Đề tài Tìm hiểu quy trình sản xuất cà phê hòa tan

MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ 4 Phân loại 4 Cà phê chè (Arabica) 4 Cà phê vối (Robusta) 4 Cà phê mít (liberica) 5 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê 5 Cấu tạo quả cà phê 6 Thành phần hóa học cà phê nhân (arabica) 7 Tiêu chuẩn cà phê nhân 8 QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN Làm sạch 12 Mục đích 12 Các biến đổi 12 Phương pháp thực hiện 12 Thiết bị 12 Phối trộn 13 Mục đích 13 Các biến đổi 13 Phương pháp thực hiện 13 Máy trộn thùng quay 14 Rang 14 Mục đích 14 Các biến đổi 14 Phương pháp thực hiện 14 Thiết bị rang liên tục hiệu Burn Thermalo 15 Xay 16 Mục đích 16 Các biến đổi 16 Phương pháp thực hiện 16 Thiết bị xay 16 Trích ly 17 Mục đích 18 Các biến đổi 18 Phương pháp thực hiện 18 Thiết bị trích ly bộ lọc 18 Xử lý dịch chiết 20 Mục đích 20 Các biến đổi 20 Phương pháp thực hiện 20 Thiết bị 20 Cô đặc 21 Mục đích 21 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 Sấy 25 8.1) sấy phun 25 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 Tạo hạt (Agglomeration) 32 Mục đích 32 Các biến đổi 32 Phương pháp thực hiện 33 Thiết bị 33 E. Thiết bị 33 Bao gói 33 Mục đích 33 Các biến đổi 33 Phương pháp thực hiện 34 Vật liệu bao bì 34 Thiết bị 34 SO SÁNH 2 QUY TRÌNH 34 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 TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG CỦA CÀ PHÊ HÒA TAN 41 THÀNH TỰU 42 PHỤ LỤC 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ 1. PHÂN LOẠI 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 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 Aûnh 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. 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. Aûnh 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. Aûnh 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 Lớp nhớt Vỏ trấu Nhân và vỏ lụa 43 - 45 20 - 23 6 - 7,5 26 - 30 41 - 42 21 - 22 6 - 8 - 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. Nước 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% . Chất 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 hưởng không tốt đến mùi cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại. Glucid 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. Protein 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. Lipid 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. Các 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. Chất 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 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. Bảng 2: Thành phần hoá học cà phê nhân Thành phần hóa học Đơn vị g/100g Thành phần hóa học Đơn vị mg/100g Nước Chất béo Đạm Protein Caffeine Acid chlorogenic Trigonelline Tannin Acid caffetanic Acid caffeic Pentosan Tinh bột Dextrine Đường Cellulose Hemicellulose Lignin Tro 8 - 12 4 - 18 1,8 - 2,5 9 - 16 0,8 - 2 2 - 8 1 - 3 2 8 - 9 1 5 5 - 23 0,85 5 - 10 10 - 20 20 4 2,5 - 4,5 Ca P Fe Na Mn Rb, Cu, F 85 – 100 130 - 150 3 - 10 4 1 - 45 Vết 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% à 3% max Tạp chất: 0% à 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 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 Khuyết tật cấp I Số lần phát hiện Số đơn vị khuyết 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 Bảng 4: Những khuyết tật cấp II Khuyết tật cấp II Số lần phát hiện Số đơn vị khuyết 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 phần 2 – 3 1 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. Bao gĩi Cà phê nhân Xay Trích ly Xử lý‎ dịch chiết Bã Làm sạch Phối trộn Rang Nước Tạo hạt Cơ đặc bốc hơi Hơi nước Sấy phun Cà phê khác Sản phẩm Quy trình I sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân Quy trình II sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân 1. LÀM SẠCH 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