Đề tài Công nghệ sản xuất cà phê hòa tan

LỜI MỞ ĐẦU Trong các ngành công nghiệp thực phẩm, đồ uống chiếm một vị trí quan trọng. Ngoài ý nghĩa trực tiếp về mặt giải khát và sinh lý đối với con người, một số đồ uống là thực phẩm chức năng. Do đó, việc đẩy mạnh ngành công nghiệp sản xuất đồ uống không thể tách rời việc phát triển các nguồn đồ uống từ thực vật để đạt được yêu cầu về số lượng cũng như về chất lượng. Chính vì những tác dụng to lớn đó mà mục tiêu của công nghiệp hóa đồ uống hiện đại là hướng vào phục vụ các nhu cầu thưởng thức ngày càng cao của con người. Hiện nay các nước công nghiệp phát triển, công nghiệp sản xuất đồ uống đã phát triển mạnh mẽ và trở thành một ngành quan trọng trong công nghiệp thực phẩm. Có thể nói rằng, trong bất cứ một nước nào có công nghiệp phát triển đều coi trọng công nghiệp đồ uống và giành cho nó một vị trí xứng đáng trong nền kinh tế quốc dân. Việt Nam là một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, có điều kiện tự nhiên thuận lợi để phát triển các cây xứ nhiệt đới. Do đó, Việt Nam có đầy đủ đặc sản của một nước nhiệt đới đặc biệt là chè, cà phê, ca cao, hạt tiêu, hạt điều, các cây tinh dầu, dầu béo… Trong đó cà phê đóng vai trò quan trọng hơn ở Việt Nam và thế giới bởi chúng là loại đồ uống có giá trị cao. Cà phê là loại thức uống có từ lâu đời và liên tục phát triển cho đến ngày nay. Cà phê là một trong những thức uống được ưa chuộng nhất trên thế giới và có mức tiêu thụ cao. Đặc biệt ở các thị trường lớn như Mỹ, Pháp, Ý và các nước Bắc Âu nơi mà cà phê được coi là không thể thiếu vì không có đủ điều kiện đất đai, khí hậu để trồng. Vì vậy, đối với một nước có đủ điều kiện trồng cà phê như nước ta, cà phê không chỉ tiêu thụ trong nước mà còn là mặt hàng xuất khẩu mang lại lợi nhuận kinh tế cao. Với người sử dụng ngày càng nhiều, cộng với nhịp sống hối hả của thời đại công nghiệp việc pha cà phê bằng phin nảy sinh một số bất lợi nhất là về thời gian. Năm 1936, Max Rudolf Morgenthaler, người Thụy Sĩ đã tạo ra cà phê hòa tan và ngay sau đó công ty Nestle đã đăng kí nhãn hiệu Nestcafe vào năm 1938. Với người tiêu dùng cà phê hòa tan nhanh chóng được ưa chuộng vì sự tiện lợi của nó. Đối với nhà sản xuất, cà phê hòa tan là mặt hàng có giá trị cao, thuận lợi cho việc bảo quản và vận chuyển nên thu được nhiều lợi nhuận. Chính vì vậy, để hiểu thêm về quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan, một loại đồ uống rất được ưa chuộng hiện nay nên em đã chọn “Công nghệ sản xuất cà phê hòa tan” làm đề tài cho mình. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ 1.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển của cây cà phê Cách đây khoảng 1000 năm, một người du mục Ethiopia đã ngẫu nhiên phát hiện ra hương vị tuyệt vời của một cây lạ mọc ở làng Capfa gần thủ đô Ethiopia. Đàn gia súc của ông sau khi ăn xong những cây này bổng “tươi tỉnh” và đã không chịu để chủ lùa vào bãi trú đêm, thấy vậy ông nếm thử và cảm thấy rất sảng khoái, tỉnh táo và từ đó trái cây đó đã trở thành đồ uống cho con người. Từ thế kỷ VI, cà phê không chỉ được người Ethiopia dùng mà do tác dụng kích thích mạnh mẽ mà thời đó được coi là hiện tượng thần kỳ, cây cà phê được trồng sang vùng Yemen, các nước khác ở Trung Cận Đông và nhanh chóng vượt biển đổ sang tận Arập (Arabica). Thế kỷ XVI các nhà buôn nước cộng hòa Vernize nhập khẩu cà phê vào Châu Aâu, như vết dầu loang, cà phê lang sang Châu Á, Châu Đại Dương. Cuối thế kỷ XVII, cây cà phê đã tìm được chỗ đứng vững chắc trên thế giới. Tên gọi “Coffee” xuất phát từ tiếng Ả Rập là “Quahweh”, mà lúc đầu là một từ ngữ trong thơ ca để chỉ rượu vang. Do luật của đạo hồi nghiêm cấm giáo dân uống rượu, nên tên gọi ấy bị biến tướng thành Coffee và thông qua tiếng gọi tương đương của Thổ Nhĩ Kỳ là Kahweb, trở thành Cafe’ (Pháp), caffe (Ý), kaffe (Đức), koffie (Hà lan), coffee (Anh), và tên la tinh là coffea dùng trông phân loại giống cà phê thực vật. Tại Việt Nam cây cà phê được các nhà truyền đạo công giáo đưa vào trồng thử năm 1857 ở Bố Trạch (Quảng Bình) và Quảng Trị. Đến 1870 cây cà phê đã thấy ở Hà Nam Ninh. Năm 1888, thực dân pháp đã thành lập các đồn điền cà phê ở Nghệ An, Quảng Trị, Đắc Lắc, các đồn điền lớn mọc lên ở Ngàn Trươi, Ngàn Phố, Ngàn Sâu-Hà Tĩnh (1910), Yên Mỹ- Thanh Hóa (1911), Nghĩa Đàn- Nghệ An (1913)… Đến 1920-1925, khi khai phá vùng đất bazan phì nhiêu ở Tây Nguyên, người pháp đã đưa cà phê vào trồng ở đây. Đến 1945 tổng diện tích cà phê toàn quốc 10.070 ha, năng suất cà phê chè khoảng 4-5 tạ/ha, cà phê vối 5-6 tạ/ha. Khoảng 10 năm gần đây, cà phê Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ về diện tích, năng suất và sản lượng. 1.2. Mô tả cây cà phê và phân loại 1.2.1. Mô tả cây cà phê Cà phê là tên một chi thực vật thuộc họ Thiên Thảo (Rubiaceae). Họ này gồm khoảng 500 chi khác nhau với trên 6.000 loài cây nhiệt đới. - Thân Cây cà phê chè có thể cao tới 6m, cà phê vối cao tới 10m. Tuy nhiên, ở các trang trại cà phê người ta cắt tỉa để giữ độ cao từ 2-4m, thuận lợi cho việc thu hoạch. Cây cà phê có cành thon dài. Lá cuống ngăn, xanh đậm, hình oval. Mặt trên lá có màu xanh thẩm, mặt dưới xanh nhạt hơn. Chiều dài của lá khoảng 8-15cm, rộng 4-6cm. Rễ cây cà phê là loại rễ cọc, cắm sâu vào lòng đất từ 1-2.5cm với rất nhiều rễ phụ toả ra xung quanh làm nhiệm vụ hút chất dinh dưỡng nuôi cây. - Hoa Hoa cà phê màu trắng, có năm cánh, thường mọc chùm đôi hoặc chùm ba. Màu hoa và hương hoa dễ làm ta liên tưởng đến hoa nhài. Hoa chỉ nở trong vòng 3-4 ngày, thời gian thụ phấn chỉ vài ba tiếng. Một cây cà phê trưởng thành có từ 30.000 đến 40.000 bông hoa. - Quả Cà phê là loài tự thụ phấn, do đó gió và côn trùng có ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh sản của cây. Sau khi thụ phấn từ 7 đến 9 tháng cây sẽ cho quả hình bầu dục, bề ngoài giống như quả anh đào. Trong thời gian chín màu sắc của quả thay đổi từ xanh sang vàng và cuối cùng là đỏ. - Thông thường quả cà phê có hai hạt, chúng được bọc bởi lớp thịt vỏ bên ngoài.Hai hạt cà phê nằm ép sát nhau. Mỗi hạt được bảo vệ bởi hai màng mỏng: một lớp màu trắng bám chặt lấy vỏ hạt, một lớp màu vàng rời rạc hơn bọc ở bên ngoài. Thỉnh thoảng cũng gặp những quả có một hạt. 1.2.2. Phân loại Trên thế giới cà phê có rất nhiều chủng loại, có khoảng trên 100 loại. Hiện nay có 3 giống cà phê chủ yếu mà các nước trên thế giới cũng như nước ta đều trồng là: Cà phê chè (coffea Arabica L. ): Giới: Thực vật Nghành: Magnoliophyta (Hạt kín). Lớp: Magnoliopsida (Hai lá mầm). Bộ: Gentianales (Long đởm). Họ: Rubiaceae (Cà phê). Chi: Coffea (Cà phê). Loài : C. arbica. Danh pháp khoa học là Coffea Arabica Hình: Quả cà phê chè Hình: Hoa cà phê chè - Nguồn gốc ở cao nguyên Jimma, thuộc nước Etiopia, vùng nhiệt đới ở phía đông Châu Phi. Gồm các chủng như: Typpica Bourbon, Moka, Caturra, Catuai, Catimor… - Đây là cà phê được trồng lâu đời nhất và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vì thơm ngon, dịu (chiếm 70% sản lượng cà phê trên thế giới). Hàm lượng caffeine trong hạt trong hạt trung bình 1,3%. - Cây thuộc dạng bụi, thân cao 3 - 4m, cành đối xứng, mềm, rủ xuống. Lá mọc đối xứng, hình trứng dài, đầu nhọn, rìa lá quăn, xanh đậm. Quả cà phê thuộc loại quả thịt, hình trứng, khi chín có màu đỏ tươi (chủng Caturra amarello có quả màu vàng), chiều dài 10 - 18mm, rộng 8 -12mm. Hạt cà phê hình tròn dẹt, có màu xanh xám, xanh lục, xanh cốm tùy theo giống và điều kiện bảo quản, chế biến. Cây cà phê chè có đặc tính tự thụ phấn nên có độ thuần chủng cao hơn các loại cà phê khác. - Cây cà phê chè ưa nơi mát và hơi lạnh. Phạm vi thích hợp 18 – 250C, thích hợp nhất là từ 10 – 200C. Do yêu cầu như vậy nên cà phê thường trồng ở miền núi có độ cao từ 1000 -1500m. Các nước trồng cà phê chè có hương vị thơm ngon như : Kenya, Tazania, Etiopia, Colombia… thường trồng ở nơi có độ cao 800m trở lên. Đây là cây có giá trị kinh tế nhất trong số các loài cây cà phê. Cà phê chè chiếm 61% các sản phẩm cà phê trên toàn thế giới. Cà phê Arabica còn được gọi là Brazilian Milds nếu nó đến từ Brasil, gọi là Colombian Milds nếu nó đến từ Colombia và gọi là Other Milds nếu nó đến từ các nước khác. Qua đó ta thấy Barsil và Colombia là hai nước xuất khẩu chính loại cà phê này, chất lượng cà phê của họ cũng được đánh giá cao nhất. Các nước xuất khẩu gồm có Ethiopia, Mexico, Guatemala, Honduras, Peru, Ấn Độ. - Trên thị trường cà phê chè được đánh giá cao hơn cà phê vối vì có hương vị thơm ngon và chứa ít hàm lượng caffeine hơn. Một bao cà phê chè thường có giá cao gấp 2 lần cà phê vối. Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê lớn đứng thứ hai trên thế giới nhưng chủ yếu là cà phê vối. Cà phê vối ( Coffea Canephora hay Coffea Robusta): Giới: Thực vật Nghành: Magnoliophyta (Hạt kín). Lớp: Magnoliopsida (Hai lá mầm). Bộ: Gentianales (Long đởm). Họ: Rubiaceae (Cà phê). Chi: Coffea (Cà phê). Loài : C. robusta. Danh pháp khoa học là Coffea canephora - Cà phê vối là cây quan trọng thứ hai trong các loài cà phê. Khoảng 39% các sản phẩm cà phê được sản xuất từ loại cà phê này. Nước xuất khẩu cà phê vối lớn nhất thế giới là Việt Nam. Các nước xuất khẩu quan trọng khác gồm: Uganda, Brasil, Ấn Độ. Hình: Quả cà phê vối Hình: Hoa cà phê vối - Nguồn gốc ở khu vực sông Công-gô, miền vùng thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi, có rất nhiều chủng loại khác nhau về kích thước lá, độ gợn sóng của phiến lá, màu sắc lá và quả, hình dạng quả… Song chủng loại được trồng phổ biến nhất ở các nước trên trên thế là Robusta. - Cà phê vối có hàm lượng caffeine trong hạt chiếm 1,97 - 3,06% (cao nhất trong 3 loại cà phê). - Cây có một hoặc nhiều thân, cây cao 8 - 12m, cành dài rủ xuống. Lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến lá gợn sóng mạnh. Quả hình trứng, núm quả nhỏ, trên quả thường có nhiều gân dọc, quả chín có màu đỏ hoặc hồng. Kích thước hạt thường nhỏ hơn cà phê chè, hạt có dạng hình tròn, dày, màu xanh bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy chủng loại và cách chế biến. Tỉ lệ nhân trên quả cao hơn cà phê chè. - Cà phê vối không tự thụ phấn được, điều này dẫn tới sự đa dạng ở vườn cà phê vối trồng bằng hạt. - Cà phê vối thích nơi nóng ẩm, nhiệt độ thích hợp nhất là 24-290C, cần nhiều ánh sáng mặt trời hơn cà phê chè. - Cà phê vối chứa hàm lượng caffeine cao hơn và có hương vị không tinh khiết bằng cà phê chè, do vậy được đánh giá thấp hơn. Giá một bao cà phê anephora thường chỉ bằng một nửa so với cà phê Arabica. Hiện nay cà phê này gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam, 10% trồng cà phê chè, khoảng 1% còn lại trồng cà phê mít. - Loại này hiện nay có hai loại đang được trồng ở Việt Nam là: + Moka: mùi thơm quyến rũ, ngào ngạt, vị ngọt nhẹ, nhưng sản lượng rất thấp, vì trồng không đủ chi phí nên người dân ít trồng loại cà phê này. + Catimor: mùi thơm nồng nàn, hơi có vị chua, giá xuất gấp hai lần Robusta nhưng không thích hợp với khí hậu vùng đất Tây Nguyên vì trái chín trong mùa mưa và không tập trung nên chi phí hái rất cao. Hiện nay, Quảng Trị hiện đang trồng thí nghiệm, đại trà loại cà phê này và có triển vọng tốt. Cà phê mít (Coffea Excelsa Chev): - Phát hiện đầu tiên năm 1902 ở xứ Ubagui- Chari nên thường được gọi là cà phê Chari. - Hàm lượng caffeine trong hạt 1,02-1,15%. 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 hương kém hoặc không có hương, chất lượng nước uống ít được ưa chuộng. Hình: Cây cà phê mít Hình: Hoa cà phê mít 1.3. Vai trò của cà phê - Cà phê là một nước uống cao cấp được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới. Cà phê là sản phẩm của các nước nhiệt đới nhưng thị trường chủ yếu ở các vùng ôn đới. - Cà phê được dùng làm đồ uống dưới dạng chiết hãm bằng nước sôi từ bột hạt cà phê rang. Hạt chất chủ yếu trong cà phê là caffein. Ngoài ra trong hạt cà phê còn chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể như: : đường saccharose, đường khử, protein hoà tan, các vitamin nhóm B và PP là những vitamin cần thiết cho cơ thể. - Đồng thời cà phê còn có hương vị độc đáo. Bằng phương pháp phân tích quang phổ, người ta đã xác định gần 300 hợp chất phức tạp khác nhau cấu thành nên hương thơm cà phê. Do đó tập tục uống càphê trở thành nhu cầu và thức uống thông dụng của người dân nhiều nước trên thế giới. - Ngoài ra phụ phẩm của cà phê như thịt quả còn là nguyên liệu chế biến rượu, nước giải khát, vỏ cà phê làm phân bón, bã chế biến thức ăn gia súc. Một số thuốc chữa bệnh cũng được chế biến từ cà phê. 1.4. Tác dụng của cà phê - Cà phê có vị đắng, có tác dụng kích thích thần kinh, làm tăng hoạt động của tim, co mạch trung ương, co mạch ngoại vi. - Cà phê còn có tác dụng hạ sốt, lợi tiểu, làm khoan khoái, kích thích tiêu hóa. - Cây có độc nhưng chỉ khi dùng với liều cao và thời gian kéo dài, gâya bồn chồn, mất ngủ, đau dây thần kinh trầm cảm, độc tố đó là cafeotoxin. Nhưng nếu uống cà phê đun sôi thì cafeotoxin sẽ bị tiêu huỷ. - Trong nhân dân, hạt cà phê sống giã nát ngâm với rượu uống chữa tê thấp, sốt rét. - Cà phê rang uống có tác dụng tiêu mỡ, tiêu độc rượu và thuốc phiện. Lá cà phê sắc uống làm chóng tiêu thức ăn. - Trong y học, cà phê thường được dùng để chữa suy nhược, mất sức do bệnh nhiễm trùng, mất trương lực dạ dày. Người ta có thể pha bột cà phê để uống, dùng caffein dạng viên hoặc dạng thuốc tim dưới da. Tuy nhiên chống chỉ định cho một số trường hợp như loạn thần kinh, viêm cơ tim tiến triển. 1.5. Tổng quan về caffein Caffeine là một hợp chất tự nhiên có mặt trong lá, hạt và quả của hơn 60 loài thực vật. Do đó, các loại thực phẩm hay đồ uống sử dụng các loài thực vật trên làm nguyên liệu sẽ chứa caffeine một cách tự nhiên. Ngoài ra, nhiều nhà sản xuất thực phẩm còn bổ sung caffeine vào sản phẩm để tăng mùi vị hoặc tăng tác dụng y học đối với một số sản phẩm đặc biệt. 1.5.1. Tính chất hoá học của caffein: - Caffeine là một alkanoid chứa đạm, công thức C8H10O2N4.H2O, thuộc nhóm hợp chất có vòng purin. - Caffein kết tinh với một phân tử nước nhưng trở nên khan khi đun nóng đến nhiệt độ 80-1000C. - Caffeine khan chứa 28.8%N. - Caffein khan ở dạng tinh thể trắng hình kim, tan trong nước và chloroform. 1.5.2. Tác dụng dược lý của caffeine: - Đối với hệ thần kinh trung ương, caffein có tác dụng rất mạnh, người dùng caffein hoặc đồ uống chứa caffein cảm thấy tỉnh táo, mất buồn ngủ, ít mệt mỏi và tư duy minh mẫn. - Caffein dùng với liều lớn thì kích thích mạnh hệ thần kinh trung ương, xuất hiện trạng thái bồn chồn, lo lắng, mất ngủ, ở những người có thói quen dùng cà phê thì những triệu chứng này nhẹ hơn. Liều cao sẽ làm xuất hiện co giật cục bộ hoặc toàn thân. - Caffeine còn có tác dụng kích thích hô hấp. Đối với hệ tim mạch, caffeine có tác dụng làm giảm trở ngại kháng ngoại vi, kích thích tim. Liều 250-350g caffein gây nên nhịp tim nhanh, huyết áp tăng nhanh cả huyết áp tăng thu và huyết áp tăng trương, nhưng cũng với liều lượng trên đối với những người dùng cà phê thì các triệu chứng trên không xuất hiện. - Ở nồng độ cao hơn, caffein có tác dụng làm tăng nhịp tim rõ rệt, ở những người mẫn cảm có thể xuất hiện loạn nhịp tim. - Đối với cơ trơn, caffein có tác dụng làm giảm cơ trơn khí phế quản đặc biệt đối với khí phế quản bị co thắt ở những bệnh nhân hen suyễn lâm sàng hoặc trong mô hình gây co thắt khí phế quản thực nghiệm. - Đối với cơ vân, caffeine có tác dụng tăng cường khả năng làm việc của cơ bắp ở người. - Sự hấp thu caffein từ hệ thống dạ dày và ruột diễn ra nhanh chóng và kết thúc chỉ sau 45’sau khi được tiêu hóa. Khoảng 15÷120’sau khi tiêu hóa nồng độ caffein trong huyết tương có thể đạt được giá trị cực đại : 8÷10mg/l nếu sử dụng 5÷8mg caffeine/kg thể trọng. - Cơ chế chuyển hóa caffeine tùy thuộc giống loài. Ở người khoảng 80% caffeine bị loại nhóm methyl thành paraxanthine và 16% chuyển thành theobromine và theophylline tại gan. Các quá trình loại methyl và oxy hóa tiếp theo sinh ra các muối urate và các dẫn xuất uracil. - Nhiều nghiên cứu cho thấy caffeine kích thích giải phóng calcium nội bào. Ở nồng độ 0.5÷1mM ức chế hoạt động của các enzyme nucleotide phosphodiesterase (thuộc hệ thống tuần hoàn). Cơ chế chính gây ra tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương của caffeine được cho là bắt đầu ở nồng độ 10μM, tại đó caffeine ức chế hoạt động của adenosine (chất dẫn truyền xung động thần kinh) bằng cách cạnh tranh với adenosine trong việc kết hợp với các đầu tiếp nhận adenosine, qua đó làm thay đổi nồng một số chất trong nội bào. - Ngoài tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương bằng cơ chế được giải thích ở trên, caffeine còn được coi là gây ra một số tác dụng tiêu cực cho sức khỏe như : + Gây mất hoặc khó ngủ. + Ảnh hưởng đến hệ tim mạch: Ở mức hấp thu 250mg caffeine làm giãn các cơ mềm của mạch máu và làm tăng nhịp tim. + Caffein làm tăng tiết acid dạ dày, do đó không tốt cho những người bị chứng viêm loét dạ dày. + Caffein còn được cho là liên quan đến các bệnh mạch vành. CHƯƠNG 2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊU THỤ CÀ PHÊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC. 2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà phê trên thế giới 2.1.1. Tình hình sản xuất cà phê trên thế giới Trong vài thập kỷ qua cà phê thế giới tăng giảm thất thường nhưng nhìn chung có xu hướng tăng lên. Sự biến động ở tất cả các khía cạnh của sản xuất là sản lượng, diện tích, canh tác và năng suất đều không giống nhau. Diện tích Diện tích trồng cà phê thế giới từ năm 1990 đến 2002 tăng trung bình là 0,1%/ năm, đạt 1