Đề tài Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất cà phê bột

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM TIỂU LUẬN TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ BỘT (Nguyên liệu đầu vào là cà phê nhân) GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: LÊ THÚY AN LÊ THỊ DIỆU NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN NGUYỄN THỊ THU THỦY NGUYỄN THỊ CHUNG ĐẶNG THỊ HOÀNG GIANG NGUYỄN THỊ HỢP CAO THỊ THIỆN ĐỖ THỊ THU HẰNG Lớp: ĐẠI HỌC THỰC PHẨM TP. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2011 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại thức uống khác nhau. Đặc biệt là cà phê. Nó không giống như các loại đồ uống khác, chức năng chính của cà phê không phải là giải khát, mặc dù người dân Mỹ uống nó như thức uống giải khát. Chức năng chính của cà phê là tạo cảm giác hưng phấn hoặc cung cấp các chất chống ôxi hóa (antioxidant) cho cơ thể, vai trò mà trước đây người ta chỉ thấy ở hoa quả và rau xanh. Cà phê đóng một vai trò quan trọng trong xã hội xuyên suốt lịch sử hiện đại. Ở một số nước người ta coi việc uống cà phê như một thức uống phổ thông (cà phê thường có hàm lượng Cafein thấp) và ăn kèm bánh trái hoặc hoa quả. Ở Việt Nam cà phê là một thức uống được ưa chuộng, đặc biệt vào buổi sáng (nhưng hàm lượng cafein rất cao chỉ thích hợp với những người quen dùng hoặc nghiện cà phê). Các quán giải khát (trừ các "bar") thường gọi là "quán cà phê", mặc dù cũng phục vụ những thức uống khác. Từ những vấn đề trên Nhóm chúng em quyết định chọn “CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ TỪ NGUYÊN LIỆU NHÂN” làm đề tài nghiên cứu. Tiểu luận: TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ BỘT NHẬN XÉT ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÊN GỌI Từ "cà phê" trong tiếng Việt có gốc từ chữ CAFÉ của tiếng Pháp. Giống như các ngôn ngữ thuộc hệ ngôn ngữ Ấn-Âu, café có gốc từ kahveh của tiếng Thổ Nhĩ Kỳ và kahveh đến từ Qahwa của tiếng Ả Rập. Trong tiếng Anh, từ Coffee xuất hiện lần đầu tiên từ sớm cho đến giữa những năm 1600, nhưng thể sớm nhất của từ này đến vào khoảng 10 năm cuối của những năm 1500. Xuất phát từ từ Caffè của tiếng Ý. Từ trên được giới thiệu ở châu Âu thông qua những người Thổ Nhĩ Kỳ Ottoman Kahve có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập: ةوهق ة , Qahweh. Nguồn gốc nguyên thủy của từ Ả Rập là không rõ ràng; nó cũng có nguồn gốc tôn giáo Kaffa ở phía Tây Ethiopia, nơi cà phê được trồng trọt, hoặc sự bới đi từ Qahwat Al-Būnn', có ý nghĩa là "rượu của đậu" trong tiếng Ả Rập. Ở Eritrea, "Būnn" (cũng có nghĩa là "rượu của đậu" trong Tigrinya) cũng được dùng. Tên Amharic và Afan Oromo cho cà phê là Bunna. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÂY CÀ PHÊ TRÊN THẾ GIỚI: NGUỒN GỐC Những câu chuyện về cà phê thì rất nhiều, thực hay hư thì cũng ít ai kiểm chứng, đôi khi họ phóng đại lên cho nó ly kỳ, thú vị như chính cái hậu vị để lại khi giọt cà phê tan vào trong từng tế bào cảm giác. Trong những câu chuyện đó, từ chuyện nghe có vẻ hợp lý nhất là câu chuyện về anh chàng chăn dê tên Kaldi người xứ Abyssinia với đàn dê của anh ta. Chuyện kể rằng, đàn dê của anh đã ăn một loại cây lạ có hoa màu tắng, quả có màu đo đỏ rồi sau đó có những biểu hiện lạ thường. Kaldi phát hiện ra điều đó, anh liều ăn thử và thấy mình hưng phấn hẳn lên, ngờ rằng mình đã gặp một phép lạ bèn báo ngay cho vị quản nhiệm ở một tu viện gần đó. Nhà tu kia sợ rằng đây chính là một thứ trái cấm của quỷ dữ nên lập tức vứt vào lò lửa, thế nhưng khi những quả kia cháy xém tỏa ra một mùi thơm lừng, đến lúc này người tu sĩ kia mới tin rằng đó là một món quà của GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 2 Thượng Đế ban tặng nên vội kêu thêm những tăng lữ khác đến tiếp tay. Họ đem rang lên, giã nhỏ rồi pha vào nước uống để mọi người cùng hưởng thiên ân. Đến những câu chuyện về sự độc hại của cà phê, như câu chuyện ở đất nước Thụy Điển, quốc vương Gusitafu đệ tam muốn thử xem cà phê có độc hay không bèn ra quyết định bắt hai anh em tội phạm bị kết án tử hình đang giam trong ngục mỗi ngày phải được cho uống thứ nước làm từ quả ấy hai lần, thử xem họ chết ra sao? Đến lúc chết, vị hoàng đế này vẫn để lại di chỉ cho người kế vị là phải tiếp tục làm theo lệnh của ông ta, như một phép lạ, hai tử tù kia qua đời ở tuổi hơn 80! Và có lẽ đó là ghi nhận đầu tiên của loài người về tính dược lý của cà phê, … Đó là truyền thuyết, còn những di chỉ khảo cổ, những ghi chép của con người còn lại cho đến ngày nay. Người ta biết rằng, Kaffa (Ethiopia ngày nay) chính là vùng đất khởi nguyên của cây cà phê, từ thế kỷ thứ IX đã có những ghi nhận ở đây, đến thế kỷ XIV những người buôn nô lệ đã mang cà phê từ Ethiopia sang xứ Ả Rập. Nhưng tới tận thế kỷ XV người ta mới biết rang cà phê lên và sử dụng làm đồ uống. Cà phê đã trở thành một thức uống truyền thống của người Ả Rập và là nơi trồng cà phê độc quyền với trung tâm giao dịch cà phê là thành phố cảng Mocha, hay còn được gọi là Mokka, tức là thành phố Al Mukha thuộc Yemen ngày nay. Người Ả Rập rất tự hào về phát minh ra loại thức uống này và giữ bí mật để bảo tồn độc quyền về một loại sản phẩm. Họ đưa ra những chế tài rất chặt chẽ trong việc sản xuất và xuất khẩu cà phê như: Chỉ mang hạt ra khỏi xứ sau khi đã rang chín,người ngoại quốc cũng bị cấm không cho bén mảng đến các đồn điền cà phê. Thế nhưng dù nghiêm ngặt đến mức nào thì cũng có người vượt qua được, những khách hành hương được thưởng thức nước cà phê đã lén lút mang hạt giống về trồng, chẳng bao lâu khắp khu vực Trung Đông đều có trồng và truyền đi mỗi lúc một xa hơn. GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 3 DU NHẬP VÀO CHÂU ÂU Sau nhiều lần thất bại, người Hà Lan là dân tộc đầu tiên ở Châu Âu lấy được hạt giống cây này mang về thử trồng ở đảo Java ( khi đó là thuộc địa của họ). Năm 1723, một sĩ quan hải quân Pháp tên De Clieu được về nghỉ phép ở Paris, đã quyết định đem cây này về xứ Martinique nơi anh trú đóng. Sau nhiều hoạn nạn De Clieu cũng trồng được cây cà phê ở một nơi kín đáo với 3 thủy thủ canh gác ngày đêm. Hơn 50 năm sau, Pháp trở thành đối thủ cạnh tranh gay gắt với Hà Lan, bất đồng xảy ra không thể giải quyết họ nhờ đến chính quyền Brasil đứng ra dàn xếp. Đây là cơ hội, với những quỷ kế, Brasil đã mang được hạt giống về nước và đây là khởi đầu cho giống cà phê trồng tại Brasil, biến các quốc gia Trung, Nam Mỹ trở thành những đế quốc cà phê lớn bậc nhất thế giới. Trong khi đó, vào năm 1660 cà phê được người Hà Lan truyền vào Bắc Mỹ ở vùng Amsterdam, Bốn năm sau, người Anh chiếm vùng này và đặt tên là New York, cà phê trở thành một thức uống quen thuộc chỉ dành cho giới thượng lưu trong khi trà là thức uống phổ thông trong mọi tầng lớp. Thế nhưng đến năm 1773, khi Anh Hoàng George đánh thuế trà và người dân Mỹ nổi lên chống lại thì tình hình thay đổi. Người Mỹ giả dạng dân da đỏ tấn công những tàu chở trà đem đổ xuống biển. Biến cố lịch sử dưới tên Boston Tea Party đã làm cho người Mỹ nghiêng qua uống cà phê và chẳng bao lâu thức uống này trở thành quốc ẩm. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 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 thu hoạch chế biến dưới thương hiệu “Arabica du Tonkin”, cà phê được nhập khẩu về Pháp. Sau khi chiếm nước ta thực dân Pháp thành lập các đồn điền cà phê như Chinê, Xuân Mai, Sơn Tây chúng canh tác theo phương thức du canh du cư nên năng suất thấp giảm từ 400 – 500 kg/ha những năm đầu xuống còn 100 – 150 kg/ha khi càng về sau. Để cải thiện tình hình, Pháp du nhập vào nước ta hai giống mới là cà phê vối (C. robusta) và cà phê mít ( C. mitcharichia) vào năm 1908 để thay thế, các đồn điền mới lại mọc lên ở phía Bắc như ở Hà Tĩnh (1910), Yên Mỹ (1911, Thanh Hoá), Nghĩa Đàn (1915, Nghệ An). Thời điểm lớn nhất (1946 – 1966) đạt 13.000 ha. GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 4 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. Trận sương muối năm 1994 ở Brasil đã phá huỷ phần lớn diện tích cà phê ở nước này, cộng hưởng đợt hạn hán kéo dài năm 1997 đã làm nguồn cung trên toàn thế giới sụp giảm mạnh, giá tăng đột biến đã khích lệ mở rộng diện tích cà phê ở Việt Nam, đầu tư kỹ thuật canh tác thâm canh, chuyên canh, … nhờ đó diện tích và sản lượng tăng nhanh, trung bình 23,9%/năm, đưa tổng diện tích cây cà phê năm 2000 lên đến 516,7 nghìn ha, chiếm 4,14% tổng diện tích cây trồng của Việt Nam, đứng thứ ba chỉ sau hai loại cây lương thực chủ lực là lúa (chiếm 61,4%) và ngô (chiếm 5,7%). Trong thập kỷ 90 thế kỷ XX, sản lượng tăng lên trên 20%/năm (và các năm 1994, 1995, 1996 sản lượng tăng thậm chí còn cao hơn với tỷ lệ lần lượt là 48,5%, 45,8% và 33%). Năm 2000, Việt Nam có khoảng 520 nghìn ha cà phê, tổng sản lượng đạt 800 nghìn tấn. Nếu so với năm 1980, diện tích cà phê của Việt Nam năm 2000 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 ĐăkLăc 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, … SINH VẬT HỌC: Cà phê là tên một chi thực vật thuộc họ Thiên thảo (Rubiaceae). Họ này bao gồm khoảng 500 chi khác nhau với trên 6.000 loài cây nhiệt đới. Chi cà phê bao gồm nhiều loài cây lâu năm khác nhau.Tuy nhiên, không phải loài nào cũng chứa caffein trong hạt, một số loài khác xa với những cây cà phê ta thường thấy. Chỉ có hai loài cà phê có ý nghĩa kinh tế. Loài thứ nhất có tên thông GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 5 thường trong tiếng Việt là Cà phê chè (tên khoa học: Coffea arabica), đại diện cho khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới. Loài thứ hai là Cà phê vối (tên khoa học: Coffea canephora hay Coffea robusta), chiếm gần 39% các sản phẩm cà phê. Ngoài ra còn có Coffea liberica và chari (ở Việt Nam gọi là Cà phê mít) với sản lượng không đáng kể. Cà phê thuộc giống coffea gồm 70 loại khác nhau, nhưng chỉ có khoảng 10 loại có giá trị kinh tế và trồng trọt. Hiện nay thường trồng 3 loại chính: • Giống Arabica. • Giống Robusta. • Giống Chari. Ba giống này có thời vụ xen kẽ nhau tạo điều kiện thuận lợi cho việc trồng trọt và thu hoạch.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 thu hoạch chế biến dưới thương hiệu “Arabica du Tonkin”, cà phê được nhập khẩu về Pháp. CÀ PHÊ CHÈ (ARABICA) Tên khoa học là Coffee arabica, thường được gọi là cà phê chè, đại diện cho khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới. Có nguồn gốc từ Cao Nguyên nhiệt đới Ethiopia đông Phi Châu. Arabica cao từ 3 – 7 m tùy điều kiện đất đai, khí hậu, độc thân hoặc nhiều thân, lá nhỏ hình oval hoặc lưỡi mác, cành nhỏ mảnh khảnh ít phân nhánh, tán nhỏ, quả hình bầu dục đôi khi hình tròn, quả chín có giống màu vàng có giống màu đỏ tươi, đường kính 10 – 15 mm, thường có hai nhân, hiếm khi có ba nhân, cuống quả khi chín rất mềm dễ rụng, nứt khi trời mưa. Thời gian nuôi quả 6 – 7 tháng, khí hậu lạnh ở miền Bắc arabica chín rộ vào tháng 12 – 1 năm sau và muộn hơn 2 – 3 tháng so với Tây Nguyên. Khoảng 800 – 1200 quả/kg, cứ 2,5 – 3 kg hạt cho ra 1 kg nhân, nhân có màu xám xanh, xanh lục,xanh nhạt, …Tuỳ theo phương pháp chế biến lượng caffein trong nhân khoảng 1 – 3%. CÀ PHÊ VỐI (ROBUSTA) Tên khoa học: Coffea canephora hay Coffea robusta, thường được gọi là cà phê vối, chiếm gần 39% các sản phẩm cà phê. Có nguồn gốc từ khu vực sông Conggô và miền núi thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Phi Châu. Robusta cao 5 – 7 m, độc thân hoặc nhiều thân, cành khá lớn phân nhiều nhánh, tán rộng, lá trung bình mặt lá gồ GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 6 ghề. Đặc biệt, hoa robusta không bao h ra lại vào mùa sau tại vị trí cũ, quả chín màu đỏ sẫm, đường kính 10 – 13 mm, hình bầu dục hoặc tròn có hai nhân đôi khi một nhân, vỏ quả cứng và cuống dai hơn arabica. Cứ khoảng 3 kg quả cho ra 1 kg nhân, nhân hình bầu dục hơi tròn có màu xám xanh, xanh bạc, vàng mỡ gà,…Tuỳ thuộc vào cách chế biến lượng caffein có khoảng 1,5 – 3%. CÀ PHÊ MÍT (CHARI) 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 xa mạc Xahara, du nhập vào Việt Nam năm 1905, cây lớn cao 6 – 15 m lá to hình trứng hoăc̣ hình lưỡi mać, gân lá nổi lên ơ ̉ mặt dưới, cành lớn tán rộng. Quả hình bầu duc̣, núm to và lồi, tùy điều kiện khí hậu vùng đất quả sẽ chín sớm hơn hoăc̣ cùng lúc với thời điểm cây ra hoa, cà phê mít có đặc điểm ra hoa tại vị trí cũ vào vụ kế tiếp nên vào vụ thu hoạch (tháng 5 – tháng 7) trên tại một đốt cành có thể có cùng luć quả xanh, quả chín, nụ, hoa. Đây là yếu tố bất lợi cho thu hoạch và giảm năng suất. Hoa của ba loại cà phê trên thường nở đồng loạt, thành chùm màu trắng muốt, hương thơm ngào ngạt. Hoa chỉ nở trong 3 – 4 ngày, thời gian thụ phấn khoảng 2 – 3 h. Một cây cà phê trưởng thành có từ 30.000 – 40.000 hoa.,5 – 3%. CẤU TẠO VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA QUẢ CÀ PHÊ CẤU TẠO GIẢI PHẪU Quả cà phê bao gồm cać phần như sau: Lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân. • Lớp vỏ quả: Là lớp vỏ ngoài cùng, có màu đỏ, đỏ sẫm hoặc vàng tùy chủng, mền, ca ̀phê chè mền hơn cà phê vối và ca ̀phê mít. • Lớp vỏ thịt (lớp nhớt): nằm dưới lớp vỏ, mền. Vỏ thịt cà phê vối và cà phê chè mền, ngọt, mỏng, dễ bong tróc khi xay xát hơn cà phê mít. • Vỏ trấu: Là một lớp vỏ cứng bao bọc nhân, câú tạo chủ yếu là cellulose. Vo ̉ trấu cà phê chè mỏng hơn, dễ vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít. • Vỏ lụa: Nằm dưới lớp vỏ trấu, mỏng, mền, có màu sắc tùy chủng như đã trình bày. • Nhân cà phê: Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, có những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 7 quả cà phê thường có từ 1 ( Biculi), 2 hoặc 3 nhân. Thông thường chỉ có 2 nhân (vối, mít, chè). Trong nhân có phôi mầm.. CẤU TẠO HÓA HỌC Vỏ quả: Có màu đỏ do chất antoxian và các vết alkaloid, trong vỏ chứa 21,5 – 30% chất khô (tanin, caffein, các enzyme, …) Vỏ thịt: Là những tế bào mềm chứa nhiều đường và pectine, ngoài ra còn có enzyme pectinase phân giải pectine trong quá trình lên men và lên men đường làm pH dao động trong khoảng 5,6 – 6,4. Vỏ trấu: Chứa chủ yếu là cellulose, một ít caffein (0,4%) do khếch tán từ vỏ trong lúc phơi khô hoặc lên men. Nhân: Nước chiếm 10 – 12%, protein chiếm 9 – 11%, lipid chiếm 10 – 13%, cać loại đường chiếm 5 – 10%, tinh bột chiếm 3 – 5%. Ngoài ra còn có một số chất thơm, khoáng và alkaloid. Thành phần hóa học của nhân quyết định chất lượng cà phê, nó phụ thuộc vào chủng loài, điều kiện đất đai, kỹ thuật canh tác, phương pháp chế biến bảo quản, …Và trong chế biến cà phê thì thành phần hóa học của nhân là nhân tố quan tâm hàng đầu. GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 8 Bảng I.1: THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA NHÂN Vai trò của một số chất hóa học trong việc tạo ra màu – mùi – vị đặc trưng của cà phê Hydratcarbon: Hàm lượng hydratcarbon trong cà phê khô khoảng 60%. Phần lớn là các polysaccharide hòa tan hoặc không hòa tan trong nước và một phần nhỏ là các đường saccharose, glucose, … Trong quá trình rang các hydratcarbon biến đổi nhiều, chúng có thể phân hủy thành các hợp chất khác nhau hoặc biến mất hầu như hoàn toàn như các chất đường đã nói trên. Các đường khử tham gia một số phản ứng tạo màu và mùi cho cà phê rang. Các polysaccharide không hòa tan trong nước, chúng tạo nên những thành tế bào của hạt cà phê và sau khi pha trở thành bã cà phê. Các chất béo: Trong cà phê nhân tổng hàm lượng chất béo chiếm khoảng 13%. Trong quá trình rang các hợp chất béo mất đi 1 – 2%. Các chất béo chủ yếu tạo thành dầu cà phê là trigliceride và diterpene, là dạng este của acid bão hòa, nhất là panmitic, GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 9 behenic, arachidic. Các diterpene này rất nhạy với acid, nhiệt và ánh sáng. Hàm lượng diterpene giảm đi trong quá trình bảo quản cũng như quá trình rang có thể là do tạo thành các terpnene bay hơi, naphtalene và quinoline. Các acid: Đại diện quan trọng nhất của nhóm acid là các loại acid chlorogenic. Đây là những loại acid đặc trưng đối với cà phê. Trong quá trình rang chúng bị phân hủy 30 – 70%, sau khi rang có sự hình thành một số acid dễ bay hơi. Tất cả các acid này đều góp phần tạo vị chua của cà phê. Các loại protein: Hầu như không có mặt trong cà phê rang, do rang ở nhệt độ cao nên một phần bị phân hủy, phần còn lại kết hợp với hydratcarbon và các acid chlorogenic tạo thành những chất màu nâu. Bằng phương pháp thủy phân, người ta thấy trong thành phần protein của cà phê có những acid amin sau: cysteine, alanine, phenylalanine, histidine, leucine, lysine, …. Các acid amin này ít thấy ở trạng thái tự do, chúng thường ở dạng liên kết. Khi gia nhiệt, các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng ra tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang. Trong số các acid amin kể trên đáng chú ý nhất là những acid amin có chứa lưu huỳnh như cystein, methionine và proline, chúng góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của cà phê sau khi rang. Đặc biệt, methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxi hóa các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị khi bảo quản. Trong quá trình chế biến chỉ có một phần protein bị phân giải thành acid amin, còn phần lớn bị biến thành hợp chất không tan. Các loại alkaloid: Trong quá trình rang, hàm lượng caffein hầu như không thay đổi. Trigoneline giảm khoảng 75%, tạo thành các sản phẩm gồm acid nicotinic (niacin), nicitinamide và các chất thơm bay hơi như pyrine và pyrol. Trong đó đáng chú ý nhất là niacin, trong cơ thể con người có tác dụng như một loại vitamine. Các chất thơm: Trong thành phần của các hợp chất thơm có khoảng 50% aldehyde, 20% ketone, 8% ester, 7% heterocylic, 2% dimethylsulfide, một lượng ít hơn là các sulfide hữu cơ khác, còn có một lượng nhỏ nitrile, alcohol hoặc các hydrocarbon đã bão hòa và chưa bão hòa có trọng lượng phân tử thấp như isoprene. Các chất khoáng: Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3 – 5%, chủ yếu là kali, nitơ magie, photpho, clo. Ngoài ra còn thấy nhôm, sắt, đồng, iod, lưu huỳnh, … những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi vị cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại. GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 10 CHƯƠNG II: KỸ THUẬT SẢN XUẤT CÀ PHÊ XAY 2.1. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFÉ XAY Cà phê rang xay là sản phẩm được sản xuất từ cà phê nhân sản phẩm cà phê ràg xay có đặc tính như sau: - Màu nước đen tuyền - Hương vị đặc trưng của cà phê - Vị đắng mạnh, hậu ngọt Quy trình công nghệ: GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 Cà phê nhân SP cà phê rang xay Tiếp nhận Phân loại, làm sạch Rang Làm nguội Phối trộn Ủ Xay, nghiền, sàng Bao gói bảo quản CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 11 2.2.THUYẾT MINH QUY TRÌNH 2.2.1. Tiếp nhận và làm sạch  Tiếp nhận cà phê nhân để đưa vào sản xuất nhằm đảm bảo đủ về số lượng. Việc tiếp nhận có thể có thể bằng tay hoặc bằng các thiết bị chuyên dùng như: gầu tải, vít tải, bằng dòng khí…  Cà phê nhân có thể là cà phê nhân xô hoặc cà phê nhân đã qua phân loại, làm sạch. Nếu cà phê nhân đã qua phân loại, làm sạch thì có thể đưa đi rang ngay, còn nếu là cà phê nhân xô thì ta phải tiến hành phân loại, làm sạch.  Làm sạch: nhằm loại bỏ các tạp chất nhẹ như cành cây, lá cây,…tạp chất nặng như cát, đá, kim loại, … khử mùi tạp, loại bỏ những hạt kém phẩm chất như hạt bị thối đen, mốc, sâu mọt,...để thuận lợi cho các giai đoạn sản xuất tiếp theo, đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm  Phương pháp phân loại: Có thể phân loại theo kích thước, khối lượng riêng và màu sắc  Phương pháp làm sạch: Có thể dùng sàng, máy tách kim loại hoặc dùng nước đã khử mùi cho hạt cà phê.Áp dụng nguyên tắc khí động: Bản chất dựa vào tính chất vật lý của nguyên liệu là trọng lượng Nguyên tắc: Một luồng không khí mạnh được tạo ra do quạt ly tâm thổi từ dưới lên trên xuyên qua khối hạt cà phê ngay khi nó được cung cấp xuống từ máng cấp nguyên liệu bên trên. Hạt nào nặng sẽ tiếp tục rơi xuống máng hứng, còn hạt và tạp chất nhẹ hơn sẽ được thổi bay đi ra ngoài.  Phân loại. Mục đích phân loại để đạt được những hạt cà phê đồng đều về kích thước. Phân loại theo kích thước.Có 2 cách phân loại:  Dựa vào sự khác nhau về kích thước của nguyên liệu và các tạp chất để phân loại có thể dùng sàng chấn động, sàng tròn, sàng nẩy, sàng bắc ngang…nhưng chủ yếu người ta thường làm sàng chấn động. 2.2.2. Rang cà phê nhân 2.2.2.1Mục đích, yêu cầu GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 12 Là quá trình gia nhiệt cho cà phê nhân để tạo nên những biến đổi sâu sắc trong hạt, hình thành nên những tính chất đặc trưng cho cà phê là màu, mùi và vị thông qua sự biến đổi màu sắc, cấu trúc và thành phần hóa học của hạt. Hiện nay có rất nhiều yêu cầu khác nhau về dạng sản phẩm cà phê rang, vì vậy có rất nhiều loại rang khác nhau.Sau đây là một số loại cà phê rang như sau: a. Cà phê rang nhạt (light roats) Loại này vì người ta gọi là cà phê rang quể vì sản phẩm có màu nâu vàng giống màu phía trong của vỏ bóc ra từ cây quế, đây không phải là màu vàng nâu do tẩm các chất khác vào. Hạt có bề mặt rất khô và có màu nâu nhẹ giống màu của sôcôla sữa hoặc đậm hơn, lúc pha có mùi vị chua dịu (với loại cà phê chè Arabica). Khi rang hạt đạt màu như vậy thì hạt mất 3-5% khối lượng khô. Trong hạt cà phê rang này, hầu hết các tạp chất tạo ra có vị thơm ngon chưa có mặt đầy đủ hoặc hàm lượng thấp. Mùi vị cà phê chưa thật đậm đà, nhưng nếu có mùi vị lạ thì chúng chưa bị mất đi và rất dễ nhận thấy khi nếm, vì vậy dạng cà phê rang này thường sử dụng cho thử nếm đánh giá chất lượng các mẫu cà phê. b. Cà phê rang vừa (medium roast) Loại cà phê này rang theo kiểu Mỹ. Sản phẩm có màu nâu vừa (trung gian giữa màu sôcôla đậm và màu sôcôla sữa). bề mặt hạt vẫn khô, chưa có dầu tiết ra bề mặt hạt. Khi pha có mùi vị đậm đà cộng với vị chua ngon nhẹ. Trong loại cà phê này hầu hết các mùi vị được cảm nhận rất rõ rệt. Khi quá trình rang đạt màu như vậy thì hạt mất 5-8% khôi lượng khô. c. Cà phê rang hơi đậm (medium to dark rast) Loại cà phê này rang theo kiểu Pháp nhạt. Hạt cà phê rang có vết dầu lốm đốm trên bề mặt hạt. Nó thiếu đi một chút vị chua của cà phê rang nhạt nhưng có được hương vị đậm đàcủa cà phê rang đậm. Hạt rang theo khiểu này mất 8% khối lượng khô. d. Cà phê rang đậm theo kiểu Italia hay kiểu Pháp Loại này cà phê có nhiều dầu tiết ra trên bề mặt hạt nhưng hạt chưa thật bóng láng và tách còn rất ít vị chua, màu hạt nâu đậm nhưng chưa đen. Hạt mất 8-12% khối lượng chất khô. e. Cà phê rang rất đậm, rang cháy. Loại này chỉ áp dụng cho máy pha chế đặc biệt espresso cần rang rất đậm và xay rất mịn để có thể trích ly nhanh các chất tan có trong bột cà phê ra tách trong vòng vài giây. Hạt cà phê rang rất đậm làm cho dầu tiết ra rất nhiều tiết ra rất nhiều trên bề mặt rang và hạt trở nên bóng có màu đen thật sự, nếu tiếp tục rang cà phê mất hết dầu và cà phê giống như than. Khối lượng hạt mất 14%. GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 13 f. Loại cà phê rang Torrefacto Loại cà phê rang này có nguồn gốc từ Tây Ban Nha, cà phê rang có bổ sug thêm đường, đường được caramel hóa cho vào cà phê vừa mới rang xong, tạo màu đen bóng ở bề mặt hạt, lượng đường cho vào khoảng 15% so với cà phê. 2.2.2.1. Các biến đổi và các yếu tố ảnh hưởng Trong quá trình rang xảy ra các biến đối sau: • Phản ứng caramel. Xảy ra ở nhiệt độ nóng chảy của đường, nhiệt độ nóng chảy của đường Glucoza là 1450C – 1500C, Fructoza là 95 – 1000C, Saccazoza là 160 – 1800C, Lactoza là 223 – 2520C,… tạo nên các hợp chất có màu và vị. Fructoza Đường Saccazoza t0 Hợp chất màu và vị Glucoza Lactoza • Phản ứng melanoidin (Maillard, Ozamin) Xảy ra giữa đường khử và acid amin dưới tác dụng của nhiệt độ (>00C) tạo nên các sản phẩm có màu có màu và mùi đặc trưng của hoa quả. Đường khử + axit amin t0 Sản phẩm có màu và mùi Ngoài ra còn có các phản ứng khác như: Cracking các hợp chất cao phân tử (gluxit, protein,..), sự vô cơ hóa các hợp chất cacbon tạo hình dáng và màu sắc cho sản phẩm. • Sự biến đổi củ cà phê phụ thuộc vào nhiệt độ trong quá trình rang như sau: GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 Nhiệt độ rang (0C) Biến đổi màu của cà phê Khoảng 100 Màu xanh Màu vàng 120 – 130 Màu vàng Màu hạt dẻ 150 – 180 Màu hạt dẻ Màu xám >180 Màu xám Màu tối Khoảng 270 Màu tối Màu đen Khoảng 300 Màu đen dạng bồ hóng vỡ vụn CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 14  QUÁ TRÌNH RANG • Quá trình rang trải qua 3 giai đoạn: a) Giai đoạn 1: • Làm nóng cà phê đến nhiệt độ rang, quá trình bay hơi nước làm thoát các khí dễ bay hơi theo, khí bay hơi có màu trắng đục và mùi hơi ngái, thể tích của hạt tăng lên (V1), bề mặt hạt bị chai lại. Khi hạt đến nhiệt độ rang thì trong hạt xảy ra quá trình caramel hóa sinh ra một lượng lớn khí CO2 tích tụ trong hạt. Đồng thời một phần chứa cacbon bị Oxy hóa tạo mụi than. • Quá trình Cracking các hợp chất cao phân tử như protein, tinh bột cũng sinh ra một lượng CO2 làm tăng áp lực của hạt lên đáng kể. Trong quá trình này, dầu cà phê trong túi dầu thoát lên bề mặt của hạt tạo cho hạt bóng. Các phản ứng xảy ra hình thành các chất thơm. b) Giai đoạn 2: Thể tích của hạt cà phê tăng lên đột ngột (V2), hạt biến thành hạt xốp, khí thoát ra mạnh có mùi đặc trưng của cà phê. Khí có màu xanh lam, nghe thấy tiếng nổ đều, bề mặt hạt trở nên rất bóng. Trong quá trình này có một lượng cafein bị tổn thất do thăng hoa. Phía trong hạt chuyển sang màu vàng nâu còn phía ngoài hạt có màu nâu cánh gián. c) Giai đoạn 3: Ở giai đoạn này, thể hạt không tăng nữa (V3), lượng khí thoát ra ít, tiếng nổ giảm. Qúa trình caramel hóa xảy ra làm hạt chuyển sang màu đen, hàm lượng chất thơm giảm, vị đắng tăng lên. GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 V2 V V3 31 T(h) CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 15 Đồ thị quan hệ giữa thời gian rang (t) và thể tích hạt (V) Như vậy, trong quá trình rang thể tích của hạt tăng từ 50-80% (thậm chí tới 100%) và hao hụt trọng lượng khoảng 14-23% (phụ thuộc vào mức độ rang, phương pháp rang). Còn độ ẩm biến đổi từ 10-12% (< 13%) trong cà phê nhân xuống 2-2.5% trong cà phê rang.  Những biến đổi của các hợp chất hóa học chính trong cà phê trong quá trình rang như sau: • Cà phê có tác dụng kích thích mạnh mẽ và có hương vị rất đặc biệt, năm 1820 nhà bác học Runge người đức đã tách được cafein, một chất quan trọng nhất tạo nên hương vị đặc trưng của cà phê. Tuy vậy cho đến tận ngày nay người ta vẫn chưa phân tích được hết các loại hợp chất trong cà phê vì thành phần của cà phê hết sức phức tạp và lệ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. • Trong quá trình rang, mỗi hợp chất trong cà phê có thể tăng thêm hoặc giảm đi và hình thành những hợp chất mới, mùi vị của cà phê là kết quả của quá trình biến đổi này. • Các hợp chất quan trọng của cà phê như: Hydratcacbon, chất béo, nước, protein, axit hữu cơ, các loại alcoit, các chất thơm, các chất khoáng. Tỷ lệ các hợp chất này rất khác nhau tùy theo phân tích của nguyên liệu thô, sản phẩm rang xay hoặc trong tếch cà phê thành phẩm.  Hydratcacbon Hàm lượng hydratcacbon trong cà phê thường 30-40%. Về lượng đây là thành phần cao nhất, chúng phần lớn là các loại polysacarit hòa tan hoặc không hòa tan trong nước, ngoài ra có một phần nhỏ là đường như: saccaroza, glicoza,…Trong quá trình rang, các hydratcacbon thay đổi nhiều, chúng có thể phân hủy thành các hợp chất khác nhau hoặc biến đổi màu hầu như hoàn toàn như các chất đường ở trên.Các polysacarit không hòa tan trong nước, chúng tạo thành tế bào ở hạt cà phê và sau khi pha trở thàng bã cà phê.  Nước Cà phê nhân có từ 10-13% nước ở dạng không liên kết. Trong quá trình rang nước bốc hơi và hàm lượng nước tạm thời giảm xuống chỉ còn từ 1-2.5% sau đó hàm nước sẽ tăng lên. Theo quy định của các nước tiêu thụ cà phê, hàm lượng nước trong cà phê rang xay không vượt quá 5%. Qua quá trình rang khối lượng cà phê, tùy theo hàm lượng nước trong cà GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 16 phê nhân sống và mức độ rang, có thể giảm 11-20% có nghĩa là tùy theo mức độ rang mỗi cân cà phê nhân bị mất từ 110-200g hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ kể cả nước.  Các chất béo - Trong cà phê nhân tổng hàm lượng chất béo chiếm từ 10-13%. Cà phê chè Arabica, có nhiều chất béo (còn gọi là dầu cà phê) so với cà phê vối Robusta. Trong quá trình rang hầu như các hợp chất béo hầu như không thay đổi và nếu tính theo tỷ lệ khối lượng thì hàm lượng chất béo tăng lên trong quá trình rang. Các chất béo hầu như không tan vào nước, vì thế chúng chỉ xuất hiện một lượng rất nhỏ trong cà phê tếch. - Chất béo chủ yếu tập trung chủ yếu ở thành tế bào trong hạt cà phê. Một bộ phận nhỏ là lớp sáp cà phê. Lớp này là một màng rất mỏng phủ xung quanh bề mặt hạt cà phê. Hai chất béo chủ yếu tạo thành dầu cà phê là triglyceride và diterpenester. Axit linolic và axit palmitic là hai loại chất béo quan trọng nhất trong các axit béo. Các axit béo như axit acetic, axit formic và axit oxycarbon chỉ có ở tỷ lệ thấp hơn rất nhiều. Các hợp chất như kahweol và cafestol, trước đây được coi trọng trong đánh giá cà phê.  Các axit hữu cơ Những đại diện quan quan trọng nhất của nhóm axit là các loại axit chlorogen. Đây là những loại axit đặc trưng đối với cà phê , trong quá trình rang chúng sẽ bị phân hủy 30- 70%. Hàm lượng của tất cả các loại axit trong cà phê nhân chiếm khoảng 4-5% trong đó các loại axit chlorogen chiếm phần chủ yếu.  Protein Trong cà phê nhân có khoảng 11% protein tự nhiên, dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong quá trình rang, chúng bị phân hủy và một số được tái tạo lại và có mặt trong cà phê rang. Một số sản phẩm tạo ra từ sự phân hủy protein kết hợp với hydratcacbon và axit chlorogen tạo thành những hợp chất màu nâu.  Hợp chất alcaloit Alcaloit là những hợp chất tự nhiên chứa nitơ có ở trong một số loại cây nhất định. Đối với cà phê hàm lượng cafein có thể 0.8-2.5% tùy từng chủng loại. Trong quá trình rang hàm lượng cafein hầu như không thay đổi nhưng hàm lượng trigonellin giảm 75%. Một số chất mới hình thành như niacin, nicotin axit, ngoài ra còn một lượng nhỏ như theobromin và theophyllin.  Chất khoáng GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 17 Hàm lượng chất khoáng trong một sản phẩm tự nhiên thường biến động. Chủng cà phê, khu vực trồng cà phê, cấu tạo đất và phân bón tác động đến tỷ lệ khoáng chất. Nói chung trong cà phê nhân có khoảng 4% khoáng chất và khoảng 90% khoáng chất này có mặt trong nước cà phê. Các chất khoáng như: Kali, canxi, magie, photpho…  Chất thơm Với hàm lượng cho tới 0.1% các chất thơm có thể bốc hơi thì cà phê rang là một trong những loại thực phẩm có hàm lượng chất thơm phong phú nhất. Những chất thơm này không có trong cà phê nhân mà chúng chỉ hình thành trong quá trình rang xay. Các chất hương và vị này cộng lại tạo nên hương vị có một không hai của cà phê vì trong thực tế tất cả các loại sản phẩm thực vật khác ít nhiều đều có hợp chất của cà phê, trừ chất cafein.  Chất lượng của sản phẩm cà phê rang phụ thuộc vào nguyên liệu, quá trình rang (phương pháp, thiết bị, kỹ thuật), quá trình phối trộn…  Trong quá trình rang nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất quyết định đến chất lượng của sản phẩm. Theo các kết quả nghiên cứu nhiệt độ rang phải bắt đầu ở khoảng 2000C, nhiệt độ rang tối ưu là 210-2300C. Khi đó, thời gian rang sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ rang thường thì vài phút (với phương pháp rang liên tục), đến vài chục phút (với phương pháp rang gián đoạn) và các yếu tố khác. 2.2.2.2. Phương pháp rang Có hai phương pháp rang đó là phương pháp rang gián đoạn và phương pháp rang liên tục. Với phương pháp rang gián đoạn sử dụng thiết bị rang dạng hình trụ hoặc hình cầu, còn phương pháp rang liên tục sử dụng thiết bị rang dạng trống quay, dạng chảo quay,…Vật liệu để chế tạo thiết bị thường là thép đen, thép chống rỉ hoặc gang.  Máy rang dạng trống đứng cố định có các cánh khuấy • Nguyên tắc hoạt động: Cà phê sống sẽ được đổ vào một thùng dạng phễu, sau đó nguyên liệu sẽ chảy xuống thùng rang và cánh khuấy, cánh khuấy sẽ có tác dụng làm gia tăng tỷ lệ trao đổi nhiệt giữa các hạt với nhau và giữa các hạt vớ khí được nén, các cánh khấy quay trên một trục nằm ngang khí thải được thổi ra nhờ quạt gió đặt ở đỉnh một ống đứng cố định để làm sạch. Kết thúc quá trình rang , hạt cà phê được tun vào một cái ống rỗng đủ chứa để làm nguội. Với tỷ lệ khí/ cà phê cao nên thời gian rang chỉ 6 phút. GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 18  Máy rang cà phê dạng trống quay nằm ngang. • Nguyên lý: - Trống rang là một ống kim loại hình trụ được bịt kín Thiết bị này cho phép sức nóng truyền từ bề mặt kim loại của trống tới hạt cà phê bên trong. Hạt cà phê luôn luôn lăn dưới tác động của quá trình quay liên tục của GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 Máy rang dạng trống đứng cố định có cánh khuấy CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 19 trống khi rang, vì vậy hạt được truyền tới tất cả các hạt. Thời gian trung bình một mẻ là 17-20 phút. - Hệ thống hồi lưu của khí rang đi ra thông qua một thiết bị tạo gió xoay gọi là xylon để tách vỏ lụa từ phía sau, nhưng gió hồi lưu vòng lại mạnh, được làm sạch rồi đi tới ống khói nhờ bộ phận xúc tiến hoặc cửa lò phía sau. - Trống rang là một ống kim loại hình trụ đục lỗ cho phép khí nóng từ lò đốt bịt kín đi thẳng vào trong lòng của trống và xuyên qua những hạt cà phê đang lăn và ra ngoài theo đường ống khói cao, hoặc đi qua những lỗ của bề mặt lọc bụi và vỏ lụa, rồi quay lại lò đốt kín để tăng hiệu suất làm nóng. Thời gian rang 10-12 phút - Nhiệt độ của khí đốt dẫn vào ở 4590C hoặc thấp hơn nhiệt độ rang có thể đặt cố định hoặc điều chỉnh nhiệt độ bằng tay. Khi đã đạt đến độ rang theo yêu cầu khối hạt cà phê được xả ra một cái khay làm nguội, mặt khay đục nhiều lỗ để thông không khí, có một cái quạt hút không khí từ trên xuống xuyên qua khối hạt cà phê đang được chuyển động nhờ các cánh đảo trên khay, vì vậy cà phê được làm nguội. - Các thông số:  Năng suất 25kg/mẻ  Tốc độ quay trống rang: 30v/p  Nhiệt độ rang: 210-2300C  Nhiên liệu sử dụng: gas Máy rang cà-phê GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 20 Công ty cổ phần cơ khí Vina Nha Trang đã nghiên cứu chế tạo máy rang cà-phê công suất 10 kg/mẻ. Máy có nguyên lý hoạt động như sau: Cà-phê nhân được chuyển vào trống rang qua máng nguyên liệu sẽ được quạt hút làm sạch sơ bộ vỏ lụa và tạp chất nhẹ. Trong suốt quá trình rang, cà-phê nhân được đảo đều liên tục nhờ cách đảo bên trong trống; việc cấp nhiệt ổn định bằng hệ thống ga bên dưới trống rang cùng với chế độ hút khói liên tục. Cà-phê sau khi rang đến độ chín sẽ được chuyển vào khay làm nguội để hạ thấp nhiệt độ của hạt. Trong quá trình làm nguội, cà-phê được đảo đều trong khay cùng với lực hút mạnh của quạt chung quanh lớp lưới của khay làm cà-phê nguội nhanh đều. Khói và tạp chất, vỏ lụa theo ống dẫn quạt hút thổi vào một bộ phận lắng tạp... Thời gian rang mỗi mẻ từ 18 đến 20 phút; nguyên liệu đốt 1,2 - 1,5 kg ga/giờ. . 2.2.3 LÀM NGUỘI CÀ PHÊ RANG • Mục đích: Cà phê sau khi rang xong được đem đi làm nguội nhanh nhằm tản nhiệt cho hạt, tránh các biến đổi không có lợi xảy ra và giải phóng khí CO2 Sinh ra trong qúa trình rang tạo thuận lợi cho quá trình bao gói sau này. • Làm nguội bằng cách rải cà phê ra sàng kết hợp với quạt thổi không khí hoặc tốt nhất là hút chân không để tránh tổn thất chất thơm. 2.2.4 PHỐI TRỘN CÀ PHÊ RANG VỚI CÁC CHẤT PHỤ GIA • 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 tỷ lệ nhất định hoặc với các nguyên liệu phụ và các chất phụ gia theo thị hiếu của người tiêu dùng (còn gọi là gu) • Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cà phê, mỗi loại cà phê có những hương vị đặc trưng, để đáp ứng khẩu vị của người uống cà phê thì phối trộn đóng vai trò rất quan trọng. 2.2.5 Ủ CÀ PHÊ RANG • Sau khi phối trộn, cà phê được đưa đi ủ khoảng 40h. Mục đích ủ nhằm làm cho các chất phụ gia ngấm đều vào trong hạt cà phê nhưng không làm ảnh hưởng đến chất lượng của cà phê rang. • Quá trình ủ được thực hiện trong các thùng hoặc các bao kín, khối lượng phụ thuộc vào quy mô sản xuất. 2.2.6 XAY CÀ PHÊ RANG • Công đoạn xay cà phê rang cũng rất quan trọng, cà phê rang phải xay đến độ mịn phù hợp và đồng đều. Nếu bột thô thì khi pha sẽ rất khó có thể chiết được hết các chất hòa GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 21 tan ra ngoài nên dịch chiết sẽ loãng hoặc thời gian pha phải kéo dài. Ngược lại nếu bột quá mịn thì khi pha cà phê sẽ khó chảy và có thể dịch chiết sẽ có lẫn cặn. Tuy nhiên, 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 µ m. • Thiết bị nghiền cà phê dạng trục  Nguyên tắc: Nhân cà phê rang được chứa trên phễu đựng liệu, sau đó khởi động công tắc trên Panel điều khiển các cặp trục (bao gồm: cặp trục nghiền thô, trung, mịn) và trục vít đánh tơi ở phía dưới, tiếp đó là khởi động công tắc trục cấp liệu, lúc này nhân cà phê lần lượt qua các cặp trục nghiền, qua trục vít đánh tơi và được đưa ra khay chứa sản phẩm.  Ưu điểm Thiết bị nghiền cà phê cải tiến được thay đổi đường kính trục nghiền, thay đổi dạng răng nghiền và thêm bộ phận đánh tơi sản phẩm sau khi nghiền, cho ra sản phẩm sạch (không bị lẫn tạp chất do trục nghiền gây ra như mòn biên dạng răng), năng suất cao hơn, không bị biến màu sản phẩm (do quá trình nghiền sinh nhiệt), tránh bể biên dạng răng trong quá trình nghiền khi có vật cứng hơn lẫn vào.  Nhược điểm: Hiện nay thiết bị nghiền cà phê bán trên thị trường phổ biến là dạng đĩa quay (dùng lưỡi dao trên đĩa để chặt nát hạt cà phê). Do có ma sát giữa lưỡi dao và hạt cà phê sẽ tạo ra nhiệt. Vì thế để xay được nát, nhuyễn, thời gian xay sẽ lâu. Khi đó nhiệt độ do sự ma sát sinh ra sẽ làm hỏng hương vị cà phê. Ngoài ra cà phê Việt Nam thường hay tẩm và tạo hương vị bằng bơ và caramen. Chính những chất này sẽ bám dính vào trục nghiền, răng nghiền nên sẽ làm giảm năng suất xay. Dù biên dạng răng nghiền có tốt đến mấy, nhưng nếu không làm vệ sinh trong một khoảng thời gian dài thì sẽ không nghiền được. 2.2.7 BAO GÓI VÀ BẢO QUẢN CÀ PHÊ RANG XAY • 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 GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 22 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. • Phương pháp đóng bao thường đi kèm với loại vật liệu làm bao.  Đóng bao chân không dùng hộp kim loại - 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.  Đóng bao dùng bao nhựa két nhiều lớp cứng - 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 µ m) để dễ dùng nhiệt hàn bao, lớp polypropyrene (PP) hoặc nhôm ở giữa ( độ dày tiêu chuẩn là 12 µ m) để tránh cà phê hút ẩm và polyester (độ dày tiêu chuẩn 70 µ 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 GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 23 được chấp nhận vì người tiêu dùng do bao xốp đẹp hơn và ít nhăn nhúm hơn bao cứng.  Đóng bao dùng bao mềm hay xốp - 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. 2.2.8 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CÀ PHÊ RANG Việc đánh giá phân loại cà phê rang sẽ dựa vào một số chỉ thị mang tính định tính như màu sắc và độ láng bóng của bề mặt hạt, sự đồng nhất của khối hạt, màu sắc và độ nở của rãnh giữa hạt.  Đánh giá màu sắc của khối hạt  Đồng màu: hầu như không có hạt khác màu  Lác đác hạt khác màu 1-3% số hạt vàng đục  Lốm đốm 5-10% sô hạt vàng đục  Đáng giá độ láng bóng của bề mặt hạt cà phê rang Khi bề mặt hạt vẫn khô, trơn và có ánh sáng phản quang giống như có dầu chiếu, mặc dù không có dầu hay bơ. Đây là đặc trưng của cà phê có chất lượng tốt nhất.  Màu sắc và độ nở của rãnh giữa hạt  Màu sắc: Trắng – trắng nhạt – nhuốm nâu – nâu đậm  Độ mở: Rộng- trung bình- khít  Một số sản phẩm trên thị trường GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 24 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN Cà phê nhân sau khi rang được đưa đi xay để làm cà phê bột pha phin, từ cà phê bột pha phin ta tiếp tục chế biến cà phê hòa tan 3.1.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN TỪ BỘT CÀ PHÊ RANG 3.2.THUYẾT MINH QUY TRÌNH 3.2.1.Trích ly,làm sạch Mục đích : nhằm thu các chất hòa tan có trong bột cà phê rang . Dùng nước nóng ở nhiệt độ 80-900C để trích ly. Không dùng nước có nhiệt độ cao hơn vì sẽ trích ly những chất không tốt cho sản phẩm. Kích thước bột cà phê rang để sản xuất cà phê hòa tan cần có kích thước lớn và tiến hành trích ly nhiều lần để hạn chế lượng bột mịn tan sâu vào trong nước khi trích ly. GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 BỘT CÀ PHÊ RANG TRÍCH LY, LÀM TRONG CÔ ĐẶC SẤY KHÔ CÀ PHÊ HÒA TAN Thu hồi chất thơm Bổ sung chất thơm CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 25 Thiết bị sử dụng trong giai đoạn này là thiết bị trích ly gian đoạn: nước sẽ được bơm từ đáy tháp lên, qua cột bột cà phê rang trong tháp. Tại đây xảy ra hiện tượng trích ly các chất hòa tan.dung dịch cà phê được thu tại đỉnh tháp.Phải lần lượt thay thế bột cà phê ở các tháp sao cho dung dịch trích ly khi đi qua các tháp chứa bột cà phê có lượng chất tan tăng dần.Để tránh hiện tượng bột cà phê không được thấm ướt,thì ta làm ẩm bột cà phê bằng hơi nước bão hòa trước khi bơm nước vào trích ly.Nồng độ dung dịch cà phê trích ly có thể đạt tới 20-22% 3.2.2.Cô đặc + Mục đích:Tạo điều kiên thuận lợi cho quá trình tiếp theo Nồng độ dịch cà phê sau khi trích ly là 20-22% (do nồng độ của dịch cà phê quá cao vì thế ta chưa thể sấy khô được).Do đó phải tiền hành cô đặc trích ly đến nồng độ 30-33% mới thuận lợi cho quá trình sấy Phương pháp cô đặc thường dùng là phương pháp cô đặc chân không: Dung dịch cà phê được bơm vào thiết bị gia nhiệt.Tại đây nược nhận nhiệt và bay hơi độ chân không được tạo ra nhờ baromet sẽ hút hơi nước và ngưng tụ tại bình ngưng. Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu thì dừng. 3.2.3.Sấy khô Sấy khô nhằm đưa dịch trích ly cà phê cô dặc thành dạng bột khô để tiện lợi cho quá trình bảo quản và sử dụng Phương pháp sấy khô thường dùng là phương pháp sấy phun: Dịch cà phê cô đặc được bơm vào đỉnh cyclo. Tại đây có một đĩa đục nhiều lỗ nhỏ, có tốc độ quay rất lớn, làm cho dịch cà phê vào cyclo ở dạng sương mù. Không khí nóng khô được thổi vào cyclo sấy khô cà phê ở dạng sương mù thành dạng bột. Cà phê dạng bột hòa tan được thu ở đáy cyclo. Sau khi sấy khô ta thu được bột cà phê hòa tan có độ ảm 1-2%, có màu nâu đen đậm. Nêu để nguyên cà phê bột đem đi chế biến thì chất thơm của bột cà phê sẽ bị tổn thất rất nhiều, nhất là trong quá trình sấy phun. Do vậy người ta thu hồi chất thơm của cà phê bột trước khi trích ly rồi bổ sung trở lại cho bột cà phê hòa tan . + Khử hấp phụ Qúa trình khử hấp phụ được tiến hành trong tháp đứng và tác nhân hấp phụ là khí trơ (N2). Cà phê bột được làm nóng trong tháp sẽ toát ra các chất thơm. Sau đó bơm dòng khí trơ đã GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE BỘT 26 được đót nóng trong tháp sẽ toát ra các chất thơm. Sau đó bơm dòng khí trơ đã được đốt nóng đến nhiệt độ nhất định (900C) vào từ đáy tháp. Trên đỉnh tháp có quạt hút có tác dụng hút hỗn hợp khí ra khỏi tháp , đồng thời tạo áp suất thấp để quá trình hập phụ xảy ra dễ dàng. Ta thu được hỗn hợp khí N2 và các chất thơm. + Hấp phụ Bột cà phê hòa tan sau khi sấy có đọ ẩm 1-2% và rất xốp nên rất dễ hấp phu. Quá trình hập phụ cũng được tiến hành tại tháp đứng. hỗn hợp khí vào được làm lạnh ( nhiệt độ thường là 8-90C), khi đi qua bột cà phê hòa tan sẽ hập phụ các chất thơm có trong hỗn hợp khí ta thu được bột cà phê hòa tan thành phẩm GVHD: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG SVTH: NHÓM 7