Luận văn Thiết kế máy nghiền và máy trộn cà phê bột

Nói chung có thể qui về các phương pháp sau: - Dựa vào sự khác nhau giữa chiều rộng, chiều dài của nguyên liệu và tạpchất để phân loại và làm sạch: thông thường nhất là dùng luới sàng, c

PHẦN 1:

TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG CÁC LOẠI

CÀ PHÊ

1.1 Sơ lược lịch sử phát triển cà phê trên thế giới trong và ngoài nước.

Tập quán uống cà phê phát sinh từ thời cổ xưa ở Etiopia (Châu Phi), quê hươngcủa cây cà phê chè hiện nay

Vào khoảng thế kỉ 13-14 cà phê đã được đạo quân xâm lược Etiopia du nhậpsang Ả Rập khi chúng xâm chiếm nước này Ơû Yemen (thuộc Ả Râp) bắt đầu trồngcà phê từ thế kỷ 15 và cà phê của Ả Rập được bán sang các nước quanh địa trunghải và Ba Tư với giá rất đắt

Vênexia, thành phố công hòa tự do buôn bán thịnh hành nhất trong thời trungcổ, đã du nhập tập quán uống cà phê cùa người Ả Rập và cũng tại thành phố này,quán cà phê đầu tiên ở Châu Aâu được mở vào năm 1645 Từ đó cà phê lan tràn vàocác nước Châu Aâu khác Sau đó không đầy một thế kỷ việc trồng và uống cà phêđã đi vòng quanh thế giới

Lịch sử trồng cà phê theo sát với lịch sử uống cà phê Cây cà phê chè (Arabica)mọc hoang dã ở cao nguyên nước Etiopia đã được đưa sang trồng ở Yemen (Ả Rập)từ thế kỷ 15, đưa vào Aán Độ thấ kỷ 17 Năm 1658, người Hà Lan đã đưa cây càphê sang Tich-Lan, và từ đó sang đảo Ja-va (Indonexia) và năm 1690 và năm 1699.Lúc ấy cà phê là mộ sản phẩm của xứ nóng, rất hiếm và đắt tiền ở Châu Aâu,nên các nước này cố gắng phát triển trồng cà phê ở các nước thuộc địa của mình.Trong vòng nửa thế kỷ cây cà phê đã xuất hiện khắp thế giới

Năm 1868 một trân dịch Hemileia vastatrix đã đánh dấu một bước ngoặc tronglịch sử trồng cà phê Ơû các xứ nóng và ẩm khó trồng cà phê chè, đã bắt đầu nghiêncứu các loại cà phê khác để thay thế cho cà phê chè và lần lượt phát triển các loại

Cà phê C.comphera và C.liberica mọc hoang dại trong miền rừng núi ẩm củaChâu Phi, được phát hiện và đưa vào sản xuất là cà phê C.excelsa Chari năm 1902.Trong một thời gian dài, việc trồng cà phê chỉ là phương thức bóc lột người bảnxứ của bọn thực dân xâm lược và sử dụng đất đai màu mỡ ở các nước thuộc địa,chậm tiến Ngay ở Brazin là nước sản xuất cà phê nhiều nhất thế giới từ đầu thế kỷ

19 nhưng kỹ thuật trồng cà phê vẫn theo hình thức du canh, không phân bón, cứ

15-20 năm một lần chủ đồn điền bỏ nương cà phê cũ đã cằn cỗi để khai phá nươngmàu mỡ hơn Những công trình nghiên cứu khoa học, cải tiến kỹ thuật trồng cà phêcũng mới bắt đầu ở thế kỷ 20 Tình hình ấy giải thích trình trạng lạc hậu của kỹthuật sản xuất cà phê so với các cây công nghiệp khác

Ơû nước ta theo tài liệu tham khảo được thì cây cà phê đã có từ năm 1875 ởQuảng Trị và Quảng Bình Năm 1888, 5 năm sau khi thực dân Pháp xâm lược nước

ta, chúng đã thành lập những đồn điền cà phê đầu tiên ở nước ta như: Chiné (HòaBình), Phú Mãn, Xuân Mai, Hòa Mục, Sơn Tây, nhưng những đồn điền cà phê nàykhông phát triển lắm do kỹ thuật canh tác lạc hậu, không bảo vệ độ phì nhiêu củađất, sử dụng giống hỗn tạp, nhiều sâu bệnh và cà phê chưa thích nghi với khí hậunhiệt đới vùng thấp, do vậy mà những nương cà phê ấy cho năng suất rất thấp vàsuy tàn dần

Để cứu vãn tình thế ấy bọn thực dân Pháp đã nghiên cứu và đưa vào Việt Namhai loại cà phê mới là cà phê vôi (C.canepora pierra) và cà phê mít (C.excelachari) năm 1905-1910 thay thế cho cà phê chè ở vùng thấp Đồng thời chúng xônhau đi cướp những vùng đất phì nhiêu hơn Sau khi phát hiện được khả năngphong phú của vùng đất đỏ Tây Nguyên (1925-1926) thì bọn thực dân đã phát triểntrồng cà phê ở đó Năm 1930 điện tích cà phê ở Việt Nan đã đạt điểm cao nhấttrước chiến tranh là 10700 hecta, phân bố ở Bắc bộ: 4100 hecta, Trung bộ: 5900hecta (đại bộ phận vùng Tây Nguyên), Nam bộ: 700 hecta Từ năm 1940 sự thốngtrị của bọn thực dân Pháp bắt đầu suy sụp dần, bọn chủ đồn điền thực dân không

nghĩ tới việc chăm sóc nương cà phê nữa, do đó các đồn điền cà phê chè tàn rụidần.

Trong những năm đầu của cuộc kháng chiến, lực lượng sản xuất phải dồn vàosản xuất những nhu yếu phẩm để phục vụ cho chiến tranh, việc sản xuất cà phêxuất khẩu bị đình trệ Nhưng chủ trương sáng suốt của Đảng và chính phủ cùng vớisự bền bỉ của chị em công nhân các đồn điền cà phê cũ đã duy trì được hàng nghìnhecta cà phê nhất là vùng Phú Quí (Nghệ An)

Từ ngày hòa bình lập lại, các cơ sở sản xuất cà phê cũ đã được phục hồi nhanhchóng Sản lượng cà phê nước ta ngày một tăng và doanh số xuất khẩu khôngngừng tăng lên trong những năn gần đây

Nguyên nhân dẫn đến những thành công đó trước hết là nhờ chính sách đổi mớicủa nhà nước phù hợp với nguyện vọng của nông dân là làm giàu trên mảnh đấtcủa mình dựa vào sự cần cù lao động của bản thân Nguyên nhân khách quan đó là

do giá cà phê trên thị trường thế giới trong những năm gần đây diễn biến có lợi chongười sản xuất, cà phê làm ra bán được giá cao hơn và thu nhập của người nôngdân cũng tăng lên đáng kể Sự kích thích của giá cả đã thúc đẩy cà phê ở Việt Namphát triển nhanh chóng

Bản kế hoạch đầu tiên về cà phê xây dựng năm 1980 đặt mục tiêu cho ngànhcà phê Việt Nam chỉ có 180.000 ha với sản lượng 200.000 tấn Sau nhiều lần điềuchỉnh con số đó cũng chỉ tăng lên 350.000 ha với 450.000 tấn Theo những con sốthống kê điều tra năm 2000 cho thấy diện tích cà phê cả nước đã lên đến 520.000

ha với sản lượng 900.000 tấn, đưa Việt Nam lên vị trí thứ 2 thế giới về sản xuất càphê Đây là một con số gây bất ngờ cho nhiều người kể cả những người trongngành sản xuất cà phê nước ta Nó góp một phần đáng kể vào việc cung cấp dưthừa cà phê trên thị trường đẩy giá cà phê đến mức thấp nhất trong thời gian mấychục năm qua, trong đó ngành cà phê Việt Nam chịu nhiều thiệt thòi vì sản lượng

Bảng 1.1:Diễn biến diện tích cà phê và sản lượng cà phê Việt Nam (nguồnVICOFA-2005)

Bảng1.2 : Sản lượng xuất khẩu cà phê từ năm 1991 – 2004 (nguồn Ico-20005)

Việt Nam là nước đứng thứ 2 thế giới về xuất khẩu cà phê và cà phê là mặthàng xuất khẩu có giá trị lớn đứng thứ 2 sau gạo trong danh mục hàng nông sảnxuất khẩu của Việt Nam Giá trị cà phê xuất khẩu thường chiếm 10% tổng kimngạch xu6at1 khẩu hàng năm Hiện nay, Việt Nam đã xuất khẩu cà phê đi 61 nước,trong đó có 10 nước nhập khẩu cà phê đứng đầu được trình bày trong bảng sau: Bảng 1.3: (nguồn Vicofa)

STT Tên nước Số lượng (tấn) Trị giá (USD) Tỷ phần so với tổng

1.2 Tác dụng sinh lí của cà phê

Cà phê là thức uống kích thích thần kinh, uống cà phê hoạt động trí não minhmẫn hơn và thông qua sự kích thích hệ thần kinh tăng cường hoạt động của các bộmáy khác của cơ thể như: trợ tim, thúc tiến sự tuần hoàn của máu, phản ứng bắpthịt nhạy hơn, khỏe và bền hơn

Những tác dụng sinh lý trên đây là do hoạt tính của caffeine mà hàm lượng củanó từ 1-3% Caffeine có tính độc, do đó không nên uống cà phê nhiều quá trongcùng một lúc sẽ gây ảnh hưởng không tốt đối với hệ thần kinh, nhưng uống với mộtliều lượng vừa phải nó có tác dụng tốt với cơ thể

Ngoài ra trong cà phê còn có hàm lượng đáng kể các sinh tố thuộc nhóm B,nhất là vitamin PP do chất Trigonelin có trong cà phê tạo thành trong quá trìnhrang, hàm lượng này có thể đến 10-40 mg vitamin PP/100g cà phê rang.

Nhưng chỉ riêng tác dụng sinh lý trên đây không giải thích hết nguyên nhânnghiện cà phê phổ biến trong gần một nửa dân số thế giới Giá trị của cà phê,ngoài giá trị dinh dưỡng ở mứa độ nào đó, nó còn có hương vị độc đáo và nhữngtập quán sinh hoạt lâu đời đã ghép thêm cho tập quán uống cà phê với những khíacạnh của một nhu cầu sinh lý

1.3 Cấu tạo và đặc tính của các loại cá phê thường trồng.

1.3.1 Cấu tạo:

Hình 1.1: Cấu tạo hạt cà phê.

- Lớp vỏ hạt là lớp vỏ ngoài, có màu vàng hay đỏ Trong vỏ có vết chấtAlkaloid, tannin, caffeine, các loại enzyme, 21,5% ÷ 30% chất khô và chứanhiều đường, pectin

- Lớp thịt dưới vỏ, loại cà phê chè mềm dễ nghiền, loại cà phê mít có lớp thịtcứng và dày

- Lớp nhớt là lớp nằm sát nhân, khó tách ra Thành phần chính là pectin, các loạiđường khử, không khử, cellulose Lớp này không tan trong nước, hút ẩm mạnhnên rất trở ngại cho sấy khô, bảo quản hạt.

- Lớp vỏ trấu là lớp bao bọc quanh nhân có màu trắng ngà, cứng, nhiều chất xơ,vỏ trấu cà phê chè mỏng hơn cà phê mít, cà phê vối Thành phần chính của lớpvỏ trấu là cellulose, hemicellulose, đường…

- Lớp vỏ lụa bao bọc sát nhân, rất mỏng, mềm dễ bong Vỏ lụa cà phê chè màutrắng bạc, cà phê vối màu nâu nhạt, cà phê mít màu vàng

- Nhân cà phê ở trong cùng, là phần chính của hạt Mỗi hạt thường có 2 nhânhoặc 3 nhân Tế bào nhỏ phần ngoài nhân cứng chứa chất dầu, phía trong là tếbào lớn mềm Nhân cà phê thường có màu xanh xám, hay xám xanh, xanh lục…chính giữa là nội nhũ cứng, mặt trong phẳng có rãnh hẹp ở giữa, chứa một phôinhũ nằm ở phía đáy, mặt ngoài cong

Hương thơm cà phê:

Có trên 700 hợp chất, gồm 47 nhóm bay hơi

Sự tạo hương vị cà phê là do sự biến đổi về cấu trúc hợp chất thành các hợpchất phenol, giảm thành phần proteine  phenol  proteine  những hợp chấtchứa S và tổng hợp nên nhiều chất (phản ứng của nhóm carbonyl với nucleophilecó O2, N, S)

Ngoài ra sau khi rang ở nhiệt độ thích hợp, hạ nhiệt độ còn khoảng 700C để tẩmmột lớp tẩm quanh nhân hạt (theo kinh nghiệm) nên nhân cà phê được bảo quản vàcó được hương vị đặc trưng của cà phê Việt Nam

Kích thước trung bình của hạt cà phê các loại: (7-10) x (4-7) x (3-5)mm

Trọng lượng bình quân từ dưới 0,15g/hạt đến trên 0,2g/hạt

Khối lượng riêng 400 kg/m3

Tỉ trọng khoảng 1,15 – 1,42

Tỉ số chiều dài/ chiều rộng hạt:

Cà phê Arabica là 1,3 – 1,5

Cà phê Robusta: 1,0 – 1,5

Cà phê Excelsa: 1,9 – 2,0

Cà phê tên việt hóa từ phiên âm cáfe của người Pháp Tên gốc là coffee, xuấtphát từ tiếng Ả Rập là Qahwah để chỉ rượu nhưng đạo hồi nghiêm cấm giáo dânuống rượu nên được biến tướng là coffee và trở thành cáfe (Pháp), caffee (Ý),kaffee (Đức), koffie (Hà Lan), coffee (Anh) và tên Latin là coffea

Cà phê có nhiều loài và nhiều giống:

1.3.2 C.Arabica L

Loài cà phê chè (Coffea Arabica Line’) chiếm 70% sản lượng toàn thế giới và được ưa chuộng nhất trên thị trường vì hương vị thơm dịu; được trồng ở vùng cao Ethiopia, Sudan,Kenya

Hình 1.2 : cà phê chè

Nó còn có tên là cà phê tẻ, cà phê ré, cà phê đậu, cây cao từ 3-5m, trong điềukiện khí hậu đất đai thuận lợi có thể cao từ 7-10m Độc thân hoặc nhiều thân, vỏmốc trắng, gỗ vàng ngà, nhiều cành ngang Lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác,

điều kiện ngoại cảnh, thường dài từ 10 -15 cm, rộng từ 4 – 6 cm Hoa mọc thànhtừng chùm ở rãnh lá, tràng hoa có 5 cánh, màu trắng, thời gian ra hoa ở nước ta từtháng 2-4 Quả thường là hình trứng hoặc hình tròn, nốm quả bằng khi quản chínthường có màu đỏ tươi, kích thước quả: dài 17 – 28mm, đường kính tiết diện 10 -15

mm, trong lượng từ 520 -700 quả/1kg Thời gian nuôi quả ( từ lúc ra hoa đến lúcchín) 6 – 8 tháng Thời gian thu hoạch từ tháng 9 – 10, quả chín khi gặp mưa dễ bịrụng Cuốn quả ngắn dễ gãy nên khi chín phải thu hoạch ngay tránh rơi rụng Hạtcó vỏ lụa màu bạc, ít bám vào nhân Kích thước dài từ 5-10 mm, dày 2-4 mm, kíchthước hạt cũng thay đổi theo từng chủng và điều kiện ngoại cảnh Trọng lượng hạttừ 500-700 hạt/100g hàm lượng cafein trong hạt trung bình 1,3% Màu hạt: xámxanh, xanh lục, xanh biếc, tùy theo chủng và cách chế biến Năng suất: thường400-500 kg cà phê nhân (hạt) trên 1 hecta, tốt là 600-800kg/ha, giá trị thương phẩmcao, cà phê chè được ưa chuộng nhiều nhất trên thị trường thế giới, hương vị thơm,dịu Tỷ lệ thành phẩm (hạt cà phê nhân) so với nguyên liệu (quả tươi) từ 14 - 20%

1.3.3 C Canephora Pierre

Loài cà phê vối (Coffea Canephora Pierre) có nguồn gốc lưu vực sông Công Gôvà miền núi thấp vùng xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi, còn gọi là cà phê gác, cà phê sẻ (Hà Tỉnh, Quảng Bình)

Hình 1.3 : Cà phê vối

Hiện nay cà phê vối chiếm 30% sản lượng toàn thế giới Cây cao 3-8 m, độcthân hay nhiều thân, vỏ cay mốc trắng, gỗ vàng hoặc trắng ngà, cành thường rủxuống Lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác, biên là có gợn, lá rủ xuống, kích thước lálớn hơn kích thước lá cà phê chè: dài 10-40 cm, rộng 8 – 10 cm Hoa màu trắngmọc thành cụm, mỗi cụm 30 -100 hoa, ra hoa từ tháng 4 -6 Quả hình tròn hoặchình trứng, nốm quả bé và lồi, quả chín có màu đỏ nhạt hoặc hồng, trên quả thườngcó đường gân dọc, vỏ quả mỏng so với cà phê chè Thời gian nuôi quả từ 10-12tháng, quả chín (cũng là thời gian thu hoạch) từ tháng 1 đến tháng 4 Hạt hình bầudục hoặc tròn, vỏ lụa màu tắng dễ bong, hạt dài từ 5 – 8mm, trong lượng 600 – 900hạt / 100g Màu hạt: xanh bạc, xanh lục, xanh nâu tùy theo chủng loại và cách chếbiến Hàm lượng cafein trong hạt 1,97 – 6,06%, là loại cà phê có nhiều cafein nhấttrong 3 loại cà phê Năng suất trồng trọt: thường từ 500 – 600kg nhân/1ha, có thểlên đến 800 – 1000kg Tỉ lệ thành phẩm (hạt cà phê nhân) so với nguyên liệu (quảtươi) từ 16 – 25% Nó không có hương, một số có hương vị trung tính nên thườngdùng đấu trộn với cà phê chè hoặc chế biến cà phê hòa tan, kẹo cà phê sữa Cuốnquả dài hơn cà phê chè nên khi quả chín ít bị rụng Thời gian từ lúc ra hoa đến khicho quả chín là 9-10 tháng Kích thước trung bình(mm) là (6-8) x (6-7) x (3-4) Càphê Coffea Canephora Pierre có hai loại phổ biến, hiện nay là Robusta và Kouilou.Loại Robusta trội giá hơn Kouilou và được tiêu thụ nhiều hơn

1.3.4 C.Excelasa Chari Chex

Loài cà phê mít (Coffea Excelasa Chex) có nguồn gốc Trung Phi Nó được pháthiện gần đây nhất vào năm 1902, ở xứ Ubangni – Chari thuộc biển hồ Sat, gần samạc Sahara, nên thường gọi là cà phê Chari Nó được nhập vào Việt Nam vào năm

1905 Cây nhỏ hoặc lớn, cao 6-15 m, có khi cao 20 m trong điều kiệh khí hậu tốt,cành lá mọc thành tán tròn hoặc hình chóp nón, bộ xương khỏe, vỏ màu nâu Lá

nhiều so với 2 loại cà phê nói trên Hoa màu trắng, thường có 5 cánh, mỗi đốt lá có

1 – 5 chùm, mỗi chùm có 2 – 4 hoa, cuống hoa ngắn, tràng hoa dài Quả hình trứnghơi dạp ngang, nuốm quả hơi lồi và to Quả chín có màu đỏ, quả ro vỏ dày Trọnglượng quả: 500 – 700 quả/1kg Hình dạng hạt cà phê mít giống hình dạng hạt càphê chè, hạt có màu vàng xanh hay vàng rạ, vỏ lụa dính sát vào nhân, khó bong.Trọng lượng hạt: 700 – 1000 hạt/100g hàm lượng cafein trong hạt: 1,02 – 1,15%.Năng suất: bình thường từ 500 – 600 kg cà phê nhân / 1ha, tốt là từ 1200 -1400 kg

Tỉ lệ thành phẩm so với nguyên liệu ban đầu (quả tươi) 10 -15% Thời gian từ lúc

ra hoa đến khi cho quả chín là 11-12 tháng Kích thước trung bình (mm) là 96-8) x(6-7) x (3-4) Cà phê mít có hạt không đều, khó chế biến, phẩm chất rất thấp, vịchua, hương vị thất thường nên không có giá trị thương mại trên thị trường thế giới.Nó không dùng đấu trộn với cà phê chè Về mặt trồng trọt nó là loại cà phê sinhtrưởng khỏe, chịu được hạn, ít kén đất, ít đòi hỏi công chăm sóc, hầu như không bịsâu phá hoại

1.3.5 C Liberica Bullinhiem

Ơû vùng Tây Phi còn có cà phê đầu đà (Coffea Liberica Bullinhiem) Cây lớn,cao 15 – 18 ,độc thân, sườn khỏe, cành ngang mọc chếch khi còn non, khi già ngảngang rồi vòng xuống hình chữ , cành phụ khỏe và đốt dài Lá to, hình trứng hoặchình lưỡi mác, kích thước lá dài từ 15 – 35cm, rộng từ 6 – 15 cm, phiến lá dài.Cuống lá dài và to, mặt dưới lá có nhiều gân Hoa màu trắng, tràng hoa từ 5 – 11cánh Quả thường là hình tròn dài từ 10 – 12 cm đường kính tiết diện 10 – 20 mm,nuốm quả lồi Dạng này là dạng bắt cầu của cà phê Chari, đặc tính thực vật biếnthiên không rõ rệt nên khó phân biệt với cà phê Chari

Giống cà phê lai giữa Arabica và Canephora có năng suất cao, kháng sâubệnh và trồng được ở vùng đất thấp, kém phì nhiêu

Hạt cà phê được phân loại kích thước hạt và loại bỏ những hạt như khôngđúng kích cỡ, hạt có màu sắc không đúng màu chuẩn như màu đen, màu nâu…, màuchuẩn là màu đỏ 2/3 hạt.

Hạt cà phê thường có dạng trứng, thuôn dài, chín thường có màu đỏ tươi, có

2 nhân áp bụng phẳng vào nhau Khi một trong hai nhân bị teo, hạt còn lại pháttriển cả hai mặt thành hình cong một nhân có hương vị đặc biệt Cà phê hạt sau thuhoạch có độ ẩm 65-70%, được phơi nắng hoặc sấy khô, đưa vào kho xử lý ẩm mộttuần để đạt độ ẩm đồng đều từ 10 – 12% sau đó được bóc vỏ, xử lí vỏ lại quanhhạt

Chương 2: CÔNG NGHỆ CÀ PHÊ TẨM Ở VIỆT NAM

Chế biến cà phê nhân nhằm loại bỏ những lớp vỏ bao bọc quanh hạt cà phêvà phơi sấy khô đến một nhiệt độ nhất định làm cho cà phê sống có giá trị thươngphẩm cao Sau đó tiếp tục chế biến tinh hơn như chế biến cà phê rang tẩm, cà phêbột thô, cà phê hòa tan hay sản phẩm có phối chế cà phê Độ ẩm để bảo quản vàchế biến là 12%

2.1 Phương pháp chế biến khô:

Đây là phương pháp chế biến lâu đời và đơn giản Nó thường áp dụng cho sảnphẩm cà phê có chất lượng trung bình Công đoạn phơi hay sấy nhằm làm giảm độẩm cà phê 65-70% xuống còn 12% trong 1-3 tuần Phương pháp này, trái cà phêchín và non đều phơi chung với nhau, nên tiện lợi cho những nơi không đủ lao độngđể đảm bảo quả chín mới thu hoạch

Có 2 cách thực hiện:

Trải cà phê để phơi nắng nơi khô ráo thoáng gió thành một lớp mỏng dày 8cmvới mật độ 20-30kg/cm2 trên sân đất, gạch, cimemt, vạt tre, bạt vải

Thường xuyên cào đảo khi phơi và có đồ che cho cà phê về đêm hay trời mưa.Trong điều kiện thuận lợi, công việc phơi hoàn tất sau 10-14 ngày

Việc phơi và phê trên sân đất làm cho sản phẩm cà phê có mủi đất và một số visinh, nấm mốc phát triển gây hỏng hạt cà phê

Sấy cà phê khắc phục những khuyết điểm của việc phơi nắng cà phê và tiếtkiệm nhân công năng suất cao

Nhiệt độ sấy 50-550C

Sau khi hoàn tất phơi sấy, lắc cà phê hột cá tiếng kêu Vỏ cà phê có màu nâuđậm, giòn và được chuyển sang giai đoạn bóc vỏ

Cà phê chế biến theo phương pháp khô cho sản phẩm kém chất hơn gọi là càphê phổ thông (hard coffee) Ơû Braxin 80% cà phê chè được chế biến theo phươngpháp này Ơû châu Á và Châu Phi, cà phê vối được chế biến theo phương pháp này.2.2 Phương pháp chế biến ướt:

Phương pháp này tốn kém phức tạp hơn phương pháp chế biến khô nhưng sảnxuất ra cà phê sạch và phẩm chất tốt hơn Phương pháp này tiêu thụ nhiều nướcsạch và cà phê thu hoạch là trái chín Nó được sử dụng rộng rãi ở Kenya vàColumbia

a Làm sạch và phân loại

Trước khi đưa vào xát vỏ phải qua làm sạch và phân loại Tách các tạp chất lẫntrong nguyên liệu, làm cho kích thước nguyên liệu đồng đều, tạo điều kiện tốt choviệc tăng năng suất và độ bền của thiết bị, đảm bảo chất lượng của sản phẩm.Tùy theo thành phần và tính chất của tạo chất, độ đồng đều của nguyên liệu màcông đoạn làm sạch và phân loại sẽ dễ dàng hoặc khó khăn, đơn giản hay phứctạp

 Cơ sở của các phương pháp làm sạch và phân loại:

Để làm sạch và phân loại người ta dựa vào sự khác nhau về tính chất vật lý,trạng thái của nguyên liệu và tạp chất Đặc biệt phải chú ý đến các tạp chất khólàm sạch để loại chúng ra, đồng thời phải cố gắng áp dụng các phương pháp kinhtế nhất, có hiệu quả nhất Nói chung có thể qui về các phương pháp sau:

- Dựa vào sự khác nhau giữa chiều rộng, chiều dài của nguyên liệu và tạpchất để phân loại và làm sạch: thông thường nhất là dùng luới sàng, có thểdùng sàng chuỗi, sàng chấn động, sàn lắc ngang, sàng tròn, sàng nẫy…

- Dựa vào sự khác nhau giữa chiều dài của nguyên liệu và tạp chất để phânloại, thường dùng là máy chọn hình trụ hoặc máy chọn đĩa…

- Dựa vào sự khác nhau về sức chịu gió của nguyên liệu và tạp chất để làmsạxh và phân loại Trong các nhà máy chế biến cà phê thường dùng quạthòm, máy Catodor.

- Dựa vào sự khác nhau về hình dáng, trạng thái bề mặt, trọng lượng riêng đểlàm sạch và phân loại Thí dụ: bể xi phông (phân loại và làm sạch bằngnước, máy tách đá…

 Các phương pháp thường dùng để làm sạch và phân loại cà phê quả:

Trong các nhà máy chế biến cà phê người ta thường dùng phương pah1p sàngchấn động và bể xi phông để làm sạch và phân loại

 Sàng chấn động:

Ưu điểm của sàng chấn động là vừa tách được các loại tạp chất, lại vừa phânloại được quả to, quả nhỏ làm tăng độ đồng đều của nguyên liệu, hiệu suất lớn,năng suất cao

Kích thước lỗ sàng: sàng chấn động thường có 2 loại lỗ: loại lỗ đan và loại lỗđột Kích thước lỗ sàng phải căn cứ vào kích thước nguyên liệu và tạp chất, tùytheo yêu cầu làm sạch hoặc phân loại mà chọn lỗ sàng cho thích hợp

 Phân loại bằng bể xi phông:

Dựa vào sự khác nhau về tỉ trọng giữa hạt tốt và hạt xấu mà tiến hành phânloại

Những tạp chất nặng như: đá, sỏi, kim loại, đất, cát… lắng xuống đáy bể

Những tạp chất nhẹ: cành, lá, quả lép, quả sâu… nổi trên mặt nước

Còn phần lớn những quả nặng và vừa thì hoặc chìm xuống hoặc lơ lững trongnước

b Xát tươi

Thành phần chủ yếu của vỏ quả là glucid và một phần protic ở dạng protein,nhưng nó không tham gia trong quá trình hình thành chất lượng của thành phẩm màcòn gây khó khăn trong quá trình chế biến chư thối rửa, kéo dài thời gian sấy, vìvậy người ta phải loại bỏ lớp vỏ quả Việc xát vỏ cần thực hiện càng tốt nhằmtránh tiến trình lên men và phát sinh vị lạ ngoài ý muốn trong cà phê Công đoạnnày nên hoàn tất trong vòng 12-24 giờ sau khi hái trái Nếu vì lí do gì đó không xátvỏ kịp thì nên bảo quản khối trái trong bể nước Yêu cầu công việc xát vỏ không làtổn thương vỏ thóc và nhân cà phê bên trong.

Lớp vỏ sau khi tách dùng làm phân xanh, thức ăn gia xúc

Có 3 loại tác động cơ học làm cà phê quả bị tuôt vỏ, đó là nén, xé, va đập Tùytheo từng loại thiết bị mà cách tác động cơ học lên nguyên liệu (cà phê) khác nhau,nhưng nói chung đề thuộc 3 phương pháp sau:

- Nén và xé: điển hình là máy xát tươi kiểu hình trụ và kiểu đĩa

- Đập và xé: điển hình là máy xát Raseng

- Văng đập: điển hình là máy xát ly tâm, loại này không dùng đối với cà phêquả

c Tách lớp vỏ nhớt

Đặc tính của lớp vỏ nhớt còn bám quanh vỏ thóc là không tan trong nước Bềdày lớp vỏ thóc cỡ 1,5mm, tiếp xúc không khí nó có màu nâu Khi lớp vỏ được bócthì vô số các vi sinh vật như men, nấm mốc, vi khuẩn trong môi trường chungquanh phát triển tại đây và có thể tạo nên hương vị lạ cho cà phê Mặc khác lớpnhớt gây khó khăn cho phơi sấy khô và bảo quản cà phê

Có 5 biện pháp để tách nhớt:

- Lên men tự nhiên trong quá trình ngâm ủ ở các thùng gỗ hay bể ciment:

+ Nước được tháo ra hết bể chứa, cà phê được giữ ở đó cho tới khi lớp nhàytan ra và cũng được xả liên tục ra ngoài Lớp trên cùng được phủ lá chuối, bao bịướt… phủ lên trên bể lên men Gọi là lên men khô.

+ Nước không được tháo ra và tiến trình lên men trong khối nước Dịch menchỉ được xả ra một lần khi hoàn tất quá trình lên men Gọi là lên men ướt

Trong quá trình lên men phải đảo trộn 2-3 lần để điều hòa hoạt động của cácenzyme Thời gian lên men 12-24 giờ, vùng khí hậu mát mẻ 36-60 giờ Kết thúcquá trình lên men PH của đống ủ giảm từ 6,8 xuống 4,5-4,8

- Biện pháp sinh hóa

Cho enzyme vào cà phê sau khi xát vỏ và lên men 24 giờ rồi đem rửa nước

- Biện pháp hóa học:

Dùng hóa chất là NaOH hay NaCO3 vào bể cà phê đã xát vỏ để tách nhanh lớpnhớt Cà phê xử lí theo phương pháp hóa học có vị nhạt, không đậm đà bằng càphê tự nhiên

- Nước ấm:

Đun hỗn hợp khối cà phê đã xát vỏ đến hiệt độ 47-530C càng nhanh càng tốt.Nước ấm sẽ bẽ gãy các cấu trúc pectin tồn tại ở dạng thể keo nên lớp nhớt dễ dàngtách ra sau 3 phút

- Ma sát: có thể dùng các máy Raoeng, Aquapulpa ở Anh để tách nhớt

Đối với cà phê trong sấy lúc đầu đưa nhiệt độ lên cao sau đó hạ thấp dần và độẩm sau khi sấy là 12%.

f Tách vỏ:

Một số máy tách vỏ chuyên dùng cho cà phê chế biến theo phương pháp ướthay khô Ngày nay thường sử dụng mộ máy đa năng có cơ cấu điều chỉnh thíchhợp Cà phê tách vỏ đưa vào máy có độ ẩm là 11-12%

g Đánh bóng, sàng phân loại:

Đánh bóng nhằm tách vỏ bạc còn dính vào tâm hạt hoặc làm tăng vẻ đẹp chohạt cà phê

Sàng phân loại các hạt cà phê khuyết điểm hoặc loại các tạp chất khác như đá,vỏ vụn, cành lá…

h Bảo quản, vận chuyển cà phê:

Các vần đề nảy sinh là nhiệt độ môi trường quanh hạt cà phê vượt quá 250C vàđộ ẩm không khí tương đối cao làm cho cà phê dễ hút ẩm lại vượt quá 12% Vi sinhvật sẽ phát sinh gây thối rữa và tạo nên vị là cho cà phê

Phòng ngừa côn trùng gây hại, gặm nhấm bằng cách phu xịt huốc Cà phê đượcbảo quản tạm một thời gian trong các kho và được xếp trênc ác giá gỗ Vận chuyểncà phê nhân trong các container hay trong nhiều bao bố chứa 60-70kg

Hình 2.1: Sơ đồ chế biến cà phê thóc

Ngoài ra còn có phương pháp nửa ướt nửa khô là phương pháp chế biến trunggian giữa hai phương pháp trên Cà phê đem xát tươi không qua ngâm rửa đượcđem đi làm khô, xay xát để nhận cà phê nhân

2.3 Công nghệ sản xuất cà phê rang tẩm – bột mịn:

a Rang, tẩm cà phê:

 Rang cà phê :

Việc rang cà phê làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Rang hơi cháy thì tỉlệ thành phẩm tăng nhưng hương vị giảm Nhiệt độ và thời gian rang cần chọn thíchhợp để đảm bảo chất lượng sản phẩm

Cà phê nhân trước khi rang được phân loại, làm sạch bụi đá tạp chất.

Rang là quá trình tạo màu sắc và hương thơm cho cà phê Thông thường cà phêrang ở nhiệt độ 1800C và tăng dần 200-2400C Thời gian rang là 12-15 phút hoặc25-40 phút tùy thiết bị rang

Có những phương pháp rang cà phê nhân sau:

- Đốt nóng trực tiếp thiết bị ở nhiệt độ rang và cho khối cà phê tiếp xúc vớithiết bị Phương pháp này thường áp dụng trong thực tế

- Thổi luồn không khí nóng được tạo ra bằng thiết bị trao đổi nhiệt, qua khốicà phê rang (rang theo kiểu tầng sôi) Phương pháp này cho năng suất caovà thường áp dụng trong các nhà máy chế biến cà phê có năng suất lớn

- Thiết bị rang có hệ thống làm lạnh tiếp xúc với khối cà phê sau khi kết thúcquá trình rang để đưa cà phê về bằng nhiệt độ môi trường

- Thiết bị rang để giữ hương thơm cà phê với nhiệt độ rang 400-5000C trongvòng 10 phút, khi đó nhiệt độ nhân cà phê ngay sau khi rang xấp xỉ 2000Clàm lạnh nhanh ở âm 170C trong vòng 3-5 phút

Các biến đổi lý hóa trong quá trình rang: mất nước và sản sinh ra các chất khímà chủ yếu là CO2, ngoài ra hương vị cà phê sẽ hòa tan vào nước tạo nên hươngdịch cà phê Lượng acid chlorogenic, sucrose giảm mạnh, một lượng nhỏ caffeinemất đi, chất polysacharide bị thủy phân bởi acid tạo thành arabinose, galatose,mannose, glucose, còn chất protein bị thủy phân một phần hoặc hoàn toàn do nhiệt,lượng acid malic giảm và dầu cà phê thì không đổi

Cà phê sau khi rang rất dễ hút ẩm và mất hương thơm nếu không được bảoquản cẩn thận

 Tẩm cà phê:

Sau khi rang, hạ nhiệt cà phê rang khoảng 700C, người ta thường thêm vào mộtsố chất như bơ, đường, rượu, chất tạo hương để tẩm vào cà phê theo một tỉ lệ phùhợp Số lượng và thành phần chất tẩm phụ thuộc vào khinh nghiệm của các nhàsản xuất.

Công thức tẩm cho 1kg cà phê hạt (cà phê Robusta 700g, cà phê Mokka 100g,còn lại cà phê Arabica L.var catimor):

CHẤT TẨM KHỐI LƯỢNG (g), (ml)

Độ ẩm cà phê sau tẩm 12%

Cà phê tẩm việt Nam thuộc dạng tẩm nặng Nhân cà phê tẩm có độ cứng trungbình và giòn Hỗn hợp tẩm là những chất dễ bám dính nên trong quá trình nghiềnđể tạo thành bột, lại dễ tạo thành bột bám dính, bệt vào profin rãnh nghiền

b Pha trộn:

Công đoạn pha trộn được thực hiện sau khi rang tẩm Mỗi loài cà phê ít khi cóđầy đủ hương vị để người uống ưa thích Pha trộn nhiều loại cà phê với nhau để tạohương vị hợp với khẩu vị nhiều vùng miền hoặc tùy theo từng dân tộc, quốc giamào tỉ lệ pha trộ khác nhau để có khẩu vị thích hợp…

c Bao bì bảo quản:

Cà phê sau khi rang khó bảo quản, hút ẩm nhanh, mất hương vị sau 2-3 tuần.Yếu tố chính làm giảm hương vị cà phê là khí Oxy và ánh sáng làm cà phê xuốngphẩm Do đó ngoài việc tẩm cà phê để tạo hương vị đặc trưng và bả quản cà phêrang Thường cà phê rang tẩm được chứa trong bao bì bẳng thủy tinh, polyethylen,nhựa dẻo… hay đóng gói cà phê chung với khí CO2, khí Azot hàm lượng O2 dư trongbao bì nhỏ hơn 2%

d Nghiền cà phê:

Đây là dạng nghiền hạt, là quá trình biến hạt thành những phần tử nhỏ hơn nhờlực phá vỡ lớn hơn lực kiên kết của các phần tử bột nghiền Có nhiều dạng nghiềnkhác nhau:

- Quá trình biến cá nguyên liệu rắn thành các phần tử nhỏ có kích thước xácđịnh Các phần tử này là sản phẩm cuối cùng của quá trình nghiền Cách nghiềnnày gọi là nghiền đơn giản Nó cho năng suất cao, thường dùng cho các thiết bịnghiền trục

- Nghiền phức tạp là quá trình biến nguyên liệu rắn thành các phần tử nhỏhơn nhưng sau mỗi lần nghiền có phân loại và các phần tử có kich thước khác nhauđược đưa vào các hệ nghiền khác nhau để tiếp tục nghiền cho nhỏ hơn Thiết bịnghiền có kết cấu phức tạp, cho năng suất thấp nhưng bột nghiền đồng đều

Tùy theo tính chất nguyên liệu như kích thước, độ cứng, độ dẻo quánh, hàmlượng dầu ở hạt và yêu cầu công nghệ của sản phẩm sau khi nghiền, cỡ bột nghiềnứng với tỉ lệ cao, mức độ đồng đều, năng suất, chi phí năng lượng v.v… có nhữngchu trình nghiền thích hợp

- Chu trình kín:

Nguyên liệu được đưa trực tiếp vào máy nghiền Bột sản phẩm ra khỏi máy,vào thiết bị phân loại Số sản phẩm đạt yêu cầu qua thiết bị phân loại, sản phẩmkhông đạt tiếp tục qua máy nghiền cùng nguyên liệu mới.

Chu trình này có hiệu quả kinh tế không cao, ít dùng do năng suất thấp, chi phínăng lượng cao, mặc dù bột nghiền đồng đều

Sản phẩm là cà phê bột, sau khi rang tẩm nhân cà phê thì tiến hành nghiền thay

vì đóng gói Độ mịn của bột nghiền ảnh hưởng nhiều đến quá trình trích ly và thờigian nước sôi ngấm qua bột cà phê (thời gian chế cà phê)

Bột nghiền có phân bố hạt nhỏ mịn cao thì thời gian chế cà phê càng nhanh vớiđộ chính xác cao (tài liệu MPE _ Mỹ)

Nhiệt độ bột nghiền cà phê nên 30-400C để giữ hương vị cà phê

Bột nghiền có màu nâu mịn được phân tích qua rây lần lượt có các đường kính(mm) là 0,5 0,30,20,150,1250,097 để xác định % độ phân bố hạt mịnsau nghiền

Thủy phần cà phê bột là 4-5%

Chất hòa tan trong nước là 25-35%

Hàm lượng tro 5% và tro không hòa tan 0,1%

Hàm lượng caffeine 1 – 1,4%

Tạp chất < 5mg /1kg

Cà phê bột bảo quản tối đa 1 – 3 tháng Nếu cần bảo quản lâu hơn thì đóng góichân không hay đóng gói có khí trơ.

Caffeine trong cà phê là chất gây ảnh hưởng không tốt cho sức khỏe, có 2phương pháp tách caffeine:

- Tách bằng dung môi hữu cơ methylen chloride, dichloromethane

- Tách bằng nước cho tỉ lệ trích cao hơn và thu được caffeine tinh khiết hơn.Cà phê được cho qua cột trích và nước chảy qua trong 8 giờ Hiệu suất tríchcaffeine là 98%, cà phê đã tách caffeine có độ ẩm 53% đem sấy và chế biến bìnhthường

e Trích ly cà phê:

Là một trong những công đoạn chính của sản xuất cà phê hòa tan Người tathường trích ly liên tục qua nhiều tháp (6-7) tháp và gia nhiệt trong điều kiện ápsuất thích hợp để đạt hiệu suất trích ly cao, đồng thời giữ lại tối đa hương vị cà phê.Những tháp chứa cà phê còn ít chất hòa tan được gia nhiệt cao và ngược lại Hiệusuất trích ly thường đạt 25-35% hoặc 40-45% bằng phương pháp trích ly siêu âm.Phương pháp này phức tạp nhưng lấy đi toàn bộ chất hòa tan trong bột cà phê, thờigian trích ly ngắn và chỉ sử dụng nước lạnh

Dịch cà phê được lọc qua thiết bị lọc khung bản hay thiết bị li tâm để làm lắngtrong dịch cà phê Trước khi làm khô triệt để, tiến hành cô đặc trong nồi chânkhông ở nhiệt độ thấp để tăng nồng độ chất tan trong dung dịch và rút ngắn thờigian sấy

f Tạo dạng bột:

Có nhiều phương pháp tạo dạng bột bằng phương pháp sấy Thường dùng nhấthiện nay là sấy phun Buồng sấy hình côn có không khí nóng phun vào Dụng cụphun là van phun hay đĩa phun Bột thành phẩm dạng hạt rất nhỏ, rổng ruột, dễ hòa

Sấy chân không, dịch đặc cà phê được bốc hơi trong buồng chân không ở nhiệtđộ thấp Dịch được dàn mỏng trên những trục lớn có hơi nóng đi trong trục, bột khôthành những màng mỏng quanh ống và có cơ cấu cạo ra rồi tán nhỏ, rây Bột hòatan nhanh Ngoài ra còn có phương pháp sấy thăng hoa và hồng ngoại Dịch đặc càphê làm lạnh, sau đó dùng tia hồng ngoại sấy đột ngột làm nước bốc hơi, cà phêcòn lại ở dạng tinh thể Tinh thể cà phê chất lượng tốt, dễ hòa tan.

g Đóng gói:

Bột hòa tan được làm nguội và đóng gói trong phòng chân không Gói đựng bộtlà lọ thủy tinh màu nâu sậm, hộp kim loại không gỉ hoặc túi nhựa có phủ kim loạimỏng

h Đóng lon:

Là sản phẩm công nghiệp có thể phục vụ người tiêu dùng nhanh chóng, mọi lúcmọi nơi Các côn g đoạn: chọn - phân loại nhân cà phê – rang tẩm – xay nghiền –trích ly – lắng trong dung dịch được thực hiện tương tự như như công nghệ sản xuấtcà phê hòa tan

Dịch cà phê được lắng trong, làm lạnh nhanh, sau đó bổ xung các chất bảo quảnnhư acid erythobic, acid ascorbic, nước muối, khí CO2 hoặc nitrogen trước khi chiếtrót và đóng lon ở nhiệt độ < 200C

PHẦN 2:

THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN VÀ MÁY TRỘN CÀ PHÊ BỘT

Chương 3: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN CÀ PHÊ

3.1 Tổng quan thiết bị nghiền

Thiết bị nghiền là một trong các yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượngbột cà phê Nó đảm bảo năng suất sản xuất đáp ứng nhu cầu sản phẩm tiêu thụ nộiđịa và xuất khẩu Trong quá trình nghiền nguyên liệu, rãnh nghiền, mặt nghiềnluôn luôn chịu những điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ, mài mòn, áp lực nén,rung động, va đập…

Tùy theo các điều kiện nguyên liệu như độ ẩm, hàm lượng dầu, kích thướcnguyên liệu v.v… mà biên dạng rãnh, bề mặt nghiền và các thông số động học saocho phù hợp để tăng chất lượng bột nghiền, đảm bảo năng suất và tuổi bền của cơcấu nghiền có thời gian sử dụng dài hay ngắn

Các cơ cấu nghiền được làm bằng những vật liệu có độ cứng, độ chịu mài mòn,chịu nhiệt

3.1.1 Thiết bị nghiền cà phê đang sử dụng tại Việt Nam:

Ơû Việt Nam ta, các cơ sở, công ty cơ khí đã và đang chế tạo được các máynghiền các phê chủ yếu là thiết bị nghiền có mặt nghiền dạng đĩa

Hình 3.1: máy nghiền đĩa

Trên thị trường, các đơn vị kinh doanh và chế biến cà phê nước ta hầu như đangsử dụng những thiết bị nghiền cà phê loại này.

Các rãnh nghiền trên bề mặt 2 đĩa bằng gang, nguyên liệu được nghiền qua khegiữa 2 đĩa (một đĩa quay và một đĩa cố định)

Hạt cà phê bị nép ép, va đập chà sát giữa áp lực của 2 thớt đĩa và lực ly tâmđưa bột hạt dần ra ngoài

- Ưu điểm là kết cấu đơn giản, vững chắc, chi phí đầu tư ít

- Nhược điểm là khả năng phân bố hạt mịn của bột nghiền thấp (độ mịn bộtnghiền lớn) Năng suất máy thấp, bột nghiền nhiều bụi và nhiễm kim loại dođĩa nghiền làm bằng gang

Cà phê là mặt hàng thương mại lớn thứ hai của thế giới, sau dầu mỏ Ơû ViệtNam, giá trị xuất khẩu cà phê chỉ đứng sau gạo Các tổ chức như Hiệp hội cà phêViệt Nam (1/1990) và tổ chức cà phê quốc tế (3/1991) đã tạo điều kiện buôn báncà phê giữa nước ta với nhiều nước Châu Âu, Châu Á

Một trong những khó khăn của ngành chế biến cà phê nước ta là những thiết bịnghiền cà phê dạng đĩa, không đảm bảo chất lượng bột nghiền Do không đảm bảochất lượng, nhất là độ phân bố hạt mịn nên giá thành chế biến cao, không đủ sứccạnh tranh và nước ta xuất khẩu cà phê thô là chủ yếu

Năm 2006, khi AFTA và WTO có hiệu lực toàn diện, thuế nhập khẩu sẽ giảmđến mứa thấp nhất và có thể đi đến bãi bỏ Cá sản phẩm sản xuất ở nước ta sẽ bịcạnh tranh gay gắt Những thiềt bị nghiền cà phê dạng đĩa được sử dụng như hiệnnay, phục vụ cho các đơn vị kinh doanh sản xuất cở nước ta khó đáp ứng nhu cầu,đảm bảo chất lượng, tăng năng suất, giảm giá thành sản xuất

3.1.2 Thiết bị nghiền trục của nước ngoài:

Ơû nước ngoài, các máy nghiền trục profin răng được sử dụng rộng rãi để nghiền

cao, bột nghiền ít bụi, kích thước bột nghiền nhỏ, tương đối đồng đều, nhiệt độnghiền thấp.

Hình 3.2 : Cặp trục nghiền của nước ngoài

Nhưng các máy này nhập vào nước ta để nghiền cà phê sau tẩm thì không sửdụng được do cà phê tẩm Việt Nam có độ tẩm rất nặng, làm bột nghiền bệt dínhvào rãnh răng Vì vậy chúng ta phải nghiên cứu lại nghiền trục răng nhằm xác địnhprofin răng phù hợp với cà phê sau tẩm và có khả năng được làm sạch tốt (cơ cấulàm sạch)

3.1.3 Ưu nhược điểm của sản phẩm cà phê Việt Nam (cà phê rang tẩm)

Cà phê đã rang để nguội rất khó bảo quản Nó hút ẩm mất mùi thơm và mùi vịnhanh sau 2 – 3 tuần

Yếu tố ảnh hưởng chính phá hoại hương thơm là khí Oxy và ánh sáng, chúnglàm cà phê xuống phẩm

Cà phê của nước ta sau khi rang hạ nhiệt độ còn khoảng 700C, người ta thườngtẩm quanh nhân cà phê một số chất lỏng, bột hòa tan như đường hay hỗn hợpđường với chất béo(bơ), các chất tạo hương…, hỗn hợp không quá 2%

Ưu điểm của cà phê sau khi tẩm là làm cho cà phê không bị mất hương thơm,không bị hút ẩm trở lại, màu sắc đẹp, tạo thêm hương vị đặc trưng hơn, việc bảoquản đơn giản.

Nhược điểm là khó nghiền, bột nghiền đễ dính vào trục nghiền

3.2 Cơ sở lý thuyết nghiền:

Nguyên liệu từ các cục to hoặc hạt qua quá trình nghiền thành dạng cục, hạt cókích thước nhỏ hơn hoặc bột thô, vừa, mịn Gọi kích thước trung bình bột thànhphẩm sau nghiền trước khi đem nghiền là D và kích thước trung bình bột thànhphẩm sau nghiền là d

3.2.1 Bảng phân loại mức nghiền nguyên liệu:

3.2.2 Các phương pháp nghiền:

Quá trình nghiền nhỏ nguyên liệu nhờ các lực cơ học Các dạng tác dụng cơ họcnhằm phá vỡ nguyên liệu đem nghiền Tùy kết cấu mày nghiền, có các lực phá vỡ

nguyên liệu như: nén, ép, chẻ, bẻ, cắt, xẻ, trượt, đập vỡ để tạo ra nhiều mẫunguyên liệu nhỏ hơn.

Tùy tính chất nguyên liệu nghiền, cần có các lực phá vỡ nguyên liệu thích hợp:

- Lực nén ép thích hợp cấu trúc nguyên liệu giòn, mềm cứng, trung bình, rấtcứng Năng lượng tiêu tốn cho quá trình này là làm biến dạng đàn hồi và phá vỡnguyên liệu

- Lực cắt, xẻ chà xát dễ dàng cho các nguyên liệu mềm, nhưng chà xát có giớihạn thích hợp cho các nguyên liệu giòn, cứng trung bình

Tất cả các lực trên được sử dụng trong phương pháp nghiền thô Muốn nghiềnnhỏ hơn thì tăng khả năng ma sát giữa các mặt nghiền với nguyên liệu nghiền

Bảng 3.2: Bảng phân loại lực thích ứng cho từng nguyên liệu nghiền:

Nguyên liệu

Rất cứng Thích hợp Thích hợp

Cứng trung bình Thích hợp Thích hợp Có giới hạn Thích hợp

Mềm Có giới hạn Thích hợp Thích hợp Thích hợp Thích hợpGiòn Thích hợp Thích hợp Có giới hạn Thích hợp

Bảng 3.3: So sánh sự nghiền, số hạt sau nghiền/gam (máy nghiền trục, Bộ mônChế tạo máy, ĐHBK TP.HCM)

Đặc tính hạt Kích thước hạt d sau nghiền (mm) Số hạt sau nghiền/gam

 Thể tích trunh bình của một nhân cà phê tẩm là 187mm3

Suy ra kích thước 1 mẫu lập phương các dạng nghiền là cà phê thô, bán tinh và tinhnhư sau:

- Nghiền thô có 100-300 mẩu/ hạt  thể tích trung bình một mẫu sau nghiềnthô:

3

2 ( 1 1 1 ) 395

, 0 2 300 100

187

mm x x mm



 Số thể tích mẫu bột nghiền thô tăng (100÷300) lần

Nghiền thô, bán thô và nghiền tinh cần có thêm khả năng chà xát có giới hạn củanguyên liệu ở giữa 2 mặt trục nghiền (cặp trục có tỉ số vận tốc vòng) để tặng độphân bố hạt mịn bột nghiền

- Nghiền bán tinh có 500-800 mẫu/ hạt

 Thể tích trung bình một mẫu sau nghiền bán tinh:

3

3 ( 0 , 66 0 , 66 0 , 66 ) 2877

, 0 2 800 500

187

mm x

x mm



Và số thể tích mẫu bột nghiền bán tinh tăng 800/300÷500/100 = (2,66÷5) lần

- Nghiền tinh có 1000-3000 mẫu/hạt:

 Thể tích trung bình của một mẫu sau nghiền tinh:

3

3 ( 0 , 4539 0 , 4539 0 , 4539 ) 0935

, 0 2 3000 1000

187

mm x

x mm



Và số thể tích bột nghiền tinh tăng: 1000/500÷3000/800 =(2÷3,75) lần

Nhận xét:

- Số lần mẫu mới sau nghiền bán tinh lớn hơn nghiền tinh

- Kích thước trug bình mỗi loại mẫu nghiền như sau:

Thô  1 mm

Bán tinh  0,66 mm

Tinh  0,4539 mm

3.2.3 Các thuyết nghiền (các phát biểu và công thức gần đúng):

3.2.3.1 Thuyết bề mặt của P.R.Rittingo (A = fD 2 ).

Công cho quá trình nghiền tỉ lệ thuận với bề mặt mới tạo thành của nguyên liệuđem nghiền Oâng giả thuyết nguyên liệu đem nghiền có hình lập phương

Công: A = 6ArD2(i – 1)

Ar: công tiêu hao riêng khi nghiền để tạo ra một đơn vị bề mặt mới

D: kích thước lập phương ban đầu và d là kích thước lập phương sau khi nghiền

i =D/d

Trong thực tế nguyên liệu trước khi nghiền và sau khi nghiền có hình dạng bất

kì Mặt khác công không chỉ dùng để phá hủy nguyên liệu tạo ra bề mặt mới màcòn dùng làm biến dạng nguyên liệu trước khi phá vỡ Nên khi tính toán phải thêmhệ số hiệu chỉnh k  vậy A = 6kArD2(i – 1)

k = 1,2 ÷ 1,7( phụ thuộc vào hình dạng, tính chất nguyên liệu và phương phápnghiền)

Kết luận: quá trình nghiền rất phức tạp

3.2.3.2 Thuyết thể tích của Kiêcpitrôv:

Công tiêu thụ để nghiền tỉ lệ với thể tích của phần vật thể bị biến dạng

Cơ sở của thuyết thể tích là tính công biến dạng của vật thể khi nghiền

E : modun đàn hồi

F : diện tích bị biến dạng

 : ứng suất nén khi biến dạng;  PF

V : thể tích của vật biến dạng; V = lF

Hai vật thể cùng có chất liệu như nhau, đã đồng dạng với nhau trước khi cóngoại lực tác động vào chúng, thì vẫn giữ đồng dạng với nhau sau khi tác động, nếucác lực đó được phân bố đồng dạng theo các bề mặt của cả hai vật thể, và độ lớncủa các lực tương ứng trên mỗi đơn vị diện tích cùng đồng đều ở cả 2 vật thể.Tương ứng với địnhh luật trên, các phần tử của vật thể được nghiền vỡ ra với nhữngđiều kiện nhất định đều đồng dạng hình học với nhau Nếu chưa đủ để thu đượcnhững kiến thức định sẵn khi nghiền vỡ một lần thì phải lặp lại một số lần nghiềnnữa thành các phần tử nhỏ hơn và đồng dạng hình học với nhau

Vì thể tích vật nghiền vẫn không đổi nên năng lượng tiêu thụ để nghiền với mỗilần phá vỡ đều như nhau nếu chế độ nghiền Z là cố định

x : số lần nghiền vỡ vật thể có dạng lập phương, giảm kích thước từ L tới l

n : số phần tử tạo thành sau mỗi lần nghiền, do mỗi phần tử ở lần nghiềntrước vỡ thành

3

3 3

Vậy công nghiền tỉ lệ với lg của độ nghiền Z.

3.2.3.3 Công thức tổng hợp của Rêbinder:

Công thức tổng hợp để nghiền vỡ vật thể:

A = f1(V) + f2(S) = AV + AS = kV + αS

AV : cộng tiêu thụ cho phần thể tích biến dạng (đàn hồi) V của vật thể

AS : công tiêu thụ cho các diện tích S mới tạo thành của vật thể

k và α : các hệ số tỉ lệ

Rêbinder giải thích rằng, năng lượng tính theo thuyết thể tích sở dĩ ít sát với kếtquả thực nghiệm là vì khi nghiền, trên mặt vật thể thoạt tiên tạo thành nhiều vếtrạn nứt nhỏ gọi là “miền sắp bị nghiền vỗ” Khi lực bên ngoài không tác động nữathì các vết rạn nứt thuộc miền đó có thể khép lại do tác dụng của lực hút liên kếtphần tử của vật thể Do đó, số hạng αS là công tiêu thụ để tạo ra diện tích tổnghợp bởi diện tích mới tạo thành Sm và diện tích của các khe rạn nứt bị khép lại

Nó được hiệu chỉnh qua thực nghiệm của từng loại nguyên liệu nghiền

Qua thực tế sản xuất các máy nghiền cà phê nhập ngoại đã không phù hợp vớiđặc tính K (cơ lý tính) của hạt cà phê sau rang tẩm ở nước ta Nên không thực hiệnđược quá trình nghiền hiệu quả

Do đó để có quá trình nghiền hiệu quả, yêu cầu biên dạng cặp trục tác dụng lênnhân cà phê tẩm phải tạo ra nhiều bề mặt mới, thể rích mới sau nghiền và để khắcphục bột nghiền bệt vào rãnh phải tăng khả năng nghhiền nén ép vỡ, va đập vàgiới hạn khả năng chà xát (hoặc có sự hỗ trợ của cơ cấu làm sạch).

3.3 Phân tích và chọn lựa các phương án máy nghiền cà phê

3.3.1 Máy nghiền búa

Hình 3.3 : Máy nghiền búa

Bộ phận va đập là đầu búa Đầu búa có thể ghép cứng hoặc ghép xoay (bản lề)với trục quay Hạt cà phê được nghiền mịn do va đập của đầu búa quay với tốc độcao Bột mịn có kích thước xác định được cuốn lên cao và thổi ra khỏi buồngnghiền nhờ tác dụng của dòng khí có tốc độ thích hợp

 Cấu tạo máy nghiền búa:

Máy gồm vỏ máy (1) bằng gang hay thép Trên trục nằm ngang có lắp đĩa.Trên đĩa gắn các đầu búa (3), đầu búa có thể lắp cứng hay lắp xoay (bản lề) đượclàm bằng thép cứng Khi trục quay búa đập mạnh vào vật liệu làm vỡ nhỏ ra Vậtliệu sau khi nghiền được đưa qua sàng để phân loại

Máy nghiền búa có thể nghiền mịn Trong trường hợp này vật liệu sau khinghiền được quạt hút mang đi mà không cần qua sàng Khi nghiền mịn vật liệu vừachịu tác dụng đập của búa vừa chịu lực ma sát giữa các hạt và giữa hạt với máy.Máy nghiền búa có nhiều kiểu khác nhau tùy thuộc vào số lượng rôto, cách lắpbúa, có sàng hay không sàng…

Máy nghiền búa thường làm việc với số vòng quay của trục khoảng 500 – 800vòng/phút khi nghiền thô và khoảng 1000 -1500 vòng/phút khi nghiền mịn Độnghiền đạt được 5 – 10 đối với nghiền thô và 30 – 40 đối với nghiền mịn

 Ưu điểm:

- Có độ nghiền lớn Khi nghiền lại lần thứ 2, tỉ số nghiền có thể lên đến 40, vìvậy sau khi nghiền ta có thể nhận được kích thước sản phẩm nhỏ

- Có tỉ trọng năng suất riêng cao (là tỉ số năng suất với trọng lượng máy)

- Kết cấu đơn giản, thuận tiện trong khai thác

- Do máy quay với vận tốc lớn nên gây tiếng ồn và chấn động, làm ảnh hưởngxấu đến môi trường lao động

3.3.2 Máy nghiền dạng trục

Hình 3.4 : Máy nghiền trục

 Cấu tạo:

Gồm 2 trục nghiền bằng thép quay ngược chiều nhau

Trục của tang nghiền (2) đặt trên ổ đỡ di động luôn luôn được giữ vững bằng lòxo(3)

 Phân loại:

- Loại có 2 tang nghiền cố định: loại này hai tang nghiền không xê dịch đượcnên khi cán phải các loại vật liệu rắn dễ hỏng tang nghiền Vì vậy máy nàychỉ dùng để nghiền các loại vât liệu mềm

- Loại 2 trục di động: trục của 2 tang nghiền đều có răng Khi nghiền nếu gặpvật liệu to cứng quá không nghiền được thì lò xo (3) bị nén lại, khe hở giữa 2trục rộng ra, vât liệu đó sẽ rơi xuống, sau đó lò xo đẩy trục trở về vị trí cũ.Kích thước cơ bản đặc trưng cảu máy nghiền trục là đường kính tang nghiền Dvà chiều dài L Tỉ số giữa chiều dài và đường kính trục L/D = 0,5 – 2,5

Trên bề mặt trục làm nhẵn hoặc nhám Nếu nghiền vật liệu có độ cứng trungbình thì người ta làm trục có khía Máy nghiền trục có độ nghiền 10 – 15

Tốc độ quay của 2 trục nghiền có thể là như nhau, cũng có thể khác nhau Khi 2trục quay khác tốc độ thì thì quá trình miết vỡ được tăng cường