Cafe2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

GVHD: Nguyễn Cao Cường

Nhóm sinh viên thực hiện:

1. Ngô Thị Quỳnh Như2. Phan Thị Diệu Minh3. Trương Diệu Linh4. Nguyễn Thị Thùy Loan5. Thái Hoàng Linh6. Lê Thị Linh7. Phạm Thị Lệ Quý8. Phan Thị Mỹ Nguyệt9. Lê Thị Liên10.Nguyễn Thị Hà Ly

Lớp: CNTP 47 Nhóm 7

Huế, tháng 3 năm 2015

2

Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7

MỤC LỤC1. Nguyên liệu 4

1.1. Cà phê nhân 41.2. Nước 51.3. Bột sữa gầy 71.4. Đường tinh luyện 8

2. Qui trình sản xuất cà phê hòa tan 103. Thuyết minh qui trình 11

3.1. Làm sạch 113.2. Phối trộn 123.3. Rang 143.4. Nghiền 173.5. Trích ly 193.6. Xử lí dịch chiết 223.7. Tách hương 233.8. Cô đặc bốc hơi 243.9. Sấy phun 283.10. Tạo hạt 323.11. Phối trộn 343.12. Bao gói 34

4. Chất lượng cà phê hòa tan 365. Vấn đề vệ sinh trong sản xuất 376. Tiêu chuẩn chất lượng cà phê hòa tan 37

6.1. Yêu cầu về thành phần 376.2. Các chỉ tiêu khác 376.3. Bao bì và đóng gói 38

3


LỜI MỞ ĐẦUCà phê (gốc từ café trong tiếng Pháp) là một loại thức uống từ lâu đời có

chứa chất caffein và được sử dụng rộng rãi trong đời sống, sản xuất từ những hạt cà

phê được rang lên, từ cây cà phê. Cà phê được sử dụng lần đầu tiên vào thế kỉ thứ 9

ở châu Phi và ngày nay, cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu.

Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 50 quốc gia trên thế giới, trong đó có một

số nước trồng nhiều cà phê là Việt Nam, Brazin, Colombia, Indonesia, Mexico, Ấn

Độ, Guatemala, Ethiopia, Uganda, Costa Rica, Peru...

Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của xã hội thì yêu cầu về sự

tiện dụng và chất lượng của sản phẩm ngày càng lớn và cà phê hòa tan hay cà phê

uống liền là sự lựa chọn tối ưu cho những người yêu thích cà phê. Đó là một loại đồ

uống bắt nguồn từ cà phê nhưng 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,

không chỉ vậy loại cà phê này có thể bảo quản được lâu và dễ sử dụng. Tuy nhiên

quy trình chế biến ra nó lại đòi hỏi những công nghệ hết sức phức tạp. Trong bài tiểu

luận này nhóm chúng em sẽ trình bài về quy trình chế biến cà phê hòa tan cùng một

số thiết bị chính trong quá trình sản xuất.

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=S%C3%B4i&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=S%E1%BA%A5y_kh%C3%B4&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Xay&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Rang&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BB%8B

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=B%E1%BB%99t&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%A0_ph%C3%AA

http://vi.wikipedia.org/wiki/Caffein

4


1. Nguyên liệu

1.1. Cà phê nhân

1.1.1. Thành phần hóa học

Thành phần hóa học trong cà phê nhân biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín,

điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.

Nước

Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết. Khi hàm

lượng nước cao hơn hạt cà phê có thể bị nấm móc và hư hỏng. Mặt khác hàm

lượng nước cao có thể làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trong quá trình

rang, tốn nhiều nhiên liệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê. Hàm lượng nước

sau khi rang còn lại khoảng 2,7%.

Chất khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong cà phê nhân là 3-5%, chủ yếu là kali, photpho,

nitơ, magie, clo. Những chất này ảnh hưởng đến mùi cà phê. Chất lượng cà phê

cao khi lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại.

Glucid

Chiếm khoảng 1/2 trong tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành

phần nước uống mà chỉ tạo màu và vị caramel. Đường có trong cà phê chủ yếu do

tác dụng của phản ứng thủy phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme thủy

phân. Hàm lượng sacharose có trong cà phê phụ thuộc vàomức độ chín, quả càng

chín thì hàm lượng đường càng cao. Hạt cà phê có chứa nhiều polysaccharied

nhưng phần lớn là bị tách ra sau qua trình trích ly.

Prôtêin

Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong

việc tạo ra hương vị của sản phẩm. Thành phần protein trong cà phê có những acid

amin sau: cysteine, alanie, lysine, phenilanine, histidine, leusine,... Khi gia nhiệt

các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng tiếp tục tham gia

vào phản ứng maillard, caramel tạo mùi và vị cho cà phê rang. Trong các amin kể

trên chú ý nhất là các acid amin chứa lưu huỳnh như cysteine, proline, chúng góp

phần làm giảm tốc độ oxi hóa của các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được

mùi vị lâu khi bảo quản.

5


Lipid

Hạt cà phê chứ lượng lipid khá lớn( 10-13%). Lipid trong cà phê gồm chủ yếu

trong dầu và sáp. Trong qua trình chế biến lipid bị biến đổi, song một phần acid

béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản

phẩm, lượng lipid không bị biến đổi là dung môi tốt hòa tan các chất thơm. Khi

pha cà phê thì chỉ một lượng nhỏ lipid đi vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã.

Các alkaloid

Trong cà phê có các alkaloid như caffeine, trigonelline, coline. Trong đó quan

trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là caffeine, trigonelline.

Caffeine chiếm từ 1-3%, hàm lượng caffein thấp hơn trong chè nhưng nó kích

thích hệ thần kinh với thời gian nhiều hơn.

Trigonelline không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic, không tan trong

cloroform và ete, tan nhiều trong nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218°C. Tính

đáng quý của nó là dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân thành acid

nicotide (tiền vitamin PP).

Chất thơm

Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt.

Mặt khác nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá trình

rang.Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê

bị mất mùi thơm nên cần bảo quản trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh.

1.1.2. Tiêu chuẩn cà phê nhân

Để đánh giá chất lượng cà phê nhân người ta thương dựa vào các chỉ tiêu sau:

Độ ẩm: <13%

Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807:2001.

Hàm lượng tạp chất và tỉ lệ lẫn các loại cà phê khác nhau

Tổng trị số lỗi trên 300g mẫu

Các tính chất cảm quan về màu sắc và thể chất của hạt cà phê.

1.2. Nước

Nước dùng trong sản xuất thực phẩm phải trong, không màu không mùi vị.

6


Bảng 1: Tiêu chuẩn dùng nước trong công nghệ thực phẩm

Chỉ tiêu Tiêu chuẩn

Chỉ tiêu vật lí

Mùi vị không

Độ trong (ống Dienrent) 100 ml

Chỉ tiêu hóa học

pH 6,0 – 7,8

CaO 50 – 100 mg/l

MgO 50 mg/l

Fe₂O₃ 0.3 mg/l

MnO 0.2 mg/l

BO₄³¯ 1,2 – 2,5 mg/l

SO₄²¯ 0,5 mg/l

NH₄¯ 0,1 -0.3mg/l

NO₂¯ Không

NO₃¯ Không

Pb 0,1 mg/l

As 0,05 mg/l

Cu 2 mg/l

Zn 5 mg/l

F 0,3 – 0,5 mg/l

Chỉ tiêu vi sinh

Tổng số vi sinh vật hiếu khí <100 cfu/ml

Chỉ số Coli ( số Coli/1l nước ) <20

Chuẫn số Coli >50

7


Vi sinh gây bệnh Không có

1.3. Bột sữa gầy

Bột sữa gầy là sản phẩm thu được từ quá trình tách nước của sữa tiệt trùng. Bột

sữa gầy chứa không quá 5% hàm lượng ẩm và không quá 1,5% hàm lương chất

béo ( tính theo trọng lượng ), trừ các trường hớp khác. Bột sữa gầy được phối

trộn vào bột cà phê hòa tan để thay đổi màu sắc vốn có của cà phê làm cho bột

cà phê mềm, mịn hơn và hạn chế vị đắng của cà phê.

Bảng 2: Các chỉ tiêu cảm quan của bột sữa gầy

Tên chỉ tiêu Đặc trưng của sữa bột

Màu sắc Từ màu trắng sữa đến màu kem nhạt

Mùi, vị Thơm, ngọt đặc trưng của sữa bột không có mùi vị lạ

Trạng thái Dạng bột đồng nhất không vón cục

Bảng 3: Chỉ tiêu hóa lý của sữa bột gầy

1. Hàm lượng nước, % khối lượng ≤5

2. Hàm lượng chất béo, % khối lượng ≤1.5

3. Hàm lượng protein, tính theo hàm lượng chất khô không có chất

béo. % khối lượng34

4. Độ acid, °T ≤20

5. Chỉ số không hòa tan ≤1/50

Bảng 4: Hàm lượng kim loại nặng của sữa bột

Tên chỉ tiêu Mức tối đa

8


1. Asen, mg/kg 0,5

2. Chì, mg/kg 0,5

3. Cadimi, mg/kg 1

4. Thủy ngân, mg/kg 0,05

Bảng 5: Chỉ tiêu vi sinh vật của sữa bột

Tên chỉ tiêu Mức cho phép

1. Tổng số vi sinh vật hiếu khí, số khuẫn lạc trong 1g

sản phẩm

5.10⁴

2. Nhóm colifom, số vi khuẫn trong 1g sản phẩm 10

3. E.Colo, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0

4. Salmonella, số vi khuẩn trong 25g sản phẩm 0

5. Staphilococcus aureus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 10

6. Clostridium pesringer, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0

7. Bacillus cereus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 10²

8. Nấm men, nấm mốc, số khuẫn lạc trong 1g sản phẩm 10

1.4. Đường tinh luyện

Đường tinh luyện là đường saccharose được tinh chế và kết tinh có độ Pol trên 99,8%

theo TCVN 6958 – 2001. Đường tinh luyện được bổ sung vào cà phê hòa tan để làm

giảm bớt vị đắng của cà phê.

Bảng 6: Chỉ tiêu cảm quan của đường tinh luyện

Chỉ tiêu Yêu cầu

Hình dạng Tinh thể màu trắng, kích thước tương đối đồng đều, tơi khô không vón cục

9


Mùi vị Tinh thể đường hoặc dung dịch đường trong nước có vị ngọt, không có mùi vị lạ

Màu sắc Tinh thể trắng óng ánh. Khi pha vào nước cất cho dung dịch trong suốt

Bảng 7: Chỉ tiêu hóa lí đường tinh luyện

STT Tên chỉ tiêu Mức

1 Độ Pol, ( oZ ) ≥99,8

2 Hàm lượng đường khử, % khối lượng ≤0,03

3 Tro dẫn điện. % khối lượng ≤0.03

4Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105°C trong 3h,

% khối lượng≤0.05

5 Độ màu, đơn vị ICUMSA ≤30

Bảng 8: Chỉ tiêu vi sinh vật của đương tinh luyện

Tổng số VSV hiếu khí, CFU/10g ≤200

Nấm men, CFU/10g ≤10

Nấm mốc, CFU/10g ≤10

Bảng 9: Chỉ tiêu về dư lượng SO₂ và kim loại nặng trong đường tinh luyện

Tên chỉ tiêu Mức

Dư lượng SO₂ (mg/kg) ≤70

As (mg/kg) ≤1

Cu (mg/kg) ≤2

Pd (mg/kg) ≤0,5

10


7. Quy trình sản xuất cà phê hòa tan

Cà phê hòa tan là một loại thức uống bắt nguồn từ cà phê. Nó xuất hiện đầu tiên trên thị

trường vào những năm 50 của thế kỷ 20. Từ đó, công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan đã

phát triển rất mạnh, và trở thành một trong những loại thức uống phổ biến nhất của cà

phê được hàng triệu người trên thế giới ưa chuộng. Loại cà phê này rất tiện lợi và dễ dàng

sử dụng nhưng quy trình sản xuất thì rất phức tạp và đòi hỏi chi phí cao.

Quy trình sản xuất cà phê theo sơ đố khối:

3. Thuyết minh quy trình

3.1. Làm sạch

3.1.1. Mục đích

11


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, 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 quả trình nghiền sau này. Do đó, mục đích chính 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.

3.1.2. Các biến đổi

Biến đổi trong quá trình làm sạch là biến đổi vật lý, tức là 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 các tạp chất được tách ra. Nguyên liệu cà phê sẽ đồng đều hơn về

kích thước và tỷ trọng.

3.1.3. 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 phân loại theo 2 sàng nối tiếp. cà phê dược cho vào sàng thứ nhất, phần tạp

chất có kích thước lớn được giữ lại trên sàng, phần đi qua sẽ tiếp tục chuyển qua

sàng thứ hai. Tại đây các tạp chất có kích thước nhỏ sẽ đi qua sàng , hạt cà phê có

kích thước theo yêu cầu sẽ được giữ lại trên sàng. Kích thước của 2 loại sàng này

phụ thuộc vào từng loại cà phê nguyên liệu.

Phân loại theo tỷ trọng (bằng khí động) : tỉ trọng của hạt cà phê trung bình là 1,1 –

1,3 loại máy phân loại theo tỷ trọng phổ biến là catador. Nguyen lý của máy là

dùng sưc gió thổi hạt cà phê đang rơi ngược ciều từ trên xuống. Các hạt có tỷ trọng

cao sẽ vượt qua súc gió rơi xuống đáy và được dẫn ra sàng ra ngoài. Hạt nhẹ sẽ bị

nãy lên trên. Phần tạp chất nhẹ và bụi sẽ 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 13-15

m/s, năng suất máy từ 500-600 kg/h.

Phân loại theo từ tính : tách kim loại.

12


3.1.4. Thiết bị

Hình 1: Thiết bị sàng 2 tầng nối tiếp

Nguyên liệu sau khi vào thiết bị được dẫn qua máy sàng 2 tầng. Tại đây các

tạp chất có kích thước nhỏ hơn các tạp chất có kích thước lớn hơn cà phê nhân

được tách ra.

Sau đó, nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất nhẹ được 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.

3.2. Phối trộn

3.2.1. Mục đích: Hoàn thiện

Nhằm đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng, người ta

thường trộn một số loại 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.

Cà phê Arabica thường được đánh giá cao hơn về tính chất hương vị và thường

được dùng để sản xuất cà phê rang xay. Cà phê Robusta thường được sử dụng

13


để sản xuất cà phê hòa tan hoặc phối trộn với cà phê Arabica để sản xuất cà phê

rang xay.


Trong giai đoạn này, các biến đổi trong bản thân từng hạt cà phê nhân hầu

như không xảy ra, chỉ có sự phân bố đồng đều các hạt trong toàn khối.


Các loại cà phê khác nhau sẽ được phối trộn lại với nhau theo một công thức

nào đó tạo nên hương vị đặc trưng riêng cho sản phẩm.

Chọn tỷ lệ Robusta: Arabica là 7:3

3.2.4. Thiết bị

Hình 2: Máy trộn thùng quay

Thùng chứa vật liệu được truyền động quay qua các trục được gắn với thùng. Khi

thùng quay, dưới tác dụng của lục li tâm, vật liệu trong thùng sẽ được nằm lên và rơi

xuống tạo sự đảo trộn trong khối vật liệu.

3.3. Rang

3.3.1. Mục đích: Chế biến và bảo quản

14


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 thành phẩm.

Bảo quản: quă trình rang cà phê xảy ra ở nhiệt độ cao làm giảm độ ẩm của cà phê, tiêu

diệt các vi sinh vật và ức chế các phản ứng hóa sinh.


Biến đổi vật lý

Trong quả 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. Giai

đoạn đầu, nhiệt lượng d 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 này tăng mạnh khi nhiệt độ của hạt cà phê dao động trong vùng

1700C đến 2500C.

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 ào giống, chất lượng cà phê nhân nguyên

liệu, mức độ rang và phương thúc rang. Thể tích sau khi rang có thể tăng lên 40-

60%.

Biến đổi hóa lý

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

các hợp chất dễ bay hơi làm giửm 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 kiện bảo quản và vận chuyển, kỹ thuật

rang.

Ở nhiệt độ 180-2200C , một lượng khí sinh ra (CO2 ,CO, H2O,..), hạt cà phê trở

nên giòn, thể tích 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.

Biến đổi hóa học

Biến đổi hóa học là biến đổi quan trọng nhất trong quá trình rang. Những biến

đổi hóa hoc 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 là:

15


Độ ẩm của hạt cà phê trước khi rang khoảng 12- 13%,sau khi rang thường

khoảng 1- 2%, tùy 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 sẽ giảm

càng nhiều. Thông thường, cà phê rang ở khoảng từ 180- 240 0C trong vòng

15- 25 phút thì tổn thất về khối lượng là 16- 18%.

Hàm lượng chất khô hòa tan: Trong quá trình rang, hàm lượng chất khô hòa

tan thường tăng lên. Ngoài ra, sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan còn

phụ thuộc vào mức độ rang (nhanh, chậm), thiết bị rang (thùng quay, tầng

sôi).

Biến đổi hóa sinh và vi sinh

Do nhiệt độ hạt rất cao nên sau quá trình rang, các enzyme và vi sinh vật bị vô

hoạt hoàn toàn.

Cảm quan

Đầu tiên, bề mặt hạt cà phê dần trơn và nhẵn. Sau đó, bề mặt hạt khô và bắt

đầu xuất hiện các vết nứt. Cuối cùng, bề mật hạt bóng lên do dầu bên trong

nhân cà phê thoát ra ngoài bề mặt. Trong quá trình rang có hai thời điểm quan

trọng: khi bề mặt hạt cà phê xuất hiện vết nứt thứ nhất và vết nứt thứ hai. Đây

là đặc điểm quan trọng để đáng giá mức độ rang của hạt cà phê.

Màu sắc của hạt cà phê sẽ biến đổi dần từ màu xanh xám sang màu vàng nhạt,

vàng đậm, nâu cánh gián, cánh đen và cuối cùng là có màu đen đậm. Đây

chính là cơ sở để phân tích mức độ rang cà phê.

16



Quá trình rang được thục 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 sử dụng phổ biến hơn, bề mặt kim loại chỉ được dùng

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 với 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 vít tải

để đảm 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 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 hương. Vì vậy, để tránh thất thoát hương cần

làm nguội nhanh sản phẩm.

3.3.4. Thiết bị

Các thông số công nghiệp

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

Thời gian rang được xác định thao mức độ rang mong muốn

và nhiệt độ thực hiện quá trình rang không vượt quá 1h.

Quá trình làm nguội sẽ kết thúc khi nhiệt độ hạt bằng nhiệt

độ môi trường

17


Hình 3: Thiết bị rang thùng quay liên tục

3.4. Nghiền

3.4.1. Mục đích: Chuẩn bị

Quá trình nghiền cà phê rang có mục đích chính là giảm kích thước của hạt cà

phê, phá vở cấu trúc vốn có của hạt cà phê rang để tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình trích li khi sản xuất cà phê hòa tan hoặc trong qúa trình pha chế cà phê khi sử

dụng.

Ngoài ra, mục đích của qua trình nghiền còn nhằm tạo điều kiện cho một số khí

( đặc biệt CO₂) 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.


Vật lí:

Sự giảm kích thước của hạt cà phê từ hạt rắn sang dạng bột rắn khô.

18


Giảm khối lượng toàn hạt và tăng khối lượng riêng xốp do khí CO₂, 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.

Hóa học:

Có một số phản ứng phân hủy, oxi hóa do nhiệt độ và bề mặt tiếp xúc tăng.

Tuy nhiên, các biến đổi này không đáng kể.

Hóa lí: Sự tăng diện tích bề mặt riêng, sự bay hơi của một số chất mùi.

Cảm quan: Giảm mùi thơm của cà phê do một số chất mùi bị thất thoát. Sau

khi nghiền, cà phê nên được đem đi trích ly càng nhanh càng tốt.


Hạt cà phê sau khi rang cần lực cắt hơn là lực xé hay lực ép, do đó thiết bị

xay thường sử dụng là các con lăn có răng cưa để cắt vơi nhiều kiểu dáng khác nhau.

Ngoài ra còn có nhiều loại thiết bị khác để tạo ra cà phê hạt mịn hay cà phê dạng

bông(thường có lợi cho quá trình ủ sau này)

Hạt cà phê sau khi nghiền không nên còn quá thô vì thời gian trích li bằng

nước các chất rắn hòa tan và các cấu tử dễ bay hơi sẽ lớn, nhưng cũng không nên

quá mịn có thể làm nghẹt lọc.

Trong khi nghiền nên thêm một ít nước (Bằng cách phun ẩm) để tạo thuận lợi

cho quá trình trích ly bằng nước sau này. Theo nghiên cứu, lượng nước thêm vào

trong giai đoạn này tốt nhất là khoảng 7%.

Người ta có thể sử dụng phương pháp nghiền lạnh đông. Theo cách này, hạt

cà phê sẽ được xay mịn hơnvà lượng cấu tử hương thất thoát sẽ giảm xuống (trong

qua trình xay ở nhiệt độ thường, sự ma sát sẽ làm tăng nhiệt độ cà phê).

Khí thoát ra có thể được thu hồi và sử dụng ở các giai đoạn sản xuất sau và

trong quá trình bao gói.

Lớp vỏ bong ra có thể bị bỏ đi hay được tận dụng để phối trộng với cà phê

bột lúc sau nhằm tân thu hết những chất dầu thấm ra vỏ trong quá trình rang và

khống chế khối lượng riêng thể tích của khối bột sau nghiền.

19


Thiết bị nghiền cà phê là các loại máy nghiền hạt (đôi khi còn được gọi là

máy xay). Sau quá trình nghiền, bột cà phê được đưa tới ray. Các thành phần có kích

thước quá lớn sẽ được hoàn lưu trở về máy nghiền. Hai loại máy nghiền thường

được sử dụng là máy nghiền trục trơn và máy nghiền răng.

3.4.4. 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 quay có tốc độ cao có các răng cưa hình

chữ U nằn nghiêng, còn bề mặt trục quay tốc độ thấp có các răng cưa hình chữ U

thẳng đứng. Hai trục quay vơi tốc độ khác nhau sẽ tạo thành một cặp, giữa mỗi cặp

sẽ có một khoảng cách thích hợp với mức độ nghiền. Đi từ trên xuống dưới, mức độ

nghiền sẽ đi từ thô sang tinh.

Thông số công nghệ

Độ ẩm nguyên liệu vào: 1-2%

Kích thước hạt sau nghiền: 1000 µ

3.5. Trích ly

3.5.1. 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 cà phê hòa

tan.

3.5.2. Các biến đổi:

20


Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch và bã

cà phê.

Hóa lí:

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.

Một phần protein bị kết tủa do biến tính bất thuận nghịch.

Hóa học:

Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong 2 pha.

Phản ứng phân hủy của một số chất nhất là các chất mùi là các rượu,

este, ceton... không bền.

Phản ứng tạo màu.

Sự thủy phân một số chất (đường, protein, hemicellulose). Cắt những

pollysaccharide 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 học, 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, lygnin và một 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, 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.

Xảy ra phản ứng maillard, phản ứng caramel hóa.

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.


21


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.

3.5.4. Thiết bị

Thiết bị trích ly gián đoạn, ngược chiều, nhiều bậc: một bộ 5-6 bình ngâm

chiết.

Đây là phương pháp phổ biến nhất. Hệ thống gồm 5-6 bình nối tiếp nhau, giửa

các bình có thiết bị gia nhiệt để giữ nhiệt độ của nước theo yêu cầu

Nước được cung cấp ở nhiệt độ rất cao, có thể lên đến 1800 C. Khi đó, do sự

tóa nhiệt tự nhiên từ cột, nhiệt độ của chất lỏng và cặn trong mỗi cột sẽ giảm từ từ

cho đến khi nhiệt độ của chất lỏng tiếp xúc với cà phê mới nhất đạt khoảng 100 0C.

Việc sử dụng nhiệt đọ cao hơn cho phép trích ly được một lượng nhiều hơn và do

đó ta sẽ thu được dịch trích ly có nồng độ cao hơn. Thế nhưngviệc sử dụng nhiệt độ

cao đòi hỏi hệ thống phải được giữ dưới một áp suất sao cho nước vẫn còn ở trạng

thái lỏng ( ví dụ nước ở 1750 C cần áp suất là 120 PSI hoặc 828 kPa), và do đó

những cột riêng lẻ và hệ thống đường ống của chúng phải được thiết kế sao cho có

thể chịu được áp lực trên.

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, hoạt động đơn giản.

Nhược điểm: năng suất thấp, hiệu quả tách không cao, nồng độ dịch chiết thấp.

Thông số công nghệ:

Tỷ lệ nước và bột cà phê: 3:1

Nhiệt độ nước: cà phê được trích ly bằng nước nóng 100°C. Trong

suốt quá trình nhiệt độ của nước có thể lên đến 180°C

Áp suất vẫn được duy trì ở mức cao để nước vẫn được ở thể lỏng,

khoảng trên 10 atm.

Nồng độ dịch chiết: 15-30%

Dịch cà phê lấy ra bình cuối có áp suất 12-14 atm, nhiệt độ là 90-

100°C

3.6. Xử lí dịch chiết

3.6.1. Mục đích: Chuẩn bị và hoàn thiện

22


Chuẩn bị: Làm sạch dịch chiết để giúp cho các quá trình cô đặc tiếp theo diễn ra tốt

hơn.

Hoàn thiện: Tách các chất ảnh hưởng xấu đến sản phẩm


Vật lí: Thể tích và khối lượng, tỉ trọng, nhiệt độ, độ nhớt giảm.

Hóa lí: Có sự kết tủa của các chất keo tụ


Dịch chiết có nhiệt độ cao sẽ được làm lạnh về nhiệt độ 5°C, sau đó được lọc

tinh đẻ gạt đi các tạp chất thô, tách cặn

3.6.4. Thiết bị

Quá trình xử lí dịch chiết được thực hiện qua 2 thiết bị:

- Thiết bị làm lạnh dạng bàn mỏng: thiết bị này sử dụng nước lạnh để làm lạnh

dịch chiết về nhiệt độ yêu cầu.

Hình 5: Thiết bị làm lạnh dạng bản mỏng

-Thiết bị li tâm dạng đĩa: để tách cặn và các hợp chất keo tụ

23


Hình 6: Thiết bị li tâm dạng đĩa

3.7. Tách hương


Trong các quá trình xử lí bằn nhiệt độ cao (Như quá trình trích ly nhiệt, quá

trình cô đặc...) sẽ xảy ra hiện tượng tổn thất . Do đó cà phê sẽ được xử lí để tách

cấu tử hương. Hương này được bổ sung lại sản phẩm cà phê hòa tan trong qua trình

tạo hạt.


Phương pháp tách hương bằng khí trơ : dịch trích cà phê sau khi rời khỏi thiết

bị trích li thường có nhiệt độ khá cao khoảng 100°- 130°C sẽ được đưa vào thiết bị

tách hương.

3.7.3. Thiết bị

Thiết bị này có cấu tạo gồm nhiều đĩa xếp chồng lên nhau, được gắn vào một

trục. Trục này được gắn vào động cơ, dịch trích ly cà phê sẽ được đưa vào phía trên

thiết bị và di chuyển dần xuốn đáy. Trong quá trình đó, dịch trích sẽ dàn mỏng trên

các đĩa. Khí trơ sẽ được thổi từ đáy lên và lôi cuốn các cấu tử hương. Hỗn hợp khí

được thu hồi ở đỉnh và đem đi ngung tụ, sau đó bổ sung vào dịch cà phê trong qua

trình tạo hạt.

24


Hình 7: Thiết bị tách hương

3.8. Cô đặc bốc hơi


Sau khi trích ly xong, nồng độ chất khô hòa tan trong dịch trích cà phê

thường thấp. Hiện nay, nồng độ chất khô trong dung dịch cao nhất có thể đạt được

khoảng 25-30%(w/w). Khi nồng độ chất khô trong dung dịch còn thấp như thế, việc

thực hiện quá trình sấy để thu hồi sản phẩm sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Do đó dịch trích cần phải được cô đặc đến một nồng độ chất khô cao hơn để sấy

được thực hiện dễ dàng hơn. Như vậy mục đích của quá trình cô đặc là nhằm năng

cao nồng độ chất khô có trong dung dịch trích nhằm tăng hiệu quả của quá trình sấy.


Vật lí:

25


Trong quá trình cô đặc nhiều biến đổi vật lý xảy ra trong ngiuyên liệu

như hàm lượng chất khô tăng và khi đó tính chất dung dịch thay đỏi

phụ thuộc vào thời gian cô đặc đó là:

Hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt,

hoat độ của nước giảm.

Khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi tăng.

Hóa học:

Dưới tác dụng của nhiệt trong quá trình cô đặc các thành phần của

nguyên liệu có thể phản ứng với nhau hoặc thủy phân. Các biến đổi

xảy ra trong 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:

Biến đổi hóa lý quan trọng trong quá trình cô đăc là sự chuyển pha của

nước. Nước tồn tại ở trạng thái hơi lỏng trong nguyên liệu trước khi cô

đặc sẽ chuyển sang trạng thái hơi và thoát ra môi trường bên ngoài.

Trong quá trình cô đặc, có thể xảy ra sự đông tụ protein trong nguyên

liệu nếu nhiệt độ cao và đủ làm biến tính bất thuận nghịch protein.

Hóa sinh và sinh học:

Khi cô đặc ở áp suất thường, do nhiệt độ cao (không thấp hơn 100°C)

nên các enzyme trong nguyên liệu bị vô hoạt. Nhiều vi sinh vật bị ức

chế. Các biến đổi do enzyme xúc tác hầu như không xảy ra.

Cảm quan:

Màu cà phê sậm hơn đo các phản ứng caramel, phản ứng Maillard tạo

các hợp chất màu dạng keo. Giảm mùi thơm do các chất tạo mùi bay

hơi. Có thêm các vị lạ.

3.8.3 Phương pháp thực hiện

26


Hình 8: Cô đặc bằng thiết bị dạng màng rơi

Tiến hành cô đặc bằng thiết bị dạng màng rơi, nồng độ cuối cùng của dịch trích cà

phê có thể tăng lên đến 60%.

Điểm quan trong của quá trình này là việc sử dụng nhiệt độ bốc hơi thấp để

tránh phá hủy dịch trích cà phê và thiết bị bốc hơi nên có 3 hoặc 4 giai đoạn để tiết

kiệm năng lượng.

Vùng bốc hơi được vận hành dưới điều kiện chân không, có nghĩa là quá

trình bốc hơi diễn ra tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ứng với áp suất khí quyển thông

thường. Chân không được tạo ra bằng bơm chân không trước khi khởi động thiết bị

bốc hơi và được giữ bằng cách ngưng tụ hơi nước bằng nước lạnh.

Võ và ống trao đổi nhiệt thẳng đứng, các ống được nối với nhau bằng tấm

chắn chặn, các tấm chặn bố trí xen kẽ trong buồng trao đổ nhiệt đẻ dòng hơi bảo

27


hòa phân bố đều khắp các ống trao đổi nhiệt. Cần lưu ý phải đảm bảo cho các ống

trao đổi nhiệt được cấp nhiệt đều.

Chất lỏng được phân bố một cách đều đặn ở các mặt trong của ống, chảy

xuống tạo thành một màng mỏng. Quá trình bốc hơi sẽ diễn ra tại đây nhờ nhiệt

được cung cấp bởi hơi nước. Hơi nước ngưng tụ và chảy xuống ở mặt ngoài của

ống.

Có nhiều ống được lắp đặt cạnh nhau tạo thành một chùm ống. Hai đầu của

chùm ống được cố định bởi 2 vỉ ống và toàn bộ chúng được bao bọc bởi một lớp võ

áo. Bộ phận như thế gọi là calandria.

Hơi nước được đưa vào bên trong lớp vỏ áo. Khoảng không gian giữa các

ống gọi là vùng gia nhiệt, mặt trong của oongw được gọi là vùng bốc hơi.

Chất lỏng đã được cô đặc và hơi nước ra khỏi calandria tại phần đáy. Tại đó,

phần lớn chất lỏng cô đặc sẽ được tháo ra. Phần được giữ lại sẽ đi vào bộ phận tách

hơi cuối cùng với hơi nước. Sau khi tách hơi, phần chất lỏng này cũng được tháo ra (

thường được sử dụng bơm giống như phần chính của dịch cô dặc tháo ra từ

calandria ). Còn hơi sẽ rời khỏi bộ phận tách hơi tại đỉnh.

Hơi gia nhiệt ngưng tụ tại mặt ngoài của ống và được tập trung dưới dạng

nước ngưng tụ tại đáy của vùng gia nhiệt và cũng được tháo ra bằng bơm. Vì hơi thứ

tạo ra từ dung dịch cô đặc còn chứa rất nhiều năng lượng, cho nên người ta tận dụng

nó để làm tăng tác nhân gia nhiệt. Điều này được thực hiện bằng cách thêm một

calandria khác vào thiết bị bốc hơi. Calandria mới này có nhiệt độ bốc hơi thấp hơn,

làm việc như một bình ngưng tụ hơi thứ từ calandria thứ nhất.

Để đạt được sự khác nhau về nhiệt đọ giữa sản phẩm và hơi nước trong

calandria thứ hai, vùng bốc hơi trong calandria được vận hành ở điều kiên chân

không cao hơn tương ứng với nhiệt độ thấp hơn đó.

3.8.4 Thiết bị

28


Hình 9: Thiết bị bốc hơi dạng màng rơi

A = nhập liệu.1. Đỉnh

B = nguyên liệu. 2. Buồng trao đổi nhiệt

C = nước ngưng tụ. 3. Thiết bị tách

D = hơi nước bão hòa 4. ống thông

E = hơi thải 5. Đáy

Thông số công nghệ:

Dịch trích sau khi lọc đưa qua thiết bị cô đặc chân không với:

Nhiệt độ nằm trong khoảng 35-80°C

Áp suất tuyệt đối từ 40-360 mmHg;

Nồng độ chất khô đạt từ 35-55% khối lượng chất khô.

3.9. Sấy phun

3.9.1 Mục đích: Hoàn thiện

Vật lý:

Thể tích và khối lượng giảm; khối lượng riêng tăng, kích thước các hạt

bị chia nhỏ,...

29


Hóa học

Hàm ẩm giảm nhanh chóng. Có thể xảy ra các biến đổi do sự oxy hóa

không emzyme đối với các hợp chất mẫn cảm với nhiệt độ như mùi,

hương. Nhiệt độ cao gây biến tính một số protein hòa tan trong dung

dịch trích ly.

Xảy ra các phản ứng như phản ứng Maillard, Caramel hóa,.. Tuy

nhiên, do thời gian sấy là rất ngắn nên sự biến đổi này là không đáng

kể.

Hóa lý:

Sự bay hơi nước và các chất dễ bay hơi dưới tác dụng của nhiệt độ

cao.

Sự chuyển pha: dịch trích cà phê (dạng lỏng) sau quá trình sấy phun sẽ

hình thành bột cà phê hòa tan (dạng rắn) .

Hóa sinh:

Giai đoạn đầu: nhiệt độ vật liệu tăng dần do sự hoạt động mạnh mẽ

của các hệ enzyme nhất là enzyme.

Giai đoạn sấy: hoạt động enzyme giảm vì nhiệt độ cao bắt đầu ức chế

hoạt động của vi sinh vật và lượng nước giảm.

Giai đoạn sau sấy : một số enzyme nhất là enzyme oxy hóa khử không

bị hoàn toàn đình còn tiếp tục hoạt động trong thời gian bảo quản và

tới một giai đoạn có thể phục hồi khả năng hoạt động.

Sinh học:

Một số vi sinh bật không chịu nhiệt có thể bị tiêu diệt hoặc ức chế.

Tuy nhiên, do thời gian lưu trong buồng sấy là rất ngắn nên các biến

đổi về hóa sinh và sinh học xảy ra không lớn lắm.

Cảm quan:

Làm tăng cường độ màu (màu thẩm, màu nâu). Một số chất thơm cũng

phát huy hiệu quả hoăc tao thành. Có hiện tượng bay hơi làm giảm

cường độ của một số chất thơm dễ bay hơi. Cường dộ vị tăng do độ

ẩm giảm, nhất là vị đắng và ngọt.


Quá trình sấy gồm 3 giai đoạn cơ bản:

30


-Giai đoạn phun sương (atomization) : chuyển nguyên liệu cần sấy

thành dạng sương mù (các hạt lỏng phân tán trong môi trường không khí)

nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấy phun.

- Giai đoạn trộn mẫu (dạng sương) với không khí nóng: các hạt nhỏ li

ti vừa hình thành trong giai đoạn trreen sẽ được trộn trực tiếp với không

khis nóng để bốc hơi nước trong mẫu. Đây là giai đoạn tách ẩm khỏi

nguyên liệu. Do nguyên liệu được phun sương nên diện tích bề mặt tiếp

xúc giữa những giọt lỏng và tá nhân sấy rất lớn. Nhờ đó, ẩm trong nguyên

liệu bay hơi nhanh chóng, sản phẩm tạo thành ở dạng bột mịn. Thời gian

tách ẩm diễn ra từ vài dây đến vài chục giây.

- Giai đoạn phục hồi sản phẩm sau sấy từ dòng không khí thoát;

người ta có thể sử dụng hệ thống cyclone để thu hồi sản phẩm. Hiệu suất

thu hồi sản phẩm trong thiết bị sấy phun dao động khoảng 90-98%.

Cách thực hiện:

Thực hiên quá trình sấy phun cùng chiều. Tác nhân sấy là không khí nóng

được gia nhiệt bằng hơi. Không khí được máy nén thổi qua màng lọc đến

caloriphe để gia nhiệt và đưa vào buồng sấy.

Nguyên liệu được bơm vào buồng sấy và được chuyển thành dạng sương

nhờ đầu phun, người ta có thể lắp đặt nhiều đầu phun để tăng năng suất của

thiết bị. ở đây tác nhân sấy và nguyên liêu đi cùng chiều. Các giọt chất lỏng

tiếp xúc với không khí trong khoảng vài giây dể bay hơi hết ẩm tạo thành

những hạt bột mịn rơi xuống được ống dẫn dưa ra cyclone chứa. Lượng

không khí có lẫn bột cà phê được chuyeent vào cyclone để tách khí.

Bột cà phê rơi xuống cùng với những hạt cà phê tạo thành ban đầu đưa

qua túi lọc để tách quặng bụi. Những quặng bụi này được hồi lưu về cylone

tách khí để triệt để thu hồi sản phẩm.

3.9.3 Thiết bị

31


Hình 10: Sơ đồ hệ thống sấy phun

1. Buồng sấy 5. Cơ cấu phun mẫu

2. Caloriphe 6. Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí

thoát ra

3. Thùng chứa nguyên liệu cần sấy 7. Cyclon vận chuyển sản phẩm

4. Bơm nguyên liệu. 8. Hệ thống quạt hút và màng lọc

Hệ thống thiết bị gồm:

Cơ cấu phun sương

Buồng sấy

Caloriphe

Quạt

Bộ phận thu hồi sản phẩm

- Đầu phun ly tâm

Cấu tạo:

o Góc phun: 180°C

o Năng suất: 200 tấn/h

o Tốc độ quay của đĩa: 10000-30000 rpm

32


Nguyên tắc hoạt động

Trong atomizer quay, nguyên liệu được đưa đến trung tâm của một cái

bánh xe quay. Dịch được li tâm tăng tốc trong các bánh xe với tốc độ

cao và trải rộng trên bề mặt quay như một màng mỏng. Màng mỏng sẽ

phân tán thành các hạt li ti. Kích thước giọt được điều khiển bằng cách

thay đổi tốc độ quay của bánh xe.

Hình 11: Đầu phun ly tâm

Tác nhân sấy

Không khí sạch nóng thường từ 230-250°C

Gia nhiệt cho không khí bằng hơi, dầu, ga, ... Các nhà máy đặt trong

khu công nghiệp thường sử dụng hơi có nhiệt độ dao động từ 185-

260°C ( thường nhiệt ddoj hơi lớn hơn nhiệt đọ không khí nóng 10°C)

Thông số công nghệ

Kích thước hạt sau sấy: 300 µm

Nhiệt tác nhân sấy: 230-250°C

Nhiệt độ không khí ra: 90°C

Độ ẩm bột sau khi sấy: 3,5 %

3.10. Tạo hạt

3.10.1. Mục đích: hoàn thiện

Khi sấy hạt cà phê cô đặc bằng phương pháp sấy phun, sản phẩm thu được

thường rất mịn. Hạt cà phê thường khó hòa tan. Do đó, sau quá trình sấy phun,

bạt bột cà phê được tạo hạt, khó làm cho kích thước của hạt tăng lên bằng cahs

kết hợp nhiều hạt nhỏ lại.

33


3.10.2 Các biến đổi

Vật lí:

Kích thước hạt tăng lên, đồng ddeuf hoen. Trong từng hạt, các

thành phần không liên kết chặt chẽ với nhau nên hạt có cấu trúc

xốp.

Hạt sau khi tạo thành sẽ được sấy khô bằng khí nóng rồi làm

nguội bằng khí lạnh.

Tỉ trọng hạt giảm do hạt có cấu trúc xốp.

Hóa học:

Do quá trình tạo hạt sử dunhj hơi nước nóng nên có thể xảy ra một số

phản ứng như: phản ứng thủy phân, phản ứng maillard, phản ứng

caramel hóa ... nhưng không đáng kể do thời gian ngắn.

Hóa sinh và sinh học: biến đổi không đáng kể do nhiệt độ cao và hàm

ẩm thấp.

3.10.3 Phương pháp thực hiện

Bột cà phê sẽ được hòa trộn với chất lỏng dưới dạng phun sương và kết

dính lại với nhau tạo nên những hạt cà phê có kích thước đồng nhất hơn,

tránh đẻ sót bụi cà phê trong sản phẩm.

Bột cà phê mịn được phun vào thiết bị, hòa trộn với dòng chất lỏng dưới

dạng sương và kết dính lại thành các hạt. Sau đó, các hạt xốp sẽ được sấy

khô dưới điều kiện sấy ôn hòa bằng cách thổi khí nóng ( tạo dạng tầng sôi )

rồi được làm nguội bằng không khí lạnh. Sau đó các hạt sẽ được sàng để thu

những bột cà phê mịn đem đi tạo hạt lần nữa.

34


Hình 12: Thiết bị tạo hạt

3.11. Phối trộn

3.11.1. Mục đích: hoàn thiện

Quá trình phối trôn nhằm mục đích bổ sung các nguyên liệu phụ như

đường, sữa bột, các loại bột tách kem .... vào bột cà phê nhằm cải thiện giá

trị cảm quan của sản phẩm.


Quá trình phối trộn được thực hiện bằng máy trộn thùng quay. Quá trình

tẩm hương liệu ( các loại hương có nguồn gốc cà phê hoặc nguồn gốc khác )

cũng có thể thực hiện sau khi đã phối trộn xong các nguyên liệu phụ.

Thông thường, giai đoạn này chỉ phối trộn các hương tan trong dầu. Còn

các hương tan trong nước thì được phối trộn trong quá trình tao hạt, trước

giai đoạn sấy hoàn thiện.

3.12. Bao gói

3.12.1. Mục đích: hoàn thiện và bảo quản


Quá trình bao gói không tác đọng trúc tiếp đến sản phẩm. Nhưng điều

kiện môi trường sẽ ảnh hưởng đến chất lượng cũng như thời gian bảo quản

sản phẩm. Nếu bao gói trong điều kiện bình thường thì O₂, không khí, hơi

35


nước, vi sinh vật, .... có thể đi vào sản phẩm, các cấu tử hương vị bị thất

thoát ra moi trường. Do đó sẽ làm giảm chất lượng của cà phê về mùi, vị

( do quá trình oxy hóa ) cà phê có thể bị vón cục do độ ẩm tăng. Vì thế thời

gian bảo quản sẽ ngắn.

3.12.3. Phương thức thực hiện

Đóng gói có nạp khí N₂, CO₂, ... để bột cà phê khỏi bị oxy hóa, các chất

dầu khỏi bị ôi, vi sinh vật khó xâm nhập.

Cà phê hòa tan có thể bảo quản ít nhất là 18 tháng nếu trong bao bì:

- Độ ẩm thấp: 4-5% w/w

- O₂ thấp hơn 4%

- Vật liệu bao bì

o Hộp kim loại: hộp thép tráng thiếc có phủ vecni

o Lá kim loại và plastic ép vào nhau

Ví dụ: bao bì 3 lớp

- Trong cùng là lớp PETP 12µm.

- giữa: lá nhôm 12µm

- ngoài cùng: LDPE 70µm

3.12.4. Thiết bị

Ta xét thiết bị đóng gói với vật liệu là plastic: vật liêu bao bì được định

hình và hàn nhiẹt lại thành hình ống. Sau đó, thiết bị sẽ hàn nhiệt phần đáy

đổ sản phẩm vào ( có thể kết hợp với hút chân không hay nạp thêm khí trơ )

và hàn nhiệt phần đỉnh. Do vật liệu bao bì chuyển động liên tục nên đồng

thời với việc hàn phần đỉnh của bao bì thứ nhất thì phần đáy của bao bì thứ

hai cũng được hàn kín.

36


Hình 13: Thiết bị bao gói cà phê hòa tan

4. Chất lượngcà phê hòa tan

4.1. Những nhân tố góp phần tạo hương tốt cho cà phê

• Dùng và pha trộ cà phê chất lượng tốt

• Cà phê rang có màu sẫm chứa mùi tốt. Thời gian chết biến phải rút ngắn tối

đa.

• Phải chiết triệt để những chất hòa tan trong cà phê.

• Trong dịch trích chỉ chứa chất rắn hòa tan, không được chứa những phần tử

chất keo có thể nhìn thấy được.

Dịch trích không được để lâu ngoài không khí hoặc để ở nhiệt độ trên 16o C

qúa 1 giờ, cũng không bảo quản dạng bột trên 38o C quá 1 ngày

• Xay nghiền hạt đến kích thước thích hợp, tránh trở lực. • Để thu được lượng bột cà phê hòa tan nhiều với sự bốc hơi tối thiểu, thì dịch

trích được làm khô nên được cô đặc ở mức càng cao càng tốt. • Cà phê rang chỉ được xay trước khi trích ly, và cà phê không rang trước khi

xay quá vài giờ. • Hương vị tự nhiên của cà phê được giữ lại nhiều khi sử dụng nhiệt độ sấy

thấp, cô đặc ở mức cao 4.2. Đặc điểm kĩ thuật của cà phê hòa tan

Độ ẩm 2-3% Mùi vịKhông có mùi

lạ hoặc mất mùi cà phê

Khối lượng riêng

270-290 g/l pH 4.95 – 5.15

Cặn 0.1 – 0.5 mg/100g

Khả năng cháy 44-48 ml

37


Bụi nổi Không có Cacbonhydrat 38-42%

Arsen <0.2 mg/kg Thiếc <0.2 mg/kg

Caffein 3.00% Độ tro 8-12%

Độ tan <10’’ Trực khuẩn đường ruột

Không có

5. Vấn đề vệ sinh trong sản xuất Vệ sinh trong sản xuất là một tiêu chuẩn lớn cần đạt được. Máy

móc cần vệ sinh sạch sẽ. Các vật liệu sử dụng cần phải vệ sinh cao như: nước cần phải lọc và thanh trùng.

Các phương tiện sử dụng trong nhà máy phải là thép không rỉ và phải tuân theo tiêu chuẩn vệ sinh thật chu đáo, triệt để. Nhất là khâu đóng gói cần yêu cầu vệ sinh cao hơn

6. Tiêu chuẩn chất lượng của cà phê hòa tan6.1. Yêu cầu về thành phần

Tiêu chuẩn Đơn vị đoCà phê hòa

tanCà phê hòa tan đã loại caffeine

Độ ẩm % w/w Tối đa 6 Tối đa 6

Hàm lượng caffeine

% w/w trên khối lượng chất khô

2-6 Tối đa 0.3

Tro % w/w trên khối lượng chất khô

6-15 6-15

Chất rắn không tan trong nước

% w/w trên khối lượng chất khô

Tối đa 0.5 Tối đa 0.5

pH 4.7 – 5.5 4.7 – 5.5

Arsenic mg/kg Tối đa 0.1 Tối đa 0.1

Chì mg/kg Tối đa 0.3 Tối đa 0.3

Vi sinh vật gây bệnh

Không có Không có

6.2. Các chỉ tiêu khác

38


Độ hòa tan: 25g sản phẩm hòa tan trong 150ml nước sôi trong 30

giây với điều kiện không khuấy ôn hòa.

Cảm quan: cà phê hòa tan có màu và vị đặc trưng, có hương của cà

phê rang.

Không được thêm bất cứ chất tạo hương vị nào có nguồn gốc

không phải từ nguyên liệu cà phê

6.3. Bao bì và đóng gói

Cà phê hòa tan được đóng gói trong các bao bì kín, có niêm phong

bằng kim loại, thủy tinh hay các vật liệu dẻo phù hợp.

Khi chứa .trong các bao bì đục làm bằng vật liệu cứng, sản phẩm

phải chiếm nhjều hơn 90% thể tích của bao bì.

39


LỜI KẾT

Hiện nay, cà phê hòa tan ngày càng được sử dụng phổ biến với những ưu điểm

nổi bật. Với người tiêu dùng cà phê hòa tan nhanh chóng được ưa chuộng vì sự tiện

lợi của nó. Với nhà sản xuất, cà phê hòa tan là mặt hàng có giá trị cao, thuận lợi

trong việc bảo quản và vận chuyển. Qua tìm hiểu vè qui trình sản xuất cà phê hòa

tan, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về các quá trình cũng như một số thiết bị thường

dùng trong các nhà máy. Hi vọng trong tương lai, sản phẩm này sẽ ngày càng hoàn

thiện và được sử dụng rộng rãi ở khắp mọi nơi.

40


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Văn Việt Mẫn, “Công nghệ chế biến thực phẩm”, Nhà xuất bản Đại học

Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, 2011, 1019tr.

2. R.J.Clarke, “Coffee – volume 2: Technology”, NXB Elsevier Applied

Science, 1987, 321 trang.

3. Zeky Beck, “Food process engineering and technology”, Elsevier Inc, 2009,

605p.

4. J. Scott Smith, Y.H. Hui, “Food processing: Principles and Applications”,

Blackwell Publishing, 2004, 510p.