Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân xuất khẩu năng suất 3900 tấn sản phẩmnăm và phân xưởng sản xuất cà phê hòa tan năng suất 800 tấn sản phẩmnăm. Để hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này cùng với sự nổ lực của bản thân thì tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của nhà trường, thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ thực phẩm, đã chỉ bảo giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức từ đại cương đến chuyên ngành
LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT
Tính khả thi
Trong bối cảnh đất nước đang hướng tới công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đời sống người dân ngày càng được nâng cao, kéo theo nhu cầu thưởng thức các sản phẩm thực phẩm và đồ uống chất lượng cao cũng tăng lên Cà phê trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày, với sự đa dạng về loại hình và phong cách thưởng thức ngày càng phát triển, đáp ứng xu hướng tiêu dùng hiện đại.
Cà phê đã trở thành cây công nghiệp lâu đời chủ đạo của nền kinh tế Việt Nam, mang lại giá trị kinh tế cao Việt Nam đứng thứ hai thế giới về xuất khẩu cà phê, chiếm 22% thị phần toàn cầu, chỉ sau Brazil Các sản phẩm chế biến từ cà phê, như cà phê hòa tan, ngày càng phổ biến và trở thành phần không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của người dân Việt Nam.
Theo ICO ước tính ban đầu về triển vọng cà phê toàn cầu niên vụ 2021 –
Dự báo sản lượng cà phê năm 2022 của ICO đạt 167,2 triệu bao, giảm 2,1% so với niên vụ trước, trong khi đó tiêu thụ cà phê toàn cầu dự kiến tăng 3,3%, đạt 170,3 triệu bao 60 kg, thể hiện xu hướng tăng trưởng thương mại và nhu cầu cà phê trên thị trường quốc tế.
Tháng 1 năm nay, xuất khẩu cà phê toàn cầu đạt 10,9 triệu bao, tăng 2,8% so với cùng kỳ năm ngoái, nhưng tính trong 4 tháng đầu của niên vụ 2021-2022, xuất khẩu giảm 1,5% xuống còn 41,8 triệu bao do lượng xuất khẩu của Brazil giảm mạnh 22,9%, từ 17,3 triệu xuống còn 13,4 triệu bao Trong khi đó, Việt Nam ghi nhận sự tăng trưởng ấn tượng 17,5% trong 4 tháng đầu của niên vụ, đạt hơn 9,2 triệu bao, chiếm 22% thị phần xuất khẩu cà phê toàn cầu, giúp Việt Nam vững vị trí thứ hai sau Brazil về xuất khẩu cà phê Dự báo, tiêu thụ cà phê toàn cầu sẽ tăng lên khoảng 165 triệu bao, tăng 1,8 triệu bao so với trước.
Với việc thực thi Hiệp định EVFTA từ ngày 1/8/2020, EU đã xóa bỏ thuế đối với các loại cà phê chưa rang hoặc đã rang, giảm từ 7-11% xuống còn 0%, cùng với các loại cà phê chế biến giảm từ 9-12% xuống còn 0% Đồng thời, trong số 39 chỉ dẫn địa lý của Việt Nam được EU cam kết bảo hộ, có chỉ dẫn địa lý về cà phê, mang lại lợi thế cạnh tranh lớn cho ngành cà phê Việt Nam tại thị trường EU.
Bảng 1.1 Giá cà phê trực truyến trên sàn thế giới theo giacaphetructuyen.com [15]
Lượng (tấn) Giá cao nhất
Theo nghiên cứu của IAM, có 21% người tiêu dùng cà phê hòa tan sử dụng từ 3-4 lần mỗi tuần, trong đó tỷ lệ nữ chiếm 52% Thói quen tiêu thụ tại nhà và ngoài trời gần như cân bằng (49% tại nhà, 50% ngoài trời) Tuy nhiên, trong lĩnh vực xuất khẩu, cà phê chế biến hòa tan chiếm khoảng 12% tổng tiêu thụ nội địa và xuất khẩu, mặc dù Việt Nam đứng thứ hai trên thị trường thế giới về xuất khẩu cà phê Điều đáng chú ý là Việt Nam vẫn còn thiệt thòi khi ít chú trọng đến chế biến sâu, chủ yếu xuất khẩu cà phê thô với giá trị gia tăng thấp.
Sản phẩm này ngày càng được ưa chuộng nhờ tính tiện dụng vượt trội, giúp tiết kiệm thời gian và đảm bảo chất lượng Việc chế biến sâu cà phê trở thành xu hướng được quan tâm hàng đầu hiện nay, thúc đẩy nhu cầu sản xuất các dòng cà phê chuyên sâu để đáp ứng thị trường nhanh chóng và hiệu quả.
Vùng nguyên liệu dồi dào cùng khí hậu và địa lý thuận lợi giúp phát triển cây cà phê, tạo ra sản phẩm với hương vị độc đáo và vị thế vững chắc trên thị trường thế giới Sản lượng và diện tích trồng cà phê không ngừng tăng qua các năm, đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn từ thị trường xuất khẩu Công nghệ hiện đại góp phần thúc đẩy khả năng xây dựng nhà máy sản xuất cà phê, từ đó nâng cao tính chủ động trong sản xuất và xuất khẩu, giúp tăng giá thành cà phê và ổn định tâm lý của người trồng cà phê.
Vị trí và địa điểm xây dựng
Vị trí xây dựng nhà máy đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo hoạt động sản xuất hiệu quả và sự phát triển bền vững của doanh nghiệp Địa điểm lý tưởng cần nằm gần nguồn nguyên liệu để duy trì hoạt động ổn định và lâu dài, đồng thời phải phù hợp với đặc điểm địa hình và cấu trúc đất đai để thuận lợi cho quá trình xây dựng và vận hành Ngoài ra, vị trí của nhà máy còn phải đáp ứng các yêu cầu về thiên nhiên và trang bị đầy đủ các thiết bị, công nghệ hiện đại nhằm tối ưu hóa quá trình chế biến và sản xuất.
Huyện Hướng Hóa, thuộc tỉnh Quảng Trị, là một khu vực miền núi, vùng cao và nằm ở phía Tây giáp với Lào, nổi bật với vị trí biên giới chiến lược Với diện tích khoảng 1.150,86 km², Hướng Hóa có phía Bắc giáp tỉnh Quảng Bình, phía Nam và Tây giáp đất nước Lào, trong khi phía Đông tiếp giáp các huyện Gio Linh, Vĩnh Linh và Đakrông Khu vực này đóng vai trò quan trọng trong phát triển vùng cao, biên giới của tỉnh Quảng Trị.
Hướng Hóa có địa hình núi rừng phong phú và đa dạng, cùng với khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm quanh năm, trung bình nhiệt độ 22°C và lượng mưa khoảng 2.262 mm/năm, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển nông nghiệp và lâm nghiệp Nhiệt độ cao vào mùa nóng và chịu ảnh hưởng của gió mùa tây nam khô nóng, trong đó gió chính hướng tây nam – đông bắc, làm tăng thêm tính đa dạng của tài nguyên khí hậu tại khu vực Đất đai chủ yếu gồm đất cát pha và đất đỏ bazan, thích hợp cho các hoạt động nông – lâm nghiệp Hướng Hóa còn sở hữu nguồn tài nguyên rừng và khoáng sản dồi dào, cùng với mạng lưới sông, suối và nguồn nước ngầm phong phú, đáp ứng tốt các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của cộng đồng địa phương.
Hình 1.2 Hướng gió chính của huyện Hướng Hóa
Dựa trên các điều kiện đã đề cập, tôi đã chọn Hướng Tân – Hướng Hóa – Quảng Trị làm địa điểm xây dựng nhà máy, nhờ vào vị trí thuận lợi cho hoạt động vận chuyển, sản xuất và chế biến cà phê Vị trí này mang lại nhiều lợi thế về logistics, giúp tối ưu hóa quá trình lưu thông nguyên liệu và thành phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của dây chuyền sản xuất cà phê.
- Vị trí địa lý thuận lợi: là huyện miền núi, vùng cao, nằm về phía tây của tỉnh Quảng Trị.
- Giao thông: nằm trên đường mòn Hồ Chí Minh tây, nối liền giữa quốc lộ 1A và cửa khẩu quốc tế Lao Bảo.
Vùng Khe Sanh có diện tích trồng cà phê khoảng 4.600 ha, nằm gần nguồn nguyên liệu chính, đảm bảo cung cấp ổn định cho quá trình sản xuất cà phê nhân xuất khẩu Đây là lợi thế lớn giúp đảm bảo chất lượng và số lượng nguyên liệu, góp phần nâng cao năng suất và giá trị xuất khẩu của ngành cà phê địa phương Đặt mục tiêu phát triển bền vững, khu vực này đã trở thành trung tâm cung cấp nguyên liệu có chất lượng cao cho thị trường nội địa và quốc tế.
Hệ thống điện tại khu vực chủ yếu được cung cấp qua đường dây lưới điện Bắc – Nam, đảm bảo nguồn năng lượng ổn định cho sinh hoạt và sản xuất Ngoài ra, công trình thủy lợi Rào Quán cũng tích hợp vào hệ thống lưới điện quốc gia, góp phần nâng cao hiệu quả cung cấp điện năng cho địa phương.
- Hiện trạng đất: chủ yếu đất cát pha và đất đỏ bazan, địa hình bằng phẳng.
- Nguồn lao động dồi dào.
- Được hưởng các đãi ngộ từ chính sách khuyến khích xây dựng đầu tư phát triển của tỉnh và nhà nước.
Hình 1.3 Vị trí xây dựng nhà máy
Thị trường
Việc xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân và cà phê hòa tan chất lượng cao nhằm đảm bảo tiêu thụ trong nước và xuất khẩu.
Việt Nam nổi bật với nền văn hóa cà phê phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên tỷ lệ tiêu thụ nội địa chỉ chiếm khoảng 5% trong tổng lượng xuất khẩu cà phê hàng năm Với sản lượng khoảng 61.000 tấn cà phê mỗi năm, cộng thêm khoảng 9.000 tấn cà phê hòa tan, đất nước này vẫn chủ yếu xuất khẩu cà phê ra thị trường quốc tế.
Cà phê Việt Nam đã mở rộng thị trường ra hơn 80 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới, trong đó tập trung chủ yếu ở các thị trường lớn như Đức, Mỹ, Tây Ban Nha và Italy, góp phần nâng cao vị thế của ngành cà phê Việt Nam trên bản đồ toàn cầu.
Bỉ, Anh và các thị trường mới nổi như: Trung Quốc, Nga, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan, Philippines, Thái Lan,…[19].
Hình 1.4 Biểu đồ top 10 thị trường nhập khẩu cà phê Việt Nam nhiều nhất 6 tháng đầu năm 2020 [20]
Theo Cục Chế biến và Phát triển thị trường Nông sản, Đức và Mỹ vẫn giữ vị trí là hai thị trường tiêu thụ cà phê lớn nhất của Việt Nam, bất chấp những biến cố toàn cầu như dịch COVID-19 và xung đột Nga-Ukraina diễn ra trong năm qua.
Theo báo cáo thương mại tháng 9/2022 của Tổ chức Cà phê Thế giới (ICO), xuất khẩu cà phê toàn cầu tháng 8 giảm 1,9% so với cùng kỳ năm trước do sản xuất và xuất khẩu của các quốc gia hàng đầu sụt giảm Trong khi đó, thị trường cà phê Việt Nam có triển vọng tích cực với giá xuất khẩu bình quân tháng 8 đạt khoảng 2,336 USD/tấn, tăng 1,6% so với tháng 7/2022 và 16,1% so với tháng 8/2021 Trong 8 tháng đầu năm 2022, giá xuất khẩu trung bình của cà phê Việt Nam ước đạt 2,268 USD/tấn, tăng 21,7% so với cùng kỳ năm 2021, và tính đến tháng 9, mức tăng này đạt 14,4% so với năm trước.
Bảng 1.2 Chủng loại cà phê xuất khẩu của Việt Nam trong tháng 7/2022
(Nguồn: Cục Xuất Nhập Khẩu)
Lượng Trị giá Lượng Trị giá
Robusta 147,461 294,786 Giảm 3,6 Giảm 1,7 Tăng 3,0 Tăng 33,6
Arabica 6,214 25,989 Tăng 6,4 Tăng 7,0 Giảm 7,0 Tăng 45,6
Cà phê nhân 49,800 Giảm 8,4 Tăng 19,0
Trong bối cảnh thế giới vẫn duy trì các biện pháp giãn cách xã hội, nền kinh tế toàn cầu phục hồi chậm khiến dự kiến tiêu thụ cà phê quốc tế tăng nhẹ 1,3% Đồng thời, giá cà phê trong nước cũng ghi nhận đà tăng mạnh theo xu hướng giá toàn cầu, phản ánh sự phục hồi và mở rộng của thị trường trong nước.
Nguồn nguyên liệu
Để duy trì hoạt động sản xuất lâu dài, các nhà máy chế biến cần đảm bảo nguồn nguyên liệu ổn định, yếu tố then chốt hàng đầu Huyện Hướng Hóa, với điều kiện địa hình và thời tiết thuận lợi, nổi bật trong việc trồng cà phê chè Arabica có năng suất cao Tính đến tháng 9/2021, tỉnh đã phát triển hơn 4.600 ha cà phê, tập trung chủ yếu tại các xã như Hướng Phùng, Hướng Tân, Hướng Sơn, Tân Hợp, Tân Liên, Ba Tầng và thị trấn Khe Sanh, góp phần nâng cao giá trị kinh tế địa phương.
Hình 1.5 Vùng trồng cà phê
Quảng Trị hiện có hơn 4.000 ha cà phê, trong đó gần 3.900 ha đã cho sản phẩm, tuy nhiên năng suất bình quân vẫn đạt chưa tới 1 tấn/ha.
Việc tái canh cây cà phê giữ vai trò then chốt trong phát triển bền vững ngành nông nghiệp Tỉnh đã ưu tiên mô hình trồng xen, cưa đốn phục hồi và tái canh cây cà phê nhằm nâng cao năng suất và ổn định diện tích Các giống cà phê già cỗi, thoái hóa, nhiễm sâu bệnh sẽ được thay thế bằng giống mới có đặc tính vượt trội, khả năng kháng bệnh tốt, giúp tăng hiệu quả kinh tế và nguồn thu nhập cho người dân Gần đây, cây cà phê mít cũng được trồng xen canh tại những vùng không thể phát triển cây cà phê chè, mở ra cơ hội mới cho nông dân.
Từ đó cung cấp được nguồn nguyên liệu ổn định lâu dài, đạt chất lượng cho nhà máy chế biến cà phê.
Hợp tác hóa
Hợp tác hóa giữa nhà máy thiết kế và các nhà máy khác nâng cao hiệu quả sử dụng chung các công trình điện, nước, hơi, giao thông vận tải và các công trình phúc lợi công cộng, giúp đẩy nhanh tiêu thụ sản phẩm và phế phẩm Điều này góp phần giảm thiểu thời gian xây dựng, tiết kiệm vốn đầu tư và giảm giá thành sản phẩm, thúc đẩy phát triển kinh tế kỹ thuật và liên hợp hóa trong ngành công nghiệp.
Hợp tác với nhà máy chế biến phân vi sinh trong khu vực giúp giải quyết vấn đề xử lý vỏ cà phê sau chế biến, giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả kinh tế.
Sản phẩm cà phê nhân có thể hợp tác mua bán với các nhà máy chế biến cà phê như AST, Trung Nguyên và các nhà máy cà phê thành phẩm tại khu vực cũng như các tỉnh thành khác, mở ra cơ hội hợp tác kinh doanh đa dạng.
Các sản phẩm từ cà phê nhân như cà phê rang, cà phê hòa tan không chỉ phục vụ thị trường nội địa mà còn phù hợp để hợp tác cung cấp cho các quán cà phê tại địa phương và các tỉnh thành khác trong nước cũng như quốc tế.
Nguồn nhiên liệu
Nguồn cung cấp điện cho nhà máy xuất phát từ hệ thống điện 3 pha của tuyến đường dây 500 kV Bắc Nam, đảm bảo ổn định và liên tục cho quá trình vận hành Dự án thủy lợi, thủy điện Quảng Trị trên sông Rào Quán, với tổng mức đầu tư trên 2.000 tỷ đồng, đã chính thức hoàn thành và cung cấp điện năng cho tỉnh Quảng Trị, đồng thời hòa vào lưới điện quốc gia với công suất đáng kể, góp phần nâng cao năng lực phân phối điện và thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương.
Hình 1.6 Nguồn cung cấp điện
Nhà máy sử dụng than đá và củi làm nhiên liệu chính cho lò đốt, do nằm gần núi rừng nên có nguồn khoáng sản và lâm nghiệp phong phú, đảm bảo cung ứng nguyên liệu liên tục cho sản xuất Xăng được dùng làm nhiên liệu cho xe ô tô vận chuyển, trong khi dầu nhớt và mỡ bôi trơn giúp duy trì hoạt động của các máy móc trong quá trình sản xuất.
Hình 1.7 Nhiên liệu cho lò đốt
Nguồn cung cấp hơi chủ yếu từ hệ thống lò đốt nhiên liệu như than đá, củi và vỏ trấu, trong đó vỏ trấu được tận dụng qua quá trình xát vỏ trấu để phát sinh hơi Hệ thống sấy tĩnh sử dụng hơi khói lò trực tiếp để đảm bảo hiệu quả, trong khi hệ thống sấy trống quay yêu cầu sử dụng hơi gián tiếp từ lò đốt nhằm tối ưu hóa quá trình sấy.
Trong quá trình vận hành nhà máy chế biến cà phê, việc đảm bảo nguồn nước sạch là yếu tố quan trọng nhưng không đòi hỏi quá khắt khe Nước dùng trong sản xuất chủ yếu đến từ hai nguồn chính: nguồn thứ nhất là nước lấy từ sông, qua hệ thống bơm, lưới lọc rác và bể lắng sơ bộ để loại bỏ tạp chất nặng, sau đó được lưu trữ tại các bể chứa và cấp trực tiếp cho quá trình chế biến Nguồn thứ hai bao gồm nước từ giếng khoan hoặc nước máy, dùng cho sinh hoạt của công nhân và các hoạt động phụ trợ khác trong nhà máy.
Nguồn nhân lực
Xây dựng nhà máy mang lại nhiều lợi ích như tạo việc làm cho người lao động địa phương và khu vực lân cận, nâng cao hiệu quả sử dụng đất, giải quyết lượng nguyên liệu trong vùng và tăng thu nhập cho cộng đồng Các vị trí quan trọng đòi hỏi trình độ cao được tuyển dụng từ các trường đại học, cao đẳng trong cả nước, ưu tiên người cư trú trong khu vực nhằm đảm bảo ổn định trong quản lý và vận hành Đội ngũ lao động phổ thông chủ yếu là người dân tộc như Pa Kô, Vân Kiều, có sức khỏe tốt, kinh nghiệm và cư trú gần khu vực, giúp đảm bảo sinh hoạt và công việc thuận lợi Ngoài ra, tuyển dụng theo mùa vụ cho một số vị trí trong sản xuất giúp giảm chi phí và linh hoạt trong sử dụng nguồn nhân lực.
Giao thông
Nhà máy nằm gần tuyến đường mòn Hồ Chí Minh Tây, chỉ cách đường quốc lộ 9 AH16 khoảng 6 km Vị trí này thuận lợi cho việc vận chuyển hàng hóa và logistics, đồng thời giảm thiểu thời gian di chuyển từ nhà máy đến các tuyến giao thông chính Nằm cách thành phố Đông Hà không xa, khu vực này phù hợp để phát triển sản xuất, góp phần thúc đẩy kinh tế địa phương và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Vị trí đắc địa với khoảng cách chỉ 63 km, cách Lao Bảo 20 km, cùng hệ thống giao thông đường bộ phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu mua và vận chuyển cà phê nhanh chóng về nhà máy Đồng thời, gần tuyến đường sắt Bắc – Nam và Cảng Cửa Việt, đảm bảo phương tiện vận tải trong nước và quốc tế, hỗ trợ quá trình vận chuyển thiết bị, nguyên vật liệu xây dựng và xuất khẩu sản phẩm một cách dễ dàng và hiệu quả.
Năng suất
Dựa trên diện tích và năng suất cà phê hiện tại của huyện cùng khả năng mở rộng trong tương lai, dựa vào số lượng nhà máy hiện có và tình hình tiêu thụ, xuất khẩu cà phê ra thị trường quốc tế, dự án thiết kế nhà máy sẽ hướng tới năng suất 3.900 tấn sản phẩm/năm cho nhà máy chế biến cà phê nhân xuất khẩu và 800 tấn sản phẩm/năm cho phân xưởng sản xuất cà phê hòa tan.
Xử lý chất thải
Trong quá trình sản xuất cà phê, việc sử dụng lượng lớn nước dẫn đến lượng nước thải phát sinh khá lớn cần được xử lý đúng quy trình để đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường Nước thải công nghiệp được xử lý tại các hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường, trong khi nước thải sinh hoạt được đưa vào cống hệ thống của nhà máy và xử lý tại bể trước khi thải ra ngoài Chất thải rắn từ quá trình sản xuất cà phê được xử lý bằng phương pháp vi sinh, trong đó vỏ cà phê là nguyên liệu chính để sản xuất phân hữu cơ, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Thoát nước
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Dựa trên các vấn đề lập luận đã trình bày, việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất cà phê tại Hướng Hóa – Quảng Trị là khả thi và phù hợp về mặt kinh tế và kỹ thuật, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương.
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
Giới thiệu về cây cà phê
2.1.1 Lịch sử nguồn gốc cây cà phê và quá trình du nhập vào Việt Nam
Vào khoảng năm 850 sau Công Nguyên, cà phê vô tình được phát hiện tại Ethiopia bởi chăn dê Kaldi, người đã nhận thấy sự thay đổi của đàn dê sau khi ăn quả cà phê Sau đó, loại thức uống này lan rộng sang Ai Cập và Yemen, và đến thế kỷ 15, nó đã phổ biến tại Armenia, Persia, Thổ Nhĩ Kỳ, mở đầu cho hành trình trở thành một trong những đồ uống yêu thích toàn cầu.
Cà phê có nguồn gốc từ Kỳ và Bắc Phi, sau đó lan rộng qua thế giới Hồi giáo và Ý, rồi đến các nước châu Âu, Indonesia và Mỹ Hiện nay, cà phê được trồng tại khoảng 50 quốc gia trên toàn thế giới, trong đó Việt Nam trở thành một trong những quốc gia nổi tiếng về sản xuất cà phê chất lượng cao.
Vào khoảng năm 1857-1888, những cây cà phê chè đầu tiên được người Pháp đưa vào Việt Nam, bắt đầu trồng thử nghiệm tại các nhà thờ Công giáo ở phía Bắc như Ninh Bình, Thanh Hóa, Nghệ An và Hà Tĩnh, sau đó mở rộng ra các tỉnh miền Trung như Quảng Trị và Quảng Bình Đến cuối cùng, cây cà phê đã lan rộng ra các vùng phía Nam, đặc biệt là Tây Nguyên và Đông Nam Bộ, góp phần hình thành ngành cà phê hàng đầu của Việt Nam Tính đến năm 1975, diện tích cà phê toàn quốc đạt hơn 13.000 ha với sản lượng khoảng 6.000 tấn Sự phát triển bứt phá diễn ra sau Hội nghị cà phê nhân dân lần thứ nhất năm 1982, cùng chính sách mới và đà tăng giá cà phê trên thị trường quốc tế đã thúc đẩy ngành cà phê Việt Nam trở nên mạnh mẽ và đa dạng hơn.
Việt Nam đã trở thành một trong những quốc gia hàng đầu về sản xuất và xuất khẩu cà phê, với diện tích trồng cà phê tăng mạnh, góp phần vào sự bùng nổ về sản lượng và giá trị xuất khẩu Hiện nay, Việt Nam xếp thứ 2 trên thế giới về sản lượng cà phê xuất khẩu, khẳng định vị thế vững chắc trên thị trường quốc tế.
2.1.2 Đặc điểm và phân loại cây cà phê
2.1.2.1 Đặc điểm cây cà phê
Trong tổng số gần 70 loại cà phê khác nhau, chỉ có 10 loại mang lại giá trị kinh tế và có thể trồng trọt hiệu quả, mặc dù không phải loại nào cũng chứa caffein trong hạt Hiện nay, trên thế giới, người ta chủ yếu trồng các giống cà phê phổ biến như Arabica, chiếm khoảng 61% sản lượng cà phê toàn cầu, Robusta, chiếm gần 39%, và Libérica, tuy sản lượng không đáng kể, vẫn góp phần vào thị trường cà phê quốc tế.
Cây cà phê thích hợp để trồng ở vùng đồi núi cao, nơi có nhiệt độ, ánh sáng và lượng mưa cao thích hợp cho sự phát triển tối ưu của cây Tuy nhiên, yêu cầu khí hậu phù hợp có thể khác nhau tùy thuộc vào từng giống cà phê, đòi hỏi người trồng cần hiểu rõ đặc điểm từng loại để đảm bảo năng suất cao và chất lượng trái cà phê.
Vùng Tây Bắc nổi bật với trồng cà phê chè tại độ cao khoảng 400-500m so với mực nước biển, phù hợp nhờ vào điều kiện khí hậu đặc trưng của khu vực gần vĩ tuyến Bắc Địa hình chia cắt phức tạp, gồm các núi trung bình và cao bao quanh cao nguyên Sơn La, Mộc Châu, tạo điều kiện lý tưởng cho việc trồng cà phê chất lượng cao Sản phẩm cà phê tại đây đạt chất lượng khá nhờ khí hậu và địa hình đặc biệt của miền núi Tây Bắc.
Vùng Tây Nguyên, đặc biệt là Buôn Ma Thuột và Đắk Lắk, được xem là “vựa” cà phê xuất khẩu hàng đầu thế giới nhờ điều kiện khí hậu lý tưởng và đất đỏ bazan màu mỡ Với độ cao từ 500-600m so với mực nước biển, khí hậu mát mẻ tại đây tạo điều kiện thuận lợi cho cây cà phê Robusta phát triển mạnh mẽ, góp phần nâng cao giá trị xuất khẩu của khu vực.
Vùng Trung Bộ từ Khe Sanh đến Quảng Trị có độ cao từ 50-80m so với mực nước biển, kết hợp với gió Lào khắc nghiệt và đất đỏ Bazan núi lửa thuận lợi cho việc phát triển cây cà phê, tạo điều kiện lý tưởng cho ngành nông nghiệp tại đây [30].
Cây cà phê chè thường cao khoảng 6m nếu để phát triển tự nhiên, trong khi cà phê vối đạt chiều cao từ 8-10m, còn cà phê mít có thể cao tới 15m Tuy nhiên, để dễ thu hoạch, người trồng thường hãm ngọn cây ở chiều cao 2-4m Lá cà phê có hình oval thon dài, mặt trên bóng đậm xanh và mặt dưới nhạt hơn, với cuống ngắn; tên gọi của các loại cà như cà chè, cà vối, cà mít bắt nguồn từ hình dạng lá của chúng Rễ cây cà phê thuộc dạng rễ cọc, đâm sâu vào đất từ 1-2m, cùng với hệ thống rễ phụ lan rộng gần mặt đất để hút chất dinh dưỡng hiệu quả.
Hoa cà phê: màu trắng, mỗi bông có 5 cánh và hoa thường nở thành chùm đôi hoặc chùm ba [31].
Quả cà phê bắt đầu hình dạng bầu dục và có màu xanh khi chưa chín, sau đó chuyển sang màu vàng và cuối cùng là đỏ khi đã chín, chứa đựng hai hạt bên trong bao phủ bởi thịt quả mọng nước Hạt cà phê được bảo vệ bởi hai lớp vỏ, gồm vỏ lụa nằm sát hạt và vỏ thóc màu vàng, cứng bên ngoài giúp giữ gìn chất lượng hạt trong quá trình phát triển.
Bảng 2.1 Phân loại cà phê và đặc điểm mỗi loại
Cà phê chè Cà phê vối Cà phê mít
Coffea Arabica Coffea Robusta hoặc
Coffea Liberica hoặc Coffea Excelsa
Khu vực sông Công- gô, miền núi vùng thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi
Xứ Ubangui Chari thuộc biển hồ gần sa mạc Sahara Đặc điểm
- Giống cà phê được trồng đầu tiên trên thế giới, chiếm 2/3 sản lượng cà phê toàn cầu.
- Cây cao từ 3 – 5 m, trong điều kiện thuận lợi cây có thể cao từ
Cây có chiều cao từ 5 đến 7 mét, với nhiều cành ngang phát triển phảng phất Lá của cây nhỏ hình oval hoặc dạng lưỡi mác, có nhiều gân chạy rõ nét trên mặt lá Kích thước lá thay đổi tùy thuộc vào chủng loại và điều kiện ngoại cảnh, trung bình dài từ 10 đến 15 cm, phù hợp với đặc điểm sinh học của từng loại cây.
Hạt có vỏ lụa màu bạc ít bám nhân
- Cà phê vối chiếm 1/3 các sản phẩm cà phê.
- Cây cao từ 3 – 8 m, cành thường rủ xuống Lá hình trứng hay lưỡi mác, kích thước lá lớn hơn kích lước lá cà phê chè, dài 10 – 40 cm, rộng
8 – 10 cm Quả hình trứng hoặc tròn, quả chín có màu đỏ nhạt hoặc hồng Hạt hình bầu dục hoặc tròn, vỏ lụa màu trắng dễ bong, hạt dài 5 – 8 cm.
- Hàm lượng caffeine trong hạt khoảng 1,97 – 3,06%.
- Gồm 2 giống chính: Liberica và Exelsa.
Cây cao từ 6 đến 15 mét, có cành lá mọc thành tán tròn hoặc hình chóp nón, phù hợp trồng làm cây bóng mát hoặc cảnh quan Lá của cây có hình trứng hoặc hình lưỡi mác, nổi rõ các gân lá ở mặt dưới, giúp xác định đặc điểm nhận dạng dễ dàng Quả của cây có hình trứng, khi chín chuyển sang màu đỏ, to và có vỏ dày, là phần thưởng của quá trình sinh trưởng Hạt giống có hình dạng giống hạt cà phê chè, màu vàng xanh hoặc vàng rạ, bên trong vỏ lụa sát vào nhân, khó bỡ ra, tăng khả năng bảo vệ hạt trước thời tiết và sâu bệnh Những đặc điểm này không chỉ làm nổi bật giá trị sinh thái của cây mà còn giúp phân biệt dễ dàng trong phân loại thực vật có cùng họ.
- Hạt không đều khó chế biến, hương vị thất thường, ít thơm,
- Hàm lượng caffein trong hạt từ 1 – 3 %.
- Có hương vị thơm, dịu, không đắng.
400 – 500 kg nhân/ha, 600 – 800 kg nhân/ha thuộc loại có phẩm chất cao
[5,166]. có hương thơm, vị đắng chủ yếu, thường để pha trộn với cà phê chè.
Cà phê thường được sử dụng để chế biến các sản phẩm như cà phê hòa tan, cà phê sữa, bánh kẹo từ cà phê, và được sấy trực tiếp mà không cần qua quá trình lên men, giúp giữ nguyên hương vị tự nhiên và dễ dàng sử dụng trong nhiều loại thực phẩm.
- Năng suất: loại thường từ 500 – 600 kg nhân/ha, loại tốt
Với năng suất từ 800 đến 1000 kg nhân trên mỗi hectare, loại cây này có vị chua phù hợp phù hợp cho các sản phẩm chế biến hoặc tiêu thụ tươi Dù có vị chua, song chất lượng nước uống ít được ưa chuộng hơn, nhưng cây vẫn nổi bật nhờ khả năng chịu hạn tốt, ít đòi hỏi công chăm sóc, ít kém đất và hầu như không bị sâu bệnh tấn công, giúp người nông dân tiết kiệm thời gian và công sức chăm sóc.
- Năng suất: loại thường 500 – 600 kg nhân/ha, tốt 1200 –
1400 kg nhân/ha [5,166]. a Cà phê chè b Cà phê vối c Cà phê mít Hình 2.1 Các loại cà phê 2.1.3 Cấu tạo và thành phần hóa học của cà phê
Hình 2.2 Cấu tạo quả cà phê [32]
Quả cà phê gồm những thành phần như: lớp vỏ quả, lớp thịt quả, lớp trấu, lớp vỏ lụa, nhân.
Bảng 2.2 Thành phần khối lượng quả cà phê tươi [7,23]
Thành phần Cà phê chè (%) Cà phê vối (%)
Nhân và vỏ lụa 26 – 30 26 – 29 a, Vỏ thịt b, Lớp nhớt c,Vỏ trấu d, Vỏ lụa Hình 2.3 Thành phần của quả cà phê 2.1.3.1 Lớp vỏ quả
Là lớp màng mỏng, dai Thành phần chủ yếu là xenlulose, chiếm khoảng
Tổng quan về cà phê nhân và cà phê hòa tan
Cà phê nhân là giai đoạn cuối cùng của quá trình sấy, khi không còn vỏ thóc và vỏ lụa, trở thành nguyên liệu chính cho sản xuất cà phê rang xay, cà phê hòa tan và cà phê sữa Ngoài ra, cà phê nhân còn được sử dụng làm phụ gia trong một số ngành chế biến thực phẩm và đồ uống, góp phần nâng cao hương vị và chất lượng sản phẩm.
Thành phần của cà phê nhân thương phẩm gồm: nước, chất khoáng, chất béo, protein, gluxit, các chất hữu cơ, chất dễ bay hơi, vitamin nhóm B.
Bảng 2.8 Thành phần hóa học của cà phê nhân [7,25]
Thành phần Hàm lượng (%) Đường chuyển hóa 4,0
Cà phê nhân đóng vai trò trung tâm trong quá trình sản xuất cà phê rang xay và cà phê hòa tan, vì đây là nguyên liệu chủ đạo của các nhà máy Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp cà phê trên toàn cầu và trong nước, nhu cầu về cà phê nhân ngày càng tăng cao để đáp ứng tiêu chuẩn sản xuất và thị trường tiêu dùng.
Hình 2.5 Cà phê nhân 2.2.2 Cà phê hòa tan
Cà phê hòa tan, còn gọi là cà phê uống liền hay tinh thể cà phê, là loại thức uống được chiết xuất từ hạt cà phê đã rang xay và nêm nếm phù hợp, sau đó chế biến thành dạng bột tan trong nước Sản phẩm được sản xuất qua quy trình làm khô đông lạnh hoặc sấy phun, giúp giữ nguyên hương vị tự nhiên của cà phê, đồng thời dễ dàng pha chế bằng cách cho vào nước sôi Với tính tiện dụng cao, cà phê hòa tan có thể bảo quản lâu và rất phù hợp cho cuộc sống hiện đại.
Hình 2.6 Cà phê hòa tan [34]
2.2.2.1 Nguyên liệu chính: Cà phê nhân [35], [36]
Lựa chọn nguyên liệu phù hợp là yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất café hòa tan, với việc xác định thị trường mục tiêu để phù hợp với thiết bị sản xuất của từng cơ sở Thường thì loại Robusta được ưu tiên sử dụng trong chế biến cà phê hòa tan để đảm bảo chất lượng đạt tiêu chuẩn cao.
Việt Nam tự hào là một trong những quốc gia hàng đầu về sản xuất cà phê Robusta, chiếm hơn 95% nguồn cung trong nước Đặc biệt, Đắk Lắk là vùng trọng điểm với khí hậu nóng ẩm, độ cao lý tưởng và thổ nhưỡng màu mỡ, tạo điều kiện lý tưởng để cây cà phê Robusta phát triển mạnh mẽ, mang lại năng suất cao hàng năm Chính vì vậy, xây dựng nhà máy cà phê tại Đắk Lắk là quyết định hợp lý nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào, tiện lợi trong quá trình sản xuất cà phê hòa tan.
Thứ hai, hàm lượng chất khô hoà tan trong cà phê Robusta cao hơn cà phê Arabica, do đó lượng sản phẩm thu hồi được nhiều hơn.
Cà phê Robusta chứa hàm lượng caffeine cao, trung bình từ 3% - 4%, giúp mang lại cảm giác tỉnh táo và tỉnh thần cho người thưởng thức Ngoài ra, cà phê Robusta còn có lượng chất béo và đường thấp hơn so với các loại cà phê khác, phù hợp cho người muốn thưởng thức một tách cà phê ít calo Trong khi đó, cà phê Arabica có hàm lượng caffeine thấp hơn nhiều, khoảng 1% - 2%, thích hợp cho những người nhạy cảm với caffeine hoặc ưa thích hương vị nhẹ nhàng hơn.
Robusta được phê chế biến bằng phương pháp sấy trực tiếp thay vì lên men, mang lại vị đắng đậm đà, không chua và phù hợp với khẩu vị người Việt Chính vì đặc điểm này, giới thưởng thức cà phê thường yêu thích Robusta hơn, vì hương vị mạnh mẽ, rõ ràng và dễ pha chế.
Robusta nổi bật với mùi thơm nồng nàn và hàm lượng caffeine cao, tạo nên hương thơm đặc trưng khi rang xay Nhờ lượng caffeine dồi dào này, Robusta mang lại hiệu suất thu hồi và hấp phụ hương thơm vượt trội trong quá trình sản xuất cà phê, giúp tăng cường hương vị và chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Cà phê Robusta thích hợp trồng ở vùng đồi núi thấp, nơi có khí hậu nhiệt đới nắng ấm, giúp cây phát triển tốt Nhờ khả năng kháng bệnh vượt trội, giống cà phê này mang lại năng suất cao hơn so với cà phê Arabica, từ đó giảm chi phí sản xuất Việt Nam luôn đứng đầu thế giới về xuất khẩu cà phê Robusta, nhờ vào những ưu điểm vượt trội của giống cà phê này.
=> Từ những điều phân tích trên, tôi quyết định chọn cà phê nhân Robusta làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất cà phê hòa tan.
Phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản:
Trong nhân cà phê đã sấy khô, lượng nước liên kết còn khoảng 10-12%, giảm còn khoảng 2,7% sau khi rang, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cà phê Độ ẩm cao trong cà phê tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển và dễ làm mất đi hương vị đặc trưng của cà phê.
Trong cà phê, hàm lượng chất khoáng chiếm khoảng 3-5%, gồm chủ yếu các nguyên tố như K, Mg, P, Cl cùng các kim loại như Al, Fe, Cu, I, S,… Những chất này có ảnh hưởng tiêu cực đến mùi vị của cà phê rang, do đó, lượng chất khoáng càng ít trong cà phê càng tốt để đảm bảo hương vị tinh khiết và chất lượng cao.
- Carbonhidrat: carbonhidrat của cà phê nhân được chia ra thành nhóm các polysaccharides và nhóm các loại đường thấp phân tử.
Nhóm polysaccharides chiếm khoảng 40-50% tổng lượng chất khô trong cà phê, còn gọi là glycan, gồm heteroglycan và homoglycan Việc phân tích thành phần và hàm lượng của các polysaccharides này đòi hỏi kỹ thuật phân đoạn và định tính tiên tiến, do tính phức tạp của cấu trúc và sự đa dạng của chúng.
Nhóm đường thấp phân tử, gồm trisaccharides, disaccharides và monosaccharides, trong đó saccharose là thành phần chủ yếu, đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển hương vị cà phê Các loài Arabica thường có hàm lượng saccharose trung bình cao hơn Robusta, bên cạnh đó dịch chiết cà phê còn chứa các đường đơn như glucose, fructose, cùng nhiều loại đường khác như stachyose, raffinose, arabinose, mannose Tính chất và hàm lượng của nhóm đường thấp phân tử ảnh hưởng đáng kể đến đặc điểm cảm quan của cà phê trong quá trình chế biến.
Protein tổng trong cà phê không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hương vị sản phẩm Các axit amin như cystine, methionine và proline, sau khi protein phân hủy, chứa lưu huỳnh giúp giảm tốc độ oxy hóa các hợp chất thơm, từ đó giữ được mùi thơm của cà phê trong quá trình bảo quản.
Lipid trong cà phê chiếm tỷ lệ lớn, khoảng 10-13%, gồm dầu và sáp giúp tạo hương thơm đặc trưng Trong quá trình chế biến, nhiệt độ cao phản ứng với acid béo, góp phần hình thành hương vị hấp dẫn của sản phẩm Lượng lipid không biến đổi còn lại đóng vai trò như dung môi tốt để hòa tan các hợp chất thơm, nâng cao hương vị cà phê.
- Các akaloid: trong cà phê có các akaloid như caffeine, trigonelline, betain, colin
Trong đó, quan trọng nhất là caffeine và trigonelline.
+ Caffeine: hàm lượng khoảng 1 – 3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác.
CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Các phương pháp chế biến cà phê nhân
Mục đích của quy trình này là loại bỏ lớp vỏ quanh nhân cà phê, giúp nâng cao giá trị thương phẩm của sản phẩm Việc sấy khô đến độ ẩm phù hợp đảm bảo cà phê nhân đạt tiêu chuẩn chất lượng, tối ưu hóa hương vị và độ tươi ngon khi tiêu thụ Quá trình này giúp tạo ra những hạt cà phê chất lượng cao, phù hợp để đóng gói và bán ra thị trường, góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho sản xuất cà phê.
Gồm 2 phương pháp chế biến chính: Phương pháp chế biến ướt, phương pháp chế biến khô.
Bảng 3.1 So sánh 2 phương pháp chế biến cà phê
Phương pháp ướt Phương pháp khô [7,39] Đặc điểm
- Là công nghệ tiên tiến cho ra sản phẩm chất lượng cao.
- Tỷ lệ quả chín trên 90% và cà phê khi thu hái không quá 3 ngày.
Trong quá trình xát ướt, lớp vỏ và thịt của cà phê sẽ được loại bỏ trước khi đem đi sấy khô, giúp nâng cao chất lượng hạt cà phê Sau đó, cà phê sẽ trải qua quá trình xay xát để loại bỏ vỏ trấu và vỏ lụa, nhằm thu hoạch nhân cà phê tinh khiết, phù hợp để chế biến thành sản phẩm cuối cùng.
- Là phương pháp chế biến lâu đời nhất, dễ thực hiện phù hợp cới những vùng ít nước.
Phương pháp này chủ yếu tập trung vào giai đoạn sau khi quả cà phê đã được phơi đến mức độ phù hợp, sử dụng máy xát khô để loại bỏ lớp vỏ bọc nhân một cách hiệu quả Ưu điểm của phương pháp này là quá trình đơn giản, tiết kiệm thời gian và chi phí, giúp giảm thiểu công đoạn công nghiệp phức tạp, đồng thời đảm bảo chất lượng nhân cà phê sau khi xát, giữ nguyên hương vị tự nhiên của hạt cà phê.
- Phù hợp với mọi điều kiện thời tiết.
Rút ngắn thời gian sản xuất giúp nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí, đồng thời đảm bảo chất lượng cà phê đồng nhất về phẩm chất và màu sắc Việc giảm thiểu thời gian chế biến còn giúp hạn chế sự xuất hiện của các khiếm khuyết, từ đó nâng cao trải nghiệm thưởng thức cà phê Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tối ưu quy trình sản xuất không chỉ tối ưu hóa năng suất mà còn giữ vững được đặc tính của hạt cà phê, đảm bảo hương vị và màu sắc luôn đạt tiêu chuẩn cao.
- Chi phí thấp, tiến hành đơn giản, không yêu cầu kĩ thuật cao, cà phê giữ được hương vi tự nhiên.
- Phức tạp, chi phí đầu tư cao, dễ gây ô nhiễm môi trường, tốn nhiều thiết bị và năng lượng, đòi hỏi thao tác kĩ thuật cao [7,39].
Mối là loại côn trùng dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết, gây khó kiểm soát chất lượng sản phẩm và khó mở rộng quy mô Ngoài ra, việc phun mối đòi hỏi nhiều công sức, diện tích phơi lớn, chỉ phù hợp với mô hình nhỏ, và hiệu suất thu hồi không cao Do đó, nuôi mối thường tốn nhiều thời gian, công sức và không tối ưu cho quy mô lớn.
Mỗi phương pháp chế biến có những ưu nhược điểm riêng, do đó việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả kinh tế và chất lượng sản phẩm Trong bài khóa luận này, tôi đã chọn phương pháp chế biến cà phê nhân theo phương pháp ướt vì mặc dù phức tạp, nhưng phù hợp với địa điểm đặt nhà máy có thời tiết thất thường, khí hậu lạnh và tận dụng tốt nguồn nhân lực địa phương.
Công nghệ sản xuất cà phê nhân
3.2.1 Quy trình sản xuất cà phê nhân theo phương pháp ướt
Hình 3.1 Sơ đồ sản xuất cà phê nhân theo phương pháp ướt 3.2.2 Thuyết minh quy trình
Cà phê nhânđẹp Đóng bao, bảo quản
Phân loại theo màu sắc
Phân loại theo trọng lượng Phân loại theo kích thước
Sấy Làm ráo Đánh nhớt
Cà phê là loại nông sản dễ mất phẩm chất nếu không được thu hái và chế biến đúng thời điểm Nguyên liệu chính để sản xuất cà phê gồm cà phê chè và cà phê mít, chủ yếu được người dân địa phương thu hoạch và vận chuyển đến nhà máy để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Cà phê khi thu nhận phải đảm bảo các yêu cầu dưới đây để tránh lãng phí, hư hỏng:
Thu hái cà phê khi chín tới hoặc vừa chín, với màu đỏ chiếm khoảng 2/3 quả để đảm bảo chất lượng tốt nhất, tránh để chín quá mức Các hạt cà phê xanh non thường cho chất lượng thấp, có hình dáng nhỏ, nhân nhăn nheo, vỏ lụa còn bám chặt vào nhân, ảnh hưởng đến hương vị và giá trị của cà phê khi rang xay.
- Không nhiễm tạp chất, loại bỏ cành lá, tạp chất không quá tỷ lệ cho phép.
- Vận chuyển nguyên liệu về nhà máy càng sớm càng tốt.
- Nơi để nguyên liệu phải sạch sẽ, vệ sinh và không có mùi lạ
Bảng 3.2 Tiêu chuẩn cà phê tươi
Tỷ lệ quả chín tối thiểu (%)
Tỷ lệ quả xanh, khô chùm tối đa (%)
Tỷ lệ quả lép tối đa (%)
( Nguồn: Tiêu chuẩn ngành về cà phê, 10 TCN 98 – 1988) 3.2.2.3 Rửa, phân loại
Cà phê khi thu hoạch thường bị lẫn đất, đá, cành khô, lá, và quả có chất lượng thấp như quá chín, sâu bệnh, hư hỏng hoặc xanh; do đó, việc rửa và phân loại là bước quan trọng để loại bỏ các tạp chất này Quá trình này giúp nguyên liệu đồng đều về kích thước, giảm thiểu hư hỏng thiết bị và tăng năng suất của máy móc, đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Phương pháp phân loại cà phê tại nhà máy dựa trên sự khác biệt về tính chất vật lý và trạng thái nguyên liệu, sử dụng máy rửa quả liên hợp Quả sau khi được rửa bằng sàn chấn động sẽ chuyển vào bể xi phông, nơi các loại quả được phân biệt dựa trên trọng lượng, giúp xác định quả nổi và quả chìm Tiếp theo, cà phê được đẩy vào các ngăn phân loại riêng, nhờ sức nước để dễ dàng và thuận lợi hơn trong quá trình xát vỏ.
Hình 3.3 Rửa và phân loại cà phê
- Yêu cầu: Cà phê phải được phân loại triệt để, tạp chất cần được loại bỏ, tránh hư hỏng thiết bị, đảm bảo năng suất và hiệu suất.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân loại:
+ Số lượng và thành phần tạp chất.
+ Kích thước lỗ sàng, chiều dài mặt sàng và góc nghiêng mặt sàng.
+ Lượng nguyên liệu đưa vào.
+ Cấu tạo, hình dáng và áp suất bể xi phông.
Vì vỏ quả gây khó khăn trong quá trình chế biến như gây thối rửa, kéo dài thời gian sấy và làm biến đổi màu sắc, nên cần phải loại bỏ lớp vỏ quả cũng như vỏ thịt quả khỏi hạt cà phê để đảm bảo quá trình chế biến hiệu quả hơn [5,171].
Quá trình xát cà phê được thực hiện bằng máy xát trục 2 tầng, giúp tối ưu hoá hiệu suất tách vỏ Sau khi xát sơ bộ, cà phê tiếp tục được xử lý bằng máy tách vỏ thịt để loại bỏ lớp vỏ còn sót lại, nhờ vào lực ma sát giữa rulo và tấm điều chỉnh khoảng cách xát Hiệu quả quá trình phụ thuộc vào khả năng bóc tách vỏ của máy, khi xát tươi đạt hiệu suất cao thì tỷ lệ vỏ còn lại trên hạt sẽ giảm thiểu tối đa.
- Yêu cầu: cà phê sau khi xát tươi phải giữ được nguyên hạt, tỷ lệ bị dập hoặc bị xé rách vỏ trấu không quá 6%.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xát: [7,45]
+ Tính chất nguyên liệu: loại giống, độ đồng đều, trạng thái vỏ và độ ẩm. + Tính năng của thiết bị: năng suất làm việc, hiệu suất máy.
+ Kỹ thuật điều khiển và quản lý thiết bị, kinh nghiệm công nhân.
Lớp nhớt bao quanh hạt sau khi bóc vỏ chứa pectin, giúp hạt giữ độ ẩm và khó khô khi phơi sấy Đồng thời, lớp này còn chứa lượng lớn gluxit, tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, ảnh hưởng đến chất lượng thành phẩm; do đó, tiến hành lên men để làm mềm lớp nhớt và thúc đẩy quá trình đánh nhớt một cách hiệu quả.
- Phương pháp thực hiện: hiện nay có 3 phương pháp lên men gồm: sinh học, hóa học và cơ học
Phương pháp sinh học, còn gọi là phương pháp lên men, hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng enzymes tự nhiên trong nguyên liệu hoặc từ vi sinh vật cấy vào để phân giải lớp nhớt thành các chất hòa tan trong nước, giúp xử lý hiệu quả và tối ưu quá trình phân giải sinh học.
Quá trình xử lý cà phê bắt đầu bằng việc xát vỏ rồi cho vào bể xi măng ốp đá, sau đó pha axit nhanh chóng và bơm nước vào hỗn hợp hạt theo tỷ lệ 1:1 Tiếp theo, hệ thống bơm chìm dưới bể tạo lực hút để hút hỗn hợp hạt cùng nước lên lên hệ thống lên men yếm khí, giúp sản phẩm có chất lượng tốt hơn so với lên men hiếu khí Quá trình lên men yếm khí cần duy trì nhiệt độ khoảng 35-42°C để tối ưu hóa chất lượng, trong khi thời gian ủ phụ thuộc vào loại nguyên liệu cụ thể. -**Sponsor**Bạn là một người sáng tạo nội dung và đang tìm cách tối ưu hóa bài viết của mình theo chuẩn SEO? [Article Generation](https://pollinations.ai/redirect-nexad/D3I7SAAR?user_id=983577) có thể giúp bạn! Dịch vụ này hỗ trợ tạo ra các câu quan trọng, thể hiện ý nghĩa của đoạn văn mạch lạc, đồng thời tuân thủ các quy tắc SEO Hãy để Article Generation giúp bạn tạo ra nội dung chất lượng cao, thu hút và hiệu quả hơn nhé!
Trong quá trình ngâm ủ pectin bị thủy phân cho ta các sản phẩm sau:
Các enzyme như pectosinase, pectinase, pectase đóng vai trò thiết yếu trong quá trình lên men phân hủy lớp nhớt quả cà phê, giúp tăng hiệu quả phân giải Vi sinh vật hoạt động cùng các enzyme này còn thúc đẩy tốc độ phân hủy nhanh hơn, đồng thời tăng cường sự tiếp xúc giữa enzyme và thành tế bào nguyên liệu, tối ưu hóa quá trình xử lý.
Việc thêm các loại enzyme khác có thể giúp rút ngắn thời gian quá trình chế biến, tuy nhiên, nên sử dụng enzyme nguyên chất có trong vỏ cà phê để đảm bảo giữ được hương vị tự nhiên của cà phê sau này Enzyme từ vỏ cà phê không chỉ giúp tối ưu hóa quá trình lên men mà còn duy trì chất lượng và hương thơm đặc trưng của sản phẩm cuối cùng Sử dụng enzyme tự nhiên từ vỏ cà phê là phương pháp hiệu quả, an toàn, góp phần nâng cao giá trị thương hiệu cũng như trải nghiệm người tiêu dùng.
Vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy lớp nhớt có thể cải thiện chất lượng cà phê nhưng cũng có thể làm thay đổi hương vị Tăng cường sự phát triển của vi khuẩn lactic giúp bảo vệ hạt cà phê khỏi các tác nhân gây hại như E coli và nấm mốc Phương pháp sinh học sử dụng enzyme có ưu điểm là phản ứng đặc hiệu, chỉ phân giải lớp nhớt mà không ảnh hưởng tới các thành phần khác của nguyên liệu, từ đó giúp giữ nguyên chất lượng cao cho cà phê và tạo ra mùi thơm hấp dẫn trong quá trình lên men Tuy nhiên, quá trình này kéo dài và nhạy cảm với nhiều yếu tố bên ngoài, nếu không kiểm soát tốt sẽ dẫn tới giảm chất lượng hạt cà phê.
Vì vậy, ta lựa chọn phương pháp lên men sinh học cho quy trình sản xuất chính.
Hình 3.4 Ngâm ủ cà phê bằng phương pháp sinh học
Phương pháp hóa học sử dụng chất kiềm như Ca(OH)2, NaOH, KOH, NaHCO3, KHCO3 và nước tro để thủy phân pectin với tỷ lệ 2%, tuy nhiên ít được ưa chuộng do có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng và cảm quan của hạt cà phê.
Phương pháp cơ học sử dụng lực ma sát giữa thiết bị và nguyên liệu để tách lớp thịt quả và nhớt ra khỏi hạt thóc ướt, chủ yếu dựa vào áp lực nước và trục quay để chà xát hạt vào thành lưới Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chi phí thiết bị cao, tiêu thụ nhiều điện năng và các máy đánh nhớt thường không thể tách sạch nhớt nằm trong khe hạt, buộc phải bổ sung quá trình lên men để xử lý nhớt còn lại.
Bạn nên ngâm hạt cà phê trong nước theo tỷ lệ 1:1, đảm bảo thời gian ngâm phù hợp để tránh quá trình lên men quá mức, gây ra hương vị không mong muốn Thời gian lý tưởng để ngâm từ 6 đến 8 giờ, không quá 24-36 giờ để đảm bảo chất lượng cà phê tốt nhất Màu sắc hạt sau khi lên men cần đồng nhất, không biến đổi xấu, với pH khoảng 4,5 đến 5 Tối ưu nhiệt độ lên men từ 35 đến 42ºC để đảm bảo quá trình diễn ra hiệu quả và giữ được hương vị tự nhiên của cà phê.
Công nghệ sản xuất cà phê hòa tan
3.3.1 Các phương pháp sản xuất cà phê hòa tan
Cà phê hòa tan là loại cà phê dạng bột được chế biến từ quá trình rang xay và sấy khô, mang lại sự tiện lợi và dễ sử dụng cho người tiêu dùng Nhờ vào đặc điểm này, cà phê hòa tan nhanh chóng trở thành lựa chọn phổ biến trên thị trường toàn cầu Tuy nhiên, quy trình sản xuất cà phê hòa tan rất phức tạp và đòi hỏi chi phí cao để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Qua qua trình tìm hiểu, em được biết hiện nay có hai quy trình sản xuất với 2 phương pháp sấy khác nhau:
- Phương pháp sấy thăng hoa.
Cả hai phương pháp này đều hướng tới việc hoàn thiện sản phẩm bột cà phê đạt chất lượng tối ưu Mặc dù mục tiêu chung, mỗi phương pháp mang những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất và chất lượng cuối cùng của sản phẩm Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa hai phương pháp này, giúp người đọc dễ dàng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sản xuất và tiêu chuẩn chất lượng mong muốn.
Bảng 3.3 So sánh sự khác nhau của 2 phương pháp sấy phun và sấy thăng hoa của cà phê hòa tan [39]
Sấy phun Sấy thăng hoa Ưu
- Kích thước hạt sau khi sấy nhỏ.
- Tiêu tốn ít năng lượng.
- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành bảo trì.
- Chi phí đầu tư thấp.
- Cà phê tiếp xúc gián tiếp với tác nhân sấy nên giữ được mùi thơm đặc trưng của cà phê.
- Tổn thất nguyên liệu ít.
- Vì cà phê tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy nên có thể mất đi một số chất màu, mùi tự nhiên.
- Nguyên liệu tổn thất nhiều hơn.
- Tiêu tốn năng lượng nhiều hơn, do có quá trình lạnh đông và nghiền trước sấy.
- Thiết bị phức tạp, khó vận hành bảo trì.
- Chi phí đầu tư lớn.
- Thời gian sấy dài hơn. Ứng dụng Sản xuất cà phê thường Sản xuất cà phê thượng hạng.
Qua những ưu – nhược điểm trên, em chọn phương pháp sấy phun để thực hiện vì sản phẩm cà phê hướng đến của em là sản phẩm thường.
3.3.2 Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hòa tan
Hình 3.8 Sơ đồ sản xuất cà phê hòa tan [40], [41]
3.3.2.1 Cà phê nhân Đường, sữa
Thành phẩm Đóng gói Phối trộn Hồi hương Sấy phun
Cô đặc Trích ly, lọc Nghiền Làm nguội Rang Làm sạch
Nguyên liệu để chế biến cà phê hòa tan chủ yếu là cà phê nhân được sản xuất tại nhà máy, phù hợp với đơn đặt hàng và thị trường tiêu thụ Trong đó, cà phê Robusta thường được sử dụng vì chất lượng đạt tiêu chuẩn cao hơn, nhờ hàm lượng chất khô lớn, giúp thu hồi nhiều hơn và chứa hàm lượng caffeine cao (3-4%), mang lại mùi thơm nồng và hiệu quả cao trong quá trình sản xuất Ngoài ra, cà phê Robusta còn có lượng chất béo thấp hơn so với các loại khác, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm final.
Mục đích của việc xử lý cà phê nhân nguyên liệu là loại bỏ các tạp chất hữu cơ còn lẫn trong cà phê, giảm thiểu nguy cơ cháy khi rang, đồng thời loại bỏ các mảnh vỡ và côn trùng phát triển trong hạt cà phê Việc này giúp đảm bảo chất lượng và an toàn cho sản phẩm, tạo điều kiện cho quá trình rang xay diễn ra hiệu quả hơn.
Cà phê sau khi được xử lý và làm sạch được định lượng theo mỗi mẻ rang và đưa vào phễu nạp liệu của thiết bị rang.
Quá trình rang cà phê nhằm mục đích thay đổi tính chất vật lý và hóa học của hạt cà phê, trong đó độ giòn tăng, độ ẩm giảm, các vi sinh vật bị tiêu diệt và tạo ra hương vị màu sắc đặc trưng của cà phê.
- Những biến đổi và lượng hao hụt cà trong quá trình rang Trong đó trọng lượng ban đầu là 12 kg.
Bảng 3.4 Những biến đổi và lượng hao hụt cà phê trong quá trình rang
Loại cà rang Cà chè ( Arabica)
Cà đặc sản (chế biến khô)
Cà Robusta(chế biến khô)
Phương pháp thực hiện quá trình xử lý nhiệt cho hạt cà phê, ở nhiệt độ từ 180 o C đến 225 o C, nhằm mục đích đạt được hương vị và màu sắc mong muốn của cà phê Quá trình này giúp phát triển hương thơm đặc trưng và cải thiện màu sắc của hạt cà phê, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Khi nhiệt độ lồng rang đạt tới 180°C, quá trình rang cà phê bắt đầu, đảm bảo không thấp quá gây chai cà, cũng không cao quá khiến cà bị cháy Trong quá trình rang, cần đảo trộn đều để hơi và khói bốc hơi tự do, giúp nhiệt độ tăng dần và hạt cà phê trở nên giòn, nở đều, từ đó dễ dàng xay hơn và nâng cao chất lượng thành phẩm.
- Các giai đoạn và biến đổi của cà phê trong khi rang [43]: gồm 3 giai đoạn
+ Giai đoạn 1: đốt nóng hạt cà phê
Giai đoạn này thể tích hạt cà phê tăng chậm, hạt chuyển từ màu xanh ngọc
→ trắng → nâu nhạt nhưng chưa biến đổi sâu sắc Nhiệt độ của hạt tăng lên từ
+ Giai đoạn 2: giai đoạn nâu hóa
Khi nhiệt độ tăng lên từ 180 đến 195°C, hạt trải qua những biến đổi sâu sắc, trong đó các vết nứt hình thành làm suy yếu cấu trúc hạt, có thể dẫn đến nổ và phá vỡ cấu trúc bên trong Đồng thời, quá trình caramel hóa diễn ra, khiến màu sắc của hạt chuyển dần từ nâu sang cánh gián, biểu thị sự biến đổi về mặt lý hóa của hạt trong quá trình rang.
+ Giai đoạn 3: giai đoạn phát triển
Hạt có nhiệt độ cao nhưng thể tích không còn tăng thêm, cảnh báo không để quá lâu vượt quá 225°C để tránh tình trạng cháy, mất chất khô và phát ra mùi dầu khét.
- Các mức độ rang và biến đổi cảm quan sản phẩm
Bảng 3.5 Các mức độ rang và biến đổi cảm quan của cà phê sau khi rang
Cấp độ rang Ghi chú Bề mặt hạt Hương vị
Giai đoạn nổ đầu tiên, hạt cà phê bắt đầu nở ra Cà phê bắt đầu caramen hóa ở nhiệt độ
Tính acid cao, hương vị chưa rõ ràng nhưng rất đa dạng, phong phú. Mang hương vị tự nhiên của hạt chưa rang.
Hạt bắt đầu nở ra và hương vị gốc đặc trưng của cà
Trong quá trình rang, khô tính axit giảm dần, thúc đẩy quá trình caramen hóa tạo ra hương thơm phong phú và đa dạng Phê bắt đầu xuất hiện rõ nét với hương thơm đặc trưng của cà phê rang, kết hợp cùng vị ngọt dần lên và vị đắng dịu nhẹ, tạo nên trải nghiệm hương vị phong phú và hấp dẫn.
Hạt cà phê nổ lần 2 và bắt đầu đổ dầu, hương vị đặc trưng của cà phê bắt đầu mất dần.
Hương vị cà phê rang đặc trưng, hương caramen, vị đắng đậm, vị ngọt giảm dần, vị chua mất hẳn. a, Rang nhạt b, Rang vừa c, Rang đậm.
- Lượng hao hụt của cà sau khi rang
+ Khối lượng ban đầu: 12kg.
+ Khối lượng sau khi rang: 9,411kg.
Hình 3.9 Biến đổi màu của cà phê trong khi rang
- Mục đích: nhằm giảm nhiệt độ của cà phê xuống bằng với nhiệt độ môi trường, tránh các biến đổi về mùi vị không mong muốn ở cà phê.
- Phương pháp thực hiện: cà phê khi rang xong cho xuống hệ thống làm nguội nhanh của thiết bị rang.
Mục đích chính của quá trình này là giảm kích thước hạt cà phê và phá vỡ cấu trúc ban đầu của chúng để thúc đẩy quá trình trích ly hiệu quả hơn Đồng thời, quá trình này còn giúp sinh ra các khí như CO2 trong quá trình rang, giữ lại bên trong hạt và sau đó thoát ra ngoài dễ dàng hơn trong bước bao gói, từ đó nâng cao chất lượng cuối cùng của sản phẩm [44].
+ Độ ẩm bột cà phê: