Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp ướt với năng suất 400 kg sản phẩm giờ và cà phê rang xay với năng suất 200 kg nguyên liệu giờ

Từ đó đặt ra yêu cầu cấp thiết để xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê nhân với quy mô lớn, năng suất cao và ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại để cho ra sản phẩm chất lượng tốt nhất, đ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CÀ PHÊ NHÂN THEO PHƯƠNG PHÁP ƯỚT VỚI NĂNG SUẤT 400 KG SẢN PHẨM /GIỜ VÀ CÀ PHÊ RANG XAY VỚI NĂNG SUẤT

200 KG NGUYÊN LIỆU /GIỜ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Hạnh

Đà Nẵng – Năm 2019

MỞ ĐẦU

Thế giới đang bước vào thời kỳ công nghệ 4.0 cùng với sự phát triển vượt bậc của nhiều ngành kinh tế, đời sống tinh thần và vật chất của con người đang ngày một cao hơn Hòa cùng sự phát triển của nền kinh tế thế giới, Việt Nam chúng ta cũng đang có

sự phát triển vượt bậc với sự đóng góp không ngừng của các mặt hàng xuất khẩu như may mặc, thủy sản, cà phê, …trong đó cà phê là một trong những mặt hàng mang lại nguồn thu nhập không nhỏ, đóng góp vào sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước

Cà phê là một đặc sản của đa số các nước vùng nhiệt đới, một mặt hàng được buôn bán rộng rãi Cà phê là một thức nước uống hấp dẫn đối với nhiều người và nhiều lứa tuổi Đặc biệt là các nước châu Âu, uống cà phê như là một tập quán gắn liền với phong tục xã hội và mức sinh hoạt vật chất Còn ở Việt Nam chúng ta, thói quen uống cà phê mỗi sáng sớm cũng đã hình thành từ rất lâu Nó như là một thức uống thường nhật không thể thiếu, là một loại thức uống kích thích thần kinh, gây hoạt động minh mẫn cho trí óc cho con người để có một ngày làm việc hiệu quả

Trên thế giới hiện nay có khoảng 75 nước trồng cà phê chủ yếu tập trung ở Nam Mỹ, Châu Phi và Châu Á Tổng diện tích cà phê thế giới khoảng 10 triệu ha, sản lượng hàng năm trên dưới 8 triệu tấn, đem lại thu nhập cho khoảng 100 triệu người Nước ta là một nước có điều kiện thiên nhiên tốt để phát triển loại cây cao cấp này như ở Gia Lai, DakLak, Kon Tum,…Theo cục trồng trọt, diện tích cà phê Việt Nam đạt trên 664.000

ha, sản lượng cà phê đạt trên 1,5 triệu tấn nhân/ năm xuất khẩu sang trên 80 quốc gia và vùng lãnh thổ ( số liệu tháng 3/2019)

Ngành trồng trọt cà phê đang ngày một phát triển gia tăng về diện tích và sản lượng

ở nước ta theo từng năm Cùng với sự phát triển đó thì ngành kỹ thuật chế biến cà phê đòi hỏi phải được nâng cao để đáp ứng cho nhu cầu của xã hội Hiện nay ở nước ta chế biến nhiều loại cà phê tiêu dùng nội địa và xuất khẩu như: cà phê nhân, cà phê hòa tan,

cà phê bột,… nhưng với quy mô nhỏ và chất lượng chưa cao Hiện nay, Chính phủ và các địa phương đã có nhiều chính sách ưu đãi cho ngành cà phê phát triển, nước ta đang đẩy mạnh ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật để sản xuất ra nhiều loại cà phê với chất lượng cao và năng suất lớn

Từ đó đặt ra yêu cầu cấp thiết để xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê nhân với quy mô lớn, năng suất cao và ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại để cho ra sản phẩm chất lượng tốt nhất, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và xuất khẩu Từ tình hình thực tế đó,

em được giao cho đề tài “ Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp ướt với năng suất 400 kg sản phẩm /giờ và cà phê rang xay với năng suất 200 kg nguyên liệu /giờ”

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Đặc điểm thiên nhiên

Tỉnh lâm Đồng là một vùng nguyên liệu trồng cà phê lớn của nước ta Nên địa điểm xây dựng nhà máy sẽ đặt ở cụm công nghiệp Tân Châu, huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng

Huyện Di Linh là nơi có khí hậu thích hợp để trồng cà phê, nên nguồn nguyên liệu ở đây sẽ dồi dào, cung cấp nguyên liệu lâu dài cho nhà máy

Di Linh là một cao nguyên có diện tích tự nhiên hơn 1614,63 km2 nên ta có thể xây dựng nhà máy vừa đảm bảo diện tích, kết cấu xây dựng [16].

Hướng gió chính: Đông Bắc

Nhiệt độ trung bình năm đạt 21,4℃ và khá ổn định trong năm, tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 5 (22,9 ℃), tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là tháng

1 (19,3 ℃) biên độ nhiệt trung bình năm đạt 3,6℃ [16].

1.2 Vùng nguyên liệu

Vùng nguyên liệu rộng lớn, gần khu vực xây dựng nhà máy nên đảm bảo được nguồn nguyên liệu dồi dào, lâu dài cho nhà máy sản xuất

1.3 Hợp tác hóa

Xây dựng nhà máy trong cụm công nghiệp Tân Châu nên sẽ có thể hợp tác hóa

và liên hợp với các nhà máy lân cận trong cụm công nghiệp nên ta có thể tận dụng được những công trình giao thông xây dựng sẵn, nguồn điện, nước và các công trình phụ khác

1.4 Nguồn cung cấp điện

Mạng lưới điện quốc gia 500KV hạ thế xuống 220V/ 380V do sở điện lực tỉnh Lâm Đồng 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

Hơi chủ yếu được lấy từ lò hơi của nhà máy dùng cho các thiết bị sử dụng nhiệt

1.6 Nhiên liệu

Dùng dầu FO để sử dụng cho lò hơi Dùng xăng cho động cơ, dầu nhớt để bôi trơn thiết bị

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 hóa lý, hóa học,

vi sinh khác nhau

Nhà máy sử dụng nước thủy cục phục vụ cho các quá trình sản xuất chính của nhà máy, nước này do các nhà máy cung cấp nên đã qua giai đoạn lắng, lọc và khử trùng

1.8 Thoát nước, xử lý rác thải và khí thải

Do nước thải của nhà máy chứa nhiều tạp bẩn nên ta phải xử lý sơ bộ trước khi đưa vào hệ thống thoát nước chung của cụm công nghiệp

Rác được thu gom và được mang đi xử lý định kỳ

Khí thải chứa nhiều bụi bẩn nên ta cho qua cyclon để loại bỏ bụi bẩn đến khi đủ tiêu chuẩn thì thải ra môi trường

1.9 Giao thông vận tải

Hằng ngày nhà máy cần vận chuyển với khối lượng lớn, thông thường chở về nhà máy gồm nguyên vật liệu, bao bì, nhãn hiệu,…kịp thời để đảm bảo nhà máy hoạt động Còn vận chuyển sản phẩm đến nơi tiêu thụ, vận chuyển phế liệu, nên vấn đề giao thông mang ý nghĩa vô cùng quan trọng

Huyên Di Linh có QL20 đi ngang qua, từ Đà Lạt đi thành phố Hồ Chí Minh và QL28 ngang qua đi từ Đắc Nông đi Bình Thuận nên thuận tiên trong giao thông vận chuyển để đảm bảo sự liên thông cho nhà máy với các khu vực khác [16]

1.10 Năng suất nhà máy

Dựa và khả năng cung cấp nguyên liệu, nguồn nguyên liệu dồi dào của địa phương, cũng như khả năng tiêu thụ, gần khu dân cư, giao thông thuận lợi nên ta chọn năng xuất cà phê nhân của nhà máy là 400 kg sản phẩm/ giờ

Thuận lợi về nguồn nguyên liệu, huyện Di Linh là một địa phương trồng cà phê lớn, xung quanh các khu vực lân cận cũng là những vùng trồng cà phê nổi tiếng của nước ta

1.11 Cung cấp công nhân

Nhà máy đặt ở khu vực tập trung đông dân cư nên giải quyết được việc làm cho người dân mà nhà máy cũng không tốn nhiều chi phí đưa đón, nhà ở cho công nhân lao động phổ thông

Đội ngũ cán bộ kỹ thuật phải qua đào tạo tại các trường cao đẳng, đại học trên

cả nước Đặc biệt là đội ngũ từ các trường đại học ở Đại Học Đà Nẵng, Huế,…

Kết luận: với những đặc điểm và điều kiện thuận lợi đã được phân tích như trên, em

quyết định chọn đặt nhà máy tại cụm công nghiệp Tân Châu, huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

2.1 Tổng quan về nguyên liệu

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

10 loại đáng chú ý về giá trị trồng trọt Trên thế giới hiện nay người ta thường trồng 3 loại cà phê chính :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

2.1.1 Cà phê Arabica (cà phê chè)

Đây là loại cây được trồng nhiều nhất trên thế giới Nguồn gốc của giống này là ở cao nguyên Etiôpia vùng nhiệt đới Đông Châu Phi

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 1,5% tùy theo giống [1, tr 10]

2.1.2 Cà phê Robusta (cà phê vối)

Nguồn gốc khu vực sông Công Gô miền núi vùng thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi

Hình 2.1 Cà phê Arabica

- Đặc tính

Robusta cao từ 5-7m 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 1-3% [1, tr 10]

2.1.3 Cà phê Chari ( cà phê mít)

Nguồn gốc ở xứ Ubangui Chari thuộc biển hồ gần sa mạc Xahara, loại này được đưa vào Việt Nam 1905

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 [1, tr 10]

2.2 Thành phần hoá học của quả cà phê

2.2.1 Cấu tạo và giải phẩu quả cà phê

2.2.1.3 Lớp vỏ lụa

Bao bọc quanh nhân cà phê còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa Chúng có màu sắc 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 [1, tr 14]

2.2.1.4 Nhân cà phê

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 [1, tr 15]

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

2.2.2.1 Thành phần hóa học của vỏ quả

Vỏ quả cà phê khi chín có màu đỏ, chứa chất antoxian và vết của ancaloit, tanin, cafein, các loại enzim Trong vỏ quả có khoảng 21,5-30% chất khô

Hình 2.4 Nhân cà phê

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của vỏ quả [1, tr 13]

Thành phần hóa học Cà phê chè(g/100g) Cà phê vối(g/100g)

Độ PH của lớp lớp nhớt tùy theo độ chín của quả thường từ: 5,6÷5,7 đôi lúc lên

tới 6,4 Trong lớp nhớt đặc biệt có men pectinaza phân giải pectin trong quá trình lên men [1, tr 14]

2.2.2.3 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

Trong vỏ trấu có khoảng 0,4% cafein từ nhân khuyếch tán ra lúc lên men hoặc lúc phơi khô Vỏ trấu dễ cháy dùng làm chất đốt, có thể đóng thành bánh không cần chất dính bằng các loại máy ép than, ép mùn cưa [1, tr 14]

Bảng 2.3 Thành phần hoá học của vỏ trấu [1, tr 15].

Thành phần hoá học Cà phê chè Cà phê vối

0,35%

2,22 67,8

- 3,3

-

Pantosan 0,2 -

2.2.2.4 Thành phần hóa học của nhân

Cà phê nhân nhân ở dạng thương phẩm gồm có: nước, chất khoáng, Lipit, Protit,

Gluxit Ngoài ra, còn có những chất mà ta thường gặp trong thực vật là những axit hữu

cơ chủ yếu là axit Clorogenic và các chất Ancaloit Trên thế giới cũng như trong nước

ta đã có nhiều nghiên cứu và phân tích thành phần hóa học của nhân cà phê

Ngoài ra, trong nhân cà phê còn có một lượng đáng kể Vitamin, các chất bay hơi

và cấu tử của mùi thơm

Từ cà phê nhân ta sẽ chế biến tạo nên các sản phẩm khác: cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hòa tan,… hoặc các sản phẩm phối chế: cà phê sữa, sôcôla,… tạo nên sự phong phú đa dạng cho sản phẩm

Như vậy, cà phê nhân đóng vai trò quan trọng trong các nhà máy sản xuất cà phê rang, cà phê rang xay, cà phê bột hoà tan vì nó là nguyên liệu chính của các nhà máy này Hiện nay, trên thế giới cũng như trong nước có rất nhiều nhà máy sản xuất cà phê rang,

cà phê rang xay nên nhu cầu về cà phê nhân là rất lớn Muốn đánh giá tác dụng các thành phần hóa học của nhân cà phê đến phẩm chất nước pha cà phê cần phải biết những biến đổi của các thành phần ấy trong quá trình chế biến, đặc biệt là trong quá trình rang

Hiện nay, người ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm đặc biệt của cà phê Trong cà phê chủ yếu là Vitamin nhóm B như: B1, B2, B6,…và các loại axit hữu cơ là tiền các loại Vitamin [1, tr 16]

Bảng 2.4 Thành phần hóa học của nhân cà phê [1, tr 16]

+ Cà phê thóc khô: Là dạng cà phê mà nhân còn bọc một lớp vỏ trấu

+ Cà phê nhân: Là dạng cà phê sau khi đã bóc hết các lớp vỏ bên ngoài

+ Cà phê vùng gió mùa: Là cà phê nhân thu được từ cà phê không rửa, ở vùng nhiệt đới gió mùa, nên dễ bị hút ẩm làm cho nhân nở ra và màu của nhân chuyển thành màu vàng hoặc màu sáng

+ 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 [11]

2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê

2.4.1 Ảnh hưởng của loại đất trồng cà phê

Ảnh hưởng rất lớn đến mùi vị và màu sắc của cà phê

Nếu cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt, khỏe, sản lượng cao, phẩm chất cà phê tốt còn có một hương vị đậm đà, mùi vị thơm ngon hơn các loại cà phê trồng trên các

loại đất khác [1, tr 10]

2.4.2 Ảnh hưởng của chế độ chăm sóc kỹ thuật

Chế độ chăm sóc kỹ thuật trong thời gian trồng cà phê rất quan trọng, người trồng

cà phê quyết định chất lượng cà phê [1, tr 10]

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

2.4.3 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 [1, tr 10]

2.4.4 Ảnh hưởng của giống

Giống cà phê có một ý nghĩa quyết định đến chất lượng cà phê Chính chất lượng vốn có của sản phẩm chứa đựng trong giống Sự khác nhau về chất lượng giữa các loại

cà phê 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 [1, tr 10]

2.4.5 Ảnh hưởng của sâu bệnh

Sâu bệnh tấn công cũng sẽ làm cho hạt cà phê bị hư hại Mọt đục quả cà phê tạo

ra các hạt thủng, có rãnh Ngoài mọt đục quả ra thì các loại sâu khác cũng gây hại đến

cà phê Chúng đục rỗng những quả cà phê khô Khi thời tiết nóng ẩm là lúc chúng làm

tổ trong nhân cà phê

2.4.6 Ảnh hưởng của việc thu hái

Cà phê dù được chế biến theo phương pháp nào đều phải được thu hái khi quả chín đều mới có sản phẩm chất lượng cao Các hạt cà phê xanh non có tỉ trọng hạt thấp, nước pha uống có vị ngái, không thơm, kém hấp dẫn Quả cà phê quá chín gây khó khăn trong quá trình xát đồng thời làm cho nước uống có mùi vỏ quả không hấp dẫn, nước uống có chất lượng không cao [1, tr 10]

2.4.7 Ảnh hưởng của quá trình bảo quản, vận chuyển

Trong quá trình bảo quản, độ ẩm và nhiệt độ trong kho, đặc biệt là độ ẩm của hạt

cà phê đưa vào bảo quản có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng cà phê

Độ ẩm của hạt cà phê bảo quản phải dưới 13% Độ ẩm của môi trường trong kho bảo quản quá cao hoặc quá thấp có thể làm cho chất lượng cà phê trong kho bảo quản bị giảm rõ rệt chủ yếu được biểu hiện ở sự biến đổi màu của hạt cà phê, chất lượng nước uống [1, tr 11]

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

2.4.8 Ảnh hưởng của quá trình chế biến

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

nhân cà phê xuống còn khoảng 13% [1, tr 11]

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 [1, tr 11]

Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn phương pháp sản xuất

Để chế biến cà phê nhân, người ta cần phải loại bỏ vỏ quả, vỏ thịt, vỏ trấu, vỏ lụa

để tạo ra cà phê nhân với giá trị thương phẩm cao Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân

có hai phương pháp chính: phương pháp chế biến ướt và phương pháp chế biến khô

3.1.1 Phương pháp chế biến khô

Đây là phương pháp lâu đời và đơn giản hơn so với phương pháp ướt Phương pháp này được thực hiện như sau:

Phơi hay sấy cả quả: mục đích giảm độ ẩm của trái cà phê tươi đến khi độ ẩm của trái cà phê đạt 11% thì ngừng Hạt cà phê cần được cào đảo thường xuyên, che phủ cho

cà phê vào ban đêm và khi trời mưa để độ ẩm của khối đồng đều, hạn chế sự nhiễm các

vi sinh vật làm giảm mùi vị cà phê khi uống

Phương pháp này chỉ áp dụng cho những nước có độ ẩm thấp Nếu không độ ẩm cao sẽ làm lớp chất nhầy bị lên men và cà phê sẽ nhanh chóng bị hư hỏng

Ưu điểm: đơn giản, vốn đầu tư thấp, giá thành hạ

Nhược điểm: chất lượng sản phẩm không cao, phụ thuộc quá nhiều vào điều kiện

thời tiết, tốn diện tích sân phơi, cà phê lâu khô, dễ bị mốc, kéo dài thời gian sản xuất

3.1.2 Phương pháp chế biến ướt

Gồm hai 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 độ ẩm nhất định

- Giai đoạn xay xát và đánh bóng: loại bỏ lớp vỏ trấu, vỏ lụa tạo thành cà phê nhân

Ưu điểm: chất lượng cao và ổn định, rút ngắn được thời gian sản xuất, giảm chi

phí nhân công, tăng năng suất của nhà máy

Nhược điểm: quá trình gia công phức tạp, tốn nhiều thiết bị và năng lượng,

đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ cũng như thao tác kỹ thuật cao

3.1.3 Kết luận

Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau và cho ra mỗi loại hương vị

cà phê khác nhau Nhưng nhìn chung, phương pháp ướt cho ta năng suất và chất lượng

cà phê cao và ổn định hơn Do đó ta quyết định chọn xây dựng nhà máy chế biến cà phê theo phương pháp ướt

3.2 Quy trình công nghệ

3.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến theo phương pháp ướt [1]

Vỏ quả Xát cà phê quả

Thu nhận nguyên liệu

Cà phê thóc

Vỏ trấu Sàng tạp chất

Phân loại theo trọng lượng

Xát khô

Đánh bóng

Sản phẩm Cân, đóng bao Phân loại theo màu sắc

Phối trộn

3.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

3.2.2.1 Thu nhận và bảo quản nguyên

a, Thu nhận nguyên liệu

Cà phê được thu hái chủ yếu

bằng tay, cà phê chè thấp dễ hái 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

Những yêu cầu khi thu hái cà phê:

- Phải thu hái khi cà phê vừa chín tới (2/3 diện tích quả có màu đỏ), không được để quả quá chín, quả sẽ bị rụng và hao tổn chất dự trữ trong quả

- Không thu hái những quả còn xanh, vì lúc đó chất dự trữ chưa đầy đủ, trong quá trình chế biến vỏ lụa bám chặt vào nhân, khó bóc và hạt sẽ nhăn nheo

- Trong quá trình thu hái không được làm tổ thương xây xát cho cà phê tránh làm giảm năng suất cho mùa sau

- Giữ vệ sinh trong quá trình thu hái, không được để lẫn tạp chất vào nguyên liệu, không được làm dập nát quả tạo điều kiện cho VSV xâm nhập, phát triển gây thối rữa

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 Tùy 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, ở Tây Nguyên thường thu hoạch sớm hơn khoảng

b Bảo quản và vận chuyển nguyên liệu

Mục đích của quá trình bảo quản này nhằm điều phối nguyên liệu trong quá

Hình 3.1 Thu hái cà phê

trình sản xuất Tránh hiện tượng lãng phí nhân lực, thiết bị đồng thời cũng đảm bảo được màu sắc và hương vị của thành phẩm

Nguyên liệu sau khi thu hái nên chế biến càng nhanh càng tốt Nếu chưa chế biến ngay, không được đổ nguyên liệu thành đống mà phải được bảo quản nơi thoáng mát,

có mái che và rải thành từng lớp dày không quá 30cm trên nền sạch, khô, nhiệt độ trong khối cà phê không quá 300C sau 2-3 giờ ta phải tiến hành đảo trộn Thời gian bảo quản càng ngắn càng tốt, thường không quá 36 giờ đối với cà phê Arabica(chè), 48h đối với

cà phê Robusta (vối) và cà phê mít

3.2.2.2 Làm sạch và phân loại

a Mục đích

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 để tránh lẫn tạp chất trong nguyên liệu, làm cho kích thước của 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 [1 tr43]

b Cơ sở của phương pháp làm sạch và phân loại

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

Hiện nay người ta thường dùng hai phương pháp làm sạch và phân loại nguyên liệu là: sàn chấn động và bể xiphông Vì phương pháp bể xiphông có thể khăc phục được những nhược điểm của sàn chấn động là loại các tạp chất nặng làm cho nguyên liệu được thuần khiết hơn, tránh được hiện tượng hư hỏng máy móc.Vì thế nên trong đồ

án sẽ chọn phương pháp bể xiphông

Ưu điểm [ 2, tr 22]:

- 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 hòa mà không dùng sức người

- Sự phân loại tốt vẫn theo trọng lượng riêng để có chế độ chế biến thích hợp

Ngoài ra, bể xiphông còn có tác dụng chứa nguyên liệu khi chưa chế biến kịp trong thời gian ngắn, làm giảm sự bốc nóng tức thời của khối cà phê

Yêu cầu

Bể xiphông phải có cửa lấy tạp chất nặng, nhẹ dễ dàng, vệ sinh thiết bị đơn giản Trong quá trình làm việc cần phải đảm bảo nguyên liệu chín đúng mức qua ống xiphông

vào máy xát tươi thật đều đặn và liên tục nhưng lượng nước tiêu tốn là ít nhất Chu kì làm

vệ sinh của bể xiphông nhỏ hơn 12 giờ Tỷ lệ nước/nguyên liệu =3/1 là thích hợp Lưu

lượng nước đưa vào có thể điều chỉnh một cách thuận lợi [2, tr 22]

Nguyên tắc

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào sự khác nhau về tỉ trọng của các quả

cà phê và các tạp chất so với tỉ trọng của nước, loại bỏ các tạp chất nặng nhẹ, phân loại

cà phê trước khi đưa vào chế biến Đối với những loại cà phê chín đúng mức, có khối lượng riêng gần bằng 1 nên lơ lửng trong nước Đối với cà phê quả chín có khối lượng riêng nhỏ hơn 1 nên sẽ nổi lên Còn đối với cà phê xanh thì có khối lượng riêng lớn hơn

1 nên sẽ chìm xuống dưới [2, tr 22]

3.2.2.3 Xát cà phê quả tươi

a Mục đích

Thành phần chủ yếu của lớp vỏ quả là nước, Gluxit, và Protein… những chất này không tham gia vào quá trình hình thành chất lượng cà phê mà còn gây khó khăn cho quá trình chế biến như gây thối rữa đồng thời kéo dài thời gian sấy Do đó phải tiến hành loại bỏ lớp vỏ này Ngoài ra, lớp vỏ thịt, thành phần chủ yếu là pectin cũng không có lợi cho quá trình [1, tr 43].

Để bóc vỏ quả, người ta thường dùng phương pháp cơ học, ở đây sử dụng máy xát vỏ

b Yêu cầu của quá trình xát tươi

Sau khi xát tươi phải được hai phần chủ yếu: vỏ quả và cà phê thóc ướt Cà phê quả lẫn trong cà phê thóc ướt có thể tách ra và đem xát lại lần 2

Cà phê sau khi xát tươi phải giữ nguyên hạt, tỉ lệ hạt dập vỡ càng ít càng tốt (thường <6%) Nói chung là căn cứ vào tính chất kỹ thuật của nguyên liệu, thiết bị mà điều chỉnh hiệu suất xát tươi thích hợp [1, tr 43].

c Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xát

- Tính chất của cà phê quả, loại, giống, độ đồng đều, trạng thái vỏ quả, độ ẩm cao hay thấp

- Tính năng của thiết bị, kỹ thuật điều khiển và xử lý thiết bị

3.2.2.4 Ngâm ủ (lên men)

a Mục đích

Cà phê sau khi xát tươi lớp nhớt vẫn còn bám xung quanh vỏ thóc, đặc tính của lớp nhớt này là không tan trong nước, thành phần chủ yếu của lớp nhớt là pectin chiếm khoảng 5 – 6 % theo trọng lượng nguyên liệu tươi, nó dính chặt vào vỏ trấu làm trở ngại cho việc phơi sấy khô và bảo quản cà phê Mặt khác trong lớp nhớt còn chứa một lượng đường khá lớn là môi trường thuận lợi cho sự phát triển các loại nấm, vi khuẩn … Đặc

biệt là các loại nấm mốc và vi sinh vật 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 [1, tr 46]

- Phương pháp cơ hóa học

Vì phương pháp sinh hóa ( lên men) có khả năng tách lớp nhớt nhanh và triệt để và không ảnh hưởng đến chất lượng của nguyên liệu, thuận lợi cho công đoạn tiếp theo nên

ta chọn phương pháp sinh hóa ( lên men)

Cơ sở của phương pháp sinh hóa

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc dùng các enzim có trong bản thân nguyên liệu và chế phẩm enzyme bổ sung 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 [1, tr 46]

Trong lớp nhớt của cà phê có sẵn các enzym như enzym pectosinaza, pectinaza, pectaza Ngoài ra ta còn bổ sung các chế phẩm enzym có bán sẵn trên thị trường như: Lumipect-cp, Rohapect®-10L, pectina®

Hàm lượng chế phẩm enzym sử dụng trong lên men trong vòng 6-10h là 50-60g/1 tấn

hợp, đúng thời điểm Những hạt cà phê không đạt đủ độ lên men sẽ được loại bỏ vì chất

lượng không cao và hình dạng màu sắc bên ngoài của nó [1, tr 46]

c Các 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 [1, tr 47]

- Thành phần của nước

Trong nước không được chứa lẫn một chất nào có tính chất làm ức chế sự hoạt động của vi sinh vật, không chứa các chất bài tiết của vi sinh vật phân giải thành 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 [1, tr 47]

- 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 Chiều dày lớp cà phê trong các bể ủ phải đảm bảo tối thiểu là

0.5m Khoảng cách giữa thời gian ủ phải đảo đều khối cà phê 1 lần [1, tr 47]

Các bể ủ cà phê cần phải có mái che Khối ủ nếu được che kín càng tốt, tuyệt đối không được phơi nắng đống ủ

- Nhiệt độ

Mỗi loại men có một nhiệt độ thích hợp Đối với cà phê thì nhiệt độ thích hợp khoảng

35 – 420C [1, tr 47]

- 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 [1, tr 47]

- 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

3.2.2.5 Rửa nhớt

Đánh và rửa nhớt nhằm mục đích loại bỏ những vật phẩm tạo thành trong quá trình lên men và những mảnh vỏ thịt còn sót lại, dính vào vỏ thóc Đây là công đoạn quan trọng vì nếu còn các vật phẩm trên bám vào hạt cà phê thóc, không những làm cho màu

sắc, mùi vị của hạt bị ảnh hưởng mà còn kéo dài thời gian phơi sấy Ở đây ta tiến hành

rửa đồng thời trong xilo lên men [1, tr 49]

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rửa nhớt [ 1, tr 50]:

- 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 tùy theo kết quả lên men Nếu tốc độ quá nhỏ thì làm cho lớp nhớt không được tách ra hoàn toàn, nếu tốc dộ lớn quá thì sự va đập giữa máy và nguyên liệu sẽ lớn gây 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 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

Ở đây ta tiến hành phương pháp thủ công: rửa nhớt trực tiếp trong bể lên men bằng phương pháp cơ học Nước được bơm vào trong bể lên men, công nhân dùng dụng cụ đảo trộn khối cà phê sau đó cà phê đã tách hết lớp nhớt được tháo ra ngoài

3.2.2.6 Làm ráo

a Mục đích

Sau khi đã rửa sạch nhớt, lượng nước còn trong hạt và lượng nước bám xung quanh vào khoảng 52- 60% Thực nghiệm cho thấy rằng phần nước bám xung quanh chỉ vào khoảng 8-10% Nếu để nguyên lượng nước này mang cà phê đi sấy thì ảnh hưởng không tốt đến màu sắc của nhân, vì khi nhiệt độ cao, lượng nước này sẽ gần sôi làm cho nhân gần như luộc dẫn đến nhân cà phê sẽ có màu xanh thẫm và tốn nhiều thời gian sấy và tốn thêm nhiên liệu Nếu để nguyên 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

b Cách tiến hành

Có nhiều phương pháp để làm ráo cà phê (ly tâm, dùng tháp gió, thủ công, sấy sơ bộ) Ta chọn phương pháp thủ công: rãi cà phê thóc ướt trên những sàn lưới, dùng quạt gió thổi không khí từ dưới lên trên với vận tốc 10-15m/s và thổi từ 6-9 giờ cà phê có thể róc nước đến 90% số nước bám quanh hạt

3.2.2.7 Sấy

a Mục đích

Nhằm làm giảm độ ẩm của cà phê từ 50-60% về 10-12% để thuận lợi cho quá trình

bảo quản và các quá trình chế biến tiếp theo [2, tr 44]

b Tiến hành

Tiến hành sấy qua 2 giai đoạn [2, tr 44]:

- 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

Sau sấy tĩnh độ ẩm của nguyên liệu đạt khoảng w = 40%

- Giai đoạn 2 : Dùng phương pháp sấy động và chọn thiết bị sấy thùng quay

Độ ẩm sau khi sấy w = 12%

c Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Thời gian sấy dài hay ngắn phụ thuộc vào các yếu tố sau [2, tr 45]:

- Nhiệt độ không khí nóng và vận tốc không khí nóng

- Độ ẩm không khí bên ngoài

- Độ ẩm nguyên liệu ban đầu

d Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng hạt cà phê

- Ở nhiệt độ cao, protein của hạt cà phê bị biến tính và keo tụ lại

- Chất béo trong hạt bị phân giải ở nhiệt độ cao, do đó hàm lượng acid béo trong hạt tăng lên

- Tinh bột trong hạt tạo thành dextrin dưới tác dụng của nhiệt độ

- Ở nhiệt độ cao các loại men trong hạt bị đình chỉ hoạt động, vitamin bị tổn thất

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 [1, tr 54]

3.2.2.10 Xát khô

a Mục đích

Cà phê thóc khô, vỏ trấu chiếm 25-35% trọng lượng hạt lớp này bao bọc lấy nhân cà phê rất chắc, người ta phải dùng nhiều loại máy để bóc vỏ trấu ra Sau khi xát sản phẩm chính là cà phê nhân, tuy nhiên trong hỗn hợp còn lẫn nhiều thứ như cà phê quả còn vỏ, cà phê tấm, vỏ quả, vỏ trấu, cho nên ta phải xát khô với hiệu suất phải cao

[1, tr 56]

b Phương pháp thực hiện

Có 3 loại chính: Nén và xé, đập và xé, văng và đập Đối với cà phê thì vỏ quả

và vỏ trấu bọc rất chắc quanh nhân nên người ta thường dùng loại đập và xé, ma sát qua các gờ của dao máy thì vỏ trấu mới bong ra được Điển hình thường dùng là loại máy trục ngang có gắn nhiều dao xiên nổi lên trên trục để ma sát với dao ngoài vỏ máy làm

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 sản xuất cà phê

[1, tr 57].

b Yêu cầu hạt sau khi đánh bóng

Nhiệt độ của khối cà phê không quá 550C, sạch bóng không được vỏ trấu lẫn không quá 5% Độ sạch vỏ lụa sau khi đánh bóng phải đảm bảo yêu cầu [1, tr 57].

3.2.2.12 Phân loại theo kích thước

a Mục đích

Cà phê sau khi ra khỏi máy đánh bóng thường người ta gọi là cà phê xô bao gồm tất cả các loại cà phê xấu tốt, nặng, nhẹ, vỏ trấu, vỏ lụa, mảnh vỡ to nhỏ, cà phê quả chưa bóc hết vỏ hoặc còn một phần nhỏ … Cho nên người ta tiến hành phân cà phê xô

ra các cỡ khác nhau theo kích thước Nhằm tạo cho khối hạt đồng đều, làm cho công tác phân loại trọng lượng tiếp theo được chính xác, đồng thời các bước tiếp theo được dễ

dàng và năng suất cao [1, tr 57]

b Phương pháp thực hiện

Thường dùng sàng tròn quay hoặc sàng lắc để phân loại theo kích thước Nguyên

tắc để phân loại theo kích thước là sự khác nhau về kích thước của hạt [1, tr 58]

3.2.2.13 Phân loại theo trọng lượng

a Mục đích

Sau khi phân loại theo kích thước thì hạt cà phê có sự đồng đều về mặt kích thước nhưng chưa được đồng đều về trọng lượng vì còn có những hạt lép, hạt bị sâu bệnh…

c Phương pháp thực hiện

Có hai cách phân loại: Phân loại bằng máy, phân loại bằng tay Cà phê sau khi phân loại phẩm cấp phải qua kiểm tra chất lượng xem đã đạt tiêu chuẩn hay chưa và nhập kho [1, tr 60]

3.2.2.15 Phối trộn, cân, đóng bao

a Phối trộn

Cà phê nhân sau khi đã phân loại, phân cấp xong cần pha trộn với nhau để được

cà phê theo đúng quy cách, cà phê thương phẩm theo tiêu chuẩn của nhà nước quy định Chỉ được pha trộn các loại cà phê tương tự về màu sắc, còn cỡ hạt thì theo đúng tiêu chuẩn [1, tr 61].

3.2.2.16 Bảo quản

Cà phê nhân nếu tiếp xúc với môi trường xung quanh thì vi sinh vật sẽ xâm nhập

và làm hư hỏng Bảo quản cà phê nhân nhằm đảm bảo chất lượng của sản phẩm, chuẩn

bị cho công đọan tiếp theo Kéo dài thời gian bảo quản nếu đem đi xuất khẩu Yêu cầu bảo quản ở độ ẩm 10-12%, hàm lượng tạp chất càng ít càng tốt Bảo quản trong điều kiện kho tốt, cách ẩm, cách nhiệt tốt Cần sát trùng, vệ sinh nhà kho trước khi xếp bao Với tiêu chuẩn này có thể bảo quản trong kho được 5 tháng [1, tr 61].

3.3 Quy trình chế biến cà phê rang xay

3.3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến cà phê rang xay từ cà phê nhân [3]

3.3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

3.3.2.2 Rang cà phê nhân

Mục đích: tạo ra những biến đổi sâu sắc trong hạt, hình thành nên những đặc tính đặc trưng cho cà phê về màu sắc mùi vị thông qua sự biến đổi về màu sắc, cấu trúc và thành phần hóa học của hạt

Nguyên lý: sử dụng nhiệt độ cao trong một khoảng thời gian nhất định để tạo ra những biên đổi trong hạt cà phê

Chế độ rang: cà phê nhân được đun nóng từ 190 -240℃, thời gian rang từ 20-25 phút kết hợp với khuấy trộn đều để hơi và khói bốc ra, nhiệt độ luôn đều và tăng dần trong quá trình rang Tránh hiện tượng cháy hay rang quá độ Sau đó cà phê rang được làm nguội nhanh càng nhanh càng tốt để tránh một số các biến đổi không mong muốn

do nhiệt và phải bao gói ngay [3]

Biến đổi trong quá trình rang:

Những biến đổi trong quá trình rang diễn ra như sau [3]:

- Mất nước: công đoạn rang sẽ làm bay hơi nước, sản sinh ra các chất khí chủ yếu là cacbondioxit và sự phát triển của hương vị mà chúng sẽ hòa tan trong khi chế biến

- Thất thoát một số hợp chất dễ bay hơi

- Một phần các chất đường trong hạt cà phê bị caramen hóa

- Protein bị phân hủy một phần hay toàn phần do nhiệt, hàm lượng cafein cũng

Phương pháp: cho cà phê chạy trên băng tải, ta tiến hành phun nước dạng sương để làm nguội và tăng độ ẩm cho sản phẩm

3.3.2.4 Phối trộn

Sau khi làm nguội, cà phê được đưa đi phối trộn theo đơn đặt hàng giữa các chủng, hạng cà phê với nhau theo một tỉ lệ nhất định hoặc với các nguyên liệu phụ gia theo thị

hiếu của người tiêu dùng [3]

độ mịn của bột cũng tùy theo phương pháp pha (pha bằng máy thì bột phải mịn hơn pha bằng tay) hoặc nơi tiêu thụ (ở châu Âu thì bột phải mịn hơn ở Mỹ) Độ mịn phù hợp

khoảng 400  m [3]

3.3.2.7 Bao gói và bảo quản

Công đoạn bao gói cần chú ý đến tính chất của sản phẩm cà phê rang xay đó là khả năng dễ hút ẩm, các khí lạ và thoát hương thơm ra ngoài làm độ ẩm tăng lên tạo điều kiện cho mốc phát triển, tổn thất hương thơm và cà phê có mùi lạ làm giảm chất lượng thậm chí còn làm hư hỏng sản phẩm Vì vậy người ta thường sử dụng lọ thủy tinh màu, hộp kim loại hoặc bao bì hỗn hợp (nhiều lớp) để tăng khả năng tổng hợp, chống thấm

khí và chống ánh sáng xuyên thấu [3]

Phương pháp đóng bao thường đi kèm với loại vật liệu làm bao [3]

- Loại bao thương mại cổ điển nhất là hộp kim loại (tức hộp sắt mạ kẽm và sơn bóng bên ngoài) được đóng bao chân không Dung tích của hộp kim loại thường

là 1 lít và có thể chứa khoảng 450g cà phê nhân rang Loại này có nhiều ưu điểm như ngăn cản hơi nước và Oxy hay không khí đi vào và đi ra khỏi hộp, và có thể chịu đựng áp suất lớn

- Sau khi cho cà phê rang vào hộp, hút hết không khí bên trong hộp và đóng nắp hộp lại Do chênh lệch áp suất giữa bên trong và ngoài hộp (áp suất bên ngoài cao hơn áp suất bên trong hộp) nên nắp hộp được đóng chặt

- Các loại bao nhựa kết nhiều lớp thường là mềm dẻo chứa không cứng Nó được gọi là cứng vì sau khi cho cà phê vào, áp dụng hút chân không ở áp suất cao và

hàn kín miệng bao thì bao trở nên cứng như viên gạch một cảm nhận có được khi

ta bóp tay vào bao

- Vật liệu cấu tạo nên bao nhựa kết nhiều lớp gồm 3 lớp khác nhau: lớp polyethylene (PE) ở trong cùng (độ dày tiêu chuẩn là 12  m) để dễ dùng nhiệt hàn bao, lớp polypropyrene (PP) hoặc nhôm ở giữa ( độ dày tiêu chuẩn là 12 m) để tránh cà phê hút ẩm và polyester (độ dày tiêu chuẩn 70  m) ở ngoài cùng

để cho phép sử dụng các loại mực dung môi hữu cơ in các thông tin về sản phẩm trên bao bì

- Cà phê sau khi cho vào bao, được hút chân không và được hàn kín miệng bao, sau đó bao này được cho vào một hộp đựng khít để bán

- Do được đóng bao chân không nên thường áp suất không khí bên ngoài bao luôn cao hơn áp suất không khí bên trong bao, vì vậy bao cà phê luôn luôn cứng và có thể nhìn không đẹp mắt

Trong điều kiện không mong muốn nào đó, chỉ cần có một lỗ thủng trong bao hoặc do hàn bao không kín, ngay lập tức không khí bên ngoài lọt vào bên trong bao để cân bằng áp suất, và làm bao trở nên xốp, không còn cứng như trước nữa Đây là điều không đáng có vì gây ra nguy cơ xuống cấp chất lượng cà phê rang, nhưng nó vẫn được chấp nhận vì người tiêu dùng do bao xốp đẹp hơn và ít nhăn nhúm hơn bao cứng

- Phương pháp đóng bao dùng bao mềm rất thông dụng vật liệu làm bao rất đa dạng, có thể dùng bao kín bóng hoặc bao nhựa kết nhiều lớp Bao mềm cũng có thể được gắn van một chiều để không cho hơi ẩm và oxy không khí bên ngoài xâm nhập vào bên trong và cho phép khí thoát ra ngoài để tránh gây phồng bao Loại này được gọi là mềm

vì không sử dụng trong đóng bao chân không

- Việc giảm không khí và oxy trong bao mềm trước khi đóng gói được thực hiện bằng cách đồn cà phê nhân rang trong bao càng chặt càng tốt, và sau đó hàn kín miệng bao Với loại bao gắn van một chiều, cần chú ý sử dụng bao dày và tránh việc hàn không kín bao hoặc bị thủng bao

Chương 4 CÂN BẰNG VẬT LIỆU

4.1 Tình hình sản xuất của nhà máy

4.1.1 Thu nhập nguyên liệu của nhà máy

Căn cứ vào thời điểm thu hoạch cà phê nguyên liệu, nhà máy ngừng sản xuất từ tháng 5- 8 để bảo trì máy móc, thiết bị

Bảng 4.1 Bảng thu nhập nguyên liệu của năm

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Robusta × × × × - - - -

Chú thích: - Nghỉ

× Nhập nguyên liệu sản xuất

4.1.2 Biểu đồ sản xuất của phân xưởng

Thông số: Nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp ướt với năng suất là: 400

kg sản phẩm/giờ

Dựa vào bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy và lượng nguyên liệu nhập vào Ta

có thể lập ra kế hoạch làm việc trong tháng, số ca làm việc trong ngày Mỗi ngày làm việc 3 ca, mỗi ca làm việc 8 tiếng, các ngày chủ nhật và ngày lễ tết được nghỉ

Bảng 4.2 Kế hoạch sản xuất cà phê trong

Vậy mỗi giờ năng suất nhà máy là: 400kg sản phẩm/giờ

4.2 Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê nhân

Tính toán cho 400 kg sản phẩm /giờ Ở đây ta tính cân bằng vật liệu cho cà phê robusta

4.2.1 Khối lượng trước khi cân đóng bao

Tổng khối lượng thành phẩm: M1= 400 kg/h

Tỉ lệ hao hụt ở công đoạn này là: 0,1%

Tổng khối lượng trước khi cân đóng bao: 400 , 400

1 , 0 100

100 400 1 , 0 100

4.2.2 Khối lượng trước khi đưa vào xi lô phối trộn

Tỉ lệ hao hụt công đoạn là 0,1%

801 , 400 1

, 0 100

100 400 , 400 1

, 0 100

4.2.3 Khối lượng trước phối trộn

Tỉ lệ hao hụt công đoạn là 0,2%

2 , 0 100

100 801 , 400 2 , 0 100

4.2.4 Khối lượng trước khi đưa vào xi lô phân loại

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn là 0,1%

Hạt > 6,3mm (70%):

1 , 0 100

100 123 , 281 1

, 0 100

100 321 , 80 1 , 0

, 0 100

100 160 , 40 1 , 0

4.2.5 Khối lượng trước khi phân loại theo màu sắc:

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn là 1%

Hạt > 6,3mm (70%):

1 100

100 404 , 281 1

100

100 401 , 80 1 100

607 , 40 1

100

100 201 , 40 1

4.2.6 Khối lượng trước khi phân loại theo trọng lượng riêng

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn là 1%

Hạt > 6,3mm (70%):

1 100

100 247 , 284 1

100

100 213 , 81 1 100

, 0 100

100 607 , 40 1

4.2.7 Khối lượng trước khi đưa vào xi lô

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn là 0,1%

Hạt > 6,3mm (70%):

1 , 0 100

100 118 , 287 1

, 0 100

, 0 100

100 034 , 82 1 , 0 100

, 0 100

100 017 , 41 1 , 0 100

4.2.9 Khối lượng trước khi phân loại theo kích thước

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn là 0,5%

Hạt > 6,3mm (70%):

5 , 0 100

100 406 , 287 5

, 0 100

100 116 , 82 5 , 0

, 0 100

100 058 , 41 5 , 0 100

643 412 264 , 41 529 , 82 406 , 288

22 21 20

4.2.10 Khối lượng trước khi đánh bóng

Tỉ lệ hao hụt công đoạn là 0,5%

716 , 414 5

, 0 100

100 643 , 412 5

, 0 100

4.2.11 Khối lượng trước khi xát khô

Tỉ lệ hao hụt công đoạn là 15%

15 100

100 716 , 414 15

4.2.12 khối lượng trước khi tách tạp chất

Tỉ lệ hao hụt của công đoạn này là 0,5%

353 , 490 5

, 0 100

100 901 , 487 5

, 0 100

4.2.13 Công đoạn sấy động

Tỉ lệ hao hụt công đoạn là 0,5%

Độ ẩm ban đầu: w1 = 40%

Độ ẩm sau khi sấy: w2 = 12%

Khối lượng cà phê sau sấy động là: M26=490,353 kg/h

Khối lượng sau sấy động + khối lượng hao hụt:

5 , 0 100

100 353 , 490 5

, 0 100

12401

817,492w

100%

-1

2

2 1

M

Khối lượng ẩm tách ra: M29=M28-M27= 722,799- 492,817= 229,981 kg/h

4.2.14 Công đoạn sấy tĩnh

Tỉ lệ hao hụt công đoạn là 1%

Độ ẩm trước sấy: w1 = 55%

Độ ẩm sau khi sấy: w2 = 40%

Khối lượng sau sấy tĩnh là : M28= 722,799 kg/h

Khối lượng sau sấy tĩnh + khối lượng hao hụt:

100 , 730 1

100

100 799 , 722 1

40551

100,730w

100%

-w-w

1

2

2 1

4.2.15 Khối lượng trước làm ráo

Tỉ lệ hao hụt công đoạn này là 8%

115 , 1058 8

100

100 466 , 973 8

4.2.16 Khối lượng trước lên men

Tỉ lệ hao hụt công đoạn này là 2%

709 , 1079 2

100

100 115 , 1058 2

4.2.17 Khối lượng trước xát tươi

Tỉ lệ hao hụt công đoạn này là 40%

516 , 1799 40

100

100 709 , 1079 40

4.2.18 Khối lượng nguyên liệu ban đầu trước khi làm sạch

Tỉ lệ hao hụt công đoạn này là 2,5%

657 , 1845 5

, 2 100

100 516 , 1799 5

, 2 100

Robusta

%

Arabica (kg/h)

Arabica (%)

13

Xilo chứa Loại 1:Hạt > 6.3mm 287,406 0,1 287,406 0,1 Loại 2:Hạt > 5.6mm 82,116 0,1 82,116 0,1 Loại 3:Hạt > 5mm 41,264 0,1 41,264 0,1

14

Phân loại trọng lượng Loại 1:Hạt > 6.3mm 287,118 1,0 287,118 1,0 Loại 2:Hạt > 5.6mm 82,034 1,0 82,034 1,0 Loại 3:Hạt > 5mm 41,017 1,0 41,017 1,0

15

Phân loại theo màu sắc Loại 1:Hạt > 6.3mm 284,247 1,0 284,247 1,0 Loại 2:Hạt > 5.6mm 81,213 1,0 81,213 1,0 Loại 3:Hạt > 5mm 40,607 1,0 40,607 1,0

16

Xilo chứa sau phân loại Loại 1:Hạt > 6.3mm 281,404 0,1 281,404 0,1 Loại 2:Hạt > 5.6mm 80,401 0,1 80,401 0,1 Loại 3:Hạt > 5mm 40,201 0,1 40,201 0,1

17

Phối trộn 401,604 Loại I 236,947 0,2 236,947 0,2 Loại II 92,369 0,2 92,369 0,2 Loại III 72,289 0,2 72,289 0,2

18

Xilo chứa sau phối trộn 400,801 Loại I 236,473 0,1 236,473 0,1 Loại II 92,184 0,1 92,184 0,1 Loại III 72,144 0,1 72,144 0,1

19 Đóng bao 400,400

4.4 Cà phê rang xay

Nguyên liệu để sản xuất cà phê rang xay là cà phê nhân với năng xuất là 200 kg nguyên liệu/giờ

Nhà máy sản xuất 3 ca, mỗi ca 8 tiếng, năng xuất 1 giờ là:M =200 kg/h

4.4.1 Công đoạn xử lý, phân loại làm sạch nguyên liệu

Tỉ lệ hao hụt ở công đoạn này 1,5%

Khối lượng sau xử lý, làm sạch là:

1

M =M -M ×1,5% = 200,000-200,000×1,5%=197,000 kg/h

4.4.2 Công đoạn rang cà phê

Tỉ lệ hao hụt ở công đoạn này 20%

Khối lượng sau khi rang là:

2

M =M1-M1× 20%= 197,000 – 197,000×20%= 157,600 kg/h

4.4.3 Công đoạn làm nguội

Ở công đoạn này do người ta phun nước để làm nguội nên khối lượng sẽ tăng lên 3%

3

M =M2+M2× 3% =157,600+157,600× 3% =162,328 kg/h

4.4.4 Công đoạn phối trộn

Ở công đoạn này, người ta phối trộn phụ gia khoảng 2% so với tổng khối lượng nguyên liệu

Tỉ lệ hao hụt ở công đoạn này là 0,5%

Khối lượng sau ủ là: M6=M5-M5× 0,5% = 164,747- 164,747× 0,5% = 163,923 kg/h

4.4.6 Công đoạn xay cà phê

Tỉ lệ hao hụt ở công đoạn này là 0,5%

Loại I 236,236 0,1 236,236 0,1 Loại II 92,092 0,1 92,092 0,1 Loại III 72,072 0,1 72,072 0,1

20

Sản phẩm 400 Loại I 236,000 236,000 Loại II 92,000 92,000 Loại III 72,000 72,000

Khối lượng sau khi xay là:

M7=M6-M6× 0,5% = 163,923- 163,923×0,5% = 163,103 kg/h

4.4.7 Công đoạn bao gói bảo quản

Tỉ lệ hao hụt công đoạn này là 0,2%

Khối lượng sau bao gói:

M8=M7-M7× 0,2% = 163,103- 163,103×0,2% = 162,777 kg/h

Bảng 4 4 Tổng kết khối lượng và tỉ lệ hao hụt qua từng công đoạn

Công đoạn Tỉ lệ hao hụt (%) Khối lượng (kg/h)

Tiếp nhận nguyên liệu 200,000

Chương 5 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO QUÁ TRÌNH SẤY

KẾT THÚC

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 đi 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 Nó quyết định đến chỉ tiêu, thông số kỹ thuật của sản phẩm như:

độ ẩm cho phép, độ cứng, độ bền, màu sắc, các tính chất lý hóa… và góp phần tăng chất lượng sản phẩm, phục vục cho quá trình bảo quản Đó không chỉ là một quá trình bốc hơi nước ra khỏi vật liệu mà là cả một quá trình công nghệ nên cần phải thực hiên tốt để mới có thể đạt được các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm sau khi sấy

Nhà máy sử dụng 2 hệ thống sấy: sấy tĩnh và sấy động Ở đây ta chỉ tính cân bằng nhiệt cho quá trình sấy động

● Các thông số ban đầu

+ Nhiệt độ không khí sấy: t1 = 750C

+ Nhiệt độ nguyên liệu vào: 400C

+ Nhiệt độ nguyên liệu ra: t2 chọn theo nhiệt độ điểm sương

+ Nhiệt độ môi trường không khí trước khi qua calorife: t0= 19.10C

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

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

+ φ0: là độ ẩm ban đầu của không khí trước khi vào calorife : φ0 = 81%

+ Áp suất khí quyển: P = 757 (mmHg)

5.1.1 Xác định các thông số trạng thái của không khí

5.1.1.1 Không khí trước khi vào Calorife

٭ Trạng thái của không khí trước khi vào calorife với điều kiện khí hậu ở Di Linh, Lâm Đồng:

to= 19,10C, φ0 = 81% [4, tr 101]

+ Áp suất hơi bão hoà của không khí tra bảng [I.250] [5, tr 312]

Áp dụng công thức nội suy ta có:

ở t0 = 19,10C, suy ra Pbh = 0,0225(at) = 17,1 (mmHg) + Hàm ẩm của không khí được xác định theo công thức:

)(

622,0

0

0 0

bh

bh P P

P x

1,1781,0622

P: Áp suất chung, [at]

Pbh: Áp suất bão hòa của không khí ẩm, [mmHg]

+ Hàm nhiệt của không khí ẩm trước khi qua calorife:

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 [6, tr 166]

x1 = xo = 0,0178 (kg/kgkkk)

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

suy ra Pbh1 = 0,393(at) = 289,09 mmHg; [I.250] [5, tr 312]

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

09,289)0178,0622,0(

7600178,0)

622,0

1

+



=

+



=

bh P x

P x



+ Hàm nhiệt của không khí sau khi qua calorife:

I1 = Ckto + (2493 + 1,97× t1)×x1 [6, tr156], với Ck = 1(kJ/kg.K)

I1 = 1x75 + (2493 + 1,97×75)×0,0178 = 122,00 (kJ/ kg kkk)

Bảng 5 2 Thông số của không khí qua Calorife

Phương pháp xác định nhiệt độ điểm sương

q = l × ( I2 – I0 ) – Δ [ 6, Tr 168 ]

Δ: là nhiệt lượng bổ sung thực tế chính bằng nhiệt lượng bổ sung chung

trừ cho nhiệt lượng tổn thất chung

Trong sấy lý thuyết coi các đại lượng nhiệt bổ sung và nhiệt tổn thất đều

bằng không nghĩa là Δ= 0 Như vậy: q = l × (I2-I0)

3900,12297

,1

2 2

+

−

=

+

−

=

t

t I

Tại nhiệt độ điểm sương φ =1 nên:

)(048,0)(

18,37032,0622,0

760032,0622

=

Dựa vào Pbhs áp dụng công thức nội suy ta có ts = 31,840C

Chênh lệch nhiệt độ ∆t = t2 -ts = 39– 31,84 = 7,16 0C ( t2 > ts)

Vậy : t2=390c thõa mãn điều kiện

5.1.1.4 Thông số của không khí sau sấy

Ta chọn nhiệt độ của tác nhân sau khi sấy là: t2 = 390C

Tra bảng, theo công thức nội suy ta có: Pbh2 = 0.0545(at) = 40.09mmHg

Suy ra: x2 = 0,032

3997,12493

3900,12297

,1

2

+

−

=

+

−

t

t I

(kg ẩm/kg kkk)

%7,92927,009.40)032,0622,0(

760032,0

+



=

Vậy chọn t2 = 390C là hoàn toàn hợp lý

Bảng 5.3 Thông số của không khí sau khi sấy

Nhiệt độ ra t2 39 0C

Áp suất ra p2 0,0545 at

Hàm nhiệt I2 122,00 (kJ/kgkkk) Hàm ẩm x2 0,032 (kg/kgkkk)

Độ ẩm φ2 0,927 92,7 %

5.2 Tính toán cho quá trình sấy lý thuyết

5.2.1 Lượng không khí khô tiêu hao riêng để làm bay hơi 1kg ẩm

l = 70 , 42

0178 , 0 032 , 0

1 1

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

G1: Lượng nguyên liệu trước khi vào máy sấy

: G1 = 722,799 (kg/h)

U =

2

2 1 1

100 w

w w G G

12 40 799 ,

−

−

w1: độ ẩm ban đầu của cà phê là: 40%

w2: độ ẩm của cà phê sau sấy là: 12%

Vậy L = 70,42 × 229,98 = 16195,77 (kgkkk/h)

5.2.2 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy

5.2.2.1 Lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm

0 2

0 2

x x

I I q

−

−

= ( kJ/kg ẩm) [6, tr 170]

Trong đó: - Io, I1: là hàm nhiệt của không khí trước và sau khi qua calorife

- xo, x2: là hàm ẩm của không khí trước và sau khi sấy