Thiết kế nhà máy chế biến cà phê nhân theo phương pháp khô năng suất 9 tấn nguyên liệu giờ

92 – 95% sản lượng cà phê nhân Việt Nam được xuất khẩu, 5% – 8% là tỉ lệ tiêu thụ cà phê nội địa của Việt Nam.Việt Nam xuất khẩu cà phê nhân tới hầu hết các nước trên thế giới, trong đó

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Nội dung chính của đồ án có 11 chương, bao gồm:

Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật

Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Chương 3: Lựa chọn và thuyết minh quy trình công nghệ

Chương 4: Cân bằng vật liệu

Chương 5: Cân bằng nhiệt lượng

Chương 6: Tính và chọn thiết bị

Chương 7: Tính tổ chức

Chương 8: Tính xây dựng

Chương 9: Tính nước – nhiên liệu

Chương 10: Kiểm tra sản xuất và đánh giá chất lượng sản phẩm

Chương 11: Vệ sinh công nghiệp và an toàn lao động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA: HÓA

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô năng suất 9 tấn nguyên liệu/giờ

2 Đề tài thuộc diện:  Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

+ Năng suất nhà máy: 9 tấn nguyên liệu/giờ

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 11 chương:

Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật

Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Chương 3: Lựa chọn và thuyết minh quy trình công nghệ

Chương 4: Cân bằng vật liệu

Chương 5: Cân bằng nhiệt lượng

Chương 6: Tính và chọn thiết bị

Chương 7: Tính tổ chức

Chương 8: Tính xây dựng

Chương 9: Tính nước – nhiên liệu

Chương 10: Kiểm tra sản xuất và đánh giá chất lượng sản phẩm

Chương 11: Vệ sinh công nghiệp và an toàn lao động

5 Các bản vẽ, đồ thị: bao gồm 5 bản vẽ:

1 Sơ đồ quy trình công nghệ (A0)

2 Mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (A0)

3 Mặt cắt phân xưởng sản xuất chính (A0)

4 Bản vẽ đường ống không khí – khói lò (A0)

5 Tổng mặt bằng nhà máy (A0)

6 Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Minh Nhật

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 22/01/2018

8 Ngày hoàn thành đồ án: 22/05/2018

Đà Nẵng ngày 22 tháng 5 năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Qua thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Đặng Minh Nhật, cùng với sự giúp đỡ của bạn bè, anh chị và sự nỗ lực không ngừng nghỉ của bản thân qua sách vở cũng như tham khảo các đồ án cũ, đến nay đồ án

đã hoàn thành đúng thời gian quy định

Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi đã nắm bắt được những kiến thức về công nghệ sản xuất cà phê nói chung và cà phê nhân nói riêng, cũng như cách lắp đặt bố trí máy móc, thiết bị trong phân xưởng Tôi rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để nâng cao hơn nữa kiến thức chuyên môn, nhằm phục vụ cho công tác sau này

Tôi xin chân thành cảm ơn trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, các thầy cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm và đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Đặng Minh Nhật đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành đồ án này

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

1 Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giảng viên PGS.TS Đặng Minh Nhật

2 Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Nhung

MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH x

DANH MỤC BẢNG xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1

1.1 Đặc điểm thiên nhiên 1

1.2 Vùng nguyên liệu 3

1.3 Hợp tác hoá 3

1.4 Nguồn cung cấp điện 3

1.5 Nguồn cung cấp hơi 4

1.6 Nhiên liệu 4

1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước 4

1.8 Thoát nước 4

1.9 Giao thông vận tải 4

1.10 Năng suất nhà máy 5

1.11 Nguồn nhân lực 5

1.12 Thị trường tiêu thụ 5

CHƯƠNG 2TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 6

2.1 Tổng quan về nguyên liệu cà phê 6

2.1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển cây cà phê 6

2.1.2 Phân loại 7

2.1.3 Cấu tạo quả cà phê 10

2.1.4 Thành phần hóa học 11

2.2 Tổng quan về sản phẩm cà phê nhân 13

2.2.1 Khái niệm về cà phê nhân 13

2.2.2 Phân loại cà phê nhân 13

2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê 14

2.3.1 Ảnh hưởng của đất trồng 14

2.3.2 Ảnh hưởng của chế độ chăm sóc kỹ thuật 14

2.3.3 Ảnh hưởng của độ cao 14

2.3.4 Ảnh hưởng của giống 14

2.3.5 Ảnh hưởng của sâu bệnh 14

2.3.6 Ảnh hưởng của việc thu hái 14

2.3.7 Ảnh hưởng của quá trình bảo quản, vận chuyển 14

2.3.8 Ảnh hưởng của quá trình chế biến 15

2.4 Tiêu chuẩn kỹ thuật của cà phê nhân xuất khẩu [20] 15

2.4.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật cà phê Robusta chế biến khô (Unwashed) 15

2.4.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật cà phê Robusta chế biến ướt (Washed) 16

2.4.2.1 Tiêu chuẩn cà phê nhân Robusta chế biến ướt loại 1, sàng 18 16

CHƯƠNG 3LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 18

3.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất cà phê nhân 18

3.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ chung 18

3.1.2 Các phương pháp sản xuất cà phê nhân 19

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế 22

3.2.1 Làm sạch 22

3.2.2 Phân loại 22

3.2.3 Sấy 22

3.3 Lựa chọn quy trình công nghệ 23

3.4 Thuyết minh quy trình công nghệ 25

3.4.1 Thu hái nguyên liệu 25

3.4.2 Vận chuyển và bảo quản sơ bộ 25

3.4.3 Tách tạp chất 26

3.4.4 Sấy sơ bộ 26

3.4.5 Sấy chính thức 28

3.4.6 Xát vỏ quả và vỏ trấu 28

3.4.7 Bóc vỏ lụa (đánh bóng) 29

3.4.8 Phân loại theo kích thước 29

3.4.9 Phân loại theo khối lượng riêng 29

3.4.10 Phân loại theo màu sắc 30

3.4.11 Đấu trộn 30

3.4.12 Cân và đóng bao 31

3.4.13 Bảo quản 31

CHƯƠNG 4CÂN BẰNG VẬT LIỆU 32

4.1 Tình hình sản xuất của nhà máy 32

4.1.1 Bảng thu nhận nguyên liệu của nhà máy 32

4.1.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy 32

4.2 Tính cân bằng vật liệu 32

4.2.1 Thu nhận và bảo quản 34

4.2.2 Tách tạp chất 34

4.2.3 Sấy sơ bộ 34

4.2.4 Sấy chính thức 34

4.2.5 Xát vỏ quả và vỏ trấu 34

4.2.6 Đánh bóng cà phê nhân 34

4.2.7 Phân loại theo kích thước 35

4.2.8 Phân loại theo tỷ trọng 35

4.2.9 Phân loại theo màu sắc 36

4.2.10 Đấu trộn 36

4.2.11 Cân và đóng bao 36

4.2.12 Cà phê nhân thành phẩm 37

CHƯƠNG 5CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 40

5.1 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm 40

5.2 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết 40

5.2.1 Xác định các thông số của không khí 41

5.2.2 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy 44

5.3 Xây dựng quá trình sấy thực tế 45

5.3.1 Lượng nhiệt bổ sung thực tế 46

5.3.2 Xác định các thông số của tác nhân sấy sau khi sấy thực 46

5.3.3 Lượng tác nhân sấy thực tế 47

5.3.4 Nhiệt lượng vào và ra của quá trình sấy thực tế 47

CHƯƠNG 6TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 49

6.1 Nguyên tắc chọn thiết bị và cách tính số lượng máy móc thiết bị 49

6.1.1 Nguyên tắc chọn thiết bị 49

6.1.2 Cách tính số lượng máy móc thiết bị 49

6.2 Chọn và tính toán máy móc, thiết bị 50

6.2.1 Hố chứa cà phê quả 50

6.2.2 Sàng tạp chất 50

6.2.3 Hệ thống sấy tĩnh 51

6.2.4 Hố chứa cà phê sau sấy tĩnh 52

6.2.5 Máy sấy thùng quay 53

6.2.6 Tính và chọn các thiết bị phụ 56

6.2.7 Máy xay xát cà phê 83

6.2.8 Máy đánh bóng cà phê nhân 84

6.2.9 Máy phân loại theo kích thước 85

6.2.10 Máy phân loại theo tỷ trọng 86

6.2.11 Máy phân loại theo màu sắc 87

6.2.12 Máy phối trộn 88

6.2.13 Máy cân và đóng bao tự động 89

6.2.14 Các xilo chứa 90

6.2.15 Băng tải vấu 95

6.2.16 Gàu tải 96

CHƯƠNG 7TÍNH TỔ CHỨC 100

7.1 Sơ đồ tổ chức hệ thống của nhà máy 100

7.1.1 Sơ đồ bộ máy quản lý 100

7.1.2 Chức năng công việc 100

7.2 Tổ chức lao động của nhà máy 101

7.2.1 Chế độ làm việc 101

7.2.2 Nhân lực làm việc tại công ty 101

CHƯƠNG 8TÍNH XÂY DỰNG 104

8.1 Tính xây dựng các công trình 104

8.1.1 Phân xưởng sản xuất chính 104

8.1.2 Sân chứa nguyên liệu ban đầu 104

8.1.3 Kho bảo quản cà phê nhân 104

8.1.4 Phòng KCS 105

8.1.5 Nhà hành chính 105

8.1.6 Nhà xưởng cơ khí 106

8.1.7 Kho chứa bao bì 106

8.1.8 Nhà bảo vệ 106

8.1.9 Nhà ăn 106

8.1.10 Nhà để xe 106

8.1.11 Gara ôtô 106

8.1.12 Nhà sinh hoạt vệ sinh 107

8.1.13 Kho nhiên liệu 107

8.1.14 Đài nước 108

8.1.15 Nhà đặt bơm nước 108

8.1.16 Bãi chứa bã 108

8.1.17 Trạm biến thế và máy biến áp 108

8.1.18 Trạm cân 108

8.1.19 Khu đất mở rộng 108

8.2 Tính hệ số sử dụng 108

CHƯƠNG 9TÍNH NƯỚC - NHIÊN LIỆU 111

9.1 Tính lượng nước dùng trong nhà máy 111

9.1.1 Nước dùng cho sinh hoạt 111

9.1.2 Nước dùng để tưới cây 111

9.1.3 Nước dùng để rửa xe 112

9.1.4 Nước dùng để chữa cháy 112

9.1.5 Tổng lượng nước dùng trong nhà máy trong ngày 112

9.1.6 Lượng nước sử dụng cho 2 ngày sản xuất 112

9.1.7 Kích thước bể nước dự trữ 112

9.2 Đài nước sử dụng trong nhà máy 112

9.3 Chọn bơm nước 113

CHƯƠNG 10KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 114

10.1 Mục đích 114

10.2 Yêu cầu của việc kiểm tra sản xuất 114

10.3 Kiểm tra cà phê nguyên liệu 114

10.3.1 Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu 114

10.3.3 Xác định tỷ lệ cà phê quả lép 115

10.4 Các phương pháp kiểm tra cà phê thành phẩm 115

10.4.1 Đánh giá cà phê bằng phương pháp cảm quan 115

10.4.2 Chuẩn bị mẫu để phân tích kiểm nghiệm 116

10.5 Phân tích lý học 116

10.5.1 Xác định hạt hoàn toàn và hạt không hoàn toàn 116

10.5.2 Xác định khối lượng riêng của hạt cà phê 116

10.5.3 Xác định dung trọng của hạt cà phê 117

10.5.4 Xác định tỷ lệ lẫn cà phê khác loại 117

10.6 Phân tích hoá học 117

10.6.1 Xác định độ ẩm của hạt cà phê 117

10.6.2 Xác định độ axit của hạt cà phê 117

CHƯƠNG 11VỆ SINH CÔNG NGHIỆP VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG 119

11.1 Vệ sinh công nghiệp 119

11.1.1 Vệ sinh nhà máy 119

11.1.2 Xử lý chất thải 119

11.2 An toàn lao động 119

11.2.1 Các nguyên nhân gây ra tai nạn 119

11.2.2 Một vài biện pháp hạn chế tai nạn lao động 120

11.2.3 Những yêu cầu về an toàn lao động 120

11.2.4 Phòng cháy chữa cháy 121

KẾT LUẬN 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ tỉnh Đăk Lăk 2

Hình 1.2 Biểu đồ diện tích trồng cà phê của một số khu vực tại Việt Nam 3

Hình 2.1 Quả cà phê Arabica xanh và chín 8

Hình 2.2 Quả cà phê Robusta 9

Hình 2.3 Cà phê mít 9

Hình 2.4 Cấu tạo quả cà phê 10

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình chung để sản xuất cà phê nhân 18

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cà phê nhân 24

Hình 3.3 Một lò sấy tĩnh có diện tích 50 mét vuông, lượng sấy 10 tấn quả/mẻ 27

Hình 3.4 Lò đốt sử dụng vỏ cà phê 27

Hình 5.1 Sơ đồ quá trình sấy 40

Hình 6.1 Sàng tạp chất cà phê 51

Hình 6.2 Máy sấy tĩnh vỉ ngang 52

Hình 6.3 Các dạng cánh khuấy trong thùng sấy 53

Hình 6.4 Cấu tạo hệ thống máy sấy thùng quay 54

Hình 6.5 Bố trí ống trong calorife 58

Hình 6.6 Sơ đồ ống truyền nhiệt 60

Hình 6.7 Nhóm 6 xyclon đơn 66

Hình 6.8 Khuỷu ống 76

Hình 6.9 Cấu tạo buồng đốt 82

Hình 6.10 Máy xay xát cà phê 84

Hình 6.11 Máy đánh bóng 85

Hình 6.12 Máy phân loại theo kích thước 86

Hình 6.13 Máy phân loại theo trọng lượng 87

Hình 6.14 Máy phân loại theo màu sắc 88

Hình 6.15 Máy trộn ngang 89

Hình 6.16 Cân đầu ra 89

Hình 6.17 Xilô chứa 91

Hình 6.18 Băng tải vấu 96

Hình 6.19 Gàu tải 97

Hình 7.1 Sơ đồ tổ chức bộ máy quản lý nhà máy 100

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Tỉ lệ giữa các thành phần cấu tạo của quả cà phê (tính theo % quả tươi) 11

[5, tr 93] 11

Bảng 2.2 Tỉ lệ các thành phần hóa học có trong vỏ quả 11

Bảng 2.3 – Thành phần hóa học của vỏ thịt quả cà phê 12

Bảng 2.4 – Một số thành phần hóa học cơ bản trong cà phê nhân 12

Bảng 4.1 - Bảng thu nhận nguyên liệu của nhà máy 32

Bảng 4.2 – Biểu đồ sản xuất của nhà máy 32

Bảng 4.3 Mức hao hụt ở các công đoạn, tính theo % khối lượng 33

Bảng 4.4 Bảng tổng kết hao hụt và lượng nguyên liệu mỗi công đoạn 38

Bảng 5.1: Các thông số trạng thái của không khí 42

Bảng 5.2 Thông số của không khí qua calorife và trước khi vào máy sấy 43

Bảng 5.3 Thông số của không khí sau khi sấy 44

Bảng 6.1 Thông số kỹ thuật của sàng tạp chất 50

Bảng 6.2 Thông số kỹ thuật của máy sấy tĩnh vỉ ngang 52

Bảng 6.3 Thông số kỹ thuật của máy sấy thùng quay 56

Bảng 6.4 Bảng tổng kết các trở lực trong thiết bị sấy (đơn vị N/m2) 79

Bảng 6.5 Bảng tổng kết tính và chọn các thiết bị phụ 83

Bảng 6.6 Thông số kỹ thuật của máy xay xát cà phê 83

Bảng 6.7 Thông số kỹ thuật của máy đánh bóng cà phê nhân 84

Bảng 6.8 Thông số kỹ thuật của máy đánh bóng cà phê nhân 85

Bảng 6.9 Thông số kỹ thuật của máy đánh bóng cà phê nhân 86

Bảng 6.10 Thông số kỹ thuật của máy đánh bóng cà phê nhân 87

Bảng 6.11 Thông số kỹ thuật của máy đánh bóng cà phê nhân 88

Bảng 6.12 Thông số kỹ thuật của cân đầu ra PS2 – C5A 89

Bảng 6.13 Bảng tổng kết thông số kỹ thuật của các xilo chứa 95

Bảng 6.14 Thông số kỹ thuật của băng tải vấu 96

Bảng 6.15 Bảng tổng kết tính và chọn thiết bị 97

Bảng 6.16 Bảng tổng kết thiết bị vận chuyển 99

Bảng 7.1 Số nhân lực và cán bộ trong các phòng ban 102

Bảng 7.2 Bảng kê khai lực lượng lao động của nhà máy phân xưởng sản xuất 102

Bảng 7.3 Lực lượng lao động ở bộ phận phụ trợ 103

Bảng 8.1 Bảng tổng kết các công trình xây dựng 109

MỞ ĐẦU

Cà phê là một loại cây trồng rất thích hợp với điều kiện thời tiết và thổ nhưỡng của Việt Nam, đặc biệt là vùng Tây Nguyên và vùng Đông Nam Bộ Đó là loại cây có giá trị kinh tế cao nên việc xuất khẩu cà phê sẽ giúp người nông dân trồng cà phê làm giàu trên chính mảnh đất của mình

Cà phê nhân là cà phê chưa qua rang, thu được bằng cách phơi hoặc sấy quả cà phê tươi đến độ ẩm nhất định, sau đó xay xát tách vỏ 92 – 95% sản lượng cà phê nhân Việt Nam được xuất khẩu, 5% – 8% là tỉ lệ tiêu thụ cà phê nội địa của Việt Nam.Việt Nam xuất khẩu cà phê nhân tới hầu hết các nước trên thế giới, trong đó Mỹ và Đức là hai quốc gia mua cà phê nhân của Việt Nam nhiều nhất

Đối với nền kinh tế, xuất khẩu cà phê đem lại một lượng ngoại tệ lớn, góp phần không nhỏ vào việc thực hiện mục tiêu của chiến lược xuất nhập khẩu nói riêng và mục tiêu phát triển chiến lược kinh tế xã hội nói chung của đất nước, ngoài ra còn góp phần giúp tạo vốn đầu tư máy móc trang thiết bị cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế Mặt khác, đây là ngành sử dụng nhiều lao động nên đã tạo ra nhiều công ăn việc làm, giúp giải quyết vấn đề thất nghiệp Khi xác định cà phê là mặt hàng xuất khẩu chủ lực sẽ giúp Nhà nước hoạch định các chính sách như đầu tư, quy hoạch vùng một cách có trọng điểm, hợp lý, tiết kiệm và có hiệu quả cao trong phát triển kinh tế Với người sản xuất cà phê, xuất khẩu cà phê sẽ tìm được đầu ra cho sản phẩm của mình, giúp họ tiêu thụ được sản phẩm làm ra và có thu nhập Việc trồng cà phê còn giúp thực hiện phủ xanh đất trống đồi trọc, bảo vệ môi trường sinh thái

Cà phê là một loại thức uống kích thích thần kinh và có chứa những chất dinh dưỡng thiết yếu Trong cà phê hoạt chất chủ yếu là caffein, hàm lượng của nó trong cà phê từ 1 – 3% Caffein là một chất độc nếu sử dụng quá nhiều, uống nhiều cà phê sẽ sinh ra táo bón, làm thần kinh kích thích quá mức gây rối loạn sau đó có thể dẫn tới suy nhược Tuy nhiên, uống đúng cách sẽ giúp đốt cháy mỡ thừa, giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh tiểu đường tuýp I, bệnh Parkinson… Uống cà phê còn tốt cho gan, giúp chống trầm cảm, giảm rủi ro mắc các bệnh ung thư, giúp giảm nguy cơ bị đột quỵ, sống lâu hơn

Ngoài dùng làm nguyên liệu chính để sản xuất cà phê rang xay và cà phê hòa tan ra thì cà phê nhân còn cung cấp chiết xuất cà phê nhân (green coffee extract), là

nguyên liệu chính giúp giảm cân Cà phê nhân có thể được khử caffein để tạo ra cà phê decaf (cà phê khử caffein) và là chất phụ gia cho một số ngành chế biến thực phẩm – dược phẩm – đồ uống… (chiết xuất lấy caffein)

Bã cà phê có thể sử dụng như một chất bón cây rất hữu hiệu do chứa hàm lượng chất dinh dưỡng cao và là một chất khử mùi tủ lạnh, ô tô, thực phẩm có mùi mạnh

Bã cà phê còn là thức ăn yêu thích của nhiều loài giun, vốn là người bạn gần gũi của cây cối Ngoài ra, các thợ thủ công còn sử dụng thân và gốc cây cà phê già để chế tạo

ra các sản phẩm thủ công mỹ nghệ như bàn ghế, tượng mỹ thuật, gạt tàn thuốc, lọ cắm hoa, khay bàn Họ còn làm ra các tranh mỹ nghệ khảm từ hạt cà phê, loại tranh khảm này vừa có tính mỹ thuật cao, vừa tỏa ra hương thơm đặc biệt của cà phê

Tuy cà phê mang lại giá trị kinh tế cao như vậy nhưng thực tế nước ta có rất ít nhà máy chế biến cà phê, chủ yếu là các phân xưởng sản xuất nhỏ và vừa của tư nhân với thiết bị lạc hậu và năng suất thấp, chất lượng không cao Chất lượng cà phê nhân không đảm bảo vừa không đem lại lợi nhuận nhiều vừa tạo nên những sản phẩm cà phê rang xay, hòa tan…có chất lượng không cao Vì vậy, thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân là một yêu cầu cần thiết, đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong và ngoài nước

và giải quyết được vấn đề tìm đầu ra cho cây công nghiệp này Từ những phân tích

trên, tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô năng suất 9 tấn nguyên liệu/giờ”

CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Đặc điểm thiên nhiên [8, tr 13]

Việc chọn địa điểm để xây dựng nhà máy đóng vai trò rất quan trọng Vị trí của nhà máy phải đảm bảo cho nhà máy hoạt động tốt trong thời gian sản xuất cũng như đáp ứng các yêu cầu công nghệ trang thiết bị của phương pháp mà ta lựa chọn để chế biến Nhà máy được xây dựng thoả mãn các điều kiện: gần nguồn nguyên liệu, gần bến cảng, nhà ga…thuận lợi giao thông đi lại, gần mạng lưới điện quốc gia, các điều kiện khí hậu: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió thích hợp…

Cả nước hiện có hơn 555 nghìn ha cà-phê, trong đó hơn 90% diện tích và 92% sản lượng cà phê được trồng tại bốn tỉnh khu vực Tây Nguyên, gồm Đăk Lăk, Gia Lai, Lâm Đồng và Đăk Nông Nhờ diện tích không ngừng tăng, những năm gần đây, sản lượng cà phê của Việt Nam cũng tăng nhanh

Qua tìm hiểu thực tế tại Tây Nguyên thì tỉnh Đăk Lăk là địa phương có diện tích và sản lượng cà phê nhiều nhất với hơn 190 nghìn ha, lại có vị trí địa lí tương đối thuận lợi cho việc xây dựng một nhà máy vì phía Đông giáp Khánh Hòa, phía Bắc giáp với Gia Lai, phía Nam giáp với Lâm Đồng, nên rất thuận lợi cho giao thông đi lại với các tỉnh lân cận, do đó rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm Căn cứ vào những điều kiện trên, tôi quyết định đặt nhà máy “chế biến cà phê nhân” tại tỉnh Đăk Lăk Nhà máy nằm gần nhà máy Bia Sài Gòn – Đăk Lăk để có thể sử dụng chung những công trình cung cấp điện, nước, hơi, công trình giao thông vận tải, công trình phúc lợi tập thể và phục vụ

Về địa lý, tỉnh Đăk Lăk có địa hình có hướng thấp dần từ Đông Nam sang Tây Bắc: nằm ở phía Tây và cuối dãy Trương Sơn, là một cao nguyên rộng lớn, địa hình dốc thoải, khá bằng phẳng xen kẽ với các đồng bằng thấp ven các dòng sông chính Khí hậu toàn tỉnh được chia thành hai tiểu vùng Vùng phía Tây Bắc có khí hậu nắng nóng, khô hanh về mùa khô, vùng phía Đông và phía Nam có khí hậu mát

mẻ, ôn hoà, thời tiết chia làm 2 mùa khá rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10 kèm theo gió tây nam thịnh hành, các tháng có lượng mưa lớn nhất là tháng 7, 8, 9 Riêng vùng phía đông do chịu ảnh hưởng của đông Trường Sơn nên mùa mưa kéo dài hơn tới tháng 11 Mùa khô từ tháng

11 đến tháng 4 năm sau, trong mùa này độ ẩm giảm, gió đông bắc thổi mạnh, bốc hơi lớn, gây khô hạn nghiêm trọng Lượng mưa trung bình trong nhiều năm toàn tỉnh đạt

từ 1600–1800 mm Hướng gió chính là hướng Đông Bắc [11]

Hình 1.1 Bản đồ tỉnh Đăk Lăk [12]

Bảng 1.1 Diện tích trồng cà phê của các tỉnh Tây Nguyên (ha) [13]

Hình 1.2 Biểu đồ diện tích trồng cà phê của một số khu vực tại Việt Nam [14]

1.2 Vùng nguyên liệu [8, tr 13]

Đăk Lăk là một tỉnh có nhiều huyện trồng cà phê như: MaD’rak, Krôngbông, Krông Nô, CưJut, Dakmin, ChưM’nga, Ea Sup, Krông Eana, KrôngPach….Đó là những huyện có thể cung cấp nguồn cà phê cho nhà máy Ngoài ra, ta có thể vận chuyển nguồn nguyên liệu cà phê từ các tỉnh khác như: Gia Lai, Lâm Đồng, Đăk Nông, Kon Tum… Do vậy, việc chọn địa điểm đặt nhà tại tỉnh Đăk Lăk sẽ làm giảm được chi phí vận chuyển, đảm bảo chất lượng của nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất [11]

1.3 Hợp tác hoá [8, tr 13]

Nhà máy sẽ có sự hợp tác với nhà máy Bia Sài Gòn – Đăk Lăk về mặt kinh tế,

kỹ thuật để tăng cường sử dụng chung các công trình điện nước, hơi, công trình giao thông vận tải, tiêu thụ sản phẩm phụ của nhà máy góp phần hạ giá thành sản phẩm rút ngắn thời gian hoàn vốn

Việc hợp tác hóa giữa nhà máy sản xuất cà phê tại Đăk Lăk với các nhà máy ở các tỉnh khác sẽ thuận lợi cho việc đầu tư trang thiết bị, máy móc, phát triển nâng cấp, cải tiến kỹ thuật của nhà máy

1.4 Nguồn cung cấp điện [8, tr 14]

Điện dùng trong nhà máy với nhiều mục đích: cho các thiết bị hoạt động, chiếu sáng trong sản xuất và dùng trong sinh hoạt Nhà máy sử dụng nguồn điện trên mạng lưới quốc gia đường dây 500 KV đã được hạ thế xuống 220/380V thông qua trạm biến thế của khu vực và của nhà máy Để đảm bảo sự hoạt động của nhà máy được liên tục, nhà máy đã chuẩn bị một máy phát điện dự phòng khi có sự cố mất điện

1.5 Nguồn cung cấp hơi [8, tr 14]

Hơi dùng trong nhà máy với nhiều mục đích khác nhau: gia nhiệt nước, tẩy màu, tẩy mùi…kể cả làm nóng nước cho sinh hoạt Do đó phải có lò hơi và nước lò phải qua hệ thống xử lý nước của nhà máy

1.6 Nhiên liệu [8, tr 14]

Nhiên liệu dùng để đốt nóng lò hơi là trấu và mùn cưa, ngoài ra còn có xăng

dùng cho ôtô, dầu FO, DO được sử dụng trong nhà máy do công ty xăng dầu cung cấp

1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước [8, tr 14]

Nguồn nước của nhà máy được lấy từ nước thành phố đưa vào bể chứa, sau đó

được qua hệ thống xử lý và đưa vào sản xuất

Nước là một trong những nguyên liệu cần thiết của nhà máy Nước dùng cho nhiều mục đích khác nhau như pha loãng hóa chất, chữa cháy, tưới cây và dùng trong sinh hoạt Tùy từng mục đích khác nhau mà từng loại nước phải đảm bảo các chỉ tiêu hóa học, lý học và sinh học nhất định nước phải qua hệ thống xử lý nước của nhà máy

1.8 Thoát nước [8, tr 15]

Việc thoát nước của nhà máy phải được quan tâm, nước thải của nhà máy chứa nhiều chất hữu cơ là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển gây ô nhiễm môi trường sinh thái, ảnh hưởng đến công nhân viên nhà máy và khu dân cư chung quanh Nước thải của nhà máy phải tập trung lại ở xa xưởng sản xuất và xử lý trước khi đổ ra ngoài

Trong quá trình sản xuất, các công đoạn sử dụng nhiều hóa chất cần phải thu hồi chất thải, chất rửa tránh thất thoát ra ngoài nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường Mỗi loại chất thải cần phải có biện pháp xử lý riêng Hệ thống thoát nước của nhà máy phải đảm bảo thoát nước tốt, tránh ứ đọng làm ngập móng tường, móng cột ảnh hưởng đến kết cấu xây dựng

Nước thải ra trong quá trình sản xuất không đạt yêu cầu để thải trực tiếp ra môi trường do vậy cần được xử lý, nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý nước trước khi thải ra ngoài môi trường Các chất thải rắn nên xử lý bằng cách đào hố để chôn tránh gây ô nhiễm cho người dân, còn chất thải ở dạng vỏ thì sử dụng làm nhiên liệu

1.9 Giao thông vận tải [8, tr 15, 16]

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

+ Đường bộ: Nhà máy nằm sát đường quốc lộ nên thuận lợi cho việc nhập nguyên vật liệu, bao bì, nhãn hiệu… và phân phối sản phẩm

+ Đường thủy: Nhà máy cách cảng Nha Trang khoảng 150 km cho nên có thể sử dụng cảng này để phân phối sản phẩm trong và ngoài nước

+ Đường sắt: Nhà máy có thể dùng ô tô vận chuyển sản phẩm về ga Nha Trang, ở đó

có thể đóng Container để đưa sản phẩm đi khắp mọi nơi

1.10 Năng suất nhà máy [8, tr 16]

Nhu cầu về cà phê của người dân ngày càng tăng , vì vậy, để đáp ứng lượng cà phê tiêu thụ trong nước và xuất khẩu, cần phải xây dựng nhà máy chế biến cà phê có năng suất cao, đảm bảo chất lượng, đồng thời phù hợp với sản lượng cà phê của địa phương Hơn nữa, Mỹ -Việt Nam ký hiệp định thương mại mở ra con đường mua bán

và trao đổi hàng hóa và đồng thời cũng là một thị trường lớn mà ta cần khai thác để trao đổi các mặt hàng trong đó cà phê chiếm ưu thế Do đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 9 tấn nguyên liệu/giờ là một yêu cầu cần thiết phải xây dựng

1.11 Nguồn nhân lực [8, tr 17]

Trong quá trình sản xuất, nguồn nhân lực có ý nghĩa rất quan trọng bao gồm: lực lượng công nhân, cán bộ kỹ thuật và kỹ sư Đội ngũ lãnh đạo và cán bộ kĩ thuật có thể tiếp nhận từ các trường Đại học hoặc Trung học chuyên nghiệp tại Miền Trung và Tây Nguyên Công nhân có thể tuyển chọn trực tiếp từ lực lượng lao động trong tỉnh Công nhân được chọn trong địa bàn huyện để tận dụng nguồn nhân lực địa phương do

đó giảm đầu tư nhà ở, sinh hoạt công nhân dẫn đến giảm giá thành sản phẩm

Đối với đội ngũ lãnh đạo nhà máy, tỉnh nhà đáp ứng đầy đủ các kỹ sư, cử nhân tốt nghiệp từ các trường đại học trong cả nước

1.12 Thị trường tiêu thụ

Nhà máy chế biến cà phê nằm ở Tây Nguyên sẽ gần nhiều tuyến đường quốc lộ nên việc phân phối sản phẩm tương đối thuận lợi Hơn nữa, chất lượng các sản phẩm

cà phê ở Tây Nguyên cao nên được thị trường trong và ngoài nước ưa thích

Qua phân tích trên, ta thấy việc lựa chọn Đăk Lăk làm địa điểm xây dựng nhà máy chế biến cà phê nhân là rất hợp lý về mọi mặt

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

2.1 Tổng quan về nguyên liệu cà phê

2.1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển cây cà phê [1]

• Nguồn gốc cây cà phê

Vùng Abyssinia – Ethiopia, châu Phi, được cho là nơi đầu tiên phát hiện ra cà phê Những người Hồi giáo ở Aden là những người đầu tiên sử dụng hạt cà phê để chế biến thành thức uống Đến thế kỷ thứ XIV, cà phê đã trở thành một loại thức uống được ưa chuộng ở các nước vùng Arab theo đạo Hồi, vùng Bắc Phi, Thổ Nhĩ Kì…Theo con đường phát triển của đạo Hồi, cà phê được du nhập vào châu Âu (đầu tiên là Italia) sau đó phát triển sang các khu vực khác, đặc biệt là châu Mỹ và Indonesia Hiện nay, cà phê là một trong số các thức uống phổ biến nhất trên thế giới

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, Indonesia, Malaysia, Ấn

Độ, Colombia, Brazin, Etiopia…Hàng năm, sản lượng cà phê nhân toàn cầu đạt tới 4,5 – 5 triệu tấn, phần lớn dùng để xuất khẩu sang các nước phát triển

• Lịch sử phát triển cây cà phê ở Việt Nam

Năm 1875, lần đầu tiên cà phê được đưa vào Việt Nam, giống Arabica được người Pháp mang từ đảo Bourton sang trồng ở phía Bắc sau đó lan ra các tỉnh miền Trung như Quảng Trị, Bố Trạch, … Sau thu hoạch chế biến dưới thương hiệu

“Arabica du Tonkin”, cà phê được nhập khẩu về Pháp Sau khi chiếm nước ta, thực dân Pháp thành lập các đồn điền cà phê như Chinê, Xuân Mai, Sơn Tây… chúng canh tác theo phương thức du canh du cư nên năng suất thấp giảm từ 400 – 500 kg/ha những năm đầu xuống còn 100 – 150 kg/ha khi càng về sau Để cải thiện tình hình, Pháp du nhập vào nước ta hai giống mới là cà phê vối (C robusta) và cà phê mít ( C charichia) vào năm 1908 để thay thế, các đồn điền mới lại mọc lên ở phía Bắc như ở

Hà Tĩnh (1910), Yên Mỹ (1911, Thanh Hoá), Nghĩa Đàn (1915, Nghệ An) Thời điểm lớn nhất (1946 – 1966) đạt 13000 ha Năm 1925, lần đầu tiên được trồng ở Tây Nguyên, sau giải phóng diện tích cà phê cả nước khoảng 20000 ha, đến năm 1980 diện tích đạt 23000 ha, xuất khẩu trên 6000 tấn

Trận sương muối năm 1994 ở Brazin đã phá huỷ phần lớn diện tích cà phê

ở nước này, cộng thêm đợt hạn hán kéo dài năm 1997 đã làm nguồn cung trên toàn thế giới giảm mạnh, nên giá cà phê tăng đột biến Điều này đã khích lệ việc mở rộng diện tích cà phê ở Việt Nam, đầu tư kỹ thuật canh tác thâm canh, chuyên canh… nhờ

đó diện tích và sản lượng tăng nhanh, trung bình 23,9%/năm, đưa tổng diện tích cây cà phê năm 2000 lên đến 516,7 nghìn ha, chiếm 4,14% tổng diện tích cây trồng của Việt Nam, đứng thứ ba chỉ sau hai loại cây lương thực chủ lực là lúa (chiếm 61,4%) và ngô (chiếm 5,7%) Trong thập kỷ 90 thế kỷ XX, sản lượng tăng lên trên 20%/năm

Mỗi năm nước ta xuất khẩu khoảng 60 – 70 ngàn tấn cà phê nhân Cho đến nay sản lượng cà phê cả nước chiếm 8% sản lượng nông nghiệp, chiếm 25% giá trị xuất khẩu Nước ta xuất khẩu cà phê Robusta lớn nhất thế giới với hai tỉnh có diện tích canh tác lớn nhất là Đăk Lăk và Gia Lai, mang lại việc làm ổn định, thu nhập cao cho hàng triệu người, góp phần ổn định kinh tế xã hội ở những vùng xa xôi hẻo lánh, dân tộc ít người

2.1.2 Phân loại [5, tr 92, 93]

Hiện nay, các nước trên thế giới cũng như nước ta đều trồng 3 loại cà phê là: Arabica (Cà phê chè), Canephora (Cà phê vối), Excelsa (Cà phê mít) 3 giống này có chất lượng khác nhau, đặc tính thực vật khác nhau và thời gian thu hoạch cũng khác nhau, điều này cho phép người ta trồng phối hợp một cách hợp lý giữa chúng để điều hòa thời vụ thu hoạch nhằm kéo dài thời gian chế biến trong năm Trên thế giới, khoảng 70% cà phê được trồng là Arabica, trong khi cà phê Robusta chỉ chiếm khoảng 25% cà phê thương mại toàn cầu Cà phê Robusta được sử dụng làm các loại cà phê hòa tan, và chứa khoảng gấp đôi chất caffeine so với hạt cà phê Arabica

2.1.2.1 Cà phê chè (Arabica)

Đây là loại cà phê được trồng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, chiếm 9/10 tổng sản lượng cà phê Cây cao 3 ÷ 5 m, có khi 7 ÷ 10 m, độc thân hoặc nhiều

thân, vỏ mốc trắng, gỗ vàng ngà, hoa mọc thành từng chùm gồm 5 cánh màu trắng, thời gian ra hoa ở nước ta từ tháng 2 đến tháng 4 Quả hình trứng hay hình tròn, khi chín có màu đỏ tươi, kích thước quả dài 17 – 18 mm, đường kính tiết diện 10-15 mm, 500 – 700 quả/kg, thời gian từ lúc có quả đến lúc chín

6 – 7 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 2 Hạt có vỏ lụa màu bạc, ít bám vào nhân

Hình 2.1 Quả cà phê Arabica xanh và chín [15]

Hàm lượng caffein 1,3%, hạt có màu xám xanh, xanh lục tùy theo chủng, năng suất 400-500 kg cà phê nhân/ha Tỉ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với nguyên liệu (cà phê quả tươi) là 14 – 20%

Cà phê chè là loại cà phê được ưa chuộng nhất do hương thơm và mùi vị tốt

2.1.2.2 Cà phê vối (Canephora, Robusta)

Cây cà phê vối cao từ 3 ÷ 8 m, vỏ cây mốc trắng, gỗ vàng hoặc trắng

ngà, hoa màu trắng mọc thành cụm có 5 ÷ 7 cánh, mùa hoa từ tháng 4 đến tháng 6 Quả hình tròn hoặc hình trứng, khi chín có màu đỏ hoặc hồng, trên quả thường có được gân dọc, vỏ quả mỏng hơn so với cà phê chè, thời gian từ khi có quả đến lúc chín 10 – 12 tháng, thời vụ thu hoặc từ tháng 1 đến tháng 4 Hạt hình bầu dục hay tròn, vỏ lụa trắng dễ bong, khoảng 600 – 900 hạt/100g, hạt dài 5 – 8 mm, có màu xanh bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy theo chủng, hàm lượn caffein 2 – 3%, đây là loại

cà phê có nhiều caffein nhất

Hình 2.2 Quả cà phê Robusta [16]

Năng suất trồng trọt của cà phê Robusta là 500 – 600 kg cà phê nhân/ha, cà phê nhân ít hương thơm, thường dùng để pha trộn với cà phê chè hay để chế biến cà phê hòa tan và bánh kẹo cà phê Loại cà phê này có giá trị thương phẩm kém nhưng lại chịu được hạn, ít kén đất và ít bị sâu bệnh

2.1.2.3 Cà phê mít (Excelsa)

Hình 2.3 Quả phê mít [17]

Cây cao từ 6 – 15 m, nếu đất tốt có thể cao đến 20 m Hoa màu trắng có 5 cánh, quả hình trứng hơi ép ngang, khi chín có màu đỏ, to, dày, có khối lượng 500 – 700 quả/kg Hình dạng hạt cà phê mít giống như hạt cà phê chè, màu vàng xanh hay màu vàng rạ, vỏ lụa dính sát vào nhân, khó bong, khoảng 700 – 1000 hạt/100g, hàm lượng cafein 1 – 1,2%

Năng suất 500 – 600 kg cà phê nhân/ha, tỉ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với

cà phê quả tươi khoảng 10 – 15% Giá trị thương phẩm không cao do hạt không đều,

khó chế bến, hương vị thất thường Tuy nhiên đây là loại cà phê chịu được hạn, ít kén đất và ít bị sâu bệnh

2.1.3 Cấu tạo quả cà phê [5], [18]

Xét về mặt cấu tạo, mỗi trái cà phê gồm có 7 thành phần như sau:

Hình 2.4 Cấu tạo quả cà phê [18]

7-Vỏ quả: Đây là lớp vỏ ngoài cùng của mỗi trái cà phê Lớp vỏ trái sẽ thay đổi màu sắc rõ ràng trong suốt quá trình sinh trưởng của trái cà phê, từ màu xanh khi trái còn non đến màu đỏ khi trái đã chín (Hoặc màu vàng với cà phê Yellow Bourbon, màu cam với cà phê Orange Bourbon)

6-Thịt quả: Thịt trái của hạt cà phê được coi như lớp thịt của trái cây, có thể ăn được

và là thức ăn ưa thích của một số loài động vật khi ăn trái cà phê như Sóc, Voi Lớp thịt trái có vị ngọt, chứa nhiều đường và chiếm từ 42-45% trọng lượng của trái cà phê chín

5- Vỏ thịt (lớp nhớt): Đây là thành phần quan trọng của 1 trái cà phê chín với nhiệm vụ bảo vệ hạt nhân khỏi côn trùng gây hại khi trái cà phê chưa được thu hoạch Lớp nhớt này thường chiếm 20-23% trọng lượng của trái cà phê chín Lớp nhớt cũng đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chế biến cà phê mật ong, nhưng thường được lên men để rửa bỏ trong quá trình chế biến ướt

4-Vỏ trấu: Hạt cà phê sau khi trải qua quá trình sơ chế thường còn lớp vỏ trấu cứng ở

lại để bảo vệ hạt nhân khỏi côn trùng và một số tác nhân làm hư hại khác Lớp vỏ trấu này sẽ được loại bỏ trước khi cà phê được đưa vào quá trình rang để tránh vị cháy khét của chúng Vỏ trấu chiếm 6-8% trọng lượng của trái cà phê

3- Vỏ lụa: Để bao bọc hạt nhân của cà phê luôn có 1 lớp vỏ lụa mỏng màu trắng bạc

Lớp vỏ lụa này thường còn sót lại sau khi rang cà phê Arabica và là một trong những thành phần tạo hương cho cà phê Arabica rang

2-Vỏ nhân: Lớp vỏ nhân là 1 lớp nhân mỏng có tác dụng bảo vệ lớp nhân chính Lớp

vỏ nhân này có hương vị đầy đủ của cà phê nhưng chứa rất ít hoặc không có Caffeine

1-Nhân chính: Đây là nơi chứa nhiều chất dinh dưỡng của hạt cà phê nhất, đồng thời

cũng là nơi có hàm lượng caffeine cao nhất Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường có 2 nhân, trong nhân có một mầm

Tỉ lệ các thành phần của quả cà phê (%) giữa các giống cà phê không có sự dao động lớn (Bảng 2.1)

Bảng 2.1 Tỉ lệ giữa các thành phần cấu tạo của quả cà phê (tính theo % quả tươi)

Bảng 2.2 Tỉ lệ các thành phần hóa học có trong vỏ quả [5, tr 94]

2.1.4.2 Vỏ thịt (lớp nhớt)

Nằm phía dưới lớp vỏ quả, gồm những tế bào mềm, không có caffein, tanin, có nhiều đường và pectin Trong vỏ thịt có enzyme pectinase phân giải pectin trong quá trình lên men làm pH dao động trong khoảng 5,6 – 6,4 tùy thuộc vào độ chín của quả

Bảng 2.3 – Thành phần hóa học của vỏ thịt quả cà phê [5, tr 94]

Bảng 2.4 – Một số thành phần hóa học cơ bản trong cà phê nhân [1, tr 766]

Thành phần

Hàm lượng

Polysacharide 49,3 – 56,3 (% chất khô) 37,5 – 47,7 (% chất khô)

Bên cạnh các thành phần trên, trong cà phê nhân còn có một số thành phần khác như acid hữu cơ, nicotinic acid, pectin, lignin…

Caffein (C8H10N4O2): là một alkaloid quan trọng để đánh giá chất lượng cà phê nhân Hàm lượng caffein trong các giống cà phê khác nhau (% so với chất khô): Arabica 0,6 – 1,2 % , Canephora 1,8 – 3 %, Excelsa 1,2 – 1,5 %

2.2 Tổng quan về sản phẩm cà phê nhân [19]

2.2.1 Khái niệm về cà phê nhân

Cà phê nhân đơn giản là cà phê hạt sống chưa qua rang xay, là thành phẩm cuối cùng của công đoạn sơ chế - không còn vỏ trấu, vỏ lụa Cà phê nhân trong tiếng Anh

là green coffee trong khi trong tiếng Mỹ gọi là raw coffee Trong tiếng Việt, cà phê này còn được gọi là cà phê xanh hay cà phê sống Nó có hai loại chính là cà phê nhân arabica và cà phê nhân robusta với kích cỡ khác nhau Nếu phát triển bình thường, một quả cà phê thường cho hai nhân

Cà phê nhân là nguyên liệu chính để làm cà phê rang xay và cà phê hòa tan Cà

phê nhân còn cung cấp chiết xuất cà phê nhân (green coffee extract), là nguyên liệu chính giúp giảm cân, có thể được khử caffeine để tạo ra cà phê decaf (cà phê khử caffeine)

2.2.2 Phân loại cà phê nhân

-Về kích cỡ (size): cà phê nhân được chia làm nhiều loại sàng (kích cỡ hạt khác nhau) Sàng 18, sàng 16, sàng 14, sàng 13, cà phê nhân xô (chưa sàng)

-Về dòng giống: thường chia làm ba loại chính Arabica, Robusta và Excelsa

-Về sơ chế: chúng ta có hai loại thường dùng là chế biến khô (truyền thống) và chế biến ướt, ngoài ra còn có các loại sơ chế khác như bán ướt Trong khâu sơ chế, nhà máy chế biến còn có các quy trình khác nữa để làm mất đi vỏ lụa của hạt cà phê hay làm cho hạt cà phê nhân sáng bóng theo yêu của cầu khách hàng nhập khẩu Ví dụ như: đánh bóng, rửa sạch, full washed, bắn màu

-Về cơ bản, cà phê nhân có hai loại gồm cà phê arabica và cà phê robusta Cà phê arabica còn được gọi là cà phê chè, được trồng nhiều tại những nơi có độ cao từ 1000m trở lên với nền nhiệt mát mẻ và độ chênh nhiệt độ ngày đêm lớn Arabica thường có bốn chủng phổ biến là Caturra, Bourbon, Mocha, Typica và Catimor Khác với arabica, cà phê robusta thường được trồng tại những vùi đồi núi thấp, là loại cà phê

ưa nắng với nền nhiệt cao hơn và có khả năng kháng bệnh cao Ngoài ra, còn có loại cà phê excelsa (cà phê mít) cũng được trồng rải rác tại Việt Nam

2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê [6, tr 10, 11]

2.3.1 Ảnh hưởng của đất trồng

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

2.3.2 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 nhán tạo hình cây

-Phân bón đúng kỳ và đúng số lượng cần thiết

-Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê

2.3.3 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

2.3.4 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 nhưng đậm đà Ngay trong một loại thì các giống khác nhau thì cũng khác nhau

2.3.5 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

2.3.6 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 nón 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

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

2.3.8 Ảnh hưởng của quá trình chế biến

Quá trình chế biến là quá trình chuyển cà phê tươi thành cà phê nhân sau khi loại bỏ toàn bộ vỏ quả, làm sạch nhớt, loại vỏ thóc và làm giảm hàm lượng nước trong nhân cà phê xuống còn khoảng 12%

2.4 Tiêu chuẩn kỹ thuật của cà phê nhân xuất khẩu [20]

2.4.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật cà phê Robusta chế biến khô (Unwashed)

2.4.1.1 Tiêu chuẩn cà phê nhân Robusta chế biến khô loại 1, sàng 18

• Độ ẩm:  12,5%

• Tỷ lệ hạt đen,vỡ:  2%

• Tỷ lệ tạp chất:  0,5 %

• Tỷ lệ hạt lạ:  0,5%

• Tối thiểu 90% trên sàng 18 (7,1mm)

• Quy cách đóng gói: 60 kg trong bao đầy

• Tiêu chuẩn xuất khẩu: 19,2 tấn/container

2.4.1.2.Tiêu chuẩn cà phê nhân Robusta chế biến khô loại 1, sàng 16

• Độ ẩm :  12,5%

• Tỷ lệ hạt đen,vỡ:  2%

• Tỷ lệ tạp chất :  0,5 %

• Tỷ lệ hạt lạ :  0,5%

• Tối thiểu 90% trên sàng 16 (6,3mm)

• Quy cách đóng gói : 60 kg trong bao đầy

• Tiêu chuẩn xuất khẩu: 19,2 tấn/container

2.4.1.3 Tiêu chuẩn cà phê nhân Robusta chế biến khô loại 2, sàng 13

• Độ ẩm:  13%

• Tỷ lệ hạt đen,vỡ:  5%

• Tỷ lệ tạp chất:  1 %

• Tỷ lệ hạt lạ:  1%

• Tối thiểu 90% trên sàng 13 (5,0mm)

• Quy cách đóng gói : 60 kg trong bao đầy

• Tiêu chuẩn xuất khẩu: 19,2 tấn/container hoặc 21,6 tấn/container

2.4.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật cà phê Robusta chế biến ướt (Washed)

2.4.2.1 Tiêu chuẩn cà phê nhân Robusta chế biến ướt loại 1, sàng 18

• Độ ẩm: 12,5%

• Tỷ lệ hạt đen ,vỡ: 1%

• Tỷ lệ tạp chất: 0,2 %

• Tỷ lệ hạt lạ:  0,2 %

• Tối thiểu 90% trên sàng 18 (7,1mm)

• Quy cách đóng gói: 60kg trong bao đầy

• Tiêu chuẩn xuất khẩu: 18 tấn/container

2.4.2.2 Tiêu chuẩn cà phê nhân Robusta chế biến ướt loại 1, sàng 16

• Độ ẩm:  12,5%

• Tỷ lệ hạt đen vỡ:  1%

• Tỷ lệ tạp chất:  0,2 %

• Tỷ lệ hạt lạ:  0,2 %

• Tối thiểu 90% trên sàng 16 (6,3mm)

• Quy cách đóng gói: 60 kg trong bao đầy

• Tiêu chuẩn xuất khẩu: 18 tấn/container

2.4.2.3 Tiêu chuẩn cà phê nhân Robusta chế biến ướt loại 2, sàng 13

• Độ ẩm:  12,5%

• Tỷ lệ hạt đen vỡ:  2%

• Tỷ lệ tạp chất:  0,3 %

• Tỷ lệ hạt lạ:  0,5 %

• Tối thiểu 90% trên sàng 13 (5,0mm)

• Quy cách đóng gói: 60 kg trong bao đầy

• Tiêu chuẩn xuất khẩu: 18 tấn/container

2.4.2.4 Tiêu chuẩn cà phê nhân Robusta chế biến ướt SPECIAL, loại 1, sàng 18

• Tối thiểu 90% trên sàng 18 (7,1mm), sàng 16 (6,3mm)

• Quy cách đóng gói : 60kg trong bao tải đầy tẩm dầu thực vật

• Tiêu chuẩn xuất khẩu: 18 tấn/container

Những tiêu chuẩn kỹ thuật cà phê nhân chế biến ướt và chế biến khô ở trên mang tính tham khảo tương đối, không cụ thể trong bất kỳ trường hợp nào, có thể áp

dụng những tiêu chuẩn ở trên để tìm kiếm những loại cà phê phù hợpnhất

Và với mỗi quốc gia, mỗi đơn hàng và mỗi khách hàng đều có những quy cách, những tiêu chuẩn riêng biệt ở những thời điểm cụ thể

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất cà phê nhân

3.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ chung [5], [21]

Về chế biến cà phê, chỉ có 1 nguyên tắc duy nhất là “Tách hạt ra khỏi trái chín rồi phơi khô, làm giảm độ ẩm trong hạt từ 65% xuống còn 12-12,5%”

Chỉ trong 1 câu nói đó nhưng thực chất quy trình chế biến cà phê lại cực kì phức tạp và yêu cầu kĩ thuật của người chế biến, và không thể thiếu sự góp sức của những máy móc hiện đại chuyên nghiệp cho việc chế biến mang lại những hạt cà phê

có chất lượng tốt nhất

Nguyên liệu

Làm sạch

Bóc vỏ trấu, vỏ lụa

Phân loại

Đấu trộn

Cà phê nhân Hình 3.1 Sơ đồ quy trình chung để sản xuất cà phê nhân [5]

3.1.2 Các phương pháp sản xuất cà phê nhân [21]

Nguyên liệu để sản xuất cà phê nhân là quả cà phê đã chín, được thu hoạch bằng máy hoặc bằng tay Để lấy được nhân cà phê, người ta phải loại bỏ vỏ quả, vỏ thịt, vỏ trấu và vỏ lụa Hiện nay có 3 phương pháp chế biến cà phê thông dụng là:

• Phương pháp khô (Dry/Natural/Unwashed)

• Phương pháp chế biến bán ướt (Semi-washed/Honey/Pulped Natural)

• Phương pháp chế biến ướt (Full-washed/ Wahed/ Wet)

3.1.2.1 Phương pháp chế biến khô

• Đặc điểm

Khoảng 80% cà phê ở Việt Nam được chế biến theo phương pháp này Theo

đó, để có 500 kg cà phê nhân khô cần tới 2500- 2600 kg quả tươi với khoảng 500 kg

vỏ khô gồm vỏ quả, vỏ trấu và nhớt Khi đó cần phải loại bỏ tới 1450- 1600 kg nước

để cà phê có thể đạt độ ẩm tiêu chuẩn để lưu trữ trong kho

Phương pháp chế biến khô là phương pháp phơi sấy cả quả nên sản phẩm sẽ là

cà phê quả khô Quả cà phê sau khi thu hoạch về, phơi sấy đến khi độ ẩm xuống còn 12- 13% Sau khi phơi khô thì cho cà phê vào máy xát để loại bỏ vỏ khô và cho ra nhân thành phẩm

• Ưu điểm

Phương pháp chế biến khô rất đơn giản và dễ thực hiện nên có thể áp dụng phổ biến ở các nông hộ, không cần đầu tư quá nhiều về các thiết bị như điện, nước Không ảnh hưởng đến các vấn đề môi trường từ nước thải

Mang lại vị mật ngọt, chua ít, nhiều hương vị cho hạt cà phê Phương pháp phù hợp với môi trường vì hầu như rất ít sử dụng nước và phơi nắng thủ công

• Nhược điểm

Tốn khá nhiều công phơi khi cần đảo cà phê thường xuyên, thời gian phơi kéo dài nên nếu gặp mưa sẽ khiến tốn thêm nhiên liệu sấy và mất nhiều thời gian Nếu phơi với lượng phơi quá dày sẽ làm cà phê bị lên men trước khi khô

Khối lượng xát khô lớn sẽ khiến hư hại máy sát mà chất lượng sản phẩm không cao Chất lượng không đồng nhất còn do phụ thuộc mức độ chiếu sáng của mặt trời, yếu tố thời tiết và thời gian phơi lâu Cà phê được phơi trên sân trong nhiều ngày trời,

do tác động của thời tiết nên các chất dinh dưỡng trong hạt cà phê bị hao hụt ít nhiều làm thay đổi hương vị thuần túy của cà phê Ngoài ra phơi trên sân còn khiến cà phê bị

lẫn nhiều tạp chất hơn, hay bị dính bẩn, vì thế giá trị kinh tế của cà phê được chế biến theo phương pháp khô thường không cao.

3.1.2.2 Phương pháp chế biến bán ướt

• Đặc điểm

Ở phương pháp này, quả cà phê được xát tươi bằng máy và đánh sạch một phần nhớt rồi mang phơi, không ủ len men và rửa sạch hoàn toàn

Cà phê thành phẩm đưa vào bảo quản phải đảm bảo đã được phơi sấy đạt đến

độ ẩm 11 -12 % và không để cà phê khô bị ướt trở lại Quy trình như sau:

Bước 1: Loại bỏ tạp chất

Bước 2: Xát vỏ trái và một phần chất nhờn trong quả cà phê

Bước 3: Phơi khô hoặc sấy bằng máy

Bước 4: Bảo quản

• Ưu điểm

Mang lại vị chua vừa đủ, đồng nhất, đầy đặn, hương hoa cỏ, trái cây phong phú và có

vị ngọt Bảo vệ môi trường vì hầu như rất ít sử dụng nước và phơi nắng thủ công

• Nhược điểm

Chất lượng của hạt cà phê quá phụ thuộc vào yếu tố thời tiết và tay nghề của người làm sơ chế Nếu tay nghề của người sơ chế không cao sẽ khiến cho hương vị của cà phê không đạt được những yêu cầu nhỏ nhất

3.1.2.3 Phương pháp chế biến ướt

B1: Thu hoạch cà phê chín

B2: Loại bỏ tạp chất như cành, lá, đất, đá và các dị vật khác, quả khô, quả xanh, non ra khỏi khối quả chín

B3: Dùng máy xay xát quả tươi tách vỏ quả

B4: Đổ cà phê đã xát vào bể xi măng, rổ hoặc chậu nhựa, tùy thuộc vào khối lượng cà phê, sau đó dùng bao tải phủ lên trên để lên men trong khoảng 3 ngày

B5: Rửa kỹ cà phê đã lên men bằng nước sạch

B6: Cà phê thóc ướt sau khi rửa để ráo nước chuyển đến sân phơi hoặc sấy bằng máy B7: Bảo quản bằng cách chứa hạt cà phê khô trong bao tải đặt cao so với nền nhà để tạo sự thông thoáng

Sản xuất chủ động hơn, rút ngắn thời gian chế biến và không phục thuộc vào thời tiết

Quá trình chế biến cà phê nhân bằng phương pháp khô đơn giản nhưng phụ thuộc vào thời tiết, để tránh sự phụ thuộc đó ta sử dụng máy sấy Phương pháp này thường áp dụng cho những vùng có khí hậu nắng nhiều, mưa ít Công đoạn chính của phương pháp là sau khi sấy cà phê đến độ ẩm nhất định ta dùng máy xát khô để loại bỏ các lớp vỏ bao bọc ngoài nhân Đây còn là một phương pháp chế biến đơn giản dễ làm, ít tốn năng lượng, vệ sinh, không thải nhiều chất thải ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân, một phương pháp mang tính thủ công nhưng nó rất phù hợp với địa điểm đặt nhà máy là một nơi nắng nhiều mưa ít và đồng thời cũng tận dụng được nguồn nhân lực, đem lại nguồn thu khá ổn định cho người dân ở vùng đó

Sau khi so sánh các sơ đồ công nghệ về các đại lượng tổn thất, chi phí nguyên vật liệu, hiệu suất thu hồi, số lượng phế thải, chi phí năng lượng, chi phí lao động, chi phí phân xưởng và chi phí toàn nhà máy, số vốn đầu tư cơ bản, chất lượng sản phẩm và giá thành một đơn vị sản phẩm thì nhận thấy phương pháp khô là hợp lý hơn, phù hợp hơn với môi trường và con người Việt Nam