Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 4 tạ sản phẩm giờ và sản xuất cà phê rang xay với năng suất 2 tạ nguyên liệu giờ

TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 4 tạ sản phẩm/ giờ và sản xuất cà phê rang xay với năng suất 2 tạ nguyên liệu/ giờ.. Lớp 15H2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 4 tạ sản phẩm/ giờ và sản xuất cà phê rang xay với năng suất 2 tạ nguyên liệu/ giờ Sinh viên thực hiện: Đặng Thị Ngọc Mai

Số thẻ SV: 107150092 Lớp 15H2A

Yêu cầu trong đồ án này là thiết kế nhà máy sản xuất cà phê, gồm 2 sản phẩm đó là:

Cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 4 tạ sản phẩm/giờ và cà phê rang xay với năng suất 2 tạ nguyên liệu/ giờ, bao gồm 1 bản thuyết minh và 5 bản vẽ

Về phần thuyết minh gồm 9 chương về những nội dung sau: Lập luận kinh tế kĩ thuật nhằm chọn địa điểm xây dựng nhà máy phù hợp, tổng quan chung về mặt hàng cần sản xuất, chọn và thuyết minh quy trình công nghệ, tính lượng nguyên liệu của mỗi công đoạn thông qua việc tính cân bằng vật chất để chọn thiết bị sản xuất phù hợp Sau cùng

là tính xây dựng tổ chức nhà máy, phương pháp kiểm tra chất lượng, đảm bảo an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp

Về phần bản vẽ gồm có 5 bản vẽ được thể hiện trên cỡ giấy A0 gồm:

- Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ: thể hiện các công đoạn trong phân xưởng sản xuất chính

- Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính: thể hiện được cách bố trí, khoảng cách giữa các thiết bị trong nhà máy như thế nào

- Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất chính: thể hiện được hình dạng của gần hết thiết

bị trong phân xưởng theo mặt cắt đứng, kết cấu tường, kết cấu mái nhà

- Bản vẽ đường ống hơi nước: giúp cụ thể hóa cách bố trí các đường ống trong phân xưởng, bao gồm đường ống dẫn hơi, nước, nước ngưng và nước thải

- Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy: thể hiện được cách bố trí và xếp đặt phân xưởng sản xuất và các công trình phụ trong nhà máy

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

Họ và tên sinh viên: Đặng Thị Ngọc Mai Số thẻ sinh viên: 107150092

Lớp: 15H2A Khoa: Hóa Ngành: Công nghệ thực phẩm

1 Tên đề tài đồ án:

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CÀ PHÊ Gồm 2 mặt hàng:

- Cà phê nhân theo phương pháp khô năng suất 4 tạ sản phẩm/ giờ

- Cà phê rang xay năng suất 2 tạ 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:

- Dây chyền sản suất cà phê nhân theo phương pháp khô - Năng suất: 4 tạ sản phẩm/

giờ

- Cà phê rang xay - Năng suất: 2 tạ nguyên liệu/ giờ

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Chương 7: Tính xây dựng và quy hoạch tổng mặt bằng

- Chương 8: Kiểm tra sản xuất – Kiểm tra chất lượng

- Chương 9: An toàn lao động – Vệ sinh công nghiệp – Phòng chống cháy nổ

- Kết luận

- Tài liệu tham khảo

5 Các bản vẽ và đồ thị:

- Bản vẽ số 1: Sơ đồ kỹ thuật quy trình công nghệ (A0)

- Bản vẽ số 2: Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (A0)

- Bản vẽ số 3: Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất chính (A0)

- Bản vẽ số 5: Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy (A0)

6 Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Đặng Minh Nhật

6 Ngày giao đề tài: 27/08/2019

7 Ngày hoàn thành: 09/12/2019

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Trong suốt gần 5 năm học tập tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, dưới sự dạy dỗ ân cần và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong trường, đặc biệt là quý thầy cô giáo trong khoa Hóa, tôi xin chân thành cảm ơn đến:

- Toàn thể giáo viên trong trường Đại học Bách Khoa đã dạy dỗ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

- Toàn thể thầy giáo, cô giáo trong khoa Hóa đã truyền đạt, cung cấp cho tôi thêm nhiều kiến thức rất bổ ích, và giá trị để phục vụ những mục đích sau này

- Gia đình và bạn bè đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian ngồi trên giảng đường Đại học

- Đặc biệt, tôi xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo Đặng Minh Nhật Thầy đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong thời gian qua để tôi có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình

Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn các thầy cô trong hội đồng bảo vệ tốt nghiệp đã dành thời gian của mình để đọc và cho nhận xét về đồ án của tôi

Xin chân thành cảm ơn

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài này do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Đặng Minh Nhật, tài liệu trong bài chính xác và được trích dẫn rõ ràng, nội dung được trình bày theo đúng quy định đề ra

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những cam đoan trên

Đà Nẵng, ngày…… tháng……năm 2019

Sinh viên thực hiện

Đặng Thị Ngọc Mai

MỤC LỤC

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ x

Trang LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 3

1.1 Đặt vấn đề 3

1.2 Tính khả thi 3

1.3 Vị trí xây dựng 3

1.4 Địa điểm xây dựng 4

1.5 Nguồn nguyên liệu 4

1.6 Đường giao thông 4

1.7 Thị trường tiêu thụ sản phẩm 5

1.8 Năng suất 5

1.9 Nguồn cung cấp năng lượng 5

1.10 Nguồn nhân lực 5

1.11 Hợp tác hóa, liên hợp hóa 6

1.12 Xử lý chất thải 6

Chương 2: TỔNG QUAN 7

2.1 Tổng quan về nguyên liệu 7

2.1.1 Nguồn gốc cây cà phê 7

2.1.2 Nguồn gốc cây cà phê ở Việt Nam 7

2.1.3 Đặc tính thực vật của cà phê 8

2.1.4 Thành phần hóa học của quả cà phê 12

2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê 16

2.2 Tổng quan về sản phẩm 17

2.2.1 Tác dụng của cà phê 17

2.2.2 Tình hình tiêu thụ cà phê trong nước 18

2.2.3 Các dạng sản phẩm cà phê 19

2.2.4 Các chỉ tiêu chất lượng cà phê nhân 19

2.2.5 Các chỉ tiêu chất lượng cà phê rang xay 22

Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 24

3.1 Chọn phương pháp sản xuất 24

3.1.1 Phương pháp chế biến ướt 24

3.1.2 Phương pháp chế biến mật ong 24

3.1.2 Phương pháp chế biến khô 24

3.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cà phê theo phương pháp khô 26

3.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 26

3.3 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 27

3.3.1 Nguyên liệu (cà phê quả tươi) 27

3.3.2 Thu nhận và bảo quản nguyên liệu 27

3.3.3 Làm sạch, tách tạp chất 28

3.3.4 Sấy cà phê 28

3.3.5 Xay xát khô 29

3.3.6 Đánh bóng 29

3.3.7 Phân loại theo kích thước 30

3.3.8 Phân loại theo trọng lượng 30

3.3.9 Phân loại theo màu sắc 31

3.3.10 Phối trộn, cân và đóng bao 31

3.3.11 Bảo quản cà phê nhân 32

3.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cà phê rang xay 33

3.4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ [22] 33

3.5 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 33

3.5.1 Nguyên liệu 33

3.5.2 Xử lý và làm sạch 33

3.5.3 Rang 34

3.5.4 Làm nguội 35

3.5.5 Phối trộn 35

3.5.6 Nghiền cà phê rang 35

3.5.7 Phân loại 36

3.5.8 Bao gói, bảo quản cà phê bột 36

Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 37

4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy 37

4.1.1 Bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy 37

4.1.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy 37

4.2 Cân bằng nguyên liệu cho sản xuất cà phê nhân 37

4.2.1 Tính lượng nguyên liệu ban đầu 37

4.3 Cân bằng nguyên liệu cho cà phê rang xay 45

4.3.1 Nguyên liệu 45

4.3.2 Xử lý, làm sạch nguyên liệu 45

4.3.3 Rang cà phê nhân 45

4.3.4 Làm nguội cà phê rang 46

4.3.5 Phối trộn 46

4.3.6 Xay cà phê 46

4.3.7 Cà phê bột 46

4.3.8 Sàng phân loại 46

4.3.9 Đóng gói 46

4.3.10 Thành phẩm 46

Chương 5: TÍNH NHIỆT 48

5.1 Cở sở của quá trình sấy 48

5.2 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết 48

5.2.1 Trạng thái của không khí ban đầu với điều kiện thời tiết ở Đắk Lắk 49

5.2.2 Các thông số của không khí khi đi qua caloriphe (trước khi đi vào máy sấy) 50

5.2.3 Thông số của không khí sau quá trình sấy 50

5.2.4 Lượng không khí khô tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm 51

5.2.5 Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy 51

5.2.6 Lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm 51

5.2.7 Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy 52

5.3 Xây dựng quá trình sấy thực tế 52

5.3.1 Lượng nhiệt bổ sung thực tế 52

5.3.2 Xác định các thông số của tác nhân sấy sau khi sấy thực 53

5.3.3 Lượng tác nhân sấy thực tế 53

5.3.4 Nhiệt lượng đầu vào của quá trình sấy thực tế 54

5.3.5 Nhiệt lượng đầu ra của quá trình sấy thực tế 54

5.3.6 Sai số 55

5.3.7 Nhiên liệu sử dụng 55

Chương 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 56

6.1 Thiết kế thiết bị sấy thùng quay 56

6.1.1 Cấu tạo 56

6.1.2 Nguyên tắc hoạt động 57

6.1.3 Tính toán các thông số kỹ thuật 57

6.1.4 Chọn các thiết bị đi kèm với máy sấy 59

6.2 Thiết bị tách tạp chất 74

6.3 Thiết bị xát vỏ quả 75

6.4 Thiết bị đánh bóng 75

6.5 Thiết bị phân loại theo kích thước 76

6.6 Thiết bị phân loại theo trọng lượng 77

6.7 Thiết bị phân loại theo màu sắc 78

6.8 Thiết bị phối trộn 79

6.9 Chọn hệ thống cân, đóng bao 80

6.10 Hệ thống sấy tĩnh 80

6.10.1 Giới thiệu chung 80

6.10.2 Cấu tạo 81

6.10.3 Đặc tính kỹ thuật 81

6.11 Chọn thiết bị vận chuyển 82

6.11.1 Băng tải vấu 82

6.11.2 Gàu tải 83

6.11.3 Băng tải may bao 84

6.12 Chọn xilo chứa nguyên liệu 84

6.13 Thùng chứa cà phê sau khi tách tạp chất 87

6.14 Hố chứa cà phê 87

6.14.1 Hố chứa cà phê nguyên liệu 87

6.14.2 Hố chứa cà phê sau khi sấy sơ bộ 88

6.14.3 Hố chứa nguyên liệu sau khi sấy 88

6.15 Tổng hợp thiết bị cho dây chuyền sản xuất cà phê nhân 88

6.16 Xilo chứa nguyên liệu trước khi rang 89

6.17 Thiết bị rang 90

6.18 Thiết bị làm nguội 91

6.19 Máy phối trộn 92

6.20 Máy xay cà phê 93

6.21 Thiết bị đóng gói 94

Chương 7: TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG CỦA NHÀ MÁY 96

7.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức của nhà máy 96

7.2 Tổ chức lao động của nhà máy 96

7.2.1 Chế độ làm việc 96

7.2.2 Nhân lực 97

7.3 Tính xây dựng 99

7.3.1 Cách bố trí mặt bằng 99

7.3.2 Tính xây dựng 99

Chương 8: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG 108

8.1 Kiểm tra sản xuất 108

8.1.1 Mục đích 108

8.1.2 Yêu cầu việc kiểm tra sản xuất 108

8.1.3 Tiến hành kiểm tra sản xuất 108

8.2 Các phương pháp kiểm tra cà phê thành phẩm 109

8.2.1 Đánh giá phẩm chất cà phê bằng phương pháp cảm quan 109

8.2.2 Chuẩn bị mẫu để phân tích kiểm nghiệm 110

Chương 9: AN TOÀN LAO ĐỘNG – VỆ SINH CÔNG NGHIỆP – PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 113

9.1 An toàn lao động 113

9.1.1 Những nguyên nhân gây tai nạn 113

9.1.2 Những biện pháp hạn chế và yêu cầu cụ thể về an toàn 113

9.2 Vệ sinh công nghiệp 114

9.2.1 Cấp thoát nước 115

9.2.2 Nhà cửa và thiết bị 115

9.2.3 Không khí và ánh sáng 115

9.2.4 Vệ sinh thiết bị 115

9.2.5 Vệ sinh công nhân 115

9.2.6 Xử lý phế liệu 115

9.3 Phòng chống cháy nổ 115

KẾT LUẬN 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

BẢNG 2.1 Tỷ lệ các thành phần của quả cà phê 12

BẢNG 2.2 Thành phần hóa học của vỏ quả ( tính theo % trong 1 g) 13

BẢNG 2.3 Thành phần hóa học của thịt quả 13

BẢNG 2.4 Thành phần hóa học của vỏ trấu (%) 14

BẢNG 2.5 Thành phần hóa học của nhân cà phê 14

BẢNG 2.6 Các cấu tử thơm có trong nhân cà phê 15

BẢNG 2.7 Thành phần khối lượng của quả cà phê 16

BẢNG 2.8 Tỷ lệ lẫn cà phê khác loại cho phép trong các hạng cà phê 20

BẢNG 2.9 Tổng trị số lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê 20

BẢNG 2.10 Tỷ lệ khối tượng đối với từng hạng cà phê trên sàng lỗ tròn 21

BẢNG 2.11 Tỷ lệ khối lượng hạt lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê (Robusta) 21

BẢNG 2.12 Tỷ lệ khối lượng hạt lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê (arabica) 21

BẢNG 2.13 Tỷ lệ lỗi khống chế cho một số loại khuyết tật 22

BẢNG 2.14 Yêu cầu cảm quan 22

BẢNG 2.15 Yêu cầu lý hóa 23

BẢNG 4.1 Bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy 37

BẢNG 4.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy 37

BẢNG 4.3 Tỷ lệ hao hụt nguyên liệu qua các công đoạn 38

BẢNG 4.4 Tổng kết lượng nguyên liệu vào, ra qua các công đoạn và tỷ lệ hao hụt 43

BẢNG 4.5 Tỷ lệ hao hụt qua các công đoạn 45

BẢNG 4.6 Tỷ lệ hao hụt và lượng nguyên liệu vào qua các công đoạn chế biến 46

BẢNG 5.1 Các thông số của trạng thái không khí 51

BẢNG 6.1 Quan hệ giữa hệ số M so với đường kính hạt d (mm) 58

BẢNG 6.2 Kích thước của mỗi cyclon 61

BẢNG 6.3 Bảng tổng kết thông số trạng thái khí 63

BẢNG 6.4 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị 74

BẢNG 6.5 Thông số kỹ thuật của máy MX-1 75

BẢNG 6.6 Thông số kỹ thuật của máy đánh bóng ướt 76

BẢNG 6.7 Thông số kỹ thuật của thiết bị phân loại theo kích thước 76

BẢNG 6.8 Đặc tính kỹ thuật của máy phân loại theo trọng lượng 78

BẢNG 6.9 Thông số kĩ thuật 78

BẢNG 6.10 Thông số kỹ thuật thiết bị phối trộn kiểu chữ V 80

BẢNG 6.11 Thông số kỹ thuật của hệ thống cân đóng bao PM10 80

BẢNG 6.12 Bảng băng tải sử dụng trong nhà máy 82

BẢNG 6.13 Bảng gàu tải sử dụng trong nhà máy 83

BẢNG 6.14 Kích thước các xi lô 86

BẢNG 6.15 Bảng tổng hợp thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất cà phê khô 88

BẢNG 6.16 Đặc tính kỹ thuật 91

BẢNG 6.17 Đặc tính kỹ thuật 92

BẢNG 6.18 Đặc tính kỹ thuật 93

BẢNG 6.19 Đặc tính kỹ thuật 94

BẢNG 6.20 Các thiết bị chính trong quá trình sản xuất cà phê rang xay 95

BẢNG 6.21 Bảng gàu tải sử dụng trong nhà máy đối với cà phê rang xay 95

BẢNG 7.1 Lực lượng lao động gián tiếp trong nhà máy 97

BẢNG 7.2 Lực lượng lao động trực tiếp tại dây chuyền sản xuất cà phê nhân 97

BẢNG 7.3 Lực lượng lao động ở các bộ phận phụ trợ 98

BẢNG 7.4 Lực lượng lao động tại dây chuyền sản xuất cà phê rang xay 98

BẢNG 7.5 Tổng kết về xây dựng 105

HÌNH 2.1 Cây cà phê chè 9

HÌNH 2.2 Quả cà phê chè 9

HÌNH 2.3 Hạt cà phê chè 9

HÌNH 2.4 Hạt cà phê vối 10

HÌNH 2.5 Quả cà phê vối 10

HÌNH 2.6 Cây cà phê mít 10

HÌNH 2.7 Nhân cà phê mít 10

HÌNH 2.8 Hình ảnh trực quan về cây cà phê vối và cà phê mít 11

HÌNH 2.9 Hình ảnh trực quan về hạt cà phê chè và cà phê vối 11

HÌNH 2.10 Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê 12

HÌNH 6.1 Cấu tạo của thiết bị sấy thùng quay 56

HÌNH 6.2 Cyclon đơn ЦH.15 61

HÌNH 6.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy 62

HÌNH 6.4 Thiết bị tách tạp chất MTC – 8 74

HÌNH 6.5 Máy xát khô MX – 1 75

HÌNH 6.6 Máy đánh bóng ướt 76

HÌNH 6.7 Máy phân loại theo kích thước KT – 1 77

HÌNH 6.8 Máy phân loại theo trọng lượng Catador C – 1 78

HÌNH 6.9 Máy phân loại theo màu sắc A2 79

HÌNH 6.10 Máy phối trộn cà phê TMZ - JL2000 79

HÌNH 6.11 Thiết bị cân đóng bao PM15 80

HÌNH 6.12 Hệ thống máy sấy tĩnh 81

HÌNH 6.13 Băng tải vấu BTV – 250 82

HÌNH 6.14 Gàu tải GT – 150 83

HÌNH 6.15 Băng tải may bao BTS 84

HÌNH 6.16 Xi lô chứa cà phê 84

HÌNH 6.17 Xi lô chứa cà phê 89

HÌNH 6.18 Thiết bị rang cà phê 91

HÌNH 6.19 Thiết bị làm nguội băng tải 91

HÌNH 6.20 Máy phối trộn 93

HÌNH 6.21 Máy xay cà phê 93

HÌNH 6.22 Mặt bằng của máy xay cà phê 94

HÌNH 6.23 Thiết bị đóng gói cà phê bột 95

HÌNH 7.1 Sơ đồ bộ máy quản lý 96

LỜI MỞ ĐẦU

Có một câu chuyện kể lại rằng: Vào năm 1671, nhà tu hành phái Maronit người Xyri đã ghi lại huyền thoại về sự phát hiện ra cây cà phê qua động thái lạ lùng của một bầy gia súc Những người chăn bò ở Kaffa thuộc Abessius than phiền với các nhà tu hành rằng bầy gia súc của họ suốt đêm tỉnh như sáo, hầu như chúng không cần ngủ Các nhà tu hành đã tìm thấy ở khu vực chăn thả những bụi cây màu xanh thẫm, có quả màu xanh, vàng và đỏ Bầy gia súc đã ăn những quả ở bụi này, các nhà tu hành đã hãm nước từ loại quả đó và uống thử, quả nhiên họ cũng rất bất ngờ vì họ truyện trò thâu đêm mà không hề buồn ngủ

Trên thế giới cây cà phê được trồng ở các nước: Ấn Độ, Malaysia, Indonesia, Barazin, Ethiopia với nhiều giống cà phê khác nhau như: Cà phê Arabica (cà phê chè), Cà phê Robuta (cà phê vối), Cà phê Excelsa (cà phê mít)

Đầu năm 2019, Việt Nam đứng thứ 2 trên thế giới về sản lượng xuất khẩu và nằm trong TOP tiêu thụ cà phê hàng đầu Thế giới Các vùng trồng cà phê chủ yếu ở Việt Nam như Bắc Bộ (Lai Châu, Sơn La, Tuyên Quang), Trung Bộ (Nghệ An, Quảng Trị ), Nam Bộ (Đồng Nai, Bà Rịa -Vũng Tàu), Tây Nguyên (Gia Lai, Kontum, Buôn

Ma Thuột, Lâm Đồng) Tây Nguyên là vùng chuyên canh có qui mô lớn về sản xuất cà phê của Việt Nam, sản lượng cà phê nhân của vùng Tây Nguyên chiếm khoảng 70% sản lượng của Việt Nam, bởi khí hậu ở cao nguyên và miền núi kết hợp với đặc điểm thổ nhưỡng đất đỏ bazan là vùng đất rất phù hợp cho loại cây này phát triển [17]

Cà phê ngày nay là một trong những thức uống phổ biến trên toàn Thế giới Có thể nói, cà phê được con người thưởng thức xem đó như thức uống không thể thiếu hằng ngày và phù hợp với nhiều lứa tuổi, bởi lẽ một tách cà phê ngon thì có đầy đủ hương vị đặc biệt khiến cho người ta thích thú một cách khó tả Trong hạt cà phê có hoạt chất chính là caffein, hoạt chất này gây kích thích hệ thần kinh, tăng cường sự hoạt động của các bộ máy khác trong cơ thể như trợ tim, tăng cường quá trình tuần hoàn của máu, tăng cường phản ứng của bắp thịt làm cho cơ khỏe và bền hơn cho nên

cà phê ngày càng khẳng định được vai trò của mình Hơn nữa, hoạt chất này có tác dụng như giảm đau đầu, khử mùi, tạo màu, giảm nguy cơ mắc các bệnh ung thư do có chứa các chất chống oxi hóa, tẩy tế bào chết cho da… Tuy nhiên, nếu uống nhiều quá thì sẽ làm cho hệ thần kinh quá kích thích bị rối loạn sau đó có thể dẫn đến suy nhược

vì caffein cũng là một hoạt chất độc

Cùng với việc phát triển trồng cà phê, thì kỹ thuật chế biến cũng đòi hỏi ngày càng cao Khâu chế biến có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của cà phê và tác động

mạnh đến sản xuất cà phê Hiện nay, chúng ta có nhiều cơ sở chế biến cà phê nhân sống xuất khẩu và chế biến cà phê bột, cà phê hòa tan nhưng qui mô còn nhỏ, rải rác, chưa tập trung Nhưng với kế hoạch phát triển cà phê trong những năm tới, công tác chế biến nhất định sẽ đạt được những đỉnh cao của kỹ thuật chế biến hiện đại trên thế giới Do mặt hàng xuất khẩu là cà phê nhân của Việt Nam còn kém chất lượng, bị ép giá làm giảm một phần thu nhập Hơn nữa, do cà phê nhân kém chất lượng nên các sản phẩm của quá trình chế biến tiếp theo từ cà phê có chất lượng cũng không cao Cho nên việc xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê có quy mô lớn là rất cần thiết Do đó,

em đã được giao đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân theo phương pháp khô với năng suất 4 tạ sản phẩm/ h, và cà phê rang xay với năng suất 2 tạ nguyên liệu/ h

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Đặt vấn đề

Việt Nam tuy là nước xuất khẩu cà phê đứng thứ 2 trên thế giới nhưng cà phê nhân của Việt Nam còn kém chất lượng và bị ép giá trên thị trường thế giới nên vấn đề thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân cho có hiệu quả kinh tế, chất lượng sản phẩm tốt, ổn định và có khả năng đứng vững trên thị trường là việc hết sức quan trọng Vì thế ta cần phải cân nhắc để lựa chọn công nghệ, trang thiết bị và địa điểm xây dựng

Để xây dựng một nhà máy sản xuất cà phê nhân cần chú ý các vấn đề sau: + Tính khả thi

+ Vị trí xây dựng

+ Địa điểm xây dựng

+ Năng suất

+ Đường giao thông

+ Nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm

+ Nguồn cung cấp năng lượng: điện, nước, nhiên liệu

+ Nguồn nhân lực

+ Hợp tác hóa, liên hợp hóa

+ Xử lý chất thải

1.2 Tính khả thi

Việt Nam đang trên đường công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước cùng với

sự phát triển vượt bậc của nhiều ngành kinh tế, đời sống tinh thần và vật chất của người Việt Nam nói riêng và của cả thế giới nói chung ngày càng nâng cao và nhu cầu thưởng thức các sản phẩm được chế biến từ cà phê tăng lên Bên cạnh đó, Việt Nam có thị trường xuất khẩu cà phê rộng lớn Đặc biệt, Việt Nam còn có mặt thuận lợi là nguồn nguyên liệu rất dồi dào Đây là những điều kiện giúp cho việc thiết kế xây dựng một nhà máy chế biến cà phê hoàn toàn khả thi

1.3 Vị trí xây dựng

Việc chọn địa điểm để xây dựng phân xưởng đóng vai trò quan trọng Nhà máy phải đặt ở địa điểm sao cho vừa đảm bảo hoạt động tốt trong thời gian sản xuất đồng thời đáp ứng các yêu cầu công nghệ trang thiết bị của phương pháp mà ta lựa chọn để chế biến Muốn vậy nhà máy được xây dựng cần phải thoả mãn các điều kiện sau: gần nguồn nguyên liệu, gần sông hồ để tận dụng nguồn nước, gần mạng lưới điện quốc gia, các điều kiện khí hậu: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió thích hợp, nguồn lao động dồi dào…

Đắk Lắk là tỉnh có diện tích trồng cà phê lớn nhất Việt Nam, đồng thời có vị trí địa lý thuận lợi cho việc sản xuất cà phê Phía bắc giáp tỉnh Gia Lai, phía nam giáp tỉnh Lâm Đồng và tỉnh Đăk Nông, phía đông giáp tỉnh Phú Yên và Khánh Hoà, phía tây giáp vương quốc Campuchia Có quốc lộ 14, 26, 27 rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm

1.4 Địa điểm xây dựng

Căn cứ vào những điều kiện đã nêu trên, tôi quyết định chọn tỉnh Đắk Lắk là địa điểm xây dựng mà cụ thể là gần nông trường cà phê Cưpul huyện KRôngPach, nằm gần quốc lộ 14, quốc lộ 26, quốc lộ 27, cách trung tâm thành phố 20 km về phía Đông [11]

Đắk Lắk có khí hậu nhiệt đới gió mùa, trong năm chia làm 2 mùa: Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau

Các thông số về điều kiện thời tiết tại Đắk Lắk:

Nhiệt độ trung bình hằng năm: 23,3 0C

Nhiệt độ mùa hè: 36,0 0C

Độ ẩm mùa hè: 82%

Độ ẩm mùa đông: 80%

Hướng gió chính: Đông Bắc

1.5 Nguồn nguyên liệu

Diện tích trồng cà phê toàn tỉnh Đắk Lắk niên vụ 2017 – 2018 là 203.746 ha, chiếm gần 41% diện tích cà phê của Tây Nguyên và 30% diện tích cà phê của cả nước Tổng sản lượng ước tính đạt 450.000 tấn cà phê nhân trở lên, tăng gần 12.000 tấn so với niên vụ trước [12]

Đắk Lắk là một tỉnh có diện tích và sản lượng cà phê lớn nhất Việt Nam với nhiều huyện trồng cà phê như: MaD’rak, Krôngbông, Krông Nô, CưJut, Dakmin, CưM’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: Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum, Đồng Nai… do vậy việc chọn địa điểm đặt nhà tại tỉnh Đắk Lắk là hoàn toàn hợp lý, vừa giảm được chi phí vận chuyển vừa đảm bảo chất lượng của nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất

1.6 Đường giao thông

Nhà máy ở nông trường Cưpul rất thuận tiện cho việc thu mua nguyên liệu cũng như vận chuyển sản phẩm

+ Đường bộ: Nhà máy nằm sát quốc lộ 14, gần quốc lộ 13, 19 cho nên thuận lợi cho việc nhập nguyên liệu và phân phối sản phẩm

+ Đường thủy: Nhà máy cách cảng Nha Trang khoảng không xa 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

1.7 Thị trường tiêu thụ sản phẩm

Mặc dù nhà máy đặt tại Tây Nguyên có nhiều đồi núi cao, đèo dốc việc đi lại có phần khó khăn nhưng lại có một vị trí đặc biệt thuận lợi là gần các đường quốc lộ Hơn nữa cà phê được trồng ở vùng đất đỏ bazan luôn mang một hương vị đặc biệt hấp dẫn lôi cuốn mọi người, được thị trường trong nước cũng như ngoài nước ưa chuộng

1.8 Năng suất

Nhu cầu uồng cà phê của người dân ngày càng tăng Để đáp ứng lượng cà phê tiêu thụ trong nước và xuất khẩu, cần phải xây dựng nhà máy chế biến cà phê đảm bảo chất lượng đồng thời phù hợp với sản lượng cà phê của địa phương Hơn nữa, có nhiều thương gia ngoài nước xem thị trường Việt Nam là điểm đầu tư lí tưởng, đặc biệt là đầu tư vào mặt hàng cà phê Điều này dẫn đến con đường mua bán và trao đổi hàng hóa phát triển

1.9 Nguồn cung cấp năng lượng

- Điện: Nhà máy sử dụng nguồn điện trên mạng lưới quốc gia đường dây 500

kV đã được hạ thế xuống 220/ 380 V Để đảm bảo sự hoạt động của nhà máy được liên tục, nhà máy đã chuẩn bị một máy phát điện dự phòng

- Nước: Nguồn nước của nhà máy được bơm từ giếng khoan sau đó được qua

hệ thống xử lý và đưa vào sản xuất

- Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy bao gồm: Dầu, xăng dùng cho xe ô tô của nhà máy

1.10 Nguồn nhân lực

Tại Đắk Lắk dân số toàn tỉnh đến ngày 01/04/2019 là 1.869.322 người, trong đó dân số nông thôn 1.407.309 người; chiếm 75,3% [13] Đắk Lắk là vùng đất mới có sức thu hút dân cư trong cả nước đến lập nghiệp, quần thể dân cư ở đây chưa ổn định và liên tục biến động, hiện tượng di dân tự do trong những năm qua

Tại Tây Nguyên lực lượng lao động tại chỗ rất dồi dào, ngoài lượng lao động tại các xã trong huyện còn có công nhân tại các huyện lân cận Vì vậy không cần lo nơi ăn chỗ cho công nhân của nhà máy Cán bộ quản lý, kỹ sư có thể tuyển tại các trường đại học như: Đại Học Tây Nguyên, Đại Học Bách Khoa…và nhân tài trong cả nước

1.11 Hợp tác hóa, liên hợp hóa

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đầu tư trang thiết bị, máy móc, phát triển nâng cấp, cải tiến kỹ thuật của nhà máy đồng thời tạo điều kiện cho việc sử dụng chung những công trình giao thông vận tải, cung cấp điện, nước… thì vấn đề hợp tác hoá giữa nhà máy sản xuất cà phê tại Đắk Lắk với các nhà máy tỉnh khác là thật sự cần thiết

Ngoài ra liên hợp hóa còn có tác dụng nâng cao hiệu quả kinh tế, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm, phế phẩm của nhà máy này là nguyên liệu cho các nhà máy khác

1.12 Xử lý chất thải

Trong các công đoạn để sản xuất cà phê ta sử dụng nguồn nước khá nhiều Do vậy lượng nước thải ra môi trường khá lớn Đối với nước thải dùng cho quá trình sản xuất cần được xử lý và tái sử dụng, còn nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý trước khi thải ra môi trường Đối với chất thải rắn được xử lý bằng phương pháp vi sinh, vỏ cà phê là nguyên liệu để đốt làm nhiên liệu cho máy sấy sơ bộ, giảm chi phí nhiệt cho nhà máy

Chương 2: TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về nguyên liệu

2.1.1 Nguồn gốc cây cà phê

Cây cà phê chè đầu tiên mọc hoang dại ở cao nguyên Etiôpia (châu Phi) Sau đó được đạo quân xâm lược Etiôpia đưa sang A-rập từ thế kỷ 13 – 14 Năm 1575 được đem sang trồng ở Yêmen (thuộc A-rập) Thế kỷ 17 được đưa sang Ấn Độ, năm 1658 sang Xrilanca, và từ đó sang đảo Java (Indonexia) Hiện nay, cây cà phê chè được trồng tập trung chủ yếu ở Brazil, Côlômbia, Mêhicô và các nước Trung Phi

Năm 1889 đã tìm thấy cây cà phê vối mọc hoang dã ở nhiều vùng thuộc Công

Gô và mọc rải rác cả ở một số vùng khác thuộc Tây Phi gần xích đạo Cây cà phê vối không chịu được lạnh như cây cà phê chè và thường được trồng ở các vùng đồng bằng Đồn điền cà phê vối xuất hiện đầu tiên tại Java vào năm 1900 Hiện nay, cây cà phê vối được trồng nhiều ở các nước như Việt Nam, Indonesia, Bờ Biển Ngà, Uganda [2]

2.1.2 Nguồn gốc cây cà phê ở Việt Nam

Lần đầu tiên cà phê được đưa vào Việt Nam vào năm 1875, 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 khi chiếm nước ta thực dân Pháp thành lập các đồn điền cà phê như Chinê, Xuân Mai, Sơn Tây Năm 1908, Pháp du nhập vào nước ta hai giống mới là cà phê vối (C robusta) và cà phê mít (C mitcharichia), 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 13.000 ha Năm 1925, lần đầu tiên được trồng ở Tây Nguyên, sau giải phóng diện tích cà phê cả nước khoảng 20.000 ha, nhờ sự hỗ trợ vốn từ quốc tế, cây cà phê dần được chú trọng, đến năm 1980 diện tích đạt 23.000 ha, xuất khẩu trên 6000 tấn

Năm 2000, Việt Nam có khoảng 520 nghìn ha cà phê, sản lượng đạt 800 nghìn tấn nếu so với năm 1980, diện tích cà phê của Việt Nam đã tăng gấp 23 lần và sản lượng tăng gấp 83 lần Mức sản lượng và diện tích vượt xa mọi kế hoạch trước đó và suy đoán của các chuyên gia trong nước và quốc tế

Cho đến nay sản lượng cà phê cả nước chiếm 8% sản lượng nông nghiệp, chiếm 25% giá trị xuất khẩu và là nước 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… [23]

2.1.3 Đặc tính thực vật của cà phê

Các loại cà phê đều thuộc giống Coffea, gồm gần 70 loại khác nhau, chỉ có 10 loại đáng chú ý về giá trị trồng trọt [1] Trên thế giới hiện nay người ta thường trồng 3 loại cà phê chính sau:

- Giống Arabica (cà phê chè)

- Giống Robusta (cà phê vối)

- Giống Chari (cà phê mít)

Hiện nay gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam được trồng cà phê vối, 10% trồng cà phê chè, khoảng 1% còn lại được trồng cà phê mít [14] 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

2.1.3.1 Cà phê Arabica (cà phê chè)

Có tên khoa học là Coffea arabica, thường được gọi là cà phê chè, đại diện cho

khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới 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 [1]

- Đặc tính

Cây cà phê Arabica ưa sống ở vùng núi cao Người ta thường trồng nó ở độ cao

từ 1000 – 1500 m [15] Cây có tán lớn, màu xanh đậm, lá hình oval hoặc hình trứng hoặc hình lưỡi mác Cây cà phê Arabica cao từ 3 – 5 m, trong điều kiện đất đai thuận lợi có thể cao hơn 7 m, độc thân hoặc nhiều thân Quả hình bầu dục, mỗi quả chứa hai hạt cà phê Khi quả chín có màu đỏ tươi, một số giống khi chín có màu vàng đường kính quả 10 – 15 mm Số lượng quả 800 – 1200 quả/ kg, thời gian nuôi quả từ 6 – 7

tháng [1]

Cà phê Arabica sau khi trồng khoảng 3 đến 4 năm thì có thể bắt đầu cho thu hoạch Thường thì cà phê 25 tuổi đã được coi là già, không thu hoạch được nữa Thực

tế nó vẫn có thể tiếp tục sống thêm khoảng 70 năm Cây cà phê Arabica ưa thích nhiệt

độ từ 16 – 25 0C, lượng mưa khoảng trên 1000 mm [15]

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 1 kg nhân cà phê sống Màu hạt xám xanh, xanh lục, xanh nhạt, tùy theo cách chế biến Lượng cafein có trong nhân khoảng

1 – 3% tùy theo giống Trong điều kiện thời tiết khí hậu ở miền Bắc, cà phê Arabica

chín rộ vào tháng 12 và tháng 1 Ở Tây Nguyên cà phê chín sớm hơn 2 – 3 tháng so

với miền Bắc, khi quả chín nếu bị mưa dễ nứt và rụng [1]

- Năng suất:

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 [4]

- Chủng loại:

+ Coffee arabica – L var mokka Cramer: Có năng suất thấp nhưng chất lượng rất cao + Coffee arabica – L.var caturra KMC: có khả năng chống chịu hạn tốt, có năng suất

cao nhưng chất lượng thấp

+ Coffee arabica – L var typica L: Có khả năng chống chịu hạn tốt, có năng suất cao

hơn nhưng chất lượng lại thấp hơn [2]

2.1.3.2 Cà phê Robusta (cà phê vối)

Tên khoa học: Coffea canephora hay Coffea robusta, thường được gọi là cà phê vối,

chiếm gần 39% các sản phẩm cà phê Nguồn gốc khu vực sông Công Gô miền núi

vùng thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi [1]

- Đặc tính

Cây cà phê Robusta cao từ 5 – 7 m, chiều cao của cây trưởng thành có thể lên tới 10 m Giống như cà phê chè, cây cà phê Robusta 3 – 4 tuổi có thể bắt đầu thu hoạch Cây cho hạt trong khoảng từ 20 đến 30 năm Đặc biệt loại cà phê Robusta không ra hoa kết quả tại các mắt cũ của cành cà phê Robusta ưa sống ở vùng nhiệt đới,

độ cao thích hợp để trồng cây là dưới 1000 m Nhiệt độ ưa thích của cây khoảng 24 –

29 0C, lượng mưa khoảng trên 1000 mm Cây cà phê Robusta cần nhiều ánh sáng mặt trời hơn so với cây cà phê Arabica

Quả hình trứng hoặc hình tròn, quả chín có màu đỏ thẫm, hạt nhỏ hơn hạt cà phê Arabica Vỏ quả cũng cứng và dai hơn cà phê Arabica

Hàm lượng caffein trong hạt cà phê Robusta khoảng 2 – 4%, trong khi ở cà phê chè chỉ khoảng 1 – 2% Cà phê Robusta chứa hàm lượng caffein cao hơn và có hương Hình 2.1 Cây cà phê chè [15] Hình 2.2 Quả cà phê chè [15] Hình 2.3 Hạt cà phê chè [15]

vị không tinh khiết bằng cà phê Arabica, do vậy mà được đánh giá thấp hơn Giá một bao cà phê Robusta thường chỉ bằng một nửa so với cà phê Arabica

Nhân hình hơi tròn, to ngang vỏ lụa màu ánh nâu bạc Màu sắc của nhân xám xanh, xanh bạc vàng mỡ gà… tùy thuộc chủng và phương pháp chế biến lượng cafein

có khoảng 1,5% Từ 5 – 6 kg quả sẽ thu được 1 kg 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 Cây cà phê Robusta có dạng cây gỗ hoặc cây bụi, quả cà phê có hình tròn… [14]

2.1.3.3 Cà phê Chari (cà phê mít)

Tên khoa học: Coffea chari, ở Việt Nam thường được gọi là cà phê mít Có

nguồn gốc ở xứ Ubangui Chari thuộc Biển Hồ gần sa mạc Xahara, loại này được du nhập vào Việt Nam năm 1905

Hình 2.4 Hạt cà phê vối [14] Hình 2.5 Quả cà phê vối [14]

Hình 2.7 Nhân cà phê mít [16]

Hình 2.6 Cây cà phê mít [16]

Ở Tây nguyên, Cà phê Chari thường nở hoa và thu hoạch muộn hơn các loài cà phê khác do đặc điểm là nở hoa nhờ nước mưa Do đặc tính chịu hạn và có sức chống chọi với sâu bệnh cao nên hiện cà phê Chari được dùng làm gốc ghép cho các loại cà phê khác rất được các nhà vườn ưa chuộng

Hạt cà phê Chari thường được trộn vào với cà phê Robusta, cà phê Arabica khi rang xay để tạo hương vị Cà phê Chari thường hợp với gu của người châu Âu, các loại

Hình 2.8 Hình ảnh trực quan về cây cà phê vối và cà phê mít [16]

Hình 2.9 Hình ảnh trực quan về hạt cà phê chè và cà phê vối [16]

cà phê hòa tan theo gu châu Âu thường có tỉ lệ cà phê Chari nhiều nên thường có vị chua đặc trưng [16]

- Năng suất:

Năng suất đạt 500 – 600 kg cà phê nhân/ ha Tỷ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với cà phê quả tươi khoảng 10 – 15% [4]

2.1.4 Thành phần hóa học của quả cà phê

2.1.4.1 Cấu tạo giải phẫu quả cà phê

Quả cà phê gồm có những phần sau: Lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt (vỏ nhớt), lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân [1]

Hình 2.10 Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê [1]

Lớp vỏ quả: Là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè mềm hơn

cà phê vối và cà phê mít

Lớp vỏ thịt: Nằm dưới lớp vỏ mỏng hay còn gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè mềm chứa nhiều chất ngọt, dễ xay xát hơn Vỏ thịt cà phê mít cứng và dày hơn

Lớp vỏ trấu: Bao bọc bên ngoài nhân là lớp vỏ cứng, nhiều chất sơ gọi là lớp vỏ trấu tức là nội bì Vỏ trấu của cà phê chè mỏng và dễ dập vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc

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

vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê

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]

Bảng 2.1 Tỷ lệ các thành phần của quả cà phê [1]

Vỏ thịt 20 – 23 21 – 22

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

2.1.4.2.1 Thành phần hóa học của vỏ quả

Vỏ quả cà phê khi chín có màu đỏ, chứa chất Antoxian và lượng vết của ancaloit, tanin, cafein, các loại enzym Trong vỏ quả có khoảng 21,5 – 30% chất khô [1]

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

Thành phần hóa học Cà phê Arabica (%) Cà phê Robusta (%)

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của thịt quả [1]

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

trong quá trình lên men Đặc tính của lớp này là không hòa tan trong nước, hút ẩm rất mạnh vì vậy trở ngại cho việc phơi sấy và bảo quản cà phê

2.1.4.2.4 Thành phần hóa học của lớp vỏ trấu

Thóc bao bọc quanh thân, có màu trắng ngà, cứng, nhiều chất xơ Vỏ trấu cà phê chè mỏng, dễ đập vỡ hơn vỏ trấu của cà phê mít và vối Thành phần chính của vỏ trấu là cellulose, ngoài ra còn có hemicellulose và đường

Bảng 2.4 Thành phần hóa học của vỏ trấu (%) [1]

Thành phần hóa học Cà phê chè Cà phê vối

2.1.4.2.5 Thành phần hóa học của lớp vỏ lụa

Bọc sát nhân, rất mỏng, mềm, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy thuộc mỗi loại cà phê.Vỏ lụa cà phê màu trắng bạc, 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 bám sát vào nhân

2.1.4.2.6 Thành phần hóa học của nhân

Ở trong cùng là thành phần chính của trái, mỗi trái thường có 2 nhân, khi một hay ba nhân Phía ngoài của nhân có những tế bào nhỏ và cứng, trong đó có chứa chất dầu Phía trong là những tế bào lớn và mềm hơn

Bảng 2.5 Thành phần hóa học của nhân cà phê [1]

Ngoài ra trong nhân cà phê có một lượng đáng kể vitamin, các chất bay hơi và cấu tử của mùi thơm Hiện nay, người ta đã tìm ra có tới 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm đặc biệt của cà phê Trong cà phê chủ yếu là vitamin nhóm B như B1, B2, B6, B12 và các loại axit hữu cơ là tiền các loại vitamin [1]

Bảng 2.6 Các cấu tử thơm có trong nhân cà phê [2]

Cấu tử Tỷ lệ (%) Khối lượng phân

Metylmercaptan 0,1 48 6

2.1.4.3 Thành phần khối lượng của quả cà phê

Thành phần khối lượng là tỷ số khối lượng của một thành phần nào đó so với toàn bộ khối lượng của quả Thành phần khối lượng phụ thuộc vào giống, mùa vụ, đất đai…

Bảng 2.7 Thành phần khối lượng của quả cà phê [2]

2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê

2.1.5.1 Ảnh hưởng của loại đất trồng cà phê

Ảnh hưởng rất lớn đến mùi vị và màu sắc của cà phê Nếu cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt, khỏe, sản lượng cao, phẩm chất cà phê tốt còn có một hương vị đậm

đà, mùi vị thơm ngon hơn các loại cà phê trồng trên các loại đất khác

2.1.5.2 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:

- Tủ gốc cây cà phê

- Đánh nhánh tạo hình cây

- Phân bón đúng kỳ và đúng số lượng cần thiết

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

- Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê

2.1.5.3 Ảnh hưởng của độ cao

Độ cao cũng ảnh hưởng đến chất lượng của cà phê Cà phê trồng ở trên cao thì

có hương vị đặc biệt và xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở vị trí thấp

2.1.5.4 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 Arabica, Robusta và Chari cũng do giống quyết định Ví dụ: nước pha

cà phê Arabica có hương vị thơm, dịu, nước pha cà phê Robusta ít thơm và hơi đắng chát nhưng đậm đà Ngay trong một loại thì các giống khác nhau thì cũng khác nhau

2.1.5.5 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 Cũng khá nhiều loại sâu bệnh nữa gây hại cho cà phê, cần phải

có biện pháp phòng ngừa

2.1.5.6 Ảnh hưởng của việc thu hái

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

2.1.5.7 Ảnh hưởng của quá trình bảo quản, vận chuyển

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

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

Độ ẩm của hạt cà phê bảo quản phải dưới 13% Độ ẩm của môi trường trong kho bảo quản quá cao hoặc quá thấp có thể làm cho chất lượng cà phê trong kho bảo quản

bị giảm rõ rệt chủ yếu được biểu hiện ở sự biến đổi màu của hạt cà phê, chất lượng nước uống

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

2.1.5.8 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%

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 ảnh hưởng đến chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm của cà phê

2.2 Tổng quan về sản phẩm

2.2.1 Tác dụng của cà phê

Trong cà phê chứa khoảng 0,8 – 2% chất cafein có những tác dụng như:

Kích thích hệ thần kinh trung ương, kích thích vỏ đại não làm cho tinh thần minh mẫ, gây hưng phấn, tăng cường sự tập trung trong các hoạt động về trí tuệ, làm

tăng tốc độ tư duy Kích thích cơ năng, làm tăng sức mạnh khiến người ta có thể nhảy cao hơn, xa hơn, chạy nhanh hơn Đó là lí do tại các Thế vận hội quốc tế có quy định giới hạn hàm lượng cafein trong máu các vận động viên khi thi đấu

Cafein còn kích thích sự đốt cháy chất béo chứ không phải chất đường trong bắp thịt để sinh năng lượng Các nghiên cứu khác chứng minh cafein làm giảm sự mệt mỏi

Cafein rất có ích trong việc chế ngự các phản ứng dị ứng của những người bị bệnh hen Vì nó tác dụng làm giảm sự giải phóng histamine vào trong máu, vốn là nguyên nhân gây dị ứng

Cafein đẩy nhanh tác dụng của các chất giảm đau bằng cách giúp cho chúng được hấp thụ nhanh chóng Nó cũng có tác dụng làm giảm đau cho cơ bắp của các vận động viên trong những bài tập nặng tốt hơn uống aspirin…

Tuy nhiên, cafein có thể làm người dùng như một thói quen khó bỏ giống như một chất gây nghiện nếu dùng liều lượng cao, nó gây nhức đầu, mất ngủ, run rẩy chân tay… Ngoài ra nếu dùng cafein lâu ngày còn gây táo bón và phụ nữ có thai có thể sinh con nhẹ cân, thậm chí sảy thai [2]

2.2.2 Tình hình tiêu thụ cà phê trong nước

Cà phê Việt Nam vẫn đang mở rộng mặc dù tốc độ tăng trưởng còn chậm Hiện

cà phê Việt đang trải qua những bước chuyển mình tích cực nhằm củng cố vị thế của Việt Nam trong vai trò là quốc gia xuất khẩu cà phê robusta lớn nhất thế giới trong vòng vài năm tới Các chương trình tái canh cây cà phê cùng với mục tiêu thúc đẩy ngành chế biến và cải thiện chất lượng sản phẩm cà phê xuất khẩu sẽ giúp tăng kim ngạch xuất khẩu cà phê trong trung hạn

BMI Research dự báo sản lượng cà phê niên vụ 2017 – 2018 sẽ phục hồi mạnh

mẽ, tăng khoảng 8,5% lên mức 28,6 triệu bao do thời tiết thuận lợi trong vài tháng trở lại đây Tuy nhiên, xuất khẩu cà phê niên vụ 2016 – 2017 được dự báo là sẽ giảm do sản lượng cà phê trong nước bị hụt và ngành rang, xay cà phê trong nước phát triển

Tổng Công ty Cà phê Việt Nam (Vinacafe) đang lên kế hoạch cho lần phát hành cổ phiếu ra công chúng lần đầu (IPO) vào năm 2018 do chính phủ đang rút dần

cổ phần tại công ty Tiêu thụ cà phê ở thị trường trong nước sẽ tăng do GDP và dân số tăng kéo theo chi tiêu cho thực phẩm, và các loại đồ uống như cà phê cũng sẽ nhiều hơn Quá trình đô thị hóa và sự phát triển nở rộ của các quán cà phê theo phong cách phương tây được dự báo sẽ góp phần không nhỏ vào xu hướng này Trong giai đoạn từ năm 2005 – 2015, lượng tiêu thụ cà phê của Việt Nam tăng trưởng đáng kinh ngạc từ 0,43 kg/ đầu người/ năm lên 1,38 kg/ đầu người /năm - mức tăng trưởng cao nhất trong

số các quốc gia xuất khẩu cà phê trên thế giới Con số này được dự báo sẽ tăng lên

mức 2,6 kg/ đầu người/ năm vào năm 2021 Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

kỳ vọng lượng tiêu thụ cà phê trong nước sẽ tăng 10 – 15%

+ 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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.2.4 Các chỉ tiêu chất lượng cà phê nhân

cà phê tiếp xúc trực tiếp với môi trường nên chế độ bảo quản và kiểm tra chất lượng cà

phê khắt khe hơn so với cà phê thóc

Cà phê nhân với độ ẩm cao (trên tiêu chuẩn cơ bản 12,5%) có thể bị giảm chất lượng vì vi khuẩn, nấm hoặc mốc, đặc biệt có thể gây ra hạt nhân “chết”, là trường hợp hạt nhân bị hư hại hoàn toàn Trong trường hợp hạt nhân bị hư hại một phần, các enzymatic hoạt động sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của cupping cà phê Dù trong trường hợp nào, cà phê thóc phải được làm khô ở mức độ ẩm dưới 12,5% ngay sau khi thu hoạch

Khi độ ẩm môi trường xung quanh khoảng 70%, hạt cà phê sẽ dần dần cân bằng tới 12,5% độ ẩm Vì vậy, cà phê thường được làm khô tới độ ẩm từ 9 – 12,5%, (± 0,35

%), là điều kiện mua và bán tiêu chuẩn cho các nhà mua nhân xuất khẩu, theo TCVN 6536:1999 (ISO 1447) [18]

* Ghi chú: A: Cà phê Arabica; R: Cà phê Robusta; C: Cà phê Chari

2.2.4.6 Tổng trị số lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê

Bảng 2.9 Tổng trị số lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê [24]

Hạng chất lượng Mức tối đa(trong 300 g mẫu)

2.2.4.7 Tỷ lệ khối lượng đối với từng hạng cà phê trên sàng lỗ tròn

Bảng 2.10 Tỷ lệ khối tượng đối với từng hạng cà phê trên sàng lỗ tròn [24]

(%)

Cà phê chè Cà phê vối

2.2.4.8 Tỷ lệ khối hạt lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê

Bảng 2.11 Tỷ lệ khối lượng hạt lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê (Robusta) [24]

R2 13b 12 0,1

2.2.4.9 Tỷ lệ khống chế cho một số loại khuyết tật

Bảng 2.13 Tỷ lệ lỗi khống chế cho một số loại khuyết tật [24]

0,1 0,1 0,1 0,1 0.1

R1 18a R1 18b R1 16c R1 16d R1 16e,

0,1 0,5 0,5 0,5 0,5

0,1 1,2 0,6 1,2 2,0

A2 14a

A2 13b

A2 13c

0,1 0,1 0,1

0,1 0,1 0,1

R2 13a R2 13b R2 13c

0,5 0,5 1,0

0,6 2,0 3,5

2.2.5 Các chỉ tiêu chất lượng cà phê rang xay

Theo TCVN 5251:2015 (ISO 3509:2015)

2.2.5.1 Yêu cầu cảm quan

Bảng 2.14 Yêu cầu cảm quan [19]

2 Mùi Thơm đặc trưng của sản phẩm, không có mùi lạ

4 Trạng thái Dạng bột, mịn, không vón cục

5 Cà phê pha Có màu đặc trưng của sản phẩm

2.2.5.2 Yêu cầu lý – hóa

Bảng 2.15 Yêu cầu lý hóa [19]

1 Độ mịn, tính theo % khối lượng

- Lọt qua rây cỡ lỗ 0,56 mm, không nhỏ hơn

- Giữ lại trên rây cỡ lỗ 0,25 mm, không lớn hơn

30

15

2 Độ ẩm, tính theo % khối lượng, không lớn hơn 5,0

3 Hàm lượng cafein, tính theo % khối lượng, không lớn hơn 1,0

4 Hàm lượng chất tan trong nước, tính theo % khối lượng chất

khô, không nhỏ hơn

25

5 Hàm lượng tro không tan trong axit clohydric (HCl), tính theo

% khối lượng, không lớn hơn

2.2.5.3.5 Xác định hàm lượng tro không tan trong axit: Theo TCVN 5253

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

- Bao gói: Cà phê bột được đóng gói trong các bao bì khô, sạch, chống hút ẩm, chuyên

dùng cho thực phẩm

- Ghi nhãn: Ghi nhãn sản phẩm theo TCVN 7087:2013 (CODEX STAN 1 – 1985)

- Bảo quản và vận chuyển: Bảo quản cà phê bột phải khô, sạch, không có mùi lạ, không bảo quản chung với các sản phẩm có mùi [19]

Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn phương pháp sản xuất

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

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

- Phương pháp chế biến ướt

- Phương pháp chế biến khô

Ngoài ra hiện nay còn có thêm một phương pháp đó là phương pháp chế biến mật ong (bán ướt)

3.1.1 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 các lớp vỏ trấu và vỏ lụa, tạo thành cà phê nhân [1]

Ưu điểm: tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt Mùi vị ổn định

Nhược điểm: phương pháp phức tạp, yêu cầu nhiều công đoạn hơn Tốn nhiều chi phí và tạo lượng nước thải khá lớn, nếu không xử lý sẽ tác động xấu đến môi trường

3.1.2 Phương pháp chế biến mật ong

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 hạt cà phê quá phụ thuộc vào yếu tố thời tiết và tay nghề của người sơ chế Nếu tay nghề của người sơ chế không cao sẽ khiến cho hương

vị của cà phê không đạt

3.1.2 Phương pháp chế biến khô

Đối với phương pháp này chỉ có một giai đoạn chính là sau khi phơi quả cà phê đến mức độ nhất định dùng máy xát khô loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn chế biến thành cà phê thóc [1]