Đề tài Quy trình sản xuất cà phê hoà tan

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HOÀ TAN TỔNG QUAN VỀ CÂY CÀ PHÊ: Giống và đặc tính thực vật của cây cà phê: Các loại giống cà phê: Cho tới nay ngừơi ta đã xác định đựơc trong chi coffea thuộc họ rubiaceae co gần 100 loài khác nhau, nhưng chỉ có rất ít loài là có giá trị kinh tế. Thực tế thì có ba loài chủ yếu là: Cà phê chè: có chất lượng cao nhất thơm ngon nổi tiếng, hương vị dịu, hàm lượng cafein trên dưới 1,2%. Hiện nay cà phê chè chiếm khoảng 70% tổng diện tích và khoảng 75% tổng sản lượng buôn bán hàng năm trên thế giới. Cà phê vối: hương vị kém hơn cà phê chè, vị đậm, hàm lượng cafein khoảng 2,5%. Cà phê vối chiếm khoảng 25% tổng diện tích và sản lượng cà phê trên thế giới, giá bán cà phê vối cũng thừơng thấp hơn cà phê chè. Cà phê mít: ít hương thơm, có vị chua, chất lượng nước uống ít được ưa chuộng, hàm lượng cafein khoảng 1%. Do chất lượng kém nên cà phê mít ít có giá trị thương mại. Đặc điểm thực vật của cây cà phê: Cây cà phê vối ưa điều kiện nóng ẩm, nhiệt độ thích hợp từ 24-30oc, ánh sáng dồi dào, phát triển tốt ở độ cao thấp hơn 800m so với mực nước biển và không có mưa và sương mù nhiều trùng vào thời gian ra hoa. Ngược lai, cây cà phê chè ưa thích điều kiện mát mẻ, nhiệt độ thích hợp từ 18-24oC, ánh sáng tán xạ, được khuyến cáo trồng ở những nơi có độ cao 800m trở lên so với mực nước biển. Ý nghĩa của cà phê đối với đời sống và sự phát triển kinh tế ở nứơc ta và trên thế giới: Ngưòi ta đã tìm ra trong hạt cà phê có khoảng 670 hợp chất khác nhau, trong đó có những chất thơm tạo mùi thơm độc đáo cho cà phê và đặc biệt là cafein có tác dụng kích thích, gây “nghiện”, nên việc thưởng thức cà phê đã trở thành thói quen hàng ngày của phần đông người dân trên thế giới, nhất là ở các nước tiên tiến, từ đó tạo ra một thị trường cà phê mạnh mẽ và rộng khắp. Theo các số liệu thống kê, tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu cà phê hàng năm vào khoảng trên dưới 10 tỷ USD Mức tiêu thụ cà phê hiện nay và tương lai sẽ ngày càng cao, cho thấy rõ ở các nứơc có tập quán uống cà phê như Anh, Nhật… thì nay mức tiêu thụ tăng lên đáng kể. Các thị trường lớn như Pháp, Mỹ cũng có mức tiêu thụ cà phê ngày một tăng. Vì vậy, cây cà phê vẫn là cây xuất khẩu chiến lựơc hàng đầu cho nhiều nước. Ơû nước ta, thị trừơng cà phê xuất khẩu ngày càng đựơc mởû rộng, năm 1999-2000 đã xuất khẩu đến 53 nước trên thế giới, tổng cộng 540.000 tấn/năm, chủ yếu vẫn là cà phê vối ở dạng cà phê nhân sống. Cà phê chè tham gia xuất khẩu với khối lượng nhỏ, khoảng 2000-3000 tấn/năm. Ngành cà phê việt nam nói chung đã đạt những thành tích to lớn, không chỉ về ý nghĩa kinh tế mà cả về mặt xã hội, đã giải quyết hàng chục vạn lao động, hình thành những vùng kinh tế mà trứơc đây vốn là vùng sâu vùng xa hẻo lánh và nghèo đói, đã tạo thành một ngành hàng xuất khẩu đứng thứ hai sau lúa gạo. Bảng1: Mười địa phương có sản lượng cà phê lớn nhất Việt Nam: STT Tên điạ phương Sản lượng (tấn) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Đăclak Lâm Đồng Đồng Nai Gia Lai Kontum Ninh Thuận Sông Bé Bình Định Phú Yên Nghệ An 90.000 26.000 26.000 15.000 7.000 3.000 2.500 2.000 2.000 1.700 Bảng2: Diện tích trồng cà phê và sản lượng cà phê của Việt Nam (1980-1994) Năm Diện tích trồng cà phê (ngàn ha) Sản lượng cà phê (ngàn tấn) 1980 1985 1990 1992 1994 22,50 44,65 135,50 135,50 150,00 8,58 12,34 61,47 134,40 171,00 Nghiên cứu và phát triển: Do mức tiêu thụ và nhu cầu của ngừơi tiêu dùng ngày càng cao, thúc đẩy các nhà nghiên cứu và sản xuất quan tâm và việc đưa ra thị trường các sản phẩm mới là điều luôn cần thiết, không loại trừ yêu cầu nhanh gọn phù hợp với nhịp sống hối hả mà vẫn giữ được hương vị thơm ngon, đặ biệt của cà phê. Cà phê hoà tan là một trong các sản đáp ứng được yêu cầu trên và được người dân ưa dùng trên thế giới. Từ cà phê hoà tan nhiều sản phẩm khác đã được nghiên cứu và tung ra thị trường như cà phê sữa hoà tan, cà phê ice… QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HOÀ TAN Sơ dồ quy trình công nghệ chế biến cà phê hoà tan: Cà phê nhân Làm sạch Rang Làm nguội Tách cafeine Nghiền Trích ly Sấy( bột hoà tan) Đóng gói Cà phê hoà tan(không/có cafeine) Sơ lược phương pháp sản xuất và tính chất hoá học của cà phê nhân: Chế biến cà phê nhân là việc loại bỏ các lớp vỏ bao quanh hạt cà phê Hiện nay có hai phương pháp chế biến để san xuất cà phê nhân: Chế biến khô:phơi quả cà phê đến dộ nhất định rồi dùng máy xát loại bỏ các lớp vỏ bao quanh nhân Chế biến ướt: quả cà phê được xát tươi rồi đem phơi hay sấy đến độ ẩm quy định, sau đó xay xát, loại bỏ vỏ trấu và vỏ lụa để tạo ra cà phê nhân. Cà phê nhân có một thành phần hoá học phức tạp. Khi trái chín cấu tử hạt có chứa 48-50% ẩm, thành phần chất béo cà phê chứa một loại dầu không khô và một chất sáp và chứa một lượng lớn các chất không xà phòng hoá là các steroldo. Sự hienä diện của các thành phần đơn este acid béo là các chất cafestol và kahwed có trong chất béo cà phê không thể dùng là dầu ăn được. Trong cà phê còn có một lượng chất quan trọng trong hạt là cafein là một chất không màu, không mùi nhưng có vị đắng. Cafein tinh khiết là một chất bột màu trắng. Hàm lượng cafein trong hạt cà phê chiếm một tỷ lệ cao(0,9%-2,4%). Cafein có công thức hoá học 1:3:7 trimethylxathine C8H10O2N4 , kết tinh với một phân tử nước. Nhưng trở nên khan khi đun nóng đến nhiệt độ 80-100oC , nó bắt đầu thăng hoa ở nhiệt độ 120oC và thăng hoa hoàn toàn ở nhiệt độ 178oC . Điều này có thể giải thích cho sự tổn thất cafein trong quá trình rang cà phê. Bên cạnh cafein còn có trionelline với hàm lượng 0,3-1,2% có tác dụng về mặt sinh lý. Cà phê nhân sau khi thu hoạch sẽ làm nguyên liệu chính để chế biến ra các sản phẩm khác: cà phê rang, cà phê bột, cà phê hoà tan, cà phê sữa… Thành phần hóa học của cà phê: Chất Thành phần tính trên phần trăm cơ sở khô %d.b Carborhydrates Đừơng khử Sucrose Glucose,fructose, galactose Tinh bột Pentosan Hemicenlulose Holocenlulose Lignin Protein Lipit Tro Các acid không bay hơi Colorogennic Oxalic Malic Citric Tartaric Trigoneline Cafein 4,0 3,8 2,0 10,0 5,0 15,0 18,0 2,0 13,0 13,0 4,0 7,0 0,2 0,3 0,3 0,4 1,0 1,07 Quy trình sản xuất cà phê hoà tan: Quá trình làm sạch và phân loại cà phê nhân: Làm sạch thường áp dụng nguyên tắc khí động.Một luồng không khí mạnh được tạo ra từ quạt ly tâm thổi từ dưới lên trên xuyên qua khối hạt cà phê ngay khi nó được cung cấp xuống từ máng cấp liệu bên trên, hạt nào nặng sẽ tiếp tục rơi xuống máng hứng, còn hạt và tạp chất nhẹ hơn sẽ bị thổi bay ra ngoài. Trước khi được đưa vào máy rang, cà phê nhân được đưa qua hệ thống sàng để phân riêng các hạt có kích thước khác nhau nhằm đảm bảo năng suất và độ chín đồng đều trong khối hạt. Rang Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê tại nhiệt độ cao từ 190oC đến 240oC,nhằm đạt được các biến dổi mong muốn về màu sắc, hương vị. Trong thời kỳ đầu của công đoạn rang nhiệt độ rang lớn hơn100oC. Nhiệt độ làm bốc hơi nứơc trong hạt từ 12% xuống còn khoảng 2% khi nhiệt độ đạt đến 150oC thì một lượng chất khí sản sinh ra (cacbondioxit, cacbonmonooxit, hơi nước…). Hạt cà phê trở nên giòn, trương nở 40%-100% về thể tích dễ xay xat thành bột. Trong khoảng nhiệt độ từ 180-200oC hạt bắt đầu được rang nức và mùi hương được tạo ra . Thông thường cà phê rang ở 180-240oC trong vòng 15-25 phút , tổn thất về khối lượng khi rang 16-18%. Những biến đổi trong quá trình rang diễn ra như sau : Ngoài sự mất nước công đoạn rang sản sinh ra các chất khí chủ yếu là khí cacbondioxit và sự phát triển của hương vị mà chúng sẽ hoà tan trong khi pha chế Các chất bay hơi mất mát một số Các chất đường trong hạt cà phê bị caramen hoá một phần Protein bi phân huỷ một phần hay toàn phần do nhiệt, hàm lượng cafein cũng bị biến đổi. Thành phần trong hạt cà phê rang phụ thuộc vào giống, phương pháp chế biến và cường độ rang. Các phương pháp rang cà phê:có ba phương pháp sau: Gia nhiệt trực tiếp: áp dụng từ lâu đời Gia nhiệt gían tiếp: cần các thiết bị Gia nhiệt theo nguyên lý tầng sôi. Để giữ hương vị của cà phê sau khi kết thúc một mẻ rang bơm vào khoảng 0,5 lít nứơc giúp cà phê nguội nhanh , giữ lại các hương thơm đặc trưng Nghiền Hạt cà phê sau khi rang được nghiền nhỏ nhằm làm tăng hoạt tính phản ứng của chất rắn ,tạo ra bề mặt tiếp xúc của các phần tử lớn hơn để giải phóng co2 và hấp thụ nước nóng làm tăng khả năng trích ly các hợp chất có trong hạt để dạt được mức độ thu hồi trong nước uống là cao nhất. Nhiệt độ nghiền không quá cao(<40oC), tránh phân huỷ một số chất dinh dưỡng và giữ hương cho cà phê. Các loại máy nghiền trục hoặc đĩa thường dược sử dụng hơn trong chế biến cà phê. Bột cà phê sau khi nghiền có thể được sử dụng để pha chế với nước nóng theo phương pháp pha chế thông thường bằng phin hay bình hoăc tiếp tục đưa qua hệ thống trích ly để chế biến cà phê hoà tan Lưu ý là các hạt nghiền không quá mịn, nếu không sẽ gây khó khăn cho quá trình lọc, ảnh hưởng đến hiệu suất và có thể gây tắc hệ thống lọc. Trích ly Trích ly là quá trình hoà tan các chất có trong hạt cà phê bằng nước nóng tạo thành một dung dịch chiết có nồng độ các chất hoà tan khoảng 25-35%. Quá trình trích ly được thực hiện trong các bình trích ly với hỗn hợp gồm nước nóng 163oC, áp suất cao và cà phê đã nghiền. Dich trích ly được giữ trong các tanks để làm nguội nhanh tránh tiếp xúc với không khí để kết lắng các chất thô không tinh khiết, cặn, bã và tránh sự bay hơi của một số chất thơm, có thể làm lạnh đến 5oC. Sau đó tiến hành lọc khung bản, hoặc ly tâm nhưng phương pháp này tốn nhiều kinh phí. Trước khi sấy có công đoạn cô đặc làm tăng nồng độ chất tan trong dung dịch, để thời gian sấy tiếp theo càng nhanh, giữ dược hương của cà phê, cô đặc trong nồi chân không ở nhiệt độ thấp. Cũng có thể mang dịch đã lọc làm lạnh triệt để trứơc khi sấy bằng nitro lỏng để khi sấy ẩm bốc hơi nhanh, phương pháp này hiện đại giữ được hương của cà phê tốt nhất. Sấy phun: Dung dịch trích ly sau khi dược điều chỉnh nồng độ và lọc dịch ( lọc thô và lọc tinh) được đem di sấy phun hoặc sấy thăng hoa. Sấy phun là hình thức sấy bằng cách tạo sương mù nhờ đầu phun. Dịch trích ly được phun thành các hạt nhỏ li ti để khi trộn lẫn với dòng không khí nóng sẽ được tách ẩm tối đa. Nhiệt độ khí nóng đạt khoảng 230oC-240oC. Kích thước trung bình của các phân tử bột khoảng 300 mm Độ ẩm còn khoảng 3%w.p. Sản phẩm sau sấy hút ẩm nhanh nên cần đóng gói nhanh hoặc trong môi trường không khí khô. Trước khi phun dich sẽ cho khí nitơ nén trộn vào dung dịch để điều chỉnh tỷ trọng của bột sấy, để bột phòng tròn , tan đều khi sử dụng. Lượng nitơ cho vào 18-20 kg/h. Pha trộn – đóng gói: Cà phê bột sau khi ra khỏi tháp sấy được chứa vào túi pe, đặt trong thùng thiết và đ ậy kín, bảo quản trong phòng lạnh 18-20oC. Trước khi đóng gói thành phẩm cần phải pha trộn các mẻ với nhau để tạo độ đồng đều về phẩm chất, hương vị,tỷ trọng…và rây sàng để loại bỏ các cuc vón. Việc đóng gói thành phẩm trong môi trường khí trơ là cần thiết. Các khí trơ thường dùng là carbondioxide hoặc nitrogen hay hỗn hợp cả hai, để cho lượng oxygen trong bao bì càng ít càng tốt(<4%) để tránh sự hút ẩm và giữ chất thơm. Yêu cầu cà phê hoà tan thành phẩm có màu nâu đen, ánh bạc, không kết dính, kích thước hạt tương đối đồng đều. Khảo sát quy trình sản xuất cà phê hòa tan của nhà máy cà phê Biên Hoà: Nguyên liệu Độ ẩm <=13% Chất lượng hạt tốt, ít bị sâu mọt, màu sắc đẹp Làm sạch, phân loại Làm sạch bằng phương pháp khí động Phân loại thành bốn loại Loại bỏ những hạt nhẹ, bụi, đất sỏi, đá… Rang Theo từng loại riêng biệt Nhiệt độ rang:150-180oC Khối lượng rang:45 kg/mẻ Thời gian rang 10-15 phút Kết thúc mẻ rang, bơm vào 0,5 lit nước Làm nguội Giữ hương thơm và giúp bảo quản lâu hơn Làm nguội bằng không khí luân chuyển qua vỉvà nhờ sự đảo trộn của các cánh khuấy, các tạp chất như đá, sỏi, và cà phê bẻ vụn hơn 2mm sẽ lọt qua vỉ lưới Xay Dùng máy nghiền trục Kích thươc hạt sau khi xay:<=1,17mm (qua sàng 20 mesh) Tỷ lệ vỏ và bụi<=0,7% Cân Cân khối lượng cà phê vừa đủ nạp vào bình trích ly Trích ly Aùp suất lò hơi:16-18kg/cm2 Lượng nước nóng: 250-280 l/h Mỗi bình làm việc chứa 70kg Thời gian trích ly một bình:45 phút Dịch cà phê lấy ra ở bình cuối có áp suất 12-14 atm, nhiệt độ 90-100oC Làm nguội Dùng nước thường để làm nguội dịch đến nhiệt độ 70-80oC Làm lạnh Dùng nước lạnh do máy lạnh cấp làm lạnh dịch âđến 5oC Lọc dịch Loại bỏ vỏ,bã, cặn Điều chỉnh nồng độ Hoà trộn dịch cà phê lấy ra từ bốn bình trích ly để tạo nồng độ đồng đều, Khỏang 23% hàm lượng chất hoà tan, rồi được chứa vào bồn chứa Bảo quản dịch lạnh Kiểm tra PH dịch, chất lượng và nhiệt độ dịch Sấy phun Kích thước lỗ vòi phun:0,8mm Aùp suất bơm dịch: 21-22 kg/cm2 Nhiệt độ không khí nóng vào: 230-250oC Nhiệt độ không khí đi ra: 90oC Độ ẩm sau khi sấy: 3,5% Trước khi sấy, nén trộn nitơ vào dòng dịch 18-20kg/h Đấu trộn – đóng gói Đấu trộn bán thành phẩm, tạo sự dồng đều về tỷ trọng, phẩm chất, Hương vị, độ chua… Rây sàng để loại bỏ các cục vón Vô túi PE, hoặc chai nắp nhựa hàn thiếc miệng chai Bảo quản thành phẩm: bảo quản trong kho mát 18-20oC, độ ẩm không khí y = 80% Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy sấy phun: Sấy là một công đoạn quan trọng trong sản xuất cà phê hoà tan, việc thành phẩm một cà phê hoà tan ở dạng bột mịn có kích thước đều nhau từ dung dich trích ly được quyết định ở công đoạn này. Ta có thể áp dụng phương pháp sấy phun hoặc sấy thăng hoa. Sấy phun dùng để sấy các dung dịch huyền phù trong trạng thái phân tán. Thiết bị sấy phun có kết cấu tương đối phức tạp. Quá trình sấy xảy ra rất mãnh liệt, sự trao đổi nhiệt xảy ra ngay trong lòng thể tích từng giọt lỏng. Do vậy, sản phẩm của sấy phun là dạng bột mịn. Thiết bị sấy phun rất thích hợp cho việc chế biến cà phê hoà tan. Trong sấy phun, dung dịch được phân tán thành các giọt li ti trong tháp sấy nhờ một cơ cấu đặc biệt gọi là vòi phun. Đối với mỗi vòi phun, đường kính chùm phun, thì sự phân bố mật độ các giọt lỏng theo bán kính phun và kích thước giọt lỏng là khác nhau. Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của thiết bị sấy phun dùng không khí nóng: không khí nhờ quạt thổi 1 đưa qua caloriphe 2 để nâng lên nhiệt độ sấy. Dung dịch sấy nhờ hệ thống bơm cao áp đưa vào vòi phun 4 đặt trên đỉnh tháp sấy 3. Dứơi tác dụng của áp suất cao, dung dich được tán thành các gịot lỏng li ti. Chùm tia phun được dòng tác nhân nóng phân bố đều trong thể tích tháp, rồi cùng chuyển động xuống đáy tháp, sản phẩm khô được tích tụ tại đáy nhờ bộ tháo hiệu 9 đưa ra ngòai , còn không khí ẩm theo đường ống 7 vào cyclon 6 tách bụi. Sau cùng khí thải nhờ quạt 5 tống ra ngoàiqua cửa thải bụi 8. Cơ chế của quá trình say trong thiết bi được diễn tả bởi bốn quá trình căn bản sau: Dòng nhiệt qm cấp cho bề mặt vật liệu Dòng nhiệt q dẫn từ bề mặt vào vật liệu, Khi nhận được nhiệt lượng q, dòng ẩm J di chuyển từ vật liệu ra bề mặt Dòng ẩm J từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh Bốn quá trình này thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu và sự trao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liêu và môi trường xung quanh SƠ ĐỒ HỆ THỐNG SẤY PHUN Ưu và nhược điểm của thiết bị sấy phun: Ưu điểm chủ yếu của thiết bị sấy kiểu phun bụi là: sấy nhanh, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn không cần nghiền. Nhờ sấy rất nhanh nên nhiệt độ của vật liêu trong suốt quá trình không tăng cao mấy mặc dù nhiệt độ của tác nhân sấy cao hơn nhiều, điều này rất quan trọng , nhất là với các loại vật liệu không chịu được nhiệt độ cao. Nhượt điểm của loại này là: kích thước phòng sấy lớn mà vận tốc của tác nhân sấy lại nhỏ do đó cường độ sấy( tính bằng lượng ẩm bay hơi trên một đơn vị thể tích phòng sấy) nhỏ: 2-2,5 kg/m3h, tiêu tốn nhiều năng lượng và nhiệt lượng, thiết bị phức tạp nhất là cơ cấu phun bụi và thu hồi sản phẩm. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRÍCH LY CÓ CÁNH KHUẤY KẾT LUẬN: Cà phê là một mặt hàng thương mại quan trọng ở trên thị trường quốc tế. Trong đó mặt dầu cà phê hoà tan chiếm một thị phần nhỏ song nó cũng đã khẳng định được vị thế do đặc tinh va sự tiện dụng và được đông đảo mọi thành phần xã hội ưa thích. Tài liệu tham khảo: www.bendig.co.cr/images/grains.jpg www.bendig.co.cr/home.htm Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập II, NXB Khoa học và kỹ thuật Kỹ thuât gieo trồng và chế biến cà phê, NXB Nông nghiệp Tài liệu chế biến thực phẩm, ĐH Nông lâm Tp.HCM MỤC LỤC TRANG Trang