang theo sỏi đá, sắt vụn … Đối với bể xiphong điều quan trọng là độ chênh lệch áp suất , độ chênh lệch áp suất càng lớn thì sức hút của ống xiphong càng mạnh, tức là nguyên liệu vào máy xát tươi càng nhiều, nên ta phải tính toán sao cho độ chênh lệch áp suất thích hợp, để ống xiphong làm việc tốt nhưng lại tiết kiệm được lượng nước tiêu tốn trong quá trình sản xuất.
Hình 2.3 bể xi phông
- Nguyên liệu đưa vào phải đều đặn với lượng vừa phải để đảm bảo việc tự phân loại tốt nhất.
- Tạp chất nhẹ nổi lên mặt nước phải lấy lên kịp thời, có bể phụ chứa tạp chất nhẹ để chế biến riêng, trên bề mặt bể phụ có lưới sàng để có thể tách riêng được cành, lá …
- Thường xuyên xem xét, kiểm tra tình hình làm việc của bể xiphong, bộ phận khấy trong bể để nếu có bắt trắc thì kịp thời xử lý.
- Lưu lượng nước đưa vào bể xiphong phải ổn định, khống chế kịp thời đảm bảo nước và nguyên liệu vào máy được điều hòa.
- Chu kỳ thông rửa và vệ sinh bể xiphong và lấy tạp chất nặng ở đáy bể không quá 12 giờ. • Bóc vỏ quả
Mục đích và yêu cầu
Mục đích
Thành phần chủ yếu của lớp vỏ quả là nước, glucid, và protein. Vỏ quả gây khó khăn trong quá trình chế biến như: gây thối rửa, kéo dài thời gian phơi sấy. Vì vậy, phải loại bỏ lớp vỏ quả. Hiệu suất và kỹ thuật xát tươi có ảnh hưởng đến chất lượng của cà phê thành phẩm.
Sau khi xát tươi ta được hai thành phần chủ yếu: vỏ quả và cà phê thóc ướt còn dính theo lớp vỏ quả, trong đó vỏ quả và cà phê quả còn lẫn trong cà phê thóc ướt theo một tỉ lệ nhất định. Hiệu suất xát tươi càng cao thì tỉ lệ này càng thấp.
Cà phê quả còn lẫn trong cà phê thóc ướt có thể tách ra và đem xát lại lần thứ hai.
Yêu cầu:
Cà phê sau khi xát ướt phải giữ nguyên được hạt, tỷ lệ hạt bị giập hoặc bị xé tách vỏ trấu, vỏ quả và cà phê còn lẫn trong cà phê thóc ướt với tỉ lệ càng ít càng tốt.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xát:
Có 3 yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất xát :
- Tính năng của thiết bị.
- Kỹ thuật điều khiển và quản lý thiết bị.
Các loại máy thông thường để xát vỏ quả : - Máy xát đĩa Hamburg
- Máy xát Raoeng
* Máy xát đĩa hình đĩa Hamburg
Hình 2.4 Máy xát hình đĩa Hamburg
Máy gồm những đĩa có nhiều nụ nổi, quay theo chiều thẳng đứng, hai bên đĩa có 2 tấm kim loại gọi là má điều chỉnh được nối với những thanh sắt đặt song song. Quả cà phê được ép và đĩa quay làm tuột vỏ. Công suất máy phụ thuộc vào số đĩa.
Máy đĩa xát đơn giản nhưng người ta ít dùng vì chỉ bóc được lớp vỏ bên ngoài, còn lớp nhớt chứa nhiều đường và pectin thì không bong được, cho nên người ta thường phải thêm một giai đoạn ngâm, ủ, rửa nhớt ( hoặc phải dùng máy đánh nhớt), kéo dài thêm quá trình sản xuất.
Hình 2.5 máy xát vỏ kiểu Roaeng
Máy gồm một có một trục hình trụ rỗng, trên bề mặt có những đường gân nổi chia làm 3 giai đoạn rõ rệt và có những nhiệm vụ khác nhau
- Đoạn đầu của xilanh phía trước phễu có một đường gân xoắn như vít vô tận làm nhiệm vụ đưa quả cà phê vào vị trí bóc vỏ.
- Đoạn giữa của xilanh là những đường gân nối hình bình hành có chiều nghiêng cùng với chiều của đường gân xoắn đoạn đầu, làm nhiệm vụ chủ yếu là xé rách lớp vỏ ngoài đồng thời chà xát làm tách tới lớp thịt, nhớt và đẩy cà phê thóc đi qua khu vực cuối.
- Đoạn cuối của xilanh phía cửa ra cà phê thóc gồm nhiều đường gân nối dài, hơi nghiêng và cùng chiều với đường gân xoắn làm nhiệm vụ tiếp tục đánh nhớt và gạt cà phê thóc đã sạch ra ngoài.
Phía ngoài trục có bọc một lớp vỏ máy đục lỗ gọi là lưới sàng, lưới sàng hình lòng máng. Ngoài ra máy còn có hệ thống dẫn nước có áp lực. Nước từ bể xiphong đưa cà phê quả vào máy, ống nước bên trên xilanh tưới xuống máy cung cấp nước rửa nhớt. Dòng nước đi trong
ruột xilanh ra có áp lực lớn 4-5atm, cột nước phun ra ngoài qua các lỗ nhỏ trên vỏ xilanh gây áp lực đẩy vỏ cà phê qua mắt lưới ra ngoài.
Máy xát này còn gọi là máy liên hoàn vì nó thực hiện đồng thời ba động tác: - Bóc vỏ quả
- Đánh ướt - Rửa cà phê thóc
Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp và chủ yếu đến hiệu suất vẫn là tốc độ, khe hở làm việc. Riêng đối với máy Raoeng, yếu tố không kém phần quan trọng là nước và áp suất nước. Hai yếu tố này nếu đầy đủ thì quá trình đánh nhớt và rửa cà phê hoàn hảo
Vận tốc trục của máy Raoeng thường cũng lớn hơn vận tốc trục của máy xát đĩa từ 40- 50%.
• Tách lớp vỏ nhớt
Mục đích và yêu cầu - Mục đích
Sau khi bóc vỏ quả, lớp vỏ nhớt vẫn còn bám chung quanh vỏ thóc, đặt tính của lớp nhớt này là không tan trong nước, thành phần chủ yếu của lớp nhớt này là không tan trong nước, thành phần chủ yếu của lớp nhớt là pectin chiếm khoảng 5-6% theo trọng lượng nguyên liệu tươi, nó dính chặt vào vỏ trấu làm trở ngại cho việc phơi sấy và bảo quản cà phê. Mặt khác trong lớp nhớt còn chứa một lượng đường khá lớn là môi trường thuận lợi cho việc phát triển các loại nấm, vi khuẩn…đặc biệt là các loại nấm mốc và vi sinh vật có hại gây trạng thái lên men.
- Yêu cầu: Sau khi tách lớp nhớt cà phê cần giữ được nguyên hạt và chất lượng của hạt không bị biến đổi xấu.
Các phương pháp tách vỏ nhớt. hiện có 4 phương pháp: - Phương pháp cơ học
- Phương pháp cơ – hóa học - Phương pháp sinh học
Phương pháp cơ học
Phương pháp này dựa trên cơ sở ma sát giữa thiết bị và nguyên liệu kết hợp với phun áp lực nước vào khối hạt. Người ta có thể dùng các loại máy vừa xay xát vừa đánh tan lớp nhớt, hoặc dùng máy đánh nhớt riêng sau khi xay xát lớp vỏ quả bên ngoài. Hiện nay trong nước ta dùng máy xay tươi liên hoàn Roaeng là phổ biến hơn cả, vừa thuận tiện vừa rút ngắn được thời gian chế biến và còn có thể kéo dài được khoảng thời gian thu hoạch và chế biến không gây hại nhiều.
Phương pháp cơ – hóa học
Đây là phương pháp ghép giữa cơ sở thiết bị và thêm hóa chất trong quá trình xay xát.
Phương pháp hóa học
Người ta có thể dùng các loại hóa chất khác nhau để làm tan chất nhờn quanh hạt cà phê. Có thể dùng Na2CO3 hoặc NaOH để tách nhớt. Phương pháp này người ta ít dùng vì nó làm cho vị cà phê nhạt đi.
Phương pháp sinh học
Phương pháp này còn gọi là phương pháp lên men. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc dùng các enzyme có trong bản thân nguyên liệu hoặc một số vi sinh vật được cấy vào làm tác nhân phân giải lớp nhớt thành những chất hòa tan trong nước. Trong sản xuất, quá trình lên men yêu cầu phải đặt khối nguyên liệu vào những điều kiện nhất định để đẩy mạnh quá trình phân giải lớp nhớt mà không kéo theo quá trình lên men phụ như lên men lactic, acetic, butiric…làm hại cho chất lượng thành phẩm.
• Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men
Các loại enzyme pectosinase, pectinase, pectase đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men phân hủy lớp nhớt, nhưng nếu có vi sinh vật hoạt động thêm vào đó thì nó có thể làm tăng vận tốc phân hủy và do sự hoạt động của vi sinh vật mà làm tăng sự tiếp xúc giữa
các enzyme và thành tế bào của nguyên liệu, sự hoạt động của các vi sinh vật thể hiện là sự acid hóa môi trường.
Có thể thêm các loại enzyme khác vào để làm tăng tốc độ phản ứng, rút ngắn thời gian, song cần lấy enzyme nguyên chất có trong vỏ cà phê để khỏi ảnh hưởng đến hương vị của cà phê sau này.
Sự tăng các vi sinh vật chỉ đóng vai trò phụ cho việc phân hủy lớp nhớt nhưng nó có thể làm cho hương vị của cà phê khác đi. Cần chú ý làm cho sự phát triển của các vi khuẩn lactic nhiều hơn vì nó có thể bảo vệ cho toàn khối hạt cà phê khỏi bị ảnh hưởng của vi khuẩn khác.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy của lớp nhớt nhưng không ảnh hưởng đến tốc độ acid hóa.
Sự lên men ướt ( yếm khí ) với nước tinh khiết sẽ cho ta cà phê có hương vị thơm ngon và màu sắc thành phẩm tốt hơn lên men khô ( hiếu khí ).
• Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
-Độ chín của quả: yếu tố này rất quan trọng vì nếu quả còn xanh thì lượng pectin không hòa tan, tinh bột nhiều gây khó khăn và kéo dài thời gian phân hủy lớp vỏ nhớt.
-Thành phần của nước: trong nước không được chứa lẫn một chất nào có tính chất làm ức chế hoạt động của vi sinh vật, không chứa các chất bài tiết của vi sinh vật phân giải NH3