Tài liệu Quy trình sản xuất cà phê hòa tan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ GVHD: Nguyễn Cao Cường Nhóm sinh viên thực hiện: 1. Ngô Thị Quỳnh Như 2. Phan Thị Diệu Minh 3. Trương Diệu Linh 4. Nguyễn Thị Thùy Loan 5. Thái Hoàng Linh 6. Lê Thị Linh 7. Phạm Thị Lệ Quý 8. Phan Thị Mỹ Nguyệt 9. Lê Thị Liên 10.Nguyễn Thị Hà Ly Lớp: CNTP 47 Huế, tháng 3 năm 2015 Nhóm 7 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 MỤC LỤC 1. Nguyên liệu 4 1.1. Cà phê nhân 4 1.2. Nước 5 1.3. Bột sữa gầy 7 1.4. Đường tinh luyện 8 2. Qui trình sản xuất cà phê hòa tan 10 3. Thuyết minh qui trình 11 3.1. Làm sạch 11 3.2. Phối trộn 12 3.3. Rang 14 3.4. Nghiền 17 3.5. Trích ly 19 3.6. Xử lí dịch chiết 22 3.7. Tách hương 23 3.8. Cô đặc bốc hơi 24 3.9. Sấy phun 28 3.10. Tạo hạt 32 3.11. Phối trộn 34 3.12. Bao gói 34 4. Chất lượng cà phê hòa tan 36 5. Vấn đề vệ sinh trong sản xuất 37 6. Tiêu chuẩn chất lượng cà phê hòa tan 37 6.1. Yêu cầu về thành phần 37 6.2. Các chỉ tiêu khác 37 6.3. Bao bì và đóng gói 38 2 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 LỜI MỞ ĐẦU Cà phê (gốc từ café trong tiếng Pháp) là một loại thức uống từ lâu đời có chứa chất caffein và được sử dụng rộng rãi trong đời sống, sản xuất từ những hạt cà phê được rang lên, từ cây cà phê. Cà phê được sử dụng lần đầu tiên vào thế kỉ thứ 9 ở châu Phi và ngày nay, cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu. Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 50 quốc gia trên thế giới, trong đó có một số nước trồng nhiều cà phê là Việt Nam, Brazin, Colombia, Indonesia, Mexico, Ấn Độ, Guatemala, Ethiopia, Uganda, Costa Rica, Peru... Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của xã hội thì yêu cầu về sự tiện dụng và chất lượng của sản phẩm ngày càng lớn và cà phê hòa tan hay cà phê uống liền là sự lựa chọn tối ưu cho những người yêu thích cà phê. Đó là một loại đồ uống bắt nguồn từ cà phê nhưng dưới dạng bột cà phê và đã được nêm nếm sẵn theo khẩu vị và được chế biến bằng phương pháp rang, xay, sấy khô. Cà phê hòa tan được sử dụng ngay bằng cách chế với nước sôi và khuấy đều là có thể sử dụng, không chỉ vậy loại cà phê này có thể bảo quản được lâu và dễ sử dụng. Tuy nhiên quy trình chế biến ra nó lại đòi hỏi những công nghệ hết sức phức tạp. Trong bài tiểu luận này nhóm chúng em sẽ trình bài về quy trình chế biến cà phê hòa tan cùng một số thiết bị chính trong quá trình sản xuất. 3 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 1. Nguyên liệu 1.1. Cà phê nhân 1.1.1. Thành phần hóa học Thành phần hóa học trong cà phê nhân biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.  Nước Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết. Khi hàm lượng nước cao hơn hạt cà phê có thể bị nấm móc và hư hỏng. Mặt khác hàm lượng nước cao có thể làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trong quá trình rang, tốn nhiều nhiên liệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê. Hàm lượng nước sau khi rang còn lại khoảng 2,7%.  Chất khoáng Hàm lượng chất khoáng trong cà phê nhân là 3-5%, chủ yếu là kali, photpho, nitơ, magie, clo. Những chất này ảnh hưởng đến mùi cà phê. Chất lượng cà phê cao khi lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại.  Glucid Chiếm khoảng 1/2 trong tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần nước uống mà chỉ tạo màu và vị caramel. Đường có trong cà phê chủ yếu do tác dụng của phản ứng thủy phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme thủy phân. Hàm lượng sacharose có trong cà phê phụ thuộc vàomức độ chín, quả càng chín thì hàm lượng đường càng cao. Hạt cà phê có chứa nhiều polysaccharied nhưng phần lớn là bị tách ra sau qua trình trích ly.  Prôtêin Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương vị của sản phẩm. Thành phần protein trong cà phê có những acid amin sau: cysteine, alanie, lysine, phenilanine, histidine, leusine,... Khi gia nhiệt các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng tiếp tục tham gia vào phản ứng maillard, caramel tạo mùi và vị cho cà phê rang. Trong các amin kể trên chú ý nhất là các acid amin chứa lưu huỳnh như cysteine, proline, chúng góp phần làm giảm tốc độ oxi hóa của các chất thơm, làm cho cà phê rang giữ được mùi vị lâu khi bảo quản. 4 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7  Lipid Hạt cà phê chứ lượng lipid khá lớn( 10-13%). Lipid trong cà phê gồm chủ yếu trong dầu và sáp. Trong qua trình chế biến lipid bị biến đổi, song một phần acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không bị biến đổi 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.  Các alkaloid Trong cà phê có các alkaloid như caffeine, trigonelline, coline. Trong đó quan trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là caffeine, trigonelline. Caffeine chiếm từ 1-3%, hàm lượng caffein thấp hơn trong chè nhưng nó kích thích hệ thần kinh với thời gian nhiều hơn. Trigonelline không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic, không tan trong cloroform và ete, tan nhiều trong nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218°C. Tính đáng quý của nó là dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân thành acid nicotide (tiền vitamin PP).  Chất thơm Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong hạt. Mặt khác nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá trình rang.Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà phê bị mất mùi thơm nên cần bảo quản trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh. 1.1.2. Tiêu chuẩn cà phê nhân Để đánh giá chất lượng cà phê nhân người ta thương dựa vào các chỉ tiêu sau:  Độ ẩm: <13%  Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807:2001.  Hàm lượng tạp chất và tỉ lệ lẫn các loại cà phê khác nhau  Tổng trị số lỗi trên 300g mẫu  Các tính chất cảm quan về màu sắc và thể chất của hạt cà phê. 1.2. Nước Nước dùng trong sản xuất thực phẩm phải trong, không màu không mùi vị. 5 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Bảng 1: Tiêu chuẩn dùng nước trong công nghệ thực phẩm Chỉ tiêu Tiêu chuẩn Chỉ tiêu vật lí Mùi vị không Độ trong (ống Dienrent) 100 ml Chỉ tiêu hóa học pH 6,0 – 7,8 CaO 50 – 100 mg/l MgO 50 mg/l Fe₂O₃ 0.3 mg/l MnO 0.2 mg/l BO₄³¯ 1,2 – 2,5 mg/l SO₄²¯ 0,5 mg/l NH₄¯ 0,1 -0.3mg/l NO₂¯ Không NO₃¯ Không Pb 0,1 mg/l As 0,05 mg/l Cu 2 mg/l Zn 5 mg/l F 0,3 – 0,5 mg/l Chỉ tiêu vi sinh Tổng số vi sinh vật hiếu khí <100 cfu/ml Chỉ số Coli ( số Coli/1l nước ) <20 6 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Chuẫn số Coli >50 Vi sinh gây bệnh Không có 1.3. Bột sữa gầy Bột sữa gầy là sản phẩm thu được từ quá trình tách nước của sữa tiệt trùng. Bột sữa gầy chứa không quá 5% hàm lượng ẩm và không quá 1,5% hàm lương chất béo ( tính theo trọng lượng ), trừ các trường hớp khác. Bột sữa gầy được phối trộn vào bột cà phê hòa tan để thay đổi màu sắc vốn có của cà phê làm cho bột cà phê mềm, mịn hơn và hạn chế vị đắng của cà phê. Bảng 2: Các chỉ tiêu cảm quan của bột sữa gầy Tên chỉ tiêu Đặc trưng của sữa bột Màu sắc Từ màu trắng sữa đến màu kem nhạt Mùi, vị Thơm, ngọt đặc trưng của sữa bột không có mùi vị lạ Trạng thái Dạng bột đồng nhất không vón cục Bảng 3: Chỉ tiêu hóa lý của sữa bột gầy 1. Hàm lượng nước, % khối lượng ≤5 2. Hàm lượng chất béo, % khối lượng ≤1.5 3. Hàm lượng protein, tính theo hàm lượng chất khô không có chất 34 béo. % khối lượng 4. Độ acid, °T ≤20 5. Chỉ số không hòa tan ≤1/50 7 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Bảng 4: Hàm lượng kim loại nặng của sữa bột Mức tối đa Tên chỉ tiêu 1. Asen, mg/kg 0,5 2. Chì, mg/kg 0,5 3. Cadimi, mg/kg 1 4. Thủy ngân, mg/kg 0,05 Bảng 5: Chỉ tiêu vi sinh vật của sữa bột Tên chỉ tiêu Mức cho phép 1. Tổng số vi sinh vật hiếu khí, số khuẫn lạc trong 1g 5.10⁴ sản phẩm 1.4. 2. Nhóm colifom, số vi khuẫn trong 1g sản phẩm 10 3. E.Colo, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0 4. Salmonella, số vi khuẩn trong 25g sản phẩm 0 5. Staphilococcus aureus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 10 6. Clostridium pesringer, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0 7. Bacillus cereus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 10² 8. Nấm men, nấm mốc, số khuẫn lạc trong 1g sản phẩm 10 Đường tinh luyện Đường tinh luyện là đường saccharose được tinh chế và kết tinh có độ Pol trên 99,8% theo TCVN 6958 – 2001. Đường tinh luyện được bổ sung vào cà phê hòa tan để làm giảm bớt vị đắng của cà phê. 8 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Bảng 6: Chỉ tiêu cảm quan của đường tinh luyện Chỉ tiêu Yêu cầu Hình dạng Tinh thể màu trắng, kích thước tương đối đồng đều, tơi khô không vón cục Mùi vị Tinh thể đường hoặc dung dịch đường trong nước có vị ngọt, không có mùi vị lạ Màu sắc Tinh thể trắng óng ánh. Khi pha vào nước cất cho dung dịch trong suốt Bảng 7: Chỉ tiêu hóa lí đường tinh luyện STT Tên chỉ tiêu Mức 1 Độ Pol, ( oZ ) ≥99,8 2 Hàm lượng đường khử, % khối lượng ≤0,03 3 Tro dẫn điện. % khối lượng ≤0.03 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105°C trong 3h, ≤0.05 4 % khối lượng 5 Độ màu, đơn vị ICUMSA ≤30 Bảng 8: Chỉ tiêu vi sinh vật của đương tinh luyện Tổng số VSV hiếu khí, CFU/10g ≤200 Nấm men, CFU/10g ≤10 Nấm mốc, CFU/10g ≤10 Bảng 9: Chỉ tiêu về dư lượng SO₂ và kim loại nặng trong đường tinh luyện Tên chỉ tiêu Mức Dư lượng SO₂ (mg/kg) ≤70 As (mg/kg) ≤1 9 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Cu (mg/kg) ≤2 Pd (mg/kg) ≤0,5 7. Quy trình sản xuất cà phê hòa tan Cà phê hòa tan là một loại thức uống bắt nguồn từ cà phê. Nó xuất hiện đầu tiên trên thị trường vào những năm 50 của thế kỷ 20. Từ đó, công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan đã phát triển rất mạnh, và trở thành một trong những loại thức uống phổ biến nhất của cà phê được hàng triệu người trên thế giới ưa chuộng. Loại cà phê này rất tiện lợi và dễ dàng sử dụng nhưng quy trình sản xuất thì rất phức tạp và đòi hỏi chi phí cao. Quy trình sản xuất cà phê theo sơ đố khối: 10 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 3. Thuyết minh quy trình 3.1. Làm sạch 3.1.1. Mục đích Cà phê nhân nguyên liệu khi được đưa đến nhà máy sản xuất có thể bị lẫn các loại tạp chất. Thành phần tạp chất thường là lá, vỏ cà phê còn sót lại, có thể lẫn cả kim loại do quá trình đóng gói, vận chuyển. Các loại tạp chất này có thể làm hỏng thiết bị trong quả trình nghiền sau này. Do đó, mục đích chính của quá trình làm sạch là loại các tạp chất này ra khỏi nguyên liệu cà phê nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Bên cạnh đó, để đảm bảo sự đồng đều của cà phê trong quá trình rang, quá trình phân loại sẽ giúp loại bỏ các hạt cà phê không đảm bảo về kích thước ( quá nhỏ hoặc quá to, hạt cà phê bị vỡ nát) và tỷ trọng. 3.1.2. Các biến đổi Biến đổi trong quá trình làm sạch là biến đổi vật lý, tức là 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. 3.1.3. Phương pháp thực hiện Để làm sạch tốt nguyên liệu ta tiến hành theo 3 bước:  Phân loại theo kích thước: thực hiện bằng sàng. Thông thường quá trình phân loại được phân loại theo 2 sàng nối tiếp. cà phê dược cho vào sàng thứ nhất, phần tạp chất có kích thước lớn được giữ lại trên sàng, phần đi qua sẽ tiếp tục chuyển qua sàng thứ hai. Tại đây các tạp chất có kích thước nhỏ sẽ đi qua sàng , hạt cà phê có kích thước theo yêu cầu sẽ được giữ lại trên sàng. Kích thước của 2 loại sàng này phụ thuộc vào từng loại cà phê nguyên liệu.  Phân loại theo tỷ trọng (bằng khí động) : tỉ trọng của hạt cà phê trung bình là 1,1 – 1,3 loại máy phân loại theo tỷ trọng phổ biến là catador. Nguyen lý của máy là dùng sưc gió thổi hạt cà phê đang rơi ngược ciều từ trên xuống. Các hạt có tỷ trọng cao sẽ vượt qua súc gió rơi xuống đáy và được dẫn ra sàng ra ngoài. Hạt nhẹ sẽ bị nãy lên trên. Phần tạp chất nhẹ và bụi sẽ được thổi ra ngoài qua một lớp lưới gắn 11 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 phía trên. Quạt ly tâm có số vòng quay 550-620 vòng/phút, vận tốc gió từ 13-15 m/s, năng suất máy từ 500-600 kg/h.  Phân loại theo từ tính : tách kim loại. 3.1.4. T h i ế t b ị Hình 1: Thiết bị sàng 2 tầng nối tiếp Nguyên liệu sau khi vào thiết bị được dẫn qua máy sàng 2 tầng. Tại đây các tạp chất có kích thước nhỏ hơn các tạp chất có kích thước lớn hơn cà phê nhân được tách ra. Sau đó, nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất nhẹ được lẫn trong cà phê nhân sẽ được hút ra ngoài. Từ đây, nguyên liệu được dẫn qua bộ phận nam châm quay để tách kim loại. Cuối cùng, nguyên liệu đi qua máy tách đá và thoát ra ngoài. 3.2. Phối trộn 3.2.1. Mục đích: Hoàn thiện Nhằm đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng, người ta thường trộn một số loại cà phê Arabica và cà phê Robusta với nhau. Tỷ lệ phối trộn tùy theo nhà sản xuất và loại sản phẩm sẽ được phục vụ cho những đối tượng tiêu dùng nào. 12 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Cà phê Arabica thường được đánh giá cao hơn về tính chất hương vị và thường được dùng để sản xuất cà phê rang xay. Cà phê Robusta thường được sử dụng để sản xuất cà phê hòa tan hoặc phối trộn với cà phê Arabica để sản xuất cà phê rang xay. 3.2.2. Các biến đổi Trong giai đoạn này, các biến đổi trong bản thân từng hạt cà phê nhân hầu như không xảy ra, chỉ có sự phân bố đồng đều các hạt trong toàn khối. 3.2.3. Phương pháp thực hiện 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. Chọn tỷ lệ Robusta: Arabica là 7:3 3.2.4. Thiết bị Hình 2: Máy trộn thùng quay Thùng chứa vật liệu được truyền động quay qua các trục được gắn với thùng. Khi thùng quay, dưới tác dụng của lục li tâm, vật liệu trong thùng sẽ được nằm lên và rơi xuống tạo sự đảo trộn trong khối vật liệu. 13 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 3.3. 3.3.1. Rang Mục đích: Chế biến và bảo quản Chế biến: trong quá trình rang cà phê, dưới tác động của nhiệt độ, các phản ứng hóa học sẽ diễn ra tạo nên hương vị màu sắc đặc trưng của cà phê thành phẩm. Bảo quản: quă trình rang cà phê xảy ra ở nhiệt độ cao làm giảm độ ẩm của cà phê, tiêu diệt các vi sinh vật và ức chế các phản ứng hóa sinh. 3.3.2. Các biến đổi  Biến đổi vật lý Trong quả trình rang, nhiệt độ hạt cà phê tăng là do nhiệt lượng cung cấp từ tác nhân gia nhiệt và nhiệt lượng do các phản ứng hóa học bên trong hạt sinh ra. Giai đoạn đầu, nhiệt lượng d các phản ứng nhiệt phân là không đáng kể. Sau đó, nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng nhiệt phân sẽ tăng do cường độ các phản ứng tăng lên. Nhiệt lượng này tăng mạnh khi nhiệt độ của hạt cà phê dao động trong vùng 170 0C đến 250 0C. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nước và một số chất có phân tử lượng thấp sẽ bay hơi, do đó làm trương nở và giảm khối lượng hạt cà phê, tỷ trọng hạt cũng giảm đi. Các biến đổi này phụ thuộc ào giống, chất lượng cà phê nhân nguyên liệu, mức độ rang và phương thúc rang. Thể tích sau khi rang có thể tăng lên 4060%.  Biến đổi hóa lý Biến đổi hóa lý quan trọng nhất trong quả trình rang là hiện tượng bay hơi ẩm và các hợp chất dễ bay hơi làm giửm trọng lượng hạt. Quá trình này làm cho cấu trúc bên trong hạt giòn và xốp. Trong quá trình rang, độ ẩm của hạt thay đổi từ 14- 23%. Các yếu tố ảnh hưởng : độ ẩm cà phê nhân, giống cà phê, điều kiện bảo quản và vận chuyển, kỹ thuật rang. Ở nhiệt độ 180-220 0 C , một lượng khí sinh ra (CO2 ,CO, H2O,..), hạt cà phê trở nên giòn, thể tích tăng từ 50 -80% phụ thuộc vào giống, độ ẩm, tốc độ rang...Đây cũng là một chỉ tiêu quan trọng trên quan điểm thương mại.  Biến đổi hóa học 14 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Biến đổi hóa học là biến đổi quan trọng nhất trong quá trình rang. Những biến đổi hóa hoc sẽ tạo ra các đặc trưng về hương vị cho cà phê thành phẩm. Các biến đổi hóa học diễn ra trong quá trình rang là:  Độ ẩm của hạt cà phê trước khi rang khoảng 12- 13%,sau khi rang thường khoảng 1- 2%, tùy mức độ rang  Sự tổn thất chất khô: Hàm lượng các chất khô trong quá trình rang sẽ giảm do các phản ứng phân hủy. Khi cà phê càng đậm, lượng chất khô sẽ giảm càng nhiều. Thông thường, cà phê rang ở khoảng từ 180- 240 0C trong 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 hòa tan thường tăng lên. Ngoài ra, sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan còn phụ thuộc vào mức độ rang (nhanh, chậm), thiết bị rang (thùng quay, tầng sôi).  Biến đổi hóa sinh và vi sinh Do nhiệt độ hạt rất cao nên sau quá trình rang, các enzyme và vi sinh vật bị vô hoạt hoàn toàn.  Cảm quan Đầu tiên, bề mặt hạt cà phê dần trơn và nhẵn. Sau đó, bề mặt hạt khô và bắt đầu xuất hiện các vết nứt. Cuối cùng, bề mật hạt bóng lên do dầu bên trong nhân cà phê thoát ra ngoài bề mặt. Trong quá trình rang có hai thời điểm quan trọng: khi bề mặt hạt cà phê xuất hiện vết nứt thứ nhất và vết nứt thứ hai. Đây là đặc điểm quan trọng để đáng giá mức độ rang của hạt cà phê. Màu sắc của hạt cà phê sẽ biến đổi dần từ màu xanh xám sang màu vàng nhạt, vàng đậm, nâu cánh gián, cánh đen và cuối cùng là có màu đen đậm. Đây chính là cơ sở để phân tích mức độ rang cà phê. 15 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 3.3.3. Phương pháp thực hiện Quá trình rang được thục hiện ở áp suất thường. Tác nhân cung cấp nhiệt cho quá trình rang: không khí, bề mặt kim loại nóng hay các tia bức xạ. Hiện nay, không khí nóng được sử dụng phổ biến hơn, bề mặt kim loại chỉ được dùng như tác nhân phụ bổ sung cho không khí nóng. Phương pháp rang thùng quay liên tục: cấu tạo thiết bị gồm có một thùng quay được gắn với một trục động cơ. Tác nhân rang thường dùng là không khí nóng: không khí nóng tuần hoàn. Bên trong thùng quay có cơ cấu vít tải để đảm bảo cho cà phê di chuyển trong thùng quay từ đầu vào đến đầu ra. Trong thiết bị rang có bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh nhằm hạ nhiệt độ cà phê xuống nhanh sau khi đã đạt được mức độ rang cần thiết. Do cà phê sau quá trình rang có nhiệt độ cao làm cho các hợp chất tạo hương mới sinh ra tiếp tục bay hơi làm thất thoát hương. Vì vậy, để tránh thất thoát hương cần làm nguội nhanh sản phẩm. 3.3.4. Thiết bị  Các thông số công nghiệp  Nhiệt độ của hạt cà phê nên nằm giói hạn 180- 240 0 C  Thời gian rang được xác định thao mức độ rang mong muốn và nhiệt độ thực hiện quá trình rang không vượt quá 1h.  Quá trình làm nguội sẽ kết thúc khi nhiệt độ hạt bằng nhiệt độ môi trường 16 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Hình 3: Thiết bị rang thùng quay liên tục 3.4. Nghiền 3.4.1. Mục đích: Chuẩn bị Quá trình nghiền cà phê rang có mục đích chính là giảm kích thước của hạt cà phê, phá vở cấu trúc vốn có của hạt cà phê rang để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích li khi sản xuất cà phê hòa tan hoặc trong qúa trình pha chế cà phê khi sử dụng. Ngoài ra, mục đích của qua trình nghiền còn nhằm tạo điều kiện cho một số khí ( đặc biệt CO₂) được sinh ra trong quá trình rang và bị giữ lại bên trong hạt sẽ thoát ra ngoài tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bao gói. 3.4.2. Các biến đổi  Vật lí:  Sự giảm kích thước của hạt cà phê từ hạt rắn sang dạng bột rắn khô. 17 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7  Giảm khối lượng toàn hạt và tăng khối lượng riêng xốp do khí CO₂, hơi nước và các chất dễ bay hơi tạo thành từ giai đoạn rang tiếp tục được giải phóng.  Sự gia tăng nhẹ nhiệt độ do ma sát.  Sự tách tiếp tục lớp vỏ còn chưa được tách ra trong quá trình rang.  Hóa học: Có một số phản ứng phân hủy, oxi hóa do nhiệt độ và bề mặt tiếp xúc tăng. Tuy nhiên, các biến đổi này không đáng kể.  Hóa lí: Sự tăng diện tích bề mặt riêng, sự bay hơi của một số chất mùi.  Cảm quan: Giảm mùi thơm của cà phê do một số chất mùi bị thất thoát. Sau khi nghiền, cà phê nên được đem đi trích ly càng nhanh càng tốt. 3.4.3. Phương pháp thực hiện Hạt cà phê sau khi rang cần lực cắt hơn là lực xé hay lực ép, do đó thiết bị xay thường sử dụng là các con lăn có răng cưa để cắt vơi nhiều kiểu dáng khác nhau. Ngoài ra còn có nhiều loại thiết bị khác để tạo ra cà phê hạt mịn hay cà phê dạng bông(thường có lợi cho quá trình ủ sau này) Hạt cà phê sau khi nghiền không nên còn quá thô vì thời gian trích li bằng nước các chất rắn hòa tan và các cấu tử dễ bay hơi sẽ lớn, nhưng cũng không nên quá mịn có thể làm nghẹt lọc. Trong khi nghiền nên thêm một ít nước (Bằng cách phun ẩm) để tạo thuận lợi cho quá trình trích ly bằng nước sau này. Theo nghiên cứu, lượng nước thêm vào trong giai đoạn này tốt nhất là khoảng 7%. Người ta có thể sử dụng phương pháp nghiền lạnh đông. Theo cách này, hạt cà phê sẽ được xay mịn hơnvà lượng cấu tử hương thất thoát sẽ giảm xuống (trong qua trình xay ở nhiệt độ thường, sự ma sát sẽ làm tăng nhiệt độ cà phê). Khí thoát ra có thể được thu hồi và sử dụng ở các giai đoạn sản xuất sau và trong quá trình bao gói. Lớp vỏ bong ra có thể bị bỏ đi hay được tận dụng để phối trộng với cà phê bột lúc sau nhằm tân thu hết những chất dầu thấm ra vỏ trong quá trình rang và khống chế khối lượng riêng thể tích của khối bột sau nghiền. 18 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7 Thiết bị nghiền cà phê là các loại máy nghiền hạt (đôi khi còn được gọi là máy xay). Sau quá trình nghiền, bột cà phê được đưa tới ray. Các thành phần có kích thước quá lớn sẽ được hoàn lưu trở về máy nghiền. Hai loại máy nghiền thường được sử dụng là máy nghiền trục trơn và máy nghiền răng. 3.4.4. Thiết bị Thiết bị nghiền trong công nghiệp được thiết kế nhiều trục nghiền răng có tốc độ quay khác nhau. Trên bề mặt các trục quay có tốc độ cao có các răng cưa hình chữ U nằn nghiêng, còn bề mặt trục quay tốc độ thấp có các răng cưa hình chữ U thẳng đứng. Hai trục quay vơi tốc độ khác nhau sẽ tạo thành một cặp, giữa mỗi cặp sẽ có một khoảng cách thích hợp với mức độ nghiền. Đi từ trên xuống dưới, mức độ nghiền sẽ đi từ thô sang tinh.  Thông số công nghệ  Độ ẩm nguyên liệu vào: 1-2%  Kích thước hạt sau nghiền: 1000 µ 3.5. Trích ly 3.5.1. Mục đích: Khai thác Quá trình này nhằm khai thác các chất hòa tan trong bột cà phê. Đây là giai đoạn quan trọng, quyết định đến chất lượng, hương vị và cả sản lượng cà phê hòa tan. 3.5.2. Các biến đổi: 19 Qui trình sản xuất cà phê hòa tan – Nhóm 7  Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch và bã cà phê.  Hóa lí:  Độ ẩm của bột cà phê tăng  Độ nhớt dung dịch tăng  Có sự chuyển pha của các chất rắn hòa tan trong cà phê thành lỏng.  Có sự thất thoát các cấu tử mùi.  Một phần protein bị kết tủa do biến tính bất thuận nghịch.  Hóa học:  Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong 2 pha.  Phản ứng phân hủy của một số chất nhất là các chất mùi là các rượu, este, ceton... không bền.  Phản ứng tạo màu.  Sự thủy phân một số chất (đường, protein, hemicellulose). Cắt những pollysaccharide mạch dài thành những polymer mạch ngắn có khả năng hòa tan.  Sự giải phóng của một vài thành phần được giữ bởi thành tế bào, ngay cả những liên kết hóa học, có lẽ cũng diễn ra, như là một số arabinogalactan.  Tất cả những thành phần trong cà phê rang đều được trích ly, ngoại trừ cellulose, lygnin và một số polysaccharide mạch dài. Nhiệt độ nước sử dụng càng cao thì mức độ trích ly các chất càng lớn. Mức độ của sự trích ly thay đổi từ 100% cho acid aliphatic và quinic, 85100% cho alkaloid và acid unchanged, 40-100% cho những hợp chất dễ bay hơi, 15-20% cho “protein” và 20-25% cho melanoidine và giảm xuống 1-5% cho dầu cà phê.  Xảy ra phản ứng maillard, phản ứng caramel hóa.  Cảm quan:  Mùi thơm giảm, làm cho cà phê có mùi caramel, mùi khét, mùi nấu.  Màu sậm hơn.  Cà phê có vị chua, gắt và khan. 20