Quy trình sản xuất cà phê hòa tan

Trong đó sáp chiếm 7-8% tổng lượng lipid, còn dầu chiếm 90%.Trong quá trình chế biến, lipid bị biến đổi, song một phần acid béo tham gia phảnứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hư

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ 4

1 Phân loại 4

A Cà phê chè (Arabica) 4

B Cà phê vối (Robusta) 4

C Cà phê mít (liberica) 5

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê 5

3 Cấu tạo quả cà phê 6

4 Thành phần hóa học cà phê nhân (arabica) 7

5 Tiêu chuẩn cà phê nhân 8

II QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN

1 Làm sạch 12

A Mục đích 12

B Các biến đổi 12

C Phương pháp thực hiện 12

D Thiết bị 12

2 Phối trộn 13

A Mục đích 13

B Các biến đổi 13

C Phương pháp thực hiện 13

D Máy trộn thùng quay 14

3 Rang 14

A Mục đích 14

B Các biến đổi 14

C Phương pháp thực hiện 14

D Thiết bị rang liên tục hiệu Burn Thermalo 15

4 Xay 16

A Mục đích 16

B Các biến đổi 16

C Phương pháp thực hiện 16

D Thiết bị xay 16

5 Trích ly 17

A Mục đích 18

B Các biến đổi 18

C Phương pháp thực hiện 18

D Thiết bị trích ly bộ lọc 18

6 Xử lý dịch chiết 20

A Mục đích 20

B Các biến đổi 20

C Phương pháp thực hiện 20

D Thiết bị 20

7 Cô đặc 21

A Mục đích 21

B Các biến đổi 21

7.1) cô đặc bốc hơi (qui trình I) 22

A Các biến đổi 22

B Phương pháp thực hiện 22

C Thiết bị 22

7.2) cô đặc kết tinh (qui trình II) 23

8 Sấy 25

8.1) sấy phun 25

A Mục đích 25

B Các biến đổi 25

C Phương pháp thực hiện 25

D Thiết bị 27

8.2) sấy thăng hoa 29

A Bản chất: 29

B Mục đích 29

C Các biến đổi 30

D Phương pháp thực hiện 30

E Thông số công nghệ 32

9 Tạo hạt (Agglomeration) 32

A Mục đích 32

B Các biến đổi 32

C Phương pháp thực hiện 33

D Thiết bị 33

E Thiết bị 33

10 Bao gói 33

A Mục đích 33

B Các biến đổi 33

C Phương pháp thực hiện 34

D Vật liệu bao bì 34

E Thiết bị 34

III SO SÁNH 2 QUY TRÌNH 34

IV SẢN PHẨM CÀ PHÊ HÒA TAN 35

1 Những thay đổi của hương cà phê trong quá trình chế biến 35

2 Các chất tạo nên hương vị cà phê 36

3 Chất lượng của cà phê hoà tan 39

V TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG CỦA CÀ PHÊ HÒA TAN 41

VI THÀNH TỰU 42

VII PHỤ LỤC 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ

Số lượng chủng loại và mùi thơm của cà phê tùy thuộc vào điều kiện trồng,phương pháp thu hoạch và cách xử lý sau thu hoạch trái cà phê, bao gồm cả cáchloại bỏ thịt quả

Những loại cơ bản được đề cập trên đây đại diện cho khoảng 50 loại cà phêthường được sử dụng hiện nay Những loại này được chia thành 3 nhóm: “Brazils”đặc trưng cho cà phê được trồng ở Brazil, Milds bao gồm tất cả những loại Arabicakhác và cuối cùng là Robusta

a Cà phê chè (ARABICA)

Nguồn gốc: cao nguyên Jimma (Ethiopia)

Gồm nhiều chủng như: Tipica, Bourbon, Moka, Catuai, Catimor,…

Chiếm 70% sản lượng cà phê thế giới

Đây là cà phê được trồng lâu đời nhất và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vị thơmngon, dịu, hàm lượng caffeine trong hạt trung bình 1,3%

Đặc điểm thực vật học: Cây thuộc dạng bụi, thân cao 3 – 4m, cành đối xứng, mềmrũ xuống Lá mọc đối xứng, hình trứng dài, đầu nhọn, rìa lá quăn, màu xanh đậm.Quả cà phê thuộc dạng quả thịt, hình trứng, khi chín có màu đỏ tươi (chủng Caturraamrello cho quả màu vàng) Hạt cà phê hình tròn dẹt, có màu xanh xám, hoặcxám xanh, xanh lục, xanh cốm, tùy theo giống và điều kiện bảo quản và chế biến.Cà phê Arabica có đặc tính tự thụ phấn nên có độ thuần chủng cao hơn các loại càphê khác Cây ưa mát và hơi lạnh, phạm vi thích hợp 18 – 25oC, thích hợp nhất làtừ 10 – 20oC

Các nước trồng cà phê có chất lượng tốt như: Brazil, Kenya, Tanzania, Etiopia,Columbia…

Các chủng cà phê Arabica ở một số nước nổi tiếng về cà phê Arabica: Arabica

culta, Nacional (Brazil), Java (Indonesia), Arabigo (Trung Mỹ), Tipica roja(Columbia),…

b Cà phê vối (ROBUSTA)

Nguồn gốc: lưu vực sông Công-gô, miền núi vùng xích đạo và nhiệt đới Tây Phi.Chiếm 30% tổng lượng cà phê

Tên thương mại “Robusta” nhằm chỉ chung cho cà phê canephora

Đặc điểm thực vật học: cây có một hoặc nhiều thân, thân cao khoảng 8 – 12m Lácó hình trứng hoặc hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến lá gợn sóng mạnh Quả hìnhtròn hoặc hình trứng, núm quả nhỏ, trên quả thường có nhiều gân dọc, quả chín đỏhoặc hồng Kích thước hạt nhỏ hơn cà phê Arabica, hạt có dạng hình tròn, dày,màu xanh bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy chủng loại và cách chế biến Tỷ lệ khốilượng nhân trên quả tươi cao hơn cà phê Arabica Cà phê Robusta không tự thụphấn được, điều này dẫn tới sự đa dạng ở vườn cà phê vối trồng bằng hạt Câythích nơi nóng ẩm, nhiệt độ thích hợp nhất là 24-26oC

Hàm lượng caffeine trong hạt chiếm 1.97 – 3.06% (cao nhất trong 3 loại cà phê).Cà phê Robusta được trồng nhiều ở vùng trung hải Ivory, Tây Phi, Cameroon,Uganda, Angola và các nước châu Á

c Cà phê mít (LIBERICA)

Nguồn gốc ở xứ Ubangui-Chari, xứ Biển Hồ Sát, sa mạc Sahara, thường gọi càphê sari

Đặc điểm thực vật học: Cây cao 6 - 15m, lá to, hình trứng hoặc hình lưỡi mác.Quả hình trứng, hơi dẹt, núm quả lồi Quả to khi chín có màu đỏ sẫm, hạt màu xanhngả vàng, vỏ lụa bám chặt vào hạt khó làm tróc hết Cà phê mít ít thơm, có vị chuachất lượng nước uống ít được ưa chuộng

Hàm lượng caffeine trong hạt 1,02-1,15%

2 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÀ PHÊ

 Aûnh hưởng của loại đất trồng cà phê: Đất trồng cà phê có ảnh hưởng

rất lớn đến mùi vị và màu sắc của cà phê

Ví dụ: cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt, khoẻ, sản lượng cao, phẩm chất càphê tốt còn có hương vị đậm đà, hậu vị thơm ngon hơn là cà phê trồng trên các loạiđất khác

 Aûnh hưởng của chế độ chăm sóc: chế độ chăm sóc kĩ thuật trong thời

gian trồng cà phê rất quan trọng Người trồng cà phê quyết định đên chất lượng càphê

Các chế độ chăm sóc cà phê gồm có:

 Tủ gốc cây cà phê

 Đánh nhánh tạo hình cây

 Phân bón đúng kỳ, đúng số lượng cần thiết

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

 Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê

Chăm sóc cây tố sẽ ảnh hưởng lớn đến sản lượng cà phê, độ chắc mẩy của hạtcà phê, chất dinh dưỡng trong cây đầy đủ

 Aûnh hưởng của độ cao: độ cao vùng đất trồng cũng ảnh hưởng đến chất

lượng cà phê, chẳng hạn cà phê trồng ở độ cao 2000m trở lên có hương vị đặc biệtvà xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở thấp

 Chủng loại cà phê: cà phê Robusta có hiệu suất trích ly cao phù hợp để

sản xuất cà phê hoà tan nhưng hương vị của cà phê Arabica lại được ưa chuộngnhiều hơn

3 CẤU TẠO QUẢ CÀ PHÊ

Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ.

Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất nọt dễ

xay xát hơn

Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân.

Vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy thuộc

loại cà phê

Nhân cà phê: nằm trong cùng Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ,

trong chứa dầu Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn Một quả cà phêthường có 1,2 hoặc 3 nhân

Bảng 1: Tỉ lệ các thành phần cấu tạo các hạt cà phê (% theo quả tươi ) Các loại vỏ và

4 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÀ PHÊ NHÂN (Arabica)

Thành phần hoá học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độchín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản

oNước

Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết Khi hàmlượng nước cao hơn, các loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt Mặt khác,hàm lượng nước cao sẽ làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trong quá trìnhrang, tốn nhiều nhiên liệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê Hàm lượng nướctrong cà phê sau khi rang còn 2,7%

oChất khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu là kali, nitơ,magie, photpho, clo Ngoài ra còn thấy nhôm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh… Những chất

này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê Chất lượng cà phê cao khi hàm lượngchất khoáng càng thấp và ngược lại.

oGlucid

Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thànhphần nước uống mà chỉ cho màu và vị caramel Đường có trong cà phê do trong quátrình thuỷ phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme thuỷ phân Hàm lượngsaccharose có trong cà phê phụ thuộc vào mức độ chín: quả càng chín thì hàm lượngsaccharose càng cao Hạt cà phê còn chứa nhiều polysaccharide nhưng phần lớn bịloại ra ngoài bã cà phê sau quá trình trích ly

oProtein

Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng nó đóng vai trò quan trọngtrong việc hình thành hương vị của sản phẩm Thành phần protein của cà phê cónhững acid amin sau: cysteine, alanie, phenylalanine, histidine, leucine, lysine… Cácacid amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng liên kết Khi gia nhiệt,các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng tiếp tục tham giacác phản ứng maillard, caramel tạo mùi và vị cho cà phê rang Trong số các acidamin kể trên đáng chú ý nhất là những acid amin có chứa lưu huỳnh như cysteine,methionine và proline, chúng góp phần tạo nên hương đặc trưng của cà phê sau khirang Đặc biệt, methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxi hoá các chấtthơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản Trong quá trình chế biếnchỉ có một phần protein bị phân giải thành acid amin, còn phần lớn bị biến thànhhợp chất không tan

oLipid

Hạt cà phê chứa lượng lipid khá lớn (10-13%) Lipid trong cà phê gồm chủyếu dầu và sáp Trong đó sáp chiếm 7-8% tổng lượng lipid, còn dầu chiếm 90%.Trong quá trình chế biến, lipid bị biến đổi, song một phần acid béo tham gia phảnứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipidkhông bị biến đổi là dung môi tốt hoà tan các chất thơm Khi pha cà phê thì chỉ mộtlượng nhỏ lipid đi vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã

Trigonelline (acid metyl betanicotic: C7H7NO2) là alcanoid không có hoạt tínhsinh lý, ít tan trong rượu etylic, không tan trong cloroform và ete, tan nhiều trong

nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218oC Tính chất đáng quý của trigonelline làdưới tác dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân tạo thành acid nicotic (tiền vitaminPP) Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy trong cà phê nhân không có acid nicoticnhưng nó được hình thành trong quá trình gia nhiệt trong đó sự nhiệt phântrigonelline giữ vị trí quan trọng.

oChất thơm

Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy tronghạt Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố như đất đai, khí hậu và nhất là chủng loại cà phê.Mặt khác nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá trình rang.Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid, aldehide, cetone, rượu, phenol,este Trong quá trình rang, các chất thơm thoát ra ban đầu có mùi hắc sau chuyểnthành mùi thơm Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiệntượng cà phê bị mất mùi thơm nên cần đựng trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh

Bảng 2: Thành phần hoá học cà phê nhân

Thành phần hóa

học

Đơn vị g/100g Thành phần

hóa học

Đơn vị mg/100g

9 - 16 0,8 - 2

2 - 8

1 - 3 2

8 - 9 1 5

5 - 23 0,85

5 - 10

10 - 20 20 4 2,5 - 4,5

CaPFeNaMn

Rb, Cu, F

85 – 100

130 - 150

3 - 104

1 - 45Vết

5 TIÊU CHUẨN CÀ PHÊ NHÂN

Đây là tiêu chuẩn của công ty đầu tư xuất nhập khẩu Daklak - Inexim Daklakcho cà phê nhân sống chất lượng cao:

 Độ ẩm: 12,5% max

 Đen, vỡ: 0%  3% max

 Tạp chất: 0%  0,5% max

 Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807: 2001

 Màu sắc, mùi vị tự nhiên

 Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ…

 Theo tiêu chuẩn TCVN 4193:2001: 90 lỗi max/300gr

a Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cà phê của SCAA (The Specialty Coffee Association of America)

Tiêu chuẩn phân cấp cà phê nhân của SCAA tốt hơn các hệ thống phân cấpkhác vì nó đã định ra được mối liên hệ giữa các khuyết tật của hạt với chất lượng

của cà phê pha Tuy nhiên phương pháp này đã bỏ qua một ít các khuyết tật quantrọng có thể có trong nguyên liệu.

Trong phương pháp này, người ta lấy 300g mẫu cà phê và phân tích theo cáctiêu chuẩn về khuyết tật theo Bảng 3, Bảng 4 và phân cấp theo các tiêu chuẩn dưới.Dùng 100g cà phê trên sàng qua sàng số 14, 15, 16, 17 và 18 rồi tính phần trămkhối lượng cà phê trên mỗi sàng Vì việc phân tích 300g cà phê tốn thời gian hơnnên thông thường chỉ tiến hành phân tích bằng sàng với 100g mẫu Trường hợp càphê chất lượng cao, chỉ có ít khuyết tật thì mới phân tích khuyết tất với 300g mẫu.Nếu cà phê chất lượng thấp, nhiều khuyết tật thì phân tích với 100g mẫu là đủ –cũng áp dụng với cà phê hạng 4 và hạng 5 Sau đó cà phê được đem đi rang vàđánh giá cảm quan để xác định các tính chất cảm quan của cà phê

b Cấp bậc cà phê nhân theo SCAA

Hạng 1 (Specialty Grade): không có quá 5 đơn vị khuyết tật trong 300g cà

phê Không được phép có những khuyết tật cấp I Chỉ được phép có tối đa 5% khốilượng cà phê không đúng kích thước Phải có ít nhất 1 tính chất đặc trưng về thểchất, mùi hương, vị hoặc tính acid Hoàn toàn không có hạt bị hỏng, bị sâu và khôngđược phép có hạt thứ phẩm Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%

Hạng 2 (Premium Grade): không có quá 8 đơn vị khuyết tật trong 300g cà

phê Được phép có những khuyết tật cấp I Chỉ được phép có tối đa 5% khối lượngcà phê không đúng kích thước Phải có ít nhất 1 tính chất đặc trưng về thể chất, mùihương, vị hoặc tính acid Hoàn toàn không có hạt bị hỏng và được phép có 3 hạt thứphẩm Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%

Hạng 3 (Exchange Grade): có 9 – 23 đơn vị khuyết tật trong 300g cà phê.

Phải có 50% khối lượng trên sàng 15 và có ít hơn 5% khối lượng dưới sàng 14.Không có biểu hiện hỏng (mùi vị lạ) trong nước cà phê và chỉ có tối đa 5 hạt thứphẩm Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%

Hạng 4 (Below Standard Grade): có 24 – 86 đơn vị khuyết tật trong 300g cà

phê

Hạng 5 (Off Grade): có nhiều hơn 86 đơn vị khuyết tật trong 300g cà phê.

Bảng3: Những khuyết tật cấp I

Khuyết tật cấp I Số lần phát hiện Số đơn vị khuyết tật

Mẩu cành cây trung

bình

Bảng 4: Những khuyết tật cấp II Khuyết tật cấp II Số lần phát hiện Số đơn vị khuyết tật

Nhân bị lên men một

II QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN

Cà phê hòa tan là một loại thức uống bắt nguồn từ cà phê Nó xuất hiện đầutiên trên thị trường vào những năm 50 của thế kỷ 20 Từ đó, công nghiệp sản xuấtcà phê hòa tan đã phát triển rất mạnh, và trở thành một trong những loại thức uốngphổ biến nhất của cà phê được hàng triệu người trên thế giới ưa chuộng Loại càphê này rất tiện lợi và dễ dàng sử dụng nhưng quy trình sản xuất thì rất phức tạp vàđòi hỏi chi phí cao

Quy trình I sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân

Quy trình II sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân

1 LÀM SẠCH

a Mục đích

 Chuẩn bị: tách tạp chất ra khỏi nguyên liệu, tạo nguồn nguyên liệu sạch đểđưa vào sản xuất

b Các biến đổi

Trong quá trình làm sạch chỉ có sự thay đổi về thành phần các cấu tử màkhông có sự thay đổi về chất

 Vật lý:

 Khối lượng của nguyên liệu giảm do các tạp chất được tách ra

 Thay đổi về tỷ trọng

c Phương pháp thực hiện

 Để làm sạch tốt nguyên liệu ta tiến hành theo 4 bước:

 Phân loại theo kích thước: tách các tạp chất có kích thước khác với kích

thước của cà phê nhân

 Phân loại bằng khí động: tách các tạp chất nhẹ.

 Phân loại theo từ tính: tách kim loại.

 Phân loại theo tính chất bề mặt: tách các tạp chất như đá, sỏi,… do có ma

sát lớn

d Thiết bị

 Nguyên liệu sau khi vào thiết bị được dẫn qua máy sàng 2 tầng Tại đây, cáctạp chất có kích thước nhỏ hơn và các tạp chất có kích thước lớn hơn cà phê nhânđược tách ra

 Sau đó, nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất nhẹ lẫn trong cà phê nhân sẽđược hút ra ngoài Từ đây, nguyên liệu được dẫn qua bộ phận nam châm quay đểtách kim loại

 Cuối cùng, nguyên liệu đi qua máy tách đá và thoát ra ngoài

2 PHỐI TRỘN

a Mục đích

 Chuẩn bị: phối trộn nhiều loại cà phê khác nhau về nguồn gốc để

 Tạo nên hương vị mới do sự phối hợp hương vị của nhiều loại cà phê

 Hạ giá thành sản phẩm bằng cách tận dụng những loại cà phê chấtlượng thấp (đối với những loại cà phê chất lượng cao thì không có giai đoạn này)

 Giảm sự phụ thuộc của sản xuất vào sản lượng của từng mùa vụ

b Các biến đổi

Trong giai đoạn này, các biến đổi trong bản thân từng hạt cà phê nhân hầu nhưkhông xảy ra, chỉ có sự phân bố đồng đều các hạt trong toàn khối

c Phương pháp thực hiện

Các loại cà phê khác nhau sẽ được phối trộn lại với nhau theo một công thức

nào đó (do nhà sản xuất đặt ra) tạo nên hương vị đặc trưng riêng cho sản phẩm.

Ví dụ:

Cũng có vài trường hợp người ta phối trộn cùng một loại cà phê ở các mức độrang khác nhau, khi đó quá trình trộn được thực hiện sau quá trình rang

d Máy trộn thùng quay

Thùng chứa vật liệu được truyền động quay qua các trục được gắn với thùng.Khi thùng quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, vật liệu trong thùng sẽ được nâng lênvà rơi xuống tạo sự đảo trộn trong khối vật liệu

3 RANG

a Bản chất

Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê tại nhiệt độ cao từ 190oC đến

240 oC nhằm đạt được các biến đổi mong muốn về màu sắc và hương vị

 Giảm khối lượng do thoát ẩm

 Hạt cà phê phồng lên, tăng thể tích từng hạt cũng như thể tích của toànkhối hạtDo đó khối lượng riêng của hạt và khối lượng riêng tự nhiên (khối lượngriêng xốp) của toàn khối hạt giảm Sự giảm khối lượng riêng này phụ thuộc vàomức độ rang và tốc độ rang

 Hóa học:

 Các phản ứng tạo CO2, CO, N2 (đặc biệt là CO2) Quá trình rang cà phêsẽ giải phóng ra CO2, lượng CO2 này phụ thuộc vào mức độ rang, sự đảo trộn và cảphương pháp xác định tuy nhiên không phải tất cả các lượng CO2 sinh ra đều thoát

ra ngoài mà còn một lượng bị giữ lại trong đống hạt Khối hạt cà phê sau khi rangcó thể lưu lại 2 – 5mlCO2/g thậm chí đến 10mlCO2/g (chiếm khoảng 0,4 – 1% trọnglượng khối hạt), (xác định ở 20oC, 760mmHg) Lượng CO2 này sẽ từ từ thoát ra khỏikhối hạt Aùp suất gây bởi lượng CO2 lưu lại trong khối hạt có thể tính theo côngthức:

 Chất hòa tan: tăng theo mức độ rang

 Tổn thất chất hòa tan cũng tăng theo mức độ rang

 Các phản ứng tạo hương, tạo màu: maillard, caramel…

 Giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: phenol, pyrazine, furfurylalcohol, acetic acid, cyclopentanol

 Protein bị phân hủy một phần hay tòan phần do nhiệt, hàm lượng cafeincũng bị biến đổi

 Trong quá trình rang, trigoneline sẽ mất đi một lượng lớn tạo thành cácsản phẩm gồm Nicotinic (niacin), Nicotiamide và các chất thơm dễ bay hơi như làPyridine và Pyrol

Nhiệt độ cao khi rang, đặc biệt là khi sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặt kimloại nóng, sẽ gây ra những phản ứng hóa học không mong muốn, nhất là ở bề mặtcà phê (bề mặt cà phê có thành phần khác với phía trong nhân) ví dụ như quá trìnhthan hóa

 Yếu tố ảnh hưởng: Nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian, thiết bị do đó tuỳ

theo sở thích của người uống mà ta chọn các thông số rang phù hợp

d Phương pháp thực hiện

 Quá trình rang được thực hiện ở áp suất thường

 Tác nhân cung cấp nhiệt cho quá trình rang: không khí, bề mặt kim loạinóng hay các tia bức xạ Hiện nay, không khí nóng được sử dụng phổ biến hơn, bềmặt kim loại chỉ được dùng như tác nhân phụ bổ sung cho không khí nóng

 Trong thiết bị rang có bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh (đôi khibằng phương pháp phun nước trực tiếp vào khu vực rang) nhằm hạ nhiệt độ khối càphê xuống nhanh sau khi đã đạt được mức độ rang cần thiết

 Tùy theo mức độ thay đổi của hạt cà phê về màu sắc, sự thay đổi hương

vị, hao tổn khối lượng và các biến đổi hóa học bên trong cà phê nhân, người ta phânchia quá trình rang ra làm 3 loại: rang nhẹ (light), rang vừa (medium), rang “sâu”(dark), đôi khi còn phân ra loại “very dark”

Ngoài ra, người ta còn có thể phân loại quá trình rang theo thời gian rang:

 Rang nhanh: vài phút

 Rang thông thường: khoảng 12 – 15 phút.

Theo nguyên lý hoạt động của thiết bị, quá trình rang có 2 loại:

 Rang gián đoạn: thiết bị dạng tang trống đặt nằm ngang hay

đặt đứng có cánh khuấy, thiết bị dạng chảo quay đặt đứng thường có thời gianrang dài (12 – 15 phút hay có thể hơn) và nhiệt độ cao (có thể lên đến 450oC)

 Rang liên tục: thiết bị dạng tang trống đặt nằm ngang (thời

gian rang ngắn hơn (có thể chỉ trong 3 – 6 phút) và nhiệt độ thấp hơn (khoảng

250oC)

e Thiết bị rang liên tục hiệu Burns Thermalo

 Bộ phận rang: dạng tang trống được đục lỗ, có năng suất 3000lb/h, tốcđộ quay 2 – 7 rpm tùy thuộc vào thời gian lưu của nhân cà phê Bên trong hình trụcó các tấm dạng xoắn ốc ngăn tang trống ra thành các khu vực chứa cà phê

 Bộ phận làm nguội: dạng tang trống được đục lỗ, ngăn cách với bộ phậnrang bằng một đĩa đặt ở tâm hình trụ

 Thời gian lưu: khoảng 7 phút ứng với tốc độ quay lớn nhất của bộ phânrang, trong đó 5 phút là ở bộ phận rang, còn lại là ở bộ phận làm nguội

 Nhiệt độ khí nóng: khoảng 250oC (500oF) (thấp hơn hẳn so với ranggián đoạn do sử dụng hệ thống tuần hoàn khí và sử dụng lượng không khí lớn)

 Thông số công nghệ (sử dụng ở nhà máy cà phê Biên Hòa)

Theo từng loại riêng biệt đã phân loại trong trống rang

 Nhiệt độ rang: 150-180 oC

 Khối lượng rang: 45kg/mẻ

 Thời gian rang: 10-15 phút

 Để giữ hương vị của cà phê, khi kết thúc một mẻ rang bơm vào khoảng 0,5 l nước

 Cà phê sau khi rang có độ ẩm khỏang 2% có màu hạt dẻ, hươngthơm, vị không chua

 Sự giảm kích thước hạt của cà phê từ hạt rắn sang dạng bột rắn khô

 Giảm khối lượng toàn hạt và tăng khối lượng riêng xốp lượng do khícacbonic, hơi nước và các chất dễ bay hơi tạo thành từ giai đoạn rang tiếp tục đượcgiải phóng

 Sự gia tăng nhiệt độ do ma sát

 Sự tách tiếp tục lớp vỏ còn chưa được tách ra trong quá trình rang

 Hóa học: Có một số phản ứng phân hủy, oxy hóa do nhiệt độ và bề mặt tiếpxúc tăng

 Hóa lý: Sự tăng diện tích bề mặt riêng, sự bay hơi của một số chất mùi

 Cảm quan: Giảm mùi thơm của cà phê do một số chất mùi bị thất thoát

d Các yếu tố ảnh hưởng

 Bản chất của hạt: Độ cứng, độ giòn, độ ẩm, hình dạng, kích thước

 Điều kiện: Nhiệt độ, cấu tạo thiết bị…

 Mức độ rang

e Phương pháp thực hiện

 Hạt cà phê sau khi rang cần lực cắt hơn là lực xé hay lực ép, do đó thiết

bị xay thường sử dụng là các con lăn có răng cưa để cắt với nhiều kiểu dáng khácnhau Ngoài ra còn có nhiều loại thiết bị khác để tạo cà phê hạt mịn hay cà phêdạng bông (thường có lợi cho quá trình ủ sau này)

 Hạt cà phê sau khi xay không nên còn quá thô vì thời gian trích ly bằngnước các chất rắn hòa tan và các cấu tử dễ bay hơi sẽ lớn, nhưng cũng không nênquá mịn có thể làm nghẹt lọc

 Trong khi xay nên thêm một ít nước (bằng cách phun ẩm) để tạo thuậnlợi cho quá trình trích ly bằng nước sau này Theo nghiên cứu, lượng nước thêm vàotrong giai đoạn này tốt nhất là khoảng 7%

 Người ta có thể sử dụng phương pháp xay lạnh đông Theo cách này, hạtcà phê sẽ được xay mịn hơn và lượng cấu tử hương thất thoát sẽ giảm xuống (trongquá trình xay ở nhiệt độ thường, sự ma sát sẽ làm tăng nhiệt độ cà phê)

 Khí thoát ra có thể được thu hồi và sử dụng ở các giai đoạn sản xuất sauvà trong quá trình bao gói

 Lớp vỏ bong ra có thể bị bỏ đi hay được tận dụng để phối trộn với càphê bột lúc sau nhằm tận thu hết những chất dầu thấm ra vỏ trong quá trình rang vàkhống chế khối lượng riêng thể tích của khối bột sau xay

f Thiết bị

 Thiết bị xay trong công nghiệp được thiết kế gồm nhiều con lăn có tốcđộ quay khác nhau Trên bề mặt các con lăn có các rãnh răng cưa: trên bề mặt conlăn tốc độ cao có các răng cưa hình chữ U nằm nghiêng, còn trên bề mặt con lăn tốcđộ thấp có các răng cưa hình chữ U thẳng đứng Hai con lăn với tốc độ quay khácnhau sẽ tạo thành một cặp, giữa mỗi cặp sẽ có một khoảng cách thích hợp với mứcđộ nghiền Đi từ trên xuống dưới, mức độ nghiền sẽ đi từ thô sang tinh hơn

 Thông số công nghệ:

Kích thước của bột cà phê ảnh hưởng đến quá trình trích ly do ảnh hưởng đếnđộ giảm áp của dòng nước khi đi qua thiết bị trích ly Để quá trình trích ly dễ dàng,bột cà phê có đường kính khoảng 1000 – 2000μm (qua rây 8 mesh và trên rây 20mesh)

5 TRÍCH LY

a Bản chất

Trong sản xuất cà phê hòa tan, người ta sử dụng quá trình trích ly lỏng – rắn.Đây là quá trình tách các chất hòa tan trong bột cà phê bằng nước nóng nhờ sựkhuếch tán của các chất dễ hòa tan giữa hai pha Động lực của quá trình là sự chênhlệch nồng độ chất hòa tan giữa hai pha Quá trình được thực hiện cho đến khi đạtđược sự cân bằng nồng độ giữa pha trích và pha raffinate

Vật liệu:

• Pha rắn: cà phê bột

• Pha lỏng: nước nóng

b Mục đích:

 Khai thác: Quá trình này nhằm khai thác các chất hòa tan trong bột cà phê.Đây là giai đoạn quan trọng, quyết định đến chất lượng, hương vị và cả sản lượngcà phê hòa tan

c Các biến đổi

 Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch vàbã cà phê

 Hóa lý:

 Độ ẩm của bột cà phê tăng

 Độ nhớt dung dịch tăng

 Có sự chuyển pha của các chất rắn hòa tan trong cà phê thành lỏng

 Có sự thất thoát các cấu tử mùi

 Một phần protein bị kết tủa do biến tính bất thuận nghịch

 Hóa học:

 Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong hai pha;

 Phản ứng phân hủy của một số chất nhất là các chất mùi là các rượu,ester, ceton… không bền;

 Phản ứng tạo màu

 Sự thủy phân một số chất (đường, protein, hemicellulose) Cắt nhữngpolysaccharide mạch dài thành những polymer mạch ngắn có khả năng hòa tan

 Sự giải phóng của một vài thành phần được giữ bởi thành tế bào, ngaycả những liên kết hóa trị, có lẽ cũng diễn ra, như là một số arabinogalactan

 Tất cả những thành phần trong cà phê rang đều được trích ly, ngoại trừcellulose, lignin và 1 số polysaccharide mạch dài Nhiệt độ nước sử dụng càng caothì mức độ trích ly các chất càng lớn Mức độ của sự trích ly thay đổi từ 100% choacid aliphatic và quinic, 85 – 100% cho alkaloid và acid unchanged chlorogenic, 40– 100% cho những hợp chất dễ bay hơi, 15 – 20% cho “protein” và 20 – 25% chomelanoidine và giảm xuống 1 – 5% cho dầu cà phê

 Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa

 Cảm quan:

 Mùi thơm giảm, làm cho cà phê có mùi caramel, mùi khét, mùi nấu

 Màu sậm hơn.

 Cà phê có vị chua, gắt và khan

d Các yếu tố ảnh hưởng

 Sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha: Đây chính là động lực của quátrình Khi chênh lệch nồng độ lớn thì hiệu quả trích ly càng cao, thời gian giảm,lượng dung môi giảm

 Tính chất vật liệu (độ xốp, tính thấm nước)

 Thời gian trích ly: thời gian càng dài thì trích ly càng triệt để Nhưng nếucà phê tiếp xúc với nước nóng quá lâu thì sẽ có những biến đổi không tốt đến mùi

vị sản phẩm

 Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bột cà phê và nước: Diện tích tiếp xúccàng lớn thì quá trình trích ly càng triệt để nhưng nếu bột cà phê quá mịn thì sẽ khókhăn cho quá trình lắng, lọc dịch cà phê

 Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, tốc độ khuếch tán tăng, độ nhớt giảm, cácphần tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng hơn Nhưng nhiệt độ quá cao sẽ dẫn tớinhững phản ứng bất lợi cho hương vị, màu sắc của cà phê nên việc tăng nhiệt độphải có giới hạn

e Phương pháp thực hiện

 Nguyên tắc:

 Cho dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê trong thiết bị, các chất hòatan sẽ tan vào nước và được tách ra để đưa tiếp vào giai đoạn sau, bã cà phê đượcsấy khô

 Trích ly có thể được thực hiện trong một hay nhiều bậc, nước và cà phêchuyển động ngược chiều hay xuôi chiều, gián đoạn hay liên tục

f Thiết bị trích ly bộ lọc (Percolation batteries extraction) (quy trình I)

Thiết bị trích ly gián đoạn, ngược chiều, nhiều bậc: một bộ 5-8 bình ngâm chiết

Đây là phương pháp phổ biến nhất Hệ thống gồm khoảng 5-8 bình nối tiếp nhau, giữa các bình có thiết bị gia nhiệt để giữ nhiệt độ của nước theo yêu cầu Cà phê bột được đổ đầy vào các bình (1), (2), (3), (7), nước nóng được bơm lần lượt vào các bình từ (1), (2), (3), và dịch trích ly được lấy ra ở bình (5) Các bình (6), (7), (8) là các bình dự trữ Khi vật liệu trong bình (1) đã được trích ly triệt để, bình này được tách ra khỏi hệ thống để tháo bã, rửa và nạp cà phê mới Bình (6) đã được nạp cà phê bột mới được nối vào sau bình (5) Lúc này, nước được đưa vào bình (2), dung dịch được lấy ra ở bình (6)

 Nước được cung cấp ở nhiệt độ rất cao, có thể lên đến 180oC Khi đó, do sựtỏa nhiệt tự nhiên từ cột, nhiệt độ của chất lỏng và cặn trong mỗi cột sẽ giảm từ từcho đến khi nhiệt độ của chất lỏng tiếp xúc với cà phê mới nhất đạt khoảng 100oC.Việc sử dụng nhiệt độ cao hơn cho phép trích ly được một lượng nhiều hơn và do đó

ta sẽ thu được dịch trích ly có nồng độ cao hơn Thế nhưng việc sử dụng nhiệt độcao đòi hỏi hệ thống phải được giữ dưới một áp suất sao cho nước vẫn còn ở trạngthái lỏng (ví dụ nước ở 175oC cần áp suất là 120 PSI hoặc 828 kPa), và do đó nhữngcột riêng lẻ và hệ thống đường ống của chúng phải được thiết kế sao cho có thểchịu được áp lực trên

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, hoạt đôïng đơn giản

Nhược điểm : năng suất thấp, hiệu quả tách không cao, nồng độ dịch chiếtthấp

 Thông số công nghệ: (sử dụng tại nhà máy cà phê Biên Hòa)

 Aùp suất lò hơi: 16 – 18kg/cm2

 Lưu lượng nước nóng: 250 – 280 l/h

 Mỗi bình làm việc chứa 70 kg cà phê

 Thời gian trích ly 1 bình: 45phút

 Dịch cà phê lấy ra bình cuối có áp suất 12 – 14 atm, nhiệt độä là 90 –

 Hoàn thiện: tách các chất ảnh hưởng xấu đến sản phẩm

b Các biến đổi

 Vật lý:

 Thể tích và khối lượng giảm

 Tỷ trọng giảm

 Nhiệt độ giảm.

 Độ nhớt giảm

 Hóa lý:

Có sự kết tủa của các chất keo tụ

c Phương pháp thực hiện

Dịch chiết có nhiệt độ cao sẽ được làm lạnh về nhiệt độ 5oC, sau đó được lọctinh để gạn đi các tạp chất thô, tách cặn và các hợp chất keo tụ

d Thiết bị

Quá trình xử lý dịch chiết được thực hiện qua 2 thiết bị:

 Thiết bị làm lạnh dạng bản mỏng: thiết bị này sử dụng nước lạnh để làm

lạnh dịch chiết về nhiệt độ yêu cầu

 Thiết bị lọc khung bản: để tách cặn và các hợp chất keo tụ

 Có 2 phương pháp:

 Truyền thống: cô đặc bốc hơi trong nồi chân không ở nhiệt độ thấp

 Hiện đại: cô đặc kết tinh

1) Cô đặc bốc hơi (QUI TRÌNH I)

a Các biến đổi

 Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa

 Phản ứng thủy phân một số các hợp chất cao phân tử

 Hóa lý: Một phần protein bị kết tủa do biến tính bất thuận nghịch

 Cảm quan:

 Màu cà phê sậm hơn do các phản ứng caramel, phản ứng Maillard tạocác hợp chất màu dạng keo

 Giảm mùi thơm do các chất tạo mùi bay hơi

 Có thêm các vị lạ

b Phương pháp thực hiện

Tiến hành cô đặc bằng thiết bị dạng màng rơi hoặc thiết bị dạng tấm bản, nồng độcuối cùng của dịch trích cà phê có thể tăng lên đến 60% hoặc hơn

Điểm quan trọng trong quá trình này là việc sử dụng nhiệt độ bốc hơi thấp đểtránh phá hủy dịch trích cà phê, và thiết bị bốc hơi nên có 3 hoặc 4 giai đoạn đểtiết kiệm năng lượng

Vùng bốc hơi được vận hành dưới điều kiện chân không, có nghĩa là quá trình bốchơi diễn ra tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ứng với áp suất khí quyển thông thường.Chân không được tạo ra bằng bơm chân không trước khi khởi động thiết bị bốc hơi,và được giữ bằng cách ngưng tụ hơi nước bằng nước lạnh

 Thường sử dụng đối với sản phẩm sấy phun

Hình 19: Nguyên lý hoạt động của thiết bị bốc hơi dạng màng rơi

c Thiết bị

Hình 20 : Thiết bị bốc hơi dạng

màng rơi

 Chất lỏng được phân phối

một cách đều đặn ở mặt trong của

ống, chảy xuống tạo thành một màngmỏng Quá trình bốc hơi sẽ diễn ra tạiđây nhờ nhiệt được cung cấp bởi hơinước Hơi nước ngưng tụ và chảyxuống ở mặt ngoài của ống

 Có nhiều ống được lắp đặtcạnh nhau tạo thành một chùm ống.Hai đầu của chùm ống được cố địnhbởi 2 vỉ ống và toàn bộ chúng đượcbao bọc bởi một lớp vỏ áo Bộ phậnnhư thế được gọi là calandria

 Hơi nước được đưa vàobên trong lớp vỏ áo Khoảng khônggian giữa các ống gọi là vùng gianhiệt, mặt trong của ống được gọi làvùng bốc hơi

 Chất lỏng đã được cô đặc và hơi nước ra khỏi calandria tại phần đáy.Tại đó, phần lớn chất lỏng cô đặc sẽ được tháo ra Phần được giữ lại sẽ đi vào bộphận tách hơi cùng với hơi nước Sau khi tách hơi, phần chất lỏng này cũng đượctháo ra (thường sử dụng bơm giống như phần chính của dịch cô đặc tháo ra từcalandria) Còn hơi sẽ rời khỏi bộ phận tách hơi tại đỉnh

 Hơi gia nhiệt ngưng tụ tại mặt ngoài của ống và được tập trung dướidạng nước ngưng tại đáy của vùng gia nhiệt và cũng được tháo ra bằng bơm

 Vì hơi thứ tạo ra từ dung dịch cô đặc còn chứa rất nhiều năng lượng, chonên người ta tận dụng nó để làm tác nhân gia nhiệt Điều này được thực hiện bằngcách thêm một calandria khác vào thiết bị bốc hơi Calandria mới này có nhiệt độbốc hơi thấp hơn, làm việc như là một bình ngưng tụ hơi thứ từ calandria thứ nhất

 Để đạt được sự khác nhau về nhiệt độ giữa sản phẩm và hơi nước trongcalandria thứ hai, vùng bốc hơi trong calandria được vận hành ở điều kiện chânkhông cao hơn tương ứng với nhiệt độ thấp hơn đó

 Thông số công nghệ:

Dịch trích sau khi lọc đưa qua thiết bị cô đặc chân không, với nhiệt độ nằm trongkhoảng từ 35 đến 80oC, khi đó áp suất tuyệt đối từ 40 đến 360mmHg, nồng độ chấtkhô đạt được từ 35-55% khối lượng chất khô

2) Cô đặc kết tinh (QUI TRÌNH II)

 Nước trong dịch trích sẽ bị đông thành những tinh thể đá tinh khiết, sauđó sẽ được lọc, làm tan chảy và tháo ra ngoài

 Cô đặc kết tinh là một phương pháp mới và đã được chứng minh tính ưuviệt của nó về việc giữ được những hợp chất mùi so với những phương pháp khác

 Thiết bị

 Hệ thống gồm 3 bộ phận:

 Bộ phận kết tinh (Crystallization unit): có một hay nhiều bề mặt trao

đổi nhiệt có gắn các lưỡi nạo Gồm 2 ống đồng trục lồng vào nhau, ống trong cóthân xoay cho chất lỏng đi qua Sự truyền nhiệt diễn ra ở khoảng giữa 2 ống, tácnhân gia nhiệt làkhông khí lạnh Các lưỡi nạo ở bề mặt ống trong sẽ nạo lớp đákhỏi thành

 Bộ phận tái kết tinh (Recrystallization unit): đây như là một tank

phối trộn được gắn một hay nhiều màng lọc Màng lọc này có nhiệm vụ ngăncác tinh thể đá quay trở lại bộ phận kết tinh

 Bộ phận rửa cột (Washcolumn): Tách tinh thể đá ra khỏi sản phẩm,

tái sử dụng tinh thể đá

 Nguyên lý hoạt động:

Hình 21: Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc kết tinhChất lỏng được bơm vào bình làm lạnh, không khí lạnh sẽ lấy nhiệt từ dịch hòa tantạo nên các tinh thể đá Các lưỡi nạo gắn ở thân ống trong sẽ nạo lớp đá ở thành.Sau đó, tiếp tục được đẩy qua bộ phận tái kết tinh Tại đây những tinh thể đá nhỏsẽ tan chảy, tinh thể đá lớn hơn được đẩy qua cột washcolumn Chất lỏng sẽ đượcđưa trở lại bộ phận kết tinh sau khi lọc qua màng lọc phía đáy thiết bị Khi đạt tớinồng độ chất khô từ 35 – 50%, dịch chất hòa tan sẽ được đưa ra ngoài

Những tinh thể đá sau khi tách ra

khỏi dịch hòa tan nhờ cột washcolumn sẽ được rửa sạch để loại bỏ những chất hòatan còn sót lại, tan chảy và thải ra ngoài để sản xuất nước sạch Dịch chất hòa tanquay trở lại bộ phận kết tinh