Đồ án Tổng quan về cây cà phê và các sản phẩm

à các acid amin trong nước mắm tạo cho cà phê hương vị đặc biệt, ngoài ra còn giữ cho cà phê một mùi thơm dai và bền ngay cả khi nước pha nguội. - Hạt cau, rễ cau khô, hạt cam, hạt bưởi: được dùng để tạo cảm giác và tăng vị chát se lưỡi. Khi dùng sẽ trung hòa vị đắng của TGA nhưng các loại này ít đƣợc sử dụng vì không phổ biến. - Trứng gà: thường dùng lòng đỏ trứng để tưới vào cà phê lúc nhiệt độ cà phê còn đang rất nóng… Như vậy các nhà chế biến có thể sử dụng đủ các loại phụ liệu, phụ gia để nâng cao chất lượng cà phê về mặt cảm quan cũng như về thể chất của nước pha. Nhưng việc sử dụng còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố, cần phải được xem xét, đánh giá kĩ càng trước khi sử dụng. Ủ Sau khi phối trộn xong, cà phê được làm nguội hòa toàn, cho vào ử khoảng >48h để cho các gia vị thấm đều. Chú ý: nếu ủ khoảng 24h thì gia vị sẽ không thấm đều. Nghiền Mục đích công nghệ: chuẩn bị Quá trình nghiền cà phê rang có mục đích chính làm giảm kích thước của hạt cà phê, phá vỡ cấu trúc vốn có của hạt cà phê rang để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly khi sản xuất cà phê hòa tan hoặc trong quá trình chế biến cà phê khi sử dụng. Ngoài ra, mục đích của quá trình nghiền còn nhằm tạo điều kiện chi một số khí (đặc biệt là CO2) được sinh ra trong quá trình rang và bị giữ lại bên trong hạt sẽ thoát ra ngoài, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bao gói. Các biến đổi của nguyên liệu Vật lý Quá trình nghiền sẽ làm giảm kích thước của hạt. Kích thước của hạt cà phê bột thay đổi từ vài trăm μm đến vài mm phụ thuộc vào phương pháp trích ly cà phê. Từ đó, người ta phân ra các mức độ nghiền cà phê là : nghiền thô, nghiền vừa, nghiền mịn. Trong quá trình nghiền, khí CO2, hơi nước và các chất dễ bay hơi được tạo thành từ giai đoạn rang sẽ tiếp tục được giải phóng, làm giảm khối lượng sản phẩm và tăng khối lượng riêng. Mức độ thoát khí phụ thuộc vào kích thước của hạt cà phê sau nghiền. Xảy ra sự tách lớp vỏ mà chưa được tách trong quá trình rang. Có sự tăng nhẹ về nhiệt do ma sát. Hóa lý: diện tích bề mặt riêng sẽ gia tăng và xảy ra sự bay hơi của một số chất mùi. Hóa học, hóa sinh và vi sinh: các biến đổi này không đáng kể. Quá trình nghiền sẽ làm giảm mùi thơm của cà phê do một số chất mùi thất thoát. Sau nghiền, cà phê nên đem đi trích ly càng nhanh càng tốt(trường hợp sản xuất cà phê hòa tan). Nếu muốn bảo quản cà phê bột cần đem bao gói kĩ. Thiết bị và thông số công nghệ Thiết bị nghiền cà phê là các loại máy nghiền hạt. Sau quá trình nghiền, bột cà phê được đưa tới rây. Các thành phần đạt yêu cầu sẽ được đem bao gói, thành phần có kích thước quá lớn được hoàn lưu trở về máy nghiền. Hai dạng máy nghiền thường được sử dụng là máy nghiền đơn và máy nghiền răng. Thiết bị máy nghiền trục: bộ phận chính của máy nghiền trục là hai trục nghiền có đường kính bằng nhau, làm bằng thép không gỉ, quay ngược chiều nhau. Lõi của hai trục được gắn với cơ cấu lò xo để tránh quá tải. Khi gặp trường hợp quá tải( hạt cà phê hay tạp chất quá cứng), lực ép tăng lên sẽ nén lò xo lại, làm tăng kích thước khe hở giữa hai trục nghiền để vật liệu thoát ra. Máy nghiền cà phê thường có các trục nghiền đơn. Vận tốc quay của trục khoảng 50 – 900 vòng/phút. Cà phê sau khi nghiền rơi xuống bộ phận rây phân loại theo kích thước quy định của từng nhà máy. Thiết bị xay trong công nghiệp được thiết kế nhiều trục nghiền răng có tốc độ quay khác nhau. Trên bề mặt các trục quay tốc độ cao có các răng cưa hình chữ U nằm nghiêng, còn trên bề mặt trục quay với tốc độ thấp có các răng cưa hình chữ U thẳng đứng. Hai trục quay với tốc độ quay khác nhau sẽ tạo thành một cặp, giữa mỗi cặp sẽ có một khoảng cách thích hợp với mức độ nghiền. Đi từ trên xuống dưới, mức độ nghiền sẽ đi từ thô sang tinh. Bảo quản cà phê rang Cà phê rang xay khi bảo quản không tốt sẽ bị hư hỏng: vô vị hoặc có vị chua và mùi ôi thiu, trọng lượng hạt tăng lên, nước pha bị đục và giảm khả năng hòa tan các hợp chất hữu cơ trong khi pha chế đối với cà phê rang xay đã lâu. Vì vậy khi bảo quản chúng ta phải làm sao cho các nhân tố tạo nên giá trị của sản phẩm cà phê ở trạng thái không đổi hoặc bị tiêu hao ở mức độ thấp nhất, đó là các mùi, vị đặc trưng và hợp chất hữu cơ hòa tan ở mức cao nhất khi pha chế. 2.2.3 quy trình sản xuất hòa tan [2] 2.2.3.1Quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan Cà phê hòa tan là sản phẩm uống liền được chế biến từ cà phê bột sau khi trích ly sấy và tạo hạt Hình 2.14 Cà phê hòa tan Hình 2.15 Một số sản phẩm cà phê hòa tan có mặt trên thị trường Cà phê nhân Làm sạch Phối trộn Rang Xay Trích ly Lọc Nước Bã Tách hương Phối trộn Tạo hạt Cô đặc Sấy Đóng gói Sản phẩm Hình 2.16.Quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan 2.2.3.2Giải thích quy trình công nghệ Theo sơ đồ quy trình công nghệ trên, các quá trình từ làm sạch nguyên liệu cà phê nhân tới nghiền thì hoàn toàn tương tự như trong quy trình sản xuất cà phê rang xay. Trong phần này, chúng tôi chỉ trình bày các công đoạn sau quá trình nghiền trong quy trình công nghệ nói trên. Trích ly Mục đích công nghệ: khai thác Quá trình trích ly nhằm mục đích khi thác các chất hòa tan và các chất tạo hương trong cà phê rang. Trong quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan, trích ly là một trong những công đoạn quan trọng nhất, ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất của toàn bộ quy trình công nghệ sản xuất. Các biến đổi của nguyên liệu Vật lý và hóa lý: Quá trình trích ly có bản chất là một quá trình hóa lý, trong đó xảy ra hiện tượng khuếch tán của vật chất. Cụ thể là có 2 dòng chuyển động chính: khuếch tán của nước từ ngoài vào hạt và sự khuếch tán của các chất hòa tan từ nguyên liệu vào dung môi. Tốc độ của quá trình khuếch tán phụ thuộc vào các điều kiện kỹ thuật của quá trình trích ly. Sự khuếch tán nói trên dẫn đến những biến đổi về mặt vật lý của hai pha rắn và lỏng trong hỗn hợp: Pha rắn – các hạt bột cà phê: thành phần tạo cấu trúc của hạt cà phê nghiền chủ yếu là cellulose và hemicellulose. Sau khi rang xay, hạt bột cà phê có cấu trúc cứng, giòn, không nén được (độ ẩm của hạt cà phê sau rang xay nhỏ hơn 5%). Khi cho vào nước để trích ly, hạt bột cà phê sẽ hút ẩm, trở nên dai, mềm và nén được. hiện tượng này sẽ làm tăng trở lực, làm giảm năng suất của quá trình lọc. Pha lỏng – dịch trích ly cà phê: tỷ trọng và độ nhớt của dịch trích ly cà phê sẽ tăng lên do nồng độ chất khô trong dịch trích tăng lên theo thời gian. Nồng độ chất khô càng cao thì tỷ trọng và độ nhớt của dịch trích cà phê càng tăng. Cần chú ý hiện tượng này vì trong quá trình trích ly nhiều bậc, các bậc trích ly cuối cùng có độ nhớt của dịch trích ly cao hơn so với các bậc trích ly đầu tiên, do đó, tốc độ lọc sẽ giảm. Biến đổi hóa lý khác cần được chú ý là hiện tượng bay hơi nước làm cuốn theo các hợp chất dễ bay hơi (đặc biệt là các hợp chất tạo hương). Do đó, trong quá trình trích ly, cần đảm bảo độ kín của thiết bị để hạn chế hiện tượng bay hơi nói trên, dẫn đến sự làm giảm hàm lượng hương trong bột cà phê hòa tan. Hóa học Trong quá trình trích ly, nồng độ chất khô trong dịch trích sẽ dần tăng lên theo thời gian. Thành phần và nồng độ các chất trong dịch trích sẽ dần đạt đến giá trị cân bằng. thông thường, hiệu suất trích ly các chất có trong cà phê rang xay nhu sau: 100% CGA, 90% các chất khoáng, 85-100% alkaloid và chlorogenic, 40-100% chất bay hơi, 15-20% protein, 20-25% menanoidin, 1,5% dầu coffee. Nồng độ chất khô trong dịch trích cuối cùng có thể đạt đến 20-25% (w/w), tùy thuộc vào điều kiên và phương pháp thực hiện quá trình trích ly. Một điều cần lưu ý là trích ly ở nhiệt độ cao sẽ làm tổn thất các cấu tử hương, đồng thời sẽ diễn ra các phản ứng tạo màu. Trong quá trình trích ly, dưới tác dụng của nhiệt độ, trong môi trường nước, các hợp chất cao phân tử có thể bị thủy phân, đặc biệt là các polysaccharide không bị phân hủy trong quá trình rang như cellulose và hemicellulose. Chính biến đổi này góp phần làm cho cấu trúc hạt bột cà phê trở nên mềm hơn. Nhiệt độ càng cao thì biến đổi này diễn ra càng mạnh. Phương pháp thực hiện và thiết bị Phương pháp trích ly gián đoạn: trong phương pháp này, cà phê được cho vào các tank đã chứa nước với tỷ lệ phù hợp. Các tank chứa có cấu tạo dạng thân trụ, đáy côn, có vỏ áo. Hỗn hợp cà phê và nước được gia nhiệt bằng hơi nước. Sau khi đủ thời gian trích ly, dịch trích được tháo ra o đáy. Để nâng cao hiệu quả của quá trình trích ly, hiện nay, người ta sử dụng hệ thong trích ly nhiều bậc. Nhiệt độ trích ly trong khoảng 90-100oC, thời gian trích ly trong 1 bình xấp xỉ 45 phút. Phương pháp này có ưu diểm là cấu tạo thiết bị đơn giản, dễ vận hành, giá cả lại rẻ nhưng tốn thời gian và hiệu suất thấp. Phương pháp trích ly liên tục: phương pháp này sử dụng thiết bị trích ly dạng trục vis. Cấu tạo của thiết bị gồm một trục vis, trục vis này sẽ làm cà phê di chuyển trong buồng trích ly. Nước nóng (thường là 100oC) sẽ di chuyển theo chiều ngược lại. Khi cà phê và nước tiếp xúc với nhau, quá trình trích ly sẽ diển ra. Hiện nay có nhiều thiết kế cho dạng thiết bj này. Một trong số đó là thiết bị trí ly Hilebrandt. Kết hợp 2 phương pháp: đầu tiên cà phê được trích theo phương pháp trích ly gián đoạn, sau đó sẽ được đưa di trích ly tiếp trong thiết bị trích ly liên tục. Ưu điểm của phương pháp này là nâng cao hiệu quả trích ly so với phương pháp trích ly gián đoạn. Các thông số công nghệ Nguyên liệu: kích thước của bột cà phê càng lớn thì tốc độ quá trình trích ly càng nhỏ. Thông thường, kích thước nguyên liệu cà phê trong quá trình trích ly khoảng 400 - 1200µm. cấu trúc của hạt cà phê càng xốp thì hiệu quả trích ly càng cao. Cấu trúc của hạt cà phê chủ yếu dựa vào thành phần hóa học và quá trình rang. Nhiệt độ: nhiệt độ trong quá trình trích ly của dung môi càng cao thì tốc độ khuếch tán các chất hòa tan vào nước càng cao, tốc độ trích ly càng nhanh. Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan của một số thành phần có trong nguyên liệu cà phê sẽ tăng, do đó hiệu suất trích ly các chất nay cũng tăng. Kết qủa là lượng chất khô trích được cũng tăng lên. Trong cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, thông thường thì quá trình trích ly được thực hiện ở nhiệt độ là 1000C. còn đối với các công ty sản xuất với năng suất lớn, nhiệt dộ quá trình trích ly có thể đên đến 180oC, vì nhiệt độ càng cao thì yêu cầu về vốn đầu tư thiết bị sẽ càng cao. Tỷ lệ dung môi trích so với nguyên liệu cà phê: cùng 1 lượng nguyên liệu, lượng dung môi càng nhiều thì tốc độ quá trình càng nhanh, các chất hòa tan càng được trích ly triệt để. Tuy nhiên, khi lượng dung môi sử dụng càng nhiều, nồng độ chất khô trong dung dịch sẽ càng thấp, chi phí cho quá trình cô đặc và sấy tăng lên. Thông thường, tỷ lệ nước: cà phê dao động từ 1: 2 đến 1: 10, tùy theo phương pháp trích ly thực hiện. Thời gian trích ly: thời gian trích ly càng dài thì hiệu suất trích ly càng tăng. Đến một thời điểm nào đó, quá trình trích ly đạt trạng thái cân bằng, hiệu suất trích ly sẽ không tăng nữa. Thời gian trích ly phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình trích ly và tỷ lệ dung môi/ nước. Lọc Mục đích công nghệ: hoàn thiện Quá trình lọc sẽ loại bỏ các hợp chất không tan có trong dịch trích cà phê để nâng cao chất lượng cho sản phẩm. Thông thường dịch trích ly còn lẫn bã cà phê do bã không được giữ lại hoàn toàn khi dòng dich trích đi ra khỏi thiết bị trích ly. Quá trình lọc sẽ loại bỏ những tạp chất này, đảm bảo khi hòa tan sản phẩm để sử dụng sẽ không thấy cặn xuất hiện. Phương pháp thực hiện Quá trình tách tạp chất không tan trong dịch trích có thể thực hiện bằng phương pháp ly tâm hoặc lọc khung bản. Phương pháp lọc khung bản thường được sử dụng vì hiệu quả kinh tế cao hơn so với phương pháp lọc ly tâm. Tuy nhiên, nên chú ý là bã cà phê là bã nén được, nên trong quá trình lọc cần bổ sung bột trợ lọc để hạn chế sự tắc nghẽn bề mặt lọc. Tách hương Mục đích công nghệ: khai thác Trong các quá trình xử lý bằng nhiệt độ cao (như quá trình trích ly, quá trình cô đặc…) sẽ xảy ra hiện tượng tổn thất các cấu tử hương. Do đó, cà phê sẽ được xử lý để tách các cấu tử hương (stripping flavour). Hương này sẽ được bổ sung trở lại vào sản phẩm cà phê hòa tan trước hoặc sau quá trình sấy phun (trước quá trình tạo hạt). Phương pháp thực hiện Hiện nay có khá nhiều cách để thực hiện quá trình tách hương. Dưới đây sẽ trình bày một số phương pháp tách hương phổ biến trong sản xuát cà phê hòa tan. Phương pháp dung hơi nước nóng quá bão hòa, thổi qua khối cà phê chuẩn bị cho quá trình trích ly. Hơi này sẽ được đem ngưng tụ và bổ sung lại vào dich trích cà phê sau khi đã cô dặc. Nhược điểm của phương pháp này là tốn thời gian và phải xử lý ở nhiệt độ cao, có thể làm một số cấu tử bị phân hủy bởi nhiệt. Phương pháp Sivezts: cà phê được cho vào các tank trích ly. Nước nóng được bơm vào từ đáy tank sẽ dâng lên và đẩy khí trong khối cà phê dần đi ra. Khi có nhiệt độ cao, các cấu tử hương cũng bay hơi theo các khí. Khí này sẽ được thu hồi và hóa lỏng, sau đó bổ sung vào dịch cà phê sau khi cô đặc. Nhược điểm của phương pháp này là hiệu suất thu hồi hương thấp. Phương pháp tách hương bằng các khí trơ: dịch trích cà phê sau khi rời khỏi thiết bị trích ly thường có nhiệt độ khá cao (khoảng 100 – 1300C) sẽ được đưa vào thiết bị tách hương. Thiết bị này có cấu tạo gồm nhiều đĩa xếp chồng lên nhau được gắn vào một trục (Spinning Cone Column – SCC). Trục này được gắn vào một động cơ. Dịch trích cà phê sẽ được đưa vào từ phía trên thiết bị, di chuyển dần xuống đáy. Trong quá trình đó dịch trích sẽ dàn mỏng lên các đĩa. Khí trơ sẽ được thổi từ đáy lên và lôi cuốn các cấu tử hương ra. Hỗn hợp khí được thu hồi ở đỉnh và đem đi ngưng tụ, sau đó bổ sung vào dịch cà phê sau khi cô đặc. Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Quá trình cô đặc Mục đích: khai thác Sau khi trích ly xong, nồng độ chất khô hòa tan trong dịch trích cà phê thường thấp. Hiện nay, nồng độ chất khô trong dịch trích cao nhất có thể đạt được khoảng 25 – 30% (w/w). Khi nồng độ chất khô còn thấp như thế việc thực hiện quá trình sấy để thu hồi sản phẩm sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế cao. Do đó, dịch trích cần phải được cô đặc đến nồng độ chất khô cao hơn để quá trình sấy được thực hiện dễ dàng hơn. Như vậy, mục đích của quá trình cô đặc là nâng cao nồng độ chất khô có trong dịch trích nhằm tăng hiệu quả kinh tế của quá trình sấy. Các biến đổi của nguyên liệu Trong quá trình cô đặc cần quan tâm đến một số biến đổi chính sau đây: Sự tăng độ nhớt của dịch trích: trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô của dịch trích sẽ tăng lên, do đó độ nhớt của dịch trích cũng tăng theo. Hiện tượng bay hơi của các cấu tử dễ bay hơi: trong quá trình cô đặc, dưới tác dụng của nhiệt độ cùng với sự bay hơi nước, các chất dễ bay hơi (đặc biệt là các cấu tử tạo hương) cũng sẽ bị bay hơi, gây hiện tượng tổn thất hương, làm giảm cường độ hương của sản phẩm. Để hạn chế việc tổn thất hương, người ta thực hiện quá trình tách hương trước khi cô đặc. Sự thay đổi nồng độ chất khô: nồng độ chất khô trong dịch trích cà phê sẽ tăng lên sau khi dịch trích được cô đặc. Nồng độ chất khô thích hợp cho quá trình sấy dịch trích cà phê là 40 – 42% (w/w). Phương pháp thực hiện Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để cô đặc dịch trích cà phê. Trong đó có 3 phương pháp được sử dụng khá phổ biến: Phương pháp cô đặc bốc hơi: phương pháp này sử dụng nhiệt để thực hiện quá trình cô đặc. Cần lưu ý là quá trình cô đặc này thường thực hiện ở điều kiện chân không để tăng hiệu quả quá trình cô đặc, đồng thời hạn chế các biến đổi của những cấu tử trong dịch trích cà phê do tách động của nhiệt độ. Phương pháp cô đặc kết tinh: trong phương pháp này, dịch trích cà phê được làm lạnh nhanh đến 20C. Sau đó dung dịch được làm lạnh chậm đến nhiệt độ -40C. Khi đó, nước sẽ kết tinh. Tốc độ làm lạnh càng chậm, tinh thể tạo thành càng to, quá trình tách các tinh thể đá càng thuận lợi. Dịch trích cà phê được làm lạnh nhanh bằng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng đến nhiệt độ khoảng 20C, dịch cà phê sau khi làm lạnh được đưa vào thiết bị kết tinh. Tại đây, dịch cà phê được hạ nhiệt độ dần xuống - 40C và duy trì ở nhiệt độ này cho đến khi quá trình kết tinh hoàn thành. Sau đó tinh thể đá có thể được tách ra bằng phương pháp lọc hoặc ly tâm. Phương pháp cô đặc bằng membrane: trong phương pháp này dịch trích cà phê được phân riêng bằng membrane với dòng retentate là dòng dich trích cà phê cô đặc và dòng permeate là dòng thải bỏ. Thông thường, trong cô đặc cà phê hai kỹ thuật membrane thường được ứng dụng là kỹ thuật lọc nano và kỹ thuật thẩm thấu ngược. Ưu điểm của phương pháp cô đặc bằng membrane là chất lượng cảm quan của dịch trích không ảnh hưởng đáng kể, chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên, chi phí đầu tư thiết bị membrane khá cao và nồng độ chất khô cuối cùng của dịch cô đặc thường thấp hơn các phương pháp khác. Do đó, membrane thường được sử dụng như quá trình tiền cô đặc, sau đó có thể thực hiện tiếp quá trình cô đặc chân không hay cô đặc kết tinh. Sấy Mục đích công nghệ: hoàn thiện Quá trình sấy dịch cà phê cô đặc (có nồng độ chất khô 40 – 42%) nhằm tách nước để thu hồi sản phẩm có dạng bột. Sản phẩm cà phê hòa tan thường có độ ẩm từ 2 – 5% (w/w). Phương pháp sấy thường được sử dụng trong sản xuất cà phê hòa tan là sấy thăng hoa và sấy phun. Các biến đổi của nguyên liệu Trong quá trình sấy, tùy theo phương pháp sấy mà có những biến đổi khác nhau. Tuy nhiên, các biến đổi diễn ra trong quá trình sấy dịch cà phê cô đặc thường không đáng kể, chủ yếu là sự bay hơi của ẩm. Trong quá trình sấy phun, quá trình bay hơi nước diễn ra với tốc độ rất nhanh vì diện tích bề mặt bốc hơi lớn. Tốc độ của quá trình bay hơi nước theo phương pháp sấy thăng hoa sẽ chậm hơn. Ngoài sự bay hơi ẩm, trong quá trình sấy phun còn có sự bay hơi của các cấu tử dễ bay hơi, đặc biệt là các cấu tử tạo hương. Đây là nguyên nhân làm giảm giá trị cảm quan của cà phê trong quá trình sấy phun. Thông thường, để đảm bảo chất lượng hương vị của cà phê hòa tan, các cấu tử hương sẽ được tách ra từ trước. Sau khi sấy xong, hương cà phê sẽ được tẩm lại vào bột cà phê. Nếu sử dụng phương pháp sấy thăng hoa, hiện tượng tổn thất hương sẽ được hạn chế. Phương pháp thực hiện và thiết bị Hệ thống thiết bị sấy phun và sấy thăng hoa dịch cà phê đặc thường có cấu tạo tương tự như các thiết bị sấy phun và sấy thăng hoa cho các sản phẩm khác. Cần chú ý là sản phẩm cà phê có yêu cầu rất cao về tính chất cảm quan, do đó độ sạch của tác nhân sấy trong quá trình sấy phun cần được đảm bảo. Sau quá trình sấy phun cần thực hiện quá trình tạ hạt. Thiết bị sấy phun Hình 2.17 Sơ đồ thiết bị sấy phun 1-Bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy phun 2- buồng sấy phun 3- buồng sấy tầng sôi 4- bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy tầng sôi 5-quạt cung cấp không khí làm nguội 6-quạt cung cấp không khí có độ ẩm thấp để làm nguội 7- rây bột sản phẩm Thiết bị sấy thăng hoa Hình 2.18 Sơ đồ thiết bị sấy thăng hoa 1.Bình thăng hoa 2.Van 3.Xyfon 4.Bể chứa nước nóng 5.Bình ngưng tụ- đóng băng 6.Bình tách lỏng 17. Bơm chân không 19. Khay chứa VLS Trong kỹ thuật sấy thăng hoa, quá trình lạnh đông cần thực hiện nhanh và phương pháp gia nhiệt chủ yếu được áp dụng là gia nhiệt bằng hồng ngoại. Khi đó các tinh thể đá tạo thành sẽ nhỏ, quá trình sấy sẽ thuận lợi. Sau quá trình sấy thăng hoa, sản phẩm sẽ được đem nghiền và rây theo kích thước hạt. Tạo hạt (agglomeration) Mục đích công nghệ: hoàn thiện Khi sấy dịch cà phê cô đặc theo phương pháp sấy phun, sản phẩm thu được thường rất mịn. Hạt bột mịn thường khó hòa tan. Do đó sau quá trình sấy phun, hạt bột cà phê được tạo hạt, làm cho kích thước hạt tăng lên bằng cách kết hợp các hạt nhỏ lại với nhau. Các biến đổi của nguyên liệu Trong quá trình tạo hạt, biến đổi quan trọng nhất là hiện tượng hấp phụ ẩm và sự tương tác bề mặt của các hạt nhỏ. Khi đó, sẽ diễn ra quá trình hydrate hóa của các cấu tử ở bề mặt hạt. Các cấu tử đã hydrate hóa ở bề mặt giữa các hạt sẽ tương tác với nhau làm cho các hạt liên kết với nhau. Lực liên kết chủ yếu là tương tác Van der Waals hoặc lien kết hydro. Các khối hạt sau khi hình thành sẽ được sấy khô trở lại với độ ẩm theo yêu cầu của sản phẩm. Phương pháp thực hiện Quá trình tạo hạt cà phê hòa tan được chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn làm ẩm tạo hạt và giai đoạn sấy hoàn thiện. Quá trình làm ẩm tạo hạt có thể thực hiện bằng 2 phương pháp. Phương pháp thứ nhất là tạo hạt trong buồng tạo hạt có cấu tạo tương tụ như buồng sấy phun. Khác biệt là thay tác nhân sấy bằng không khí ẩm, có thể bổ sung hương cà phê thu được từ quá trình tách hương và thay cơ cấu phun sương bằng cơ cấu thổi hạt. Phương pháp thứ 2 là tạo hạt trong thiết bị tầng sôi. Sau giai đoạn tạo hạt, các nhà sản xuất cần thực hiện giai đoạn sấy để hiệu chỉnh độ ẩm sản phẩm thường được sử dụng là phương pháp sấy khí động, tác nhân sấy là không khí khô. Phối trộn Mục đích công nghệ: hoàn thiện Quá trình phối trộn nhằm mục đích bổ sung các nguyên liệu phụ như đường, sữa bột, các loại bột kem… vào bột cà phê để cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm. Phương pháp thực hiện Quá trình phối trộn có thể thực hiện bằng thiết bị trộn thùng quay hoặc thiết bị trộn trục vít. Quá trình tẩm hương liệu (các loại hương có nguồn gốc từ cà phê hoặc có nguồn gốc khác) cũng có thể được thực hiện sau khi phối trộn các nguyên liệu phụ. Thông thường giai đoạn này chỉ phối trộn các hương tan trong dầu mà thôi. Còn các loại hương tan trong nước thì được phối trộn trong quá trình tạo hạt, trước giai đoạn sấy hoàn thiện. Bao gói Mục đích công nghệ: hoàn thiện Đối với cà phê hòa tan cần chú ý hiện tượng hút ẩm của cà phê bột thành phẩm. Khi độ ẩm đạt tới 7– 8% thì bột cà phê đó có thể kết dính lại với nhau. Do đó bột cà phê cần nhanh chóng bao gói sau qua trình phối trộn. Phương pháp thực hiện Cà phê hòa tan thường được bao gói bằng các vật liệu plastic, bên trong có tráng một lớp nhôm mỏng. Quá trình bao gói có thể được thực hiện trên các thiết bị hoạt động theo nguyên tắc liên tục và tự đông hóa. Với cà phê có độ ẩm 4 – 5%, nếu bảo quản ở nhiệt độ thường, lượng O2 của khí trong bao bì 21% (v/v) thì thời gian bảo quản kéo dài tới 2 năm. Sản phẩm cà phê hòa tan Hiện nay trên thị trường, cà phê hòa tan được tiêu thụ với nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau và được chia lam hai nhóm cà phê hòa tan nguyên chất và cà phê hòa tan có phối trộn. Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng sản phẩm cà phê hòa tan phụ thuộc vào từng nhà sản xuất cụ thể và yêu cầu người sử dụng. Các chỉ tiêu đó bao gồm: Các chỉ tiêu hóa lý + Kích thước hạt + Độ xốp + Tỷ trọng + Khả năng hòa tan + Độ ẩm: nhỏ hơn 5% (w/w) + Các thành phần hóa học cơ bản: carbohydrate, lipid, protein, khoáng, caffeine. Các chỉ tiêu cảm quan: mùi, vị, màu sắc nước pha, sự tiện lợi của bao bì sử dụng. Hiện nay, với tốc độ phát triển kinh tế xã hội ngày càng cao, thời gian dành cho việc chế biến ở quy mô gia đình đối với loại sản phẩm mang tính tiêu khiển cao như cà phê sẽ bị hạn chế. Do đó, yêu cầu về sản phẩm cà phê hòa tan sẽ ngày càng tăng về chất và lượng. 2.2.4 Quy trình sản xuất cà phê lon [7][12] 2.2.4.1 quy trình công nghệ sản xuất cà phê lon Hình 2.19 cà phê lon cà phê bột Trích ly Lọc Nước bã Làm lạnh bã Phối trộn Phụ gia Bài khí Rót lon, ghép mí CO2 Tiệt trùng Bảo ôn Sản phẩm Hình 2.20. Quy trình công nghệ sản xuất cà phê lon 2.2.4.2 Thuyết minh quy trình Trích ly : Bản chất: Quá trình trích ly là sự rút chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất hòa tan khác gọi là (dung môi) nhờ quá trình khuếch tán giữa các chất có nồng độ khác nhau Trong sản xuất cà phê hòa tan, người ta sử dụng quá trình trích ly lỏng – rắn. Đây là quá trình tách các chất hòa tan trong bột cà phê bằng nước nóng nhờ sự khuếch tán của các chất dễ hòa tan giữa hai pha. Động lực của quá trình là sự chênh lệch nồng độ chất hòa tan giữa hai pha. Vật liệu: • Pha rắn: cà phê bột • Pha lỏng: nước nóng Mục đích: Khai thác: Quá trình này nhằm khai thác các chất hòa tan trong bột cà phê. Đây là giai đoạn quan trọng, quyết định đến chất lượng, hương vị và cả sản lượng dịch trích cà phê . Các biến đổi : Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch và bã cà phê. Hóa lý: - Độ ẩm của bột cà phê tăng - Độ nhớt dung dịch tăng - Có sự chuyển pha của các chất rắn hòa tan trong cà phê thành lỏng. - Có sự thất thoát các cấu tử mùi. - Một phần protein bị kết tủa do biến tính bất thuận nghịch. Hóa học: - Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong hai pha; - Phản ứng phân hủy của một số chất nhất là các chất mùi là các rượu, ester, cetone… không bền. - Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa. - Sự thủy phân một số chất (đường, protein, hemicellulose). Cắt những polysaccharide mạch dài thành những polymer mạch ngắn có khả năng hòa tan. - Sự giải phóng của một vài thành phần được giữ bởi thành tế bào, ngay cả những liên kết hóa trị, có lẽ cũng diễn ra, như là một số arabinogalactan. - Tất cả những thành phần trong cà phê rang đều được trích ly, ngoại trừ cellulose, lignin và 1 số polysaccharide mạch dài.