Các chế độ chăm sóc cà phê gồm có: Tủ gốc cây cà phê Đánh nhánh tạo hình cây Phân bón đúng kỳ, đúng số lượng cần thiết Số lượng và loại cây bóng mát cần thiết cho từngloại cà phê
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ
Phân loại
Cây cà phê có nhiều chủng loại nhưng phổ biến là 2 loại cà phê Arabica và Robusta.
Trước đây, Robusta chủ yếu được trồng ở Châu Phi, nhưng hiện nay hầu hết các quốc gia sản xuất cà phê đều trồng Robusta để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp cà phê hòa tan Ngành này ưa chuộng Robusta vì có hiệu quả trích ly cao hơn và chi phí thấp hơn so với Arabica Trong khi đó, Arabica có hiệu quả trích ly thấp hơn nhưng lại có giá thành cao hơn do được ưa chuộng hơn và có nhu cầu lớn trên thị trường.
Số lượng chủng loại và mùi thơm của cà phê phụ thuộc vào điều kiện trồng trọt, phương pháp thu hoạch và cách xử lý sau thu hoạch Việc loại bỏ thịt quả cũng ảnh hưởng đáng kể đến hương vị cuối cùng của cà phê Các yếu tố này đều góp phần tạo nên sự đa dạng về mùi thơm và chất lượng của từng loại cà phê.
Các loại cà phê cơ bản, gồm “Brazils”, Milds và Robusta, chiếm khoảng 50% các loại cà phê phổ biến hiện nay Trong đó, “Brazils” đặc trưng cho cà phê trồng tại Brazil, nổi bật với hương vị đặc trưng và chất lượng cao Nhóm “Milds” bao gồm các loại Arabica khác, thường mang đặc điểm ngọt nhẹ và hương thơm tinh tế Cuối cùng, cà phê Robusta nổi bật với vị đậm đà và hàm lượng caffeine cao, phổ biến trong các loại cà phê pha chế nhanh.
Cà phê chè (Arabica)
Nguoàn goác: cao nguyeân Jimma (Ethiopia)
Cà phê Arabica chiếm khoảng 70% sản lượng cà phê toàn cầu và là loại cà phê lâu đời nhất, nổi tiếng với hương thơm dịu nhẹ và hàm lượng caffeine trung bình khoảng 1,3% Các giống phổ biến gồm Tipica, Bourbon, Moka, Catuai, và Catimor, đều có đặc điểm thực vật học là cây dạng bụi cao 3-4 mét, thân mềm, cành đối xứng, lá mọc đối, hình trứng dài, đầu nhọn, mép quăn và màu xanh đậm Quả cà phê thuộc dạng quả thịt, hình trứng, chín có màu đỏ tươi hoặc vàng (ở một số chủng như Caturra Amrello), chứa hạt tròn dẹt, màu xanh xám hoặc xanh lục, tùy theo giống và điều kiện bảo quản Cây cà phê Arabica còn tự thụ phấn cao, thích hợp khí hậu mát mẻ, hơi lạnh với nhiệt độ từ 18 – 25°C, lý tưởng nhất từ 10 – 20°C.
Các nước trồng cà phê có chất lượng tốt như: Brazil, Kenya, Tanzania, Etiopia, Columbia…
Các chủng cà phê Arabica ở một số nước nổi tiếng về cà phê Arabica: Arabica culta, Nacional (Brazil), Java (Indonesia),Arabigo (Trung Myõ), Tipica roja (Columbia),…
Cà phê vối (Robusta)
Nguồn gốc: lưu vực sông Công-gô, miền núi vùng xích đạo và nhiệt đới Tây Phi.
Chiếm 30% tổng lượng cà phê.
Cà phê Robusta, còn gọi là “Robusta,” dùng để chỉ chung các giống cà phê canephora với đặc điểm thực vật học nổi bật Cây có thể có một hoặc nhiều thân, cao khoảng 8-12 mét, với lá hình trứng hoặc lưỡi mác, mũi nhọn và phiến lá gợn sóng mạnh Quả của cây hình tròn hoặc hình trứng, nhỏ hơn so với cà phê Arabica, có núm nhỏ và thường có nhiều gân dọc, quả chín có màu đỏ hoặc hồng Hạt cà phê Robusta có dạng tròn, dày, nhỏ hơn hạt Arabica, màu xanh bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy loại và cách chế biến Tỷ lệ khối lượng nhân trên quả tươi cao hơn cà phê Arabica, giúp nâng cao năng suất Cây cà phê Robusta không tự thụ phấn, dẫn đến sự đa dạng gen trong các vườn trồng bằng hạt Loại cây thích hợp với môi trường nóng ẩm, nhiệt độ lý tưởng nhất khoảng 24-30°C.
Hàm lượng caffeine trong hạt chiếm 1.97 – 3.06% (cao nhất trong 3 loại cà phê).
Cà phê Robusta được trồng nhiều ở vùng trung hải Ivory,Tây Phi, Cameroon, Uganda, Angola và các nước châu Á.
Cà phê mít (liberica)
Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê5 3 Cấu tạo quả cà phê
Aûnh hưởng của loại đất trồng cà phê: Đất trồng cà phê có ảnh hưởng rất lớn đến mùi vị và màu sắc của cà phê.
Cà phê trồng trên đất bazan thường có chất lượng vượt trội, cây khỏe mạnh và sản lượng cao Đặc biệt, cà phê từ đất bazan còn nổi bật với hương vị đậm đà, hậu vị thơm ngon hơn so với các loại đất khác Đây là lựa chọn lý tưởng cho những người yêu thích cà phê chất lượng cao, mang lại trải nghiệm vị giác tuyệt vời.
Chế độ chăm sóc kỹ thuật trong quá trình trồng cà phê đóng vai trò cực kỳ quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm Việc người trồng cà phê thực hiện các biện pháp chăm sóc đúng kỹ thuật giúp cây phát triển khỏe mạnh, nâng cao năng suất và chất lượng hạt cà phê Do đó, áp dụng các phương pháp chăm sóc phù hợp là yếu tố quyết định thành công trong việc trồng cà phê, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm và lợi nhuận cho nông dân.
Các chế độ chăm sóc cà phê gồm có:
Tủ gốc cây cà phê
Đánh nhánh tạo hình cây
Phân bón đúng kỳ, đúng số lượng cần thiết
Số lượng và loại cây bóng mát cần thiết cho từng loại cà phê
Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê
Chăm sóc cây tố sẽ ảnh hưởng lớn đến sản lượng cà phê, độ chắc mẩy của hạt cà phê, chất dinh dưỡng trong cây đầy đủ.
Độ cao của vùng đất trồng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng cà phê, trong đó cà phê được trồng ở độ cao từ 2000m trở lên thường có hương vị đặc biệt và được xếp hạng cao hơn so với cà phê trồng ở vùng thấp hơn.
Cà phê Arabica thường được ưa chuộng nhờ hương vị đặc trưng và thơm ngon, trong khi đó, cà phê Robusta có hiệu suất trích ly cao phù hợp để sản xuất cà phê hòa tan Chủng loại cà phê này phù hợp với các quy trình sản xuất nhanh chóng và tiết kiệm, nhưng người tiêu dùng thường ưu tiên chọn Arabica vì chất lượng hương vị superior.
3 CẤU TẠO QUẢ CÀ PHÊ
Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ.
Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất nọt dễ xay xát hơn.
Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân.
Vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy thuộc loại cà phê.
Nhân cà phê nằm trong cùng của quả, gồm lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, gồm các tế bào nhỏ chứa dầu Phía trong, nhân cà phê có những tế bào lớn và mềm hơn, tạo nên cấu trúc đặc trưng của hạt cà phê Thông thường, mỗi quả cà phê chứa từ 1 đến 3 nhân, góp phần ảnh hưởng đến hương vị và chất lượng của cà phê khi rang xay.
Bảng 1: Tỉ lệ các thành phần cấu tạo các hạt cà phê (% theo quả tươi ) Các loại vỏ và nhân Cà phê chè
Thành phần hóa học cà phê nhân (arabica)
Thành phần hoá học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản. o Nước
Trong quá trình sơ chế, nhân cà phê đã sấy khô còn chứa khoảng 10-12% nước ở dạng liên kết, giúp ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc và bảo vệ chất lượng hạt Hàm lượng nước cao hơn gây khó khăn trong quá trình bảo quản, rang xay và tiêu tốn nhiều nhiên liệu, đồng thời làm giảm hương cà phê thơm ngon Sau khi rang, hàm lượng nước trong cà phê giảm còn khoảng 2,7%, đảm bảo độ khô phù hợp để giữ trọn hương vị Chất khoáng trong cà phê cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và hương vị của sản phẩm cuối cùng.
Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu gồm kali, nitơ, magie, photpho và clo, ảnh hưởng đến hương vị và chất lượng của cà phê Ngoài ra còn chứa nhôm, sắt, đồng, iodine và lưu huỳnh, những chất này có thể làm giảm mùi thơm tự nhiên của cà phê Chất lượng cà phê cao hơn khi hàm lượng chất khoáng thấp hơn, giúp giữ được hương vị tinh tế và độ tươi mới của cà phê.
Đường trong cà phê chủ yếu không tham gia vào thành phần nước uống mà chỉ tạo màu và vị caramel Hàm lượng saccharose trong cà phê phụ thuộc vào mức độ chín của quả, càng chín thì hàm lượng saccharose càng cao Quá trình thủy phân dưới tác dụng của axit hữu cơ và enzyme giúp tạo ra đường trong cà phê Ngoài ra, hạt cà phê còn chứa nhiều polysaccharide, nhưng phần lớn bị loại bỏ ra ngoài bã cà phê sau quá trình chiết ly Cà phê cũng chứa protein, góp phần tạo hương vị đặc trưng của loại đồ uống này.
Mặc dù hàm lượng protein trong cà phê không cao, nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hương vị của sản phẩm Các acid amin như cysteine, alanine, phenylalanine, histidine, leucine, và lysine góp phần tạo nên đặc trưng của cà phê rang Khi gia nhiệt, các mạch polypeptide bị phân cắt giải phóng acid amin để tham gia phản ứng Maillard và caramel, góp phần tạo mùi vị hấp dẫn Đặc biệt, các acid amin chứa lưu huỳnh như cysteine, methionine và proline giúp tạo nên hương thơm đặc trưng của cà phê rang và giữ cho mùi vị lâu bền trong quá trình bảo quản Tuy nhiên, chỉ một phần protein bị phân giải thành acid amin, còn phần lớn chuyển đổi thành các hợp chất không tan, góp phần vào quá trình chế biến và độ ngon của cà phê.
Hạt cà phê chứa lượng lipid lớn, chiếm từ 10-13%, chủ yếu gồm dầu và sáp, trong đó sáp chiếm 7-8% tổng lipid và dầu chiếm khoảng 90% Trong quá trình chế biến, lipid trong cà phê bị biến đổi do nhiệt độ cao, tạo ra hương thơm đặc trưng của sản phẩm, đồng thời phần lipid không biến đổi giúp hòa tan các chất thơm dưới dạng dung môi Khi pha cà phê, chỉ một lượng nhỏ lipid hòa vào nước, phần lớn còn lại lưu lại trên bã cà phê.
Trong cà phê có các alcaloid như caffeine, trigonelline, coline Trong đó quan trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là caffeine và trigonelline.
Caffeine chiếm từ 1-3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu và canh tác Hàm lượng caffeine trong chè thấp hơn so với cà phê, nhưng lại kích thích hệ thần kinh trong thời gian dài hơn vì tốc độ lưu thông máu không tăng khi uống cà phê, khiến caffeine thải ra chậm hơn Khi pha cà phê trong nước, caffeine được giải phóng hoàn toàn ở dạng tự do, không hình thành các chất kết tủa hoặc các chất không có hoạt tính của alcaloid, góp phần duy trì tác dụng kích thích lâu dài.
Trigonelline (acid metyl betanicotic: C7H7NO2) là một alcanoit không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic, không tan trong chloroform và ete, nhưng tan nhiều trong nước nóng với nhiệt độ nóng chảy là 218°C Một trong những đặc điểm quý giá của trigonelline là dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nó bị thủy phân để tạo thành acid nicotinic, tiền vitamin PP Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong hạt cà phê không chứa acid nicotinic ban đầu, nhưng nó được hình thành trong quá trình gia nhiệt do sự nhiệt phân của trigonelline, đóng vai trò quan trọng trong quá trình chế biến cà phê.
Chất thơm trong cà phê đóng vai trò quan trọng và được hình thành từ quá trình tích lũy trong hạt, chịu ảnh hưởng của đất đai, khí hậu và chủng loại cà phê Quá trình chế biến và rang giúp các hợp chất thơm như acid, aldehyde, cetone, rượu, phenol, và este phản ánh đặc trưng mùi vị của cà phê Trong quá trình rang, các hợp chất thơm thoát ra ban đầu mang mùi hắc rồi chuyển sang mùi thơm dễ chịu, tạo nên hương vị đặc trưng của cà phê Tuy nhiên, các chất thơm dễ bay hơi và biến đổi, dẫn đến hiện tượng mất mùi thơm nếu không bảo quản đúng cách; do đó, cần đựng cà phê trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh để giữ được hương vị tươi ngon.
Bả ng 2: Thành phần hoá học cà phê nhaân
Thành phần hóa học Đơn vị g/100g Thành phaàn hóa học Đơn vị mg/100g
Tiêu chuẩn cà phê nhân
Đây là tiêu chuẩn của công ty đầu tư xuất nhập khẩu Daklak - Inexim Daklak cho cà phê nhân sống chất lượng cao:
Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807: 2001.
Màu sắc, mùi vị tự nhiên.
Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ…
Theo tieõu chuaồn TCVN 4193:2001: 90 loói max/300gr. a Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cà phê của SCAA (The Specialty Coffee Association of America)
Tiêu chuẩn phân cấp cà phê nhân của SCAA nổi bật hơn các hệ thống khác nhờ việc xác định rõ mối liên hệ giữa các khuyết tật của hạt và chất lượng cà phê pha Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là bỏ qua một số khuyết tật quan trọng có thể ảnh hưởng đến nguyên liệu Trong quá trình phân tích, người ta lấy 300g mẫu cà phê và đánh giá dựa trên các tiêu chuẩn về khuyết tật theo bảng quy định, đảm bảo đánh giá chất lượng chính xác và khách quan.
Bảng 4 và phân cấp cà phê dựa trên các tiêu chuẩn dưới, trong đó dung 100g cà phê qua sàng số 14, 15, 16, 17 và 18 để tính phần trăm khối lượng trên mỗi sàng Thường thì chỉ phân tích mẫu 100g vì phân tích 300g mất nhiều thời gian hơn; tuy nhiên, với cà phê chất lượng cao ít khuyết tật, có thể phân tích với mẫu 300g, trong khi loại chất lượng thấp nhiều khuyết tật thì mẫu 100g là đủ, phù hợp với cả cà phê hạng 4 và 5 Sau quá trình phân tích, cà phê sẽ được đem đi rang và đánh giá cảm quan để xác định các đặc điểm về mùi vị, giúp phân loại và đánh giá chất lượng Ngoài ra, cà phê cũng được phân cấp theo tiêu chuẩn của Hiệp hội Cà phê Mỹ (SCAA), đảm bảo tiêu chuẩn quốc tế trong phân loại và đánh giá chất lượng cà phê.
Hạng 1 (Specialty Grade) yêu cầu không có quá 5 đơn vị khuyết tật trong 300g cà phê, không cho phép khuyết tật cấp I Chỉ được phép có tối đa 5% khối lượng cà phê không đúng kích thước và phải có ít nhất một tính chất đặc trưng về thể chất, mùi hương, vị hoặc độ chua Đặc biệt, hoàn toàn không có hạt bị hỏng, bị sâu hoặc thứ phẩm, với hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%, đảm bảo chất lượng cao nhất của cà phê Specialty Grade.
Hạng 2 (Premium Grade) yêu cầu không vượt quá 8 đơn vị khuyết tật trong mỗi 300g cà phê, đồng thời cho phép các khuyết tật cấp I Chỉ được phép chiếm tối đa 5% khối lượng cà phê không đúng kích thước, đảm bảo chất lượng cao Sản phẩm cần có ít nhất một đặc tính nổi bật về thể chất, mùi hương, vị hoặc tính acid để phù hợp với tiêu chuẩn này Ngoài ra, hạt bị hỏng không được phép xuất hiện trong hạng này, và số hạt thứ phẩm được phép chiếm tối đa là 3 hạt trong tổng số Độ ẩm của cà phê phải nằm trong khoảng 9 – 13% nhằm giữ được chất lượng và độ tươi ngon của sản phẩm.
Hạng 3 (Exchange Grade) trong cà phê quy định rằng mỗi 300g hạt cà phê chứa từ 9 đến 23 đơn vị khuyết tật, đảm bảo không có dấu hiệu hỏng như mùi vị lạ Các hạt phải có ít hơn 5% khối lượng dưới sàng 14 và ít hơn 50% khối lượng trên sàng 15, đảm bảo chất lượng đồng đều Độ ẩm của hạt cà phê trong khoảng 9% đến 13%, giúp duy trì độ tươi và dễ chế biến Ngoài ra, sản phẩm chỉ tối đa 5 hạt thứ phẩm nhằm đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.
Hạng 4 (Below Standard Grade): có 24 – 86 đơn vị khuyết tật trong 300g cà phê.
Hạng 5 (Off Grade): có nhiều hơn 86 đơn vị khuyết tật trong 300g cà phê.
Bảng3: Những khuyết tật cấp I
Khuyết tật caáp I Soá laàn phát hiện Số đơn vị khuyết tật
Nhaân bò chua hoàn toàn 1 1
Có quả cà phê 1 1 Đá lớn 2 1 Đá trung bình 5 1
Mẩu cành cây trung bình 5 1
Bảng 4: Những khuyết tật cấp II Khuyết tật caáp II Soá laàn phát hiện Số đơn vị khuyết tật
Nhaân bò coân truứng aờn 2 – 5 1
Nhaân bò leân men một phần 2 – 3 1
Nhân rỗng ruột 5 1 Đá nhỏ 1 1
Nhân bị nước phá hỏng 2 – 5 1
QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN 1 Làm sạch
Cà phê hòa tan là một loại thức uống bắt nguồn từ cà phê, xuất hiện lần đầu vào những năm 1950 Từ đó, ngành công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan phát triển mạnh mẽ, trở thành một trong những thức uống phổ biến nhất trên toàn cầu Với tính tiện lợi và dễ sử dụng, cà phê hòa tan được nhiều người yêu thích Tuy nhiên, quy trình sản xuất của loại cà phê này khá phức tạp và đòi hỏi chi phí cao, góp phần tạo nên chất lượng và sự đa dạng của sản phẩm trên thị trường.
Cô đặc boác hơi Hơi nước
Quy trình I sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân
Quy trình II sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân
Muùc ủớch
Chuẩn bị: tách tạp chất ra khỏi nguyên liệu, tạo nguồn nguyên liệu sạch để đưa vào sản xuất.
Các biến đổi
Trong quá trình làm sạch 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.
Thay đổi về tỷ trọng.
Phương pháp thực hiện
Để làm sạch tốt nguyên liệu ta tiến hành theo 4 bước:
Phân loại theo kích thước: tách các tạp chất có kích thước khác với kích thước của cà phê nhân.
Phân loại bằng khí động: tách các tạp chất nhẹ.
Phân loại theo từ tính: tách kim loại.
Phân loại theo tính chất bề mặt: tách các tạp chất như đá, sỏi,… do có ma sát lớn.
Thieát bò
Phối trộn
Chuẩn bị: phối trộn nhiều loại cà phê khác nhau về nguồn gốc để
Tạo nên hương vị mới do sự phối hợp hương vị của nhiều loại cà phê
Hạ giá thành sản phẩm bằng cách tận dụng các loại cà phê chất lượng thấp là một chiến lược hiệu quả, giúp giảm chi phí sản xuất và nâng cao lợi nhuận Điều quan trọng là chỉ áp dụng phương pháp này đối với các loại cà phê có chất lượng thấp, còn với những loại cà phê chất lượng cao thì không nên thực hiện bước này để đảm bảo giữ nguyên hương vị và giá trị sản phẩm Việc kiểm soát chất lượng trong quá trình lựa chọn nguyên liệu là yếu tố then chốt để duy trì sự hài lòng của khách hàng và xây dựng thương hiệu uy tín trên thị trường.
Giảm sự phụ thuộc của sản xuất vào sản lượng của từng mùa vụ b Các biến đổi
Trong giai đoạn này, các biến đổi bên trong từng hạt cà phê nhân gần như không xảy ra, chỉ có sự phân bố đồng đều của các hạt trong toàn khối Phương pháp thực hiện quy trình này đảm bảo sự phân bố đều và ổn định, góp phần nâng cao chất lượng cà phê cuối cùng.
Các loại cà phê khác nhau được phối trộn theo một công thức đặc biệt do nhà sản xuất đề ra, tạo nên hương vị riêng biệt và độc đáo cho sản phẩm Quá trình pha trộn này giúp nâng cao trải nghiệm thưởng thức cà phê, mang lại hương thơm phong phú và cân đối Chính công thức phối trộn độc quyền này làm nổi bật đặc trưng riêng của từng loại cà phê, thu hút người tiêu dùng yêu thích vị ngon đặc trưng.
Trong một số trường hợp, người ta phối trộn các loại cà phê khác nhau cùng một loại trong các mức độ rang khác nhau, với quá trình trộn thực hiện sau khi rang xong Đây là phương pháp giúp tạo ra hương vị đặc biệt và phù hợp với nhiều khẩu vị khác nhau của người tiêu dùng Việc phối trộn sau rang còn giúp tối ưu hóa quá trình pha chế, đảm bảo chất lượng và sự đồng nhất của sản phẩm cà phê thành phẩm.
Máy trộn thùng quay
Rang
Rang là quá trình xử lý nhiệt cho hạt cà phê ở nhiệt độ từ 190°C đến 240°C để tạo ra các biến đổi mong muốn về màu sắc và hương vị Quá trình này giúp phát triển hương thơm đặc trưng và điều chỉnh độ đậm nhạt của cà phê, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và trải nghiệm thưởng thức Mục đích của rang cà phê là tối ưu hóa hương vị và tạo ra các đặc tính hấp dẫn phù hợp với khẩu vị của người tiêu dùng.
Chế biến: xảy ra các phản ứng hóa học, các biến đổi làm dậy lên hương vị của cà phê.
Chuẩn bị: thuận lợi cho việc trích ly các hợp chất hòa tan và hợp chất hương dễ bay hơi c Các biến đổi
Giảm khối lượng do thoát ẩm.
Hạt cà phê phồng lên, tăng thể tích cả từng hạt và toàn khối hạt, làm giảm khối lượng riêng của hạt và khối lượng riêng tự nhiên (KH riêng xốp) Quá trình này phụ thuộc vào mức độ rang và tốc độ rang, ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính kỹ thuật của cà phê sau rang.
Quá trình rang cà phê tạo ra các phản ứng sinh CO2, CO và N2, đặc biệt là CO2 Lượng CO2 phát sinh phụ thuộc vào mức độ rang, phương pháp đảo trộn và cách xác định, song không phải tất cả CO2 đều thoát ra ngoài; một phần bị giữ lại trong đống hạt cà phê Khối hạt cà phê sau rang có thể còn chứa từ 2 đến 5 ml CO2/g, thậm chí lên đến 10 ml CO2/g, chiếm khoảng 0,4 – 1% trọng lượng khối hạt (tính tại 20°C, 760mmHg) Lượng CO2 này sẽ dần dần thoát ra khỏi khối hạt theo thời gian, với áp suất gây ra bởi CO2 lưu giữ trong hạt có thể được tính bằng công thức phù hợp, trong đó Vr là thể tích rỗng của khối hạt Tuy nhiên, quá trình giải phóng CO2 từ trong hạt vẫn còn chưa được hiểu rõ đầy đủ.
Trong quá trình rang, phản ứng tỏa nhiệt của các hạt làm nhiệt độ rang thay đổi đáng kể, đòi hỏi phải theo dõi chặt chẽ để nhiệt độ không vượt quá mức dự tính Hiện tượng này liên quan đến sự hiện diện của thành phần saccharide đặc biệt là sucrose, góp phần ảnh hưởng đến quá trình phản ứng nhiệt trong quá trình rang.
Chất hòa tan: tăng theo mức độ rang
Tổn thất chất hòa tan cũng tăng theo mức độ rang
Các phản ứng tạo hương, tạo màu: maillard, caramel…
Giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: phenol, pyrazine, furfuryl alcohol, acetic acid, cyclopentanol
Protein bị phân hủy một phần hay tòan phần do nhiệt, hàm lượng cafein cũng bị biến đổi
Trong quá trình rang trigoneline, một lượng lớn hợp chất này bị mất đi, hình thành các sản phẩm phụ như Nicotinic (niacin), Nicotiamide cùng với các chất thơm dễ bay hơi như Pyridine và Pyrol, góp phần vào quá trình biến đổi hóa học của hợp chất ban đầu.
Nhiệt độ cao trong quá trình rang cà phê, đặc biệt khi sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặt kim loại nóng, có thể gây ra những phản ứng hóa học không mong muốn Điều này đặc biệt ảnh hưởng đến bề mặt cà phê, nơi có thành phần khác biệt so với phần trong nhân, dẫn đến quá trình than hóa không mong muốn Việc kiểm soát nhiệt độ khi rang là yếu tố quan trọng để giữ chất lượng và hương vị của cà phê.
Sự bay hơi nước một phần do nhiệt độ cao (lượng hơi nước thoát ra gồm có lượng nước này và nước sinh ra trong các phản ứng).
Các cấu tử hương tạo thành bị bay hơi 1 phần
Màu sắc của hạt cà phê thay đổi từ sáng nhạt đến nâu đen, tùy thuộc vào mức độ rang, giúp xác định độ rang phù hợp với sở thích Trong quá trình rang, có thể xuất hiện các đốm đen do quá trình than hóa, ảnh hưởng đến hương vị và chất lượng của cà phê Hiểu rõ sự biến đổi màu sắc này giúp người dùng lựa chọn cà phê phù hợp và đảm bảo chất lượng tốt nhất.
Càng rang “sâu” thì dầu từ bên trong thoát ra bề mặt càng nhiều, bề mặt hạt cà phê càng bóng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rang cà phê bao gồm nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian và thiết bị sử dụng, do đó, lựa chọn các thông số phù hợp phụ thuộc vào sở thích cá nhân của người thưởng thức Để đạt được hương vị mong muốn, việc điều chỉnh các yếu tố này một cách kỹ lưỡng là điều cần thiết trong phương pháp rang cà phê.
Quá trình rang được thực hiện ở áp suất thường.
Trong quá trình rang, các tác nhân cung cấp nhiệt chính gồm không khí, bề mặt kim loại nóng và tia bức xạ Hiện nay, không khí nóng được sử dụng phổ biến nhất nhờ khả năng truyền nhiệt hiệu quả, còn bề mặt kim loại thường chỉ được sử dụng như một tác nhân phụ để hỗ trợ quá trình làm chín thực phẩm.
Trong quá trình rang cà phê, thiết bị thường được trang bị bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh hoặc phương pháp phun nước trực tiếp vào khu vực rang Điều này giúp hạ nhiệt độ khối cà phê nhanh chóng sau khi đạt đến mức độ rang mong muốn, đảm bảo hương vị và chất lượng cà phê được giữ tối ưu.
Quá trình rang cà phê được phân thành ba loại chính dựa trên mức độ thay đổi của hạt cà phê về màu sắc, hương vị, khối lượng và các biến đổi hóa học nội tại Rang nhẹ (light) giữ nguyên nhiều đặc tính tự nhiên của hạt, trong khi rang vừa (medium) mang lại hương vị cân đối phù hợp với nhiều sở thích Rang “sâu” (dark) và rất dark thường có màu đậm hơn, hương mạnh mẽ hơn và ảnh hưởng đến độ axit cũng như cấu trúc của cà phê Sự phân chia này giúp người pha chế lựa chọn loại rang phù hợp để tối ưu hóa trải nghiệm thưởng thức cà phê.
Ngoài ra, người ta còn có thể phân loại quá trình rang theo thời gian rang:
Rang thông thường: khoảng 12 – 15 phút.
Theo nguyên lý hoạt động của thiết bị, quá trình rang có 2 loại:
Thiết bị rang gián đoạn thường bao gồm các dạng như tang trống đặt nằm ngang hoặc đứng có cánh khuấy, cùng với thiết bị dạng chảo quay đặt đứng, nhằm thực hiện quá trình rang trong thời gian dài từ 12-15 phút hoặc hơn Quá trình rang sử dụng nhiệt độ cao, có thể lên đến mức tối đa để đảm bảo quá trình rang diễn ra hiệu quả Các thiết bị này được thiết kế để kiểm soát tốt nhiệt độ và thời gian rang, giúp sản phẩm đạt chất lượng cao và đồng đều Rang gián đoạn phù hợp cho các loại nguyên liệu cần quá trình rang kéo dài và cần kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ để tối ưu hóa hương vị và chất lượng sản phẩm.
Rang liên tục bằng thiết bị dạng tang trống đặt nằm ngang giúp giảm thời gian rang chỉ còn khoảng 3-6 phút, đồng thời giữ nhiệt độ thấp hơn, khoảng 250°C, mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng Thiết bị rang liên tục của thương hiệu Burns Thermalo đảm bảo quá trình rang diễn ra đều đặn, nâng cao chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa năng suất sản xuất.
Bộ phận rang là dạng tang trống đục lỗ với năng suất 3000lb/h và tốc độ quay từ 2 đến 7 rpm, phụ thuộc vào thời gian lưu của nhân cà phê Bên trong hình trụ có các tấm dạng xoắn ốc giúp ngăn tang trống phân chia thành các khu vực chứa cà phê, đảm bảo quá trình rang đồng đều và hiệu quả.
Bộ phận làm nguội: dạng tang trống được đục lỗ, ngăn cách với bộ phận rang bằng một đĩa đặt ở tâm hình truù.
Thời gian lưu mẫu là khoảng 7 phút khi thiết bị quay ở tốc độ cao nhất của bộ phân rang Trong đó, 5 phút diễn ra tại bộ phận rang để đảm bảo quá trình nung đạt hiệu quả tối ưu, còn lại là thời gian làm nguội nhằm giữ chất lượng và đặc tính của sản phẩm Đây là bước quan trọng trong quy trình rang, giúp kiểm soát độ đồng đều và hương vị của hạt cà phê hoặc các loại hạt khác Thời gian lưu phù hợp đảm bảo quá trình rang diễn ra hoàn hảo, nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Thieỏt bũ rang lieõn tuùc hieọu Burn Thermalo
Xay
Xay là quá trình làm vỡ hạt cà phê thành những hạt nhỏ, mịn theo yêu cầu để đưa vào quá trình trích ly b Muùc ủớch
Chuẩn bị cà phê bằng cách chia nhỏ hạt và làm vỡ các tế bào giúp tăng diện tích tiếp xúc, từ đó nâng cao hiệu quả quá trình chiết xuất Việc này góp phần tối ưu hóa quá trình trích ly, giúp thu được hương vị và chất lượng cà phê tốt hơn Các biến đổi trong quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hạt cà phê chuẩn bị sẵn sàng để đạt được hương vị tối ưu khi pha chế.
Sự giảm kích thước hạt của cà phê từ hạt rắn sang dạng bột rắn khô.
Quá trình giảm khối lượng toàn hạt và tăng khối lượng riêng xốp của sản phẩm được hình thành nhờ khí cacbonic, hơi nước và các chất dễ bay hơi được giải phóng trong giai đoạn rang tiếp theo Những khí và hơi này tạo ra sự thoáng khí, giúp cải thiện cấu trúc và độ xốp của sản phẩm cuối cùng Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này giúp tối ưu hóa chất lượng và năng suất của quá trình rang.
Sự gia tăng 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, oxy hóa do nhiệt độ và bề mặt tiếp xúc tăng
Hóa lý: 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 d Các yếu tố ảnh hưởng
Bản chất của hạt: Độ cứng, độ giòn, độ ẩm, hình dạng, kích thước
Điều kiện: Nhiệt độ, cấu tạo thiết bị…
Mức độ rang e Phương pháp thực hiện
Hạt cà phê sau khi rang cần lực cắt thay vì lực xé hay lực ép, điều này giúp giữ được hương vị và chất lượng cà phê tốt hơn Thiết bị xay cà phê thường sử dụng các con lăn có răng cưa để cắt hạt theo nhiều kiểu dáng khác nhau, phù hợp với mục đích pha chế Ngoài ra, còn có nhiều loại thiết bị khác giúp tạo ra cà phê hạt mịn hoặc dạng bông, điều này thường mang lại lợi ích cho quá trình ủ cà phê sau này, giúp tăng cường hương vị và độ đậm đặc của cà phê pha cuối cùng.
Hạt cà phê sau khi xay nên có độ mịn phù hợp để tối ưu quá trình trích ly bằng nước, giúp các chất rắn hòa tan và các cấu tử dễ bay hơi hòa quyện hiệu quả Không nên xay cà phê quá thô vì điều này làm thời gian trích ly kéo dài, ảnh hưởng đến hương vị Đồng thời, xay quá mịn có thể gây nghẹt lọc, làm giảm quá trình chiết xuất và gây khó khăn trong quá trình pha chế Do đó, việc điều chỉnh độ mịn của cà phê xay là yếu tố quan trọng để đảm bảo cà phê ngon và quá trình pha chế thuận lợi.
Trong quá trình xay, nên thêm một ít nước bằng cách phun ẩm để giúp quá trình trích ly bằng nước sau này diễn ra hiệu quả hơn Theo các nghiên cứu, lượng nước lý tưởng để thêm vào giai đoạn này là khoảng 7%, đảm bảo tối ưu hóa quá trình chiết xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Người ta có thể sử dụng phương pháp xay lạnh đông để giữ nguyên hương vị của cà phê Phương pháp này giúp xay mịn hơn và giảm thiểu lượng cấu tử hương thất thoát do nhiệt độ thấp hạn chế sự ma sát trong quá trình xay So với xay ở nhiệt độ thường, xay lạnh đông bảo quản tốt hơn hàm lượng tinh dầu và hương thơm tự nhiên của cà phê, đảm bảo hương vị nguyên chất hơn.
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 sau khi rang có thể được loại bỏ hoặc tận dụng để pha trộn với cà phê bột, giúp thu hồi các chất dầu thấm ra từ vỏ trong quá trình rang Việc này còn giúp kiểm soát khối lượng riêng thể tích của bột cà phê sau khi xay, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm.
Thiết bị xay công nghiệp được thiết kế gồm nhiều con lăn có tốc độ quay khác nhau nhằm tối ưu quá trình nghiền Các con lăn có các rãnh răng cưa hình chữ U nằm nghiêng trên bề mặt con lăn tốc độ cao và răng thẳng trên con lăn tốc độ thấp Việc phối hợp giữa hai con lăn có tốc độ khác nhau tạo ra một cặp, giúp điều chỉnh khoảng cách phù hợp với mức độ nghiền mong muốn Quá trình nghiền diễn ra từ thô đến tinh, đảm bảo sản phẩm đạt độ mịn mong muốn.
Kích thước của bột cà phê ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trích ly, đặc biệt là do nó tác động đến độ giảm áp của dòng nước khi đi qua thiết bị trích ly Để tối ưu hóa quá trình này, bột cà phê nên có đường kính từ khoảng 1000 đến 2000μm, tương đương qua rây 8 mesh và trên rây 20 mesh Việc chọn lựa kích thước phù hợp giúp quá trình trích ly diễn ra dễ dàng hơn, đảm bảo hiệu quả chiết xuất tối ưu.
Trong sản xuất cà phê hòa tan, quá trình trích ly lỏng – rắn được sử dụng để tách các chất hòa tan trong bột cà phê nhờ sự khuếch tán của các chất dễ hòa tan qua nước nóng Động lực chính của quá trình là sự chênh lệch nồng độ chất hòa tan giữa hai pha, giúp các thành phần hòa tan phân bố đều Quá trình này tiếp tục diễn ra cho đến khi đạt được sự cân bằng nồng độ giữa pha trích và pha raffinate, đảm bảo chất lượng cà phê hòa tan tối ưu.
• Pha rắn: cà phê bột
• Pha lỏng: nước nóng b Muùc ủớch:
Khai thác là quá trình quan trọng trong sản xuất cà phê hòa tan, nhằm chiết xuất các chất hòa tan trong bột cà phê Giai đoạn này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, hương vị và sản lượng của cà phê hòa tan Các biến đổi trong quá trình khai thác có thể tác động đáng kể đến kết quả cuối cùng, yêu cầu kiểm soát kỹ lưỡng để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn cao nhất.
Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch và bã cà phê
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 nghòch
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, ceton… không bền;
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 các thành phần bị giữ bởi thành tế bào, kể cả liên kết hóa trị, có thể xảy ra, ví dụ như việc giải phóng arabinogalactan, góp phần vào quá trình chuyển hóa và tăng cường chức năng của tế bào thực vật.
Trong quá trình rang cà phê, tất cả các thành phần trừ cellulose, lignin và một số polysaccharide mạch dài đều được trích ly, với mức độ trích ly phụ thuộc vào nhiệt độ nước sử dụng; nhiệt độ càng cao thì quá trình trích ly càng hiệu quả Mức độ trích ly của các hợp chất khác nhau dao động từ 100% đối với acid aliphatic và quinic, 85-100% cho alkaloid và acid chlorogenic không thay đổi, 40-100% cho các hợp chất dễ bay hơi, 15-20% cho protein, 20-25% cho melanoidine, và giảm xuống còn 1-5% cho dầu cà phê.
Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa.
Mùi thơm giảm, làm cho cà phê có mùi caramel, muứi kheựt, muứi naỏu.
Cà phê có vị chua, gắt và khan. d Các yếu tố ảnh hưởng
Chênh lệch nồng độ giữa hai pha chính là yếu tố quyết định hiệu quả của quá trình trích ly Khi mức độ chênh lệch này càng lớn, quá trình trích ly sẽ diễn ra nhanh hơn, giảm thiểu thời gian và lượng dung môi cần thiết Do đó, việc tối ưu hóa sự chênh lệch nồng độ là chìa khóa để nâng cao hiệu quả trích ly và tiết kiệm tài nguyên.
Tính chất vật liệu (độ xốp, tính thấm nước)
Thời gian trích ly ảnh hưởng lớn đến chất lượng cà phê, với thời gian kéo dài giúp chiết xuất triệt để hơn Tuy nhiên, nếu cà phê tiếp xúc với nước nóng quá lâu, quá trình này có thể gây ra biến đổi không tốt đến mùi vị của sản phẩm Do đó, việc điều chỉnh thời gian trích ly là yếu tố quan trọng để giữ được hương vị thơm ngon, cân bằng của cà phê.
Thieát bò xay
Trích ly
Trong sản xuất cà phê hòa tan, quá trình trích ly lỏng – rắn được sử dụng để tách các hợp chất hòa tan trong bột cà phê Quá trình này diễn ra nhờ sự khuếch tán của các chất dễ hòa tan qua nước nóng, dựa trên sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha Động lực chính của quá trình là sự khác biệt về nồng độ chất hòa tan, giúp các thành phần dễ hòa tan di chuyển từ pha này sang pha kia Quá trình tiếp tục cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng nồng độ giữa pha trích và pha raffinate, đảm bảo sự tối ưu trong quá trình chiết xuất.
• Pha rắn: cà phê bột
• Pha lỏng: nước nóng b Muùc ủớch:
Khai thác là quá trình quan trọng nhằm tận dụng các chất hòa tan trong bột cà phê, quyết định đến chất lượng, hương vị và sản lượng cà phê hòa tan Các biến đổi trong quá trình khai thác ảnh hưởng trực tiếp đến thành phẩm, đảm bảo tạo ra sản phẩm cà phê hòa tan phù hợp với tiêu chuẩn và yêu cầu của người tiêu dùng.
Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch và bã cà phê
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 nghòch
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, ceton… không bền;
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 số thành phần bị giữ bởi thành tế bào, kể cả các liên kết hóa trị, có khả năng xảy ra, điển hình như arabinogalactan Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng hấp thu và chuyển hóa các chất dinh dưỡng trong cơ thể Hiểu rõ về cơ chế này giúp nâng cao hiệu quả trong việc phát triển các sản phẩm chăm sóc sức khỏe tự nhiên và bổ sung dinh dưỡng.
Trong quá trình rang cà phê, hầu hết các thành phần đều được trích ly, ngoại trừ cellulose, lignin và một số polysaccharide mạch dài Nhiệt độ nước sử dụng càng cao, mức độ trích ly các chất càng lớn, với tỷ lệ thay đổi từ 100% cho acid aliphatic và quinic, 85-100% cho alkaloid và acid chlorogenic không biến đổi, 40-100% cho các hợp chất dễ bay hơi, 15-20% cho protein, 20-25% cho melanoidine, và giảm xuống còn 1-5% cho dầu cà phê.
Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa.
Mùi thơm giảm, làm cho cà phê có mùi caramel, muứi kheựt, muứi naỏu.
Cà phê có vị chua, gắt và khan. d Các yếu tố ảnh hưởng
Chênh lệch nồng độ giữa hai pha là yếu tố chính thúc đẩy quá trình trích ly diễn ra Khi mức độ khác biệt này càng lớn, hiệu quả của quá trình trích ly sẽ tăng lên, giảm thời gian thực hiện và giảm lượng dung môi cần thiết Đây là nguyên nhân khiến việc tối ưu hóa nồng độ giữa các pha trở thành yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu quả xử lý trong các quá trình công nghiệp và nghiên cứu.
Tính chất vật liệu (độ xốp, tính thấm nước)
Thời gian trích ly ảnh hưởng lớn đến chất lượng cà phê, thời gian càng dài thì quá trình chiết xuất càng triệt để, giúp tối đa hóa hương vị và aroma Tuy nhiên, để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến mùi vị sản phẩm, không nên để cà phê tiếp xúc với nước nóng quá lâu, vì những biến đổi không mong muốn có thể xảy ra Chọn thời gian trích ly phù hợp là yếu tố quan trọng để giữ trọn vẹn hương vị tuyệt vời của cà phê.
Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bột cà phê và nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình trích ly, khi diện tích tiếp xúc lớn giúp tăng độ triệt để của quá trình chiết xuất hương vị và caffeine Tuy nhiên, nếu bột cà phê quá mịn, việc lắng và lọc dịch sẽ gặp khó khăn, ảnh hưởng đến chất lượng và quá trình pha chế Vì vậy, lựa chọn độ mịn phù hợp của bột cà phê là yếu tố quyết định đến hiệu quả trích ly và sự dễ dàng trong quá trình lọc.
Khi nhiệt độ tăng, tốc độ khuếch tán của các thành phần trong cà phê sẽ tăng, độ nhớt giảm giúp các phần tử hòa tan dễ dàng chuyển động hơn, ảnh hưởng tích cực đến quá trình chiết xuất Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ quá cao có thể gây phản ứng bất lợi đối với hương vị và màu sắc của cà phê, do đó cần có giới hạn trong việc điều chỉnh nhiệt độ để đảm bảo chất lượng Phương pháp thực hiện chiết xuất cà phê cần cân nhắc kỹ về nhiệt độ để tối ưu hương vị và màu sắc, đồng thời duy trì các lợi ích của quá trình khuếch tán hiệu quả.
Trong quá trình chế biến, dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê trong thiết bị, giúp các chất hòa tan trong cà phê hòa tan vào nước, sau đó được tách ra để tiếp tục xử lý ở các giai đoạn tiếp theo Bã cà phê còn lại sau quá trình chiết xuất sẽ được sấy khô nhằm loại bỏ độ ẩm, đảm bảo vệ sinh và thuận tiện cho việc vận chuyển hoặc sử dụng tiếp theo.
Trích ly có thể được thực hiện trong nhiều bậc, sử dụng nước và cà phê chuyển động theo chiều ngược hoặc xuôi chiều, gián đoạn hoặc liên tục, phù hợp với nhu cầu sản xuất Thiết bị trích ly bộ lọc (Percolation batteries extraction) là phương pháp quy trình I được áp dụng để tối ưu hóa quá trình chiết xuất hương vị cà phê, đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Thiết bị trích ly gián đoạn, ngược chiều, nhiều bậc là phương pháp phổ biến nhất trong quá trình chiết xuất Hệ thống gồm từ 5 đến 8 bình ngâm chứa chất cần chiết, được kết nối nối tiếp để đảm bảo quá trình diễn ra liên tục và hiệu quả Các bình này được trang bị thiết bị gia nhiệt để duy trì nhiệt độ nước phù hợp, giúp tối ưu hóa quá trình chiết xuất các hợp chất quan trọng.
Hệ thống bắt đầu bằng việc đổ cà phê bột vào các bình từ (1) đến (7), sau đó nước nóng được bơm tuần tự qua các bình để chiết xuất cà phê Dịch chiết được lấy ra ở bình (5), trong khi các bình (6), (7), (8) đóng vai trò là bình dự trữ Khi bình (1) đã được chiết xuất triệt để, nó sẽ được tháo ra để loại bỏ bã, vệ sinh và nạp cà phê mới Bình (6) được nạp cà phê bột mới và nối vào sau bình (5), khi đó nước sẽ được đưa vào bình (2), và dịch chiết sẽ lấy ra tại bình (6), giúp duy trì quy trình chiết xuất hiệu quả.
Thiết bị trích ly bộ lọc
Xử lý dịch chiết
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 phaồm. b Các biến đổi
Thể tích và khối lượng giảm.
Có sự kết tủa của các chất keo tụ. c Phương pháp thực hiện
Dịch chiết được làm lạnh về nhiệt độ 5°C sau khi nhiệt độ cao, giúp dễ dàng lọc tinh để loại bỏ các tạp chất thô, tách cặn và các hợp chất keo tụ, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Quá trình xử lý dịch chiết được thực hiện qua 2 thiết bị:
Thiết bị làm lạnh dạng bản mỏng: thiết bị này sử dụng nước lạnh để làm lạnh dịch chiết về nhiệt độ yêu caàu.
Thiết bị lọc khung bản: để tách cặn và các hợp chaỏt keo tuù
Cô đặc
Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ chất khô các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nước b Muùc ủớch
Quá trình cô đặc là bước chuẩn bị quan trọng trước khi tiến hành sấy, giúp tăng nồng độ chất khô trong dịch chiết, từ đó giảm tiêu thụ năng lượng và thời gian sấy, đồng thời nâng cao độ đậm đặc của sản phẩm cuối cùng.
Truyền thống: cô đặc bốc hơi trong nồi chân không ở nhiệt độ thấp
Hiện đại: cô đặc kết tinh
1) Cô đặc bốc hơi (QUI TRÌNH I)
Các biến đổi
Khi nồng độ tăng; tính chất dung dịch thay đổi phụ thuộc vào thời gian cô đặc đó là:
Giảm: Hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số caỏp nhieọt, heọ soỏ truyeàn nhieọt.
Tăng: Khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi.
Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa.
Phản ứng thủy phân một số các hợp chất cao phân tử.
Hóa lý: Một phần protein bị kết tủa do biến tính bất thuận nghịch
Một số enzyme có thể bị vô hoạt hoặc giảm hoạt tính bởi nhiệt độ nên sẽ làm giảm các phản ứng do enzyme xúc tác.
Một số vi sinh vật không chịu nhiệt có thể bị tiêu diệt hoặc bị ức chế.
Màu cà phê sậm hơn do 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.
Phương pháp thực hiện
Tiến trình cô đặc dịch trích cà phê được thực hiện bằng thiết bị dạng màng rơi hoặc tấm bản nhằm nâng cao nồng độ cuối cùng lên đến 60% hoặc hơn Để đảm bảo chất lượng, quá trình này cần sử dụng nhiệt độ bốc hơi thấp nhằm tránh phá hủy hòa tan trong dịch trích cà phê, đồng thời thiết bị bốc hơi nên có 3 hoặc 4 giai đoạn để tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả cô đặc.
Vùng bốc hơi hoạt động trong điều kiện chân không, nghĩa là quá trình bốc hơi diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ của môi trường khí quyển thông thường Quá trình này đòi hỏi phải tạo chân không bằng bơm chân không trước khi bắt đầu vận hành thiết bị, đồng thời duy trì chân không bằng cách ngưng tụ hơi nước bằng nước lạnh để đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu.
Thường sử dụng đối với sản phẩm sấy phun
Hình 19: Nguyên lý hoạt động của thiết bị bốc hơi dạng màng rơi
Thieát bò
Bản chất
Rang là quá trình xử lý nhiệt hạt cà phê ở nhiệt độ cao từ 190°C đến 240°C để biến đổi màu sắc và hương vị của cà phê Quá trình này giúp phát triển hương thơm đặc trưng và cải thiện chất lượng cà phê Việc rang đúng kỹ thuật đảm bảo tạo ra sản phẩm cà phê thơm ngon, phù hợp với khẩu vị người tiêu dùng.
Muùc ủớch
Chế biến: xảy ra các phản ứng hóa học, các biến đổi làm dậy lên hương vị của cà phê.
Chuẩn bị: thuận lợi cho việc trích ly các hợp chất hòa tan và hợp chất hương dễ bay hơi
Các biến đổi
Giảm khối lượng do thoát ẩm.
Hạt cà phê sau quá trình rang sẽ phồng lên và tăng thể tích cả từng hạt lẫn toàn khối hạt, dẫn đến giảm khối lượng riêng của hạt và khối lượng riêng tự nhiên (xốp) Sự giảm này phụ thuộc vào mức độ rang và tốc độ rang, ảnh hưởng đến chất lượng và hương vị của cà phê rang xay.
Quá trình rang cà phê tạo ra các phản ứng sinh CO2, CO, N2, trong đó CO2 là thành phần chính Lượng CO2 giải phóng phụ thuộc vào mức độ rang, phương pháp rang và kỹ thuật xác định, nhưng không phải tất cả khí CO2 đều thoát ra ngoài; một phần còn bị giữ lại trong hạt cà phê Khối hạt cà phê sau khi rang có khả năng lưu trữ từ 2 đến 5ml CO2/g, thậm chí lên tới 10ml CO2/g (chiếm khoảng 0,4 – 1% trọng lượng khối hạt), xác định ở điều kiện 20°C và áp suất 760mmHg Lượng CO2 này sẽ từ từ thoát ra khỏi hạt cà phê theo thời gian, và áp suất do khí CO2 lưu giữ có thể được tính bằng công thức liên quan đến thể tích rỗng của khối hạt Tuy nhiên, quá trình giải phóng CO2 vẫn còn là lĩnh vực nghiên cứu chưa hoàn toàn rõ ràng.
Trong quá trình rang, phản ứng tỏa nhiệt xảy ra khi các khối hạt truyền nhiệt cho nhau, làm nhiệt độ rang thay đổi đáng kể Việc theo dõi chặt chẽ nhiệt độ là rất quan trọng để tránh tình trạng tăng quá cao so với dự tính Hiện tượng tỏa nhiệt này có thể liên quan đến sự hiện diện của các thành phần saccharide, đặc biệt là sucrose, ảnh hưởng đến quá trình rang và chất lượng cuối cùng của sản phẩm.
Chất hòa tan: tăng theo mức độ rang
Tổn thất chất hòa tan cũng tăng theo mức độ rang
Các phản ứng tạo hương, tạo màu: maillard, caramel…
Giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: phenol, pyrazine, furfuryl alcohol, acetic acid, cyclopentanol
Protein bị phân hủy một phần hay tòan phần do nhiệt, hàm lượng cafein cũng bị biến đổi
Trong quá trình rang, trigoneline mất đi một lượng lớn, dẫn đến hình thành các sản phẩm quan trọng như Nicotinic (axit nicotinic), Nicotiamide và các hợp chất thơm dễ bay hơi như Pyridine và Pyrol, góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của sản phẩm.
Nhiệt độ cao trong quá trình rang cà phê, đặc biệt khi sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặt kim loại nóng, có thể gây ra các phản ứng hóa học không mong muốn Các phản ứng này thường xảy ra chủ yếu ở bề mặt cà phê, nơi có thành phần khác biệt so với phần nhân của hạt cà phê Một ví dụ tiêu biểu của quá trình này là quá trình than hóa, ảnh hưởng tiêu cực đến hương vị và chất lượng của cà phê rang.
Sự bay hơi nước một phần do nhiệt độ cao (lượng hơi nước thoát ra gồm có lượng nước này và nước sinh ra trong các phản ứng).
Các cấu tử hương tạo thành bị bay hơi 1 phần
Màu sắc của nhân cà phê thay đổi từ sáng nhạt đến nâu đen, phản ánh mức độ rang của hạt cà phê Trong quá trình rang, có thể xuất hiện các đốm đen do than hóa, cho thấy quá trình rang đã đạt đến mức độ nhất định Việc nhận biết màu sắc này giúp xác định chất lượng và hương vị của cà phê.
Càng rang “sâu” thì dầu từ bên trong thoát ra bề mặt càng nhiều, bề mặt hạt cà phê càng bóng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rang cà phê bao gồm nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian và thiết bị sử dụng Việc điều chỉnh các thông số này phụ thuộc vào sở thích cá nhân của người uống nhằm tạo ra mùi vị và chất lượng cà phê phù hợp Lựa chọn nguyên liệu chất lượng và kiểm soát nhiệt độ cùng thời gian rang là chìa khóa giúp đạt được hương vị mong muốn, từ đó nâng cao trải nghiệm thưởng thức cà phê.
Phương pháp thực hiện
Quá trình rang được thực hiện ở áp suất thường.
Trong quá trình rang, tác nhân cung cấp nhiệt chính gồm không khí, bề mặt kim loại nóng và tia bức xạ Hiện nay, không khí nóng là phương pháp phổ biến nhất để truyền nhiệt trong quá trình rang, còn bề mặt kim loại chủ yếu được sử dụng như tác nhân phụ bổ sung nhằm nâng cao hiệu quả truyền nhiệt.
Trong quá trình rang cà phê, thiết bị có bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh giúp hạ nhiệt nhanh chóng sau khi đạt mức độ rang mong muốn Đôi khi, phương pháp làm nguội còn được thực hiện bằng cách phun nước trực tiếp vào khu vực rang để đảm bảo nhiệt độ giảm nhanh và ổn định chất lượng hạt cà phê Quá trình làm nguội nhanh giúp giữ được hương vị tốt nhất của cà phê sau khi rang xong.
Quá trình rang cà phê được phân thành ba mức độ chính dựa trên sự thay đổi về màu sắc, hương vị, khối lượng và các biến đổi hóa học bên trong hạt cà phê Rang nhẹ (light) giữ được nhiều đặc tính tự nhiên của hạt, trong khi rang vừa (medium) mang lại cân bằng giữa hương vị và màu sắc Rang “sâu” (dark) hoặc thậm chí “rất đậm” (very dark) tạo ra hương thơm đậm đà, màu sẫm và các đặc tính mới do quá trình nhiệt độ cao gây ra.
Ngoài ra, người ta còn có thể phân loại quá trình rang theo thời gian rang:
Rang thông thường: khoảng 12 – 15 phút.
Theo nguyên lý hoạt động của thiết bị, quá trình rang có 2 loại:
Thiết bị rang gián đoạn, bao gồm các loại như thiết bị dạng tang trống đặt nằm ngang hoặc đứng có cánh khuấy, và thiết bị dạng chảo quay đặt đứng, thường thực hiện quá trình rang kéo dài từ 12 đến 15 phút hoặc hơn với nhiệt độ cao, giúp đảm bảo quá trình rang diễn ra hiệu quả và đều.
Thiết bị rang liên tục dạng tang trống đặt nằm ngang giúp quá trình rang nhanh hơn chỉ trong vòng 3-6 phút, với nhiệt độ thấp khoảng 250°C Công nghệ Burns Thermalo của thiết bị này đảm bảo hiệu quả rang liên tục, tối ưu hoá năng suất và tiết kiệm thời gian.
Bộ phận rang sử dụng dạng tang trống đục lỗ, có năng suất lên đến 3000lb/h và tốc độ quay từ 2-7 rpm, tùy thuộc vào thời gian lưu của nhân cà phê Trong hình trụ có các tấm dạng xoắn ốc giúp ngăn cách các khu vực chứa cà phê, đảm bảo quá trình rang đạt hiệu quả cao.
Bộ phận làm nguội: dạng tang trống được đục lỗ, ngăn cách với bộ phận rang bằng một đĩa đặt ở tâm hình truù.
Thời gian lưu của quá trình rang là khoảng 7 phút, tương ứng với tốc độ quay lớn nhất của bộ phân rang Trong đó, khoảng 5 phút diễn ra tại bộ phận rang nhằm đảm bảo hạt cà phê chín đều, còn lại dành cho giai đoạn làm nguội để cố định hương vị và ngăn ngừng quá trình rang Việc kiểm soát thời gian lưu hợp lý đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương vị cà phê đạt tiêu chuẩn và giữ nguyên chất lượng sản phẩm.
Nhiệt độ khí nóng trong quá trình xử lý khoảng 250°C (500°F), thấp hơn nhiều so với phương pháp rang gián đoạn nhờ vào hệ thống tuần hoàn khí hiệu quả và lượng không khí được sử dụng lớn, giúp kiểm soát tốt nhiệt độ và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Thông số công nghệ (sử dụng ở nhà máy cà phê Biên Hòa)
Theo từng loại riêng biệt đã phân loại trong trống rang
Khối lượng rang: 45kg/mẻ.
Để giữ hương vị của cà phê, khi kết thúc một mẻ rang bơm vào khoảng 0,5 l nước
Cà phê sau khi rang có độ ẩm khỏang 2% có màu hạt dẻ, hương thơm, vị không chua
Xay là quá trình làm vỡ hạt cà phê thành những hạt nhỏ, mịn theo yêu cầu để đưa vào quá trình trích ly b Muùc ủớch
Chuẩn bị cà phê bằng cách chia nhỏ hạt và làm vỡ các tế bào giúp tăng diện tích tiếp xúc, từ đó nâng cao hiệu quả quá trình trích ly Các biến đổi xảy ra trong quá trình này góp phần tối ưu hóa hương vị và chất lượng của cà phê thành phẩm.
Sự giảm kích thước hạt của cà phê từ hạt rắn sang dạng bột rắn khô.
Trong quá trình rang, lượng toàn hạt giảm đi do khí cacbonic, hơi nước và các chất dễ bay hơi thoát ra, tạo thành các khe rỗng làm tăng khối lượng riêng xốp của sản phẩm Quá trình này giúp cải thiện đặc tính kết cấu của hạt, từ đó nâng cao chất lượng và khả năng tiêu thụ của thực phẩm Việc kiểm soát quá trình rang để giảm khối lượng toàn hạt đồng thời tăng khối lượng riêng xốp là yếu tố quan trọng trong sản xuất, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn về độ xốp và độ nhẹ cần thiết.
Sự gia tăng 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, oxy hóa do nhiệt độ và bề mặt tiếp xúc tăng
Hóa lý: 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 d Các yếu tố ảnh hưởng
Bản chất của hạt: Độ cứng, độ giòn, độ ẩm, hình dạng, kích thước
Điều kiện: Nhiệt độ, cấu tạo thiết bị…
Mức độ rang e Phương pháp thực hiện
Hạt cà phê sau khi rang cần lực cắt mạnh hơn là lực xé hoặc lực ép, vì vậy các thiết bị xay thường sử dụng các con lăn có răng cưa để cắt cà phê hiệu quả Ngoài ra, còn có nhiều loại thiết bị khác chuyên dụng để tạo ra cà phê hạt mịn hoặc dạng bông, giúp quá trình ủ cà phê sau này diễn ra thuận lợi hơn.
Hạt cà phê sau khi xay cần có độ mịn phù hợp để tối ưu quá trình chiết xuất Nếu xay quá thô, thời gian trích ly kéo dài, các chất rắn hòa tan và các hợp chất dễ bay hơi sẽ ra rã nhanh, giảm hương vị Ngược lại, xay quá mịn có thể gây nghẹt lọc, làm giảm hiệu quả pha chế và chất lượng cà phê Do đó, việc điều chỉnh độ mịn phù hợp khi xay cà phê là yếu tố quan trọng để đảm bảo hương vị tốt nhất cho ly cà phê của bạn.
Trong quá trình xay, nên thêm một ít nước bằng cách phun ẩm để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly bằng nước sau này Nghiên cứu cho thấy, lượng nước thêm vào trong giai đoạn này tốt nhất là khoảng 7%, giúp tối ưu hóa hiệu quả trích ly và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Bạn có thể sử dụng phương pháp xay lạnh để nghiền cà phê, giúp hạt cà phê xay mịn hơn và giảm mất các hợp chất hương vị quan trọng Phương pháp này hạn chế sự thất thoát hương thơm do nhiệt độ cao gây ra trong quá trình xay, nhờ đó giữ được tối đa hương vị tự nhiên của cà phê Xay lạnh là một giải pháp tối ưu để duy trì chất lượng và độ tươi ngon của cà phê trong quá trình chế biến.
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 sau quá trình rang có thể được loại bỏ hoặc tận dụng để phối trộn với cà phê bột, giúp tận dụng tối đa lượng dầu thấm ra từ vỏ trong quá trình rang, đồng thời giúp kiểm soát khối lượng riêng thể tích của bột sau khi xay.