BÁO CÁO MÁY THIẾT BỊ CHUYÊN ĐỀ CÀ PHÊ HÒA TAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO MÔN MÁY THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CHUYÊN ĐỀ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, NGUYÊN LÝ KẾT CẤU CỦA CÁC M.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO MÔN:

MÁY THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

CHUYÊN ĐỀ:

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, NGUYÊN LÝ KẾT CẤU CỦA CÁC MÁY TRONG DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN CÀ PHÊ HÒA TAN

GVHD: PGS.TS BÙI VĂN MIÊNSV: Nguyễn Viết Hùng

LỜI NÓI ĐẦU

Cà phê là một loại thức uống có từ rất lâu đời và được ưa chuộng đến ngàynay Để đáp ứng nhu cầu sử dụng, nhu cầu thị hiếu của con người về thựcphẩm ngày càng cao, đòi hỏi sản phẩm phải thõa mãn về chất lượng và tínhnhanh gọn - cà phê hòa tan đã ra đời Cà phê hòa tan nhanh chóng được ngườitiêu dùng ưa chuộng vì sự tiện lợi và sự đa dạng của nó Tuy nhiên nhữngngười khó tính vẫn cho rằng cà phê hòa tan không thể có hương vị thơm ngonbằng cà phê rang xay được Quy trình sản xuất ra sản phẩm lại rất phức tạp, vớinhững máy móc thiết bị hiện đại, đòi hỏi vốn đầu tư cao Trong chuyên đề nàychúng em xin trình bày về “Quy trình công nghệ, nguyên lí làm việc, nguyên líkết cấu của các máy trong dây chuyền chế biến cà phê hòa tan”.

Những sai sót trong bài là không thể tránh khỏi Nhóm chúng em rất mong nhận được sự góp ý của thầy để kiến thức của chúng em ngày càng được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC PHẦN 1: QUY TRÌNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ HÒA TAN NGUYÊN LIỆU VÀ

CÁC PHỤ GIA TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN 5

I Sơ đồ quy trình chế biến cà phê hoà tan: 5

I.1 Cà phê nhân: 6

I.2 Làm sạch và phân loại hạt: 6

I.3 Rang: 6

I.4 Bột cà phê (xay) 7

I.5 Trích ly: 7

I.6 Xử lí dịch chiết: 7

I.7 Cô đặc: 7

I.8 Sấy: 7

I.9 Phối trộn: 8

I.10 Đóng gói: 8

II Nguyên liệu sản xuất cà phê hòa tan 8

II.1 Cà phê trích ly từ cà phê nhân 8

II.3 Đường tinh luyện 9

II.4 Maltodex-trin 9

III Phụ gia trong sản xuất cà phê 9

III.1 Những chất cải thiện về màu: 9

III.2 Những chất cải thiện về mùi: 10

III.3 Những chất cải thiện về vị của cà phê: 10

III.4 Những chất cải thiện về độ sánh đặc của cà phê: 10

PHẦN 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC MÁY TRONG DÂY CHUYỀN 12

I MÁY PHÂN LOẠI CÀ PHÊ 12

I.1 Phân loại theo kích thước: 12

I.2 Phân loại theo tỉ trọng: 13

I.2.1 Bằng nước 13

I.2.2 Bằng khí 14

II MÁY RANG 15

II.1 Mục đích 15

II.2 Cấu tạo 15

II.4 Thông số kỹ thuật 17

II.4.1 Máy rang cà phê 1 và 2 kg 17

II.4.2 Máy rang cà phê 3 kg 17

II.4.3 Máy rang cà phê 5 kg 17

II.4.4 Máy rang cà phê 10 kg 17

II.4.5 Máy rang cà phê 20 kg 17

II.4.6 Máy rang cà phê 30 kg 17

II.4.7 Máy rang cà phê 60 kg 17

II.4.8 Máy rang cà phê 120 kg 17

III MÁY TRÍCH LY 19

III.1 Mục đích: 19

III.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động: 19

III.3 Thông số kĩ thuật: 20

IV MÁY CÔ ĐẶC DẠNG MÀNG RƠI (falling film evaporator) 21

IV.1 Mục đích: 21

IV.2 Cấu tạo: 21

IV.3 Nguyên lí làm việc 22

IV.4 Thông số kỹ thuật: 22

V MÁY PHUN 23

V.1 Mục đích: 23

V.2 Cấu tạo chung: 23

V.3 Nguyên lí hoạt động: 24

V.4 Thông số kĩ thuật: 24

VI MÁY ĐÓNG GÓI 26

VI.1 Mục đích của máy đóng gói: 26

VI.2 Yêu cầu kỹ thuật của máy: 26

VI.3 Nguyên lý làm việc 28

PHẦN 3: KẾT LUẬN 32

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Lỗ sàng 12

Hình 2: Máy sàng 13

Hình 3: Máy phân loại bằng nước 13

Hình 4: Máy phân loại bằng khí 14

Hình 5: Sơ đồ cấu tạo máy rang cà phê 16

Hình 6: Thiết bị trích ly và thu hồi hướng- Flash evaporator 20

Hình 7: Cấu tạo thiết bị cô đặc dạng màng rơi 21

Hình 8: Sơ đồ hệ thống sấy phun 24

Hình 10: Bộ phận tạo hình dạng bao 29

Hình 11: Cặp má hàn 30

Hình 12: Trục con lăn ép mí 30

PHẦN 1: QUY TRÌNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ HÒA TAN NGUYÊN LIỆU VÀ CÁC PHỤ GIA TRONG QUÁ TRÌNH

CHẾ BIẾN.

I Sơ đồ quy trình chế biến cà phê hoà tan:

Thuyết minh quy trình:

I.1 Cà phê nhân :

Về chế biến cà phê, chỉ có 1 nguyên tắc duy nhất là “Tách hạt ra khỏi trái chín rồiphơi khô, làm giảm độ ẩm trong hạt từ 65% xuống còn 12-12,5%”

Chỉ trong 1 câu nói đó nhưng thực chất quy trình chế biến cà phê lại cực kì phứctạp và yêu cầu kĩ thuật của người chế biến, và không thể thiếu sự góp sức củanhững máy móc hiện đại chuyên nghiệp cho việc chế biến mang lại những hạt càphê có chất lượng tốt nhất

Vì mỗi trái cà phê đều có nhiều lớp như vậy nên cần được sơ chế để tạo ra cà phênhân Hiện nay có 3 phương pháp chế biến cà phê thông dụng là

 Phương pháp phơi khô tự nhiên (Dry/ Natural/ Unwashed)

 Phương pháp chế biến bán ướt (Semi-washed/ Honey/ Pulped Natural)

 Phương pháp chế biến ướt (Full-washed/ Washed/ Wet)

I.2 Làm sạch và phân loại hạt:

Mục đích:

 Làm sạch: loại các tạp chất (lá, vỏ cà phê còn sót lại, đá, cát, kim loại trongquá trình đóng gói, vận chuyển) ra khỏi nguyên liệu cà phê nhân nhằm nângcao chất lượng của sản phẩm cuối cùng

 Phân loại: loại bỏ các hạt cà phê không đảm bảo về kích thước (quá nhỏhoặc quá to, hạt cà phê bị vỡ nát) và tỷ trọng để đảm bảo sự đồng đều của

cà phê trong quá trình rang

I.3 Rang:

Trong quy trình sản xuất cà phê sạch, công đoạn rang cà phê quan trọng nhất và mang tính chất quyết định đến chất lượng của cà phê thành phẩm, dưới tác dụng của nhiệt độ các phản ứng hóa học diễn ra và tạo thành hương vị, màu sắc đặc trưng

 Là quá trình gia nhiệt cho cà phê nhân, dưới tác dụng của nhiệt độ, thôngqua sự biến đổi về màu sắc, cấu trúc và thành phần hoá học của hạt cà phê

để tạo nên những tính chất đặc trưng của cà phê là màu, mùi và vị

 Nhiệt độ cao còn có tác dụng giảm ẩm, ức chế hoạt động của vi sinh vật,làm tăng thời gian bảo quản.

I.4 Bột cà phê (xay)

I.9 Phối trộn:

Mục đích:

Quá trình phối trộn nhằm cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm Sản phẩm càphê hoà tan 3 trong 1 ta trộn nguyên liệu gồm: cà phê, bột sữa gầy, đường tinhluyện

I.10 Đóng gói:

Mục đích:

Để bảo quản cà phê, duy trì được chất lượng khi đến tay người tiêu dùng (ngăncản không khí, hơi nước, vi sinh vật, ) đi vào sản phẩm, tăng giá trị cảm quancủa sản phẩm

II Nguyên liệu sản xuất cà phê hòa tan

II.1 Cà phê trích ly từ cà phê nhân

Cà phê được biết đến khoảng gần 300 năm, được khám phá ra từ vùng cao nguyênEthiopia (Cộng hòa Dân chủ Liên bang Ethiopia) sau đó lan ra toàn thế giới Hạt

cà phê được lấy từ hạt của các loài cây thuộc họ cà phê (Rubiaceae), có 40 giốngcây, ở Việt Nam có hai loại nổi tiếng là:

 Cà phê chè (Arabica): Có chất lượng cao nhất, thơm ngon nổi tiếng, hương

vị dịu, hàm lượng cafein khoảng 1,2% Vị của Arabica hơi chua, và đâycũng được coi là một đặc điểm khác biệt của loại cà phê này Người tathường ví vị chua đó giống như khi mình ăn chanh, sẽ thấy rất chua, nhưnglập tức thấy được vị đắng của vỏ Cách cảm nhận vị chua của cà phê cũngnhư vậy

 Cà phê vối (Robusta): Hạt nhỏ hơn Arabica và được sấy trực tiếp, chứkhông phải lên men, hàm lượng cafein khoảng 2,5%, vị đắng chiếm chủyếu, loại này uống đậm đà hơn Được trồng ở độ cao dưới 600m, khí hậunhiệt đới, vì thế có mặt ở nhiều nước hơn (ở Việt Nam loại này chiếm hơn

90% ) Cà phê vối chiếm khoảng 25% tổng diện tích và sản lượng cà phêtrên thế giới, giá bán cà phê vối cũng thường thấp hơn cà phê chè.

II.2 Bột kem không sữa (Bột Mix ,Bột Nền, Bột Kem béo, Kem béo thực vật đều chính là nó: “NON DAIRY CREAMER”)

 Bột kem không sữa được chế biến từ các thành phần có nguồn gốc từ thựcvật, đa dạng phong phú Chẳng hạn như màu Beta-caroten của dầu cọ đượcchiết xuất từ nhân cọ và trái cọ, chất chống oxy hóa tốt; đường thủy phân từkhoai mì và thêm một số chất phụ gia khác

 Sản phẩm chứa nhiều thành phần dinh dưỡng giúp cơ thể hấp thu tốt cácchất cần thiết Là sản phẩm nền, phối trộn cho các sản phẩm khác

 Bột kem không sữa có vị béo ngậy, hầu như không mùi, thường sử dụngtrong pha chế đồ uống như cà phê, ca cao, chocolate, Không giống nhưsữa bò có vị gây, có thể làm át đi mùi vị đồ uống chính khi pha kèm, bộtbéo thực vật không hề làm thay đổi mùi vị của đồ uống, mà chỉ tạo thêm vịbéo ngậy hấp dẫn, ngon miệng

II.3 Đường tinh luyện

Là đường saccharose được tinh chế và kết tinh, được sử dụng trong thành phầnnguyên liệu của cà phê hòa tan để làm tăng vị ngọt, dịu vị đắng đặc trưng của càphê

II.4 Maltodex-trin

Maltodex-trin là tinh bột bắp biến tính bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan

III Phụ gia trong sản xuất cà phê.

III.1 Những chất cải thiện về màu:

Trước kia, người ta thường dùng đường kính Khi rang, do nhiệt độ cao nên đường

bị caramen hóa làm cho nước cà phê có màu nâu đen đậm hơn, có vị đắng tương

tự như vị đắng của cà phê và dư vị ngọt do đường còn sót lại Tuy nhiên hiện nayngười ta rất ít dùng đường mà dùng chế phẩm caramen được sản xuất với số lượnglớn ở quy mô công nghiệp Các chế phẩm này có ký hiệu INS là 150a 150c, 150d.Caramen không những dùng cho cà phê mà còn được phép dùng trong nhiều thựcphẩm khác

III.2 Những chất cải thiện về mùi:

Mùi cà phê rất đặc trưng và rất hấp dẫn vì thế việc hoàn thiện hương thơm của càphê rất được nhà sản xuất quan tâm Người ta thường dùng rượu etylic (C2H5OH).Rượu được cho vào cà phê khi gần kết thúc quá trình rang sẽ tham gia phản ứngvới một số axit hữu cơ có sẵn trong cà phê để tạo ra các ester có mùi thơm dễ chịu.Ngoài ra một số người có kinh nghiệm dùng nước mắm để cải thiện mùi thơm của

cà phê cũng rất tốt Trong nước mắm chất lượng cao, có rất nhiều axit amin Khirang cà phê ở nhiệt độ cao, những axit amin này sẽ chuyển hóa để tạo thành mùithơm rất đậm đà và hấp dẫn cho cà phê Tuy nhiên, hiện nay, đa số các cơ sở rangxay cà phê đều dùng hương cà phê tổng hợp Nhiều nước đã sản xuất được nhữngchất tạo hương cho thực phẩm như: hương bò, gà, cá, tôm, cua, táo, chanh, lê,đào… trong đó có hương cà phê Các nhà sản xuất hương tổng hợp giữ bí mậttuyệt đối công thức pha chế và chỉ công bố tính an toàn và cách sử dụng sản phẩm.Các cơ quan chức năng tiến hành kiểm tra mức độ độc hại đối với sức khỏe, khiđảm bảo an toàn, sản phẩm được công nhận và cho phép lưu hành

III.3 Những chất cải thiện về vị của cà phê:

Để tạo ra vị đậm đà cho cà phê, người ta bổ xung một lượng muối ăn (NaCl) thíchhợp Để tạo ra vị “đắng và ngọt” dễ chịu cho cà phê, có thể sử dụng một số chấtngọt tổng hợp như: Acesulfam kali (INS 950), Aspartam (INS 951), Sucraloza

(INS 955), Sacarin (INS 954) Hàm lượng của những chất ngọt tổng hợp phải tuântheo quy định của bộ Y tế.

III.4 Những chất cải thiện về độ sánh đặc của cà phê:

Để tạo cho tách cà phê sánh đặc theo sở thích của người tiêu dùng, người ta đã sảnxuất ra những chế phẩm tạo đặc để bổ xung vào cà phê Chế phẩm này được sảnxuất bằng cách sử dụng một số chất phụ gia tạo đặc như: Natri CacboxymetylCenlulose (INS 466), Carrageenan (INS 407), Aga Aga (INS 406), Gôm Gua (INS412), Gôm Arabic (INS 414), Gôm Karaya (INS 416), Gôm Gellan (INS 418),Pectin (INS 440), Metyl Cellulose (INS 461), Metyl Ethyl Cellulose (INS 465).Thành phần của chất tạo đặc đang bán trên thị trường thường bao gồm khá nhiềucấu tử tùy thuộc vào bí quyết của nhà sản xuất Chế phẩm tạo đặc cho cà phê đượccác cơ quan có thẩm quyền kiểm tra về mức độ an toàn thực phẩm và cho phép lưuhành

PHẦN 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC MÁY

TRONG DÂY CHUYỀN

I MÁY PHÂN LOẠI CÀ PHÊ

I.1 Phân loại theo kích thước:

Thực hiện trên sàng phân loại, thường sử dụng sàng phẳng có 2 ÷ 3 lướisàng, kích thước lổ sàng tăng dần từ dưới lên Yêu cầu của việc phân loạitheo kích thước là phải đảm bảo loại hết tạp chất lớn, trong tạp chất khôngđược lẫn nguyên liệu

Hình 1: Lỗ sàng

Hình 3: Máy phân loại bằng nước

Thường tỉ lệ nước/nguyên liệu khoảng 3/1, trong quá trình làm việc cần phải đảmbảo nguyên liệu chín đúng mức qua ống xiphông vào máy xát tươi thật đều đặn vàliên tục nhưng lượng nước tiêu tốn là ít nhất Chu kỳ làm vệ sinh bể xiphôngkhông quá 12 giờ Ngoài ra bể xiphông còn có tác dụng làm cho nguyên liệu ngấmnước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc bóc vỏ quả, tuy nhiên, nếu kéo dài thời gianngâm thì sự phân loại sẽ trở nên kém hiệu quả.

I.2.2 Bằng khí

Dựa vào sự chuyển động khác nhau của các hạt có tỉ trọng khác nhau trong luồngkhông khí chuyển động ngược chiều với khối hạt, mục đích của việc phân loạitheo tỉ trọng nhằm loại bỏ các hạt xấu, hạt lép kém chất lượng

Để phân loại theo tỉ trọng, người ta thường dùng hai loại thiết bị, loại nằm ngang

và loại thẳng đứng, sau đây là sơ đồ cấu tạo của thiết bị phân loại kiểu thẳng đứng(catador)

Hình 4: Máy phân loại bằng khí

Cần chú ý điều chỉnh tốc độ không khí ở ngăn I luôn luôn lớn hơn tốc độ khôngkhí ở ngăn II Với loại thiết bị này, có thể thu được 3 loại sản phẩm khác nhau

II MÁY RANG

II.1 Mục đích

Là công đoạn xử lí nhiệt cho cà phê tại các nhiệt độ cao, từ 190-230oC nhằm đạtcác biến đổi mong muốn về màu sắc, hương vị, cường độ cho hạt cà phê rang.Trong thời kì đầu của công đoạn rang, khi nhiệt độ rang lớn hơn 100 oC nhiệtlượng dùng để bốc hơi nước có trong hạt khi nhiệt độ đạt đến 150 oC một lượnglớn chất khí sản sinh ra (cacrbon đioxit, carbon monoxit, hơi nước…) Hạt cà phêtrở nên giòn, trương nở từ 40-100% thể tích và để xay xát thành bột

Trong khoảng nhiệt độ 180-200 oC hạt bắt đầu rạng nứt và có mùi hương cà phêđược tạo ra Thông thường cà phê rang ở nhiệt độ 180-240 oC trong vòng 15-20phút

Tùy theo sở thích mỗi người mà rang khác nhau Nếu rang nhạt sẽ thơm, uống sẽhang mùi gỗ, nếu rang cháy cà phê sẽ đắng, mùi khét nước có màu đậm hơn

II.2 Cấu tạo

Ở các cơ sở sản xuất nhỏ người ta tiến hành rang trong những thiết bị hình cầuhoặc hình trụ và tháo nguyên liệu cho vào 2/5 thể tích thiết bị, trên than thiết bị có

bố trí cửa để nạp và tháo nguyên liệu, có các cửa thoát ẩm Ở các cơ sở sản xuấtlớn hơn người ta sử dụng loại thiết bị rang kiểu đứng có sơ đồ cấu tạo như sau:

Hình 5: Sơ đồ cấu tạo máy rang cà phê

(1) Máng chứa nguyên liệu(2) Thùng rang và cánh đảo(3) Thùng làm nguội

(4) Thùng chứa cà phê sau khi làm nguội(5) Không khí nóng để rang cà phê

II.3 Nguyên lí hoạt động

Cà phê được chuyển vào máng nguyên liệu, ở đây quạt hút làm sạch sơ bộ vỏ vàtạp chất nhẹ còn sót lại

Nguyên liệu sẽ chảy xuống thùng rang và cánh đảo, cánh đảo có tác dụng làm giatăng tỉ lệ trao đổi nhiệt giữa các hạt với nhau và giữa các hạt với khí được nén, cáccánh đảo quay trên một trục nằm ngang, khí thải được thổi ra nhờ quạt gió đặt ởđỉnh một ống đứng cố định để làm sạch

Cà phê sau khi rang đến độ chín nhất định sẽ được chuyển vào khay để làm nguội,

quạt xung quanh lớp lưới của khay, làm cà phê nguội nhanh, đều hơn Khói và tạpchất theo ống dẫn quạt hút thổi vào bộ phận lắng tạp… Thời gian rang mỗi mẻ từ10-20 phút, nguyên liệu đốt từ 1,2-1,5kg/h (6kg/mẻ).

II.4 Thông số kỹ thuật II.4.1 Máy rang cà phê 1 và 2 kg

Công suất hoạt động của sản phẩm từ 0,5 – 2 kg cà phê mỗi mẻ, thời gian rangkhoảng 10 - 15 phút Sản phẩm này thường có công suất điện khoảng 3,2 kW, cóthể sử dụng nguồn điện trong nhà (220V) Nhiệt độ rang của các máy đa số đượcđiều chỉnh bằng tay

II.4.2 Máy rang cà phê 3 kg

Đây cũng là máy rang cà phê loại 5 nhỏ, có tổng công suất điện khoảng 0.8kW.Thời gian cho mỗi mẻ rang khoảng 10-15 phút

II.4.3 Máy rang cà phê 5 kg

Tổng công suất máy là 18 kg/giờ Với thời gian rang mỗi mẻ tầm 18 đến 22 phút

II.4.4 Máy rang cà phê 10 kg

Công suất máy cũng tăng lên từ 30kg/ giờ Ngoài ra, chiều cao, chiều dài, chiềurộng, cân nặng của sản phẩm cũng tăng lên nhằm đảm bảo quá trình hoạt độngrang cà phê của người sử dụng

II.4.5 Máy rang cà phê 20 kg

Sức chứa gấp đôi loại máy rang cà phê 10kg Không chỉ thế, công suất máy cũngvượt trội hơn, đạt 60kg/giờ Với cân nặng đến 550kg, chiếc máy 20kg cũng khácồng kềnh, được sử dụng nhiều cho các quán cà phê lớn cũng như những cơ sởrang xay cà phê gia công nhỏ lẻ Mỗi mẻ rang của máy sẽ mất từ 18 - 22 phút, tối

ưu được tốc độ rang cho người sử dụng

II.4.6 Máy rang cà phê 30 kg

Đây là dạng máy rang cà phê lớn thuộc nhóm máy rang công nghiệp, có công suấtmáy lên đến 90kg/ giờ Vẫn với thời gian rang từ 20 – 25 phút, nhưng khối lượngrang mỗi mẻ lớn giúp cho nhà sản xuất có thể tối ưu hóa được tốc độ rang hiệuquả

II.4.7 Máy rang cà phê 60 kg

Hiện nay, loại máy rang cà phê này tương đối phổ biến vì đáp ứng được nhu cầucung cấp số lượng nhiều cho các khách hàng Sản phẩm có kích thước lớn chiều