QUY TRÌNH sản XUẤT cà PHÊ bột hòa TAN

HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM  ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ BỘT HÒA TAN Giảng viên: Trần Thị Cúc PhươngNhóm: 3 Thành phố Hồ Chí

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM



ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN:

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ BỘT HÒA TAN

Giảng viên: Trần Thị Cúc PhươngNhóm: 3

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2021

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM



ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN:

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ BỘT HÒA TAN

Giảng viên: Trần Thị Cúc PhươngNhóm: 3

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2021

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: NGUYÊN LIỆU 2

1.1 Cà phê nhân (cà phê sống) 2

1.1.1 Thành phần hóa học 2

1.1.2 Tiêu chuẩn cà phê nhân 5

1.2 Nước 6

1.3 Bột sữa gầy 7

1.4 Đường tinh luyện 8

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH 1 9

2.1 Làm sạch 11

2.1.1 Mục đích: Chuẩn bị 11

2.1.2 Các biến đổi 11

2.1.3 Phương pháp thực hiện 11

2.2 Phối trộn 12

2.2.1 Mục đích: Hoàn thiện 12

2.2.2 Các biến đổi 12

2.2.3 Phương pháp thực hiện 12

2.3 Rang 12

2.3.1 Mục đích: Chế biến và bảo quản 12

2.3.2 Các biến đổi 12

2.3.3 Phương pháp thực hiện 14

2.4 Nghiền 14

2.4.1 Mục đích: Chuẩn bị 14

2.4.2 Các biến đổi 14

2.4.3 Phương pháp thực hiện 15

2.5 Trích ly 16

2.5.1 Mục đích: Khai thác 16

2.5.2 Các biến đổi 16

2.5.3 Phương pháp thực hiện 17

2.6 Xử lý dịch chiết 17

2.6.1 Mục đích: Chuẩn bị và hoàn thiện 17

2.6.2 Các biến đổi 17

2.6.3 Phương pháp thực hiện 17

2.7 Tách hương 17

2.7.1 Mục đích: Khai thác 17

2.7.2 Phương pháp thực hiện 18

2.8 Cô đặc bốc hơi 18

2.8.1 Mục đích: Khai thác 18

2.8.2 Các biến đổi 18

2.8.3 Phương pháp thực hiện 19

2.9 Sấy phun 20

2.9.1 Mục đích: Hoàn thiện 20

2.9.2 Các biến đổi 20

2.9.1 Phương pháp thực hiện 21

2.10 Tạo hạt 21

2.10.1 Mục đích: Hoàn thiện 21

2.10.2 Các biến đổi 22

2.10.3 Phương pháp thực hiện 22

2.11 Phối trộn 22

2.11.1 Mục đích: Hoàn thiện 22

2.11.2 Phương pháp thực hiện 23

2.12 Bao gói 23

2.12.1 Mục đích: Hoàn thiện và bảo quan 23

2.12.2 Các biến đổi 23

2.12.3 Phương pháp thực hiện 23

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH 2 23

3.1 Sấy thăng hoa 25

3.1.1 Mục đích: Chế biến và bảo quản 25

3.1.2 Các biến đổi 25

3.1.3 Phương pháp thực hiện 25

3.2 Nghiền 27

3.2.1 Mục đích 27

3.2.2 Các biến đổi 27

3.2.3 Phương pháp thực hiện 27

KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của cà phê nhân 4

Bảng 1.2 Tỷ lệ lẫn cà phê khác loại cho phép trong hạng cà phê 5

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn nước dùng trong công nghiệp thực phẩm 6

Bảng 1.4 Chỉ tiêu cảm quan 7

Bảng 1.5 Chỉ tiêu hóa lý 7

Bảng 1.6 Chỉ tiêu vi sinh vật 8

Bảng 1.7 Chỉ tiêu cảm quan 8

Bảng 1.8 Chỉ tiêu hóa lý 9

Bảng 1.9 Chỉ tiêu vi sinh vật 9

DANH MỤC H

Hình 2.1 Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan bằng phương phápsấy phun 10Hình 3.1 Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan bằng phương phápsấy thăng hoa 24

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, trên thị trường các mặt hàng về đồ uống ngày càng đa dạng, phong phú

để đáp ứng như cầu thị hiếu của người tiêu dùng trong và ngoài nước Đặc biệt là càphê, một trong những loại đồ uống được ưa chuộng nhất Cà phê không giống nhưnhững loại đồ uống khác như Coca-Cola, 7Up, trà xanh không độ, không có chứcnăng chính là giải khát mà nó giúp nâng cao tinh thần và hiệu quả làm việc, hoạt chấtcafein có trong cà phê có tác dụng kích thích hoạt động của não, giúp con người có sựtỉnh táo, minh mẫn Ngoài ra, cà phê còn là một trong những mặt hàng xuất khẩu hàngđầu của Việt Nam

Tuy cà phê rất được ưa chuộng, nhưng nhu cầu thị hiếu của người tiêu dùng ngàycàng cao đòi hỏi sản phẩm phải thỏa mãn cả về chất lượng và tính nhanh gọn Vì thế,mặc hàng cà phê hòa tan ra đời Cà phê bột hòa tan hay còn gọi là cà phê uống liền làloại đồ uống bắt nguồn từ cà phê dạng bột với tính tiện lợi, nhanh chóng, dễ bảo quản

và vận chuyển Nhờ vậy mà sản phẩm này nhanh chóng được biết đến và dẫn đầu vềkhả năng tiêu thụ so với các loại cà phê khác Tuy nhiên, để đáp ứng được một sảnphẩm chất lượng đến tay người tiêu dùng thì quy trình chế biến ra nó là vô cùng phứctạp

Trong bài tiểu luận này, nhóm chúng em sẽ giúp mọi người hiểu thêm về quy trìnhcông nghệ sản xuất ra cà phê bột hòa tan

Bài tiểu luận sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em xin chân thành cảm

ơn và mong nhận được những ý kiến đóng góp để bài tiểu luận sẽ hoàn chỉnh và tốthơn

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LIỆU

1.1 Cà phê nhân (cà phê sống)

Cà phê nhân là nguyên liệu chính để sản xuất cà phê bột hòa tan Trong côngnghiệp sản xuất, cà phê nhân thường được sử dụng là cà phê Robusta

Yêu cầu về chất lượng nguyên liệu cà phê nhân trong sản xuất cà phê hòa tan thấphơn so với trong sản xuất cà phê rang xay, đặc biệt là các chỉ tiêu cảm quan củanguyên liệu

cà phê sau khi rang còn lại 2,7%

Hàm lượng khoảng 3 – 5%, chủ yếu là kali, nito, magie, photpho, clo Ngoài racòn có nhôm, sắt, đồng, lưu huỳnh, Những chất này ảnh hưởng tiêu cực đến mùi càphê Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại

Chiếm khoảng ½tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phầnnước uống mà chỉ cho màu và vị caramel Đường có trong có trong cà phê do quá trìnhthủy phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme thủy phân Hàm lượng saccharose

có trong cà phê phụ thuộc vào mức độ chín (quả càng chín thì hàm lượng saccharosecàng cao) Saccharose bị caramel hóa trong quá trình rang tạo thành hương vị chonước cà phê Hạt cà phê còn chứa nhiều polysaccharose nhưng phần lớn bị loại rangoài bã cà phê sau quá trình trích ly

 Protein:

Hàm lượng có trong cà phê không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong việchình thành hương vị của sản phẩm Thành phần protein của cà phê có những acid aminsau: Cysteine, alanie, phenylalanine, histidine, lecucine, lysine, Các acid amin này ítthấy ở trạng thái tự do, thường ở dạng liên kết Khi gia nhiệt, các mạch polypeptide bịphân cắt, các acid amin được giải phóng tiếp tục tham gia phản ứng maillard, carameltạo mùi và vị cho cà phê rang

Trong các acid amin kể trên đáng chú ý là những acid amin có chứa lưu huỳnh,chúng góp phần tạo nên hương đặc trưng của cà phê rang Đặc biệt, methionine vàproline có tác dụng làm giảm tốc độ oxi hóa các chất thơm, làm cho cà phê rang giữđược mùi vị khi bảo quản Trong quá trình chế biến, chỉ có một phần protein bị phângiải thành acid amin, còn phần lớn bị biến thành hợp chất không tan

Hạt cà phê chứa lượng lipid khá lớn (10 – 13%) Lipid trong cà phê gồm chủ yếudầu và sáp Trong đó chiếm 7 – 8% tổng lượng lipid, còn dầu chiếm 90% Trong quátrình chế biến, lipid bị biến đổi, song một phần acid béo tham gia phản ừng dưới tácdụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không bị biếnđổi là dung môi tốt hòa tan các chất thơm Khi pha cà phê thì chỉ một lượng nhỏ lipid

đi vào nước, còn phần lớn lưu lại trên bã

 Trigonelline (acid metyl betanicoic: C7H7NO2): Là alcaloid không có hoạt tínhsinh lý, ít tan trong rượu etylic, không tan trong cloroform và ete, tan nhiềutrong nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218C Tính chất đáng quý củatrigonelline là dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân tạo thành acidnicotic (tiền vitamin PP) Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy trong cà phênhân không có acid nicotic nhưng nó được hình thành trong quá trình gianhiệt, trong đó sự nhiệt phân trigonelline giữ vị trí quan trọng.

Trong cà phê, hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt

Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố như đất đai, khí hậu và nhất là chủng loại cà phê Mặtkhác, nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá trình rang Chấtthơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: Acid, aldehide, cetone, rượu, phenol, este.Trong quá trình rang, các thất thơm thoát ra ban đầu có mùi hắc sau chuyền thành mùithơm Các chất thơm của cà phê dễ bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê bịmất mùi thơm nên cần đựng trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của cà phê nhân

9 – 160,8 – 2

2 – 8

1 – 32

8 – 91

CaPFeNaMn

85 – 100

130 – 150

3 – 104

1 – 45

5 – 10

10 – 202042,5 – 4,5

1.1.2 Tiêu chuẩn cà phê nhân

Do sự đa dạng về sản phẩm theo thị hiếu của người tiêu dùng, hiện nay tiêu chuẩn

cà phê nguyên liệu để sản xuất cà phê rang xay phụ thuộc vào từng nhà sản xuất Đểđánh giá chất lượng cà phê nhân, người ta thường dựa vào các chỉ tiêu sau:

 Độ ẩm < 13%

 Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807:2001

 Hàm lượng tạp chất và tỷ lệ lẫn các loại cà phê khác nhau

 Tổng trị số lỗi 300g mẫu

 Các tính chất cảm quan về màu sắc và thể chất của hạt cà phê

Bảng 1.2 Tỷ lệ lẫn cà phê khác loại cho phép trong hạng cà phê

1.2 Nước

Nước dùng trong sản xuất thực phẩm phải trong, không màu không mùi vị

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn nước dùng trong công nghiệp thực phẩm

trường hợp khác Bột sữa gầy được phối trộn vào bột cà phê hòa tan để thay đổi màusắc vốn có của cà phê, làm cho bột cà phê mềm, mịn hơn và hạn chế vị đắng cà phê.

Bảng 1.4 Chỉ tiêu cảm quan

ST

1 Màu sắc Từ màu trắng sữa đến màu kem nhạt

2 Mùi, vị Thơm, ngọt đặc trưng của sữa bột, không có mùi, vị lạ

3 Trạng thái Dạng bột, đồng nhất, không bị vón cục, không có tạp chất lạ

Bảng 1.5 Chỉ tiêu hóa lý

ST

1 Hàm lượng nước, % khối lượng  5,0

2 Hàm lượng chất béo, % khối lượng £1,5

3 Hàm lượng protein tính theo hàm lượng chất khô

không có chất béo, % khối lượng 34

5 Chỉ số không hòa tan  1,0/50

Bảng 1.6 Chỉ tiêu vi sinh vật

ST

1 Tổng số vi sinh vật hiếu khí, số khuẩn lạc trong 1g sản phẩm 5.104

2 Nhóm coliform, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 10

3 E.Coli, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0

4 Salmonella, số vi khuẩn trong 25g sản phẩm 0

5 Staphylococcus aureus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 10

6 Clostridium perfringen, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0

7 Baccilius cereus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 102

8 Nấm men và nấm mốc, số khuẩn lạc trong 1g sản phẩm 10

1.4 Đường tinh luyện

Đường tinh luyện là đường saccharose được tinh chế và kết tinh có độ Pol trên99,8% theo TCVN 6958:2001 Đường tinh luyện được bổ sung vào cà phê hòa tan đểgiảm bớt vị đắng của cà phê

Bảng 1.7 Chỉ tiêu cảm quan

ST

1 Hình dạng Tinh thể màu trắng, kích thước tương đối đồng đều, tơi khô

2 Hàm lượng đường khử, % khối lượng (m/m)  0,03

3 Tro dẫn diện, % khối lượng (m/m)  0,03

4 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105C trong 3h, % khối lượng (m/m)  0,05

Hình 2.1 Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan bằng phương pháp

bị trong quá trình nghiền Do đó, mục đích chính của quá trình làm sạch là loại các tạpchất này ra khỏi nguyên liệu cà phê nhằm nâng cao chất lượng cho sản phẩm cuốicùng

Bên cạnh đó, để đảm bảo sự đồng đều của cà phê trong quá trình rang, quá trìnhphân loại sẽ giúp loại bỏ các hạt cà phê không đảm bảo về kích thước (quá nhỏ hoặcquá to, hạt cà phê bị vỡ nát) và tỷ trọng

2.1.2 Các biến đổi

Trong quá trình làm sạch chỉ có sự thay đổi về thành phần các cấu tử mà không có

sự thay đổi về chất Khối lượng của nguyên liệu giảm do các tạp chất được tách ra.Nguyên liệu cà phê sẽ đồng đều hơn về kích thước và tỷ trọng

2.1.3 Phương pháp thực hiện

Để làm sạch nguyên liệu, tiến hành theo ba bước:

 Phân loại theo kích thước: Thực hiện bằng sàng Quá trình phân loại thực hiệntrên hai sàng nối tiếp Cà phê cho vào sàng thứ nhất, phần tạp chất có kíchthước lớn giữ lại trên sàng, phần đi qua sẽ chuyển sang sàng thứ hai Ở đây,tạp chất có kích thước nhỏ hơn sàng sẽ đi qua sàng, hạt cà phê có kích thướctheo yêu cầu sẽ được giữ lại trên sàng Kích thước lỗ của hai sàng phụ thuộcvào từng loại nguyên liệu cà phê

 Phân loại theo tỷ trọng: Tỷ trọng trung bình của hạt cà phê là 1,1 – 1,3 Máyphân loại phổ biến là catador Nguyên lý của máy là dùng sức gió thổi hạt càphê đang rơi ngược chiều từ trên xuống Các hạt có tỷ trọng cao sẽ vượt qua

sức gió rơi xuống đáy và dẫn ra ngoài Hạt nhẹ sẽ bị nhảy lên trên Phần tạpchất nhẹ và bụi được thổi ra ngoài qua một lớp lưới gắn phía trên.

 Phân loại theo từ tính: Tách kim loại

Các loại cà phê khác nhau sẽ được phối trộn lại với nhau theo một công thức nào

đó tạo nên hương vị đặc trưng riêng cho sản phẩm

Cà phê Arabica thường được đánh giá cao hơn về tính chất hương vị và được dùng

để sản xuất cà phê rang xay Cà phê Robusta thường được sử dụng để sản xuất cà phêhòa tan hoặc phối trộn với cà phê Arabica để sản xuất cà phê rang xay

2.3 Rang

2.3.1 Mục đích: Chế biến và bảo quản

Chế biến: Trong quá trình rang cà phê, dưới tác động của nhiệt độ, các phản ứnghóa học sẽ diễn ra tạo nên hương vị màu sắc đặc trưng của cà phê thành phẩm

Bảo quản: Quá trình rang xảy ra ở nhiệt độ cao làm giảm độ ẩm của cà phê, tiêudiệt các vi sinh vật và ức chế các phản ứng hóa sinh

2.3.2 Các biến đổi

Trong quá trình rang, nhiệt độ hạt cà phê tăng do nhiệt lượng cung cấp từ tác nhângia nhiệt và nhiệt lượng Trong giai đoạn đầu của quá trình rang, nhiệt lượng do các

phản ứng nhiệt phân không đáng kể Nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng nhiệt phân sẽtăng do cường độ các phản ứng tăng lên Nhiệt lượng này tăng mạnh khi nhiệt độ củahạt cà phê dao động trong vùng 170 – 250C.

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nước và một số chất có phân tử lượng thấp sẽ bayhơi, do đó làm trương nở và giảm khối lượng hạt cà phê, tỷ trọng hạt cũng giảm đi.Các biến đổi này phụ thuộc vào giống, chất lượng nguyên liệu cà phê nhân, mức độrang và phương thức rang Thể thích hạt sau khi rang có thể tăng lên 40 – 60% Cà phêRobusta trương nở ít hơn cà phê Arabica khi có cùng mức độ rang Cùng một giống càphê, độ trương nở và mức độ giảm khối lượng hạt càng nhiều khi mức độ rang càng

“đậm”, hay khi sử dụng phương thức rang nhiệt độ cao và thời gian ngắn Khối lượnghạt giảm còn do trong quá trình rang, lớp vỏ lụa bị tách ra Cà phê nhân được đánhbóng càng tốt trong quá trình chế biến sau thu hoạch thì mức độ giảm khối lượng dolớp vỏ lụa bị tách ra càng ít Hạt cà phê nhân có khối lượng riêng khoảng 1,25 – 1,3g/

ml, sau khi rang có thể xấp xỉ 0,7g/ml

Biến đổi hóa lý quan trọng nhất trong quá trình rang là hiện tượng bay hơi ẩm vàcác hợp chất dễ bay hơi làm giảm trọng lượng hạt Quá trình này làm cho cấu trúc bêntrọng hạt giòn và xốp

Trong quá trình rang, độ ẩm của hạt thay đổi từ 14 – 23% Các yếu tố ảnh hưởng:

 Độ ẩm của hạt cà phê trước khi rang khoảng 12 – 13% (w/w) Độ ẩm cà phêsau khi rang thường khoảng 1 – 2%, tùy thuộc vào mức độ rang

 Sự tổn thất chất khô: Hàm lượng các chất khô trong quá trình rang sẽ giảm docác phản ứng phân hủy Khi cà phê rang càng đậm, lượng chất khô giảm sẽcàng nhiều Thông thường, cà phê rang ở khoảng nhiệt độ từ 180 – 240Ctrong vòng 15 – 25 phút thì tổn thất về khối lượng là 16 – 18%.

 Hàm lượng chất khô hòa tan: Trong quá trình rang, hàm lượng chất khô hòatan thường tăng lên Thông thường, hàm lượng chất khô hào tan của cà phêArabica sau khi rang xấp xỉ 30% (chất khô), còn lượng chất khô hòa tan của càphê Robusta thì có thể cao hơn 3 – 4% (xét trường hợp hai loại cà phê có cùngmức độ rang) Để đạt được cùng một mức độ rang, nếu thời gian rang càngngắn thì hàm lượng chất khô hòa tan trong cà phê thành phẩm sẽ càng cao.Ngoài ra, sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan còn phụ thuộc vào mức độrang (nhanh, chậm), thiết bị rang (thùng quay, tầng sôi)

Trong thiết bị rang có bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh nhằm hạ nhiệt độkhối cà phê xuống nhanh sau khi đạt được mức độ rang cần thiết Do cà phê sau khirang có nhiệt độ cao, làm cho các hợp chất tạo hương mới sinh ra tiếp tục bay hơi làmthất thoát hương Vì vậy, để tránh thất thoát hương, cần làm nguội nhanh sản phẩm

2.4 Nghiền

2.4.1 Mục đích: Chuẩn bị

Quá trình nghiền cà phê rang có mục đích chính là giảm kích thước của hạt cà phê,phá vỡ cấu trúc vốn có của hạt cà phê rang để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trìnhtrích ly khi sản xuất cà phê hòa tan hoặc trong quá trình pha chế cà phê khi sử dụng