Luận Văn Quy trình sản xuất cà phê hòa tan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM
KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH,
5/2012

MỤC LỤC

I. NGUYÊN LIỆU 8
1. Cà phê nhân 8
1.1 Thành phần hóa học 8
1.2 Tiêu chuẩn cà phê nhân .10
2. Nước 14
3. Bột sữa gầy .15

II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HOÀ TAN .17

1. Quy trình I .18
2. Quy trình II .19
III. THUYẾT MINH QUY TRÌNH 20
A. Quy trình I: .20
1. Làm sạch .20
1.1 Mục đích : Chuẩn bị 20
1.2 Các biến đổi 20
1.3 Phương pháp thực hiện 20
1.4 Thiết bị 21
2. Phối trộn 22
2.1 Mục đích: hoàn thiện 22
2.2 Các biến đổi 22
2.3 Phương pháp thực hiện 22
2.4 Thiết bị 22
Máy trộn thùng quay .22
3. Rang .23
3.1 Mục đích: chế biến và bảo quản 23
3.2 Các biến đổi 23
3.3 Phương pháp thực hiện: 28
3.4 Thiết bị: .29
4. Nghiền .29
4.1 Mục đích: chuẩn bị 29
4.2 Các biến đổi 29
4.3 Phương pháp thực hiện 30
4.4 Thiết bị: .30

5. Trích ly 31
5.1 Mục đích: Khai thác 31
5.2 Các biến đổi : 31
5.3 Phương pháp thực hiện 32
5.4 Thiết bị: .32
6. Xử lý dịch chiết .34
6.1 Mục đích: chuẩn bị và hoàn thiện 34
6.2 Các biến đổi 34
6.3 Phương pháp thực hiện 34
6.4 Thiết bị 34
7. Tách hương: .35
7.1 Mục đích: khai thác .35
7.2 Phương pháp thực hiện: 35
7.3 Thiết bị: .36
8. Cô đặc b?c h?i .36
8.1 Mục đích: Khai thác 36
8.2 Các biến đổi 36
8.3 Phương pháp thực hiện 37
8.4 Thiết bị: .35
9. Sấy Phun 35
9.1 Mục đích: hoàn thiện 35
9.2 Các biến đổi 35
9.3 Phương pháp thực hiện 36
9.4 Thiết bị 37
10. Tạo hạt (Agglomeration) 39
10.1 Mục đích: hoàn thiện 39
10.2 Các biến đổi 39
10.3 Phương pháp thực hiện .39
11. Phối trộn 40
11.1 Mục đích: hoàn thiện 40
11.2 Phương pháp thực hiện và thiết bị 40
12. Bao gói 40
12.1 Mục đích: Hoàn thiện và Bảo quản .40
12.2 Các biến đổi 40
12.3 Phương pháp thực hiện .40
12.4 Thiết bị 41
B. Quy trình 2 42
1. Sấy thăng hoa 42
1.1 Mục đích: ch? bi?n, b?o qu?n 42
1.2 Các biến đổi 42
1.3 Phương pháp thực hiện 42
1.4 Thiết bị .44
2. Nghiền 46
2.1 Mục đích: hoàn thiện 46
2.2 Các biến đổi 46
2.3 Phương pháp thực hiện: 46
2.4 Thiết bị: .47

III. SO SÁNH 2 QUY TRÌNH .47
IV. SẢN PHẨM CÀ PHÊ HÒA TAN 48

1. Các chất tạo nên hương vị cà phê 48

1.1 Nhóm chất dễ bay hơi .48

1.2 Nhóm chất không bay hơi .50
2. Những thay đổi của hương cà phê trong quá trình chế biến .52
3. Chất lượng của cà phê hoà tan .53
3.1 Những nhân tố góp phần tạo hương tốt hơn cho cà phê 53
3.2 Đặc điểm kỹ thuật của cà phê hòa tan 53
3.3 Vấn đề về vệ sinh trong sản xuất cà phê 54

V. TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG CỦA CÀ PHÊ HÒA TAN 54

1. Yêu cầu về thành phần .55
2. Các chỉ tiêu khác .56
3. Bao bì và đóng gói 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO .57



DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Thiết bị sàng 2 tầng nối tiếp . 22
Hình 2: Đánh giá mức độ cảm quan của hạt cà phê khi rang 27
Hình 3: Thiết bị rang thùng quay liên tục . 29
Hình 4: Sơ đồ hoạt động của thiết bị trích ly gián đoạn . 33
Hình 5: Thiết bị làm lạnh dạng bản mỏng 34
Hình 6: Thiết bị ly tâm dạng đĩa 35
Hình 7: Thiết bị tách hương . 36
Hình 8: Cô đặc bằng thiết bị dạng màng rơi . 37
Hình 9: Thiết bị bốc hơi dạng màng rơi 35
Hình 10: Sơ đồ hệ thống sấy phun . 37
Hình 11: Đầu phun ly tâm 38
Hình 12: Thiết bị tạo hạt 40
Hình 13: Thiết bị bao gói cà phê hòa tan. . 41
Hình 14: Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa công nghiệp . 42
Hình 15:Bình thăng hoa . 45
Hình 16: Hạt cà phê sau sấy thăng hoa . 46
Hình 17: Máy nghiền trục 47





DANH MỤC BẢNG
B?ng 1: Thành phần hoá học cà phê nhân 10
B?ng 2: Phân hạng chất lượng cà phê nhân 11
B?ng 3: Tỉ lệ lẫn cà phê khác loại cho phép trong các hạng cà phê . 11
B?ng 4: Tổng trị số lỗi cho phép đối với từng hạng cà phê . 12
B?ng 5: Trị số lỗi quy định cho từng loại khuyết tật 12
Bảng 6: Tiêu chuẩn nước dùng trong công nghiệp thực phẩm . 14
Bảng 7: Các chỉ tiêu cảm quan của sữa bột gầy . 15
Bảng 8: Chỉ tiêu hoá lý của sữa bột gầy . 15
Bảng 9: Hàm lượng kim loại nặng của sữa bột 15
Bảng 10: Chỉ tiêu vi sinh vật của sữa bột . 16
Bảng 11: Chỉ tiêu cảm quan của đường tinh luyện . 16
Bảng 12: Chỉ tiêu hoá lý đường tinh luyện . 16
Bảng 13: Chỉ tiêu vi sinh vật của đường tinh luyện 17
Bảng 14: Chỉ tiêu về dư lượng SO2 và kim loại nặng trong đường tinh luyện 17
B?ng 15: Cỡ sàng sử dụng cho cà phê chè và cà phê vối 20
B?ng 16: Cỡ sàng và kích thước lỗ sàng [TCVN 4807: 2001 (ISO 4150:1991)] . 20
B?ng 17: Sự tổn thất chất khô theo mức độ rang 24
B?ng 18: Hàm lượng chất khô hoà tan trong cà phê nhân và cà phê rang 25
Bảng 19: Đánh giá mức độ cảm quan so với mức độ rang 28
B?ng 20: Sự thay đổi thành phần hương cà phê trong quá trình chế biến . 52
B?ng 21: Đặc điểm kỹ thuật của cà phê hoà tan 53
B?ng 22: Chỉ tiêu chất lượng cà phê hòa tan 55
B?ng 23: Yêu cầu về thành phần cà phê hoà tan . 55



I. NGUYÊN LIỆU
1. Cà phê nhân
1.1 Thành phần hóa học
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 alkaloid
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 alcaloid 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.