Đề tài Kỹ thuật sản xuất cà phê sữa hòa tan

I/Giới thiệu: Cà phê hòa tan là một loại cà phê không có cặn và sử dụng đơn giản thích hợp với mọi điều kiện. Hiện nay kỹ nghệ sản xuất cà phê hòa tan trên thế giới đã đạt trình độ cao. Phương pháp sản xuất cà phê hòa tan không phức tạp lắm, nhưng để đạt được sản phẩm bột cuối cùng có chất lượng cao thì có nhiều cách và khác nhau trong vài chi tiết, và đó cũng chính là những yếu tố thành công. Cà phê hòa tan là một sản phẩm cao cấp, nhiều người và nhiều nuớc trên thế giới ưa chuộng vì dùng đơn giản, thuận tiện. Nhiều nước không có cà phê, nhưng lại có những xưởng chế biến cà phê rất tối tân, hiện đại. Cho nên, khi xuất cà phê đi các nước cần có những chuyên gia thử nếm có kinh nghiệm pha trộn các loại bột khác nhau để đạt được loại chất lượng hợp lí. II/Kỹ thuật sản xuất cà phê sữa hòa tan: 1)Sơ đồ: 2)Nguyên liệu: cà phê, sữa 2.1) Cà phê: Cà phê được biết đến khoảng gần 300 năm và có giá trị kinh tế rất cao. Hạt cà phê: lấy từ giống cây cà phê (coffea), có 40 giống cây, nổi tiếng là: -Arabica (cà phê chè) -Canephora (Robusta) (cà phê vối) -Arabusta -Chari (cà phê mít) Trong chế biến, người ta chỉ lấy hạt cà phê chín. Các chất dinh dưỡng chứa trong hạt cà phê không cao, tuy nhiên các sinh tố, đặc biệt là các vitamin B, có hàm lượng khá cao.Hoạt chất chủ yếu trong hạt cà phê là 0,8-3%, có tác dụng kích thích thần kinh, tăng cường khả năng làm việc, thúc đẩy hoạt động của hệ tuần hoàn, tăng cường phản ứng của cơ bắp,… Tuy nhiên, nếu uống nhiều sẽ sinh ra táo bón, đôi khi còn làm rối loạn thần kinh. 2.1.1) Đặc tính thực vật: Sau đây chúng ta cùng xem xét tính chất của một số loại cà phê được trồng tại Việt Nam: Giống Arabica: tại Việt Nam còn được gọi là cà phê chè. Đây là loại được trồng nhiều nhất trên thế giới. Được phát hiện đầu tiên tại vùng Đông châu Phi. Arabica cao từ 3-5m trong điều kiện thuận lợi có thể cao đến 7m. Có một thân hoặc nhiều thân. Lá hình trứng hoặc hình lưỡi mác. Đời sống có thể kéo dài 30-40 năm. Tuy nhiên để kinh tế, người ta thường trồng khoảng 12-14 năm, sau đó phá bỏ, trồng lại. Arabica là loại tự thụ phấn, chính vì vậy ít bị biến đổi, giữ được độ thuần chủng của cà phê. Tất nhiên là vẫn gặp hiện tượng đột biến. Quả thường hình trứng, sau 4-5 tháng thì nhân hình thành, lúc đầu mềm, sau cứng dần. Vỏ quả đầu tiên có màu xanh đậm, sau xanh nhạt và cuối cùng là màu vàng hoặc đỏ. Từ khi thụ phấn đến khi quả chín kéo dài khoảng 6-8 tháng. Khi vỏ quả có màu đạt hơn 2/3 màu vàng hoặc đỏ là cần thu hoạch, do quả chín quá dễ bị rụng . Thường chín rộ vào tháng 12 và tháng 1. Ở Tây Nguyên, chín sớm hơn khoảng 2-3 tháng so với miền Bắc. Trong quả thường có hai nhân, một số ít có 3 nhân. Ngoài nhân là vỏ lụa màu bạc. Ngoài vỏ lụa là vỏ trấu cứng, ngoài cùng là vỏ thịt. Thông thường từ 5-7 kg quả thu hoạch được 1kg nhân, hạt có màu xám xanh, xanh lục, xanh nhạt. Lượng cafein có khoảng 1-3%. Giống Robusta: tại Việt Nam còn đuợc gọi là cà phê vối.Có nguồn gốc ở khu vực sông Côngô, miền núi thấp xích đạo và nhiệt đới Tây châu Phi. Robusta cao 5-7m. Quả hình trứng hoặc tròn. Quả chín có màu đỏ thẫm. Vỏ quả cứng và dai hơn Arabica. Qua chín từ tháng 2-4 ở miền Bắc, và từ tháng 12- tháng 2 ở Tây Nguyên. Nhân hình hơi tròn, to ngang, vỏ lụa màu ánh nâu bạc. Nhân có màu xám xanh, xanh bạc, vàng mỡ gà,v.v… Lượng cafein có khoảng 1,5-3%. Giống Chari: tại Việt Nam được gọi là cà phê mít. Có nguồn gốc ở Ubangui Chari gần hoang mạc Sahara. Cà phê mít cao 6-15m, lá hình trứng. Quả hình trứng, hơi lồi và to. Thường chín vào tháng 5-tháng 7. 2.1.2) Thành phần hóa học của cà phê: Quả cà phê gồm những phần sau: -Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ khi chín. Vỏ quả của cà phê chè mểm hơn cà phê vối và cà phê mít. -Lớp vỏ thịt: còn gọi là trung bì. Vỏ thịt của cà phê chè mềm và ngọt hơn so với cà phê vối và cà phê mít, do đó dễ xay xát hơn. -Vỏ trấu: nội bì. Vỏ trấu của cà phê chè mỏng và dễ đập hơn. -Vỏ lụa: nằm sát nhân, mềm, mỏng, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy vào loại cà phê. Vỏ lụa của cà phê chè màu tráng bạc, dễ tách khỏi nhân. Vỏ lụa của cà phê vối và cà phê mít khó tách ra khỏi nhân. -Nhân cà phê: ngoài cùng chứa những tế bào nhỏ, trong chứa chất dẻo, và có những tế bào lớn hơn, mềm hơn. 2.1.3) Các quá trình chuyển hóa trong lên men cà phê: -Nhờ có các hệ enzym: enzym trong hạt cà phê, enzym của vi sinh vật tự nhiên trên bề mặt hạt cà phê giúp cho có sự thay đổi sâu sắc về: tính chất vật lý, tính chất hóa học của hạt cà phê. -Thời gian lên men: 20-100h. -Thời gian lên men dài hay ngắn phụ thuộc vào: + Nhiệt độ lên men + Độ chín của hạt cà phê + Giá trị pH khối hạt lên men Kết quả thí nghiệm cũng như trong thực tế sản xuất cho thấy: Lên men hiếu khí nhanh và tốt hơn lên men yếm khí Trong quá trình lên men có bổ sung Ca nhằm tăng hoạt lực enzym giúp cho quá trình lên men nhanh hơn Hiện nay người ta sử dụng các enzym được sản xuất công nghiệp để lên men cà phê như: benefax, Pectozyme, Cofepec, chất lượng cà phê sau khi lên men rất tốt. Các chế phẩm này đều chứa enzym : Pectinaza, hemicellulaza, Cellulaza. Trong quá trình lên men, thành phần hóa học của cà phê được thay đổi khá sâu sắc. Theo Menchu và Rolza (1973) sản phẩm tạo thành sau quá trình lên men là: các acid hữu cơ, etanol. Các vi sinh vật trong lên men cà phê: Có nhiều loài vi sinh vật tham gia quá trình lên men, trong đó có 6 loài thường gặp: +Các loài vi khuẩn lactic : Leuconostoc, Lactobacillus +Các loài cầu khuẩn thuộc : Aerobacter, Escherichia +Các loài Bacillus chứa nhiều pectinaza +Các loài nấm men +Các loài nấm sợi như : Aspergillus, Fusarium, Penicilium +Các loài thuộc Erwinia Trong quá trình lên men, lượng enzym pectinaza được tổng hợp khá nhiều, các enzym này tham gia phản ứng : Pectin + H2O= acid pectic + CH3OH Enzym pectinaza được tạo thành nhờ vi khuẩn, mốc. Mất hoạt tính ở t =950C, thời gian lên men =20 phút. 2.1.4) Chế biến: -Chế biến khô: dùng cả quả già và quả gần chín, chất lượng giảm. -Chế biến ướt: có hương vị ngon. Phương pháp ướt: + Quả vừa chín (không xát tươi kịp trải ở nơi râm, dày 10-15cm, không được để quá 24h) + Xát tươi (bằng tay, hoặc bằng điện) để loại bỏ lớp vỏ thịt quả. + Dùng nước sạch đãi lấy hạt, rửa sạch, rửa sạch nhớt nhận được cà phê thóc. + Cho vào thùng gỗ (không được dùng thùng kim loại) + Phủ bao tải sạch lên trên để lêm men khô + Buổi sáng rửa sạch bằng nước, sau ủ tiếp đến ngày hôm sau + làm vậy trong 2 ngày. Khi mặt hạt thấy nhám là được (quá trình lên men lúc này đã kết thúc) + Rửa sạch. Ngâm nước trong 10-12h + Phơi trên nền xi măng, gạch (không phơi trên nền đất). Mỗi giờ cào 1 lần. + Loại bỏ hạt xấu và các tạp chất khác đi + Thu hoạch sản phẩm: với hạt có độ ẩm =12-18% sẽ là hạt thương phẩm. Còn để giữ giống sẽ để độ ẩm là 18-20% Phương pháp khô: + Thường áp dụng vào cuối vụ, thu hoạch đợt cuối cùng. + Cà phê thu hoạch xong, đem phơi nằng cho khô phần thịt quả. Khi phơi chú ý trải mỏng trên nền khô, cứng hoặc nong nia và tránh để mưa, sương đêm làm ướt. + Cho vào máy xát loại thịt quả, sau đó đem sấy cà phê + Cho vào máy xát loại phần vỏ cứng của nhân Rang cà phê: có nhiều phương thức rang cà phê khác nhau như: +Kiểu Ý: rang gần thành than + Rang quế: rang cho tới khi cà phê có màu quế + Kiểu Pháp: rang cho tới khi chất dầu tự nhiên có trong cà phê nổi lên trên bề mặt hạt Trộn cà phê: Tỷ lệ pha trộn: + Cà phê chè để tạo mùi thơm 25% + Cà phê mít tạo vị ngon 25% + Cà phê vối giá rẻ 50% (Một số nhà máy cho một ít rượu mạnh vào khâu rang cà phê hoặc khâu trộn cà phê để tạo vị đặc trưng cho cà phê). -Sử dụng chất độn: ngô, lạc, nhân hạt điều, hạt keo giậu, đậu nành. Với mục đích giảm chi phí và tăng độ dinh dưỡng. 2.2) Sữa: 2.2.1) Giá trị dinh dưỡng của sữa: Sữa là một trong những sản phẩm thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao nhất. Trong sữa có đầy đủ tất cả các chất dinh dưỡng cần thiết và dễ được cơ thể hấp thụ. Ngoài các thành phần chính là protein, lactoza, lipit, muối khoáng còn có tất cả các loại vitamin chủ yếu, các enzym, các nguyên tố vi lượng không thể thay thế. Protein của sữa rất đặc biệt, có chứa nhiều và hài hòa các acid amin cần thiết. Hàng ngày mỗi người chỉ cần dùng 100g protein của sữa đã có thể thỏa mãn hoàn toàn nhu cầu về acid amin. Cơ thể người sử dụng protein sữa để tạo thành hemoglobin dễ dàng hơn bất cứ protein của thực phẩm nào khác. Độ tiêu hóa của protein sữa 96-98%. Lipid của sữa giữ vai trò quan trọng trong dinh dưỡng. Khác với các loại mỡ động vật và thực vật khác, mỡ sữa chứa nhiều nhóm acid béo khác nhau, chứa nhiều vitamin và có độ tiêu hóa cao do có nhiệt độ nóng chảy thấp và chất béo ở dưới dạng các cầu mỡ có kích thước nhỏ. Giá trị dinh dưỡng của đường sữa (lactoza) không thua kém sacharoza. Hàm lượng muối canxi và phospho trong sữa cao, giúp cho quá trình tạo thành xương, các hoạt động của não. Hai nguyên tố này ở dạng dễ hấp thụ, đồng thời lại ở tỷ lệ rất hài hòa. Cơ thể có thể hấp thụ được hoàn toàn. Đối với trẻ em, can xi của sữa là nguồn canxi không thể thay thế. Sữa là nguồn cung cấp tất cả các vitamin. Sữa không những bổ mà còn có tác dụng chữa bệnh, giải độc. Trong số các thức ăn tự nhiên của con người, không có sản phẩm nào mà hỗn hợp các chứa cần thiết lại được phối hợp một cách có hiệu quả như sữa. 2.2.2) Tính chất hóa học của sữa: 2.2.2.1) Độ acid chung: người ta thường biểu thị độ acid chung bằng độ Thorner (0T). Nó cho ta biết lượng mililit NaOH 0,1N đã dùng để trung hòa acid tự do có trong 100ml sữa. Độ acid chung phụ thuộc vào các thành phần của sữa mà chủ yếu là các múôi acid của acid phosphoricvà limonic, các protein (casein, albumin, globulin) và CO2 tồn tại dười dạng hòa tan trong sữa. Giá trị trung bình độ acid của sữa bò là 16-18 0T. Đối với sữa đầu, độ acid có thể rất cao do có hàm lượng protein và muối cao. Theo kết quả nghiên cứu của 2.2.2.2) Độ acid hoạt động: biểu thị tính hoạt động của các ion H . Giá trị pH=6,5-6,8. Trung bình là 6,6. Độ ph của sữa không đặc trưng cho đô tươi của sữa. Nó biến đổi rất chậm so với độ acid chung. . Theo kết quả nghiên cứu của Inikhov: Ngày thứ 1 sau khi đẻ, sữa có độ axit 49,5 0T 2 40,5 0T 3 29,8 0T 4 28,7 0T 5 26,7 0T 6 25,6 0T 11 21,8 0T 2.2.2.3) Tính chất oxy hóa-khử của sữa: Sữa là một chất lỏng phức tạp mà trong đó ngoài các tàhnh phần chính protein, lipid, và lactoza còn chứa hàng loạt các hợp chất khác rất dễ bị oxy hóa, bị khử (vitaminC, vitamin E, B2, enzim, chất màu,…) Khả năng oxy hóa-khử của dung dịch được đặc trưng bằng thế oxy hóa-khử, ký hiệu là Eh, tính bằng milivôn hoặc vôn. Đối với sữa bình thường, Eh=0,2-0,3V (200-300 mV). Khả năng oxy hóa-khử phụ thuộc vào nồng độ ion hydro, do đó còn có thể biểu thị bằng rH2: Như vậy, thế oxy hóa-khử Eh hoặc rH2 cho phép đánh giá các quá trình năng lượng xảy ra trong sữa. Xanh metylencó thể bị mất màu khi cho vào sữa (trong một số trường hợp). Điều đó chứng tỏ trong sữa có chất dễ oxy hóa. Nếu cho formaldehyt vào sữa bị oxy hóa chứng tỏ trong sữa có chất khử. 2.2.2.4) Tính chất keo của sữa: Sữa là một dung dịch keo có 3 pha tồn tại đồng thời: Dung dịch thực Dung dịch huyền phù Dung dịch nhũ tương 2.2.2.5) Dung dịch thực: Thành phần gồm nước và các chất hòa tan như lactoza, muối khoáng, các vitamin hòa tan trong nước. 2.2.2.6) Dung dịch huyền phù: Chủ yếu là protein và các chất liên kết như lipoprotein. Các protein trong sữa ở dạng phân tử lớn có kích thước từ 15-200nm (albumin 15-50nm, globulin 25-50nm, casein 40-200nm). Do kích thước phân tử protein lớn tạo thành dung dịch keo. Trên bề mặt các phân tử protein có chứa các nhóm chức háo nước –NH2, -COOH, -CO, -NHv.v… nên rất dễ dàng hút nước. Khi các nhóm này phân li sẽ tạo thành các điện tích (+) và (-) với số lượng xác định. Hai yếu tố này (háo nước và có điện tích) thường quyết định sự bền vững của protein ở dạng keo. Khi hai yếu tố này bị phá hủy sẽ dẫn tới sự đông tụ của protein và do đó của sữa. Thường yếu tố háo nước có ý nghĩa quan trọng hơn đối với độ bền của protein sữa. Điều này giải thích vì sao albumin và globulin trong môi trường acid bền hơn casein. Do có độ háo nước cao nên chúng không bị đông tụ ngay cả ở điểm đẳng điện. 2.2.2.7) Dung dịch nhũ tương: Chủ yếu là chất béo ở dưới dạng các cầu mỡ. Kích thước và số lượng các cầu mỡ không ổn định và phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà chủ yếu là khẩu phần thức ăn, giống, điều kiện sống, thời kỳ có thai. Kích thước các cầu mỡ có ý nghĩa quan trọng, nó xác định sự biến đổi chất béo vào sản phẩm trong hàng loạt các quá trình công nghệ (li tâm, đồng hóa, quá trình sản xuất phomat, bơ). Số lượng trung bình trong 1ml sữa có khoảng 3000-4000 triệu cầu mỡ với đường kính trung bình 3m (giới hạn dao động 0,3-10m). Nhũ tương chất béo của sữa khá bền vững. Đun sữa đến nhiệt độ cao (thanh trùng, tiệt trùng), làm lạnh tới nhiệt độ thấp, tác động cơ học đặc biệt (khi sản xuất bơ) hoặc do ảnh hưởng của hóa chất (acid, kiềm). Theo ý kiến của nhiều nhà nghiên cứu thì trên bề mặt của các cầu mỡ được bao bằng một lớp lipoprotein. Do đó các cầu mỡ không bị phá hủy khi có tác động cơ học mạnh. 2.2.3) Một số vấn đề thường gặp ở sữa tươi nguyên liệu: 2.2.3.1) Sữa từ những con bò bị bệnh: @ Bệnh lao: bầu vú của những con bò cái bị bệnh lao có chứa các vi khuẩn lao Mycobecterium tubeculois. Việc lây truy6èn bệnh qua sữa sẽ gây nguy hiểm cho người sử dụng loại sữa này. Vi khuẩn lao trong sữa cũng có thể có nguồn gốc từ phân bò bị bệnh lao đường ruột hoặc từ dịch co bò bị bệnh lao phổi. Sữa cũng có thể bị nmhiễm vi khuẩn lao do người vắt sữa bị bệnh. Vi khuẩn lao tồn tại kéo dài trong sữa thậm chí cả sau khi lên men. @ Bệnh sẩy thai truyền nhiễm: Những con bò mắc bệnh sẩy thai truyền nhiễm âm tính, tiềm ẩn có thể thải vi khuẩn qua sữa. Việc bài thải vi khuẩn qua sữa có thể kéo dài 7-8 năm. Lượng vi khuẩn thải ra lớn nhất ở những ngày đầu tiên sau khi đẻ hoặc sẩy thai. Vi khuẩn Brucella abortus kém bền nhiệt. Gia nhiệt ở 60 0C trong 30 phút làm mất độc tính của vi khuẩn này. Trong sữa chưa thanh trùng, vi khuẩn có thể sống 7-9 ngày, trong sữa chua là 9 ngày và trong bơ là 50 ngày. @ Bệnh than: vi khuẩnm bệnh than Bacillus anthracis nhiễm vào sữa thì người tiêu thụ sữa này có thể bị bệnh than thể ruột. Sữa bị nhiễm vi khuẩn bệnh này phải bỏ đi. @ Bệnh viêm vú do tụ cầu khuẩn và liên cầu khuẩn: Trong các độc tố tụ cầu khuẩn thì độc tố enterotoxin đáng chú ý nhất, vì loại độc tố này bền với nhiệt độ. Qua xử lý ở 1000C trong 30 phút, nó vẫn có thể gây độc cho người sử dụng loại sữa này. @ Bệnh thương hàn: vi khuẩn Salmonella có thể nhiễm vào sữa từ con bò đang bị bệnh hoặc đang mang mầm bệnh. Trong sữa bò, Salmonella có thể sống sót tới 60 ngày. Biện pháp thanh trùng có thể tiêu diệt vi khuẩn này. @ Bệnh tụ huyết trùng: vi khuẩn Pasteurella multocida thải vào sữa khi bò bị bệnh tụ huyết trùng ở thể cấp tính. Đến nay chưa phát hiện ra trường hợp người bị bệnh do tiêu thụ loại sữa này, nhưng nó vẫn được xem là nguồn gây bệnh. Biện pháp cần thiết là phải tiêm phòng đầy đủ, đúng cách và đủ liều cho bò. Khi bò bị ốm phải được điều trị triệt để. Trong suốt thời gian bò bị bệnh, không được dùng sữa này cho sản xuất hàng hóa. 2.2.3.2) Sữa có mùi vị không tự nhiên (mùi vị lạ): Nguyên nhân có thể do thức ăn, mùi cỏ, mùi của hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc tẩy rửa, thuốc sát khuẩn… Khi sữa bị nhiễm vi khuẩn đường ruột và vi khuẩn gây bệnh huỳnh quang từ rơm cỏ có thể làm cho sữa có mùi lạ. Nấm men và trực khuẩn đường ruột có thể làm cho sữa bị sủi bọt. 2.3) Phương pháp: 2.3.1) Các bước chế biến cà phê hòa tan: Chọn cà phê nhân sống: Có những loại cà phê khi uống bình thường bằng pha phin thì ngon, nhưng mang chế biến cà phê hòa tan thì lại nhạt nhẽo. Cho nên việc lựa chọn loại cà phê thích hợp để pha trộn, kỹ thuật rang tốt cho ta bột tốt. Đó là một bước quan trọng. Mỗi cơ sở sản xuất cần xác định một thị tường phù hợp với thiết bị của mình và chọn nguyên liệu cho thích hợp. Thông thường thì dùng loại Robusta chế biến cà phê hòa tan sẽ có chất lượng đạt tiêu chuẩn hơn. Rang cà phê: Rang quyết định chất lượng của cà phê hòa tan. Rang hơi cháy thì tỷ lệ thành phẩm tăng nhưng hương vị bị giảm. Thường rang ở 180 0C và tăng dần nhiệt độ lên 200-210 0C. Tuy nhiên, nếu rang nhiệt độ cao quá thì mùi thơm bị tổn thất nhiều. Trong quá trình rang, màu sắc biến đổi như sau: -Màu nhạt -Màu quế -Nâu trung bình -Nâu hơi đậm -Nâu cánh gián -Nâu đậm đến mức dầu ra mặt ngoài -Đen thành than Tuỳ theo sở thích của người uống mà rang. Nếu rang nhạt thì nước ít thơm, nước nhạt, uống sẽ hăng mùi gỗ.Nếu rang cháy thì cà phê sẽ bị đắng, có mùi khét nhưng nước đậm hơn. + Xử lý trước khi rang:là giai đoạn làm sạch bụi đá, tạp chất. Có thể dùng các loại sàng rung động, sàng hút… Sau đó, có thể dùng thiết bị trộn để cho khối hạt đều trước khi đưa vào rang. + Rang: quá trình rang là quan trọng bậc nhất, vì rang là làm cho hương thơm hình thành. Tùy theo từng cỡ hạt, từng loại thiết bị mà có chế độ rang thích hợp khác nhau. + Thiết bị rang:người ta tiến hành rang trong nhiều loại thiết bị có mức độ cơ giới khác nhau, và dùng nhiều loại nhiên liệu khác nhau. Người ta có thể rang trong thiết bị thùng đứng có trục khuấy hoặc tay đảo. Thiết bị còn có ống lấy mẫu và cửa quan sát. Cà phê sau khi rang ua hệ thống làm nguội bằng thùng hoặc bằng bao tải rải đều cà phê cho chóng nguội.