ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -o0o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC: TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HỊA TAN GVHD: PHAN VĨNH HƯNG SVTH : LÊ THỊ KIM CHI MSSV : 2205131017 TP.HCM, Ngày 29 tháng 11 năm 2014 NHẬN XÉT GIÁO VIÊN LỜI CẢM ƠN Sau tuần làm việc nghiêm túc, với hướng dẫn tận tình thầy giáo, với quan tâm tạo điều kiện thầy cô, bạn sinh viên nhà trường, đề tài hoàn thành Với đề tài giúp hiểu sâu kỹ thuật chế biến cà phê, có điều kiện áp dụng vào thực tế đề tài có ích Khi có điều kiện áp dụng vào thực tế xây dựng lên nhà máy có suất cao, ch ất lượng cà phê tốt đạt tiêu chuẩn xuất khẩu, đem lại nguồn ngoại tệ lớn, đ ồng th ời giải cơng ăn việc làm cho hàng trăm nhân cơng, góp phần vào công xây dựng đổi đất nước, trở thành đất nước có cơng nghiệp phát triển Đề tài hoàn thành nhờ dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn, qua cố gắng thân Tuy nhiên thời gian có hạn, tài liệu tham khảo ỏi vốn kiến thức hạn chế, nên đề tài hồn thành khơng tránh khỏi thi ếu sót Kính mong giúp đỡ, dẫn đóng góp thầy để đề tài hồn thiện MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Tỷ lệ thành phần cấu tạo hạt cà phê (%theo tươi) Bảng 2: Bảng thành phần hóa học cà phê nhân Bảng 3: Những khuyết tật cấp I Bảng 4: Những khuyết tật cấp II Bảng5 : Những thay đổi hương cà phê trình chế biến: Bảng 6: Đặc điểm kỹ thuật cà phê hòa tan Bảng 7: Tỷ lệ hao hụt qua công đoạn Bảng 8: Chỉ tiêu chất lượng cà phê hòa tan Bảng 9:Yêu cầu thành phần DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1: Một số sản phẩm cà phê hịa tan thị trường Hình 2: Quả cà phê Hình 3:Quy trình sản xuất cà phê hịa tan từ cà phê nhân Hình 5: Cấu tạo thiết bị xay cà phê Hình 4: Thiết bị trích ly Hình 7: Nguyên lý hoạt động thiết bị bốc dạng màng rơi Hình 8: Nguyên tắc hoạt động thiết bị sấy phun Hình 9: Cấu tạo đầu phun ly tâm Hình10: Cấu tạo đầu ly tâm Hình 11: Thiết bị sấy phun hiệu Hình 12: Thiết bị tạo hạt Hình 13: Nguyên tắc hoạt động thiết bị bao gói cà phê hồ tan Hình 14: Cấu tạo cà phê Hình 15: Sự thay đổi màu sắc cà phê theo độ chín Hình 16: Một loại cà phê nhân có nguồn gốc từ vùng Trung Mỹ Hình 17: Nhiệt độ hạt cà phê đạt 93÷121oC Hình 18: Nhiệt độ bên hạt cà phê đạt 124÷149oC Hình 19: Nhiệt độ bên hạt cà phê đạt 180oC Hình 20: Nhiệt độ bên hạt cà phê đạt 204÷213oC Hình 21: Nhiệt độ bên hạt cà phê đạt 213÷218oC Hình 22: Nhiệt độ 221 ÷ 230oC Hình 23: Nhiệt độ 232 ÷ 241oC LỜI NÓI ĐẦU Cà phê đặc sản nước vùng nhiệt đới, sản phẩm buôn bán nhi ều giới, nước ta cà phê chiếm phần quan tr ọng m ặt hàng xuất có giá trị Hơn nữa, mặt hàng cà phê s ẽ t ăng c ường phát tri ển nhiều đặc sản quý giá vùng nhiệt đới Việc tiêu thụ cà phê th ế gi ới c ũng ngày tăng, Châu Âu, tập quán uống cà phê g ắn li ền v ới phong t ục xã h ội mức sinh hoạt vật chất Mặt hàng cà phê năm qua mang l ại l ợi ích to lớn đóng góp tầm quan trọng nghiệp xây dựng đất nước Nước ta có điều kiện thiên nhiên tốt để phát tri ển loại cao c ấp này, nhi ều vùng đ ất đỏ thích hợp để trồng cà phê cao nguyên: Gia Lai, Kon Tum, Daklak, Di Linh… Do tập quán uống cà phê có từ lâu đời nên nhiều người cà phê tr thành thức u ống thường nhật, điều có lẽ hương vị đặc biệt cà phê tác dụng chủ yếu Cà phê loại thức uống kích thích thần kinh, gây ho ạt đ ộng minh m ẫn cho trí óc thơng qua kích động hệ thần kinh, tăng cường hoạt động máy khác thể trợ tim, xúc tiến tuần hoàn máu, nâng cao sinh l ực ch ống m ệt mỏi cho thể người Trong cà phê hoạt chất chủ yếu cafein, hàm lượng c cà phê từ 1-3%, cafein chất độc uống nhi ều cà phê s ẽ sinh táo bón, uống nhiều làm thần kinh q kích thích bị gây rối loạn sau có th ể d ẫn t ới suy nhược Tuy nhiên, cà phê thức uống hấp dẫn nhiều người nhi ều l ứa tuổi giới lẽ tách cà phê ngon có đ ầy đ ủ hương v ị đ ặc bi ệt ến người ta thích thú cách khó tả Với phương tiện điều kiện trang thi ết b ị người ta tách nhiều chất thơm có cà phê rang Vì thế, cà phê đồ uống ưa chuộng đánh giá cao Trên giới có nhiều nước tr ồng cà phê, nước có di ện tích trồng cà phê lớn Brazil có khoảng triệu sản lượng đ ạt 1056000 tấn, chi ếm khoảng 25% sản lượng cà phê giới (trên giới 5244000 tấn), Colombia hi ện có triệu ha, sản lượng hàng năm khoảng 750000 tấn, Inđơnêxia Mêxicơ có di ện tích triệu Ở Việt Nam năm gần tăng nhanh diện tích canh tác s ản l ượng thu hoạch cà phê Diện tích năm 1989-1990 đạt 123000 sản l ượng đ ạt 90000 Đến năm 1998 đạt 350000 sản lượng đạt 400000 Mặc dù giá cà phê thị trường gần có nhiều biến động thu nhập cao nhanh chóng nên thu hút nhiều quan tư nhân hộ nông dân đầu tư vào ngành s ản xu ất cà phê Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng nước xuất khẩu, vùng Tây Nguyên rộng lớn đất đai khí hậu thích hợp cho việc phát tri ển cà phê Trong nh ững n ăm gần nước ta có hàng vạn cà phê xuất hàng năm mặt hàng mà giới ưa thích Cà phê hòa tan loại đồ uống bắt nguồn từ cà phê Cà phê hòa tan xu ất hi ện thị trường vào năm 1959.Từ đó, Cà phê hịa tan phát tri ển nhanh chóng tr thành loại cà phê phổ biến toàn th ế giới G ồm s ản ph ẩm : Cà phê hòa tan 3in1 , Cà phê hịa tan có đường 2in1, cà phê sữa hịa tan Hình 1: Một số sản phẩm cà phê hòa tan thị trường I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ 1.1 PHÂN LOẠI: Cây cà phê có nhiều chủng loại phổ biến loại cà phê Arabica Robusta Trước đây, Robusta trồng chủ yếu Châu Phi,nhưng hầu sản xuất cà phê trồng Robusta nhu cầu ngày lớn công nghiệp sản xuất cà phê hịa tan Ngành cơng nghiệp sử dụng cà phê Robusta nhiều cho hiệu trích ly cao giá thành thấp Arabica Đặc điểm Arabica hiệu trích ly thấp hơn, giá thành thành l ại cao ưa thích có nhu cầu lớn Số lượng chủng lại mùi thơm cà phê tùy thuộc vào điều kiện trồng phương pháp thu hoạch cách xử lý sau thu hoạch trái cà phê, bao g ồm c ả cách lo ại b ỏ th ịt Những loại đề cập đại diện cho khoản 50 loại cà phê thường sử dụng Trên giới người ta thường trồng loại sau: Giống Arabica, Robusta, Chari Hình : Quả cà phê 1.1.1 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 giới Đây loại cà phê trồng lâu đời tiêu thụ nhiều th ế gi ới v ới hương vị thơm ngon, dịu, hàm lượng caffeine hạt trung bình 1,3% Đặc điểm thực vật học: Cây thuộc dạng bụi, thân cao – 4m, cành đ ối x ứng, mềm rũ xuống Lá mọc đối xứng, hình t ứng dài, đầu nhọn, rìa xoăn, màu xanh đậm Quả cà phê thuộc loại thịt, hình tr ứng, chín có màu đỏ tươi (chủng Caturra amrello cho màu vàng) Hạt cà phê hình trịn d ẹp, có màu xanh xám, ho ặc xám xanh,xanh lục xanh cốm, tùy theo giống điều ki ện bảo qu ản, ch ế bi ến Cà phê Arabica có đặc tính tự thụ phấn nên có độ chủng cao h ơn lo ại cà phê khác Cây ưa mát lạnh, phạm vi thích hợp 18 – 25oC, thích hợp từ 10 – 20oC Các nước trồng cà phê có chất lượng tốt như: Brazil, Kenya, Tanzania, Etiopia, Columbia… Các chủng cà phê Arabica số nước tiếng cà phê Arabica: Arabica culta, Nacional (Brazil), Java (Indonesia), Arabigo (Trung M ỹ), Tipica roja (Columbia),… 1.1.2 Cà phê vối (ROBUSTA): Nguồn gốc: lưu vực sơng Cơng-gơ, miền núi vùng xích đạo nhiệt đới Tây Phi Chiếm 30% tổng lượng cà phê Tên thương mại “Robusta” nhằm chung cho cà phê canephora Đặc điểm thực vật học: có nhiều thân, thân cao kho ản 8-12m Lá có hình trứng hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến g ợn sóng m ạnh Qu ả hình trịn hình trứng, núm nhỏ,trên thường có nhiều vân dọc, chín đ ỏ hồng kích thước hạt nhỏ cà phê Arabca, hạt có d ạng hình trịn, dày, màu xanh bạc, xanh lục xanh nâu tùy chủng loại cách chế bi ến T ỷ lệ kh ối l ượng nhân cao cà phê Arabica Cà phê Robusta không tự thụ phấn đ ược, ều d ẫn đ ến s ự đa dạng vườn cà phê vối trồng hạt Cây thích hợp với khí hậu nóng ẩm, nhi ệt đ ộ 24 - 26oC Hàm lượng caffeine hạt chiếm 1,97 ÷ 3,06% (cao loại cà phê) Cà phê Robusta trồng nhiều vùng trung hải Ivory, Tây Phi, Cameroon, Uganda, Angola nước Châu Á 1.1.3 Cà phê mít (CHARI): Nguồn gốc: xứ Ubangui - Chari, xứ Biển Hồ Sát, sa mạc Sahara, thường g ọi cà phê Chari Đặc điểm thực vật học Cây cao 6- 15m, to, hình tr ứng ho ặc hình l ưỡi mác Quả hình trứng, dẹp, núm lồi, to chín có màu đ ỏ s ẫm, ho ặc màu xanh ngã vàng, vỏ lụa bám chặt làm hạt khó tróc hết Cà phê mít th ơm, có v ị chua, đ ược ưa chuộng Hàm lượng caffeine hạt 1,02 ÷ 1,15% 1.2 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÀ PHÊ        Ảnh hưởng loại đất trồng cà phê: Đất trồng cà phê ảnh hưởng lớn đến mùi vị màu sắc cà phê Ví dụ: Cà phê trồng đất bazan t ốt khỏe, s ản l ượng cao, ph ẩm ch ất cà phê tốt có hương vị đậm đà, hậu vị thơm ngon cà phê trồng loại đất khác Ảnh hưởng chế độ chăm sóc: chế độ chăm sóc kĩ thuật thời gian trồng cà phê quan trọng Người trồng cà phê định nên chất l ượng cà phê Các chế độ chăm sóc gồm có: Tủ gốc cà phê Đánh nhánh tạo hình Phân bón kỳ, lượng cần thiết Số lượng loại bóng mát cho loại cà phê Phịng trừ sâu bệnh hại cà phê 10 • − • • • • • • • Thường sử dụng cyclon để tách sản phẩm (dạng bụi nhỏ) khỏi khí (ph ương pháp lắng xốy tâm): Khí có chứa sản phẩm đ ưa vào cyclon t ph ần đ ỉnh theo phương tiếp tuyến với thiết bị Bột sản phẩm chuyển động theo quỹ đ ạo hình xoắn ốc rơi xuống đáy cyclon Cịn dịng khơng khí ta ngồi theo c ửa đỉnh cyclon  Quạt: • Dùng để tăng lưu lượng dịng khơng khí nóng chuyển đ ộng buồng sấy Hệ thống sấy phun thường trang bị hệ thống quạt ly tâm: • Quạt chính: đặt sau cyclon thu hồi sản phẩm • Quạt phụ: đặt trước calorife dùng để gia nhiệt cho khơng khí nóng • Ngoài thiết bị nêu trên, hệ thống sấy phun cịn có thiết bị như: thiết bị chứa dịch trích cà phê cần sấy, thi ết b ị l ọc d ịch cà phê trước đưa vào cấu phun sương, bơm cao áp (dùng nhập liệu), calorife (đ ể gia nhiệt cho không khí nóng),cyclon vận chuyển sản phẩm, hệ thống màng lọc,…  Tác nhân sấy: Khơng khí nóng (thường từ 230-2500C ) • Gia nhiệt cho khơng khí h ơi, d ầu, gas,… Các nhà máy đặt khu cơng nghiệp thường sử dụng có nhiệt độ dao động từ 185÷260 oC (thường nhiệt độ lớn nhiệt độ khơng khí nóng 10oC) • Thơng số công nghệ: Nồng độ chất khô nguyên liệu: 35÷55% Nhiệt độ tác nhân sấy: 230÷2500C Nhiệt độ khơng khí ra: 900C Độ ẩm bột sau sấy: 3.5% Trước phun dịch cho khí N2 nén vào lòng dịch để điều chỉnh tỷ trọng bột sấy độ tan sử dụng, lượng N2 đưa vào 18 ữ 20 kg/h ã 2.9 TO HT (Agglomeration) Bản chất: • Tạo hạt phương pháp hiệu để tăng tính hịa tan nhanh thực phẩm ăn liền dạng bột, điển hình cà phê hịa tan • Quá trình tan hạt nước gồm giai đoạn: • Chất lỏng thấm vào hạt nhờ mao quản • Các hạt lắng xuống • Các hạt vỡ phân tán nước – Cuối cùng, hạt nhỏ tan hồn tồn vào nước • Các hạt mịn khó thấm nước khó tan có sức căng bề mặt lớn Mặt khác, bề mặt hạt hấp phụ khí nên di ện tích b ề m ặt l ớn, 33 • • • • • lượng khí hấp phụ nhiều nước khó thấm vào hạt Q trình kết tụ làm tăng kích thước hạt, giảm sức căng bề mặt tạo cấu trúc xốp nên hạt tan nhanh nhiều • 2.9.1 Mục đích: • Hồn thiện: Dùng chất lỏng dạng phun sương để kết tụ bột cà phê sau sấy phun thành hạt có kích thước đồng hơn, tránh để sót bụi cà phê sản phẩm Sản phẩm tạo thành có độ hịa tan tốt • 2.9.2 Các biến đổi: • Vật lý: Kích thước hạt tăng lên, đồng Trong hạt, thành phần không liên k ết chặt chẽ với nên hạt có cấu trúc xốp Hạt sau tạo thành sấy khí nóng làm nguội khí lạnh Tỉ trọng hạt giảm hạt có cấu trúc xốp • Hóa học: • Do trình tạo hạt sử dụng nước nóng nên có th ể xảy m ột số phản ứng nhỏ: phản ứng thủy phân, phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa… khơng đáng kể thời gian ngắn • Hóa sinh sinh học: • Biến đổi không đáng kể nhiệt độ cao hàm ẩm thấp • 2.9.3 Phương pháp thực hiện: • Bột cà phê hòa trộn với chất lỏng dạng phun sương kết dính lại với tạo nên hạt cà phê với kích thước đồng hơn, tránh để sót bụi cà phê sản phẩm • 2.9.4 Thiết bị: • Bột cà phê mịn phun vào thiết bị, hồ trộn với dịng chất lỏng dạng sương kết dính lại thành hạt Sau đó, hạt xốp đ ược sấy khơ điều kiện sấy ơn hồ cách thổi khí nóng (tạo d ạng tầng sơi) r ồi đ ược làm nguội khơng khí lạnh Sau đó, hạt sàng đ ể thu bột cà phê mịn đem tạo hạt lần • Hình 11: Thiết bị tạo hạt • • 34 • • 2.10 BAO GĨI 2.10.1 Mục đích: − Hồn thiện − Bảo quản • 2.10.2 Các biến đổi: Q trình bao gói khơng tác động trực tiếp đến sản phẩm Nhưng điều ki ện môi trường ảnh hưởng đến chất lượng thời gian bảo quản sản phẩm Nếu bao gói điều kiện bình thường O khơng khí, nước, vi sinh vật… vào sản phẩm, cấu tử hương bị thất mơi tr ường Do s ẽ làm gi ảm chất lượng cà phê mùi, vị (do trình oxy hóa), cà phê bị vón cục ẩm tăng Vì thời gian bảo quản ngắn • 2.10.3 Phương pháp thực hiện: • 35 • • Đóng gói có nạp khí N2, CO2,… để bột cà phê khỏi bị oxy hóa, chất dầu khỏi bị ơi, vi sinh vật khó xâm nhập Cà phê hồ tan bảo quản 18 tháng bao bì: − Độ ẩm thấp hơn: – 5% w/w − O2 thấp 4% • 2.10.4 Vật liệu bao bì: • Hộp kim loại: hộp thép tráng thiếc có phủ vecni • Lá kim loại plastic ép vào • Ví dụ: bao bì lớp: − Trong PETP 12µm − Giữa: nhơm 12 µm − Ngồi cùng: LDPE 70 µm • Túi giấy giữa, bao bọc bên lồng bên túi PE ép lại với • Các lọ thủy tinh, nhựa kín • 2.10.5 Thiết bị: • Ta xét thiết bị đóng gói với vật liệu plastic: Vật liệu bao bì định hình hàn nhiệt lại thành hình ống Sau đó, thiết bị hàn nhiệt phần đáy, đổ sản phẩm vào (có thể kết hợp với hút chân khơng hay nạp thêm khí tr ơ) hàn nhi ệt ph ần đỉnh Do vật liệu bao bì chuyển động liên tục nên đồng thời với vi ệc hàn phần đ ỉnh c bao bì thứ phần đáy bao bì thứ hai hàn kín • • • Hình 12: Nguyên tắc hoạt động thiết bị bao gói cà phê hồ tan III SẢN PHẨM CÀ PHÊ HỊA TAN 32 • 3.1 Những thay đổi hương cà phê trình chế biến: • Bảng : Những thay đổi hương cà phê q trình chế biến: • • • • • • Thà • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Ace • Pro 32 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • But • Iso • Iso • Ace 32 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Met • Dia • 2,3 • Fur • Met 32 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Hy • Di • Met 32 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Met • Met • Eth • Iso • TỔ • • 3.2 Các chất tạo nên hương vị cà phê:  Nhóm chất dễ bay hơi: 32 a) • • • • • • • • • • • • Nhóm aldehyde: Acetaldehyde: Rất dễ bay (nhiệt độ sơi 21 oC), có hầu hết loại trái cây, cá mùi hăng, hàm lượng có cà phê thấp, thấy rõ cà phê rang cà phê bột (hàm lượng 100ppm), tạo hương thơm dịu cho cà phê hoà tan Propinaldehyde: nhiệt độ sơi 49 oC, có nhiều trái cây, mùi dễ nhận thấy mận táo hàm lượng cà phê rang khoảng 20ppm, cịn cà phê hồ tan Nó khơng tạo hương đặc trưng cho cà phê Butyraldehyde: Có hai đồng phân: đồng phân mạch thẳng (tso = 76oC) đồng phân mạch nhánh (tso = 64oC), tỉ lệ nhánh/thẳng = 5/1, có mùi hăng hăng acid butyric, hàm lượng cà phê nhân 30ppm nồng độ ta nhận thấy mùi butyraldehyde Hương vị cà phê hoà tan thơm ngon hơn, dễ chịu thành phần có vài ppm butyraldehyde Valeraldehyde: có đồng đẳng: thẳng (tso = 103oC), 2-metyl, 3-metyl (hai đồng phân nhánh có tso = 93 oC) Hàm lượng cà phê rang 60ppm, cà phê hồ tan 15ppm Hương vị tạo nặng, quan trọng vi ệc tạo nên mùi v ị cho cà phê Furfural: aldehyde Furan, điểm sơi 162oC, có cơng thức C5H4O2 có nhiều loại cây, hàm lượng furfural cà phê rang sau tuần không bị giảm dễ bay Hương vị Furfural tạo đặc trưng, giống mùi benzaldehyde (giống mùi đống cỏ khô) Hàm lượng fufural cà phê hoà tan 100-200ppm Khi pentosan bị thuỷ phân tạo furfural Furfural chuy ển sang màu vàng nâu ti ếp xúc với ánh sáng, khơng khí b) Nhóm cetone: o o Acetone: ts = 57 C có mùi vị dịu đặc trưng hàm lượng cà phê rang, cà phê hoà tan 50ppm Diacetyl: hàm lượng 20ppm (7%) cà phê rang có vị hương thơm bơ Nó yếu tố tạo nên mùi cà phê Hương Diacetyl dễ nhận biết hàm lượng cà phê rang cịn 1-2ppm cà phê rang để 2tháng: ½ Diacetyl chuyển thành Acetyl methyl carbinol Acatoin (Acetylmethylcarbinol): tso =148oC, có cơng thức CH3-CHOH-CO-CH3 Khi hàm lượng