Cà phê hòa tan (tải về xem không bị lỗi)

Tình hình nguyên liệu cà phê tại Việt Nam Các nước trên thế giới như Mỹ, Pháp, Ý và các nước Bắc Aâu,nơi mà cà phê được coi là không thể thiếu thì không có đủ điều kiệnđất đai, khí hậu đ

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Giới thiệu sản phẩm cà phê hòa tan

Cà phê là một trong những thức uống được ưa chuộng nhất trên thếgiới và có mức tiêu thụ cao Đặc biệt ở các thị trường lớn như Mỹ,Pháp, Ý và các nước Bắc Aâu, nơi mà cà phê được coi là không thểthiếu nhưng không có đủ điều kiện đất đai, khí hậu để trồng

Cà phê hoà tan là một loại cà phê không có cặn và sử dụng đơngiản, thích hợp mọi điều kiện Với nhịp sống hối hả của thời đại côngnghiệp thì cà phê hòa tan được sử dụng ngày càng nhiều, vì việc phachế cà phê phin gặp bất lợi về thời gian

Năm 1936, Max Rudolf Morgenthaler, người Thụy Sĩ đã sáng chế racà phê hòa tan và ngay sau đó công ty Nestle đã đăng ký nhãn hiệuNestcafe vào năm 1938 Với người tiêu dùng, cà phê hoà tan nhanhchóng được ưa chuộng vì sự tiện lợi của nó

- Sản phẩm cà phê hòa tan hiện nay:

Cà phêâ hòa tan là sản phẩm dạng bột được chế biến từ cà phênhân bằng phương pháp trích ly các chất hòa tan có trong cà phê sau đóđược đem sấy cho ra sản phẩm

Cho đếán nay, nguyên tắc chế biến cơ bản không thay đổi Tuy nhiên,người ta đã sản xuất thêm nhiều loại cà phê hòa tan với nguyên phụliệu phục vụ thị hiếu phong phú của người tiêu dùng đồng thời làm đadạng hóa sản phẩm đối với thị trường tiêu thụ cà phê hòa tan

Cà phê hòa tan là mặt hàng có giá trị cao, thuận lợi trong việc bảoquản và vận chuyển nên thu được nhiều lợi nhuận

Hiện nay trên thị trường có các sảm phẩm như:

Cà phê hòa tan nguyên chất:

Cà phê hòa tan 2 trong 1: cà phê + đường

Cà phê hòa tan 3 trong 1: cà phê + đường + sữa bột

Cà phê hòa tan 4 trong 1: cà phê + đường + sữa bột + nhân sâm

1.1.2 Tình hình nguyên liệu cà phê tại Việt Nam

Các nước trên thế giới như Mỹ, Pháp, Ý và các nước Bắc Aâu,nơi mà cà phê được coi là không thể thiếu thì không có đủ điều kiệnđất đai, khí hậu để trồng, vì vậy đối với những nước có điều kiệntrồng cà phê như nước ta cà phê không chỉ được tiêu thụ trong nướcmà còn là mặt hàng xuất khẩu mang lại lợi nhuận kinh tế cao Nhữngvùng trồng cà phê của nước ta chủ yếu hiện nay ở các tỉnh Sơn La,Thanh Hóa, Nghệ An, Lâm Đồng, Đồng Nai, và các tỉnh Tây Nguyên…Sản lượng cà phê hạt của Việt Nam trong những năm gần đây tăngtrưởng rất mạnh đã kéo theo nhu cầu tiêu dùng cà phê tăng lên

Theo thống kê hiện nay tổng diện tích cà phê của nước ta ước

khoảng 500.000 ha với sản lượng hàng năm đạt từ 750.000 – 850.000 tấn

Vì vậy nguồn nguyên liệu cung cấp cho các nhà máy sản xuất càphê hòa tan tại Việt Nam dồi dào và ổn định

1.1.3 Tình hình tiêu thụ cà phê hòa tan

Với sự đa dạng của sản phẩm cà phê hòa tan, bổ sung dinh dưỡngcùng với nhịp sống công nghiệp nên nhu cầu của người tiêu dùng đốivới sản phẩm ngày càng tăng trong đó có những nước như Mỹ vàcác nước Châu Aâu (Pháp, Anh), Nhật, … cà phê Trong các loại sảnphẩm cà phê hòa tan, có rất nhiều nhãn hiệu nổi tiếng như: Nescafe,Marco… được ưa chuộng ở Mỹ và các nước trong đó có Việt Nam.Tại Việt Nam, trong thời kỳ mở cửa hội nhập nền kinh tế thế giới,ngành chế biến cà phê và các sản phẩm cà phê hòa tan có điềukiện phát triển mạnh Các sản phẩm như là cà phê hòa tan nguyênchất, 2 trong 1, 3 trong 1 đã được tiếp cận và ngày càng trở nên quenthuộc với người sử dụng Ở những năm gần đđây cà phê bột và càphê hòa tan của thương hiệu Vinacafe, Nasecafe, Cafe Moment, G7, đã trởnên quen thuộc, trong đó hai hãng chiếm thị phần lớn nhất tại trị trườngnày là Vinacafe với 50% và Nescafe với 33,2%

Và khi nền kinh tế Việt Nam đang trên đà công nghiệp hóa thì mọingười càng sử dụng cà phê hòa tan nhiều hơn với sự tiện dụng củasản phẩm

Cà phê hòa tan thực chất không phải là sản phẩm truyền thốngcủa Việt Nam và cho đến nay nhu cầu sử dụng chưa cao nhưng sẽ là loạithức uống ưa chuộng nhiều đối với thế hệ trẻ

Vì vậy, thiết kế xây dựng 1 nhà máy sản xuất cà phê hòa tan làcần thiết để đáp ứng tiêu dùng trong nước và nó cũng là sản phẩmđược sản khẩu cao cho các nước trên thế giới Bên cạnh đó còn cótác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu cà phê, một trongnhững cây công nghiệp chính của Việt Nam hiện nay

1.1.4 Địa điểm xây dựng nhà máy, năng suất và sản phẩm

- Địa điểm xây dựng nhà máy:

Địa điểm nhà máy có vai trò rất quan trong vì nhà máy ảnh hưởngđến hoạt động sản xuất và kết quả kinh doanh

Về nguyên liệu: vị trí nhà máy gần vùng nguyên liệu để giảm chiphí vận chuyển, đảm bảo số lượng nguyên liệu để ổn định sảnxuất.Nguồn nhân lực: dồi dào, có tay nghề, trình độ

Về khả năng vận chuyển: địa điểm gần đường giao thông chính đểthuận tiện cho việc cung cấp nguyên liệu và phân phối sản phẩm

Địa điểm bố trí nhà máy phải nằm trong khu vực qui hoạch của nhànước

Về địa hình, địa chất: Đất xây dựng phải đủ cường độ chịu lực theoqui định, thường là đất cứng, đất nồi, đất sét… tránh nơi có khóang

sản vì địa chất không ổn định.

Địa hình phù hợp với mặt bằng cần bố trí, đủ diện tích

Theo tình hình cung cấp nguyên liệu cà phê và điều kiện địa hình thìcó thể đặt nhà máy tại khu công nghiệp AMATA

Khu công nghiệp AMATA của tỉnh Đồng Nai năm trên đường quốclộ 1, đường nối liền Bắc – Nam, cách Thành Phố Hồ Chí Minh 30km.Khả năng thu hút nguồn nhân lực ở mức cao, đặc biệt là nhân lựccó trình độ kỹ thuật

Có thể sử dụng nguồn điện, nước của tỉnh Đồng Nai

- Năng suất: Theo nhu

cầu sử dụng cà phê hòa tan hiện nay trên thị trường,chúng tôi đề nghị phương án xây dựng nhà máy có năngsuất trung bình 5 tấn cà phê nguyên liệu/ ngày

- Sản phẩm:

Tại Việt Nam, sản phẩm cà phê hòa tan được người tiêu dùng ưachuộng, nhà máy sẽ sản xuất:

- Cà phê hòa tan nguyên chất

- Cà phê hòa tan 3 trong 1(cà phê hòa tannguyên chất + sữa bột gầy + đường)

1.2 Nguyên liệu sản xuất

1.2.1 Tổng quan nguyên liệu cà phê

1.2.1.1 Các loại cà phê

Cây cà phê bắt nguồn từ Châu Phi Trên thế giới có rất nhiềuloại cà phê nhưng có 3 loại giống cà phê sau được trồng phổ biến trênthế giới:

- Cà phê chè (Coffee Arabica): Cà phê thuộc các giống Coffea arabica Linnaeus.

- Cà phê vối (Coffee Robusta): Cà phê thuộc các giống Coffea canephora Pierre ex Froehner

- Cà phê mít ( Coffee Liberica): Cà phê thuộc các giống Coffea liberica Hiern

Cà phê là một cây nhiệt đới, sống ở điều kiện khí hậu ẩm ướt vớilượng mưa trung bình là 1500mm trên năm và khoảng nhiệt độ từ 19 đến

25oC Hầu hết các đồn điền cà phê công nghiệp là ở gần đường xíchđạo và ở độ cao 300 đấn 2000 mét so với mực nước biển

Hình 1: Cây cà phê1.2.1.2 Thành phần hoá học của cà phê

a) Cấu tạo

Quả cà phê gồm những phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏtrấu, lớp vỏ lụa, nhân

- Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm,

ngoài bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè mềm hơn cà phê vối vàcà phê mít

- Lớp vỏ thịt: dưới lớp vỏ mỏng là

lớp vỏ thịt gọi là trung bì Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứanhiều chất ngọt, dễ xay xát hơn Vỏ thịt cà phê mít cứng vàdày hơn

- Vỏ trấu: hạt cà phê sau khi loại bỏ

các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thô, vì bao bọc nhânlà một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ mềm gọi là vỏ trấu tức lànội bì Vỏ trấu cà phê chè mỏng hơn và dễ đập hơn là vỏtrấu của cà phê vối và cà phê mít

- Vỏ lụa: bao bọc quanh nhân cà phê còn

một lớp mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc khácnhau tuỳ theo từng loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màutrắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chếbiến Vỏ lụa cà phê vối mầu nâu nhạt Vỏ lụa cà phê mítmàu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê

- Nhân cà phê: ở trong cùng Lớp tế

bào phần ngoài của nhân cứng, có những tế bào nhỏ, trongcó chứa những chất dầu Phía trong có những tế bào lớn vàmềm hơn Một quả cà phê thường có từ 1, 2 hoặc 3 nhân.Thông thường chỉ có 2 nhân

Bảng 1.1 Tỷ lệ thành phần cấu tạo của quả cà phê (% khối lượng chất khô)

Các loại vỏ và nhân Cà phê chè

-Vỏ quả-Lớp nhớt -Vỏ trấu-Nhân và vỏlụa

43-45%

20-23%

6,0-7,5%

26-30%

b) Thành phần hoá học của quả cà phê

- Vỏ quả: Vỏ quả khi chín có màu đỏ,

là chất antoxian, trong đó có vết của alcaloid, tanin, cafein, vàcác loại enzim Trong vỏ quả có từ 21, 5-30% chất khô Người

ta đã phân tích được các chất sau:

Bảng1.2 Thành phần hoá học của vỏ quả (% so với khối lượng chất khô vỏ quả)

-Protein-Chất béo-Cellulose-Tro-Hợp chất khôngchứa nitơ

- Vỏ thịt: Phía dưới vỏ quả là lớp nhớt,

nó gồm những tế bào mềm không có cafein, tanin, có nhiềuđường và pectin

Bảng1.3 Thành phần hoá học của lớp nhớt (% so với khối lượng khô của lớp nhớt)

Thành phần Cà phê chè

-Pectin-Đường khử-Đường khôngkhử

-Cellulose và tro

33%

30%

20%

17%

Độ pH của lớp thịt phụ thuộc vào độ chín của quả, hường từ 5.7, đôi khi lên đến 6.4 Trong lớp nhớt có enzim pectinase phân giảipectin trong quá trình lên men.

5.6 Vỏ trấu: Vỏ trấu chứa cellulose là chủ

yếu Sau đây là thành phần hóa học của vỏ trấu cà phê

Bảng 1.4 Thành phần hoá học của vỏ trấu cà phê đã lên men sau 40 giờ và rửa sạch (% so với khối lượng chất khô vỏ trấu)

Thành phần

Cà phê chè

-Hợp chất códầu

-Protein-Cellulose-Hemicellulose-Tro

-Đường -Pentosan

- Nhân cà phê: Trong nhân cà phê

nước chiếm 10-12%, protein chiếm 9-11%, lipit chiếm 10-13%, cácloại đường chiếm 5-10%, tinh bột chiếm 3-5% Ngoài ra trongnhân còn chứa các chất thơm, các alkaloid

Thành phần hoá học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vàochủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảoquản

- Nước: Trong nhân cà phê đã sấy khô,

nước còn lại khoảng 10-12% chủ yếu ở dạng liên kết Khi hàmlượng nước cao hơn, các loại nấm mốc phát triển mạnh làmhỏng hạt Mặt khác, hàm lượng nước cao sẽ làm tăng thể tíchbảo quản kho, khó khăn trong quá trình rang, tốn nhiều nhiênliệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê Hàm lượng nướctrong cà phê sau khi rang còn 2,7%

- Chất 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…

- Glucid: Chiếm khoảng nữa tổng số chất

khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần nước uốngmà chỉ cho màu và vị caramen Đường có trong cà phê do trong

quá trình thuỷ phân dưới tác dụng của axit hữu cơ và enzimthuỷ phân Hàm lượng đường khử có trong cà phê phụ thuộcvào mức độ chín: quả càng chín thì hàm lượng đường khử càngcao Đường khử bị caramen hoá trong quá trình rang nên sẽ tạohương vị cho nước cà phê Hạt cà phê còn chứa nhiềupolysaccarit nhưng phần lớn bị loại ra ngoài bã cà phê sau quátrình trích ly.

- Protein: Hàm lượng protein trong cà phê

không cao nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc hình thànhhương vị của sản phẩm Bằng phương pháp thuỷ phân, người tathấy trong thành phần protein của cà phê có những acid aminsau: cysteine, alanie, phenylalanine, histidine, leucine, lysine, derine….Các axit amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ởdạng liên kết Khi gia nhiệt, các mạch polypeptit bị phân cắt, cácaxít amin được giải phóng ra tác dụng với nhau hoặc tác dụngvới những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang Trong số cácaxit amin kể trên đáng chú ý nhất là những axít amin có chứalưu huỳnh như cystein, methionine và proline, chúng góp phần tạonên hương đặc trưng của cà phê sau khi rang Đặc biệt, methioninevà proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxi hoá các chấtthơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản Trongquá trình chế biến chỉ có một phần protein bị phân giải thànhaxit amin

- Lipid: Hạt cà phê chứa lượng lipid khá

lớn (10-13%) Lipid trong cà phê gồm chủ yếu 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 axitbéo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nênhương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không bị biến đổi là dungmôi tốt hoà tan các chất thơm Khi pha cà phê thì chỉ một lượngnhỏ lipid đi vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã

- Các alcaloid Trong cà phê

có các alcaloid như cafein, colin Trong đó quan trọng và đượcnghiên cứu nhiều hơn cả là cafein và trigonulin

Cafein chiếm từ 1-3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điềukiện canh tác Hàm lượng cafein thấp hơn trong chè nhưng nó kích thíchhệ thần kinh với thời gian dài hơn vì khi uống cà phê tốc độ lưu thôngcủa máu không tăng lên nên cafein thải ra ngoài chậm, mặt khác khipha cà phê trong nước, cafein được giải phóng hoàn toàn ở trạng tháitự do, không hình thành những chất có khả năng kết tủa hoặc nhữngchất không có hoạt tính của ancaloit

Trigonellin (acid metyl betanicotic: C7H7NO2) là ancaloide không có hoạt tínhsinh lý, ít tan trong rượu etylic, không ta trong clorofoc và ete, tan nhiều trong

nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218oC Tính chất đặc trưng củatrigonellin là dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân tạothành acid nicotic (tiền vitamin PP) Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấytrong cà phê nhân không có acid nicotic nhưng nó được hình thành trongquá trình gia nhiệt trong đó sự nhiệt phân trigonellin giữ vị trí quan trọng.

- Cấu tử hương: Trong cà phê hàm lượng chất

thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt Sự tích lũy chịu ảnhhưởng nhiều yếu tố như đất đai, khí hậu và nhất là chủng loại cà phê.Mặt khác nó cũng được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệttrong quá trình rang Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid,aldehide, ceton, phenol, este Trong quá trình rang, các chất thơm thoát ra banđầu có mùi hắc sau chuyển thành mùi thơm Các chất thơm của càphê dễ bị bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê bị mất mùithơm nên cần đựng trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh

Bảng1.5 Thành phần hoá học của cà phê hạt

Thành phần

NướcChất béoĐạmProteinCafeinAxit clorogenicTrigonenlinTaminAxit cafetanicAxit cafericPantosanTinh bộtDextrinĐườngCelluloseHemicelluloseLinhin

TroTrong đó có:Ca P Fe Na Mn Rb,Cu,F

8-124-181.8-2.59-160.8-22-81-328-9155-230.855-1010-202042.5-4.5

Áp dụng cho hai loại: cà phê chè (Arabica) và Cà phê vối (Robusta)

- Phân loại chất lượng:cà phê được chia thành 6 hạng chất lượng:

Hạng đặc biệt, Hạng 1, Hạng 2, Hạng 3, Hạng 4, Hạng 5

Chọn cà phê hạng 4 hoặc hạng 5 để sản xuất sản phẩm cà phêhòa tan

- Màu sắc: Màu sắc tự nhiên của mỗi loại cà phê nhân sống

- Mùi: Mùi tự nhiện của cà phê nhân sống, không có mùi lạkhác

- Độ ẩm: Độ ẩm của cà phê khi giao nhận trong lãnh thổ Việt Nam,tối đa là 13% theo TCVN 6536: 1999(ISO 1447)

- Tỉ lệ lẫn cà phê khác loại (bảng 1.6)

Bảng 1.6 Tỉ lệ lẫn cà phê khác loại cho phép trong các hạng cà phê

vối 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%

Với: A: Cà phê chè (Arabica)

B: Cà phê vối (Robusta)C: Cà phê mít (Chari)

- Bao gói, ghi nhãn, bảo quản và vận chuyển

- Điều kiện: nhiệt độ 25 – 30oC, độ ẩm: 80 ⎟ 85%

Theo TCVN 6602:2000(ISO 8455:1986)

1.2.1.4 Bảo quản cà phê nhân nguyên liệu:

1.2.2 Nguyên liệu phụ

1.2.2.1 Sữa bột gầy:

Là loại sữa bột được sản xuất từ nguồn sữa bò tươi đã được táchbéo, sau đó được cô đặc và sấy bằng phương pháp sấy phun

- Mục đích sửdụng sữa bột gầy:

Tạo cho sản phẩm được có vị béo, tạo sánh cho dịch cà phê khi phachế, và tăng giá trị cảm quan, tăng giá trị dinh dưỡng

Giá thành của sữa bột gầy tương đối thấp, giảm giá thành của

sản phẩm.

Bảng1.7 Chỉ tiêu chất lượng sữa bột gầy

Chỉ tiêu cảm

quan

Mùi vị Thơm đặc trưng của sữa bột,không có mùi vị lạTrạng thái Mịn, đồng nhất, không lẫntạp chất, không vón cục.

Tổng số vi sinh vật ≤ 50000 kl/g

Nấm meo, nấm mốc ≤ 10 kl/gBảo quản Nơi khô ráo, thóang mát,sạch sẽ1.2.2.2 Đường sacaroza:

Được sử dụng là đường RE, với mục đích là tạo độ ngọt cho sảnphẩm cà phê hòa tan 3 trong 1

Bảng1.8 Chỉ tiêu chất lượng của đường Sacaroza

[TCVN]

Chỉ tiêu cảm

quan

Màu sắc Trắng, đồng đều

Trạng thái Hạt tương đối đồng đều,không lẫn tạp chất, không

vón cục

Chỉ tiêu hóa

lý

Hàm lượng chất

Chỉ số không hòa

Vi sinh

Tổng số vi sinh vật ≤ 50000 kl/g

Nấm meo, nấm mốc ≤ 10 kl/g

Bảo quản Nơi khô ráo, thóang mát,sạch sẽ

CHƯƠNG 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

A Quy Trình công nghệ tổng quát

B.

Giải thích quy trình công nghệ

1 Quá trình rang

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 sắcvà hương vị Trong thời kỳ đầu của công đoạn rang, nhiệt độ rang lớnhơn 100 oC Nhiệt độ làm bốc hơi nước có trong hạt từ 12% xuống cònkhoảng 2% Khi nhiệt độ đạt đến 150oC, sẽ bắt đầu xuất hiện khí(cacbondioxit, cacbonmonooxit, hơi nước…) Sau quá trình rang hạt cà phêtrở nên giòn, trương nở 40%-100% thể tích dễ xay xát thành bột Sauquá trình rang, làm nguội bằng nước thường

Trong khoảng nhiệt độ 180-200 oC hạt bắt đầu được rang nứt và hươngđược tạo ra Thông thường cà phê rang ở nhiệt độ 180-240 oC trong vòng15-25 phút thì tổn thất về khối lượng khi rang là 16-18%

Những biến đổi trong quá trình rang diễn ra như sau:

- Ngoài sự mất nước, công đoạn rang sảnsinh ra các chất khí chủ yếu là khí cacbondioxit và sự phát triển củahương vị mà chúng sẽ hoà tan trong khi pha chế

- Các chất bay hơi bị mất mát một phần

- Các glucid trong hạt cà phê bị caramelhóa một phần

- Protein bị phân hủy một phần hay toànphần do nhiệt, hàm lượng cafein cũng bị biến đổi

- Thành phần trong hạt cà phê rang phụthuộc vào giống, phương pháp chế biến và cường độ rang

- Trong quá trình rang, trigoneline sẽ mất đimột lượng lớn tạo thành các sản phẩm gồm Nicotinic (niacin),Nicotiamide và các chất thơm bay hơi như là Pyridine và Pyro

Có ba phương pháp rang cà phê như sau:

- Gia nhiệt trực tiếp: áp dụng từ lâu đời

- Gia nhiệt gián tiếp: cần phải có các thiết bị

- Gia nhiệt theo nguyên lý tầng sôi: lớp khôngkhí phun từ dưới lên làm các hạt cà phê lơ lửng

Thông số kỹ thuật của quá trình rang được chọn là:

- Nhiệt độ: 200oC

- Thời gian rang: 15 phút.�

- Độ ẩm của cà phê nhân sau khirang: 2%

2 Xay cà phê

Sau quá trình rang, công đoạn tiếp theo là nghiền Công đoạn nghiềnnhằm tạo ra bề mặt tiếp xúc của các phần tử lớn hơn, để dễ dànggiải phóng CO2 và để trong nước nóng

Thông số kỹ thuật của quá trình nghiền:

Sử dụng máy nghiền trục trong công nghệ

Kích thươc cà phê nhân sau khi xay ≤ 1, 2 mm.

3 Quá trình trích ly

Quá trình trích ly là một quá trình quan trọng trong sản xuất cà phêhòa tan Yêu cầu của việc trích ly: thu hồi lượng chất tan cao nhất đồngthời rút ngắn thời gian trích ly

- Bản chất: Là quá trình tách các cấu

tử ra khỏi cơ chất (cà phê) nhờ dung môi mà dung môi này hoà tanchọn lọc một số chất trong hỗn hợp

Trích ly ở nhiệt độ phòng không có đảo trộn lẫn thì xảy ra dokhuếch tán phân tử, còn khi đun nóng hoặc khuấy trộn gọi là khuếchtán đối lưu

- Có thể trích ly liên tục (cùng chiều hoặcngược chiều) hoặc gián đoạn Thiết bị trích ly liên tục là hệ thống 5, 6tháp nối tiếp nhau bằng những ống dẫn, mỗi tháp hoạt động ở mộtchế độ riêng nhằm nâng cao hiệu quả trích ly Tính toán và thao tác thếnào để cà phê có một độ dày nhất định trong các tháp và bề mặttiếp xúc với nước được tối đa Quá trình trích ly việc thao tác rất quantrọng như: đóng mở các van cho nước vào, hơi vào, bột vào, dung dịchra… đều phải làm thành thạo và có kỹ thuật Đây là bước cần thiếtquan trọng để đạt hiệu suất cao

Lựa chọn thông số và phương pháp công nghệ.

Dung môi trích ly là nước

Nhiệt độ trích ly: 90oC

Thời gian trích ly: 45ph (mỗi bình)

4 Lọc dịch

Phương pháp ly tâm thì tốt nhưng thiết bị phức tạp, giá thành đắt Chonên người ta thường dùng lọc khung bản ép tuy tốn nhiều lao động hơnnhưng kinh tế hơn

Lựa chọn thông số và phương pháp công nghệ.

Sử dụng thiết bị lọc khung bản

Áp lực lọc là 1 at

5 Quá trình cô đặc

Mục đích: tăng nồng độ chất khô của dung dịch giúp quá trình sấy

diễn ra nhanh hơn.

Thường cô đặc trong nồi chân không ở nhiệt độ thấp (Do ở nhiệtđộ cao dễ gây mất hương và vị của cà phê Do đó phải tiến hành côđặc chân không ở nhiệt độ không quá 40oC)

Lựa chọn thông số và phương pháp công nghệ.

Chọn phương pháp cô đặc chân không

Nhiệt độ cô đặc 40oC, áp suất chân không: 0,92at

6 Quá trình sấy

Mục đích: Đưa sản phẩm ở dạng lỏng sau quá trình cô đặc có nồng

độ chất khô trên 40% thành dạng bột mịn

Có nhiều phương pháp bốc hơi và cho các sản phẩm có chất lượngkhác nhau:

- Sấy phun

Thường dùng nhất hiện nay Phương pháp sấy phun là dịch cà phêphun thành dạng sương và được làm khô bằng luồng không khí nóng.Dịch cà phê được phun thành những hạt bụi rất nhỏ và được làm khôtrong buồng sấy ở nhiệt độ 180-250 oC Ở nhiệt độ này hạt bụi đượcsấy khô ngay lập tức và rơi xuống, được thu hồi bằng một cyclon, vàbột được lấy ra ngoài liên tục Mặc dù dịch cà phê được sấy trongbuồng có nhiệt độ 180-250 oC nhưng cà phê chỉ nóng tới 70-80 oC đãkhô ngay trong thời gian rất ngắn Do đó thành phần và chất lượng củacà phê hầu như không đổi, vì vậy tính hoà tan của nó rất cao Thời gianlưu của cà phê trong quá trình sấy thường nhỏ hơn 100s

Lựa chọn thông số cho công nghệ

Sử dụng thiết bị sấy phun

Nhiệt độ không khí nóng vào: 230 – 250oC

Nhiệt độ không khí đi ra:90oC

Độ ẩm bột sau khi sấy: 4%

Trước khi phun dịch sẽ cho khí Nitơ nén trộn vào lòng dịch để điềuchỉnh tỷ trọng của bột sấy, để đảm bảo độ xốp và tan đều khi sửdụng Lượng nitơ đưa vào khoảng 18- 20 Kg/ h

6 Tạo hạt

Bột cà phê hòa tan thu được sau khi sấy, qua hệ thống gia ẩm trở lạiđể tạo bông với mục đích làm cho các hạt cà phê mịn hút ẩm kết díchlại với nhau giúp cho qúa trình hòa tan xảy ra tốt trong khi pha chế uống.Sau khi gia ẩm được sấy lại bằng phương pháp tầng sôi

Lựa chọn công nghệ

Đường được xay nhỏ trước khi đưa vào bồn trộn

Công thức phối trộn:

Sản phẩm cà phê 3 trong 1 được phối trộn theo tỉ lệ như sau:

Cà phê hòa tan nguyên chất : sữa bột gầy : đường = 2 : 3 : 5

8 Đóng gói và bảo quản

Bột hòa tan thu được mang làm nguội, đóng gói trong phòng chânkhông vì bột hoà tan rất dễ hút ẩm và biến chất Bột cần đóng tronglọ thuỷ tinh màu, hộp bằng kim loại không gỉ chống ẩm gần tuyệt đối,túi nhựa ngoài có vỏ kim loại mỏng

Cà phê hoà tan rất dễ hút ẩm tạo thành dịch sệt, quánh nên đónggói phải đóng gói thật kín Thường đóng vào lọ thuỷ tinh với khốilượng 50g,100g, 200g hoặc cũng có thể đóng gói trong hộp sắt tâytrắng trong có lót giấy thiếc nắp đậy kín, có đệm nhiều lớp giấy thiếccách ẩm Cũng có thể đóng gói rất nhỏ chỉ pha đủ cho 1 ly nhỏ.Nhãn hiệu ghi trên bao bì có thể in trực tiếp hoặc in lên giấy dán vàohộp, lọ v.v…

Kho để bảo quản cà phê cần sạch, khô (với độ ẩm tương đối củakhông khí không quá 75%), cần thông gió tốt và không có các sinhvật làm hư hỏng

Những thùng đựng sản phẩm để lên trên các giá cao cách tường cáchmặt sàn kho 1 khoảng 0,5 - 0,7 m3

Sản phẩm không để gần các ống dẫn nước, máng dẫn nước hoặccác dụng cụ sưởi nóng

Còn có qui định thời hạn bảo quản cà phê kể từ ngày bao gói ghitrên bao bì

Xe chuyên chở cần vệ sinh sạch sẽ, không có mùi vị lạ (mùi thơmhoặc thối như: phân bón, tinh dầu, hương liệu v.v…) Xe cần có bạt che,bốc dỡ cần tiến hành ở nơi có mái che và thời tiết tốt

Sử dụng máy đóng gói cho 2 sản phẩm cà phê hòa tan nguyên chấtvà cà phê hòa tan 3 trong 1

Sản phẩm cà phê hòa tan nguyên chất và Sản phẩm cà phê hòa tan 3trong 1 được đóng gói trong túi nylon nhỏ có tráng lớp bạc với khốilượng là 20g

CHƯƠNG 3:

TÍNH CÂN BĂNG VẬT CHẤT

3.1 Chọn năng suất, thành phần nguyên liệu: Năng suất theo nguyên liệu:

Năng suất 1 ngày: 5 tấn cà phê nhân/ ngày

3.2 Tính cân bằng vật chất cho sản phẩm cà phê hòa tan

- Các thông số chọn trước:

Bảng 3.1 Tổn thất qua các quá trình

Quá trình Tổn thất (% khối lượng)

Rang 16% (do mất ẩm, chất khô và hao hụt do

ly-Gọi Ga: Khối lượng cà phê xay, kg

Gn: Khối lượng nước cho vào trích ly, kg

Gb: Khối lượng bã cà phê sau khi trích ly, kg

Gd: Khối lượng dịch cà phê sau khi trích ly, kg

Xa: Nồng độ % chất tan trong cà phê rang, %khối lượng

Xa = 30 %kl

Yn: Nồng độ % chất tan trong nước, %khối lượng

Yn = 0 %kl

Xb: Nồng độ % chất tan trong bã cà phê rang, %khối lượng

Yd: Nồng độ % chất tan trong dịch cà phê, %khối lượng

83,38 x 25/100 x 100/40 = 52,12 (kg)

●

Dịch cà phê trong quá trình cô đặc sau tổn thất1,5% là:

52,12 x (1- 0,015) = 51,33 (kg)

●

Khối lượng cà phê sau khi sấy còn 4% ẩm:

51,33 x40/100 x 100/96 = 21,39 (kg)

●

Khối lượng cà phê hòa tan thu được trong quátrình sấy sau tổn thất là:

1099 x 2/3 = 732,67(kg)

●

Tổn thất trong quá trình gia ẩm là 0,5%: 732,67 x(1-0.005) = 729,01(kg)

●

Khối lượng sản phẩm cà phê hòa tan nguyênchất tổn thất 0,5% trong quá trình đóng gói:729,01 x (1-0,005) = 725,36 (kg)

- Năng suất để sản xuất cà phê hòa tan nguyên chất trung bình trong 1 ngày:

Bảng 3.3 Sản phẩm cà phê hòa tan nguyên chất sản xuất trong 1 ngày

Nguyên liệu Năng suất (kg/ ngày )

Cà phê hòa tan sau sấy

Gia ẩm tạo hạt 729,01

3.3 Tính cân bằng vật chất cho sản phẩm cà phê hòa tan 3 trong 1 Lấy 1/3 cà phê hòa tan nguyên chất sau khi sấy để sản xuất cà phê hòa tan 3 trong 1

●

Khối lượng nguyên liệu cà phê hòa tan nguyênchất: 1099 x 1/3 = 366,33 (kg)

●

T

ỉ lệ pha trộn cà phê hòa tan nguyên chất: sữa

bột gầy: đường = 2:3:5

●

Khối lượng sữa bột gầy pha trộn với 364,54 càphê hòa tan nguyên chất là:

Bảng 3.4 Sản phẩm cà phê hòa tan 3 trong 1 sản xuất trong 1 ngày

Nguyên liệu Năng suất (kg/

ngày)

Năngsuất(kg/mẻ)

Cà phê hòa tan nguyên

3.4 Tính tiêu hao các nguyên liệu, sản lượng thành phẩm

Bảng 3.5 Tổng tiêu hao nguyên liệu cho các sản phẩm cà phê hòa tan trong 1 năm

Khối lượng Tiêu hao trung bình 1 ngày Tiêu hao nguyên liệu

trong 1 năm (312 ngày

sản xuất)

Cà phê hòa tannguyên chất Cà phê hòatan 3 trong 1Cà phê

Sữa bột gầy

(kg)

Bảng 3.6 Sản lượng trung bình của từng sản phẩm

Loại sản phẩm Cà phê hòa tan

nguyên chất Cà phê hòatan 3 trong 1 Tổng cộngSản lượng theo

Sản lượng theo

CHƯƠNG 4:

CHỌN THIẾT BỊ SẢN XUẤT

4.1 Bố trí lịch sản xuất của nhà máy:

Số ca sản xuất trong một ngày: 2 ca

Số ngày sản xuất trong một tháng: 26 ngày

Tổng số ngày sản xuất trong một năm: 312ngày

4.1 Các thiết bị sản xuất

● Silo:

Chọn silo chứa nguyên liệu thỏa mãn:

- Thể tích chiếm chỗ của cà phê nhân trong silo lấy gần bằng 80%

- Số lượng cà phê nhân sử dụng cho 7 ngày sản xuất là 35tấn

⇒ Tổng dung tích của silo chọn bằng 60m3

- Lượng cà phê nhân sử dụng trong một ngày sản suất là 5tấn

⇒ Dung tích silo chứa nguyên liệu cho 1 ngày sản xuất chọn bằng 12m3

- Lượng cà phê nhân nhập kho trung bình 3 ngày một lần, 15tấn/lầnnhập

⇒ Dung tích silo chứa nguyên liệu cho 1 lần nhập liệu chọn bằng 24m3

silo: thép không rỉ AISI 316

● Gầu tải:

Chọn gầu tải nguyên liệu thỏa mãn:

- Lượng cà phê nhân nhập kho: 15tấn/lần nhập

- Chiều cao nâng vật liệu của gầu tải H= 12m

⇒ Chọn năng suất gầu tải: Q=10tấn/h

Hiệu suất gầu tải: η= 0,7

⇒ Ước tính công suất động cơ:

Chọn thiết bị rang thỏa mãn:

- Nhiệt độ rang: TroC =2000C

- Thời gian rang: tr = 15 phút

- Thiết bị rang làm việc 14giờ/ngày

⇒ Năng suất của thiết bị, cà phê nhân /mẻ: Gr Min = 89,3 kg/mẻ

Chọn thiết bị rang cà phê TYPE TN-150 của Discaf có các thông sốchính như sau:

- Năng suất thiết bị rang: 50kg/mẻ

⇒ Số lượng thiết bị: chọn 2 máy

- Thời gian rang 1 mẻ: tRa = 15 phút

- Công suất điện 4,5kW

- Kích thước thiết bị: Dài x Rộng x Cao = 3300x2000x2920(mm)

- Khối lượng thiết bị: 2500kg

- Năng lượng tiêu hao 5 m3/h(Nature gas)

- Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI 316

Chọn thiết bị nghiền thỏa mãn:

- Kích thước bột cà phê sau nghiền 1,2mm

- Thiết bị nghiền làm việc: 14giờ/ ngày

⇒ Năng suất thiết bị, kg cà phê rang /h: Gn Min = 300 kg /h

Chọn thiết bị nghiền cà phê: CM-700AU của You Wei Co., Ltd có cácthông số chính như sau:

- Năng suất thiết bị nghiền: 200kg cà phê rang/h

⇒ Số lượng thiết bị: chọn 2 máy

- Công suất điện: 1,5kW

- Kích thước thiết bị: DàixRộngxCao= 70x45x140(cm)

- Khối lượng thiết bị: 80kg

Chọn thiết bị trích ly thỏa mãn:

- Thiết bị trích ly liên tục làm việc: 14giờ/ ngày

- Năng suất thiết bị theo lượng cà phê xay 300kg/h

- Năng suất thiết bị theo lượng chất rắn hòa tan được trích ly

- Nồng độ chất tan trong dung dịch trích ly: 25%

- Nhiệt độ nước đưa vào trích ly: 900C

Chọn thiết bị trích ly cà phê: FIC-500 của Niro A/S có các thông sốchính như sau:

- Hệ trích ly gồm 6 bình trích ly mắc nối tiếp

- Số bình làm việc trong một chu kỳ trích ly: 5 bình

- Khối lượng bột cà phê trong mỗi bình làm việc: 220 kg/45phút

- Lượng nước sử dụng cho một chu kỳ trích ly: 1100 kg/chu kỳ

- Thời gian một chu kỳ trích ly: 45 phút

- Nhiệt độ nước vào: 900C

Các thông số chính:

- Năng suất thiết bị trích ly: 300kg cà phêxay/h

- Công suất bơm: 0,375kW

(mm)

Chọn thiết bị cô đặc thỏa mãn:

- Thiết bị cô đặc làm việc: 14giờ/ ngày

⇒ Năng suất thiết bị, kg cà phê /h: Gn Min = 183,32kg /h

Chọn thiết bị cô đặc cà phê: có các thông số chính như sau:

- Năng suất thiết bị cô đặc: 300kg dịch cà phê/h

Số lượng thiết bị: chọn 1 máy

- Công suất điện: kW

- Kích thước thiết bị: DàixRộngxCao= 70x45x140(cm)

- Khối lượng thiết bị: kg

Chọn thiết bị sấy thỏa mãn:

- Thiết bị sấy phun làm việc: 14giờ/ ngày

- Năng suất bốc hơi thiết bị sấy phun: Gbh Min = 105kg hơi nước/h

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào buồng sấy là 2300C⎟2500C

- Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy khoảng 900C

- Nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi buồng sấy là: 700C

Chọn thiết bị sấy phun cà phê hòa tan: MINORTM Spray Dryer(MSD-50)của hãng Niro Inc có các thông số chính:

- Năng suất thiết bị sấy: Gs = 79kg bột càphê hòa tan/h

- Công suất điện: 40kW

- Kích thước phòng sấy: Đường kính xChiều cao thân trụ x Chiều cao đáy nón = 3000x1300x2776(mm)góc cone 600

- Kích thước Cyclon thu hồi sản phẩm:Đường kính x Chiều cao = 1300 x 3100mm

- Kích thước Cyclon thu hồi bụi: Đườngkính x Chiều cao = 1400 x 5000mm

- Bơm nhập liệu: Bơm piston, công suất7,5kW

- Số lượng thiết bị: 1 máy

Chọn thiết bị tạo hạt thỏa mãn:

⇒ Năng suất thiết bị, kg cà phê /h: Gn Min = kg /h

Chọn thiết bị cô đặc tạo hạt: có các thông số chính như sau:

- Năng suất thiết bị tạo hạt: kg dịch cà phê/h

Số lượng thiết bị: chọn 1 máy

- Kích thước thiết bị: DàixRộngxCao= 70x45x140(cm)

- Khối lượng thiết bị: kg

Lượng cà phê hòa tan đưa qua thiết bị đóng gói

Chọn thiết bị đóng gói cà phê hòa tan: MC102 của Sanko Machinery Co.,Ltd có các thông số chính như sau:

- Năng suất182,63 kg/h (9131 gói/h với gói 20g)

- Công suấtđiện: 1,2 kW – 1,6 kW

- Số ngườivận hành: 2 người

- Kích thướcthiết bị: DàixRộngxCao= 830x730x1725(cm)

4.1.9 Các giá xếp

Giá vận chuyển cao 2m, dài 1m, rộng 0,8m, có bánhxe để dễ dàng vậchuyển hoặc có thể vận chuyển bằng xe đẩy Các giá đỡ sẽ đượcxếp vào các pallet cố định trong kho thành phẩm

4.1.10 Hệ thống CIP

● Chức năng: Vệ sinh các thiết bị trong phânxưởng thông qua các vòi phun

● Các thiết bị tiếp xúc trực tiếp với cà phânhân có xử lý nhiệt như: thiết bị rang, thiết bị trích ly, thiết bị trích

ly, thiết bị sấy, thiết bị tạo hạt ( Chế độ I):

● Được CIP qua các giai đoạn như sau:

- Tráng rửa với nước ấm khoảng 10 phút

- Bơm tuần hòandung dịch kiềm 1% khoảng 30 phút ở nhiệt độ 75oC

- Bơm tuần hoàndung dịch acid nitric (0,5 ⎟1%) trong 20 phút ở nhiệt độ

70oC

- Rửa bằng nướclạnh

- Các thiết bịkhác tiếp xúc trực tiếp với cà phê nhân không có xử

lí nhiệt như: đường ống, bồn chứa, thiết bị lọc, bộ phậnphối trộn (Chế độ II):

- Tráng rửa vớinước ấm khoảng 3 phút

- Bơm tuần hoàndung dịch kiềm 1% khoảng 30 phút ở nhiệt độ 75oC

- Tráng rửa vớinước ấmkhoảng 3 phút

- Rửa bằng nướclạnh trong 10 phút

●Chọn hệ thống:

- Nhãn hiệu: của

Niro A/S

CHƯƠNG 5

TÍNH CẤP NHIỆT, LẠNH, ĐIỆN, NƯỚC

5.1 Cấp nhiệt, cấp lạnh, cấp hơi và nước

Hơi trong nhà máy tiêu hao trong các công đoạn: trích ly cà phê nhân,cô đặc, sấy phun, tạo hạt

- Nhiệt độ trích ly: tcpn-tl2 = 90oC

- Nhiệt dung riêng của cà phê nhân: Ccpn =1,34 kJ/kg oC

- Nhiệt lượng cần trích ly cà phê nhântrong một ngày: