Kĩ thuật chế biến cà phê

Kĩ thuật chế biến cà phê

MỞ ĐẦU

Cà phê được trồng và chế biến ở nhiều quốc gia trên thế giới, chủ yếu là những nước gần vùng xích đạo có khí hậu nhiệt đới như: Việt Nam, Indônêxia, Malaixia, Ấn Độ, Côlômbia, Brazin, Etiôpia v v… Hằng năm, sản lượng cà phê nhân toàn cầu đạt tới 4,5 đến 5 triệu tấn, phần lớn dùng để xuất khẩu sang các nước phát triển là nơi có mức sống rất cao và cà phê trở thành nhu yếu phẩm trong cuộc sống bình thường của mỗi người dân

Cây cà phê lần dầu tiên đưa vào Việt Nam từ năm 1897 và được trồng thử

từ năm 1898 Giai đoạn đầu, cà phê chủ yếu trồng ở Ninh Bình, Quảng Bình… đến đầu thế kỷ 20 mới được trồng ở Nghệ An và một số nơi ở Tây Nguyên Từ

1920 trở đi, cây cà phê mới có diện tích đáng kể đặc biệt ở Buôn Ma Thuột, Đăklăk Khi mới bắt đầu, qui mô các đồn điền từ 200-300 ha và năng suất chỉ đạt

từ 400-600kg/ha Cho đến nay, diện tích cà phê trên cả nước khoảng 500.000 ha

và sản lượng có khi lên đến 900.000 tấn Hiện nay Việt Nam là nước xuất khẩu

cà phê đứng thứ 2 trên thế giới Cà phê trồng ở nước ta có bao gồm cà phê vối (Robusta) chiếm 90% diện tích, cà phê chè (Arabica) 10% và cà phê mít (Excelsa) 1% [ 12 ]

Cùng với việc phát triển trồng cà phê thì kỹ thuật chế biến đòi hỏi ngày càng cao Khâu chế biến có ảnh hưởng lớn đến phẩm chất cà phê và tác động mạnh đến sản xuất cà phê Hiện nay chúng ta có nhiều cơ sở chế biến cà phê nhân sống xuất khẩu và chế biến cà phê bột, cà phê hòa tan, song quy mô còn nhỏ, rải rác, chưa tập trung

Từ những phân tích trên cho thấy, việc xây dựng nhà máy cà phê mới, áp dụng công nghệ sản xuất hiện đại, tính toán hợp lý về vùng nguyên liệu thì giá trị

sử dụng nhà máy sẽ hiệu quả hơn góp phần giải quyết được vấn đề về số lượng

và chất lượng cà phê, đồng thời giải quyết được vấn đề việc làm cho người dân giúp giảm thiểu gánh nặng về thất nghiệp, cải thiện cuộc sống Như vậy, vấn đề thiết kế một nhà máy cà phê hiện đại là yêu cầu có tính khả thi cao Do đó, em được giao nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất cà phê bằng phương pháp ướt năng suất 30 tấn cà phê quả tươi/ ngày và 15 tấn cà phê thóc/ ngày

CHƯƠNG I LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Hiện nay nước ta đã có nhiều nhà máy sản xuất cà phê nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu Bên cạnh đó, việc cà phê được trồng nhiều nhưng nhà máy sản xuất cà phê còn thiếu tạo ra sự chênh lệch giữa nguyên liệu đầu vào và sản phẩm ra Do đó, việc xây dựng một nhà máy cà phê mới là rất cần thiết để góp phần giải quyết vấn đề trên Quảng Trị là một trong những tỉnh đang phát triển của cả nước cả về công nghiệp và nông nghiệp bằng chứng là Thị xã Đông Hà vừa được quyết định thành lập Thành Phố Đông

Hà Tuy có nhiều thuận lợi về vị trí địa lý và tính chất vùng khí hậu nóng ẩm thích hợp cho cây cà phê phát triển nhưng trên địa bàn tỉnh mới chỉ có một nhà máy sản xuất cà phê như vậy là quá ít Khảo sát tình hình thực tế cho thấy thị trấn Khe Sanh, huyện Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị có điều kiện tự nhiên và xã hội rất thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy sản xuất cà phê:

+ Huyện Hướng Hóa có mặt bằng rộng lớn nên rất thích hợp để xây dựng nhà máy vừa đảm bảo về diện tích vừa đảm bảo về mặt kết cấu xây dựng

+ Hướng gió chính Tây Bắc – Đông Nam

+ Nhiệt độ trung bình 23 0C Độ ẩm trung bình 80 – 90%

1.2 Vùng nguyên liệu

+ Vùng nguyên liệu rộng lớn gần với vị trí xây dựng nhà máy rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu đến nơi sản xuất do đó có thể đảm bảo được nguồn nguyên liệu dồi dào cho nhà máy

1.3 Hợp tác hóa

+ Nhà máy có thể hợp tác hóa và liên hợp hóa với các nhà máy lân cận như nhà máy rượu Xica, nhà máy tinh bột sắn, đồng thời có thể hợp tác hóa với các nhà máy ở tỉnh Thừa Thiên Huế như nhà máy rượu Sakê, nhà máy bánh kẹo, nhà máy sữa chua, nhà máy bia Huế Cho nên có thể tận dụng những công trình giao thông xây dựng sẵn và các công trình phụ khác

+ Sản phẩm cà phê có thể được tiêu thụ nhanh chóng nhờ tính chất gắn bó chặt chẽ giữa các nhà máy nên giải quyết được đầu ra cho sản phẩm cà phê

1.4 Nguồn cung cấp điện

+ Mạng lưới điện quốc gia 500KV hạ thế xuống 220V/ 380V do sở điện lực tỉnh Quãng Trị cấp Ngoài ra để đảm bảo nhà máy hoạt động liên tục nhà máy mua sẵn một máy phát điện dự phòng

1.5 Nguồn cung cấp hơi

+ Nguồn hơi chủ yếu được lấy từ lò hơi của nhà máy

+ Hơi được dùng cho các thiết bị sử dụng nhiệt

1.6 Nhiên liệu

+ Dùng dầu FO để đốt lò

+ Dùng dầu bôi trơn để bôi trơn thiết bị trong quá trình sản xuất

+ Xăng dùng cho xe ô tô của nhà máy

1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước

+ Tùy theo mục đích sử dụng mà nước phải đảm bảo các chỉ tiêu về hóa lý

và sinh học nhất định

+ Nhà máy sử dụng nguồn nước chính lấy từ hệ thống sông, suối địa phương Cần xử lý nước trước khi đưa vào sản xuất nhằm đảm bảo được các yêu cầu về công nghệ Làm mềm nước bằng các phương pháp hóa học hoặc bằng nhựa trao đổi ion

+ Nhà máy sử dụng nguồn nước phụ do các nhà máy nước cung cấp đã qua giai đoạn lắng, lọc và khử trùng

1.8 Thoát nước và khí thải

+ Do nước thải của nhà máy chứa nhiều chất bẩn nên cần xử lý nước trước khi đưa ra môi trường xung quanh tránh ô nhiễm môi trường

+ Rác được đem đi xử lý định kì

+ Khí thải có nhiều bụi, khói từ lò hơi, lò sấy… cần được tách bụi bằng xiclon tách bụi đến lúc nào đủ tiêu chuẩn mới thải ra môi trường

1.9 Giao thông vận tải

+ Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng đối với các nhà máy sản xuất

cà phê bởi vì hàng ngày phải vận chuyển một khối lượng lớn nguyên liệu, nhiên liệu…về nhà máy cũng như vận chuyển sản phẩm đến nơi tiêu thụ

+ Vận chuyển bằng đường bộ: nhà máy có vị trí gần đường số 9 và xung quanh khu vực có một hệ thống đường liên thôn, liên xã nâng cấp khá tốt sẽ là lợi thế để giảm chi phí vận chuyển, lưu thông hoạt động dễ dàng

1.10 Năng suất nhà máy

+ Dựa vào vị trí địa lý thuận lợi về cả vùng nguyên liệu và khả năng tiêu thụ sản phẩm cho nên chọn năng suất nhà máy là 30 tấn cà phê quả tươi/ ngày và

15 tấn cà phê thóc khô/ ngày

+ Khả năng tiêu thụ được lượng cà phê do nhà máy sản xuất ra là rất lớn

vì vị trí của nhà máy nằm trong khu vực tập trung đông dân cư, tình hình kinh tế đang trên đà phát triển và gần nước bạn Lào …

1.11 Cung cấp nhân công

+ Việc xây dựng nhà máy sẽ giải quyết được một phần lao động trong khu vực, đỡ tiền đầu tư xây dựng khu nhà ở và các công trình phụ khác, tạo điều kiện cho tỉnh nhà phát triển

+ Cán bộ kỹ thuật và công nhân được đào tạo từ các trường Đại học, Cao đẳng, Trung cấp ở khu vực miền trung như Đại Học Huế, Đại Học Đà Nẵng…Yêu cầu chung là phải đảm bảo vận hành nhà máy ổn định và có thể giải quyết và khắc phục khi có sự cố xảy ra

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ

2.1 Tổng quan về nguyên liệu

2.1.1 Sơ lược lịch sử trồng cà phê trên thế giới và trong nước

+ Cây cà phê chè đầu tiên mọc hoang dại ở cao nguyên Etiôpia (châu Phi) Sau đó được đạo quân xâm lược Etiôpia đưa sang A-rập từ thế kỷ 13 – 14 Năm

1575 được đem sang trồng ở Yêmen ( thuộc A-rập ) Thế kỷ 17 được đưa sang

Ấn Độ, năm 1658 sang Xrilanca; và từ đó sang đảo Java ( Indonexia ) Sau đó chỉ trong vòng nửa thế kỷ cà phê đã xuất hiện vòng quanh thế giới (Bắc Mỹ, Braxin) + Ở Việt Nam, cây cà phê chè ( Arabica ) được thấy từ năm 1857 ở Quãng Trị và Bố Trạch ( Bình Trị Thiên ) Đến năm 1870 tìm thấy một số cây cà phê chè ở nhà tu Thiên Chúa Giáo Nam Ninh Năm 1888, thực dân Pháp chiếm nước

ta chúng thành lập những đồn điền cà phê ở trung du Xuân Mai, Sơn Tây làm theo phương thức du canh, năng suất cao nhất những năm đầu là 400 – 500 kg/

ha Sau thấp dần còn 100 – 150 kg cà phê nhân/ ha Để cứu vãn tình hình ấy, vào năm 1905 thực dân Pháp đã đưa vào Việt Nam loại cà phê vối ( C Robusta ) và

cà phê mít ( C excelsa Chari ) thay thế cho cà phê chè ở vùng thấp, năm 1910 những đồn điền cà phê mới lại tiệp tục mọc lên ở Hà Tĩnh, năm 1911 ở Yên Mỹ ( Thanh Hóa ), năm 1915 ở Nghĩa Đàn ( Nghệ An ) Đồng thời cũng thăm dò khả năng thích nghi của cà phê ở Tây Bắc Năm 1925 cà phê được phát triển ở Tây Nguyên [ 9, Tr 5, 6 ]

2.1.2 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 Trên thế giới hiện nay người ta thường trồng 3 loại cà phê chính sau: Giống Arabica, giống Robusta, giống Chari

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

2.1.2.1 Cà phê Arabica (cà phê chè) Cà phê thuộc các giống Coffea arabica

gồm các giống thông thường như: typica, caturra, moka…

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

a Đặc tính

Loại này có 2 loại đang trồng tại Việt Nam: Moka và Catimor

+ Moka: mùi thơm quyến rũ, ngào ngạt, vị nhẹ, nhưng sản lượng rất thấp, giá trong nước không cao vì không xuất khẩu được, trong khi giá xuất rất cao –

2, 3 lần robusta, vì trồng không đủ chi phí nên người nông dân ít trồng loại cà phê này

+ Cartimor: mùi thơm nồng nàn, hơi có vị chua, giá xuất khẩu gấp hai lần Robusta nhưng không thích hợp với khí hậu vùng đất Tây Nguyên vì trái chín trong mùa mưa và không tập trung nên chi phí hái rất cao – hiện nay tại Quảng

Trị đang trồng thí nghiệm, đại trà loại cây này và có triển vọng rất tốt [ 13 ]

Cây cà phê Arabica cao từ 3-5 m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thể cao đến 7 m, độc thân hoặc nhiều thân, lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác, quả thường hình trứng có khi hình cầu, 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 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

Trong 1 quả có 2 nhân, một số ít quả có 3 nhân 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 [ 9, Tr 9 ]

Hình 2.1: Quả cà phê Arabica

b Năng suất

Loại thường: 400-500 kg cà phê nhân/1hecta, loại tốt: 600-800 kg cà phê nhân/ 1hecta Giá trị thương phẩm cao, cà phê chè được ưa chuộng ở thị trường thế giới cũng như trong nước

Tỷ lệ thành phẩm / nguyên liệu khoảng: 14-20%

2.1.2.2 Cà phê Robusta (cà phê vối) Cà phê thuộc các giống Coffea canephora

Pierr exEraenner Nguồn gốc khu vực sông Công gô miền núi vùng thấp xích đạo

và nhiệt đới Tây Châu Phi

a Đặc tính

Loại cây trông này rất thích hợp với khí hậu, thổ nhưỡng tại vùng Tây Nguyên Việt Nam - nhất là vùng đất bazan (Gia lai, Đắclắc) - hằng năm đạt 90-95% tổng sản lượng cà phê Việt Nam, mùi thơm nồng, không chua, độ cafein cao, thích hợp với khẩu vị người Việt, nhưng quá đậm đặc với người nước ngoài [ 13 ]

Robusta cao từ 5-7 m quả hình trứng hoặc hình tròn, quả chín có màu đỏ thẫm Vỏ quả cứng và dai hơn cà phê Arabica 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 Đặc biệt loại cà phê Robusta không ra hoa kết quả tại các mắt cũ của cành 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- 3% [ 9, Tr 10 ]

Hình 2.2: Quả cà phê Robusta

b Năng suất

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

2.1.2.3 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 1905

a Đặc tính

Không phổ biến lắm vì vị rất chua – chịu hạn tốt Công chăm sóc đơn giản, chi phí rất thấp – nhưng thị trường xuất khẩu không chuộng kể cả trong nước nên ít người trồng loại này – một cây cà phê mít 15 – 20 tuổi, nếu tốt có thể thu hoạch từ 100 – 200 kg cà phê tươi nếu nằm gần chuồng bò hoặc nơi sinh hoạt gia đình [ 13 ]

Chari cây 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 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 [ 9, Tr 10 ]

b Năng suất

- Loại thường: 500-600 kg/1ha

- Loại tốt: 1200-1400 kg/1ha

- Tỷ lệ thành phẩm / nguyên liệu: 10-15%

2.1.3 Thành phần hoá học của quả cà phê

2.1.3.1 Cấu tạo và giải phẩu quả cà phê

Quả cà phê gồm có những phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa

d Lớp vỏ lụa ( Silverskin)

Đây là một lớp vỏ mỏng, mềm, nằm sát nhân cà phê chúng có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến Vỏ lụa cà phê vối màu nâu nhạt, vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê

e Nhân cà phê (Coffee bean)

Đây là lớp trong cùng của quả cà phê, phía ngoài của nhân là lớp tế bào rất cứng có những tế bào nhỏ chứa những chất dầu Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường thì chỉ 2 nhân

2.1.3.2 Thành phần hóa học của các phần cấu tạo quả cà phê [ 9, Tr 13 ]

a Thành phần hóa học của vỏ quả

Vỏ quả cà phê khi chín có màu đỏ, chứa chất antoxian và vết của ancaloit,

tanin, cafein, các loại enzim Trong vỏ quả có khoảng 21,5-30% chất khô

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

Độ pH của 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

c Thành phần hóa học của vỏ trấu

Gồm có xenlulo 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

Bảng 2.4: Thành phần hóa học của vỏ trấu

d 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

Ngoài ra, trong nhân cà phê còn có một lượng đáng kể Vitamin, các chất bay hơi và cấu tử của mùi thơm Hiện nay người ta đã tìm ra có tới 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, B12 và các loại axit hữu cơ tiền các loại vitamin

Bảng 2.5: Thành phần hóa học của nhân cà phê

2.1.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê [ 9, Tr 10, 11 ].

2.1.4.1 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

2.1.4.2 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 có:

- 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

2.1.4.3 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

2.1.4.4 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 chè, vối, mít cũng do giống quyết định Nước pha cà phê chè

có hương vị thơm, dịu, nước pha cà phê vối ít thơm và hơi đắng chát nhưng đậm

đà Ngay trong một loại thì các giống khác nhau thì cũng khác nhau

2.1.4.5 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

2.1.4.6 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

2.1.4.7 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

2.1.4.8 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 13%

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

2.2 Tổng quan về sản phẩm

2.2.1 Giá trị của mặt hàng cà phê

Trên thế giới, cà phê đứng vào hạng thứ 2 sau dầu hỏa và nó dẫn đầu tất

cả các nông sản khác, đi trước bông vải, lúa mỳ và thịt, len …

Nhu cầu cà phê trên thế giới ngày càng tăng nhanh do đó giá trị thay đổi rất lớn Ở cộng hòa dân chủ Đức, Thụy Điển cà phê được kể như một nhu yếu

phẩm phổ cập trong mọi tầng lớp nhân dân Cung cấp đủ cà phê cho nhân dân được coi là một công tác có ý nghĩa chính trị to lớn [ 9, Tr 6 ]

Cà phê từ lâu đã được biết đến với công dụng kích thích sự hưng phấn của thần kinh dưới ảnh hưởng của caffein Nhưng có những công hiệu của cà phê còn

ít được biết đến Chẳng hạn như cà phê có tác dụng an thần Người ta đã chứng minh được rằng, nếu đi ngủ trong vòng 15 phút sau khi uống cà phê thì giấc ngủ

sẽ sâu hơn, bởi máu trong não được lưu thông tốt hơn Nhưng nếu tiếp tục chần chừ thì tác dụng này sẽ mất dần đi, và sau đó thì caffein bắt đầu phát huy hiệu quả, chúng ta sẽ không ngủ được nữa Phương pháp an thần này đã được sử dụng

ở nhiều bệnh viện, đặc biệt đối với các bệnh nhân cao tuổi Ở những người này

cà phê sẽ chống lại sự suy giảm nhịp thở trong lúc ngủ, khiến cho giấc ngủ của

họ được tốt hơn

Theo một bài báo trong tạp chí chuyên ngành Sleep (Vol.27, Nr.3), để tận dụng được công dụng của cà phê trong việc kích thích sự tập trung và hưng phấn thì nên uống cà phê nhiều lần trong ngày, mỗi lần một ngụm nhỏ, thay vì uống một cốc thật to vào buổi sáng Cách này đặc biệt thích hợp với những người phải làm việc vào ban đêm: họ sẽ cảm thấy dễ thức khuya hơn cũng như giữ được sự tập trung cao hơn

Tuy vậy loại đồ uống thơm ngon này cũng có thể có một vài tác dụng xấu đối với sức khỏe Nó làm tăng đột ngột lượng insulin trong máu, làm mất thăng bằng cơ thể cũng như ảnh hưởng không tốt tới tuyến tuỵ Đặc biệt đối với những người bị viêm tuỵ thì việc sử dụng cà phê là điều cấm tuyệt đối Những bệnh nhân bị bệnh tiểu đường cũng không nên dùng cà phê, hoặc nếu có thì chỉ được dùng rất ít Cà phê nếu dùng quá nhiều cũng có thể làm sưng màng nhầy ở dạ dày Quan niệm cho rằng uống cà phê với sữa sẽ làm giảm bớt nguy cơ này là hoàn toàn sai lầm Caffein sẽ hoà quyện với chất béo trong sữa và nhờ đó bám được ở màng dạ dày trong thời gian lâu hơn

Những nghiên cứu ngày nay cũng chỉ ra rằng tác dụng lợi niệu của cà phê

là không rõ ràng Ở nhiều nhà hàng người ta thường phục vụ một ly nước kèm theo tách cà phê, với mục đích bù đắp lại lượng nước tưởng như sẽ bị mất của cơ thể Nhưng thực ra việc uống nước sau khi nhấp một ngụm cà phê chỉ có tác

dụng tráng miệng để tiếp tục thưởng thức vị ngon của ngụm tiếp theo, hoặc của các đồ ăn thức uống khác mà thôi

Trung tâm ung thư quốc gia Nhật Bản ở Tokyo đã thực hiện một thí nghiệm kéo dài 10 năm trên 100.000 người uống cà phê và phát hiện ra trong số

họ chỉ có 214 người mắc phải chứng ung thư thận Trong khi đó ở những người không uống cà phê, tỉ lệ này là 547/ 100.000, nghĩa là cao hơn hai lần Từ đó họ rút ra kết luận rằng các chất chống ôxy hoá (antioxidant) trong cà phê có khả năng bảo vệ các tế bào thận khỏi bị ăn mòn Thí nghiệm so sánh cũng chỉ ra rằng trà xanh không có tác dụng bảo vệ trên giống như của cà phê

Trước đây cà phê từng bị coi là chất gây nghiện và tạo ra chứng bất lực Tuy nhiên vào năm 1923, qua một thí nghiệm ở người, nhà nghiên cứu Amantea

đã phát hiện ra rằng, caffein không chỉ tăng hưng phấn trong việc quan hệ tình dục khác giới mà còn tăng khả năng đạt cực khoái cũng như tăng số lượng tinh trùng ở đàn ông Gần đây nhất, khi người ta e ngại caffeine trong cà phê có thể gây kích thích, và có hại cho sức khỏe nên đã tìm cách rút chất này ra gọi là decaffeinated coffee (hay viết tắt là decaf) [ 14 ]

+ Cà phê đánh bóng: Cà phê nhân được chế biến ướt được bóc vỏ lụa bằng tác động cơ học làm mặt cà phê bóng và đẹp hơn

+ Cà phê rang: Là sản phẩm thu được sau khi rang cà phê nhân

+ Cà phê bột: Sản phẩm thu được sau khi nghiền cà phê rang

+ Cà phê chiết: Sản phẩm thu được bằng cách dùng nước để chiết các chất hoà tan trong cà phê rang

+ Cà phê hoà tan: Sản phẩm khô, có thể hoà tan trong nước được lấy từ cà phê rang bằng phương pháp lý học sử dụng nước để chiết tách

+ Cà phê hoà tan dạng bột: Sản phẩm thu được qua quá trình cà phê chiết được phun trong không khí nóng sau đó cho bay hơi nước để hình thành bột cà phê khô

+ Cà phê hoà tan dạng cốm: Sản thu được bằng cách kết hợp cà phê hoà tan dạng bột với nhau thành những hạt to

+ Cà phê hoà tan làm khô ở nhiệt độ thấp: Cà phê hoà tan thu được sau quá trình làm đông lạnh dung dịch cà phê và trạng thái băng được loại bỏ bằng phương pháp sấy thăng hoa

+ Cà phê khử cafein: Là cà phê thu được sau khi chiết cafein

2.3 Lên men cà phê: ( coffee fermentation )

Các nhân cà phê được bao bọc trong các chất nhầy trơn có thể được gửi đến các sân để phơi khô lớp vỏ thịt cà phê tự nhiên hay có thể được gửi đến thùng lên men cà phê Thùng lên men cà phê được sử dụng để loại bỏ các chất nhầy trước khi sấy khô Các hạt cà phê được đưa vào bể xi măng với nước và được cho phép lên men từ 16-36 giờ Trên đường đến thùng lên men, một sự tách rời theo tỷ trọng có thể xảy ra Các loại cà phê chất lượng cao nhất là các hạt có

tỷ trọng lớn nhất và cần được tách ra và lên men trong một bể khác

Thời gian lên men cà phê phụ thuộc vào một số yếu tố trong đó có số lượng cà phê lên men, nước, nhiệt độ, và độ ẩm Các chất nhầy được tạo thành từ vật liệu bao gồm protopectin (33%), các loại đường khử glucose và fructose (30%), không phải đường khử như sucrose (20%), và cellulose và tro (17%) Protopectin không tan trong nước và sẽ thủy phân nhờ axit pectinic trong thùng lên men Sự thủy phân của protopectin này và sự suy thoái của pectin bởi enzym

là quá trình xảy ra để loại bỏ các chất nhầy trong suốt quá trình lên men Hiện nay, cách tốt nhất xác định khi kết thúc quá trình lên men cà phê là đánh giá cảm quan hạt cà phê để xác định xem chúng vẫn còn được bọc trong chất nhầy không

Nếu những hạt cà phê được lên men từ 36-72 giờ, mùi thối của hạt phát triển Axit lactic, acetic, propionic được sản xuất trong quá trình này và được xem là để ngăn ngừa hương vị quá trình lên men truyền thống bằng cách ức chế sự phát triển mốc đó thường xảy ra trong quá trình sấy trên một hành lang tại điều kiện

ẩm ướt [ 15 ]

2.3.1 Bản chất sinh hóa

Bản chất của quá trình lên men là sự phân giải cellulose và pectin có trong

vỏ cà phê dưới tác dụng của enzyme pectinase và cellulase

Hoạt động của enzyme pectinase: pectinase làm đứt trạng thái gắn chặt giữa những phân tử acid galacturonic để làm ngắn chuỗi pectin từ những đoạn lớn thành những đoạn nhỏ hơn

Hoạt động của cellulose:

• Endocellolase: chúng thủy phân liên kết β-1.4-glycosid ở vị trí ngẫu nhiên trong chuỗi cellulose, chuỗi Cellodextrin và các dẫn xuất Cellulose như Carboxyl Methyl Cellulose và Hydroxyethyl cellulose Chúng tham gia tác động mạnh đến cellulose vô định hình và tác động yếu đến cellulose kết tinh Sự thủy phân endocellulose tạo ra những chuỗi cellodextrin có đầu không khử

• Exocellulase thủy phân đặc hiệu liên kết β- 1,4-glycosid ở đầu không khử của chuỗi cellulose hoặc các cellodextrin để giải phóng cellobiose Enzyme này không có khả năng phân giải cellulose ở dạng kết tinh mà chỉ làm thay đổi tính chất hóa lý, giúp cho enzyme endocellulase phân giải chúng

• β-glucoside chúng không có khả năng phân hủy cellulose nguyên thủy mà tham gia phân hủy cellobiose, cellodextrin tạo thành D-glucose

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

2.3.2.1 Ảnh hưởng của độ ẩm hạt cà phê đến quá trình lên men

Quá trình lên men là dựa vào hoạt tính của hệ enzyme cellulose và pectinase do Aspergillus niger tiết ra Điều kiện hoạt động của nấm mốc là phải

có môi trường có độ ẩm thích hợp Do đó trước khi tiến hành bổ sung nấm mốc vào để tiến hành quá trình lên men thì hạt cà phê nhân cần phải được ngâm với nước Thời gian ngâm hạt càng lâu thì độ ẩm của hạt càng tăng Độ ẩm của hạt tăng tạo điều kiện thuận lợi cho nấm mốc phát triển, tiết ra enzyme thủy phân

pectin và cellulose thành những hợp chất dễ tan, đồng thời giải phóng những thành phần tan trong nước có trong hạt cà phê Vì vậy khối lượng chất tan sẽ tăng Tuy nhiên nếu ngâm hạt quá lâu thì hạt trương nở làm cho quá trình phân giải pectin và cellulose xảy ra quá mạnh, tạo ra những lỗ hỏng trên mặt vỏ cà phê Do đó, khi tiến hành rửa hạt sau khi ủ, sự xuất hiện của những lổ hỏng này tạo điều kiện cho sự mất mát những thành phần hòa tan của hạt dễ dàng hơn

Mặt khác, khi đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men phụ tạo axit của một số loại vi sinh vật như nấm men, nấm mốc, vi khuẩn có sẳn trên bề mặt hạt cà phê cũng như nhiễm vào trong quá trình lên men vì vậy làm cho pH của dung dịch giảm xuống

2.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian lên men đến pH của dung dịch và trọng lượng của khối lên men

pH giảm dần trong quá trình lên men Nguyên nhân là do quá trình nấm mốc phân giải pectin thành các đơn chất của nó là acid galacturonic, đồng thời tạo điều kiện giải phóng các thành phần tan trong nước có trong hạt cà phê, trong

đó có axit Theo thời gian, nấm mốc phát triển tạo ra trong dịch cà phê càng nhiều axit làm cho pH của dung dịch ngày càng giản xuống

Trong quá trình lên men thì trọng lượng của khối ủ giảm dần nguyên nhân

là do nấm mốc ngày càng phát triển, sử dụng ngày càng nhiều cơ chất để làm thức ăn và chuyển hóa những chất hữu cơ phức tạp có trọng lượng phân tử lớn thành những phân tử nhỏ Mặt khác trong quá trình lên men có một lượng hơi nước bốc hơi vào không khí, quá trình thủy phân cũng tạo một số hợp chất bay hơi như CO2 và H2O Tuy nhiên nếu thời gian lên men quá 24 giờ thì trọng lượng khối lên men tăng lên là do thời gian càng lâu nấm mốc càng phát triển, sinh khối của chúng tăng lên, bên cạnh đó sự có mặt của các loài vi khuẩn, nấm mốc, nấm men có sẵn trên bề mặt hạt cà phê cũng như từ không khí Vì vậy chúng làm gia tăng trọng lượng của khối cà phê lên men

2.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng nấm mốc thêm vào trong quá trình lên men

Lượng nấm mốc thêm vào càng lớn, quá trình thủy phân pectin và cellulose càng mạnh, tạo ra sản phẩm là nhiều các chất tan Nhưng nếu ta cho vào

quá nhiều thì chúng sẽ sử dụng cơ chất là chất tan, sử dụng hết những chất đơn giản, chúng sẽ sử dụng hết những chất tan mà chúng vừa tạo ra làm giảm hàm lượng chất tan trong sản phẩm Mặt khác khi ta thêm vào nhiều nấm mốc thì cũng tạo ra nhiều axit làm giảm mạnh pH của dung dịch

2.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men

Trong quá trình lên men thì nhiệt độ tăng dần, khỏang ở 8 giờ đầu sau đó giảm dần Khi nấm mốc phát triển, phân giải cơ chất và tỏa nhiệt, ngoài ra còn do quá trình bốc hơi nước nên nhiệt độ tăng Sau đó nhiệt độ lại giảm xuống do quá trình phân giải cơ chất của nấm mốc [ 16 ]

CHƯƠNG III CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn phương pháp sản xuất

Chế biến cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ các lớp vỏ bao quanh hạt nhân cà phê và phơi sấy khô đến mức độ nhất định, làm cho cà phê nhân sống có một giá trị thương phẩm cao Rồi sau đó tiếp tục các quá trình chế biến tinh khiết hơn như chế biến cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hoà tan … Hoặc các sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, các loại bánh kẹo cà phê …

Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân có 2 phương pháp chính:

- Phương pháp chế biến ướt: gồm 2 giai đoạn chính:

* Giai đoạn xát tươi và phơi sấy loại bỏ các lớp vỏ thịt và các chất nhờn bên ngoài và phơi sấy khô dần đến mức độ qui định

* Giai đoạn xát khô, đánh bóng để loại bỏ các lớp vỏ trấu và một phần vỏ lụa, tạo thành cà phê nhân

- Phương pháp chế biến khô: chỉ có một giai đoạn chính là sau khi phơi cả quả cà phê đến mức độ nhất định dùng máy xát khô loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn chế biến thành cà phê thóc [ 9, Tr 17 ]

Từ những phân tích trên cho thấy:

+ Phương pháp chế biến khô tuy có ưu điểm là đơn giản, vốn đầu tư ít nhưng ngược lại phương pháp chế biến khô có nhiều nhược điểm như: phụ thuộc quá nhiều vào điều kiện thời tiết, chất lượng cà phê không cao, thời gian sản xuất dài…

+ Phương pháp chế biến ướt đòi hỏi đầu tư lớn hơn và dây chuyền công nghệ phức tạp hơn nhưng bù lại phương pháp chế biến ướt có thể bù đắp những nhược điểm mà phương pháp chế biến khô gặp phải như: không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, tiết kiệm chi phí nhân công, đặc tính kỹ thuật phù hợp với việc sản xuất cà phê chất lượng cao đồng thời rút ngắn được thời gian sản xuất…

Vậy, em quyết định chọn phương pháp ướt để sản xuất cà phê nhân

3.2 Dây chuyền sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp ướt [ 9, Tr 18 ]

Nguyên liệu

Thu nhận và bảo quản

Tạp chất Làm sạch, phân loại

Xát cà phê quả tươi

Ngâm ủ ( Lên men )

3.3 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.3.1 Nguyên liệu

Do đặc thù của địa phương trồng rất nhiều cà phê chè arabica, bên cạnh đó

cà phê chè arabica có giá xuất khẩu cao gấp 2 lần so với robusta nên chọn nguyên liệu của nhà máy là cà phê chè arabica

Do tính chất thời vụ nên nhà máy thu mua thêm cà phê thóc khô để sản xuất cà phê nhân

3.3.2 Thu nhận và bảo quản nguyên liệu

3.3.2.1 Thu nhận nguyên liệu [ 9, Tr 19, 20 ]

Hiện nay trên thế giới cũng như trong nước vấn đề thu hoạch cà phê chủ yếu là hái bằng tay, cà phê chè thấp dễ hái Người ta hái vào giỏ đeo trước bụng hoặc bên sườn Đối với cà phê mít thì cây cao, phải bắt thang để hái

Cà phê là một loại sản phẩm dễ bị mất phẩm chất nếu không được thu hái đúng lúc, và chế biến kịp thời Để đảm bảo phẩm chất tốt, đồng thời tránh lãng phí vì rơi rụng hư hỏng, việc thu hái cần đạt được các yêu cầu sau:

- Cần thu hái đúng lúc, kịp thời, đúng tầm chín

- Không thu hái những quả cà phê còn xanh còn non chưa đầy đủ chất lượng

- Phải hái từng quả, không hái chùm làm ảnh hưởng đến cây và năng suất mùa sau

- Khi thu hái phải bảo vệ các nụ hoa nhất là cà phê mít

Phân loại theo màu sắc

Cân, đóng bao

Cà phê nhân Phân loại theo trọng lượng

- Cần giữ vệ sinh khi thu hái, không để lẫn rác, cành, đất, đá làm nhiễm bẩn khối hạt

- Sau khi thu hái xong phải vận chuyển ngày về nơi chế biến không để ủ đống quá lâu làm cho cà phê nẫu, bốc nóng

Mỗi loại cà phê có thời gian chín và thu hoạch khác nhau Cà phê chè và

cà phê mít chín tập trung hơn Cà phê vối thường chín rải rác hơn Thời gian thu

rộ vào khoảng 20 – 40 ngày, nên việc tập trung nhân lực thu hoạch rất chú trọng Tuỳ thuộc vào thời tiết khí hậu từng vùng mà cà phê có thể chín sớm hoặc muộn hơn; ngoài ra còn phụ thuộc vào mức độ chăm bón

Thông thường thời vụ thu hoạch như sau:

- Cà phê chè: từ tháng 11 – 12, 1 – 2, tập trung vào tháng 12 và tháng 1

Ở Tây Nguyên thu hoạch sớm hơn khoảng 2 tháng

- Cà phê vối: từ tháng 12, 1, 2, 3, 4, thu rộ vào tháng 2, 3

- Cà phê mít: tháng 5, 6, 7, 8, rộ vào tháng

Nhìn qua thời vụ thu hoạch của 3 loại cà phê ta thấy: nếu trồng cả 3 loại

cà phê với 1 tỷ lệ thích hợp, thì sẽ có một sản lượng nguyên liệu tương đối ổn định tận dụng được công suất của các cơ sở chế biến

3.3.2.2 Bảo quản nguyên liệu

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 15-20 cm trên nền sạch, 2-3 giờ ta tiến hành đảo trộn một lần Thời gian bảo quản càng ngắn càng tốt thường kéo dài không quá 36 giờ [ 17 ]

3.3.3 Làm sạch và phân loại

3.3.3.1 Mục đích [ 9, Tr 21 ]

Cà phê hái về thường có lẫn đất đá, rác cành, quả khô, quả to nhỏ khác nhau… cho nên trước khi đưa vào máy xát tươi, nguyên liệu cần phải được làm sạch và phân loại Tuỳ theo độ đồng đều của nguyên liệu mà công đoạn làm sạch

và phân loại sẽ dễ dàng hay khó khăn, đơn giản hay phức tạp

Làm sạch và phân loại nguyên liệu để tách các tạp chất lẫn trong nguyên liệu, làm cho kích thước nguyên liệu đồng đều Rửa sạch cà phê trước khi đưa

vào máy để tạo điều kiện tốt cho việc tăng năng suất máy và độ bền của thiết bị, đảm bảo chất lượng sản phẩm

3.3.3.2 Cơ sở của các phương pháp phân loại và làm sạch [ 9, Tr 21, 22 ]

Làm sạch và phân loại nguyên liệu chủ yếu là dựa vào sự khác nhau về tính chất vật lý, trạng thái của nguyên liệu và tạp chất Đặc biệt chú ý đến các tạp chất khó làm sạch để loại chúng ra, đồng thời phải áp dụng các phương pháp kinh tế nhất, có hiệu quả nhất

Có thể quy về các phương pháp sau:

+ Dựa vào sự khác nhau về kích thước của nguyên liệu về các tạp chất để phân loại và làm sạch có thể dùng loại sàng chấn động, sàng bắc ngang, sàng tròn, sàng nẩy

+ Dựa vào sự khác nhau về sức chịu gió của nguyên liệu và tạp chất mà làm sạch và phân loại thường dùng catado hay quạt hòm …

+ Dựa vào sự khác nhau giữa chiều dài của nguyên liệu và tạp chất để phân loại, thường dùng máy hình trụ hoặc máy đĩa …

+ Dựa vào sự khác nhau về hình dáng, trạng thái bề mặt, trọng lượng riêng

để làm sạch và phân loại Bể xi phông để phân loại và làm sạch bằng nước …

Đối với nguyên liệu cà phê quả tươi thì dùng phương pháp phân loại và làm sạch bằng bể xi phông là hợp lý nhất vì nó có rất nhiều ưu điểm như:

+ Tách các tạp chất nhẹ, đảm bảo phẩm chất của sản phẩm thuần khiết + Làm mềm và rửa sạch quả tạo điều kiện tốt cho máy bóc vỏ quả tươi dễ dàng

+ Lợi dụng sức nước để đẩy khối cà phê vào máy xát tươi một cách điều hoà mà không dùng sức người

+ Sự phân loại nguyên liệu tốt vẫn theo trọng lượng riêng để có chế độ chế biến thích hợp [ 9, Tr 24 ]

3.3.4 Xát cà phê quả tươi

đến chất lượng của thành phẩm như tỷ lệ phẩm cấp, hiệu suất của các công đoạn tiếp theo và giá thành

Sau khi xát tươi ta thu được các thành phần chính như sau:

+ Vỏ quả và thịt quả

+ Cà phê thóc ướt còn dính lớp nhớt

+ Quả xanh, non có vỏ cứng chưa bóc được vỏ

3.3.4.2 Cơ sở phương pháp xát cà phê quả tươi

Dưới tác dụng của lực cơ học, vỏ quả và vỏ thịt bị bóc ra khỏi nhân cà phê

3.3.5 Ngâm ủ ( Lên men )

có hại gây trạng thái lên men, cũng có một số nghiên cứu nước ngoài cho rằng ngâm ủ làm cho men hoạt động tăng chất thơm trong cà phê sau quá trình biến hoá về hoá học, tăng thêm hương vị của cà phê Nhưng cũng có người cho rằng ngâm ủ không có ảnh hưởng gì đến hương vị và phẩm chất của cà phê Hiện nay vấn đề này vẫn còn tiếp tục tranh luận Yêu cầu sau khi tách lớp nhớt cà phê cần giữ được nguyên hạt và chất lượng của hạt không bị biến đổi xấu

3.3.5.2 Cơ sở của phương pháp lên men

Hiện nay có 4 phương pháp tách lớp vỏ nhớt:

+ Phương pháp sinh hoá

+ Phương pháp hoá học

+ Phương pháp cơ học

+ Phương pháp cơ học học

Vì phương pháp sinh hoá đơn giản và có nhiều ưu điểm nên chọn phương pháp này để tách vỏ nhớt

Phương pháp sinh hoá còn gọi là phương pháp lên men Phương pháp này dựa trên nguyên tắc dùng các enzim có trong bản thân nguyên liệu hoặc trong một số vi sinh vật được cấy vào làm tác nhân phân giải lớp nhớt thành những chất hoà tan trong nước Trong sản xuất, quá trình ngâm ủ ( lên men ) yêu cầu phải đặt khối nguyên liệu vào những điều kiện nhất định để đẩy mạnh quá trình phân giải lớp nhớt mà không kéo theo quá trình lên men phụ như lên men lactic, axetic, butiric … làm hại cho chất lượng của thành phẩm

Qua nghiên cứu của các nước cũng như qua thực tế của nước ta về quá trình lên men, chúng ta có thể rút ra một kết luận sơ bộ như sau:

+ Các loại enzim pectosinaza, pectinaza, pectaza đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men phân huỷ lớp nhớt, nhưng nếu có vi sinh vật hoạt động thêm vào thì nó có thể làm tăng vận tốc phân huỷ và do sự hoạt động của vi sinh vật mà làm tăng sự tiếp xúc giữa các enzim và thành tế bào của nguyên liệu, sự hoạt động của các vi sinh vật thể hiện là sự axit hoá môi trường

+ Có thể thêm vào các loại enzim khác vào để làm tăng tốc độ enzim lên, rút ngắn thời gian, song cần lấy enzim nguyên chất có trong vỏ cà phê hơn để khỏi ảnh hưởng đến hương vị của cà phê sau này

+ Sự tăng các vi sinh vật chỉ đóng vai trò phụ cho việc phân huỷ lớp nhớt nhưng nó có thể làm cho hương vị cà phê khác đi Cần chú ý làm cho sự phát triển của các vi khuẩn lactic nhiều hơn vì nó có thể bảo vệ cho toàn khối hạt cà phê khỏi bị ảnh hưởng của những vi khuẩn khác như Coli và các nấm mốc … + Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phân huỷ của lớp nhớt nhưng không ảnh hưởng tới tốc độ axit hoá

+ Sự lên men ướt ( yếm khí ) với nước tinh khiết sẽ cho ta cà phê có hương vị thơm ngon và màu sắc thành phẩm tốt hơn là lên men khô ( hiếu khí )

* Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:

+ Độ chín của quả: yếu tố này rất quan trọng vì nếu quả còn xanh lượng protopectin ( pectin không hoà tan ) tinh bột nhiều gây khó khăn và kéo dài thời gian phân huỷ lớp vỏ nhớt

+ Thành phần của nước: trong nước không được chứa lẫn một chất nào có tính chất làm tê liệt sự hoạt động của vi sinh vật, không chứa các chất bài tiết của

vi sinh vật phân giải NH3 hoặc men thối có thể làm cho quá trình lên men chậm lại hoặc đình chỉ tuỳ theo nồng độ và độ pH của nước cũng ảnh hưởng đến quá trình lên men, nếu nhiệt độ thấp và pH cao thì sẽ kéo theo thời gian lên men + Khối lượng đống ủ: cũng như các sản phẩm lên men khác, cần phải có

đủ một khối lượng nhất định để cho quá trình lên men tiến hành tốt, không bị bên ngoài cản trở Khối lượng đống ủ ảnh hưởng đến sự tạo thành nhiệt độ đống ủ, khối lượng lớn thì sự tạo thành nhiệt độ nhiều và nhanh, giữ được nhiệt cần thiết cho quá trình lên men mà không ảnh hưởng bởi một môi trường bên ngoài

+ Nhiệt độ: mỗi loại men có một nhiệt độ thích hợp Đối với cà phê thì nhiệt độ thích hợp khoảng 35 – 420C

+ Thời gian lên men: Nếu thời gian ngắn thì quá trình phân giải lớp nhớt chưa hoàn toàn, nếu thời gian lên men kéo dài quá thì ảnh hưởng đến màu sắc, hương vị của thành phẩm Thời gian kết thúc sự lên men khoảng 10 – 12 giờ đối với cà phê Arabica và 16 – 18 giờ đối với cà phê Robusta và Chari

+ Khoảng cách về thời gian thu hoạch và xát tươi: nên xát tươi sớm sau khi thu hoạch ( tối đa 36 giờ ) để tránh sự lên men đầu tiên có thể xảy ra ngay trong quá trình còn là quả nguyên [ 9, Tr 36, 37 ]

Loại bỏ những phẩm vật tạo thành trong quá trình lên men và những mảnh

vỏ thịt còn sót lại, dính vào vỏ thóc bởi vì không những ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị của cà phê thành phẩm mà còn kéo dài thời gian sấy nữa

3.3.6.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rửa nhớt

+ Quá trình lên men: lên men tốt hay xấu đều ảnh hưởng đến quá trình đánh và rửa nhớt Nếu lên men tốt, nhớt được phân huỷ hoàn toàn thì quá trình rửa nhớt sẽ dễ dàng và nhanh chóng, hoặc ngược lại

+ Quá trình khuấy: nếu dùng phương pháp cơ giới thì yêu cầu chính là tốc

độ khuấy Cần điều chỉnh tốc độ vừa phải tuỳ theo kết quả lên men Nếu tốc độ quá nhỏ thì làm cho lớp nhớt không tách được hoàn toàn; nếu tốc độ lớn quá thì

sự va đập giữa máy và nguyên liệu sẽ lớn gây nên dập nát hoặc làm bong vỏ trấu

ra khỏi nhân cà phê, hoặc vỏ trấu bị xé rách làm cho nhân mất lớp bảo vệ đặc biệt

là khi phơi nhân tiếp xúc trực tiếp với nắng làm biến đổi màu

+ Tỷ lệ nước: nếu tỷ lệ nước/ nguyên liệu lớn thì sẽ kéo dài thời gian rửa nhớt Nếu tỷ lệ nước/ nguyên liệu nhỏ sẽ làm tăng công suất của thiết bị Thông thường có thể dùng tỷ lệ khoảng 0,9 – 1,2

cả vỏ thóc ướt mang phơi thì kéo dài thời gian phơi và men mốc sẽ có đủ thời gian phát triển ngay trên sân Vì vậy trước khi phơi cần làm giảm lượng nước bề mặt của nó

3.3.8.2 Phương pháp thực hiện

Chúng ta nên sấy 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1 sấy sơ bộ bằng phương pháp sấy tĩnh, tác nhân sấy là khói lò, bên trên có quạt hút không khí ẩm vì nó phù hợp với quy mô sản xuất lớn và công nghệ sản xuất hiện đại

Giai đoạn 2 dùng phương pháp sấy động và chọn thiết bị sấy thùng quay

3.3.9 Đóng bao, bảo quản

Cà phê thóc khô không đem đi xát, đánh bóng ngay mà nhập kho bảo quản

3.3.10.2 Phương pháp thực hiện

Thường dùng sàng rung động để tách Lưới sàng có lỗ khác nhau để các tạp chất tách ra riêng và cà phê thóc ra riêng Ở miệng phểu ra có gắn một nam châm vĩnh cửu để hút các tạp chất kim loại Bộ khung có tay truyền động gắn với trục khuỷu Khi hoạt động, máy bị giật lui đẩy sản phẩm đi

3.3.12 Đánh bóng cà phê [ 9, Tr 61 ]

3.3.12.1 Mục đích

Cà phê nhân sau khi xát thì vẫn còn lại một lớp vỏ lụa mỏng màu ánh bạc,

đó là lớp thứ tư của vỏ quả, lớp này chủ yếu là xenlulô nó không giúp ích gì cho quá trình tạo thành chất lượng của sản phẩm mà còn làm giảm giá trị cảm quan của nhân cà phê Vì vậy cà phê sau khi xát phải đưa đi đánh bóng để làm cho lớp

vỏ lụa bong ra hoặc mòn đi Đó cũng là một chỉ tiêu không thể thiếu được của công nghiệp

3.3.12.2 Phương pháp thực hiện

Thường dùng máy để đánh bóng cà phê nhân Nguyên tắc chung là dùng

ma sát giữa hạt và vỏ, giữa hạt và trục máy, giữa hạt và hạt Yêu cầu trục máy và

vỏ máy có cấu tạo cứng, dẫn nhiệt tốt

3.3.13 Phân loại theo kích thước

3.3.14.2 Phương pháp thực hiện

Có nhiều loại thiết bị phân loại theo trọng lượng riêng nhưng thường dùng

2 loại chính: loại nằm ngang và loại thẳng đứng

Loại nằm ngang: cà phê rơi từ trên xuống, quạt gió nằm ngang hơi chếch thổi từ dưới lên Do sự khác nhau của hạt mà được phân riêng làm nhiều loại khác nhau: tạp chất, rác, bụi …

Loại thẳng đứng: Catador

3.3.15 Phân loại theo màu sắc

3.3.15.1 Mục đích để hạn chế số hạt lỗi ( hạt đen, hạt nâu) nhằm đạt được màu

sắc đồng đều, tăng chất lượng cảm quan

3.3.15.2 Phương pháp thực hiện Có hai cách phân loại: Phân loại bằng máy,

phân loại bằng tay

CHƯƠNG IV CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Số liệu ban đầu:

+ Năng suất nhà máy tính theo nguyên liệu: 30 tấn quả tươi/ ngày và 15 tấn cà phê thóc/ ngày

Từ đó suy ra:

+ Năng suất nhà máy 1875 kg quả tươi/ giờ và 937,5 kg cà phê thóc/ giờ

( ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 8 tiếng )

4.1 Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê thóc từ cà phê quả tươi

Để đơn giản ta tính toán cho 1000 kg nguyên liệu cà phê quả tươi/ giờ cho loại cà phê Arabica

Bảng 4.1 Bảng tỷ lệ hao hụt sau chế biến qua các công đoạn (%)

4.1.1 Thu nhận và bảo quản

- Lượng nguyên liệu: 1000 (kg/h)

- Lượng nguyên liệu vào: 585 – 11,7 = 573,3 (kg/h)

- Lượng nguyên liệu sau khi sấy tĩnh tính theo công thức:

G2 = G1×

2100

Trong đó: G1 là lượng nguyên liệu trước khi sấy tĩnh

w 1 là độ ẩm của nguyên liệu trước khi sấy tĩnh chọn w 1 = 55 %

w 2 là độ ẩm của nguyên liệu sau khi sấy tĩnh chọn w 2 = 40 %

G2 = 573,3 ×

40100

55100

12100

40100

4.1.8 Cà phê thóc thành phẩm

- Lượng thành phẩm thu được từ 1000 kg nguyên liệu: 288,782 – 1,444 =

287,338 (kg/h)

- Ta có : cứ 1000 kg nguyên liệu thì sẽ cho 287,338 kg cà phê thóc

Vậy từ 30 tấn nguyên liệu cà phê quả tươi/ ngày ( 1875 kg quả tươi/ giờ ) ta sẽ thu được:

=

1000

338,287

*1875

538,7588 kg cà phê thóc/ giờ

4.2 Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê nhân từ cà phê thóc

Tính cho 1000 kg nguyên liệu cà phê thóc

- Lượng nguyên liệu hao hụt: 845,75 × 0,5 % = 4,22875 (kg/h)

4.2.4 Phân loại theo kích thước

- Lượng nguyên liệu vào: 845,75 – 4,22875 = 841,521 (kg/h)

- Lượng nguyên liệu hao hụt: 841,521 × 0,5 %= 4,21 (kg/h)

4.2.5 Phân loại theo trọng lượng riêng

- Lượng nguyên liệu vào: 841,521 – 4,21 = 837,311 (kg/h)

- Tỷ lệ hao hụt: 1 %

- Lượng nguyên liệu hao hụt: 837,311 × 1 % = 8,37311 (kg/h)

4.2.6 Phân loại theo màu sắc

-Lượng nguyên liệu vào: 837,311 – 8,37311 = 828,94 (kg/h)

- Tỷ lệ hao hụt: 1,5 %

- Lượng nguyên liệu hao hụt: 828,94 × 1,5 % = 12,434 (kg/h)

Từ 1000 kg nguyên liệu cà phê thóc ta thu được: 816,506 – 4,023 =

812,483 kg cà phê nhân thành phẩm Vậy từ 15 tấn cà phê thóc ( 937,5 kg/ giờ )

ta thu được 761,703 kg cà phê nhân thành phẩm/ giờ

Bảng 4.2: Tỷ lệ hao hụt và lượng nguyên liệu vào qua các công đoạn

Chú thích: B, C lượng nguyên liệu tính theo 1000kg/ giờ và tính theo năng suất

=>B’, C’ lượng hao hụt tương ứng với B, C

CHƯƠNG V CÂN BẰNG NHIỆT

5.1 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 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 di bằng không

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

™ Cơ sở của quá trình cân bằng nhiệt:

Sấy là một trong những công đoạn quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch đối với các loại nông sản Thực tế cho thấy nếu phơi khô hoặc sấy khô không kịp thì nhiều nông sản có thể do mất mát và biến chất khoảng 10-20%, hoặc đối với một số loại như sắn có thể lên đến 40-50% Quá trình sấy nó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Do đó cần phải có một chế độ sấy thích hợp để đảm bảo hạt ít bị rạn nứt, đồng thời giữ được các tính chất về hương vị, màu sắc

và các phần có trong hạt Ở đây ta sử dụng thiết bị sấy thùng quay, tác nhân sấy

là không khí nóng

Quá trình nhiệt trong quá trình này chủ yếu là quá trình sấy cà phê thóc

™ Các thông số ban đầu:

+ Nhiệt độ không khí sấy: t1 = 750C

+ Nhiệt độ nguyên liệu vào: θ1= 400C

+ Nhiệt độ nguyên liệu ra: θ2 : chọn theo nhiệt độ điểm sương

+ Độ ẩm của nguyên liệu trước khi sấy: 40%

+ Độ ẩm của nguyên liệu sau khi sấy: 12%

+ Áp suất khí quyển: P = 760 (mmHg)

5.1.1 Xác định các thông số của không khí

5.1.1.1 Các thông số trạng thái của không khí

Trạng thái của không khí trước khi vào calorife với điều kiện khí hậu ở Quảng Trị: to = 19,6 0C; φ0 = 90% [ 11, Tr 99]

+ Áp suất hơi bão hoà của không khí:

Pbh =

exp(12,031-t

+235

42,4026

) bar [ 6, Tr 30]

Pbh =

exp(12,031-6,19235

42,4026+ ) =0,0227 bar = 17,055 (mmHg)

+ Hàm ẩm của không khí được xác định theo công thức:

bh 0

bh 0 0

P P

P 622

, 0 x

× ϕ

−

× ϕ

×

= (kg/kgkkk) [ 3, Tr 156]

055,179,0760

055,179,0622,0

Với P0 là áp suất hơi bão hòa của không khí

5.1.1.2 Các thông số của không khí khi qua calorife trước khi vào máy sấy

Hàm ẩm của không khí sau khi qua calorife không thay đổi, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng không thay đổi hàm ẩm [ 3, Tr 166 ]

x1 = xo = 0,01282 (kg/kgkkk)

- Chọn nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi calorife là: t1= 750C

Pbh1 =

exp(12,031-75235

42,4026+ )= 0,3838 (bar) =287,926 (mmHg) [ 6, Tr 30]

- Độ ẩm tương đối của không khí sau khi qua calorife:

1 1

1 1

)622,0( x P bh

P x

×+

76001282,0

×+

Nhiệt độ của không khí sau khi sấy không được quá thấp, nếu không sẽ có hiện tượng đọng sương trên bề mặt vật liệu, song không được quá lớn vì làm cho sản phẩm không đạt yêu cầu và tốn nhiều năng lượng

Giả sử t2 = 34oC, để đơn giản cho quá trình sấy ta chỉ xét quá trình sấy lí thuyết

b Phương pháp xác định nhiệt độ điểm sương

97 , 1

t I

34854,108

622 ,

7600309,0+

1 3

bh bh bh bh

P P P P

5.1.1.4 Thông số của không khí sau sấy

Nhiệt độ tác nhân sấy ra: t2 = 340C

Pbh2 =

exp(12,031-34235

42,4026+ )= 0,053(bar) = 39,753 (mmHg) [ 6, Tr 30]

Suy ra: φ2

753,39)0309,0622,0(

7600309,0

×+