Tiểu luận Công nghệ sản xuất cà phê đóng lon

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----------o0o---------- TIỂU LUẬN MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ – CA CAO SVTH: Phạm Đình Thanh Nguyên Phạm Thị Thanh Trúc Trần Phƣơng Tuấn Huỳnh Thúc Vƣơng Tháng 5 / 2011 ii MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa ................................................................................................ i Mục lục.................................................................................................. ii Danh sách hình vẽ ................................................................................ iii Danh sách bảng biểu ............................................................................ iv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ............................................................................ 1 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU ....................................................................... 2 2.1 Cà phê nhân ..................................................................................... 2 2.2 Nƣớc ................................................................................................ 5 2.3 Đƣờng .............................................................................................. 6 2.4 Hƣơng liệu....................................................................................... 6 2.5 Chất bảo quản .................................................................................. 7 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .................................................. 8 3.1 Làm sạch ......................................................................................... 8 3.2 Rang ................................................................................................ 9 3.3 Xay ................................................................................................ 11 3.4 Trích ly .......................................................................................... 12 3.5 Lọc ................................................................................................. 16 3.6 Phối trộn ........................................................................................ 17 3.7 Rót lon ........................................................................................... 18 3.8 Tiệt trùng ....................................................................................... 19 CHƯƠNG 4: SẢN PHẨM ............................................................................ 21 4.1 Chỉ tiêu chất lƣợng ........................................................................ 21 4.2 Thành tựu công nghệ ..................................................................... 23 Tài liệu tham khảo ............................................................................... 26 iii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 3.1 Quy trình sản xuất cà phê đóng lon. ................................................... 8 Hình 3.2: Thiết bị rang dạng chén quay. ......................................................... 10 Hình 3.3: Máy nghiền trục có răng. ................................................................ 12 Hình 3.4: Thiết bị trích ly bộ lọc nhiều bậc gián đoạn ................................... 15 Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc khung bản ............................ 16 Hình 3.6: Thiết bị khuấy trộn bằng thép không gỉ .......................................... 18 Hình 3.7: Thiết bị rót lon liên tục, tự động ..................................................... 19 Hình 3.8: Thiết bị tiệt trùng hydrolock ........................................................... 20 Hình 4.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị GEA-Niro ................................... 23 iv DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thành phần hóa học cà phê nhân ..................................................... 4 Bảng 2.2: Chỉ tiêu chất lƣợng nƣớc uống và chế biến thực phẩm .................... 5 Bảng 2.3: Tiêu chuẩn đƣờng sử dụng ............................................................... 6 Bảng 2.4: Một số hƣơng liệu trên thị trƣờng cho sản phẩm cà phê .................. 7 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU Cà phê đã xuất hiện từ rất lâu trên thế giới, mặc dù nguồn gốc thực sự của nó vẫn chƣa rõ ràng. Ngƣời Oromo, tổ tiên của những ngƣời Ethiopia ngày nay đƣợc tin rằng là những ngƣời đầu tiên khám phá ra tác dụng tích cực của cà phê. Câu chuyện vào năm 850 của Kaldi, một ngƣời chăn dê Ethiopia, nhận thấy những con dê của mình trở nên phấn khích sau khi ăn một loại hạt, là sự phát hiện tình cờ ra cà phê. Ngƣời ta đã biết ngâm cà phê trong nƣớc nóng để uống giúp chống lại đƣợc cơn buồn ngủ vào ban đêm. Cà phê chỉ đƣợc thƣởng thức nhƣ một văn hóa thức uống vào thế kỷ 15, khi những những ngƣời Arab đã biết rang, nghiền cà phê rồi pha trong nƣớc nóng. Đến thế kỷ 16, cà phê lan đến Trung Đông, Ba Tƣ, Bắc Phi, rồi sang Ý, châu Âu và châu Mỹ, trở thành một loại thức uống phổ biến trên toàn thế giới nhƣ ngày nay. Cà phê hòa tan sử dụng ngay đƣợc nghiên cứu từ những năm 1901 bởi Satori Kato, một nhà khoa học Nhật Bản. Một ƣu điểm của nó chính lạ sự nhanh chóng trong quá trình chuẩn bị. Cà phê hòa tan cũng có thể đƣợc chuẩn bị với một ít đá để uống lạnh, phù hợp với vùng khí hậu ấm và nóng. Sản phẩm cà phê hòa tan đầu tiên đƣợc thƣơng mại hóa vào năm 1938 với thƣơng hiệu Nescafe của tập đoàn Nestlé. Nestlé ngày nay đã trở thành một trong những tập đoàn thực phẩm hàng đầu thế giới, nổi tiếng với các sản phẩm: trà hòa tan, cà phê hòa tan, bột dinh dƣỡng, bột nêm và nƣớc chấm… Cà phê đóng lon là một sáng tạo của ngƣời Nhật Bản. Công ty cà phê UCC Ueshima nổi tiếng ở Nhật Bản giới thiệu sản phẩm cà phê sữa đóng lon đầu tiên vào năm 1969. Cho đến khi có sự xuất hiện của cà phê đóng lon, ngƣời thƣởng thức cà phê không có nhiều lựa chọn để uống cà phê khi đi ra ngoài, hoặc khi đứng đợi tàu… Ông Ueshima, một trong những ngƣời sáng lập của UCC, đã có suy nghĩ tạo ra một sản phẩm cà phê có thể uống bất cứ lúc nào, bất cứ ở đâu. Và giải pháp ông đƣa ra đó là đóng lon cà phê. 2 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU 2.1 Cà phê nhân 2.1.1 Phân loại Tên khoa học của cà phê:  Lớp: Magnoliopsida  Bộ: Rubiales  Họ : Rubiacae  Giống: Coffea Hiện nay đã xác định đƣợc 21 loài trong giống Coffea, tuy nhiên chỉ có 3 loài đƣợc trồng phổ biến trên thế giới là: Coffea arabica, Coffea canephora, Coffea excelsa.  Cà phê chè (cà phê Arabica) :  Nguồn gốc ở cao nguyên Jimma, thuộc nƣớc Ethiopia, vùng nhiệt đới ở phía đông Châu Phi. Gồm các chủng nhƣ : Typica, Bourbon, Moka, Caturra, Catuai, Catimor… Đây là cà phê đƣợc trồng lâu đời nhất và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vì thơm ngon, dịu (chiếm 70% sản lƣợng cà phê trên thế giới). Hàm lƣợng caffeine 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, dầu nhọn, rìa lá quăn, màu xanh đậm. Quả cà phê thuôc loại quả thịt, hình trứng, khi chín có màu đỏ tƣơi ( chủng Caturra amrello cho quả màu vàng ). Hạt cà phê hình tròn dẹt, có màu xanh xám, hoặc xám xanh, xanh lụa, xanh cốm, tùy theo giống và điều kiện bảo quản và chế biến. Cây cà phê Arabica tự thụ phấn.  Cây cà phê chè ƣa nơi mát và hơi lạnh, thích hợp 18 – 250C, thích hợp nhất là từ 10 – 200C. Cà phê thƣờng trồng ở miền núi có độ cao từ 600 - 2500m. Các nƣớc trồng cà phê chè có hƣơng vị thơm ngon nhƣ : Kenya, Tazania, Ethiopia, Colombia…thƣờng trồng ở nơi có độ cao 800m trở lên. 3  Cà phê vối ( cà phê Canephora, cà phê Robusta) :  Nguồn gốc: khu vực sông Công-gô, miền vùng thấp xích đạo và nhiệt đới Tây Châu Phi. Cà phê vối có hàm lƣợng caffeine trung bình trong hạt 1,5 - 3 % (cao nhất trong 3 loại cà phê).  Cây có một hoặc nhiều thân, thân cao khỏang 8-12m. Lá có hình trứng hoặc hình lƣỡi mác , mũi nhon, phiên lá gợn sóng. Quả hình tròn hoặc hình trứng,núm quả nhỏ. Trên có nhiều gân dọc, quả chín có màu đỏ hoặc hồng. Kích thƣớc hạt nhỏ hơn hạt cà phê Arabica. Hạt có dạng hình tròn, dày, mù xanh bạc, xanh lụa hoặc xanh nâu tùy chủng loại và cách chế biến.  Cà phê vối không tự thụ phấn đƣợc, điều này dẫn tới sự đa dạng ở vƣờn cà phê vối trồng bằng hạt. Cà phê vối thích nơi nóng ẩm, nhiệt độ thích hợp nhất là 24-260C.  Cà phê mít ( cà phê Excelsa hay cà phê Chari)  Nguồn gốc ở xứ Ubangui-Chari, xứ Biển Hồ Sát, sa mạc Sahara, thƣờng gọi cà phê Chari. Hàm lƣợng caffeine trong hạt 1,02-1,15%.  Cây cao từ 6-15m, lá to, hình trứng hoặc hình lƣỡi mác. Quả hình trứng, hơi dẹt, núm quả lồi. Quả to, khi chín có màu đỏ sẫm. Hạt có màu xanh ngả vàng, có lớp vỏ lụa bám chặt vào hạt, khó làm tróc ra hết.  Cà phê mít ít thơm, có vị chua, chất lƣợng nƣớc uống ít đƣợc ƣa chuộng. Cà phê nhân đƣợc sử dụng trong sản xuất cà phê đóng lon là cà phê Robusta vì các lí do sau:  Hàm lƣợng chất khô hòa tan trong cà phê Robusta cao hơn cà phê Arabica, do đó , lƣợng sản phẩm thu hồi đƣợc nhiều hơn.  Hàm lƣợng caffeine trong cà phê nhân Robusta thƣờng trong khoảng 2% (chất khô ) cao hơn hàm lƣợng caffeine trong cà phê nhân Aribica ( khoảng 1.2 % chất khô ). 4  Giá thành cà phê Robusta thấp hơn cà phê Aribica. Bảng 2.1: Thành phần hóa học cà phê nhân. Thành phần (% chất khô) Arabica Robusta Khoáng 3.0 – 2.0 4.0 – 4.5 Caffeine 0.9 – 1.2 1.6 – 2.4 Trigonelline 1.0 – 1.2 0.6 – 0.75 Lipids 12.0 – 18.0 9.0 – 13.0 Acid chlorogenic tổng 5.5 – 8.0 7.0 – 10 Aliphatic acid 1.5 – 2.0 1.5 – 2.0 Oligosaccharides 6.0 – 8.0 5.0 – 7.0 Polysaccharides tổng 50.0 – 55.0 37.0 – 47.0 Amino acid 2.0 2.0 Protein 11.0 – 13.0 11.0 – 13.0 2.1.2 Chỉ tiêu chất lƣợng cà phê nhân  Các chỉ tiêu chất lƣợng của cà phê nhân: do sự đa dạng về sản phẩm theo thị hiếu của ngƣời sử dụng, hiện nay tiêu chuẩn cà phê nguyên liệu để sản xuất cà phê sữa đóng lon phù thuộc vào từng nhà sản xuất cụ thể. Để đánh giá chất lƣợng cà phê nhân , ngƣời ta thƣờng dựa vào các chỉ tiêu sau đây:  Độ ẩm: thƣờng nhỏ hơn 13%(w/w).  Kích thƣớc hạt :dựa vào số lƣợng hạt qua các lỗ sàng có kích thƣớc theo bộ tiêu chuẩn cuả ISO về kích thƣớc lỗ sàng.  Tỷ trọng và khối lƣợng của 100 hạt.  Số lƣợng lỗi có trên 100 hạt ( các lỗi nhƣ màu sắc không đạc trƣng, sâu bọ ,hạt non,các tổn thƣơng do quá trình chế biến…).  Hàm lƣợng tạp chất và tỷ lệ lẫn các loại cà phê khác nhau.  Các tính chất cảm quan về màu sắc và thể chất của hạt cà phê.  Tiêu chuẩn chọn cà phê nhân: 5 Đây là tiêu chuẩn của công ty đầu tƣ xuất nhập khẩu Daklak - Inexim Daklak cho cà phê nhân sống chất lƣợng cao:  Độ ẩm: 12,5% max.  Đen, vỡ: 0% - 3% max.  Tạp chất: 0% - 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. 2.2 Nƣớc Nƣớc là nguyên liệu chính thứ hai trong sản xuất cà phê đóng lon, vừa tham gia vào quy trình sản xuất vừa tồn tại trong sản phẩm. Vì thế thành phần hóa học và chất lƣợng nƣớc ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng sản phẩm. Bảng 2.2: Chỉ tiêu chất lƣợng nƣớc uống và chế biến thực phẩm (QCVN 01:2009/BYT). Tên chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn tối đa Màu sắc TCU 15 Mùi vị - Không có mùi, vị lạ Độ đục NTU 2 pH - 6,5 – 8,5 Độ cứng, tính theo CaCO3 mg/l 300 Hàm lƣợng Clorua mg/l 250 – 300 Hàm lƣợng sắt tổng số mg/l 0,3 Hàm lƣợng mangan tổng số mg/l 0,3 Hàm lƣợng nitrat mg/l 50 Hàm lƣợng nitrit mg/l 3 Hàm lƣợng sunphát mg/l 250 Chỉ số pecmanganat mg/l 2 6 Clo dƣ (trong khử trùng) mg/l 0,3 – 0,5 Coliform tổng số vk / 100ml 0 E. coli hoặc Coliform chịu nhiệt vk / 100ml 0 2.3 Đƣờng Đƣờng là chất phụ gia tạo vị dùng để bổ sung vào sản phẩm. Đƣờng làm tăng giá trị dinh dƣỡng của sản phẩm và kích thích dịch vị. Đƣờng có tác dụng tạo độ ngọt nhằm điều chỉnh hài hoà độ ngọt , vị đắng , mùi hƣơng đặc trƣng cà phê. Bổ sung đƣờng làm tăng nồng độ chất tan và có khả năng giữ các chất thơm trong sản phẩm. Ngoài ra đƣờng còn có tác dụng cung cấp năng lƣợng cho cơ thể (4,1 kcal/1g đƣờng). Đƣờng sử dụng trong sản xuất cà phê đóng lon là đƣờng tinh luyện RE (99,8% là đƣờng saccharose). Bảng 2.3: Tiêu chuẩn đƣờng sử dụng. Chỉ tiêu Yêu cầu Ngoại hình Tinh thể tƣơng đối đồng đều, không vón cục. Mùi vị Tinh thể hay dung dịch đều có vị ngọt, không mùi vị lạ. Màu sắc Tất cả tinh thể đều trắng óng ánh. Độ Pol 99,80% min Đƣờng khử 0,03% max Độ ẩm 0,05% max Tro 0,03% max 2.4 Hƣơng liệu Hƣơng liệu là một trong những nguyên liệu làm tăng giá trị cảm quan của cà phê, tuy chỉ chiếm số lƣợng nhỏ nhƣng nó góp phần cải thiện hƣơng vị cũng nhƣ tạo ra sự đa dạng cho sản phẩm cà phê. Yêu cầu của hƣơng liệu : 7  Phải nằm trong danh mục những chất phụ gia đƣợc bộ Y tế cho phép sử dụng trong trong thực phẩm.  Phải hòa tan tốt.  Phải có độ tinh khiết cao, không chứa các tạp chất nhƣ: thủy ngân, asen, chì, urani… Bảng 2.4: Một số hƣơng liệu trên thị trƣờng cho sản phẩm cà phê. Mã hàng Mô tả Coffee 592025T Mùi thơm và bốc theo kiểu cà phê “Đông Đức”, hơi nồng rƣợu rhum và có hậu vị mạnh. Coffee 374816FE Hƣơng cà phê “Chồn” đặc biệt. Hậu vị mùi cà phê Moka thơm nồng xen lẫn vị cà phê lên men. Coffee 55402C Mùi thơm cà phê Moka truyền thống với hậu vị thơm dai. Coffee 504104P Hƣơng thơm cà phê rang chín kết hợp với vị cà phê ủ men, kiểu “Santos”ở Brazil. Coffee 71223LD Hƣơng cà phê Moka đặc trƣng, mùi thơm cà phê rang vừa chín với hƣơng thơm nồng nàn. Coffee D4161 Mùi cà phê nhẹ, làm nền ổn định và khử mùi không mong muốn khi rang. 2.5 Chất bảo quản Trong quá trình bảo quản cà phê đóng lon, cần sử dụng thêm một lƣợng chất bảo quản nhằm ngăn chặn sự lên men và nấm mốc phát triển. Chất bảo quản phải đảm bảo sự tinh khiết và lƣợng sử dụng không vƣợt quá mức tối đa qui định tiêu chuẩn. Chất bảo quản thƣờng sử dụng trong sản xuất cà phê đóng lon là acid benzoic và sodium benzoate. Theo qui định của Bộ y tế năm 1998 (QĐ 867/BYT) thì liều lƣợng acid benzoic và sodium benzoate tối đa sử dụng trong sản xuất là 1000mg/kg sản phẩm. 8 CHƢƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT Hình 3.1 Quy trình sản xuất cà phê đóng lon. 3.1 Làm sạch  Mục đích : chuẩn bị.  Tách các loại tạp chất nhƣ: lá, vỏ cà phê;đá, cát, kim loại… ra khỏi nguyên liệu.  Ngoài ra còn loại bỏ các hạt cà phê kích thƣớc, tỷ trọng.  Các biến đổi của nguyên liệu : Chủ yếu là các biến đổi về vật lý: hàm lƣợng tạp chất giảm, nguyên liệu sẽ đồng điều hơn về kích thƣớc và tỷ trọng. 9  Thiết bị : các bƣớc của quá trình sử dụng các thiết bị khác nhau  Phân loại dựa trên sự khác biệt về kích thƣớc: bƣớc này dùng sàng thực hiện, thông thƣờng thực hiện trên hai sàng nối tiếp, hạt cà phê có đủ kích thƣớc sẽ đƣợc giữ lại sàng, tạp chất sẽ bị loại bỏ.  Làm sạch bằng khí động: thực hiện sau khi sàng. Tại đây, các tạp chất có khối lƣợng nhỏ sẽ bị khí lôi cuốn đi.  Tách kim loại: sử dụng thiết bị tách từ để tách kim loại có từ tính.  Thông số công nghệ : Kích thƣớc lỗ sàng của hai sàng, tốc độ khí động phụ thuộc vào từng loại cà phê nguyên liệu. 3.2 Rang Rang là quá trình gia công nhiệt cho hạt cà phê, sử dụng không khí nóng. Quá trình rang cà phê có thể đƣợc phân loại nhƣ sau: + Nhiệt độ thấp, thời gian dài. + Nhiệt độ cao, thời gian ngắn. + Nhiệt độ cao, thời gian dài. Ngoài ra ta có thể phân loại dựa vào màu sắc, trạng thái bề mặt của hạt cà phê sau khi rang.  Mục đích :  Khai thác: rang là một quá trình quan trọng và quyết định chất lƣợng của dịch cà phê sau này. Dƣới tác dụng của nhiệt độ các phản ứng hoá học xảy ra tạo màu sắc và hƣơng vị cho sản phẩm.  Chuẩn bị: tạo ra các biến đổi cơ lý hạt cà phê làm cho nghiền cà phê về sau đƣợc thực hiện dễ dàng hơn. Sau rang hạt cà phê có độ bền cơ học giảm, độ giòn tăng lên.  Các biến đổi của nguyên liệu :  Vật lý: + Nhiệt độ của hạt cà phê tăng do tác nhân nhiệt cung cấp. 10 + Các hạt cà phê trƣơng nỡ làm giảm khối lƣợng, tỉ trọng. + Có sự thay đổi màu sắc của hạt cà phê do có một số phản ứng tạo màu xảy ra: Maillard, caramel… + Thay đồi về cấu trúc, biến đổi cơ lý của hạt: giòn hơn, cứng hơn,… + Hàm lƣợng ẩm sẽ giảm do có sự bốc hơi nƣớc.  Hoá lý: xảy ra hiện tƣợng bóc hơi nƣớc, các chất dễ bay hơi.  Hoá học: những biến đổi này rất quan trọng vì sẽ tạo hƣơng, màu cho cà phê: các phản ứng Maillard, caramel, thuỷ phân trigoelline, oxi hoá lipid, thủy phân phenolic, nhiệt phân….  Hoá sinh và vi sinh: vi sinh vật, enzyme có trong hạt sẽ bị tiêu diệt, vô hoạt ở nhiệt độ cao.  Thiết bị : Sử dụng thiết bị rang cà phê dạng chén quay: thiết bị gồm một thùng quay đƣợc gắn với một trục động cơ. Tác nhân rang là không khí nóng có thể tuần hoàn và không tuần hoàn. Ta cũng có thể gia nhiệt trực tiếp bằng vỏ thùng. Hình 3.2: Thiết bị rang dạng chén quay.  Thông số công nghệ : 11  Nhiệt độ của không khí sử dụng khi rang là: 180-2600C. Ta phải giảm tốc độ gia nhiệt khi nhiệt độ đạt 1700C. Vì nhiệt lƣợng toả ra rất lớn từ phản ứng nhiệt phân trong hạt khi hạt đạt tới nhiệt độ này.  Độ ẩm trong hạt sau khi rang phải đạt: 1-2%.  Thông thƣờng, thời gian rang cà phê không vƣợt quá 1h. Cà phê sau quá trình rang có nhiệt độ cao làm cho các hợp chất tạo hƣơng mới sinh ra tiếp tục bay hơi làm thất thoát hƣơng. Vì vậy để tránh tổn thất hƣơng, cần làm nguội nhanh sản phẩm. 3.3 Xay  Mục đích : chuẩn bị. Làm giảm kích thƣớc hạt cà phê, phá vỡ cấu trúc vốn có của cà phê rang, để tạo điều kiện cho quá trình trích ly đƣợc thực hiện dễ dàng.  Các biến đổi của nguyên liệu :  Vật lý: + Giảm kích thƣớc hạt. + Hơi, khí CO2 thoát ra làm giảm khối lƣợng và tăng khối lƣợng riêng. + Xảy ra tách phần lớp vỏ mà quá trình rang chƣa xảy ra.  Hoá lý: xảy ra sự bay hơi nƣớc, CO2, các cấu từ mùi.  Thiết bị : sử dụng thiết bị nghiền trục. Bộ phận chính của thiết bị là các cặp trục nghiền có đƣờng kính bằng nhau, bằng thép không rỉ quay ngƣợc chiều nhau. Lõi của hai trục đƣợc gắn với cơ cấu lò xo để tránh quá tải. Sau quá trình nghiền, bột cà phê đƣợc đi qua rây phân loại. Thành phần có kích thƣớc không đạt yêu cầu sẽ hoàn lƣu nghiền lại. 12 Hình 3.3: Máy nghiền trục có răng.  Thông số công nghệ : Tốc độ quay của trục nghiền khoảng 50-900 vòng/phút. 3.4 Trích ly  Mục đích : khai thác Quá trình trích ly nhằm mục đích khai thác các chất hoà tan và các chất tạo hƣơng cho cà phê . Trích ly là một trong những công đoạn quan trọng, ảnh hƣởng quyết định đến hiệu suất sử dụng cà phê cũng nhƣ đến chất lƣợng cà phê .  Các biến đổi của nguyên liệu :  Vật lý và hoá lý: quá trình trích ly có bản chất là một quá trình hoá lý, trong đó xảy ra hiện tƣợng khuếch tán của vật chất: + Sự khuếch tán của nƣớc từ ngoài vào hạt. + Sự khuếch tán của các chất hoà tan từ nguyên liệu vào dung môi. + Pha rắn (các hạt bột cà phê): hạt bột cà phê sẽ hút ẩm, sẽ trở nên dai, mềm và nén đƣợc. + Pha lỏng (dịch trích cà phê): tỷ trọng và độ nhớt của dịch trích cà phê sẽ tăng lên do nồng độ chất khô trong dịch trích tăng lên theo thời gian. 13 + Sự bay hơi nƣớc làm cuốn theo các hợp chất dễ bay hơi (đặc biệt là các hợp chất tạo hƣơng).  Hoá học: + Nồng độ trích ly trong dịch trích sẽ dần tăng lên theo thời gian. Nồng độ chất khô trong dịch trích cuối cùng có thể đạt đến 20-25% (w/w). + Ở nhiệt độ cao sẽ làm tổn thất các cấu tử hƣơng, đồng thời diễn ra các phản ứng tạo màu. + Thuỷ phân hợp chất cao phân tử nhƣ: cellulose và hemicellulose. Tất cả những thành phần trong cà phê rang đều đƣợc trích ly, ngoại trừ cellulose, lignin và 1 số polysaccharide mạch dài. Nhiệt độ nƣớc sử dụng càng cao thì mức độ trích ly các chất càng lớn. Mức độ của sự trích ly thay đổi từ 100% cho acid aliphatic và quinic, 85 – 100% cho alkaloid và acid unchanged chlorogenic, 40 – 100% cho những hợp chất dễ bay hơi, 15 – 20% cho “protein” và 20 – 25% cho melanoidine và giảm xuống 1 – 5% cho dầu cà phê.  Các yếu tố ảnh hƣởng :  Sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha: đây chính là động lực của quá trình. Khi chênh lệch nồng độ lớn thì hiệu quả trích ly càng cao, thời gian giảm, lƣợng dung môi giảm.  Tính chất vật liệu (độ xốp, tính thấm nƣớc).  Thời gian trích ly: thời gian càng dài thì trích ly càng triệt để. Nhƣng nếu cà phê tiếp xúc với nƣớc nóng quá lâu thì sẽ có những biến đổi không tốt đến mùi vị sản phẩm.  Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bột cà phê và nƣớc: diện tích tiếp xúc càng lớn thì quá trình trích ly càng triệt để nhƣng nếu bột cà phê quá mịn thì sẽ khó khăn cho quá trình lắng, lọc dịch cà phê.  Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, tốc độ khuếch tán tăng, độ nhớt giảm, các phần tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng hơn. Nhƣng nhiệt độ quá cao 14 sẽ dẫn tới những phản ứng bất lợi cho hƣơng vị, màu sắc của cà phê nên việc tăng nhiệt độ phải có giới hạn.  Thiết bị : Thiết bị trích ly gián đoạn, ngƣợc chiều, nhiều bậc. Đây là phƣơng pháp phổ biến nhất. Hệ thống gồm khoảng 5-8 bình nối tiếp nhau, giữa các bình có thiết bị gia nhiệt để giữ nhiệt độ của nƣớc theo yêu cầu. Cà phê bột đƣợc đổ đầy vào các bình (1), (2), (3),... (5), nƣớc nóng đƣợc bơm lần lƣợt vào các bình từ (1), (2), (3),... và dịch trích ly đƣợc lấy ra ở bình (5).. Khi vật liệu trong bình (1) đã đƣợc trích ly triệt để, bình này đƣợc tách ra khỏi hệ thống để tháo bã, rửa và nạp cà phê mới. Bình (6) đã đƣợc nạp cà phê bột mới đƣợc nối vào sau bình (5). Lúc này, nƣớc đƣợc đƣa vào bình (2), dung dịch đƣợc lấy ra ở bình (6). 15 Hình 3.4: Thiết bị trích ly bộ lọc nhiều bậc gián đoạn  Thông số công nghệ : (sử dụng tại nhà máy cà phê Biên Hòa)  Áp suất lò hơi: 16 – 18kg/cm2.  Lƣu lƣợng nƣớc nóng: 250 – 280 l/h.  Mỗi bình làm việc chứa 70 kg cà phê.  Thời gian trích ly 1 bình: 45phút.  Dịch cà phê lấy ra bình cuối có áp suất 12 – 14 atm, nhiệt độ là 90 – 100 0 C.  Nƣớc đƣợc cung cấp ở nhiệt độ 1800C. 16 3.5 Lọc  Mục đích : hoàn thiện: tách bã cà phê .  Những biến đổi của nguyên liệu:  Vật lý: giảm thể tích, khối lƣợng của hổn hợp, nhiệt độ giảm.  Hóa học: hầu nhƣ không có sự thay đổi về thành phần hóa học, tuy nhiên có tổn thất một số protein, chất màu và vitamin … theo cặn.  Hóa lý: chỉ còn một pha đồng nhất.  Sinh học: một số vi sinh vật không có lợi có thể bị loại bỏ theo bã lọc  Thiết bị : thiết bị lọc khung bản Cấu tạo: đây là loại thiết bị lọc làm việc gián đoạn, nhập liệu vào liên tục, nƣớc lọc lấy ra liên tục nhƣng bã đƣợc tháo theo chu kì.  Thiết bị lọc khung bản đƣợc cấu tạo chủ yếu bởi khung và bản.  Khung giữ vai trò chứa bã lọc và là nơi nhập huyền phù vào.  Bản tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn dịch lọc.  Khung và bản thƣờng đƣợc chế tạo có dạng hình vuông và phải có sự bít kín tốt khi ghép khung và bản.  Khung và bản đƣợc xếp liên tiếp nhau trên giá đỡ. Giữa khung và bản là vách ngăn lọc. 17 Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc khung bản. Ƣu điểm:  Thời gian lọc: nhanh.  Lƣợng nƣớc rửa: ít.  Độ ẩm bã: thấp.  Diện tích bề mặt lọc lớn.  Tính linh động cao (dễ tăng giảm diện tích lọc).  Giá bảo trì thấp. Nhƣợc điểm:  Độ tổn thất chất chiết cao.  Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa: không cao.  Thiết bị làm việc gián đoạn nên tốn thời gian cho việc tháo bã và rửa bã.  Thông số công nghệ :  Áp suất lọc: 1.1 – 1.2 kg/cm2  Áp suất rữa bã: 1.4 kg/cm2 3.6 Phối trộn  Mục đích :  Chế biến: sau khi phối trộn thành phần hoá học của nguyên liệu biến đổi sâu sắc theo hƣớng tạo ra sản phẩm.  Hoàn thiện: đạt đƣợc chỉ tiêu hoá lý, cảm quan cho sản phẩm cà phê đóng lon sau khi phối trộn với đƣờng.  Bảo quản: Natri benzoat đƣợc cho vào kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm, ức chế vi sinh vật hại.  Những biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: thành phần thay đổi lớn với sự có mặt của đƣờng, hƣơng liệu. Các thành phần mới nhƣ: protein, lipid, glucid, khoáng,…  Thiết bị: 18 Sử dụng thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy và đƣợc làm bằng thép không gỉ, bên trong thiết bị có cách khuấy để trộn đều. Hình 3.6: Thiết bị khuấy trộn bằng thép không gỉ. 3.7 Rót lon  Mục đích : hoàn thiện  Phân chia sản phẩm vào các lon chứa, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân phối và vận chuyển sản phẩm.  Làm giảm tối thiểu lƣợng oxy hoà tan, giảm sự nhiễm khuẩn của môi trƣờng vào sản phẩm.  Làm tăng giá trị cảm quan, tạo vẻ mỹ quan cho sản phẩm.  Dùng lon bằng sắt trắng hoặc sắt tây ( thép lá mỏng đƣợc mạ thiếc cả hai mặt). Ngoài ra để tránh tác dụng của lon đến sản phẩm ta phủ một lớp verni lên bề mặt.  Các biến đổi của nguyên liệu: Khi tiến hành rót cà phê vào lon trong điều kiện vệ sinh tốt sẽ không làm xảy ra những biến đổi chất lƣợng của sản phẩm.  Thiết bị: sử dụng thiết bị tự động và liên tục. 19 Hình 3.7: Thiết bị rót lon liên tục, tự động.  Thông số công nghệ: Năng suất của máy khoảng 120 lon/phút. 3.8 Tiệt trùng  Mục đích : bảo quản Quá trình tiệt trùng nhằm ức chế bất thuận nghịch enzyme và tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật có mặt trong cà phê, nhờ vậy mà thời gian bảo quản kéo dài và chất lƣợng của sản phẩm ổn định.  Các biến đổi của nguyên liệu :  Vật lý: + Độ nhớt dịch sữa giảm khi nhiệt độ tăng. + Có sự thay đổi về thể tích trong quá trình tiệt trùng nhƣng với mức độ không đáng kể.  Hoá học: + Một số phản ứng thuỷ phân xảy ra làm tổn thất các thành phần dinh dƣỡng nhƣ: + Vitamin trong sữa, các cấu tử hƣơng trong dịch cà phê ban đầu. 20 + Các thành phần đƣởng khử và acid amin, peptide sẽ tham gia phản ứng Maillard.  Hoá sinh và sinh học: hệ enzyme trong sữa bị vô hoạt, các vi sinh vật bị tiêu diệt hoàn toàn giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.  Hoá lý: một số protein đông tụ nhƣng hàm lƣợng không đáng kể.  Thiết bị : sử dụng thiết bị tiệt trùng hydrolock. Thiết bị dạng hình trụ có hai khoang: khoang gia nhiệt và khoang giữ nhiệt nằm phía trên ( tác nhân gia nhiệt là hơi nƣớc) và khoang làm nguội nằm bên dƣới ( tác nhân làm nguội là nƣớc). Hai khoang này đƣợc ngăn cách bởi một vài tấm cách nhiệt và đƣợc liên thông với nhau tại vài vị trí để băng chuyền đƣa sản phẩm từ khoang gia nhiệt – giữ nhiệt vào khoang làm nguội. Băng chuyền có dạng ống lƣới, lon sản phẩm đƣợc đặt bên trong các ống lƣới của băng chuyền. Hình 3.8: Thiết bị tiệt trùng hydrolock.  Thông số công nghệ : Nhiệt độ tiệt trùng thƣờng là 1210C, thời gian tiệt trùng khoảng 20-25 phút. 21 CHƢƠNG 4 : SẢN PHẨM 4.1 Sản phẩm cà phê đóng lon  Các chỉ tiêu chất lƣợng:  Chỉ tiêu vật lý: đảm bảo chiết rót đúng thể tích ghi trên bao bì.  Chỉ tiêu hóa học: + Phản ứng với thuốc thử chì acetat: âm tính. + pH của sản phẩm: 5-6 + Đảm bảo các chỉ tiêu về thành phần hóa học, chủ yếu nhƣ nồng độ đƣờng, acid, … + Hàm lƣợng kim loại nặng (mg/kg) theo quy định. o Thiếc: 100 – 200 mg/kg sản phẩm. o Đồng: 5 – 80 mg/kg sản phẩm. o Chì : không có. o Kẽm: vết. o Thủy ngân: không quá 0.5 ppm. o Arsen: không quá 3.5 ppm. o Flo: không quá 150 ppm. o Nitrat và nitrite: không quá 15 ppm.  Chỉ tiêu cảm quan: nhìn chung, cà phê lon có chất lƣợng tốt cần đạt một số yêu cầu sau : + Mặt ngoài lon phải sạch sẽ, lon không bị méo, vỡ. + Ký hiệu, nhãn hiệu trình bày đẹp, ý rõ ràng, nếu là nhãn giấy phải còn nguyên vẹn, không rách nát. + Mặt trong và mặt ngoài của lon không hoen gỉ hoặc có nhiều chấm đen. + Bên trong lon: lớp vecni còn nguyên vẹn, không hoen ố mùi kim loại không làm ảnh hƣởng đến mùi vị sản phẩm. + Trạng thái : dung dịch đồng nhất, không tách lớp, khộng có cặn. 22 + Màu sắc : có màu nâu đen hay đen cánh gián đặc trƣng của cà phê + Mùi : thơm, êm dịu đặc trƣng của cà phê, có thể có thêm mùi bổ sung vào sản phẩm. + Vị : Hơi đắng, ngọt lợ.  Chỉ tiêu vi sinh: + Tổng số vi sinh vật hiếu khí : 30 cfu / 72h/ ml + Nấm mốc, nấm men: không có. + Vi khuẩn E.coli, S.aurius, Cl.perfrigens: không có.  Giá trị dinh dƣỡng Thành phần của sản phẩm cà phê lon Moka đang thƣơng mại hóa (thể tích 240 ml) + Năng lƣợng 173( kcal) + Tổng lƣợng chất béo: 1g + Chất béo bão hòa: 0g + Cholesterol: 0g + Sodium: 50mg + Tổng hàm lƣợng cacbohydrat: 40g + Đƣờng: 29g + Protein: 1g + Calcium: 14mg + Sắt ( iron): 2mg  Hƣớng phát triển  Ƣu điểm: + Sản phẩm có thể đƣợc giữ lâu và tiện dụng, là thức uống nhanh và tiện lợi cho những ngƣời thích cà phê nhƣng không có thời gian pha chế theo phƣơng pháp truyền thống. Đặc biệt là những ngƣời bận rộn hay thức khuya, cà phê lon sẽ là ngƣời bạn đồng hành cùng họ. + Có thể giữ lạnh, làm thức uống cho các buổi tiệc, picnic… 23 + Nếu biết cách khắc phục đƣợc chất lƣợng sản phẩm, thu hút ngƣời tiêu dùng thì có thể trở thành một thức uống thông dụng.  Hạn chế: + Mùi vị không giống với cà phê pha theo cách truyền thống nên khó cho ngƣời tiêu dùng chấp nhận đặc biệt là những ngƣời sành cà phê. + Sản phẩm đƣợc tiệt trùng ở nhiệt độ cao nên ảnh hƣởng đến mùi vị sản phẩm. + Ngƣời tiêu dùng vẫn thích cà phê pha theo cách truyền thống hơn. 4.2 Thành tựu công nghệ  Dùng thiết bị trích ly liên tục của hãng GEA-Niro: Hãng GEA-Niro đã thiết kế thiết bị liên tục gồm một thanh nghiêng thay vì chữ U nhƣ thiết bị cũ với các ƣu điểm :  Hiệu suất trích ly cao.  Hàm lƣợng chất tan thu đƣợc cao.  Dễ hiệu chỉnh nhiệt độ và kiểm soát trong quá trình trích ly.  Phù hợp với qui mô lớn.  Giá để vận hành và bảo trì thấp Hình 4.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị GEA-Niro.  Trích ly có hỗ trợ các kỹ thuật vi sóng và sóng siêu âm để tăng hiệu quả trích ly: 24 Vi sóng theo thuật ngữ tiếng Anh "microwave" là các sóng cực ngắn hay còn gọi là sóng vi ba có bƣớc sóng từ 1 mm đến 1m. Năng lƣợng của vi sóng là năng lƣợng điện từ. Tần số của vi sóng thƣờng đƣợc sử dụng trong công nghiệp, y tế và khoa học là 915 MHz, 2450 MHz, 5800 MHz, và 22125 MHz. Tần số 2450 MHz (tƣơng đƣơng bƣớc sóng 12,2 cm) đƣợc sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị dân dụng và các thiết bị chuẩn bị mẫu cho phân tích. Năng lƣợng vi sóng đƣợc phát ra từ một nguồn phát sóng điện từ. Bản chất của vi sóng là sóng điện từ gồm hai yếu tố : yếu tố từ trƣờng B và yếu tố điện trƣờng E. Quá trình chuyển hoá năng lƣợng điện từ thành năng lƣợng nhiệt bao gồm hai cơ chế: + Cơ chế chuyển dẫn ion. + Cơ chế quay cực phân tử. Sự đốt nóng bằng kỹ thuật vi sóng dựa trên sự hấp thụ trực tiếp năng lƣợng vi sóng của mẫu, do vậy các hiện tƣợng nhƣ dẫn nhiệt, đối lƣu nhiệt và bức xạ nhiệt chỉ đóng vai trò thứ yếu trong quá trình cân bằng nhiệt. Sóng siêu âm gây ra sự phá vỡ cấu trúc vật lý một cách mãnh liệt gây ra sự khuếch tán vào trong dung môi của các Acys cần chiết xuất. Còn với phƣơng pháp dùng dung môi thì gây ra sự khuếch tán chậm các Acys. Qua cơ chế này, ta thấy phƣơng pháp dùng sóng siêu âm hỗ trợ thì hiệu quả hơn và nhanh hơn. Sóng siêu âm có tần số lớn hơn 20 Khz tức là hơn 20000 dao động trong một giây xung động truyền qua môi trƣờng vật chất (khí, lỏng, rắn) vào tận trong tế bào dƣợc liệu , đồng thời nó còn làm tăng nhiệt độ. Những tác động đó làm tăng vận tốc hòa tan, khuếch tán hoạt chất vào dung môi, vì vậy rút ngắn thời gian chiết. Măt khác, nó còn làm giảm sự tiêu hao năng lƣợng  Ƣu và nhƣợc điểm:  Ƣu điểm: + Thời gian chiết nhanh 25 + Hiệu suất chiết cao hơn so với một số phƣơng pháp chiết thông thƣờng. + Sản phẩm trích ly chất lƣợng tốt. + Thiết bị dễ sử dụng, an toàn và bảo vệ môi trƣờng.  Nhƣợc điểm: + Chỉ có thể áp dụng với qui mô nhỏ. + Nhiệt độ sôi của các dung môi đạt đƣợc rất nhanh, có thể gây nổ . Phản ứng cần thực hiện trong môt hệ kín (thông thƣờng sử dụng các ống làm bằng Teflon- một vật liệu cho vi sóng truyền qua, có khả năng chịu đƣợc nhiệt độ 2500C và áp suất 80psi) và chỉ sử dụng một lƣợng nhỏ tác chất (khoảng 1/10 tổng thể tích bình phản ứng). Tốt hơn hết là loại bỏ dung môi và tiến hành phản ứng trên các chất mang rắn nhƣ đất sét, oxid nhôm hay silicat. + Kĩ thuật không dung môi đƣợc xem là đặc biệt thân thiện với môi trƣờng do tránh việc sử dụng dung môi. + Không đo lƣờng hoặc điều chỉnh đƣợc nhiệt độ. 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự (2009). Công nghệ chế biến thực phẩm. Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh. 2. Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam. Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học- Tập 2, Vật liệu rời. Nhà xuất bản Khoa Học Kĩ Thuật. 3. R.J.Clarke (1987). Coffee – volume 2: Technolog. NXB Elsevier Applied Science. 4. www.freepatentsonline.com