Công nghệ sản xuất cà phê đóng lon

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>LỜI MỞ ĐẦU</b>

Cà phê đã xuất hiện từ rất lâu trên thế giới, mặc dù nguồn gốc thực sự của nó vẫn chưa rõ ràng. Người Oromo, tổ tiên của những người Ethiopia ngày nay được tin rằng là những người đầu tiên khám phá ra tác dụng tích cực của cà phê. Câu chuyện vào năm 850 của Kaldi, một người 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. Người ta đã biết ngâm cà phê trong nước nóng để uống giúp chống lại được cơn buồn ngủ vào ban đêm. Cà phê chỉ được thưởng thức như một văn hóa thức uống vào thế kỷ 15, khi những những người Arab đã biết rang, nghiền cà phê rồi pha trong nước nóng. Đến thế kỷ 16, cà phê lan đến Trung Đông, Ba Tư, Bắc Phi, rồi sang Ý, châu Âu và châu Mỹ, trở thành một loại thức uống phổ biến trên tồn thế giới như ngày nay.

Cà phê hịa tan sử dụng ngay được nghiên cứu từ những năm 1901 bởi Satori Kato, một nhà khoa học Nhật Bản. Một ưu điểm của nó chính lạ sự nhanh chóng trong q trình chuẩn bị. Cà phê hịa tan cũng có thể được 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 được thương mại hóa vào năm 1938 với thương 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 dưỡng, bột nêm và nước chấm…

Cà phê đóng lon là một sáng tạo của người 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, người thưởng thức cà phê khơng có nhiều lựa chọn để uống cà phê khi đi ra ngoài, hoặc khi đứng đợi tàu… Ông Ueshima, một trong những người 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 đưa ra đó là đóng lon cà phê.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>Một số sản phẩm cà phê đóng lon uống liền trên thị trường hiện nay:</b>

Sản phẩm NESCAFÉ lon có dung tích 180ml, đóng trong thùng carton 30 lon và có mức giá bán lẻ đến tay người tiêu dùng là 7000 đồng/lon. Sản phẩm chính thức có mặt trên thị trường TP. Hồ Chí Minh từ

Cà phê Blue Mountain Blend Mr.Brown lon 240ml

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>CHƯƠNG 1: NGUYÊN LIỆU</b>

Hiện nay đã xác định được 21 lồi trong giống Coffea, tuy nhiên chỉ có 3 lồi được trồng phổ biến trên thế giới là: Coffea arabica, Coffea canephora, Coffea excelsa. 1.1.1.1 Cà phê chè (cà phê Arabica) :

 Nguồn gốc ở cao nguyên Jimma, thuộc nước Ethiopia, vùng nhiệt đới ở phía đơng Châu Phi. Gồm các chủng như : Typica, Bourbon, Moka, Caturra, Catuai, Catimor… Đây là cà phê được trồng lâu đời nhất và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vì thơm ngon, dịu (chiếm 70% sản lượng cà phê trên thế giới). Hàm lượng 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 thc loại quả thịt, hình trứng, khi chín có màu đỏ tươi ( chủng Caturra amrello cho quả màu vàng ). Hạt cà phê hình trịn 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 ưa nơi mát và hơi lạnh, thích hợp 18 – 25<small>0</small>C, thích hợp nhất là từ 10 – 20<small>0</small>C. Cà phê thường trồng ở miền núi có độ cao từ 600 - 2500m. Các nước trồng cà phê chè có hương vị thơm ngon như : Kenya, Tazania, Ethiopia, Colombia…thường trồng ở nơi có độ cao 800m trở lên.

1.1.1.2 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 lượng 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 lưỡi mác , mũi nhon, phiên lá gợn sóng. Quả hình trịn hoặc hình trứng,núm quả nhỏ. Trên có nhiều gân dọc, quả chín có màu đỏ hoặc hồng. Kích thước hạt nhỏ

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

hơn hạt cà phê Arabica. Hạt có dạng hình trịn, dày, mù xanh bạc, xanh lụa hoặc xanh nâu tùy chủng loại và cách chế biến.

 Cà phê vối không tự thụ phấn được, điều này dẫn tới sự đa dạng ở vườn cà phê vối trồng bằng hạt. Cà phê vối thích nơi nóng ẩm, nhiệt độ thích hợp nhất là 24-26<small>0</small>C. 1.1.1.3 Cà phê mít ( cà phê Excelsa hay cà phê Chari)

 Nguồn gốc ở xứ Ubangui-Chari, xứ Biển Hồ Sát, sa mạc Sahara, thường gọi cà phê Chari. Hàm lượng caffeine trong hạt 1,02-1,15%.

 Cây cao từ 6-15m, lá to, hình trứng hoặc hình lưỡi 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 lượng nước uống ít được ưa chuộng.

<b>Cà phê nhân được sử dụng trong sản xuất cà phê đóng lon là cà phê Robusta vì các lí do</b>

sau:

 Hàm lượng chất khơ hịa tan trong cà phê Robusta cao hơn cà phê Arabica, do đó , lượng sản phẩm thu hồi được nhiều hơn.

 Hàm lượng caffeine trong cà phê nhân Robusta thường trong khoảng 2% (chất khô) cao hơn hàm lượng caffeine trong cà phê nhân Aribica ( khoảng 1.2 % chất khô ).

 Giá thành cà phê Robusta thấp hơn cà phê Aribica.

<b>Bảng 1.1: Thành phần hóa học cà phê nhân.</b>

<b>Thành phần (% chất khô)ArabicaRobusta</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>1.1.2 Chỉ tiêu chất lượng cà phê nhân </b>

Các chỉ tiêu chất lượng của cà phê nhân: do sự đa dạng về sản phẩm theo thị hiếu của người 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 lượng cà phê nhân , người ta thường dựa vào các chỉ tiêu sau đây:

 Độ ẩm: thường nhỏ hơn 13%(w/w).

 Kích thước hạt :dựa vào số lượng hạt qua các lỗ sàng có kích thước theo bộ tiêu chuẩn cuả ISO về kích thước lỗ sàng.

 Tỷ trọng và khối lượng của 100 hạt.

 Số lượng lỗi có trên 100 hạt ( các lỗi như màu sắc không đạc trưng, sâu bọ ,hạt non,các tổn thương do quá trình chế biến…).

 Hàm lượng 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.

<i>Tiêu chuẩn chọn cà phê nhân: </i>

Đây là tiêu chuẩn của công ty đầu tư xuất nhập khẩu Daklak - Inexim Daklak cho cà phê nhân sống chất lượng 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.

<b>1.2 Nước </b>

Nước 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 lượng nước ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm.

<b>Bảng 1.2: Chỉ tiêu chất lượng nước uống và chế biến thực phẩm</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Đường là chất phụ gia tạo vị dùng để bổ sung vào sản phẩm. Đường làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm và kích thích dịch vị. Đường có tác dụng tạo độ ngọt nhằm điều chỉnh hài hoà độ ngọt, vị đắng , mùi hương đặc trưng cà phê. Bổ sung đường làm tăng nồng độ chất tan và có khả năng giữ các chất thơm trong sản phẩm. Ngồi ra đường cịn có tác dụng cung cấp năng lượng cho cơ thể (4,1 kcal/1g đường).

Đường sử dụng trong sản xuất cà phê đóng lon là đường tinh luyện RE (99,8% là đường saccharose).

<b>Bảng 1.3: Tiêu chuẩn đường sử dụng.</b>

Ngoại hình Tinh thể tương đối đồng đều khơng vón cục. Mùi vị Tinh thể hay dung dịch đều có vị ngọt khơng mùi vị lạ. Màu sắc Tất cả tinh thể đều trắng óng ánh.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>1.4 Hương liệu </b>

Hương liệu là một trong những nguyên liệu làm tăng giá trị cảm quan của cà phê, tuy chỉ chiếm số lượng nhỏ nhưng nó góp phần cải thiện hương vị cũng như tạo ra sự đa dạng cho sản phẩm cà phê.

Yêu cầu của hương liệu :

 Phải nằm trong danh mục những chất phụ gia được bộ Y tế cho phép sử dụng trong trong thực phẩm.

 Phải hòa tan tốt.

 Phải có độ tinh khiết cao, khơng chứa các tạp chất như: thủy ngân, asen, chì, urani…

Bảng 1.4: Một số hương liệu trên thị trường cho sản phẩm cà phê.

Coffee 592025T ^{Mùi thơm và bốc theo kiểu cà phê “Đơng Đức” hơi nồng rượu rhum}_{và có hậu vị mạnh.} Coffee 374816FE ^{Hương 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 ^{Hương thơm cà phê rang chín kết hợp với vị cà phê ủ men kiểu}_{“Santos”ở Brazil.} Coffee 71223LD ^{Hương cà phê Moka đặc trưng mùi thơm cà phê rang vừa chín với}_{hương thơm nồng nàn.} Coffee D4161 ^{Mùi cà phê nhẹ làm nền ổn định và khử mùi không mong muốn khi}

<b>1.5 Chất bảo quản </b>

Trong quá trình bảo quản cà phê đóng lon, cần sử dụng thêm một lượng chất bảo quản nhằm ngăn chặn sự lên men và nấm mốc phát triển. Chất bảo quản phải đảm bảo sự tinh khiết và lượng sử dụng không vượt quá mức tối đa qui định tiêu chuẩn. Chất bảo quản thường 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 lượng acid benzoic và sodium benzoate tối đa sử dụng trong sản xuất là 1000mg/kg sản phẩm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT</b>

<b>2.1 Làm sạch</b>

2.1.1 Mục đích: chuẩn bị.

 Tách các tạp chất như: lá, vỏ cà phê, đá cát, kim loại... ra khỏi nguyên liệu.  Ngồi ra cịn phân loại cà phê theo kích thước, tỷ trọng.

2.1.2 Các biến đổi của nguyên liệu:

Chủ yếu là các biến đổi vật lý: hàm lượng tạp chất giảm, nguyên liệu sẽ đồng đều hơn về kích thước và tỷ trọng.

2.1.3 Thiết bị: các bước của quá trình sử dụng các thiết bị khác nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

 Phân loại dựa trên sự khác biệt về kích thước: bước này dùng sàng thực hiện, thông thường thực hiện trên hai sàng nối tiếp, hạt cà phê có đủ kích thước sẽ được 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 lượng nhỏ sẽ bị khí lơi cuốn đi.

 Tách kim loại: sử dụng thiết bị tách từ để tách kim loại có từ tính. 2.1.4 Thơng số cơng nghệ:

Kích thước lỗ sàng của hai sàng, tốc độ khí động phụ thuộc vào từng loại cà phê nguyên liệu.

<b>2.2 Rang</b>

Rang là q trình gia cơng nhiệt cho cà phê, sử dụng khơng khí nóng. 2.2.1 Phân loại: Q trình rang cà phê có thể được phân loại như 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.

2.2.2 Mục đích:

- Khai thác: rang là một q trình quan trọng và quyết định chất lượng của dịch cà phê sau này. Dưới tác dụng của nhiệt đọ các phản ứng hóa học xẩy ra tạo màu sắc và hương vị cho sản phẩm.

- Chuẩn bị: tạo ra các biến đổi có lý hạt cà phê làm cho nghiền cà phê về sau được thực hiện dễ dàng hơn. Sau ràn hạt cà phê có độ bền cơ học giảm, độ giòn tăng lên.

2.2.3 Các biến đổi của nguyên liệu: - Vật lý:

 Nhiệt độ của hạt cà phê tăng cao do tác nhân nhiệt cung cấp.  Các hạt cà phê trương nở làm giảm khối lượng, tỷ trọng.

 Có sự thay đổi màu sắc của hạt cà phê do có một số phản ứng tạo màu xảy ra: Mailard, caramel,...

 Thay đổi về cấu trúc, biến đổi cơ lý của hạt: giòn hơn, cứng hơn,...  Hàm lượng mẩm sẽ giảm do có sự bốc hơi nước.

- Hóa lý: xẩy ra hiện tượng bốc hơi nước, các chất dễ bay hơi.

- Hóa học: những biến đổi này rất quan trọng vì sẽ tạo hương, màu cho cà phê: các phản ứng Mailard, caramel, thủy phân trigoelline, oxi hóa lipid, thủy phân phenolic, nhiệt phân,...

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

- Hóa sinh và vi sinh: vi sinh vật, enzyme có trong hạt sẽ bị tiêu diệt, vô hoạt ở nhiệt độ cao.

2.2.4 Thiết bị:

Sử dụng thiết bị rang cà phê dạng chén quay: thiết bị gồm một thùng quay được gắn với một trục động cơ. Tác nhân rang là khơng khí nóng có thể tuần hồn và khơng tuần hồn. Ta cũng có thể gia nhiệt trực tiếp bằng vỏ thùng.

<i>Thiết bị rang dạng chén quay</i>

2.2.5 Thông số công nghệ:

 Nhiệt độ của không khí sử dụng rang là: 180-260<small>0</small>C. Ta phải giảm tốc độ gia nhiệt khi nhiệt đọ đạt 170<small>0</small>C. Vì nhiệt lượng tỏa ra rất lớn từ phẩn ứng nhiệt phân trong hạt khi hạt đạt tới nhiệt độ này.

 Độ ẩm trong hạt sau khi rang phải đạt: 1-2%.

 Thông thường, thời gian rang cà phê không vượt quá 1h.

Cà phê sau q trình rang có nhiệt độ cao làm cho các hợp chất tạo hương mới sinh ra tiếp tục bay hơi làm thất thốt hương. Vì vậy để tránh tốn thất hương, cần làm nguội nhanh sản phẩm.

<b>2.3 Xay</b>

2.3.1 Mục đích: chuẩn bị.

Làm giảm kích thước hạt cà phê, phá vỡ cấu trúc vốn có của cà phê rang, để tạo điều kiện cho q trình trích ly được thực hiện dễ dàng.

2.3.2 Các biến đổi của nguyên liệu: - Vật lý:

 Giảm kích thước hạt.

 Hơi, khí CO<small>2</small> thoát ra làm giảm khối lượng và tăng khối lượng riêng. Xẩy ra tách phần lớp vỏ mà quá trình rang chưa xẩy ra.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

2.3.3 Thiết bị: sử dụng thiết bị nghiền trục.

Bộ phận chính của thiết bị là các cặp trục nghiền có đường kính bằng nhau, bằng thép không rỉ quay ngược chiều nhau. Lõi của hai trục được gắn cơ cấu lò xo để tránh quá tải. sau quá trình nghiền, bột cà phê được đi qua rây phân loại. Thành phần có kích thước khơng đạt u cầu sẽ hồn lưu nghiền lại.

<i>Máy nghiền trục có răng</i>

2.3.4 Thơng số cơng nghệ:

Tốc độ quay của trục nghiền khoảng 50-900 vịng/phút.

<b>2.4 Trích ly</b>

2.4.1 Mục đích: Khai thác

Q trình trích ly nhằm mục đích khai thác các chất hoà tan và các chất tạo hương cho cà phê . Trích ly là một trong những công đoạn quan trọng, ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất sử dụng cà phê cũng như đến chất lượng cà phê

2.4.2Các biến đổi của nguyên liệu

- Vật lý và hố lý: q trình trích ly có bản chất là một q trình hố lý, trong đó xảy ra hiện tượng khuếch tán của vật chất:

+ Sự khuếch tán của nước từ ngoài vào hạt.

+ Sự khuếch tán của các chất hồ tan từ ngun liệu vào dung mơi.

+ Pha rắn (các hạt bột cà phê): hạt bột cà phê sẽ hút ẩm, sẽ trở nên dai, mềm và nén được. + Pha lỏng (dịch trích cà phê): tỷ trọng và độ nhớt của dịch trích cà phê sẽ tăng lên do nồng độ chất khơ trong dịch trích tăng lên theo thời gian.

+ Sự bay hơi nước làm cuốn theo các hợp chất dễ bay hơi (đặc biệt là các hợp chất tạo hương).

- Hóa học

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

+ Nồng độ trích ly trong dịch trích sẽ dần tăng lên theo thời gian. Nồng độ chất khơ trong dịch trích cuối cùng có thể đạt đến 20-25% (w/w).

+ Ở nhiệt độ cao sẽ làm tổn thất các cấu tử hương, đồng thời diễn ra các phản ứng tạo màu.

+ Thuỷ phân hợp chất cao phân tử như: cellulose và hemicellulose.

Tất cả những thành phần trong cà phê rang đều được trích ly, ngoại trừ cellulose, lignin và 1 số polysaccharide mạch dài. Nhiệt độ nước 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.

2.4.3Các yếu tố ảnh hưởng :

- Sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha: đây chính là động lực của q trình. Khi chênh lệch nồng độ lớn thì hiệu quả trích ly càng cao, thời gian giảm, lượng dung môi giảm.

- Tính chất vật liệu (độ xốp, tính thấm nước).

- Thời gian trích ly: thời gian càng dài thì trích ly càng triệt để. Nhưng nếu cà phê tiếp xúc với nước nóng q 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 nước: diện tích tiếp xúc càng lớn thì q trình trích ly càng triệt để nhưng nếu bột cà phê q 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. Nhưng nhiệt độ quá cao sẽ dẫn tới những phản ứng bất lợi cho hương vị, màu sắc của cà phê nên việc tăng nhiệt độ phải có giới hạn.

2.4.4Thiết bị:

Thiết bị trích ly gián đoạn, ngược chiều, nhiều bậc. Đây là phương 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 nước theo yêu cầu.

Cà phê bột được đổ đầy vào các bình (1), (2), (3),... (5), nước nóng được bơm lần lượt vào các bình từ (1), (2), (3),... và dịch trích ly được lấy ra ở bình (5).. Khi vật liệu trong bình (1) đã được trích ly triệt để, bình này được tách ra khỏi hệ thống để tháo bã, rửa và nạp cà phê mới. Bình (6) đã được nạp cà phê bột mới được nối vào sau bình (5). Lúc này, nước được đưa vào bình (2), dung dịch được lấy ra ở bình (6).

</div>