thiết kế nhà máy chế biến cà phê theo phương pháp khô năng suất 50 tấn nguyên liệuca.

Năm 2013, người ta ước tính có khoảng 1,6 tỉ ly cà phê 9 được uống mỗi ngày Con số khổng lồ này cho thấy rằng cà phê là thức uống mỗi ngày của hàng trăm triệu người. Nó là một thức uống hấp dẫn không thể thiếu đối với nhiều người và nhiều lứa tuổi, bởi lẻ một tách cà phê ngon thì có đầy đủ hương vị đặc biệt tạo cho người thưởng thức một cảm giác thích thú. Uống cà phê gây kích thích thần kinh tạo cảm giác hưng phấn chủ yếu là do hoạt chất chính là Caffein. Không những thế nó còn có những tác dụng như giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư gan do chứa chất chống oxy hóa, giảm đau đầu, khử mùi, tạo màu ,tẩy tế bào chết cho da,….Tuy nhiên, Caffein là một hoạt chất độc, vì vậy uống nhiều cà phê sẽ sinh ra táo bón, làm cho thần kinh quá kích thích bị rối loạn sau đó có thể bị suy nhược.Vì vậy không nên lạm dụng quá thức uống này. Năm 2013 vừa qua Việt Nam đứng thứ 2 thế giới về sản lượng cà phê xuất khẩu. Các vùng trồng cà phê từ lâu đời tại các tỉnh Lâm Đồng, Gia Lai, Đăk Lak, Quảng Trị, Sơn La 11. Diện tích canh tác và sản lượng thu hoạch cà phê tăng nhanh qua từng năm. Chất lượng cà phê tươi tăng, tuy nhiên chất lượng cà phê sau thu hoạch : cà phê nhân, cà phê rang xay… lại không cao. Các khâu sau thu hoạch như: bảo quản, vận chuyển, chế biến cần được chú trọng đầu tư và nâng cao kỹ thuật hơn để giữ được phẩm chất hạt ổn định và giảm hao hụt xuống mức thấp nhất, nâng cao hiệu quả kinh tế. Khẳng định giá trị cà phê nhân xuất khẩu của Viêt Nam với bạn hàng Quốc tế. Việc cấp thiết là nên xây dựng các nhà máy sản xuất cà phê nhân gần ngay gần các vùng chuyên canh. Vì vậy, tôi được phân công thiết kế nhà máy chế biến cà phê theo phương pháp khô năng suất 50 tấn nguyên liệuca. Quá trình cố gắng tìm tòi tài liệu, vận dụng những kiến thức được học tại trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng và học hỏi thêm, đồng thời dưới sự tận tình giúp đỡ của PGS.TS Đặng Minh Nhật cùng các bạn sinh viên, tôi đã hoàn thành bản đề án này.

LỜI NÓI ĐẦU

Năm 2013, người ta ước tính có khoảng 1,6 tỉ ly cà phê [9] được uống mỗi ngày Con số khổng lồ này cho thấy rằng cà phê là thức uống mỗi ngày của hàng trăm triệu người Nó là một thức uống hấp dẫn không thể thiếu đối với nhiều người

và nhiều lứa tuổi, bởi lẻ một tách cà phê ngon thì có đầy đủ hương vị đặc biệt tạo cho người thưởng thức một cảm giác thích thú Uống cà phê gây kích thích thần kinh tạo cảm giác hưng phấn chủ yếu là do hoạt chất chính là Caffein Không những thế nó còn có những tác dụng như giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư gan do chứa chất chống oxy hóa, giảm đau đầu, khử mùi, tạo màu ,tẩy tế bào chết cho da,….Tuy nhiên, Caffein là một hoạt chất độc, vì vậy uống nhiều cà phê sẽ sinh ra táo bón, làm cho thần kinh quá kích thích bị rối loạn sau đó có thể bị suy nhược.Vì vậy không nên lạm dụng quá thức uống này

Năm 2013 vừa qua Việt Nam đứng thứ 2 thế giới về sản lượng cà phê xuất khẩu Các vùng trồng cà phê từ lâu đời tại các tỉnh Lâm Đồng, Gia Lai, Đăk Lak, Quảng Trị, Sơn La [11] Diện tích canh tác và sản lượng thu hoạch cà phê tăng nhanh qua từng năm Chất lượng cà phê tươi tăng, tuy nhiên chất lượng cà phê sau thu hoạch : cà phê nhân, cà phê rang xay… lại không cao Các khâu sau thu hoạch như: bảo quản, vận chuyển, chế biến cần được chú trọng đầu tư và nâng cao kỹ thuật hơn để giữ được phẩm chất hạt ổn định và giảm hao hụt xuống mức thấp nhất, nâng cao hiệu quả kinh tế Khẳng định giá trị cà phê nhân xuất khẩu của Viêt Nam với bạn hàng Quốc tế Việc cấp thiết là nên xây dựng các nhà máy sản xuất cà phê

nhân gần ngay gần các vùng chuyên canh Vì vậy, tôi được phân công thiết kế nhà máy chế biến cà phê theo phương pháp khô năng suất 50 tấn nguyên liệu/ca.

Quá trình cố gắng tìm tòi tài liệu, vận dụng những kiến thức được học tại trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng và học hỏi thêm, đồng thời dưới sự tận tình giúp đỡ của PGS.TS Đặng Minh Nhật cùng các bạn sinh viên, tôi đã hoàn thành bản đề án này

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ

1.1 Đặt vấn đề

Cà phê nhân của Việt Nam còn kém chất lượng và bị ép giá trên thị trường thế giới nên vấn đề thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân cho có hiệu quả kinh tế, chất lượng sản phẩm tốt, ổn định và có khả năng đứng vững trên thị trường là việc hết sức quan trọng Vì thế ta cần phải cân nhắc để lựa chọn công nghệ, trang thiết bị

và địa điểm xây dựng

Để xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê nhân cần chú ý các vấn đề sau:+ Tính khả thi

+ Vị trí xây dựng

+ Địa điểm xây dựng

+ Năng suất

+ Đường giao thông

+ Nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm

+ Nguồn cung cấp năng lượng: điện, nước, nhiên liệu

1.3 Vị trí xây dựng

Như chúng ta đã biết việc chọn địa điểm để xây dựng phân xưởng đóng vai

trò quan trọng Nhà máy phải đặt ở địa điểm sao cho vừa đảm bảo hoạt động tốt trong thời gian sản xuất đồng thời đáp ứng các yêu cầu công nghệ trang thiết bị của phương pháp mà ta lựa chọn để chế biến Muốn vậy nhà máy được xây dựng cần phải thoả mãn các điều kiện sau: gần nguồn nguyên liệu, gần sông hồ để tận dụng nguồn nước, gần mạng lưới điện quốc gia, các điều kiện khí hậu: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió thích hợp, nguồn lao động dồi dào…

Lâm Đồng nằm trên 3 cao nguyên và là khu vực đầu nguồn của 7 hệ thống sông lớn; nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam – là khu vực năng động, có tốc độ tăng trưởng kinh tế cao và là thị trường có nhiều tiềm năng lớn Tỉnh Lâm Đồng có vị trí địa lý thuận lợi cho việc sản xuất cà phê Có 200.000 ha đất bazan tập trung ở cao nguyên Bảo Lộc - Di Linh với độ cao trung bình từ 800-1000 m so với mực nước biển, khí hậu cũng khá thuận lợi thích hợp cho việc trồng cây công nghiệp dài ngày có giá trị kinh tế cao như cà phê Phía đông giáp các tỉnh Khánh Hoà và Ninh Thuận Phía tây nam giáp tỉnh Đồng Nai Phía nam đông nam giáp tỉnh Bình Thuận Phía bắc giáp tỉnh Đắk Lắk là vùng cà phê lớn nhất nước ta Có Quốc lộ 20, 27, 28, gần Quốc lộ 1 rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm [13]

1.4 Địa điểm xây dựng

Căn cứ vào những điều kiện đã nêu trên, tôi quyết định chọn tỉnh Lâm Đồng

là địa điểm xây dựng mà cụ thể là gần Quốc Lộ 20 đoạn xã Ninh Gia, gần cao nguyên Di Linh là nông trường cà phê lớn Cách trung tâm thành phố Đà Lạt 50Km

về phía Bắc Cách thị trấn Di Linh 20km về phía Đông Nam Chỉ cần theo Quốc lộ

28 hoặc 27 là có thể về Quốc lộ 1 khoảng trên dưới 100km [14]

Điều kiện thời tiết khí hậu tại Lâm Đồng:

Lâm Đồng nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa biến thiên theo độ cao, trong năm có 2 mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng

11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Nhiệt độ thay đổi rõ rệt giữa các khu vực, càng lên cao nhiệt độ càng giảm Nhiệt độ trung bình năm của tỉnh dao động từ 18–250C, thời tiết ôn hòa và mát mẻ quanh năm, thường ít có những biến động lớn

trong chu kỳ năm Lượng mưa trung bình 1.750–3.150 mm/năm, độ ẩm tương đối trung bình cả năm 85–87%, số giờ nắng trung bình cả năm 1.890 –2.500 giờ.

Hướng gió: gió chủ đạo theo hai hướng :

-Gió Đông Bắc- Hướng gió chính, thịnh hành từ tháng 1 đến tháng 4

-Gió Tây Nam thịnh hành từ tháng 6 đến tháng 9 [14]

1.5 Nguồn nguyên liệu

Diện tích cà phê tỉnh Lâm Đồng ước đạt trên 146.897 ha, đứng thứ 2 cả

nước, chiếm khoảng 26% tổng diện tích và 28% sản lượng cà phê cả nước đạt sản

lượng gần 348 ngàn tấn nhân/năm Mùa vụ thu hoạch cà phê thường bắt đầu vào tháng 10 và kéo dài khoảng 4 tháng Mục tiêu của Lâm Đồng đến năm 2015 ổn định diện tích cà phê kinh doanh trên dưới 145 ngàn ha, năng suất bình quân đạt 3 tấn nhân/ha Qua đó có 35% diện tích cà phê được chứng nhận chất lượng theo các tiêu chuẩn Quốc tế Với nhiều huyện trồng cà phê như: Bảo Lộc, Di Linh , Bảo Lâm, Lâm Hà,… Đó là những huyện có thể cung cấp nguồn cà phê cho nhà máy Ngoài

ra, ta có thể vận chuyển nguồn nguyên liệu cà phê từ các tỉnh khác như: Đăk Lak, Gia Lai, Kon Tum, Đồng Nai,… Do vậy việc chọn địa điểm đặt nhà tại tỉnh Lâm Đồng là hoàn toàn hợp lý đảm bảo chất lượng của nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất [14]

1.6 Đường giao thông

Nhà máy nằm ở địa điểm này rất thuận tiện cho việc giao thông

+ Đường bộ: nhà máy nằm sát Quốc lộ 20, gần Quốc lộ 27, 28 và dễ dàng vận chuyển hàng về Quốc lộ 1 nên thuận lợi cho việc nhập nguyên liệu và phân phối sản phẩm

+ Đường thuỷ: Nhà máy đặt vị trí cách cảng Phan Rang Hơn 100km[14], nên

có thể sử dụng cảng này để phân phối sản phẩm trong và ngoài nước

+ Đường sắt: Nhà máy có thể dùng xe tải vận chuyển sản phẩm về ga Tháp Chàm- Phan Rang, đóng container tại đó để đưa sản phẩm đi khắp nơi

1.7 Thị trường tiêu thụ sản phẩm

Mặc dù nhà máy đặt tại Lâm Đồng có nhiều đồi núi cao việc đi lại có phần

khó khăn nhưng lại có một vị trí đặc biệt thuận lợi là gần các đường quốc lộ Hơn nữa cà phê được trồng ở vùng đất đỏ bazan với độ cao 800- 1000 m luôn mang một hương vị đặc biệt hấp dẫn lôi cuốn mọi người, được thị trường trong nước cũng như ngoài nước ưa chuộng.

1.8 Năng suất

Nhu cầu uống cà phê của người dân ngày càng tăng Để đáp ứng lượng cà phê tiêu thụ trong nước và xuất khẩu, cần phải xây dựng nhà máy chế biến cà phê đảm bảo chất lượng đồng thời phù hợp với sản lượng cà phê của địa phương Hơn nữa, có nhiều thương gia ngoài nước xem thị trường Việt Nam là điểm đầu tư lí tưởng, đặc biệt là đầu tư vào mặt hàng cà phê Con đường mua bán và trao đổi hàng hóa phát triển Do đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp khô với năng suất 50 tấn nguyên liệu/ca là một yêu cầu cần thiết

1.9 Nguồn cung cấp năng lượng

+ Điện: Nhà máy sử dụng nguồn điện trên mạng lưới quốc gia đường dây

500 kV đã được hạ thế xuống 220/380 V Để đảm bảo sự hoạt động của nhà máy được liên tục, nhà máy đã chuẩn bị một máy phát điện dự phòng

+ Nước: Nguồn nước của nhà máy được bơm từ hệ thống nước thành phố hoặc giếng khoan của nhà máy, sau đó được qua hệ thống xử lý và đưa vào sản xuất Và nước lấy về từ hồ Đại Ninh cách khoảng hơn 5km [14]

+ Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy bao gồm: Dầu FO-R, xăng dùng cho xe

ô tô, xe tải của nhà máy

1.10 Nguồn nhân lực

Tại Lâm Đồng Dân số toàn tỉnh đến ngày 31/12/2005 là 1.169.851 người, trong đó dân số nông thôn 649.412 người; chiếm 61,47% Lâm Đồng là vùng đất mới có sức thu hút dân cư trong cả nước đến lập nghiệp, quần thể dân cư ở đây chưa ổn định và liên tục biến động, hiện tượng di dân tự do trong những năm qua từ các tỉnh khác nhau trong cả nước hội tụ về Lâm Đồng tuy giảm nhưng vẫn còn lớn, bình quân hàng năm thời kỳ 2001-2005 có khoảng 5.000 người di cư tự do vào Lâm Đồng [13] Kèm theo lực lượng lao động tại chỗ rất dồi dào, ngoài lượng lao động

tại các xã trong huyện còn có công nhân tại các huyện lân cận Vì vậy không cần lo nơi ăn chỗ cho công nhân của nhà máy Cán bộ quản lý, kỹ sư có thể tuyển tại các trường đại học như: Đại Học Tây Nguyên, Đại Học Bách Khoa, Đại học Yersin…và nhân tài trong cả nước.

1.11 Xử lý chất thải

Trong các công đoạn sản xuất cà phê ta sử dụng nguồn nước khá ít Do vậy lượng nước thải ra môi trường không nhiều Nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa thẳng vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy và thải ra hệ thống cống thành phố, do chúng khá sạch Đối với chất thải rắn được xử lý bằng phương pháp

vi sinh, vỏ cà phê là nguyên liệu để đốt làm nhiên liệu cho máy sấy sơ bộ, giảm chi phí nhiệt cho nhà máy

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 Đặc tính thực vật của cà phê

Các loại cà phê đều thuộc giống Coffea, gồm gần 70 loại khác nhau, chỉ có

10 loại đáng chú ý về giá trị trồng trọt [5, tr 9] Trên thế giới hiện nay người ta thường trồng 3 loại cà phê chính sau:

- Giống Arabica ( cà phê chè)

- Giống Robusta ( cà phê vối)

- Giống Chari ( cà phê mít)

Hiện nay gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam được trồng cà phê vối, 10% trồng cà phê chè, khoảng 1% còn lại được trồng cà phê mít [22] Các giống này đều

có thời gian thu hoạch khác nhau nên có thể bổ sung thời vụ cho việc trồng và thu

hoạch các giống chính

2.1.1 Cà phê Arabica (cà phê chè)

Đây là loại cây được trồng nhiều nhất trên thế giới Nguồn gốc của giống

này là ở cao nguyên Etiôpia vùng nhiệt đới Đông Châu Phi

2.1.1.1 Đặc tính

Cây cà phê Arabica ưa sống ở vùng núi cao Người ta thường trồng nó ở độ cao từ 1000-1500 m [15] Cây có tán lớn, màu xanh đậm, lá hình oval hoặc hình trứng hoặc hình lưỡi mác Cây cà phê Arabica cao từ 3-5 m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thể cao hơn 7 m, độc thân hoặc nhiều thân Quả hình bầu dục, mỗi quả chứa hai hạt cà phê Khi quả chín có màu đỏ tươi, một số giống khi chín có màu vàng đường kính quả 10-15 mm Số lượng quả 800-1200 quả/kg, thời gian nuôi quả

từ 6-7 tháng [5, tr 9-10].

Cà phê Arabica sau khi trồng khoảng 3 đến 4 năm thì có thể bắt đầu cho thu hoạch Thường thì cà phê 25 tuổi đã được coi là già, không thu hoạch được nữa Thực tế nó vẫn có thể tiếp tục sống thêm khoảng 70 năm Cây cà phê Arabica ưa thích nhiệt độ từ 16-25°C, lượng mưa khoảng trên 1000 mm [15]

Hình 2.1 Cây cà phê Arabica Hình 2.2 Quả và nhân cà phê Arabica [15]

Nhân có vỏ lụa màu bạc bám cứng vào nhân Ngoài vỏ lụa là vỏ trấu cứng, ngoài cùng là vỏ thịt Từ 5-7 kg quả sẽ thu được 1kg nhân cà phê sống Màu hạt xám xanh, xanh lục, xanh nhạt, tùy theo cách chế biến Lượng cafein có trong nhân

khoảng 1-3% tùy theo giống Trong điều kiện thời tiết khí hậu ở miền Bắc, cà phê

Arabica chín rộ vào tháng 12 và tháng 1 Ở Tây Nguyên cà phê chín sớm hơn 2-3

tháng so với miền Bắc, khi quả chín nếu bị mưa dễ nứt và rụng [5, tr 9-10].

2.1.1.2 Năng suất

Loại thường: 400-500 kg cà phê nhân/1hecta, loại tốt: 600-800 kg cà phê nhân/1hecta Tỷ lệ thành phẩm/nguyên liệu khoảng: 14-20%

2.1.2 Cà phê Robusta (cà phê vối)

Nguồn gốc khu vực sông Công gô miền núi vùng thấp xích đạo và nhiệt đới

Tây Châu Phi [5, tr 10].

2.1.2.1 Đặc tính

Cây cà phê Robusta cao từ 5-7 m, chiều cao của cây trưởng thành có thể lên tới 10 m Giống như cà phê chè, cây cà phê Robusta 3-4 tuổi có thể bắt đầu thu hoạch Cây cho hạt trong khoảng từ 20 đến 30 năm Đặc biệt loại cà phê Robusta không ra hoa kết quả tại các mắt cũ của cành cà phê Robusta ưa sống ở vùng nhiệt đới, độ cao thích hợp để trồng cây là dưới 1000 m Nhiệt độ ưa thích của cây khoảng 24-29°C, lượng mưa khoảng trên 1000 mm Cây cà phê Robusta cần nhiều ánh sáng mặt trời hơn so với cây cà phê Arabica

Quả hình trứng hoặc hình tròn, quả chín có màu đỏ thẫm, hạt nhỏ hơn hạt cà phê Arabica Vỏ quả cũng cứng và dai hơn cà phê Arabica.

Hình 2.3 Quả và nhân cà phê vối [22] Hình 2.4 Hình ảnh trực quan về hai

loại cà phê Arabica và Robusta

Hàm lượng caffein trong hạt cà phê Robusta khoảng 2-4%, trong khi ở cà phê chè chỉ khoảng 1-2% Cà phê Robusta chứa hàm lượng caffein cao hơn và có hương vị không tinh khiết bằng cà phê Arabica, do vậy mà được đánh giá thấp hơn Giá một bao cà phê Robusta thường chỉ bằng một nửa so với cà phê Arabica Nhân hình hơi tròn, to ngang vỏ lụa màu ánh nâu bạc Màu sắc của nhân xám xanh, xanh bạc vàng mỡ gà…tùy thuộc chủng và phương pháp chế biến lượng cafein có khoảng 1,5% Từ 5-6 kg quả sẽ thu được 1kg cà phê nhân Quả chín từ tháng 2 đến tháng 4

ở miền Bắc, ở Tây nguyên chín sớm hơn từ tháng 12 đến tháng 2 Cây cà phê Robusta có dạng cây gỗ hoặc cây bụi, quả cà phê có hình tròn,….Năm 2004 Việt Nam xuất khẩu trên 14 triệu bao cà phê loại này, chiếm gần một nửa lượng cà phê vối xuất khẩu của toàn thế giới [22 và 5, tr 10]

2.1.2.2 Đặc tính

Có năng suất lớn hơn cà phê Arabica, 500-600 kg/1ha Tuy loại cà phê này hương thơm ít nhưng khả năng kháng sâu bệnh loại này rất tốt

2.1.3 Cà phê Chari (cà phê mít)

Nguồn gốc ở xứ Ubangui Chari thuộc biển hồ gần sa mạc Xahara, loại này được đưa vào Việt Nam năm 1905 Hay còn gọi là cà phê Liberia [5, tr 10]

2.1.3.1 Đặc tính

Cà phê Chari lớn cao 6-15 m lá hình trứng hoặc lưỡi mác, gân lá nổi nhiều ở mặt dưới, quả hình trứng nuốm hơi lồi và to, hạt nhân to, thon dài trắng

Hình 2.5 Cây cà phê Chari.

Hình 2.6 So sánh trái cà phê Vối và Mít.

Hình 2.7 Nhân cà phê Chari [17]

Quả chín cùng 1 lúc với đợt hoa mới, cho nên trên cùng một đốt cành có thể

có đồng thời quả chín, quả xanh, nụ hoa, hoa nở và nụ quả, đó là điều bất lợi trong thu hoạch Quả thường chín vào tháng 5 đến tháng 7 Cây thường được trồng thuần loài hay làm đai rừng chắn gió cho các lô cà phê Robusta Ở Tây nguyên, Cà phê Chari thường nở hoa và thu hoạch muộn hơn các loài cà phê khác do đặc điểm là nở hoa nhờ nước mưa Do đặc tính chịu hạn và có sức chống chọi với sâu bệnh cao nên hiện cà phê Chari được dùng làm gốc ghép cho các loại cà phê khác rất được các nhà vườn ưa chuộng

Hạt cà phê Chari thường được trộn vào với cà phê Robusta, cà phê Arabica khi rang xay để tạo hương vị Cà phê Chari thường hợp với gu của người châu Âu,

các loại cà phê hòa tan theo gu châu Âu thường có tỉ lệ cà phê Chari nhiều nên thường có vị chua đặc trưng [17].

2.1.3.1 Năng suất

- Loại thường: 500-600 kg/1ha, loại tốt: 1200-1400 kg/1ha

- Tỷ lệ thành phẩm /nguyên liệu: 10-15% [5, tr 10]

2.2 Thành phần hoá học của quả cà phê

2.2.1 Cấu tạo và giải phẩu quả cà phê

Hình 2.8 cấu tạo hạt cà phê [10]

Từ ngoài vào trong hạt cà phê thông thường như sau:

- Lớp vỏ quả: Là lớp vỏ ngoài cùng, mềm, mặt ngoài bì có màu đỏ Vỏ quả

cà phê Arabica mềm hơn vỏ cà phê Robusta hay cà phê Chari

- Lớp vỏ thịt: Vỏ thịt cà phê Arabica ngọt và mềm hơn vỏ thịt cà phê Robsuta Vỏ thịt cà phê Chari dày hơn

- Lớp vỏ trấu: Hạt cà phê sau khi xử lý bỏ đi các chất nhờn, phơi khô còn gọi

là cà phê thóc Vỏ thóc có 1 lớp bao bọc nhân có nhiều chất xơ mềm gọi là vỏ trấu tức là nội bì Vỏ trấu cà phê Arabica mỏng và dể đập hơn vỏ cà phê Robusta và cà phê Chari

- Lớp vỏ lụa: Là lớp vỏ trong cùng bao bọc quanh nhân, mềm gọi là vỏ lụa Chúng có màu sắc khác nhau tùy từng loại hạt cà phê Vỏ lụa cà phê Arabica màu trắng Vỏ lụa cà phê Robusta màu nâu nhạt và vỏ lụa cà phê Chari có màu vàng nhạt.

- Lớp nhân cà phê: Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, có những tế bào nhỏ, trong có chứa chất dầu Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn Một quả cà phê thông thường có 2 nhân Có loại quả cà phê chỉ có 1 nhân, gọi là cà bi

Cá biệt có quả có đến 3 nhân [10]

Bảng 2.1 Tỷ lệ các thành phần của quả cà phê [5, tr 13].

6 - 8

26 - 29

2.2.2 Thành phần hóa học của các phần cấu tạo quả cà phê

2.2.2.1 Thành phần hóa học của vỏ quả

Vỏ quả cà phê khi chín có màu đỏ, chứa chất Antoxian và lượng vết của ancaloit, tanin, cafein, các loại enzym Trong vỏ quả có khoảng 21-30% chất khô [ 5, tr 13]

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của vỏ quả ( tính theo % trong 1 g)

Thành phần hóa học Cà phê Arabica (%) Cà phê Robusta (%)

Cafein 0,58 0,25

2.2.2.2 Thành phần hóa học của lớp nhớt

Lớp nhớt nằm phía dưới lớp vỏ quả, nó gồm những tế bào mềm, không có cafein, tanin, có nhiều đường và pectin Độ pH của lớp lớp nhớt tùy theo độ chín của quả thường từ 5,6÷5,7 đôi lúc lên tới 6,4 Trong lớp nhớt đặc biệt có men pectinaza phân giải pectin trong quá trình lên men

2.2.2.3 Thành phần hóa học của vỏ trấu

Gồm có xenlulozo là chủ yếu, trong vỏ trấu có một ít cafein, khoảng 0,4% do

từ nhân khuếch tán ra lúc lên men hoặc lúc phơi khô Trong vỏ trấu có khoảng 0,4% cafein từ nhân khuyếch tán ra lúc lên men hoặc lúc phơi khô Vỏ trấu dễ cháy dùng làm chất đốt, có thể đóng thành bánh không cần chất dính bằng các loại máy ép than, ép mùn cưa

2.2.2.4 Thành phần hóa học của nhân

Cà phê nhân ở dạng thương phẩm gồm có: nước, chất khoáng, lipit, protit, gluxit Ngoài ra, còn có những chất mà ta thường gặp trong thực vật là những axit hữu cơ chủ yếu là axit clorogenic và các chất ancaloit Trên thế giới cũng như trong nước ta đã có nhiều nghiên cứu và phân tích thành phần hóa học của nhân cà phê

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của nhân cà phê

Như vậy, cà phê nhân đóng vai trò quan trọng trong các nhà máy sản xuất cà phê rang, cà phê rang xay, cà phê bột hoà tan vì nó là nguyên liệu chính của các nhà máy này Hiện nay, trên thế giới cũng như trong nước có rất nhiều nhà máy sản xuất cà phê rang, cà phê rang xay nên nhu cầu về cà phê nhân là rất lớn Muốn đánh giá tác dụng các thành phần hóa học của nhân cà phê đến phẩm chất nước pha cà phê cần phải biết những biến đổi của các thành phần ấy trong quá trình chế biến, đặc biệt là trong quá trình rang Hiện nay, người ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất

thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm đặc biệt của cà phê Trong cà phê chủ yếu là vitamin nhóm B như: B1, B2, B6,…và các loại axit hữu cơ là tiền các loại vitamin.

2.3.Tiêu chuẩn và chỉ tiêu chất lượng của cà phê nhân

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4193:2001 Cà phê nhân – Yêu cầu kỹ thuật là tiêu chuẩn mới nhất, do Bộ khoa học công nghệ và môi trường ban hành

Nội dung chính của tiêu chuẩn này như sau:

2.3.1 Phân loại chất lượng

Cà phê nhân được phân thành 6 hạng theo số lỗi và kích thước hạt, ở đó một hạng cà phê có kích thước hạt nhất định sẽ được phép chứa tối đa bao nhiêu lỗi (theo cách đếm và theo cách tính trọng lượng) Nó còn dựa vào tỉ lệ lẫn cà phê khác loài tuỳ theo từng hạng chất lượng Các hạng cà phê gồm: hạng đặc biệt, hạng 1, hạng 2, hạng 3, hạng 4, hạng 5

Được lẫn C ≤0,5%

Được lẫn R ≤ 5 %Được lẫn C ≤ 1%Robusta Được lẫn C ≤ 0,5%

Được lẫn A ≤ 3%

Được lẫn C ≤ 1%

Được lẫn A ≤ 5 %

Được lẫn C ≤ 5%Được lẫn A ≤ 5%

* Ghi chú: A: Cà phê Arabica; R: Cà phê Robusta; C: Cà phê Chari.

2.3.6 Loại lỗi và trị số lỗi của mỗi loại

Tham chiếu tiêu chuẩn chất lượng cà phê nhânViệt Nam TCVN 4193-2001

2.3.7 Số lỗi cho phép và tỷ lệ khối lượng trên sàng

Tham chiếu tiêu chuẩn chất lượng cà phê nhânViệt Nam TCVN 4193-2001

2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê

2.4.1 Ảnh hưởng của loại đất trồng cà phê

Ảnh hưởng rất lớn đến mùi vị và màu sắc của cà phê Nếu cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt, khỏe, sản lượng cao, phẩm chất cà phê tốt còn có một hương

vị đậm đà, mùi vị thơm ngon hơn các loại cà phê trồng trên các loại đất khác

2.4.2 Ảnh hưởng của chế độ chăm sóc kỹ thuật

Chế độ chăm sóc kỹ thuật trong thời gian trồng cà phê rất quan trọng, người trồng cà phê quyết định chất lượng cà phê Các biện pháp chăm sóc kỹ thuật gồm:

- Tủ gốc cây cà phê

- Đánh nhánh tạo hình cây

- Phân bón đúng kỳ và đúng số lượng cần thiết.

- Số lượng và cây bóng mát cần thiết cho từng loại cà phê

- Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê

2.4.3 Ảnh hưởng của độ cao

Độ cao cũng ảnh hưởng đến chất lượng của cà phê Cà phê trồng ở trên cao thì có hương vị đặc biệt và xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở vị trí thấp

2.4.4 Ảnh hưởng của giống

Giống cà phê có một ý nghĩa quyết định đến chất lượng cà phê Chính chất lượng vốn có của sản phẩm chứa đựng trong giống Sự khác nhau về chất lượng giữa các loại cà phê Arabica, Robusta và Chari cũng do giống quyết định Ví dụ: nước pha cà phê Arabica có hương vị thơm, dịu, nước pha cà phê Robusta ít thơm

và hơi đắng chát nhưng đậm đà Ngay trong một loại thì các giống khác nhau thì cũng khác nhau

2.4.5 Ảnh hưởng của sâu bệnh

Sâu bệnh tấn công cũng sẽ làm cho hạt cà phê bị hư hại Mọt đục quả cà phê tạo ra các hạt thủng, có rãnh Ngoài mọt đục quả ra thì các loại sâu khác cũng gây hại đến cà phê Chúng đục rỗng những quả cà phê khô Khi thời tiết nóng ẩm là lúc

chúng làm tổ trong nhân cà phê Cũng khá nhiều loại sâu bệnh nữa gây hại cho cà phê, cần phải có biện pháp phòng ngừa.

2.4.6 Ảnh hưởng của việc thu hái

Cà phê dù được chế biến theo phương pháp nào đều phải được thu hái khi quả chín đều mới có sản phẩm chất lượng cao Các hạt cà phê xanh non có tỉ trọng hạt thấp, nước pha uống có vị ngái, không thơm, kém hấp dẫn Quả cà phê quá chín gây khó khăn trong quá trình xát đồng thời làm cho nước uống có mùi vỏ quả không hấp dẫn, nước uống có chất lượng không cao

2.4.7 Ảnh hưởng của quá trình bảo quản, vận chuyển

Trong quá trình bảo quản, độ ẩm và nhiệt độ trong kho, đặc biệt là độ ẩm của hạt cà phê đưa vào bảo quản có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng cà phê

Độ ẩm của hạt cà phê bảo quản phải dưới 13% Độ ẩm của môi trường trong kho bảo quản quá cao hoặc quá thấp có thể làm cho chất lượng cà phê trong kho bảo quản bị giảm rõ rệt chủ yếu được biểu hiện ở sự biến đổi màu của hạt cà phê, chất lượng nước uống

Với khâu vận chuyển ta quan tâm đến tình trạng vệ sinh của phương tiện vận chuyển, ví dụ không dùng xe chở gia súc để vận chuyển cà phê, không dùng xe tải chở phân hóa học để vận chuyển cà phê

2.4.8 Ảnh hưởng của quá trình chế biến

Quá trình chế biến là quá trình chuyển cà phê tươi thành cà phê nhân sau khi

loại bỏ toàn bộ vỏ quả, làm sạch nhớt, loại vỏ thóc và làm giảm hàm lượng nước trong nhân cà phê xuống còn khoảng 12%

Cà phê được chế biến theo phương pháp khô có thể tận dụng năng lượng mặt trời để phơi Sân phơi phải sạch, được lát gạch hoặc được xây bằng xi măng Cà phê phơi quá dày, không cào đảo cũng dễ bị nấm mốc xâm nhiễm, khi phơi trên sàn đất thì khó tránh khỏi cà phê bị nhiễm mùi đất và bị nhiễm các loại vi sinh vật khác ảnh hưởng đến chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm của cà phê

CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn phương pháp chế biến cà phê nhân

Trên thế giới và Việt Nam sử dụng hai kỹ thuật chế biến cà phê nhân chính: + Phương pháp chế biến ướt

+ Phương pháp chế biến khô

3.1.1 Phương pháp chế biến ướt

Phương pháp này gồm hai công đoạn chính: Công đoạn xát tươi và phơi sấy, loại bỏ lớp vỏ quả và lớp vỏ nhớt, phơi sấy đến độ ẩm nhất định Công đoạn xát và đánh bóng, loại bỏ lớp vỏ trấu và lớp vỏ lụa để tạo thành cà phê nhân bán thành phẩm [5, tr 17]

Ưu điểm : Tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt hơn Mùi vị ổn định

Nhược điểm: Phương pháp phức tạp, yêu cầu nhiều công đoạn hơn Tốn nhiều chi phí và tạo lượng nước thải khá lớn, nếu không xử lý sẽ tác động xấu đến môi trường

3.1.2 Phương pháp chế biến khô

Quá trình chế biến đơn giản nhưng phụ thuộc vào thời tiết để tránh phụ thuộc người ta sử dụng máy sấy Phương pháp này thường áp dụng cho những vùng có khí hậu nhiều nắng, mưa ít Công đoạn chính của phương pháp là sau khi phơi hoặc sấy

cà phê đến độ ẩm nhất định ta dùng máy xát khô để loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không thông qua công đoạn chế biến thành cà phê thóc [5,tr 17]

Ưu điểm: Phương pháp đơn giản Dễ áp dụng tại các địa phương khi điều kiện giao thông vận chuyển nguyên liệu kém Cà phê có thể mang mùi vị đặc trưng như ngọt hơn, mùi vỏ được một số thị trường đặc biệt yêu thích

Nhược điểm: Chất lượng cà phê không cao và không ổn định Do khi hạt cà phê được phơi khô trong thời gian dài lúc còn trong vỏ thì mọi thứ có thể không như mong đợi Hạt cà phê có thể bị thẩm thấu mùi vị chuyển từ vỏ cà phê khô hay

bị mục, cà phê sẽ có vị vữa hoặc lên men trong giai đoạn chờ khô để sinh ra mùi, vị

không mong muốn Đồng thời trong quá trình phơi vài ngày các vi sinh vật xâm nhập vào trái cà phê thì sẽ gây vị khó uống [20].

Sở dĩ ta chọn phương pháp chế biến khô vì đây là một phương pháp đơn

giản, dễ làm, ít tốn năng lượng, vệ sinh không thải nhiều chất thải ảnh hưởng đến môi trường sống Tuy đây là một phương pháp mang tính thủ công nhưng nó rất phù hợp với địa điểm đặt nhà máy là một nơi nắng nhiều mưa ít, kèm theo đường đồi núi khu vực trồng khiến quá trình thu mua không được nhanh chóng, đồng thời cũng tận dụng được nguồn nhân lực đem lại nguồn thu khá ổn định cho người dân ở vùng đó Ta cũng có thể khắc phục nhược điểm của phương pháp về chất lượng hạt bằng các kỹ thuật làm sạch hạt và sấy hạt rút ngắn thời gian rất nhiều so với việc phơi sấy cũ

3.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô

3.3.Thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.3.1 Nguyên liệu

Hiện nay gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam được trồng cà phê Robusta, 10% trồng cà phê Arabica, khoảng 1% còn lại được trồng cà phê Chari [22]

3.3.2.Thu nhận và bảo quản nguyên liệu

3.3.2.1.Thu nhận nguyên liệu

Cà phê được thu hái bằng phương pháp thủ công, chủ yếu là thu hái bằng tay Năng suất thu hái phụ thuộc vào nhiều yếu tố: đầu vụ, giữa vụ, cuối vụ, cà phê non,

Nguyên liệu (cà phê quả tươi)

Thu nhận và bảo quản nguyên liệu

Làm sạch, tách tạp chất

Sấy sơ bộSấy kết thúc

Cà phê quả khô

Tạp chấtTách tạp chất kim loại

Vỏ trấuXay xát khô (bỏ vỏ trấu)

Vỏ lụaĐánh bóng (bỏ vỏ lụa)

Phân loại theo kích thướcPhân loại theo trọng lượngPhân loại theo màu sắcPhối trộn, cân, đóng bao

Bảo quảnNhập kho

cà phê già…mức độ điêu luyện của người hái, phương tiện trang bị cho việc thu hoạch…sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất hái.

Để đảm bảo phẩm chất tốt, đồng thời tránh lãng phí vì rơi rụng, hư hỏng việc thu hái cần đạt các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo đúng độ chín đồng đều của trái

+ Không làm rụng lá, nụ hoa đang hình thành để không ảnh hưởng đến mùa thu hoạch năm sau

+ Cần hái từng trái chín, không hái từng chùm hay suốt lẫn trái còn xanh vì trái xanh cho nhân cho nhân nhỏ, màu đen khi phơi khô và vị đắng

+ Không thu hái những quả còn xanh vì lúc đó chất dự trữ tập trung chưa đầy

đủ, khó chế biến do vỏ lụa dính sát vào nhân Chú ý chỉ hái những quả chín để nâng cao chất lượng sản phẩm

+ Cần phân chia khu vực thu hái phù hợp với mùa chín cà phê

+ Không được làm tổn thương đến cây, quả cà phê trong khi hái

+ Giữ vệ sinh trong quá trình thu hái không được lẫn các tạp chất như: đất, cát, cành, lá…vào trong nguyên liệu [5, tr19]

3.3.2.2.Vận chuyển và bảo quản nguyên liệu

Sau khi thu hái xong cần nên vận chuyển ngay về nơi chế biến không nên ủ đống lâu quá 36 giờ làm cho cà phê bốc nóng và rất dễ lên men làm cho vị chua Ta

có thể vận chuyển bằng mọi phương tiện như xe bò, xe ô tô…Trong khi vận chuyển tránh làm cho quả cà phê bị dập nát, tránh bị lẫn tạp chất, phần nào bị lẫn nên mang

đi chế biến trước

Nguyên liệu sau thu hái nên chế biến càng nhanh càng tốt, nếu chưa chế biến thì không được chất thành đống mà phải được bảo quản ở nơi thoáng mát, có mái che và trải thành lớp dày khoảng 30-40 cm trên nền sạch, khô, 2-3 giờ ta tiến hành đảo trộn một lần Đảm bảo nhiệt độ khối cà phê không quá 30oC Thời gian bảo quản càng ngắn càng tốt thường kéo dài không quá 36 giờ đối với cà phê Arabica và

48 giờ đối với cà phê Robusta và cà phê Chari [6]

Mục đích của quá trình bảo quản này nhằm điều phối nguyên liệu trong quá trình sản xuất Tránh hiện tượng lãng phí nhân lực, thiết bị đồng thời cũng đảm bảo được màu sắc và hương vị của thành phẩm

3.3.3 Làm sạch, tách tạp chất

Cà phê quả khô sau khi phơi sấy thường có lẫn kim loại, các tạp chất nhẹ như cành, lá, rơm rác và các vỏ vụn cà phê…cho nên trước khi đưa vào máy sấy khô nguyên liệu phải được làm sạch Nhằm hạn chế hư hỏng máy sấy và hao phí năng lượng Tùy theo độ đồng đều của nguyên liệu mà công đoạn tách các tạp chất này là dễ dàng hay khó khăn, đơn giản hay phức tạp Đặc biệt chú ý đến các tạp chất khó làm sạch để loại chúng ra, đồng thời phải áp dụng phương pháp có hiệu quả nhất và kinh tế nhất

3.3.4 Sấy cà phê

3.3.4.1 Cơ sở lý thuyết quá trình sấy

+ Định nghĩa

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt năng để bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay

lỏng Với mục đích giảm bớt khối lượng thể tích vật liệu, tăng độ bền vật liệu, tăng khả năng bảo quản trong một thời gian dài , tạo ra dạng sản phẩm đặc trưng

+ Tác nhân sấy

Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy như : khói lò, khí nóng, hơi quá nhiệt Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật liệu sấy Ẩm này cần được lấy đi nhờ tác nhân sấy,

để tránh sự cân bằng ẩm giữa vật liệu sấy và môi trường khiến ẩm không thoát ra được khỏi vật liệu Đa số tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy

+ Phân loại sấy

Qúa trình sấy phân thành hai loại :

-Sấy tự nhiên: tiến hành bay hơi bằng năng lượng mặt trời, năng lượng gió… Phương pháp này đỡ tốn nhiệt năng nhưng không chủ động điều chỉnh được vận tốc quá trình theo yêu cầu kĩ thuật , năng suất thấp, thời gian dài

-Sấy nhân tạo: Thường được tiến hành trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong lỹ thuật có thể chia làm nhiều dạng: Sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ, sấy thăng hoa, sấy bằng dòng điện cao tần….

Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết

bị như: thiết bị sấy (buồng sấy , hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy…), thiết bị đốt nóng tác nhân sấy (caloriphe, lò đốt…) hoặc thiết bị lạnh để làm khô tác nhân sấy (quạt, máy lạnh), và các thiết bị phụ khác như : xyclon Chúng ta gọi hệ thống các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy

+ Nguyên lý của quá trình sấy

- Động lực của quá trình sấy là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và trên bề mặt vật liệu Hay chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt của vật và của hơi nước trong không khí ẩm

- Độ ẩm cân bằng (Wcb) :Trong trường hợp áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật ẩm tiến dần tới trị số áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí và bằng nhau thì vật và môi trường ở trạng thái cân bằng ẩm Lúc này vật không hút ẩm và cũng không thải ẩm Nó có ý nghĩa lớn trong việc chọn chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm thực phẩm Người ta thường chọn độ ẩm cuối cùng của sản phẩm sấy bằng độ ẩm cân bằng của sản phẩm đó đối với giá trị trung bình của độ ẩm tương đối không khí trong bảo quản [3, tr 10-11]

- Độ ẩm tới hạn (Wth) là độ ẩm cân bằng của vật ẩm trong môi trường không khí có độ ẩm tương đối φ = 100% Độ ẩm này là giới hạn của quá trình hấp thụ ẩm của vật hay là giới hạn của độ ẩm liên kết Sau đó muốn tăng độ ẩm của vật phải nhúng vật vào trong nước hoặc có nước ngưng tụ trên bề mặt vật Ẩm thâm nhập vào vật sau này gọi là ẩm tự do Hay chính Wth là giới hạn ẩm tự do và ẩm liên kết

có trong vật Wth là điểm uốn giữa giai đoạn vận tốc sấy không đổi và giai đoạn vận tốc sấy thay đổi

+ Các giai đoạn vận tốc sấy

Đường cong vận tốc sấy : biểu thị quan hệ giữa vận tốc sấy và độ ẩm của sản phẩm sấy, được xác định bằng thực nghiệm [3, tr19].

T : Thời gian sấy (h)

Quá trình sấy đến độ ẩm cân bằng gồm các giai đoạn chính:

- Giai đoạn đốt nóng sản phẩm sấy , tương tự đoạn AB

- Giai đoạn vận tốc sấy không đổi hay đẳng tốc, nhằm lấy đi toàn bộ lượng

ẩm tự do một cách dễ dàng, đoạn BK1

- Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần, quá trình lấy đi ẩm lien kết trong vật liệu khá khó khăn và phức tạp, đoạn K1C

- K1 là điểm tới hạn, tương tự với độ ẩm tới hạn Wth

Xác định hai giai đoạn sấy quan trọng là BK1 và K1C là cơ sở để thiết lập chế

độ sấy phù hợp với từng giai đoạn sấy Theo thực nghiệm ta biết được độ ẩm tới hạn của hạt cà phê tươi là khi độ ẩm hạt là Wth = 40% Quá trình sấy cà phê được chia làm hai giai đoạn

3.3.4.2 Sấy sơ bộ

- Mục đích: Đưa độ ẩm của quả cà phê từ độ ẩm ban đầu w1= 65-70% về độ

ẩm tới hạn w = 40%, nhằm lấy đi toàn bộ ẩm tự do của hạt

- Phương pháp : Do vỏ cà phê vẫn còn khá mền , dễ bị xây xát, gây bẩn thiết

bị Nên ta chọn thiết bị sấy tĩnh như: Hầm sấy, tháp sấy, buồng sấy, băng chuyền, lò sấy…

3.3.4.3 Sấy kết thúc

- Mục đích: Đưa độ ẩm của quả cà phê về độ ẩm cân bằng hay đô ẩm cuối w2

= 10-12%, nhằm lấy đi phần lớn lượng ẩm còn trong hạt, tăng độ bền cơ học, dễ dàng cho bảo quản và công đoạn xay xát tiếp theo

- Phương pháp: Đây là quá trình sấy khó khăn hơn và lúc này hạt cũng đã co ngót 1 phần, vỏ cứng hơn Nên ta có thể sử dụng các thiết bị sấy với dao động cơ học lớn hơn như: Tang trống, thùng quay, tầng sôi, …

3.3.5 Xay xát khô

Cà phê sau khi phơi sấy xong bên ngoài có lớp vỏ thịt và lớp vỏ trấu, riêng

vỏ trấu chiếm 25-35% trọng lượng hạt, thành phần của chúng không góp phần tạo nên chất lượng của sản phẩm nên phải loại ra

Cà phê thóc sau khi xát khô ta được hỗn hợp gồm: cà phê thóc, trấu, cà phê nhân, hạt vụn nát Tùy theo tính chất và công dụng mà cách giải quyết của mỗi thành phẩm trong hỗn hợp sau khi xát khô không giống nhau

- Cà phê thóc đưa trở lại máy xát để tách vỏ lần nữa

- Cà phê nhân là sản phẩm chủ yếu để đưa đi đánh bóng

- Trấu chứa nhiều xenlulo và chất khoáng có thể dùng làm nhiên liệu

- Cà phê vụn nát có thành phần tương tự như cà phê nhân nên có thể dùng làm sản xuất cà phê bột, cà phê hòa tan, cà phê sữa…

+ Yêu cầu của quá trình xát khô

- Nhân nguyên vẹn

- Tỷ lệ nát phải ở mức tối thiểu

- Tỷ lệ cà phê còn vỏ sót lại phải thấp

- Mức độ quạt sạch vỏ trấu phải cao [5, tr 57]

3.3.6 Đánh bóng

Sau khi tách vỏ trấu, cà phê hạt còn có lẫn một lớp vỏ lụa mỏng màu ánh bạc, chủ yếu là xenlulozo, vỏ lụa cần được tách đi bằng cách đánh bóng Quá trình đánh bóng còn gọi là quá trình bóc vỏ lụa Do lớp vỏ lụa không góp phần vào việc làm nên chất lượng của sản phẩm nên ta tiến hành loại bỏ nó, đồng thời việc bóc vỏ

lụa làm tăng giá trị cảm quan của hạt làm cho hạt trở nên bóng trơn và hạn chế được

sự phát triển của vi sinh vật

+ Yêu cầu sau khi đánh bóng:

- Nhiệt độ cà phê không quá 550C

- Tỷ lệ hạt nứt vỡ <1%

- Tỷ lệ vỏ lụa còn lại trong cà phê nhân: 10% đối với Arabica, 20% đối với Robusta và 30% đối với Chari

Trong đó người ta quy định 1/2 hạt bị bóc vỏ lụa coi như là hạt sạch [5, tr61].

3.3.7 Phân loại theo kích thước

Cà phê sau khi ra khỏi máy đánh bóng thường gọi là “cà phê xô” bao gồm tất

cả các loại tốt, xấu, nặng, nhẹ, vỏ trấu….cho nên người ta tiến hành phân cà phê xô thành các cỡ khác nhau theo kích thước Người ta sử dụng hai loại sàng chính để phân loại đó là sàng tròn và sàng lắc [5,tr 62-67]

Nhà máy ta phân loại hạt theo đường kích hạt (d) thành 4 hạng cà phê:

+Hạng đặc biệt:d > 6,3 mm

+Hạng 1: 6,3> d > 5,6 mm

+Hạng 2: 5,6 >d >4,75 mm

+Hạng 3: 4,75 >d > 4,0 mm

3.3.8 Phân loại theo khối lượng riêng

+ Mục đích: sau khi phân loại theo kích thước ta được khối hạt đồng đều

theo kích thước nhưng khối hạt không đồng nhất về khối lượng vì còn có những hạt

lép, hạt bị sâu bệnh…

+ Nguyên tắc: dựa vào sự khác nhau về trọng lượng riêng của hạt ta sử dụng sức gió để phân loại chúng ra, những hạt có trọng lượng riêng nhỏ sẽ bay lên

+ Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân loại bằng sức gió:

- Trọng lượng riêng của hạt cà phê có ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất

phân loại bằng sức gió Nếu cùng một sản phẩm mà có trọng lượng riêng khác nhau thì hạt có trọng lượng nhỏ sẽ bay lên trước

- Trọng lượng riêng của hạt phụ thuộc vào độ ẩm của nó, thường thì tỷ trọng của hạt cà phê trung bình là từ 1,1-1,3.

- Hình dáng và kích thước của hạt cà phê của hạt có ảnh hưởng trực tiếp đến công tác phân loại theo trọng lượng Vì vậy, trước khi đưa sản phẩm vào phân loại bằng sức gió thì yêu cầu cần thiết phải phân loại bằng kích thước trước [5, tr 67-70]

3.3.9 Phân loại theo màu sắc

+ Mục đích: Phân loại theo kích thước và trọng lượng chỉ loại bỏ được tạp

chất, tăng độ đồng đều của hạt mà thôi Không làm tăng giá trị cảm quan và màu sắc đồng đều của hạt vì vậy cần phân loại theo màu sắc để làm tăng chất lượng của sản phẩm

+ Nguyên tắc: Thường phân loại dựa trên tiêu chuẩn nhà nước hoặc dựa trên

hợp đồng buôn bán với các cơ quan hữu quan hoặc giữa các nước với nhau và cũng

thoã mãn được yêu cầu của bên mua và bên sản xuất [5,tr 70-74]

3.2.2.10 Phối trộn và đóng bao

- Phối trộn để cho cà phê thành phẩm được đồng đều và đúng tiêu chuẩn của

Nhà nước qui định và theo yêu cầu xuất khẩu hay chính là yêu cầu của nhà mua Thường sử dụng máy phối trộn cơ giới, cà phê sau các công đoạn phân loại trên thu được 4 loại có kích thước, khối lượng và màu sắc khác nhau Đấu trộn thành 3 loại

cà phê: loại 1, loại 2 và loại 3

- Đóng gói theo yêu cầu sử dụng, cà phê được đóng gói thành bao nhỏ để tiện cho quá trình vận chuyển, bảo quản, thương mại

3.3.11 Bảo quản cà phê nhân

Cần bảo quản cà phê nhân thật tốt để giữ chất lượng cà phê nhân chuẩn bị cho các công đoạn chế biến tiếp theo và bảo đảm cà phê không bị hư hỏng do vi sinh vật xâm nhập phá hoại trong thời gian vận chuyển

Yêu cầu cà phê bảo quản trong kho:

- Độ ẩm hạt 10-12%

- Xếp bao cà phê trên nền lót bằng ván để tránh hút ẩm, cách xa mái tường

- Chuyển đổi vị trí bao 2-3 tuần một lần [5,tr 103]

- Bảo quản được 5 tháng.

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1 Tình hình sản xuất của nhà máy

4.1.1 Bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy

Ở Lâm Đồng vào tháng 8 và 9 là mùa mưa và nguyên liệu ít nên cho nhà máy ngừng sản xuất vào thời gian này để sửa chữa máy móc, thiết bị

Bảng 4.1 Thời gian thu hoạch các loại cà phê tại Lâm Đồng và Tây Nguyên

-4.1.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy

Tại Lâm Đồng , thời gian thu hoạch cà phê chủ yếu từ tháng 10 đến tháng 1 năm sau [12] Tại các tỉnh Tây Nguyên có mùa thu hoạch cà phê vối từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau [5, tr10]

Dựa vào bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy và lượng nguyên liệu nhập vào theo thời vụ cà phê tại nguồn, ta có thể lập ra kế hoạch làm việc trong tháng, số

ca làm việc trong ngày Với mỗi ngày làm việc 2 ca, một ca làm việc 8 tiếng, ngày chủ nhật được nghỉ

Bảng 4.2 Kế hoạch sản xuất cà phê trong năm của nhà máy.

Số ngày trong tháng 31 28 31 30 31 30 31 - - 31 30 31

Số ngày làm việc 26 24 26 25 26 25 26 - - 26 25 26

- Tổng số ngày sản xuất trong năm: 255 ngày

- Tổng số giờ sản xuất trong năm: 4080 giờ

- Năng suất của nhà máy: 50 tấn nguyên liệu/ca

4.2 Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê nhân

Lượng cà phê nhân : 50 tấn nguyên liệu/ca

Lượng cà phê nhân tính theo giờ: 50÷8 = 6,25 tấn/giờ = 6250 kg/giờ

Tính toán trong 1 giờ vận hành với 6250 kg nguyên liệu cà phê

Bảng.4.3 Bảng tỷ lệ hao hụt sau chế biến qua các công đoạn (%).

1 - Cà phê quả tươi, thu nhận và bảo quản 0.1

4.2.1 Thu nhận và bảo quản

+Lượng nguyên liệu: 6250 kg/h

+Quá trình vận chuyển bảo quản có hao hụt Lượng cà phê còn lại là:

6250 × (100-0,1)÷100 = 6243,75 (kg/h)

4.2.2 Làm sạch và tách tạp chất

+Lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch:

6243,75× (100-4)÷100 = 5994 (kg/h).

4.2.3 Sấy sơ bộ

Thông thường phải sấy sơ bộ trước rồi mới sấy khô kiệt sau Quá trình sấy sơ

bộ nhằm loại bỏ một phần nước trên bề mặt đồng thời giảm bớt ẩm của cà phê từ

w1= 60-72% [16], còn lại wv = 40%, nhằm rút ngắn thời gian sấy ở giai đoạn sấy kết thúc và chất lượng sản phẩm đảm bảo hơn

+ Lượng nguyên liệu vào: 5994 kg/h

+ Tỷ lệ hao hụt: 0,5%

+ Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy chính thức được tính theo công thức:

1 2 1

2100

: Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy (kg/h)

- G1: Lượng nguyên liệu trước khi sấy (kg/h)

- w1; wv: Độ ẩm của nguyên liệu trước và sau sấy

Sấy nhằm hạ thủy phần của cà phê xuống còn 10-12%, chọn: w3= 12%

+Lượng nguyên liệu vào: G 3 = 2982 (kg/h)

+Tỷ lệ hao hụt: 0,5%.

+Độ ẩm ban đầu của cà phê quả: w2 = 40%

+Độ ẩm cà phê sau sấy là: w3 = 12%

+ Lượng ẩm tách ra trong quá trình sấy chính thức là:

+Lượng cà phê xô thu được sau đánh bóng: 1167,47– 35,02= 1132,45 (kg/h)

4.2.8 Phân loại theo kích thước

+Tỷ lệ hao hụt: 5 %

+Lượng hao hụt: 1132,45 ×

0,05 = 56,62 (kg/h)

+Cà phê nhân khô thu được: 1132,45 – 56,62 = 1075,83 (kg/h).

4.2.9 Phân loại theo trọng lượng riêng

+Tỷ lệ hao hụt: 3%

+Lượng hao hụt: 1075,83 ×

0,03 = 32,27 (kg/h)

+Cà phê nhân khô thu được: 1075,83 – 32,27= 1043,56 (kg/h)

4.2.10 Phân loại theo màu sắc

+Tỷ lệ hao hụt: 2 %

+Lượng hao hụt: 1043,56 ×

0,02 = 20,87 (kg/h)

+Sản phẩm Cà phê nhân khô thu được:1043,56 –20,87= 1022,69 (kg/h)

4.2.11 Phối trộn, cân, đóng bao

+Ước lượng tỷ lệ khối lượng các hạng hạt thu được trong phối trộn

-Hạt hạng đặc biệt (d > 6,3 mm): đạt 60 % sản phẩm Với số lượng :

Nhà máy chúng ta tự đấu trộn và đóng bao Cân nhắc theo tiêu chuẩn nhà nước, một số bên mua và tình hình sản phẩm của nhà máy, ta đấu trộn thành 3 loại

cà phê: loại 1, loại 2và loại 3

- Đóng gói theo yêu cầu sử dụng, cà phê được đóng gói thành bao nhỏ để tiện

sử dụng Thường người ta đóng bao 50kg hoặc 70kg là phục vụ cho xuất khẩu

Bảng 4.4 Tổng kết lượng nguyên liệu vào, ra qua các công đoạn và tỷ lệ hao hụt.

hụt%

Lượng nguyên liệu vào (kg/h)

Lượng hao hụt (kg/h)

Lượng sản phẩm ra(kg/h)

8 Phân 4 hạng theo kích thước 5 1132,45 56,62 1075,83

9 Phân loại theo khối lượng 3 1075,83 32,27 1043,56

11 Phối trộn, cân, đóng bao 0,2 1022,69 2,05 1020,64

12 Sản phẩm:

551,14311,3158,2

CHƯƠNG 5: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG QUÁ TRÌNH

SẤY KẾT THÚC

5.1 Cơ sở của quá trình cân bằng nhiệt

Cần phải có một chế độ sấy thích hợp để đảm bảo hạt ít bị rạn nứt, không nhiễm bẩn, nhiễm khí lạ, đồng thời giữ được các tính chất về các chỉ tiêu sinh học, hoá lý, cấu trúc cơ học, thành phần hoá học, hương vị, màu sắc và các phần có trong hạt Ta sử dụng sấy thùng quay cho công đoạn sấy chính thức, tác nhân sấy là không khí nóng

Sơ đồ máy sấy [3, tr12]:

Không khí sau khi sấy : mL,x3, t3, i3, φ3

Không khí trước khi sấy : mL, x1, t1, i1, φ1

Các thông số ban đầu :

-Nhiệt độ môi trường không khí trước khi qua calorife: t1= 170C

-Độ ẩm ban đầu của không khí trước khi vào calorife : φ1 = 85% [8, tr 100]

- Nhiệt độ không khí sấy: t2 = 750C [6]

-Nhiệt độ và độ ẩm không khí sau sấy cân đối: t3 đủ thấp và 85% <φ3< 95% (đảm bảo không ngưng tụ ẩm trên bề mặt sản phẩm)

-Nhiệt độ nguyên liệu vào: tv =43 0C Nguyên nhân do nguyên liệu sau khi ra khỏi lò sấy sơ bộ có nhiệt độ khoảng 45÷50 oC [6] ,được chứa tạm trong xilo có thể mất đi khoảng 1÷3oC

-Nhiệt độ nguyên liệu ra tr , phụ thuộc yếu tố : chế độ sấy, nhiệt độ khí …

Nguyên liệu ướt mG, mW, tv , ir iv Máy sấy Sản phẩm khô mG, ir, tr

Không khí sau đun nóng:

mL, x2, t2, i2, φ2

Qbs

-Độ ẩm của nguyên liệu trước khi sấy: wv= 40%.

-Độ ẩm của nguyên liệu sau khi sấy: wr= 12%

5.2 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết

Để đơn giản cho việc tính toán nhiệt, trước tiên ta nghiên cứu quá trình sấy

lý thuyết, coi thiết bị sấy là lý tưởng:

- Nhiệt cho quá trình sấy là do bộ phận đun nóng cung cấp

- Nhiệt lượng bổ sung bằng không

- Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che bằng không

- Nhiệt tổn thất do thiết bị chuyển tải mang đi bằng không

- Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi bằng không

- Nhiệt liên kết của nước (ẩm trong vật liệu) không đáng kể: iw,v = 0

Như vậy trong thiết bị sấy lý tưởng chỉ còn nhiệt tổn thất do tác nhân sấy mang đi Quá trình sấy xảy ra trong một thiết bị sấy lý tưởng như vậy gọi là quá trình sấy lý thuyết

5.2.1.Trạng thái của không khí với điều kiện khí hậu ở Lâm Đồng

1

bh

P x

ϕϕ

I = ck.t + (ro + ch .t) x (kJ/kgkkk) [8,tr 95-96].

Trong đó:

- ck: Nhiệt dung riêng của không khí khô; ck= 1,005 kJ/kg.oC

- ch: Nhiệt dung riêng của hơi nước; ch= 1,97 kJ/kg.oC

- ro : Nhiệt hóa hơi của nước tại 0oC thì ro = 2493 kJ/kg

- t: Nhiệt độ không khí (oC)

- x: Hàm ẩm của không khí (kg ẩm/ kg kkk)

I1 = 1,005 17 + (2493 + 1,97 17) 0,011 = 44,88 (kJ/kgkkk)

5.2.2 Các thông số của không khí sau khi qua calorife

Hàm ẩm của không khí sau khi qua calorife không thay đổi do khi qua calorife, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng không thay đổi hàm ẩm_quá trình đẳng x: x2 = x1 = 0,011 (kg/kgkkk).

+ Nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi calorife: t2= 750C

+ Áp suất hơi bão hoà của không khí tại 75 oC:

2

bh

P x

ϕϕ

= 4,35%

5.2.3 Thông số của không khí sau sấy

Khi quá trình sấy nguyên liệu là quá trình không thay đổi hàm nhiệt _quá trình đẳng I

+Hàm nhiệt của không khí ra khỏi thiết bị: I3 = I2= 104,42 (kJ/kgkkk).

+Ta chọn nhiệt độ của tác nhân sau khi sấy ra: t2 = 32 0C

Tra bảng I.250 [7 , tr 312]; ta có Pbh2 = 0,0489 (at) = 35,98(mmHg)

2)622,0

P x

×+

x2

bh

bh

P P

P x

Vì ∆t < 10 0C nên việc chọn t2 = 32 0C là hoàn toàn thích hợp

Bảng 5.1 Các thông số trạng thái của không khí.

Chú thích: 1: Trạng thái của không khí trước khi vào caloriphe.

2: Trạng thái của không khí trước khi vào máy sấy

3: Trạng thái của không khí sau sấy

5.2.4 Lượng không khí khô tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm

(kgkk /kg ẩm bốc hơi )

5.2.5 Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy

+ Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy (kg/h)

- Gv: Lượng nguyên liệu trước khi vào máy sấy Gv = 2982 (kg/h)

- wv: Độ ẩm ban đầu của cà phê là; wv = 40%

- wr: Độ ẩm của cà phê sau sấy là; wr = 12%

Vậy : U = ∆G

= 2982 ×

12100

1240

Trong đó: - I1, I3: Hàm nhiệt của không khí trước và sau khi qua calorife

- x1, x3: Hàm ẩm của không khí trước và sau khi sấy

Vậy

104, 42 44,88

3502, 40,028 0,011