QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
MỤC LỤC
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ.............................................................4
1. Phân loại....................................................................................................................4
A. Cà phê chè (Arabica)...............................................................................................4
B. Cà phê vối (Robusta)...............................................................................................4
C.
Cà phê mít (liberica).......................................................................................5
2.
Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê..................................................5
3. Cấu tạo quả cà phê....................................................................................................6
4. Thành phần hóa học cà phê nhân (arabica)..........................................................7
5. Tiêu chuẩn cà phê nhân...........................................................................................8
II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN.............................................
1. Làm sạch..................................................................................................................12
A. Mục đích.................................................................................................................12
B. Các biến đổi...........................................................................................................12
C. Phương pháp thực hiện..........................................................................................12
D. Thiết bị.................................................................................................................. 12
2.
A.
B.
C.
D.
Phối trộn..................................................................................................................13
Mục đích....................................................................................................................13
Các biến đổi..............................................................................................................13
Phương pháp thực hiện.............................................................................................13
Máy trộn thùng quay.................................................................................................14
3.
A.
B.
C.
D.
Rang.........................................................................................................................14
Mục đích................................................................................................................... 14
Các biến đổi..............................................................................................................14
Phương pháp thực hiện.............................................................................................14
Thiết bị rang liên tục hiệu Burn Thermalo...............................................................15
4.
A.
B.
C.
D.
Xay............................................................................................................................16
Mục đích....................................................................................................................16
Các biến đổi..............................................................................................................16
Phương pháp thực hiện.............................................................................................16
Thiết bị xay................................................................................................................16
5.
A.
B.
C.
D.
Trích ly.....................................................................................................................17
Mục đích....................................................................................................................18
Các biến đổi..............................................................................................................18
Phương pháp thực hiện.............................................................................................18
Thiết bị trích ly bộ lọc...............................................................................................18
6.
A.
B.
C.
D.
Xử lý dịch chiết........................................................................................................20
Mục đích....................................................................................................................20
Các biến đổi..............................................................................................................20
Phương pháp thực hiện.............................................................................................20
Thiết bị......................................................................................................................20
7. Cô đặc.......................................................................................................................21
A. Mục đích....................................................................................................................21
Trang 1
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
B. Các biến đổi..............................................................................................................21
7.1) cô đặc bốc hơi (qui trình I).............................................................................22
A. Các biến đổi...................................................................................................22
B. Phương pháp thực hiện..................................................................................22
C. Thiết bị...........................................................................................................22
7.2) cô đặc kết tinh (qui trình II)...........................................................................23
8. Sấy............................................................................................................................25
8.1) sấy phun..........................................................................................................25
A.
B.
C.
D.
Mục đích....................................................................................................................25
Các biến đổi..............................................................................................................25
Phương pháp thực hiện.............................................................................................25
Thiết bị......................................................................................................................27
8.2) sấy thăng hoa..................................................................................................29
A. Bản chất:........................................................................................................29
B. Mục đích........................................................................................................29
C. Các biến đổi...................................................................................................30
D. Phương pháp thực hiện.................................................................................30
E. Thông số công nghệ.......................................................................................32
9.
A.
B.
C.
D.
Tạo hạt (Agglomeration)........................................................................................32
Mục đích....................................................................................................................32
Các biến đổi..............................................................................................................32
Phương pháp thực hiện.............................................................................................33
Thiết bị......................................................................................................................33
E. Thiết bị...........................................................................................................33
10. Bao gói......................................................................................................................33
A. Mục đích....................................................................................................................33
B. Các biến đổi..............................................................................................................33
C. Phương pháp thực hiện.............................................................................................34
D. Vật liệu bao bì...........................................................................................................34
E. Thiết bị......................................................................................................................34
III. SO SÁNH 2 QUY TRÌNH.................................................................................34
IV. SẢN PHẨM CÀ PHÊ HÒA TAN.....................................................................35
1. Những thay đổi của hương cà phê trong quá trình chế biến.......................35
2. Các chất tạo nên hương vị cà phê................................................................36
3. Chất lượng của cà phê hoà tan.....................................................................39
V. TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG CỦA CÀ PHÊ HÒA TAN............................41
VI. THÀNH TỰU....................................................................................................42
VII. PHỤ LỤC...........................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................47
Trang 2
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ
1. PHÂN LOẠI
a.
Cây cà phê có nhiều chủng loại nhưng phổ biến là 2 loại cà phê
Arabica và Robusta.
Trước đây, Robusta được trồng chủ yếu ở Châu Phi, nhưng bây giờ hầu hết những
nước sản xuất cà phê đều trồng Robusta do nhu cầu ngày càng lớn của công nghiệp sản
xuất cà phê hòa tan. Ngành công nghiệp này sử dụng cà phê Robusta nhiều hơn bởi vì
nó cho hiệu quả trích ly cao hơn và giá thành lại thấp hơn Arabica.
Đặc điểm của Arabica là hiệu quả trích ly thấp hơn, nhưng giá thành lại cao hơn
do được ưa thích hơn và nhu cầu lớn hơn.
Số lượng chủng loại và mùi thơm của cà phê tùy thuộc vào điều kiện trồng,
phương pháp thu hoạch và cách xử lý sau thu hoạch trái cà phê, bao gồm cả cách loại
bỏ thịt quả.
Những loại cơ bản được đề cập trên đây đại diện cho khoảng 50 loại cà phê
thường được sử dụng hiện nay. Những loại này được chia thành 3 nhóm: “Brazils” đặc
Trang 3
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
trưng cho cà phê được trồng ở Brazil, Milds bao gồm tất cả những loại Arabica khác và
cuối cùng là Robusta.
a. Cà phê chè (ARABICA)
Nguồn gốc: cao nguyên Jimma (Ethiopia)
Gồm nhiều chủng như: Tipica, Bourbon, Moka, Catuai, Catimor,…
Chiếm 70% sản lượng cà phê thế giới.
Đây là cà phê được trồng lâu đời nhất và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vị thơm
ngon, dịu, hàm lượng caffeine trong hạt trung bình 1,3%.
Đặc điểm thực vật học: Cây thuộc dạng bụi, thân cao 3 – 4m, cành đối xứng, mềm rũ
xuống. Lá mọc đối xứng, hình trứng dài, đầu nhọn, rìa lá quăn, màu xanh đậm. Quả cà
phê thuộc dạng quả thịt, hình trứng, khi chín có màu đỏ tươi (chủng Caturra amrello
cho quả màu vàng). Hạt cà phê hình tròn dẹt, có màu xanh xám, hoặc xám xanh, xanh
lục, xanh cốm, tùy theo giống và điều kiện bảo quản và chế biến. Cà phê Arabica có
đặc tính tự thụ phấn nên có độ thuần chủng cao hơn các loại cà phê khác. Cây ưa mát
và hơi lạnh, phạm vi thích hợp 18 – 25oC, thích hợp nhất là từ 10 – 20oC.
Các nước trồng cà phê có chất lượng tốt như: Brazil, Kenya, Tanzania, Etiopia,
Columbia…
Các chủng cà phê Arabica ở một số nước nổi tiếng về cà phê Arabica: Arabica culta,
Nacional (Brazil), Java (Indonesia), Arabigo (Trung Mỹ), Tipica roja (Columbia),…
b. Cà phê vối (ROBUSTA)
Nguồn gốc: lưu vực sông Công-gô, miền núi vùng xích đạo và nhiệt đới Tây Phi.
Chiếm 30% tổng lượng cà phê.
Tên thương mại “Robusta” nhằm chỉ chung cho cà phê canephora.
Đặc điểm thực vật học: cây có một hoặc nhiều thân, thân cao khoảng 8 – 12m. Lá có
hình trứng hoặc hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến lá gợn sóng mạnh. Quả hình tròn
hoặc hình trứng, núm quả nhỏ, trên quả thường có nhiều gân dọc, quả chín đỏ hoặc
hồng. Kích thước hạt nhỏ hơn cà phê Arabica, hạt có dạng hình tròn, dày, màu xanh
bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy chủng loại và cách chế biến. Tỷ lệ khối lượng nhân
trên quả tươi cao hơn cà phê Arabica. Cà phê Robusta không tự thụ phấn được, điều
này dẫn tới sự đa dạng ở vườn cà phê vối trồng bằng hạt. Cây thích nơi nóng ẩm,
nhiệt độ thích hợp nhất là 24-26oC.
Hàm lượng caffeine trong hạt chiếm 1.97 – 3.06% (cao nhất trong 3 loại cà phê).
Cà phê Robusta được trồng nhiều ở vùng trung hải Ivory, Tây Phi, Cameroon,
Uganda, Angola và các nước châu Á.
c. Cà phê mít (LIBERICA)
Nguồn gốc ở xứ Ubangui-Chari, xứ Biển Hồ Sát, sa mạc Sahara, thường gọi cà
phê sari.
Đặc điểm thực vật học: Cây cao 6 - 15m, lá to, hình trứng hoặc hình lưỡi mác.
Quả hình trứng, hơi dẹt, núm quả lồi. Quả to khi chín có màu đỏ sẫm, hạt màu xanh
ngả vàng, vỏ lụa bám chặt vào hạt khó làm tróc hết. Cà phê mít ít thơm, có vị chua chất
lượng nước uống ít được ưa chuộng.
Hàm lượng caffeine trong hạt 1,02-1,15%.
2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÀ
PHÊ
Anh hưởng của loại đất trồng cà phê: Đất trồng cà phê có ảnh hưởng rất
lớn đến mùi vị và màu sắc của cà phê.
Trang 4
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Ví dụ: cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt, khoẻ, sản lượng cao, phẩm chất cà
phê tốt còn có hương vị đậm đà, hậu vị thơm ngon hơn là cà phê trồng trên các loại đất
khác.
Anh hưởng của chế độ chăm sóc: chế độ chăm sóc kĩ thuật trong thời gian
trồng cà phê rất quan trọng. Người trồng cà phê quyết định đên chất lượng cà phê.
Các chế độ chăm sóc cà phê gồm có:
Tủ gốc cây cà phê
Đánh nhánh tạo hình cây
Phân bón đúng kỳ, đúng số lượng cần thiết
Số lượng và loại cây bóng mát cần thiết cho từng loại cà phê
Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê
Chăm sóc cây tố sẽ ảnh hưởng lớn đến sản lượng cà phê, độ chắc mẩy của hạt cà
phê, chất dinh dưỡng trong cây đầy đủ.
Anh hưởng của độ cao: độ cao vùng đất trồng cũng ảnh hưởng đến chất
lượng cà phê, chẳng hạn cà phê trồng ở độ cao 2000m trở lên có hương vị đặc biệt và
xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở thấp.
Chủng loại cà phê: cà phê Robusta có hiệu suất trích ly cao phù hợp để sản
xuất cà phê hoà tan nhưng hương vị của cà phê Arabica lại được ưa chuộng nhiều hơn.
3. CẤU TẠO QUẢ CÀ PHÊ
Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ.
Lớp vỏ thịt: nằm dưới lớp vỏ quả. Vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất nọt dễ xay
xát hơn.
Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân.
Vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy thuộc
loại cà phê.
Nhân cà phê: nằm trong cùng. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ,
trong chứa dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường
có 1,2 hoặc 3 nhân.
Bảng 1: Tỉ lệ các thành phần cấu tạo các hạt cà phê (% theo quả tươi )
Các loại vỏ và nhân
Cà phê chè (%)
Cà phê vối (%)
Vỏ quả
43 - 45
41 - 42
Lớp nhớt
20 - 23
21 - 22
Vỏ trấu
6 - 7,5
6-8
Nhân và vỏ lụa
26 - 30
26 - 29
4. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÀ PHÊ NHÂN (Arabica)
Thành phần hoá học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ
chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.
oNước
Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết. Khi hàm
lượng nước cao hơn, các loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt. Mặt khác, hàm
lượng nước cao sẽ 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 trong cà phê
sau khi rang còn 2,7% .
oChất 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
Trang 5
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
hưởng không tốt đến mùi cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng
càng thấp và ngược lại.
oGlucid
Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần
nước uống mà chỉ cho màu và vị caramel. Đường có trong cà phê do trong quá trình
thuỷ phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme thuỷ phân. Hàm lượng saccharose
có trong cà phê phụ thuộc vào mức độ chín: quả càng chín thì hàm lượng saccharose
càng cao. Hạt cà phê còn chứa nhiều polysaccharide nhưng phần lớn bị loại ra ngoài bã
cà phê sau quá trình trích ly.
oProtein
Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng nó đóng vai trò quan trọng
trong việc hình thành hương vị của sản phẩm. Thành phần protein của cà phê có những
acid amin sau: cysteine, alanie, 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 tiếp tục tham gia các
phản ứng maillard, caramel 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 cysteine, methionine
và proline, chúng góp phần tạo nên hương đặc trưng của cà phê sau khi rang. Đặc biệt,
methionine và proline có tác dụng làm giảm tốc độ oxi hoá 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.
oLipid
Hạt cà phê chứa lượng lipid khá lớn (10-13%). Lipid trong cà phê gồm chủ yếu
dầu và sáp. Trong đó sáp chiếm 7-8% tổng lượng lipid, còn dầu chiếm 90%. Trong quá
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 hoà tan các chất thơm. Khi pha cà phê thì chỉ một lượng nhỏ lipid đi
vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã.
oCác alcaloid
Trong cà phê có các alcaloid như caffeine, trigonelline, coline. Trong đó quan
trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là caffeine và trigonelline.
Caffeine chiếm từ 1-3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điều kiện
canh tác. Hàm lượng caffeine thấp hơn trong chè nhưng nó kích thích hệ thần kinh với
thời gian dài hơn vì khi uống cà phê tốc độ lưu thông của máu không tăng lên nên
caffeine thải ra ngoài chậm, mặt khác khi pha cà phê trong nước, caffeine được giải
phóng hoàn toàn ở trạng thái tự do, không hình thành những chất có khả năng kết tủa
hoặc những chất không có hoạt tính của alcaloid.
Trigonelline (acid metyl betanicotic: C7H7NO2) là alcanoid 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 218oC. Tính chất đáng quý của trigonelline là dưới tác
dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân tạo thành acid nicotic (tiền vitamin PP). Nhiều
kết quả nghiên cứu cho thấy trong cà phê nhân không có acid nicotic nhưng nó được
hình thành trong quá trình gia nhiệt trong đó sự nhiệt phân trigonelline giữ vị trí quan
trọng.
oChất thơm
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. Mặt
Trang 6
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
khác nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá trình rang. Chất
thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid, aldehide, cetone, rượu, phenol, este. Trong
quá trình rang, các chất thơm thoát ra ban đầu có mùi hắc sau chuyển thành mùi thơm.
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 đựng trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh.
Trang 7
QTSX cà phê hòa tan
Thành phần hóa học
Nước
Chất béo
Đạm
Protein
Caffeine
Acid chlorogenic
Trigonelline
Tannin
Acid caffetanic
Acid caffeic
Pentosan
Tinh bột
Dextrine
Đường
Cellulose
Hemicellulose
Lignin
Tro
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Bảng 2: Thành phần hoá học cà phê nhân
Đơn vị g/100g
Thành phần
hóa học
Ca
8 - 12
P
4 - 18
Fe
1,8 - 2,5
Na
9 - 16
Mn
Rb, Cu, F
0,8 - 2
Đơn vị
mg/100g
85 – 100
130 - 150
3 - 10
4
1 - 45
Vết
2-8
1-3
2
8-9
1
5
5 - 23
0,85
5 - 10
10 - 20
20
4
2,5 - 4,5
5. TIÊU CHUẨN CÀ PHÊ NHÂN
Đây là tiêu chuẩn của công ty đầu tư xuất nhập khẩu Daklak - Inexim Daklak cho
cà phê nhân sống chất lượng cao:
Độ ẩm: 12,5% max
Đen, vỡ: 0% 3% max
Tạp chất: 0% 0,5% max
Cỡ hạt đồng đều theo tiêu chuẩn TCVN 4807: 2001.
Màu sắc, mùi vị tự nhiên.
Không mốc, không lên men, không mùi vị lạ…
Theo tiêu chuẩn TCVN 4193:2001: 90 lỗi max/300gr.
a. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cà phê của SCAA (The Specialty Coffee
Association of America)
Tiêu chuẩn phân cấp cà phê nhân của SCAA tốt hơn các hệ thống phân cấp khác
vì nó đã định ra được mối liên hệ giữa các khuyết tật của hạt với chất lượng của cà phê
pha. Tuy nhiên phương pháp này đã bỏ qua một ít các khuyết tật quan trọng có thể có
trong nguyên liệu.
Trong phương pháp này, người ta lấy 300g mẫu cà phê và phân tích theo các tiêu
chuẩn về khuyết tật theo Bảng 3, Bảng 4 và phân cấp theo các tiêu chuẩn dưới. Dùng
100g cà phê trên sàng qua sàng số 14, 15, 16, 17 và 18 rồi tính phần trăm khối lượng cà
phê trên mỗi sàng. Vì việc phân tích 300g cà phê tốn thời gian hơn nên thông thường
chỉ tiến hành phân tích bằng sàng với 100g mẫu. Trường hợp cà phê chất lượng cao, chỉ
Trang 8
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
có ít khuyết tật thì mới phân tích khuyết tất với 300g mẫu. Nếu cà phê chất lượng thấp,
nhiều khuyết tật thì phân tích với 100g mẫu là đủ – cũng áp dụng với cà phê hạng 4 và
hạng 5. Sau đó cà phê được đem đi rang và đánh giá cảm quan để xác định các tính
chất cảm quan của cà phê.
b. Cấp bậc cà phê nhân theo SCAA
Hạng 1 (Specialty Grade): không có quá 5 đơn vị khuyết tật trong 300g
cà phê. Không được phép có những khuyết tật cấp I. Chỉ được phép có tối đa 5% khối
lượng cà phê không đúng kích thước. Phải có ít nhất 1 tính chất đặc trưng về thể chất,
mùi hương, vị hoặc tính acid. Hoàn toàn không có hạt bị hỏng, bị sâu và không được
phép có hạt thứ phẩm. Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%.
Hạng 2 (Premium Grade): không có quá 8 đơn vị khuyết tật trong 300g
cà phê. Được phép có những khuyết tật cấp I. Chỉ được phép có tối đa 5% khối lượng
cà phê không đúng kích thước. Phải có ít nhất 1 tính chất đặc trưng về thể chất, mùi
hương, vị hoặc tính acid. Hoàn toàn không có hạt bị hỏng và được phép có 3 hạt thứ
phẩm. Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%.
Hạng 3 (Exchange Grade): có 9 – 23 đơn vị khuyết tật trong 300g cà
phê. Phải có 50% khối lượng trên sàng 15 và có ít hơn 5% khối lượng dưới sàng 14.
Không có biểu hiện hỏng (mùi vị lạ) trong nước cà phê và chỉ có tối đa 5 hạt thứ phẩm.
Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%.
Hạng 4 (Below Standard Grade): có 24 – 86 đơn vị khuyết tật trong
300g cà phê.
Hạng 5 (Off Grade): có nhiều hơn 86 đơn vị khuyết tật trong 300g cà
phê.
Bảng3: Những khuyết tật cấp I
Số đơn vị khuyết
Khuyết tật cấp I
Số lần phát hiện
tật
Nhân đen
1
1
Nhân bị chua hoàn toàn
1
1
Có quả cà phê
1
1
Đá lớn
2
1
Đá trung bình
5
1
Mẩu cành cây lớn
2
1
Mẩu cành cây trung bình
5
1
Trang 9
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Bảng 4: Những khuyết tật cấp II
Số đơn vị khuyết
Khuyết tật cấp II
Số lần phát hiện
tật
Vỏ trấu
2–3
1
Mảnh vỏ khô
2–3
1
Mảnh vỡ
5
1
Nhân bị côn trùng ăn
2–5
1
Nhân đen một phần
2–3
1
Nhân bị lên men một
2–3
1
phần
Nhân nổi
5
1
Nhân rỗng ruột
5
1
Đá nhỏ
1
1
Mẩu cành cây nhỏ
1
1
Nhân bị nước phá hỏng
2–5
1
II. 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.
Trang 10
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
C ph nhn
Lm sạch
C ph khc
Phối trộn
Rang
Xay
Nước
Trích ly
Xử lýý dịch
chiết
Hơi nước
B
Cô đặc bốc hơi
Sấy phun
Tạo hạt
Bao gĩi
Sản phẩm
Quy trình I sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân
Trang 11
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Quy trình II sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân
1. LÀM SẠCH
Trang 12
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
a. Mục đích
Chuẩn bị: tách tạp chất ra khỏi nguyên liệu, tạo nguồn nguyên liệu sạch để đưa vào
sản xuất.
b. 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.
Vật lý:
Khối lượng của nguyên liệu giảm do các tạp chất được tách ra.
Thay đổi về tỷ trọng.
c. Phương pháp thực hiện
Để làm sạch tốt nguyên liệu ta tiến hành theo 4 bước:
Phân loại theo kích thước: tách các tạp chất có kích thước khác với kích
thước của cà phê nhân.
Phân loại bằng khí động: tách các tạp chất nhẹ.
Phân loại theo từ tính: tách kim loại.
Phân loại theo tính chất bề mặt: tách các tạp chất như đá, sỏi,… do có ma
sát lớn.
d. Thiết bị
Nguyên liệu sau khi vào thiết bị được dẫn qua máy sàng 2 tầng. Tại đây, các tạp
chất có kích thước nhỏ hơn và 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 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.
2. PHỐI TRỘN
a. Mục đích
Chuẩn bị: phối trộn nhiều loại cà phê khác nhau về nguồn gốc để
Tạo nên hương vị mới do sự phối hợp hương vị của nhiều loại cà phê
Hạ giá thành sản phẩm bằng cách tận dụng những loại cà phê chất lượng
thấp (đối với những loại cà phê chất lượng cao thì không có giai đoạn này)
Giảm sự phụ thuộc của sản xuất vào sản lượng của từng mùa vụ
b. 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.
c. Phương pháp thực hiện
Các loại cà phê khác nhau sẽ được phối trộn lại với nhau theo một công thức nào
đó (do nhà sản xuất đặt ra) tạo nên hương vị đặc trưng riêng cho sản phẩm.
Ví dụ:
Cũng có vài trường hợp người ta phối trộn cùng một loại cà phê ở các mức độ
rang khác nhau, khi đó quá trình trộn được thực hiện sau quá trình rang.
d. 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 lực ly tâm, vật liệu trong thùng sẽ được nâng lên và rơi
xuống tạo sự đảo trộn trong khối vật liệu.
3. RANG
a. Bản chất
Trang 13
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê tại nhiệt độ cao từ 190 oC đến 240
o
C nhằm đạt được các biến đổi mong muốn về màu sắc và hương vị.
b. Mục đích
Chế biến: xảy ra các phản ứng hóa học, các biến đổi làm dậy lên hương vị của cà
phê.
Chuẩn bị: thuận lợi cho việc trích ly các hợp chất hòa tan và hợp chất hương dễ bay
hơi
c. Các biến đổi
Vật lý:
Giảm khối lượng do thoát ẩm.
Hạt cà phê phồng lên, tăng thể tích từng hạt cũng như thể tích của toàn khối
hạtDo đó khối lượng riêng của hạt và khối lượng riêng tự nhiên (khối lượng riêng xốp)
của toàn khối hạt giảm. Sự giảm khối lượng riêng này phụ thuộc vào mức độ rang và
tốc độ rang.
Hóa học:
Các phản ứng tạo CO2, CO, N2 (đặc biệt là CO2). Quá trình rang cà phê sẽ
giải phóng ra CO2, lượng CO2 này phụ thuộc vào mức độ rang, sự đảo trộn và cả
phương pháp xác định tuy nhiên không phải tất cả các lượng CO 2 sinh ra đều thoát ra
ngoài mà còn một lượng bị giữ lại trong đống hạt. Khối hạt cà phê sau khi rang có thể
lưu lại 2 – 5mlCO2/g thậm chí đến 10mlCO2/g (chiếm khoảng 0,4 – 1% trọng lượng
khối hạt), (xác định ở 20oC, 760mmHg). Lượng CO2 này sẽ từ từ thoát ra khỏi khối
hạt. Ap suất gây bởi lượng CO 2 lưu lại trong khối hạt có thể tính theo công thức:
VCO2
Vr
với: Vr là thể tích rỗng khối hạt. Quá trình giải phóng ra CO2 thực sự vẫn chưa được
hiểu rõ.
Các phản ứng tỏa nhiệt: trong quá trình rang, có hiện tượng tỏa nhiệt của
khối hạt, nhiệt lượng này làm cho nhiệt độ rang thay đổi đáng kể, do đó cần theo dõi
chặt chẽ để nhiệt đọ rang không tăng quá cao so với tính toán. Hiện tượng tỏa nhiệt này
theo một số giả thiết thì nó liên quan đến sự hiện diện của thành phần saccharide đặc
biệt là sucrose.
Chất hòa tan: tăng theo mức độ rang
Tổn thất chất hòa tan cũng tăng theo mức độ rang
Các phản ứng tạo hương, tạo màu: maillard, caramel…
Giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: phenol, pyrazine, furfuryl
alcohol, acetic acid, cyclopentanol
Protein bị phân hủy một phần hay tòan phần do nhiệt, hàm lượng cafein
cũng bị biến đổi .
Trong quá trình rang, trigoneline sẽ mất đi một lượng lớn tạo thành các sản
phẩm gồm Nicotinic (niacin), Nicotiamide và các chất thơm dễ bay hơi như là Pyridine
và Pyrol
Nhiệt độ cao khi rang, đặc biệt là khi sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặt kim loại
nóng, sẽ gây ra những phản ứng hóa học không mong muốn, nhất là ở bề mặt cà phê
(bề mặt cà phê có thành phần khác với phía trong nhân) ví dụ như quá trình than hóa.
Hóa lý:
Sự bay hơi nước một phần do nhiệt độ cao (lượng hơi nước thoát ra gồm có
lượng nước này và nước sinh ra trong các phản ứng).
Trang 14
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Các cấu tử hương tạo thành bị bay hơi 1 phần
Cảm quan:
Sự thay đổi màu sắc của cà phê nhân, chuyển sang màu sáng nhạt đến nâu
đen tùy thuộc vào mức độ rang. Có thể xuất hiện các đốm đen do than hóa.
Càng rang “sâu” thì dầu từ bên trong thoát ra bề mặt càng nhiều, bề mặt hạt
cà phê càng bóng.
Yếu tố ảnh hưởng: Nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian, thiết bị do đó tuỳ theo
sở thích của người uống mà ta chọn các thông số rang phù hợp.
d. Phương pháp thực hiện
Quá trình rang được thực 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..
Trong thiết bị rang có bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh (đôi khi
bằng phương pháp phun nước trực tiếp vào khu vực rang) nhằm hạ nhiệt độ khối cà phê
xuống nhanh sau khi đã đạt được mức độ rang cần thiết.
Tùy theo mức độ thay đổi của hạt cà phê về màu sắc, sự thay đổi hương vị,
hao tổn khối lượng và các biến đổi hóa học bên trong cà phê nhân, người ta phân chia
quá trình rang ra làm 3 loại: rang nhẹ (light), rang vừa (medium), rang “sâu” (dark), đôi
khi còn phân ra loại “very dark”.
Ngoài ra, người ta còn có thể phân loại quá trình rang theo thời gian rang:
Rang nhanh: vài phút
Rang thông thường: khoảng 12 – 15 phút.
Theo nguyên lý hoạt động của thiết bị, quá trình rang có 2 loại:
Rang gián đoạn: thiết bị dạng tang trống đặt nằm ngang hay
đặt đứng có cánh khuấy, thiết bị dạng chảo quay đặt đứng... thường có thời gian rang
dài (12 – 15 phút hay có thể hơn) và nhiệt độ cao (có thể lên đến 450oC)
Rang liên tục: thiết bị dạng tang trống đặt nằm ngang (thời
gian rang ngắn hơn (có thể chỉ trong 3 – 6 phút) và nhiệt độ thấp hơn (khoảng 250 oC)
e. Thiết bị rang liên tục hiệu Burns Thermalo
Bộ phận rang: dạng tang trống được đục lỗ, có năng suất 3000lb/h, tốc độ
quay 2 – 7 rpm tùy thuộc vào thời gian lưu của nhân cà phê. Bên trong hình trụ có các
tấm dạng xoắn ốc ngăn tang trống ra thành các khu vực chứa cà phê.
Bộ phận làm nguội: dạng tang trống được đục lỗ, ngăn cách với bộ phận
rang bằng một đĩa đặt ở tâm hình trụ.
Thời gian lưu: khoảng 7 phút ứng với tốc độ quay lớn nhất của bộ phân
rang, trong đó 5 phút là ở bộ phận rang, còn lại là ở bộ phận làm nguội.
Nhiệt độ khí nóng: khoảng 250oC (500oF) (thấp hơn hẳn so với rang gián
đoạn do sử dụng hệ thống tuần hoàn khí và sử dụng lượng không khí lớn).
Thông số công nghệ (sử dụng ở nhà máy cà phê Biên Hòa)
Theo từng loại riêng biệt đã phân loại trong trống rang
Nhiệt độ rang: 150-180 oC
Khối lượng rang: 45kg/mẻ.
Thời gian rang: 10-15 phút
Để giữ hương vị của cà phê, khi kết thúc một mẻ rang bơm vào
khoảng 0,5 l nước
Trang 15
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Cà phê sau khi rang có độ ẩm khỏang 2% có màu hạt dẻ, hương
thơm, vị không chua
4. XAY
a. Bản chất
Xay là quá trình làm vỡ hạt cà phê thành những hạt nhỏ, mịn theo yêu cầu để
đưa vào quá trình trích ly.
b. Mục đích
Chuẩn bị: Chia nhỏ hạt cà phê, làm vỡ các tế bào để tăng diện tích
tiếp xúc, nhờ đó, quá trình trích ly được dễ dàng và triệt để hơn.
c. Các biến đổi
Vật lý:
Sự giảm kích thước hạt của cà phê từ hạt rắn sang dạng bột rắn khô.
Giảm khối lượng toàn hạt và tăng khối lượng riêng xốp lượng do khí
cacbonic, hơi nước và các chất dễ bay hơi tạo thành từ giai đoạn rang tiếp tục được giải
phóng
Sự gia tăng 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, oxy hóa do nhiệt độ và bề mặt tiếp xúc
tăng.
Hóa lý: 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.
d. Các yếu tố ảnh hưởng
Bản chất của hạt: Độ cứng, độ giòn, độ ẩm, hình dạng, kích thước.
Điều kiện: Nhiệt độ, cấu tạo thiết bị…
Mức độ rang
e. 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 với nhiều kiểu dáng khác nhau.
Ngoài ra còn có nhiều loại thiết bị khác để tạo cà phê hạt mịn hay cà phê dạng bông
(thường có lợi cho quá trình ủ sau này).
Hạt cà phê sau khi xay không nên còn quá thô vì thời gian trích ly 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 xay 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 xay lạnh đông. Theo cách này, hạt cà
phê sẽ được xay mịn hơn và lượng cấu tử hương thất thoát sẽ giảm xuống (trong quá
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 trộn với cà phê
bột lúc sau nhằm tận thu hết những chất dầu thấm ra vỏ trong quá trình rang và khống
chế khối lượng riêng thể tích của khối bột sau xay.
f. Thiết bị
Thiết bị xay trong công nghiệp được thiết kế gồm nhiều con lăn có tốc độ
quay khác nhau. Trên bề mặt các con lăn có các rãnh răng cưa: trên bề mặt con lăn tốc
Trang 16
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
độ cao có các răng cưa hình chữ U nằm nghiêng, còn trên bề mặt con lăn tốc độ thấp có
các răng cưa hình chữ U thẳng đứng. Hai con lăn với tốc độ quay 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 hơn.
Thông số công nghệ:
Kích thước của bột cà phê ảnh hưởng đến quá trình trích ly do ảnh hưởng đến độ
giảm áp của dòng nước khi đi qua thiết bị trích ly. Để quá trình trích ly dễ dàng, bột cà
phê có đường kính khoảng 1000 – 2000ìm (qua rây 8 mesh và trên rây 20 mesh).
5. TRÍCH LY
a. Bản chất
Trong sản xuất cà phê hòa tan, người ta sử dụng quá trình trích ly lỏng – rắn.
Đây là quá trình tách các chất hòa tan trong bột cà phê bằng nước nóng nhờ sự khuếch
tán của các chất dễ hòa tan giữa hai pha. Động lực của quá trình là sự chênh lệch nồng
độ chất hòa tan giữa hai pha. Quá trình được thực hiện cho đến khi đạt được sự cân
bằng nồng độ giữa pha trích và pha raffinate.
Vật liệu:
• Pha rắn: cà phê bột
• Pha lỏng: nước nóng
b. 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.
c. Các biến đổi
Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch và bã cà
phê.
Hóa lý:
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 hai pha;
Phản ứng phân hủy của một số chất nhất là các chất mùi là các rượu, ester,
ceton… không bền;
Phản ứng tạo màu.
Sự thủy phân một số chất (đường, protein, hemicellulose). Cắt những
polysaccharide 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 trị, 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, lignin và 1 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, 85 – 100% cho alkaloid và acid unchanged chlorogenic, 40 – 100%
Trang 17
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
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.
d. Các yếu tố ảnh hưởng
Sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha: Đây chính là động lực của quá trình.
Khi chênh lệch nồng độ lớn thì hiệu quả trích ly càng cao, thời gian giảm, lượng dung
môi giảm.
Tính chất vật liệu (độ xốp, tính thấm nước)
Thời gian trích ly: thời gian càng dài thì trích ly càng triệt để. Nhưng nếu
cà phê tiếp xúc với nước nóng quá lâu thì sẽ có những biến đổi không tốt đến mùi vị
sản phẩm.
Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bột cà phê và nước: Diện tích tiếp xúc càng
lớn thì quá trình trích ly càng triệt để nhưng nếu bột cà phê quá mịn thì sẽ khó khăn cho
quá trình lắng, lọc dịch cà phê.
Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, tốc độ khuếch tán tăng, độ nhớt giảm, các phần
tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng hơn. Nhưng nhiệt độ quá cao sẽ dẫn tới những
phản ứng bất lợi cho hương vị, màu sắc của cà phê nên việc tăng nhiệt độ phải có giới
hạn.
e. Phương pháp thực hiện
Nguyên tắc:
Cho dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê trong thiết bị, các chất hòa tan
sẽ tan vào nước và được tách ra để đưa tiếp vào giai đoạn sau, bã cà phê được sấy khô.
Trích ly có thể được thực hiện trong một hay nhiều bậc, nước và cà phê
chuyển động ngược chiều hay xuôi chiều, gián đoạn hay liên tục.
f. Thiết bị trích ly bộ lọc (Percolation batteries extraction) (quy trình I)
Thiết bị trích ly gián đoạn, ngược chiều, nhiều bậc: một bộ 5-8 bình ngâm chiết.
Đây là phương pháp phổ biến nhất. Hệ thống gồm khoảng 5-8 bình nối tiếp
nhau, giữa các bình có thiết bị gia nhiệt để giữ nhiệt độ của nước theo yêu cầu.
Cà phê bột được đổ đầy vào các bình (1), (2), (3),... (7), nước nóng được bơm lần lượt
vào các bình từ (1), (2), (3),... và dịch trích ly được lấy ra ở bình (5). Các bình (6), (7),
(8) là các bình dự trữ. Khi vật liệu trong bình (1) đã được trích ly triệt để, bình này
được tách ra khỏi hệ thống để tháo bã, rửa và nạp cà phê mới. Bình (6) đã được nạp cà
phê bột mới được nối vào sau bình (5). Lúc này, nước được đưa vào bình (2), dung dịch
được lấy ra ở bình (6).
Trang 18
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Nước được cung cấp ở nhiệt độ rất cao, có thể lên đến 180 oC. Khi đó, do sự tỏa
nhiệt tự nhiên từ cột, nhiệt độ của chất lỏng và cặn trong mỗi cột sẽ giảm từ từ cho đến
khi nhiệt độ của chất lỏng tiếp xúc với cà phê mới nhất đạt khoảng 100oC. Việc sử dụng
nhiệt độ cao hơn cho phép trích ly được một lượng nhiều hơn và do đó ta sẽ thu được
dịch trích ly có nồng độ cao hơn. Thế nhưng việc sử dụng nhiệt độ cao đòi hỏi hệ thống
phải được giữ dưới một áp suất sao cho nước vẫn còn ở trạng thái lỏng (ví dụ nước ở
175oC cần áp suất là 120 PSI hoặc 828 kPa), và do đó những cột riêng lẻ và hệ thống
đường ống của chúng phải được thiết kế sao cho có thể chịu được áp lực trên.
Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, hoạt đông đơn giản.
Nhược điểm : năng suất thấp, hiệu quả tách không cao, nồng độ dịch chiết thấp.
Thông số công nghệ: (sử dụng tại nhà máy cà phê Biên Hòa)
Ap suất lò hơi: 16 – 18kg/cm2
Lưu lượng nước nóng: 250 – 280 l/h
Mỗi bình làm việc chứa 70 kg cà phê
Thời gian trích ly 1 bình: 45phút
Dịch cà phê lấy ra bình cuối có áp suất 12 – 14 atm, nhiệt độ là 90 – 100oC
6. XỬ LÝ DỊCH CHIẾT
a. Mục đích
Chuẩn bị: làm sạch dịch chiết để giúp cho các quá trình cô đặc tiếp theo diễn ra tốt
hơn.
Hoàn thiện: tách các chất ảnh hưởng xấu đến sản phẩm.
b. Các biến đổi
Vật lý:
Thể tích và khối lượng giảm.
Tỷ trọng giảm.
Nhiệt độ giảm.
Độ nhớt giảm.
Hóa lý:
Có sự kết tủa của các chất keo tụ.
c. Phương pháp thực hiện
Dịch chiết có nhiệt độ cao sẽ được làm lạnh về nhiệt độ 5oC, sau đó được lọc tinh
để gạn đi các tạp chất thô, tách cặn và các hợp chất keo tụ.
Trang 19
QTSX cà phê hòa tan
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
d. Thiết bị
Quá trình xử lý dịch chiết được thực hiện qua 2 thiết bị:
Thiết bị làm lạnh dạng bản mỏng: thiết bị này sử dụng nước lạnh để làm
lạnh dịch chiết về nhiệt độ yêu cầu.
Thiết bị lọc khung bản: để tách cặn và các hợp chất keo tụ
7. CÔ ĐẶC
a. Bản chất
Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ chất khô các sản phẩm bằng phương pháp
bay hơi nước.
b. Mục đích
Chuẩn bị: quá trình cô đặc nhằm chuẩn bị cho quá trình sấy, nó làm tăng nồng độ
chất khô trong dịch chiết giúp giảm chi phí về năng lượng, giảm thời gian sấy, tăng độ
đậm đặc của sản phẩm.
Có 2 phương pháp:
Truyền thống: cô đặc bốc hơi trong nồi chân không ở nhiệt độ thấp
Hiện đại: cô đặc kết tinh
1) Cô đặc bốc hơi (QUI TRÌNH I)
a. Các biến đổi
Vật lý:
Khi nồng độ tăng; tính chất dung dịch thay đổi phụ thuộc vào thời gian cô đặc đó là:
Giảm: Hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số
truyền nhiệt.
Tăng:
Khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi.
Hóa học:
Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa.
Phản ứng thủy phân một số các hợp chất cao phân tử.
Hóa lý: Một phần protein bị kết tủa do biến tính bất thuận nghịch.
Hóa sinh:
Một số enzyme có thể bị vô hoạt hoặc giảm hoạt tính bởi nhiệt độ nên sẽ
làm giảm các phản ứng do enzyme xúc tác.
Sinh học:
Một số vi sinh vật không chịu nhiệt có thể bị tiêu diệt hoặc bị ức chế.
Cảm quan:
Màu cà phê sậm hơn do các phản ứng caramel, phản ứng Maillard tạo các
hợp chất màu dạng keo.
Giảm mùi thơm do các chất tạo mùi bay hơi.
Có thêm các vị lạ.
b. Phương pháp thực hiện
Tiến hành cô đặc bằng thiết bị dạng màng rơi hoặc thiết bị dạng tấm bản, nồng độ
cuối cùng của dịch trích cà phê có thể tăng lên đến 60% hoặc hơn.
Điểm quan trọng trong quá trình này là việc sử dụng nhiệt độ bốc hơi thấp để tránh
phá hủy dịch trích cà phê, và thiết bị bốc hơi nên có 3 hoặc 4 giai đoạn để tiết kiệm
năng lượng.
Vùng bốc hơi được vận hành dưới điều kiện chân không, có nghĩa là quá trình bốc hơi
diễn ra tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ứng với áp suất khí quyển thông thường. Chân
không được tạo ra bằng bơm chân không trước khi khởi động thiết bị bốc hơi, và
Trang 20
- Xem thêm -