Công nghệ sản xuất cà phê hòa tan

Giới thiệu Cà phê là một loại thức uống có từ lâu đời và liên tục được phát triển cho đến ngày nay . Cà phê là một trong những thức uống được ưa chuộng nhất trên thế giới và có mức tiêu thụ cao. Đặc biệt ở các thị trường lớn như Mỹ, Pháp, Ý và các nước Bắc Âu, nơi mà cà phê được coi là không thể thiếu thì không có đủ điều kiện đất đai, khí hậu để trồng. Vì vậy đối với những nước có điều kiện trồng cà phê như nước ta cà phê không chỉ được tiêu thụ trong nước mà còn là mặt hàng xuất khẩu mang lại lợi nhuận kinh tế cao. Với người sử dụng ngày càng nhiều, cộng với nhịp sống hối hả của thời đại công nghiệp, việc pha cà phê bằng phin đã nảy sinh một số bất lợi nhất là về thời gian. Năm 1936, Max Rudolf Morgenthaler, người Thụy Sĩ đã sáng chế ra cà phê hòa tan và ngay sau đó công ty Nestle đã đăng ký nhãn hiệu Nestcafe vào năm 1938. Với người tiêu dùng, cà phê hoà tan nhanh chóng được ưa chuộng vì sự tiện lợi của nó. Đối với nhà sản xuất, cà phê hòa tan là mặt hàng có giá trị cao, thuận lợi trong việc bảo quản và vận chuyển nên thu được nhiều lợi nhuận . Cà phê là một loại hàng vị giác. Đặc tính của hàng vị giác là có hương vị phong phú, trong thành phần hóa học của nó có chất đặc biệt như cafein . Đây là chất có tác dụng kích thích gây cho người tiêu thụ cảm giác khoan khoái, hưng phấn, có sức hút đặc biệt làm cho người đã uống là dễ thành thói quen có nhu cầu về nó, gọi là “nghiện”. Các mặt hàng vị giác ( chè, cà phê, thuốc lá, rượu, bia, nước ngọt, muối, mì chính, tương, nước chấm, dấm ) không phải là thực phẩm chủ yếu như lương thực, thịt, cá, rau quả ; song sự hiểu biết về đặc tính sinh lý, quá trình sản xuất chế biến, yêu cầu chất lượng, bảo quản, sử dụng mặt hàng này có ý nghĩa thiết thực trong việc mở rộng và nâng cao chất lượng phục vụ ăn uống công cộng . Cà phê là một chất kích thích nhưng được  xã hội cho phép sử dụng. Nếu không có gì trở ngại thì nên thưởng thức. Sự thưởng thức một tách cà phê ngon trong bất cứ lúc nào cho phép cũng có thể giúp phần giảm thiểu đi những căng thẳng của đời sống.  Những sự nghiên cứu mới đây cho biết là uống cà phê có thể sẽ tránh được bệnh ung thư gan. Nhưng điều này có nghĩa là uống cà phê nguyên chất không có pha trộn những tạp chất. Nếu có mùi vị pha trộn, nên chắc chắn rằng những mùi vị này đã được cơ quan quản lý thực phẩm và thuốc men – FDA (Food and Drug Administration) đã cho phép xử dụng. II.QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ Cà phê nhân Tạp chất Làm sạch Rang Xay Tách bụi cà phê Bã cà phê Nước Trích ly Phụ gia Khuấy trộn Lắng trong Cặn Lọc Cặn Sản phẩm Cô đặc Ướp hương Đóng gói bảo quản Sấy III. Giải thích quy trình: 1.   Chọn cà phê nhân: Có những loại cà phê khi uống bình thường pha bằng phin thì ngon nhưng mang chế biến hòa tan thì lại nhạt nhẽo, cho nên việc chọn café thích hợp để pha trộn, kĩ thuật rang tốt cho ta bột tốt. Đó là một bước quan trọng.Mỗi cơ sở sản xuất cần xác định thị trường 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 thì có chất lượng đạt tiêu chuẩn hơn. 2.   Tách tạp chất Đây là giai đoạn tách bỏ đất đá ra khỏi cà phê nhân sống. Thường sử dụng máy sàng rung, sàng hút hoặc chổi quét, quạt gió…Sau đó có thể dùng thiết bị trộn để cho khối hạt được đều trước khi đưa vào rang. 3.   Rang cà phê: Rang quyết định chất lượng cà phê hòa tan. Rang hơi cháy thì tỷ lệ thành phẩm tăng nhưng hương vị bị giảm. Thường rang ở 1800C và tăng dần nhiệt độ lên 200-2400C. Tuy nhiên nếu rang ở nhiệt độ quá cao thì mùi thơm bị tổn thất nhiều. Trong quá trình rang màu sắc biến dổi 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 Tùy theo sở thích người uống mà rang. Nếu rang nhạt thì ít thơm, uống sẽ hăng mùi gỗ, nếu rang cháy cà phê sẽ đắng, mùi khét nhưng nước sẽ đậm hơn.    Rang: Quá trình rang là quan trọng nhất vì rang làm cho hương thơm hình thành. Tùy theo cỡ hạt, và tùy 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 khuẩy hoặc tay đảo, thiết bị còn có ống lấy mẫu và cửa quan sát. Cà phê sau khi rang qua hệ thống làm nguội bằng thùng hoặc bằng băng tải rải đều cà phê cho chóng nguội. Có thể đốt bằng than, dầu hoặc hơi nóng ở vỏ nồi hoặc trục nồi. Ngoài ra còn có nhưng thiết bị hiện đại, tự động hóa dưới một áp suất lớn, cho ta sản phẩm sau rang rất đều và hao hụt về hương thơm coi như được khống chế tốt. 4.   Xay: Xay cà phê là một tiến trình biến cà phê hột thành cà phê nát hơn hay bột. Độ nát và độ nhuyễn của cà phê sẽ quyết định được nồng độ của cà phê. Cà phê được xay càng nhuyễn thì nồng độ cà phê càng tăng. Bản chỉ dẫn sau đây sẽ cho chúng ta một sự tổng quát tương đối về nồng độ của cà phê. Loại cà phê Xay Turkish Rất nhuyễn Espresso Nhuyễn Nhỏ giọt, dùng giấy lọc Vừa Nhận theo kiểu Pháp Nát vừa Bình nấu Nát sơ Trong sản xuất cà phê người ta thường dùng máy xay trục vít. Tách bụi cà phê: Người ta thường dùng máy sàng ray hoặc quạt gió để tách bụi cà phê. Bột cà phê được đưa từ trên xuống và quạt thổi ngang qua. Những hạt bụi nhỏ sẽ được thổi vào. Trích ly:     - Mục đích là để đạt hiệu suất cao và giữ được hương vị tốt, tối đa của cà phê rang. Trích ly để làm giàu thêm các chất hòa tan khi cà phê đi qua các tháp, thường thì trích ly trong 5-6 tháp nối tiếp nhau bằng ống dẫn. Tính toán và thao tác thế nào để cà phê có một độ dày nhất định trong các tháo và bề mặt tiếp xúc với nước được tối đa.   - Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly và chất lượng sản phẩm: + Độ nghiền của cà phê + Nhiệt độ của nước vào thiết bị trích ly và sự biến đổi của nhiệt trong quá trình trích ly. + Thời gian ngâm trích + Tỷ lệ cà phê / nước. + Thiết bị trích ly.- Có 2 phương pháp trích ly: Trích ly gián đoạn và trích ly liên tục: Trước khi trích ly hòa tan cà phê rang bằng nước nóng 90oC.    + Trích ly gián đoạn: Thường dùng là lọc.      + Trích ly liên tục: Với thiết bị gồm có khoảng 5-10 tháp nối tiếp nhau bằng ống dẫn. Trong đó dòng nước chảy ngược chiều với dòng nguyên liệu. Qua mỗi tháp dịch cà phê sẽ được kéo theo với nước và nồng độ dịch cà phê tăng. Nếu nồng độ của dịch cà phê không đạt thì nó sẽ được hồi lưu để đạt yêu cầu. Nhiệt độ của nước vào trong cột trích ly là khoảng 154-182oC. Nhiệt độ của nước cuối giai đoạn trích ly khoảng 60-82oC. Sau khi trích ly nhiệt độ của dịch trích cần được hạ thấp nhờ vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để duy trì được mùi vị của hạt cà phê  trước giai đoạn sấy.       Hầu hết các nhà máy cà phê hòa tan hiện nay đều dùng phương pháp trích ly liên tục vì hiệu suất làm việc tốt, trích ly được sâu hơn. Tuy nhiên cả 2 phương pháp đều phải đạt được hiệu quả trích ly 25-30%.       Ngoài ra người ta còn dùng phương pháp trích ly bằng siêu âm. Phương pháp này có thể lấy hết toàn bộ chất hòa tan trong bột cà phê một cách liên tục, nhanh với nước lạnh. Ưu việt hơn nữa là giữ được các chất bốc hơi đạt được hương vị tốt nhất. Tuy nhiên phương pháp này khá phức tạp, phải thủy phân bột cà phê rồi trung hòa cộng với việc hóa nghiệm xác định chất lượng của dung dịch hòa tan rất phức tạp. 7. Khuấy trộn:       Là quá trình pha 2 hay nhiều thành phần khác nhau vào làm một nhằm đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Sau khi phối trộn với các thành phần phải hòa trộn với nhau tạo thành một thể đồng nhất. Do đó gạn lắng trong rồi lọc dung dịch đã khuấy trộn nhằm loại bỏ các cấu tử không có khả năng hòa tan trong hỗn hợp. 8. Lắng trong:       Thường để yên trong vài giờ để cho các phần tử không tan lắng xuống đáy thiết bị chuẩn bị cho quá trình lọc. 9. Lọc:       Trong sản xuất cà phê người ta thường sử dụng máy ép lọc khung bản dịch trong quá trình lắng trong dưới tác dụng của áp suất được đưa qua rãnh của bản rồi theo van ra ngoài còn các hạt rắn bị giữ lại tạo thành lớp bã chứa trong khung. Chú thích: 1.Đồng hồ áp lực 2. Kính quan sát 3.Van đưa dịch trong ra 4. Van hồi lưu 5. Đường hồi lưu A. Bản lọc B. Khung lọc C. Nguyên liệu lọc (vải (giấy) lọc)        Ưu điểm: Thực hiện nhiều quá trình với vật liệu có độ huyền phù cao, dễ lắp ráp, dễ vận hành…       Nhược điểm: Khó tự động hóa và lao động nặng nhọc, nguyên liệu được lọc bằng vải mòn dễ rách. 10. Cô đặc: Mục đích: Tăng thêm nồng độ chất tan trong dịch, để thời gian sấy tiếp theo càng nhanh, giữ được mùi hương của cà phê. Thường được sử dụng nhất dịch trích được đưa vào máy cô đặc chân không, và làm lạnh để nước chuyển thành tinh thể nước đá nhỏ. Sau đó ly tâm để tách tinh thể nước đá ra khỏi dịch. Nồng độ dung dịch trong quá trình cô đặc tăng từ 20-25% lên  33-40%. Ưu điểm : Giảm lượng hao hụt hương và vị cà phê thành phẩm . Nhược điểm : Giá thành đắt . Cô đặc bằng film : hoạt động ở áp suất tuyệt đối 2-3 inch Hg với nhiệt độ 2400F (1160C) 11. Sự thu hồi các chất hợp chất dễ bay hơi: Một phần quan trọng của sản phẩm café hòa tan là là mùi thơm đặc trưng của café. Trong các bước của quá trình sản xuất café, các chất tạo hương cho café bị mất mát. Nó có thể được phục hồi trong một số bước tiếp theo để tạo sự hấp dẫn cho café hòa tan. Ví dụ, những mùi này thoát ra trong quá trình rang hoặc xay nghiền có thể thu lại. Sự thoát hơi nước hoặc các dung môi qua bề mặt bột rang café cũng có thể giữ được mùi thơm. Các tinh dầu có thể ép từ bã café bằng cách sử dụng áp lực 2,000 lb per sq in (14,000 kPa). Những hợp chất đó có thể chưng cất từ bã café sau khi quá trình trích ly hoàn thành. 12. Sấy :  Có nhiều phương pháp sấy và cho sản phẩm có chất lượng khác nhau. Đối với sản xuất cà phê hòa tan thường dùng nhất là phương pháp sấy phun và phương pháp sấy lạnh. -   Phương pháp sấy phun (Spray drying) : Thường sấy trong những buồng sấy hình côn. Dung dịch được phun thành giọt lỏng qua những máy quay hoặc những vòi ở đỉnh của tháp sấy phun vào môi trường, và được cấp nhiệt bằng không khí nóng. Để đạt được yêu cầu chất lượng về vị , nhiệt độ không khí nóng đi vào khoảng 200-2600C, và nhiệt độ của không khí ra là 107-1210C. Sản phẩm cà phê thu được bằng cyclone hoặc bằng túi lọc ở đáy của thiết bị sấy phun. Tổng kết của nhiều nước cho thấy buồng hình côn là tốt nhất và hoạt động dễ dàng, sản xuất liện tục được tốt, kiểm tra nhanh. Sấy theo phương pháp này có bột thành phẩm sản xuất ra dưới dạng hạt rất nhỏ, rỗng ruột gọi là bột nhẹ, tỷ trọng nhỏ nhưng cũng dễ hòa tan, hình dáng bột khá đếu đặn. Dụng cụ phun có thể là van phun hoặc đĩa phun. Nếu là đĩa thì tốc độ khoảng 15 000 vòng/phút làm cho dung dịch biến thành hạt sương mịn. Hiện nay người ta thường dùng van phun đơn giản hơn. Hơi nóng có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều . Kết quả của quá trình sấy thủy phần trong sản phẩm là 2 – 4 % - Phương pháp sấy lạnh (Freeze drying): Có 4 bước: Bắt đầu bằng làm lạnh sơ bộ. Dịch café được làm lạnh đến nhiệt độ 20°F (-6°C). Tiếp tục làm lạnh đến -40-(-50)°F (-40-[-45]°C), giai đoạn này thực hiện trên các thiết bị hình khay, tang trống, và làm lạnh. Quá trình làm lạnh nhanh khoảng 30 – 120 giây thì hạt nhỏ, có màu sáng. Còn nếu làm lạnh chậm khoảng 10 – 180 phút thì hạt lớn, màu tối hơn. Những mảnh đá bị vỡ thành những viên nhỏ và được nghiền thành những tinh thể với kích thước thích hợp. Những tinh thể đá được sàng để đảm bảo kích thước thích hợp, những tinh thể quá nhỏ sẽ tan chảy và sẽ quay lại giai đoạn sấy sơ bộ. Những phần tử lạnh được chuyển vào khoang có điều kiện nhiệt độ và áp suất chân không thích hợp thì đá sẽ thăng hoa và tách ra khỏi dung dịch. -   Phương pháp sấy chân không: Dịch đặc cà phê đưa đến buồng bốc hơi chân không ở nhiệt độ thấp. Dung dịch được dàn mỏng trên các trục lớn có hơi nóng đi trong trục. Bột khô thành những màng mỏng quanh ống có bộ phận cơ giới cạo ra rồi tán nhỏ, rây. Bột sấy theo kiểu này hòa tan được nhanh, tốt. -   Sấy bằng phương pháp thăng hoa và hồng ngoại: Đưa dung dịch đặc cà phê làm lạnh, sau đó dùng tia hồng ngoại để sấy đột ngột. Dung dịch từ rắn bốc hơi, cà phê còn lại ở dạng bột. Tinh thể thu được dễ tan, hương đảm bảo, chất lượng tốt. 13. Ướp hương: Những hương thơm thu hồi ở giai đoạn trên sẽ được phun vào trong bột café hòa tan khô hoặc có thể bổ sung vào trong giai đoạn đóng gói. 14. Cho phụ gia: Tùy  từng cơ sở sản xuất mà có thể thêm chất phụ gia vào trong quá trình cô đặc hay sấy phun. Chất phụ gia cho thêm thường là đường, sữa, tuy nhiên một số nhà máy cho thêm bột kem, bơ… 15. Đóng gói- bảo ôn - bảo quản - sản phẩm cafe hòa tan Café hòa tan có thể hút ẩm trở lại, chúng hấp thu ẩm từ không khí. Vì vậy, phải đóng gói ở điều kiện áp suất thấp trong phòng chống ẩm để giữ sản phẩm khô cho đến khi bán và mở ra bởi khách hàng. Ngoài ra để chóng sự mất mùi thơm và hương vị của café, sản phẩm được đóng gói trong điều kiện hàm lượng oxy thấp (có thể sử dụng CO2 hoặc N2). Bột cà phê hòa tan thường được đóng gói trong lọ thủy tinh màu, hộp bằng kim loại không ghỉ chống ẩm tuyệt đối, túi nhựa ngoài có vỏ kim loại mỏng. TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình công nghệ lên men – Trường Đại Học Công Nghiệp Kỹ thuật chế biến cà phê – Hoàng Minh Trang Trang web: Mục lục Trang Giới thiệu 1 Qui trình công nghệ 2 Giải thích qui trình công nghệ 3 1. Cà phê nhân 3 2. Tách tạp chất 3 3. Rang cà phê 3 4. Xay cà phê 4 5. Tách bụi cà phê 5 6. Trích ly 5 7. Khuấy trộn 6 8. Lắng trong 6 9. Lọc 6 10. Cô đặc 7 11. Thu hồi các hợp chất dễ bay hơi 8 12. Sấy 8 13. Ướp hương 12 14. Cho phụ gia 12 15.Đóng gói- bảo ôn - bảo quản - sản phẩm cafe hòa tan 13