Các quá trình trong công nghệ chếbiếnđề tài qui trình sản xuất cà phê hòa tan

Qua đó, người học có thể hiểu rõ hơn về các công nghệ hiện đại được ứng dụng trong công nghiệpchế biến thực phẩm nói chung và sản xuất cà phê hòa tan nói riêng... Trong công nghiệp sản x

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-

o0o -TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÁC QUÁ TRÌNH TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN

ĐỀ TÀI: QUI TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Mức độ hoàn thành

Nhóm đánh giá

Ý kiến của nhóm

1. Trần Nguyễn Phương Uyên- 2005230647 - Làm Word, phụ trách nội dung phầnNguyên liệu, Trích ly, Lọc, Tách

2. Nguyễn Tú Uyên- 2005230648 - Phụ trách nội dung phần Sấy, Tạo hạt,Phối trộn, Đóng gói. 100% 100% Đồng ý

3. - 2005230649 -Trần Tố Uyên Phụ trách nội dung phần Làm sạch,Phối trộn, Rang, Xay. 100% 100% Đồng ý

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỞ ĐẦU iii

NỘI DUNG 1

I Nguyên liệu 1

II Quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan 2

III Giải thích quy trình công nghệ 3

1 Làm sạch nguyên liệu 3

2 Phối trộn nguyên liệu 4

3 Rang cà phê 4

4 Xay cà phê 5

5 Trích ly 6

6 Lọc 10

7 Tách hương 11

8 Quá trình cô đặc 12

9 Sấy 14

10 Tạo hạt (agglomeration) 14

11 Phối trộn 15

12 Bao gói 15

KẾT LUẬN 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, nhóm 11 chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, quý thầy cô trong KhoaCông Nghệ Thực Phẩm – Trường Đại học Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điềukiện thuận lợi để chúng em thực hiện và hoàn thành đề tài này

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS Trần Quyết Thắng – người đã tậntình hướng dẫn, đóng góp ý kiến và hỗ trợ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài “Quy trìnhsản xuất cà phê hòa tan” Sự chỉ dẫn tận tâm của thầy là nguồn động lực to lớn giúp em vượt quanhững khó khăn trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện nội dung

Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do thời gian hạn chế và kiến thức còn chưa sâu rộng, bài làmkhông thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến

từ quý thầy cô để bài báo cáo được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan bài báo cáo này là kết quả nghiên cứu và tìm hiểu của nhóm 11 chúng

em, dưới sự hướng dẫn của thầy ThS Trần Quyết Thắng Các thông tin, số liệu và tài liệu thamkhảo trong bài đều được trích dẫn rõ ràng và trung thực

Chúng em hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính trung thực và nguyên bản của nội dung bài báo cáo.Nếu có bất kỳ sai phạm nào liên quan đến vấn đề đạo văn hay sử dụng sai nguồn tài liệu, nhómchúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Nhóm 11

MỞ ĐẦU

Cà phê là một trong những loại đồ uống phổ biến và được ưa chuộng nhất trên thế giới, khôngchỉ bởi hương vị đặc trưng mà còn bởi khả năng kích thích tinh thần, giúp tỉnh táo và tăng cườnghiệu suất làm việc Trong những năm gần đây, cùng với nhịp sống hiện đại và nhu cầu tiện lợingày càng tăng, cà phê hòa tan đã trở thành lựa chọn ưu tiên của nhiều người tiêu dùng Sảnphẩm này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian pha chế mà còn dễ bảo quản và mang theo

Việt Nam là một trong những quốc gia xuất khẩu cà phê lớn nhất thế giới, đặc biệt là cà phêRobusta – nguyên liệu chính trong sản xuất cà phê hòa tan Do đó, việc nghiên cứu và tìm hiểuquy trình sản xuất cà phê hòa tan không chỉ mang ý nghĩa học thuật mà còn góp phần nâng caogiá trị nông sản, thúc đẩy ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và nâng cao năng lực cạnhtranh của sản phẩm Việt Nam trên thị trường quốc tế

Đề tài “Quy trình sản xuất cà phê hòa tan” nhằm tìm hiểu chi tiết các bước trong quá trình sảnxuất, từ khâu nguyên liệu, xử lý, chiết xuất, cô đặc, sấy khô cho đến đóng gói thành phẩm Qua

đó, người học có thể hiểu rõ hơn về các công nghệ hiện đại được ứng dụng trong công nghiệpchế biến thực phẩm nói chung và sản xuất cà phê hòa tan nói riêng

NỘI DUNG

I Nguyên liệu

Cà phê nhân

Nguyên liệu chính để sản xuất cà phê hòa tan là cà phê nhân Trong công nghiệp sản xuất

cà phê hòa tan, cà phê nhân thường được sử dụng là cà phê Robusta vì các lý do sau:

- Hàm lượng chất khô hòa tan trong cà phê Robusta cao hơn cà phê Arabica, do đó,lượng sản phẩm thu hồi được nhiều hơn

- Hàm lượng caffeine trong cà phê nhân Robust thường trong khoảng 2% (chất khô), caohơn hàm lượng caffeine trong cà phê nhân Arabica (khoảng 1,2% chất khô)

- Giá thành cà phê Robusta thấp hơn cà phê Arabica

Yêu cầu về chất lượng nguyên liệu cà phê nhân trong sản xuất cà phê hòa tan thấp hơn sovới nguyên liệu cà phê để sản xuất cà phê rang xay, đặc biệt là các chỉ tiêu về cảm quan của càphê nguyên liệu

Nguyên liệu phụ

Vai trò chính của các nguyên liệu phụ trong sản xuất cà phê hòa tan là nhằm nâng cao giátrị cảm quan của sản phẩm, đa dạng hóa sản phẩm để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng.Nguyên liệu phụ được sử dụng nhiều nhất là đường, sữa bột và kem không có nguồn gốc từ sữa(non – dairy creamer)

- Vai trò chính của đường trong sản phẩm cà phê hòa tan là nhằm hạn chế vị đắng của càphê Bên cạnh đó, đường còn góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

- Vai trò của sữa bột trong sản phẩm là nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm Trong càphê hòa tan, vị đắng chiếm vai trò chủ đạo Do đó, chất béo từ sữa kết hợp với vị ngọt của đường

sẽ làm cho cà phê thành phẩm có vị trở nên hài hòa hơn Thường sữa bột được sử dụng là sữ bộtnguyên kem hoặc sữa bột giàu béo

- Có thể thay thế sữa bột bằng các loại bột kem không có nguồn gốc từ sữa (non – dairycreamer) Đây là sản phẩm thường được sản xuất từ các chất béo thực vật, có hàm lượng chấtbéo cao nhưng không có lactose

Ngoài ra, nếu cà phê nguyên liệu sau khi rang mà có cường độ hương vị đặc trưng của càphê thấp, chưa đáp ứng được yêu cầu của người dùng, ta có thể bổ sung thêm các loại chế phẩm

Hình 1: Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan

Hình 2: Sơ đồ thiết bị quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan

III Giải thích quy trình công nghệ

1 Làm sạch nguyên liệu

Mục đích

- Loại bỏ các tạp chất không mong muốn (bụi, đá, kim loại, vỏ trấu…)

- Đảm bảo chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm

- Giảm hao hụt và tránh ảnh hưởng đến hương vị cà pPh

Phương pháp thực hiện:

- Sàng rung: Loại bỏ hạt quá to, quá nhỏ và tạp chất theo kích thước.

- Tách trọng lực: Phân loại các hạt cà phê dựa vào khối lượng riêng – loại bỏ hạt lép, hạt mốc, đá

- Tách trọng lực: Phân loại các hạt cà phê dựa vào khối lượng riêng – loại bỏ hạt lép, hạt mốc, đá.

- Hệ thống hút bụi, hút vỏ: dùng quạt hút để loại các tạp chất nhẹ như vỏ trấu, bụi mịn

=> Kết quả: Nguyên liệu sạch, đồng đều, sẵn sàng cho quá trình phối trộn.

2 Phối trộn nguyên liệu

Mục đích:

- Tạo nên hương vị đặc trưng, ổn định giữa các mẻ sản xuất

- Kết hợp các loại hạt cà phê khác nhau (Arabica – thơm, nhẹ / Robusta – đậm, nhiều caffeine)

- Dùng máy trộn kiểu trục quay hoặc băng tải trộn.

- Trộn đồng đều và kiểm tra ngẫu nhiên để đảm bảo sự nhất quán

3 Rang cà phê

- Sau khi đã sấy khô nhân cà phê, cà phê được đem đến giai đoạn rang cà phê để giải phónghương thơm cafe và thúc đẩy các hợp chất tiềm ẩn bên trong hạt cafe Rang cafe là quá trình làmbiến đổi các tính chất hóa học và vật lý của hạt cafe nhân thành các sản phẩm cafe rang, sảnphẩm cuối cùng là các hạt cafe có màu nâu hay đen mà chúng ta thường thấy

- Thời gian rang theo tiêu chuẩn Quốc tế từ 18-25 phút/mẻ và rang theo công nghệ tiên tiến đểgiúp giữ tốt hương vị tự nhiên của hạt cà phê

Hình 3: Quá trình rang cà phê

- Hạt cà phê được chín đều từ trong ra ngoài, không bị chai, hạt nở to đều, không bị cháy cạnh.Các hạt dù kích thước lớn hay nhỏ vẫn đồng đều độ chín và tiệp màu Mặt khác, máy được cấutạo vừa rang, vừa tách vỏ lụa ra riêng nên không cháy vỏ lụa và giúp hạt cà phê luôn luôn đượcsạch Chúng ta có thể theo dõi được quá trình rang cà phê qua mặt kiếng, xác định được màu sắctheo cấp độ màu quốc tế, rất phù hợp để chế biến cà phê xuất khẩu

Mục đích:

- Phát triển hương vị, màu sắc, mùi thơm đặc trưng.

- Làm giảm độ ẩm còn lại trong hạt (~2-3%)

- Chuẩn bị cho giai đoạn xay – chiết xuất

Phương pháp thực hiện

- Thiết bị: Máy rang trống (drum roaster) hoặc máy rang bằng luồng khí nóng (hot air roaster).

- Nhiệt độ: 180 – 240°C

Các phản ứng xảy ra:

- Phản ứng Maillard: Giữa acid amin và đường – tạo hương thơm

- Caramel hóa: Tạo màu nâu và vị ngọt nhẹ

- Thải khí CO2 và nước: Giúp làm khô hạt và phát triển cấu trúc rỗng bên trong hạt

Hình 4: Cà phê sau khi xay

Mục đích:

- Tăng diện tích tiếp xúc giữa bột cà phê và nước trong giai đoạn chiết xuất.

- Tối ưu hóa hiệu suất chiết xuất các hợp chất hòa tan

Phương pháp thực hiện

- Thiết bị: Máy xay cánh nghiền hoặc máy xay dạng trục lăn

- Cỡ hạt: Khoảng 0.2 – 1 mm, thường mịn hơn so với cà phê pha phin, nhưng không mịn như càphê espresso

Yêu cầu kỹ thuật:

- Dung môi: Nước được sử dụng làm dung môi trong quá trình trích ly cà phê vì nó là dung môi

có độ phân cực mạnh, dễ hòa tan nhiều hợp chất có trong cà phê như: cafein, acid hữu cơ, đường,hợp chất thơm, Ngoài ra nó vừa an toàn, rẻ tiền, dễ kiếm và không ảnh hưởng đến chất lượngcủa sản phẩm

Mục đích công nghệ: khai thác

- Quá trình trích ly nhằm mục đích khai thác các chất hòa tan và các chất tạo hương trong cà phêrang Trong quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan, trích ly là một trong những công đoạnquan trọng nhất, ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất của toàn bộ quy trình công nghệ sản xuất

Các biến đổi của nguyên liệu

+ Pha rắn – các hạt bột cà phê: Thành phần tạo cấu trúc của hạt cà phê nghiền chủ yếu làcellulose, hemicellulose Sau khi rang xay, hạt bột cà phê có cấu trúc cứng, giòn, không nénđược (độ ẩm của cà phê sau rang xay nhỏ hơn 5%) Khi cho vào nước để trích ly, hạt bột cà phê

sẽ hút ẩm, trở nên dai, mềm và nén được Hiện tượng này sẽ làm tăng trở lực, làm giảm năngsuất quá trình lọc

+ Pha lỏng – dịch trích cà phê: Tỷ trọng và độ nhớt của dịch trích cà phê sẽ tăng lên donồng độ chất khô trong dịch trích tăng lên theo thời gian Nồng độ chất khô càng cao thì tỷ trọng

và độ nhớt của dịch trích lại càng tăng Cần chú ý hiện tượng này vì trong quá trình trích ly nhiềubậc, các bậc trích ly cuối cùng có độ nhớt của dịch trích cao hơn so với các bậc trích ly đầu tiên,

do đó, tốc độ lọc sẽ giảm

Biến đổi hóa lý khác cần được lưu ý là hiện tượng bay hơi nước làm cuốn theo các hợp chất dễbay hơi (đặc biệt là các hợp chất tạo hương) Do đó, trong quá trình trích ly, cần đảm bảo độ kíncủa thiết bị để hạn chế hiện tượng bay hơi nói trên, dẫn sự giảm hàm lượng hương trong bột càphê hòa tan

- Hóa học

Trong quá trình trích ly, nồng độ chất khô trong dịch trích sẽ dần tăng lên theo thời gian Thànhphần và nồng độ các chất trong dịch sẽ dần đạt đến giá trị cân bằng Thông thường, hiệu suấttrích ly của các chất có trong cà phê rang xay như sau: 100% CGA, 90% các chất khoáng, 85–100% alkaloid và chlorogenic, 40–100% chất bay hơi, 15–20% protein, 20–25% melanoidin,

1,5% dầu coffee Nồng độ chất khố trong dịch trích cuối cùng có thể đạt đến 20-25% (w/w), tùythuộc vào điều kiện và phương pháp thực hiện quá trình trích ly Một điều cần lưu ý là trích ly ởnhiệt độ cao sẽ làm tổn thương các cấu tử hương, đồng thời diễn ra các phản ứng tạo màu

Trong quá trình trích ly, dưới tác dụng của nhiệt độ, trong môi trường nước, các hợp chất caophân tử có thể bị thủy phân, đặc biệt là các polysaccharide không bị phân hủy trong quá trìnhrang như cellulose và hemicellulose Chính biến đổi này góp phần làm cho cấu trúc của hạt bột

cà phê trở nên mềm hơn Nhiệt độ càng cao thì biến đổi này diễn ra càng mạnh

Phương pháp thực hiện và thiết bị:

- Phương pháp trích ly gián đoạn: Trong phương pháp này, cà phê được cho vào các tank đãchứa nước với tỷ lệ phù hợp Các tank chứa có cấu tạo dạng thân trụ, đáy côn, có vỏ áo Hỗn hợp

cà phê và nước được gia nhiệt bằng hơi nước Sau khi đủ thời gian trích ly, dịch trích được tháo

ra ở đáy Để nâng cao hiệu quả quá trình trích ly, hiện nay, người ta sử dụng hệ thống trích lynhiều bậc Nhiệt độ trích ly khoảng 90–100°C, thời gian trích ly trong mỗi bình xấp xỉ 45 phút.Phương pháp này có ưu điểm là thiết bị đơn giản, dễ vận hành, giá thành rẻ nhưng tốn thời gian

và hiệu suất thấp

Hình 5: Hệ thống trích ly nhiều bậc

- Phương pháp trích ly liên tục: Phương pháp này sử dụng thiết bị trích ly dạng trục vis Cấu tạocủa thiết bị gồm một trục vis, trục vis này sẽ làm cà phê di chuyển trong buồng trích ly Nướcnóng (thường là 100°C) sẽ di chuyển theo chiều ngược lại với cà phê Hiện nay, có khá nhiềuthiết kế cho dạng thiết bị này Một trong số đó là thiết bị trích ly Hildebrandt Là một thiết bị cóhai tháp (1) và (2) dạng hình trụ đứng Chúng nối với nhau bởi một ống hình trụ nằm ngang (3) ởphía bên dưới Bên trong thiết bị có các vis tải để vận chuyển nguyên liệu Nguyên liệu được nạpliên tục vào thiết bị theo cửa (4) và được vis tải đưa xuống bên dưới tháp để qua ống hình trụ

nằm ngang (3) rồi theo tháp (1) đi lên phía trên Cuối cùng, nguyên liệu được tháo ra ngoài thiết

bị qua cửa (5) Dung môi sẽ được nạp vào thiết bị qua cửa (6) trên tháp (1) và sẽ chuyển động đixuống phía bên dưới, qua ống hình trụ ngang (3) rồi theo tháp (2) đi lên, cuối cùng dịch tríchđược tháo ra ngoài qua cửa chắn (7) Như vậy dòng nguyên liệu và dung môi chuyển động ngượcchiều nhau Trục vis trong thiết bị chuyển động xoay với tốc độ trung bình 1 vòng/phút Năngsuất thiết bị có thể lên đến 40 tấn nguyên liệu/giờ

Hình 6: Thiết bị trích ly Hidebrandt

- Kết hợp cả hai phương pháp: Đầu tiên, cà phê được trích ly theo phương pháp trích ly giánđoạn, sau đó sẽ được đưa đi trích ly tiếp trong thiết bị trích ly liên tục Ưu điểm của phương phápnày là nâng cao hiệu quả trích ly so với phương pháp trích ly gián đoạn

Các thông số công nghệ

- Nguyên liệu: Kích thước của bột cà phê càng lớn thì tốc độ quá trình trích ly càng nhỏ Thôngthường, kích thước nguyên liệu cà phê trong quá trình trích ly khoảng 400–1200 µm Cấu trúccủa hạt cà phê cũng ảnh hưởng đến quá trình trích ly Cấu trúc của hạt cà phê càng xốp thì tốc độtrích ly càng cao Cấu trúc hạt cà phê phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học và quá trìnhrang

- Nhiệt độ: Nhiệt độ của dung môi trong quá trình trích ly càng cao thì tốc độ khuếch tán các chấthòa tan vào nước càng cao, tốc độ trích ly càng nhanh Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng, độ hòa tancủa một số thành phần có trong nguyên liệu cà phê sẽ tăng, do đó, hiệu suất trích ly của các chấtnày cũng tăng lên chất cũng tăng lên Trong các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, thông thường quátrình trích ly được thực hiện ở nhiệt độ (100°C) Còn đối với các công ty sản xuất với năng suấtlớn, nhiệt độ quá trình trích ly có thể lên đến (180°C) Vì nhiệt độ càng cao thì yêu cầu về vốnđầu tư thiết bị sẽ càng cao

- Tỷ lệ dung môi trích so với nguyên liệu cà phê: Cùng một lượng nguyên liệu, lượng dung môicàng nhiều thì tốc độ quá trình càng nhanh, các chất hòa tan càng được trích ly triệt để Tuynhiên, khi lượng môi sử dụng càng nhiều, nồng độ chất khô trong dung dịch sẽ càng thấp, chi phícho quá trình cô đặc và sấy sẽ tăng lên Thông thường, tỷ lệ nước : cà phê dao động từ 1:2 đến1:10, tùy theo phương pháp trích ly thực hiện

- Thời gian trích ly: Thời gian trích ly càng dài thì hiệu suất trích ly sẽ càng tăng Đến một thờiđiểm nào đó, quá trình trích ly đạt trạng thái cân bằng, hiệu suất trích ly sẽ không tăng nữa Thờigian trích ly phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình trích ly và tỷ lệ dung môi/nước

6 Lọc

- Bản chất của quá trình lọc: Là một quá trình phân riêng các hỗn hợp không đồng nhất nhờ mộtvách ngăn xốp Vách ngăn xốp sẽ cho một pha của hỗn hợp đi qua và giữ một pha ở lại nên đượcgọi là vách ngăn

Mục đích công nghệ: Hoàn thiện sản phẩm

- Quá trình lọc sẽ loại bỏ các tạp chất không tan có trong dịch trích cà phê để nâng cao chấtlượng của sản phẩm Thông thườnh dịch trích sẽ còn lẫn bã cà phê do vã không được giữ lạihoàn toàn khi dòng dịch trích ra khỏi thiết bị trích ly Quá trình lọc sẽ loại bỏ các tạp chất này,đảm bảo khi hòa tan sản phẩm để sử dụng sẽ không thấy cặn xuất hiện

Các biến đổi của nguyên liệu

- Vật lý: Khi lọc huyền phù, chúng ta sẽ thu được dịch lọc và bã lọc Một số chỉ tiêu vật lý củadịch lọc so với huyền phù ban đầu như: tỷ trọng, độ trong,

- Hóa học: Quá trình lọc không gây ra những biến đổi hóa học trong huyền phù Tuy nhiên, nếuchúng ta thực hiện quá trình lọc ở nhiệt độ cao hoặc trong điều kiện tiếp xúc với không khí thìcác cấu tử trong nguyên liệu có thể bị biến đổi hoặc tương tác với nhau và tạo ra một số hợp chấthóa học mới

- Hóa lý: Quá trình lọc huyền phù sẽ phân riêng hai pha lỏng và rắn Thông thường, sẽ khôngxảy ra sự chuyển pha trong quá trình lọc Tuy nhiên, một số cấu tử dễ bay hơi như các hợp chấtmùi trong dịch lọc có thể bị tổn thất

- Sinh học: Quá trình lọc không gây những biến đổi sinh học Nếu thời gian lọc huyền phù kéodài thì hệ vi sinh vật có sẵn trong huyền phù hoặc các vi sinh vật từ môi trường sản xuất có thể bịnhiễm vào huyền phù và phát triển Để hạn chế vấn đề này, các nhà sản xuất thực phẩm thườngtiến hành lọc nhanh và trong điều kiện kín

Phương pháp thực hiện

- Quá trình tách tạp chất không tan trong dịch có thể thực hiện bằng phương pháp ly tâm hoặc lọckhung bản Phương pháp lọc khung bản thường được sử dụng vì hiệu quả kinh tế cao hơn so với