nghiên cứu chế biến cà phê hòa tan

Trang 1
MỤC LỤC
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ
1. Phân loại
2. Cấu tạo quả cà phê
3. Thành phần hóa học cà phê nhân (arabica)
4. Tiêu chuẩn cà phê nhân
II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
1. Làm sạch
2. Phối trộn
3. Rang
4. Xay
5. Trích ly
6. Xử lý dòch chiết
7. Cô đặc
7.1) cô đặc bốc hơi (qui trình I)
7.2) cô đặc kết tinh (qui trình II)
8. Sấy
8.1) sấy phun
8.2) sấy thăng hoa
9. Tạo hạt (Agglomeration)
10. Bao gói
III. SO SÁNH 2 QUY TRÌNH
IV. SẢN PHẨM CÀ PHÊ HÒA TAN
1. Giới thiệu sản phẩm
4. Chất lượng của cà phê hoà tan
V. TIÊU CHUẨN CHẤT LƯNG CỦA CÀ PHÊ HÒA TAN
VI. THÀNH TỰU
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 2
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ

1. PHÂN LOẠI
1. ĐỊNH NGHĨA:
Cây cà phê thuộc lớp Magnoliopsida, bộ Rubiales, họ Rubiacae, giống Coffea, gồm
có 4 loài : Coffea arabica, Coffea canephora, Coffea liberica và Coffea stenophylla.
2. PHÂN LOẠI:
Trong nông nghiệp, cây cà phê được chia làm 3 loài như sau:
a. Cà phê chè (cà phê Arabica) :
Nguồn gốc ở cao nguyên Jimma, thuộc nước Ethiopia, vùng nhiệt đới ở phía đông
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, dòu (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, đầu nhọn, rìa lá quăn, xanh đậm. Quả cà phê thuộc loại quả thòt, hình
trứng, khi chín có màu đỏ tươi (chủng Caturra amarello có quả màu vàng), chiều dài 10 -
18mm, rộng 8 - 12mm. Hạt cà phê hình tròn dẹt, có màu xanh xám, xanh lục, xanh cốm tùy
theo giống và điều kiện bảo quản, chế biến. Cây cà phê chè có đặc tính tự thụ phấn nên có
độ thuần chủng cao hơn các loại cà phê khác.
Cây cà phê chè ưa nơi mát và hơi lạnh. Phạm vi thích hợp 18 – 25
o
C, thích hợp nhất
là từ 10 – 20
o
C. Do yêu cầu như vậy nên cà phê thường trồng ở miền núi có độ cao từ 600 -
2500m. Các nước trồng cà phê chè có hương vò thơm ngon như : Kenya, Tazania, Ethiopia,
Colombia…thường trồng ở nơi có độ cao 800m trở lên.
b. Cà phê vối (cà phê Robusta) :
Nguồn gốc ở khu vực sông Công-gô, miền vùng thấp xích đạo và nhiệt đới Tây
Châu Phi, có rất nhiều chủng loại khác nhau về kích thước lá, độ gợn sóng của phiến lá,
màu sắc lá và quả, hình dạng quả…Song chủng loại được trồng phổ biến nhất ở các nước

trên thế giới là Robusta. 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, cây cao 8 - 12m, cành dài rủ xuống. Lá hình trứng hoặc
hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến lá gợn sóng mạnh. Quả hình trứng, núm quả nhỏ, trên quả
thường có nhiều gân dọc, quả chín có màu đỏ hoặc hồng.
Kích thước hạt thường nhỏ hơn cà phê chè, hạt có dạng hình tròn, dày, màu xanh
bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy chủng loại và cách chế biến. Tỉ lệ nhân trên quả cao hơn
cà phê chè.
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
o
C.
Trang 3
c. 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 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 màu xanh ngả vàng, vỏ lụa bám chặt vào hạt
khó làm tróc hết. Cà phê mít ít thơm, có vò chua, chất lượng nước uống ít được ưa chuộng.
3. CẤU TẠO QUẢ CÀ PHÊ:
Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng,
mềm mỏng có màu xanh hoặc đỏ. Vỏ cà phê
chè thượng mềm hơn so với vỏ cà phê vối và
cà phê mít.
 Lớp vỏ thòt: nằm dưới lớp vỏ quả.
Vỏ thòt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất
ngọt dễ xay xát hơn. Vỏ thòt cà phê mít cứng
và dày hơn so với cà phê chè.
 Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao
bọc xung quanh nhân. Vỏ thóc của cà phê

chè mỏng hơn và dễ dập hơn vỏ thóc của cà
phê mít và cà phê vối.
 Lớp vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy
thuộc loại cà phê. Vỏ lục của cà phê chè có màu trắng bạc, rất mỏng và dễ bong ral khỏi
hạt trong quá trình chế biến. Vỏ lụa cà phê vối màu vàng nâu nhạt. Vỏ lụa cà phê mít màu
vàng nhạt.
 Nhân cà phê: nằm trong cùng. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng, tế bào nhỏ,
trong chứa dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường có 1,2
hoặc 3 nhân, thông thường có 2 nhân.
Bảng 1: Tỉ lệ các thành phần cấu tạo các hạt cà phê (% theo quả tươi )
Các loại vỏ và
nhân
Cà phê chè (%)
Cà phê vối (%)
Vỏ quả
Lớp nhớt
Vỏ trấu
Nhân và vỏ lụa
43 - 45
20 - 23
6 - 7,5
26 - 30
41 - 42
21 - 22
6 - 8
26 - 29
4. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÀ PHÊ NHÂN (Arabica)
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.
oNước

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
Hình 1. Cấu tạo quả cà phê.
Trang 4
nhiều nhiên liệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê. Hàm lượng nước trong cà phê
sau khi rang còn 2,7% .
oChất 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.
oGlucid
Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần
nước uống mà chỉ cho màu và vò 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 bò
loại ra ngoài bã cà phê sau quá trình trích ly.
oProtein
Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng nó đóng vai trò quan trọng
trong việc hình thành hương vò 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 bò phân cắt, các acid amin được giải phóng tiếp tục tham gia
các phản ứng maillard, caramel tạo mùi và vò 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 vò khi bảo quản. Trong quá trình chế biến

chỉ có một phần protein bò phân giải thành acid amin, còn phần lớn bò biến thành hợp
chất không tan.
oLipid
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 bò 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 bò
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.
oCác alkaloid
Trong cà phê có các alkaloid 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.
Trang 5
Trigonelline (acid metyl betanicotic: C
7
H
7
NO
2
) là alcanoid 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 218
o
C. Tính chất đáng quý của trigonelline là dưới

tác dụng của nhiệt độ cao nó bò 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
vò trí quan trọng.
oChất thơm
Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy trong
hạt. Sự tích lũy chòu 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 bò bay hơi, biến đổi và dẫn đến hiện
tượng cà phê bò mất mùi thơm nên cần đựng trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh.
Trang 6
Bảng 2: Thành phần hoá học cà phê nhân
Thành phần hóa
học
Đơn vị g/100g
Thành phần
hóa học
Đơn vị
mg/100g
Nước
Chất béo
Đạm
Protein
Caffeine
Acid chlorogenic
Trigonelline
Tannin
Acid caffetanic

Acid caffeic
Pentosan
Tinh bột
Dextrine
Đường
Cellulose
Hemicellulose
Lignin
Tro
8 - 12
4 - 18
1,8 - 2,5
9 - 16
0,8 - 2
2 - 8
1 - 3
2
8 - 9
1
5
5 - 23
0,85
5 - 10
10 - 20
20
4
2,5 - 4,5
Ca
P
Fe

Na
Mn
Rb, Cu, F
85 – 100
130 - 150
3 - 10
4
1 - 45
Vết
5. Nước :
Nước là nguyên liệu chính thứ hai để sản xuất cà phê trích ly. Thành phần hoá
học và chất lượng nước ảnh hưởng trược tiếp đến quá trình kó thuật và ảnh hưởng rất
lớn đến chất lượng sản phẩm.
Bảng các chỉ tiêu của nước trong quá trình xử lý ( TCVN 6096-1995):
Vò trí mẫu
Tên chỉ tiêu
Mức chất lượng
PH
6,5-8
Nước qua cột khử
cứng
Độ cứng
<20 ppm
PH
6,6-8
Fe
 0,3ppm
Tổng cứng
 105ppm
Tổng kiềm

 50ppm
Độ dẫn điện
< 150ppm
Mùi vò
Không
Độ đục, đơn vò SiO
2
< 5
Nước qua lọc tinh
Màu theo thang Coban
< 5
Trang 7
Nước sử dụng trong quá trình trích ly có thể sử dụng trực tiếp bất kì nguồn nước
nào. Nhưng khi nguồn nước là nước cứng do muối Canxi và Magiê thì phải làm mềm
trước khi sử dụng. Nước cứng không ảnh hưởng đến quá trình trích ly nhưng có thể
gây hư hỏng thiết bò truyền nhiệt và các thiết bò khác do lớp cáu cặn tạo thành.
6. Đường.
Đường là chất phụ gia tạo vò dùng để bổ sung vào sản phẩm. Đường làm tăng
giá trò dinh dưỡng của sản phẩm và kích thích dòch vò. Đường có tác dụng tạo độ ngọt
nhằm điều chỉnh hài hoà độ ngọt , vò 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.
Ngoài ra đường còn có tác dụng cung cấp năng lượng cho cơ thể (4,1 kcal/1g đường).
Đường sử dụng trong thực phẩm là đường tinh luyện RE (99,8% là đường
saccharose).
Bảng tiêu chuẩn đường tinh luyện (TCVN 6096-1995)
TT
Tính chất
Yêu cầu
1
Ngọai quan

Tinh thể đồng đều khô, không bò vón cục
2
Màu sắc
Tinh thể óng ánh, khi pha nước cho dung dòch
trong suốt, không cặn, không có vật thể lạ.
3
Mùi vò
Tinh thể hay dung dòch phải có vò ngọ thanh ,
không có vò lạ
4
Độ pol(%)
> 98,8
5
Độ màu
< 40
6
Hàm lượng tro(%)
0,01-0,02
7
Độ ẩm(%)
0,02-0,035
8
Đường khử (%)
0,02-0,035
9
Phản ứng tủa bông
trong môi trường
acid
Không có (từ 10 -3 ngày)
10

Phản ứng tủa bông
trong môi trường
cồn
Không có (trong 24 giờ )ø
II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
Cà phê hòa tan là một loại thức uống bắt nguồn từ cà phê. Nó xuất hiện đầu
tiên trên thò trường vào những năm 50 của thế kỷ 20. Từ đó, công nghiệp sản xuất cà
phê hòa tan đã phát triển rất mạnh, và trở thành một trong những loại thức uống phổ
biến nhất của cà phê được hàng triệu người trên thế giới ưa chuộng. Loại cà phê này
rất tiện lợi và dễ dàng sử dụng nhưng quy trình sản xuất thì rất phức tạp và đòi hỏi
chi phí cao.
Trang 8
Quy trình I sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân
Bao gói
Cà phê nhân
Xay
Trích ly
Xử lý dịch chiết
Bã
Làm sạch
Phối trộn
Rang
Nước
Tạo hạt
Cơ đặc bốc hơi
Hơi nước
Sấy phun
Cà phê khác
Sản phẩm
Trang 9

Quy trình II sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân
Trang 10
1. LÀM SẠCH
a. Mục đích
Chuẩn bò: tách tạp chất ra khỏi nguyên liệu, tạo nguồn nguyên liệu sạch để đưa vào
sản xuất.
b. Các biến đổi
Vật lý:
 Khối lượng của nguyên liệu giảm do các tạp chất được tách ra.
 Thay đổi về tỷ trọng.
c. Thiết bò
Nguyên liệu sau khi vào thiết bò được dẫn qua máy sàng 2 tầng. Tại đây, các tạp
chất có kích thước nhỏ hơn và các tạp chất có kích thước lớn hơn cà phê nhân được
tách ra.
Sau đó, nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất nhẹ lẫn trong cà phê nhân sẽ được hút ra
ngoài.
Từ đây, nguyên liệu được dẫn qua bộ phận nam châm quay để tách kim loại.
Cuối cùng, nguyên liệu đi qua máy tách đá và thoát ra ngoài.
d. Thông số công nghệ
2. PHỐI TRỘN
a. Mục đích
Hoàn thiện : phối trộn nhiều loại cà phê khác nhau về nguồn gốc để:
 Tạo nên hương vò mới do sự phối hợp hương vò của nhiều loại cà phê
 Hạ giá thành sản phẩm bằng cách tận dụng những loại cà phê chất lượng
thấp (đối với những loại cà phê chất lượng cao thì không có giai đoạn này)
 Giảm sự phụ thuộc của sản xuất vào sản lượng của từng mùa vụ
b. Các biến đổi
Trong giai đoạn này, các biến đổi trong bản thân từng hạt cà phê nhân hầu như
không xảy ra, chỉ có sự phân bố đồng đều các hạt trong toàn khối.
c. Thiết bò

Máy trộn thùng quay: Thùng chứa vật liệu được truyền động quay qua các trục được
gắn với thùng. Khi thùng quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, vật liệu trong thùng sẽ
được nâng lên và rơi xuống tạo sự đảo trộn trong khối vật liệu.
Các loại cà phê khác nhau sẽ được phối trộn lại với nhau theo một công thức nào đó
(do nhà sản xuất đặt ra) tạo nên hương vò đặc trưng riêng cho sản phẩm.
d. Thông số công nghệ
3. RANG
a. Mục đích
Chế biến: xảy ra các phản ứng hóa học, các biến đổi tạo ra hương vò đặc trưng của
cà phê.
Hoàn thiện:tạo hương cho sản phẩm
b. Các biến đổi
Trang 11
Vật lý:
 Giảm khối lượng do có sự tách vỏ lụa và tổn thất chất khô do phản ứng
thủy phân. Khối lượng hạo hụt từ 15%-20%, rang càng đậm thì tổn thất khối lượng
càng nhiều.
 Hạt cà phê phồng lên, tăng thể tích từng hạt cũng như thể tích của toàn
khối hạt.
 Sự thay đổi cấu trúc: cấu trúc hạt sẽ dòn và cứng hơn nhưng dễ vỡ
 Sự thay đổi nhiệt độ: sự tăng nhiệt độ.
 Sự thay đổi màu sắc của cà phê nhân, chuyển sang màu sáng nhạt đến
nâu đen tùy thuộc vào mức độ rang. Có thể xuất hiện các đốm đen do than hóa.
Càng rang “sâu” thì dầu từ bên trong thoát ra bề mặt càng nhiều, bề mặt hạt cà phê
càng bóng.
Hóa học:sự tổn hao chất khô
Các biến đổi tạo nên hương vò của cà phê
 Các phản ứng tạo hương, tạo màu: maillard, caramel…
 Các phản ứng phân hủy: strecker, của acid phenolic , lipid,…
 Giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: phenol, pyrazine, furfuryl

alcohol, acetic acid, cyclopentanol
 Protein bò phân hủy một phần hay toàn phần do nhiệt, hàm lượng cafein
cũng bò biến đổi .
 Trong quá trình rang, trigoneline sẽ mất đi một lượng lớn tạo thành các
sản phẩm gồm Nicotinic (niacin), Nicotiamide và các chất thơm dễ bay hơi như là
Pyridine và Pyrol.
Hóa lý:
+Sự bay hơi nước.
+Các cấu tử hương tạo thành bò bay hơi 1 phần
Hoá sinh:
+Sự vô hoạt các enzym có trong cafe
Sinh học:
Tiêu diệt hệ vi sinh vật
c. Thiết bò
Thiết bò rang liên tục hiệu Burns Thermalo
 Bộ phận rang: dạng tang trống được đục lỗ, Bên trong hình trụ có các
tấm dạng xoắn ốc ngăn tang trống ra thành các khu vực chứa cà phê.
 Bộ phận làm nguội: dạng tang trống được đục lỗ, ngăn cách với bộ phận
rang bằng một đóa đặt ở tâm hình trụ.
d. Thông số công nghệ
 có năng suất 3000lb/h, tốc độ quay 2 – 7 rpm tùy thuộc vào thời gian lưu
của nhân cà phê.
 Thời gian lưu: khoảng 7 phút ứng với tốc độ quay lớn nhất của bộ phân
rang, trong đó 5 phút là ở bộ phận rang, còn lại là ở bộ phận làm nguội.
 Nhiệt độ rang: 190
0
C -240
0
C.
 Vận tốc khí : 131-159cm/s.Nhiệt độ khí nóng khoảng 300-400 oC

Trang 12
 Quá trình rang được thực hiện ở áp suất thường.
4. XAY
a. Mục đích
 Chuẩn bò: Chia nhỏ hạt cà phê, làm vỡ các tế bào để tăng diện tích tiếp xúc,
nhờ đó quá trình trích ly được dễ dàng và triệt để hơn.
b. Các biến đổi
Vật lý:
 Sự giảm kích thước hạt của cà phê.
 Giảm khối lượng toàn hạt và tăng khối lượng riêng xốp lượng do khí
cacbonic, hơi nước và các chất dễ bay hơi tạo thành từ giai đoạn rang tiếp tục được
giải phóng .
 Sự gia tăng nhiệt độ do ma sát
 Sự tách tiếp tục lớp vỏ còn chưa được tách ra trong quá trình rang
Hóa học: Có một số phản ứng phân hủy, oxy hóa do nhiệt độ và bề mặt tiếp xúc tăng.
Hóa lý: Sự tăng diện tích bề mặt riêng, sự bay hơi của một số chất mùi.
Trang 13
c. Thiết bò
 Thiết bò xay trong công nghiệp được thiết kế gồm nhiều con lăn có tốc
độ quay khác nhau. Trên bề mặt các con lăn có các rãnh răng cưa: trên bề mặt con
lăn tốc độ cao có các răng cưa hình chữ U nằm nghiêng, còn trên bề mặt con lăn tốc
độ thấp có các răng cưa hình chữ U thẳng đứng. Hai con lăn 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 hơn.

d.Thông số công nghệ
 Lượng nước thêm vào trong giai đoạn này tốt nhất là khoảng 7%.
 Kích thước của bột cà phê ảnh hưởng đến quá trình trích ly do ảnh hưởng
đến độ giảm áp của dòng nước khi đi qua thiết bò trích ly. Để quá trình trích ly dễ
dàng, bột cà phê có đường kính khoảng 1000 – 2000μm (qua rây 8 mesh và trên rây

20 mesh).
5. TRÍCH LY
a. Mục đích:
Khai thác: Quá trình này nhằm khai thác các chất hòa tan trong bột cà phê. Đây là
giai đoạn quan trọng nhất, quyết đònh đến chất lượng, hương vò và sản lượng cà phê
hòa tan.
b. Các biến đổi
Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dòch và bã cà phê.
Hóa lý:
 Độ ẩm của bột cà phê tăng
 Độ nhớt dung dòch tăng
 Có sự chuyển pha của các chất rắn hòa tan trong cà phê thành lỏng.
 Có sự thất thoát các cấu tử mùi.
Trang 14
 Một phần protein bò kết tủa do biến tính bất thuận nghòch.
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, ceton… không bền;
 Phản ứng tạo màu.
 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 trò, 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. 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.
 Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa.

c.Thiết bò
+Thiết bò trích ly nhiều cấp (quy trình I)
+Thiết bò trích ly Hildebrandt(quy trình II)
Trang 15
+Thiết bò trích ly bộ lọcnhiều bậc gián đoạn (Percolation batteries extraction)
(quy trình I)
Thông số công nghệ: (sử dụng tại nhà máy cà phê Biên Hòa)
 p suất lò hơi: 16 – 18kg/cm
2
 Lưu lượng nước nóng: 250 – 280 l/h
 Mỗi bình làm việc chứa 70 kg cà phê
 Thời gian trích ly 1 bình: 45phút
 Dòch cà phê lấy ra bình cuối có áp suất 12 – 14 atm, nhiệt độä là 90 –
100
o
C.
 Nước được cung cấp ở nhiệt độ 180
o
C.
Trang 16
+Thiết bò trích ly Hildebrandt(quy trình II)
Bao gồm hai tháp hình trụ đứng được nối với nhau bằng một ống ngắn hơn nằm ngang.
Bên trong tháp và ống có các vít tải.
Cà phê bột được các vít tải chuyển từ đỉnh của tháp (1) – tháp thấp hơn – sang tháp
thứ (2) – tháp cao hơn –bã được lấy ra ở đỉnh của tháp thứ (2).
Nước nóng được đưa vào một cửa khác của tháp thứ (2) (thấp hơn cửa ra của bã) và
chảy dưới tác dụng của trọng lực ngược chiều chuyển động của bột cà phê. Nước dâng lên
ở tháp (1) và dòch chiết được lấy ra ở đỉnh tháp (1).
Ở cửa ra của dòch chiết có lưới ngăn để ngăn các hạt cà phê.
Ưu điểm: năng suất lớn (40 tấn/giờ), hiệu quả cao.

Nhược điểm: cấu tạo, hoạt động phức tạp, chi phí cao.
Thiết bò Hildebrandt
Thôngsốcôngnghệ
Tốc độ quay của các vít tải khoảng 10 vòng/phút.
6. XỬ LÝ DỊCH CHIẾT
a. Mục đích
Hoàn thiện: tách các chất ảnh hưởng xấu đến sản phẩm, làm trong dòch.
b. Các biến đổi
Vật lý:
 Thể tích và khối lượng giảm.
 Tỷ trọng giảm.
 Nhiệt độ giảm.
 Độ nhớt giảm.
Hóa lý:
Có sự kết tủa của các chất keo tụ.
Trang 22
c. Thiết bò
Quá trình xử lý dòch chiết được thực hiện qua 2 thiết bò:
 Thiết bò làm lạnh dạng bản mỏng: thiết bò này sử dụng nước lạnh để làm
lạnh dòch chiết về nhiệt độ 5
o
C.
 Thiết bò lọc khung bản: để tách cặn và các hợp chất keo tụ .
Nguyên lý làm việc thiết bò lọc :
Để tăng hiệu quả quá trình lọc ta có thể cho dòch chiết đã hoà bột trợ lọc qua
thiết bò để trải chất trợ lọc lên bề mặt lớp vải lọc, dòch chiết lúc này được hoàn lưu
trở lại nồi nấu, khi kiểm tra dòch chiết thấy trong hoàn toàn không còn cặn thì ngưng
hoàn lưu và cho qua thiết bò cô đặc.
Dòch chiết dưới tác dụng của áp suất 5 – 6at được đẩy vào các rãnh của khung
rồi vào khoảng trống bên trong khung. Dòch chiết sạch chui qua lớp vải lọc rồi chảy

theo các rãnh trên bề mặt bản, cuối cùng tập trung ở rãnh nằm ngang phía dưới và
theo van đi ra ngoài. Bã được bám vào bề mặt vải và ngày càng dày lên cho đến khi
khoảng trống của khung chứa đầy bã, lúc đó dòch chiết sẽ không chảy nữa, ngừng
cung cấp dòch chiết và tiến hành rửa bã.
d.Thông số công nghệ
Dòch chiết được làm lạnh về nhiệt độ 5
o
C.
7. CÔ ĐẶC
a. Mục đích
Chuẩn bò: quá trình cô đặc nhằm chuẩn bị cho quá trình sấy, nó làm tăng nồng độ
chất khô trong dòch chiết giúp giảm chi phí về năng lượng, giảm thời gian sấy, tăng
độ đậm đặc của sản phẩm.
 Có 2 phương pháp:
 Truyền thống: cô đặc bốc hơi trong nồi chân không ở nhiệt độ thấp
 Hiện đại: cô đặc kết tinh
1) Cô đặc bốc hơi (QUI TRÌNH I)
a. Các biến đổi
Vật lý:
 Màu cà phê sậm hơn.
Khi nồng độ tăng; tính chất dung dòch thay đổi phụ thuộc vào thời gian cô đặc là:
 Giảm: Hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt.
 Tăng: Khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi.
Hóa học:
 Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa.
 Phản ứng thủy phân một số các hợp chất cao phân tử.
Hóa lý:
 Một phần protein bò kết tủa do biến tính bất thuận nghòch.
 Giảm mùi thơm do các chất tạo mùi bay hơi.
Hóa sinh:

Trang 23
 Một số enzyme có thể bò vô hoạt hoặc giảm hoạt tính bởi nhiệt độ nên sẽ
làm giảm các phản ứng do enzyme xúc tác.
Sinh học:
 Một số vi sinh vật không chòu nhiệt có thể bò tiêu diệt hoặc bò ức chế.
c.Thiết bò
Tiến hành cô đặc bằng thiết bò dạng màng rơi.
Điểm quan trọng trong quá trình này là việc sử dụng nhiệt độ bốc hơi thấp để tránh
phá hủy dòch trích cà phê, và thiết bò bốc hơi nên có 3 hoặc 4 giai đoạn để tiết kiệm
năng lượng.
Vùng bốc hơi được vận hành dưới điều kiện chân không, có nghóa là quá trình bốc
hơi diễn ra tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ứng với áp suất khí quyển thông thường.
Chân không được tạo ra bằng bơm chân không trước khi khởi động thiết bò bốc hơi,
và được giữ bằng cách ngưng tụ hơi nước bằng nước lạnh.
 Thường sử dụng đối với sản phẩm sấy phun
Hình 19: Nguyên lý hoạt động của thiết bò bốc hơi dạng màng rơi
Trang 24
Hình 19: Thiết bò bốc hơi dạng màng rơi
 Chất lỏng được phân phối một cách đều đặn ở mặt trong của ống, chảy
xuống tạo thành một màng mỏng.
 Có nhiều ống được lắp đặt cạnh nhau tạo thành một chùm ống. Hai đầu
của chùm ống được cố đònh bởi 2 vỉ ống và toàn bộ chúng được bao bọc bởi một lớp
vỏ áo. Bộ phận như thế được gọi là calandria.
 Hơi nước được đưa vào bên trong lớp vỏ áo. Khoảng không gian giữa các
ống gọi là vùng gia nhiệt, mặt trong của ống được gọi là vùng bốc hơi.
 Chất lỏng đã được cô đặc và hơi nước ra khỏi calandria tại phần đáy. Tại
đó, phần lớn chất lỏng cô đặc sẽ được tháo ra. Phần được giữ lại sẽ đi vào bộ phận
tách hơi cùng với hơi nước. Sau khi tách hơi, phần chất lỏng này cũng được tháo ra
(thường sử dụng bơm giống như phần chính của dòch cô đặc tháo ra từ calandria).
Còn hơi sẽ rời khỏi bộ phận tách hơi tại đỉnh.

 Hơi gia nhiệt ngưng tụ tại mặt ngoài của ống và được tập trung dưới dạng
nước ngưng tại đáy của vùng gia nhiệt và cũng được tháo ra bằng bơm.
 Vì hơi thứ tạo ra từ dung dòch cô đặc còn chứa rất nhiều năng lượng, cho
nên người ta tận dụng nó để làm tác nhân gia nhiệt. Điều này được thực hiện bằng
Trang 25
cách thêm một calandria khác vào thiết bò bốc hơi. Calandria mới này có nhiệt độ
bốc hơi thấp hơn, làm việc như là một bình ngưng tụ hơi thứ từ calandria thứ nhất.
 Để đạt được sự khác nhau về nhiệt độ giữa sản phẩm và hơi nước trong
calandria thứ hai, vùng bốc hơi trong calandria được vận hành ở điều kiện chân
không cao hơn tương ứng với nhiệt độ thấp hơn đó.
d.Thông số công nghệ:
Dịch trích sau khi lọc đưa qua thiết bị cô đặc chân không, với nhiệt độ nằm khoảng
40
o
C, khi đó áp suất tuyệt đối 70mmHg, nồng độ chất khô đạt được từ 35-55% khối
lượng chất khô.
2) Cô đặc kết tinh (QUI TRÌNH II)
 Nước trong dòch trích sẽ bò đông thành những tinh thể đá tinh khiết, sau
đó sẽ được lọc, làm tan chảy và tháo ra ngoài
 Cô đặc kết tinh là một phương pháp mới và đã được chứng minh tính ưu
việt của nó về việc giữ được những hợp chất mùi so với những phương pháp khác
 Thiết bò
 Hệ thống gồm 3 bộ phận:
 Bộ phận kết tinh (Crystallization unit): có một hay nhiều bề mặt trao
đổi nhiệt có gắn các lưỡi nạo. Gồm 2 ống đồng trục lồng vào nhau, ống trong có
thân xoay cho chất lỏng đi qua. Sự truyền nhiệt diễn ra ở khoảng giữa 2 ống, tác
nhân gia nhiệt làkhông khí lạnh. Các lưỡi nạo ở bề mặt ống trong sẽ nạo lớp đá
khỏi thành.
 Bộ phận tái kết tinh (Recrystallization unit): đây như là một tank
phối trộn được gắn một hay nhiều màng lọc. Màng lọc này có nhiệm vụ ngăn các

tinh thể đá quay trở lại bộ phận kết tinh.
 Bộ phận rửa cột (Washcolumn): Tách tinh thể đá ra khỏi sản phẩm,
tái sử dụng tinh thể đá.
 Nguyên lý hoạt động:
Hình 21: Nguyên lý hoạt động của thiết bò cô đặc kết tinh
Chất lỏng được bơm vào bình làm lạnh, không khí lạnh sẽ lấy nhiệt từ dòch hòa tan
tạo nên các tinh thể đá. Các lưỡi nạo gắn ở thân ống trong sẽ nạo lớp đá ở thành.
Trang 25
Sau đó, tiếp tục được đẩy qua bộ phận tái kết tinh. Tại đây những tinh thể đá nhỏ
sẽ tan chảy, tinh thể đá lớn hơn được đẩy qua cột washcolumn. Chất lỏng sẽ được
đưa trở lại bộ phận kết tinh sau khi lọc qua màng lọc phía đáy thiết bị. Khi đạt tới
nồng độ chất khô từ 35 – 50%, dòch chất hòa tan sẽ được đưa ra ngoài.
Những tinh thể đá sau khi tách ra
khỏi dòch hòa tan nhờ cột washcolumn sẽ được rửa sạch để loại bỏ những chất hòa
tan còn sót lại, tan chảy và thải ra ngoài để sản xuất nước sạch. Dòch chất hòa tan
quay trở lại bộ phận kết tinh.
 Thông số công nghệ: Dòch trích đưa qua thiết bò cô đặc kết tinh được làm
lạnh xuống xuống 2
o
C sau đó hạ dần xuống -4
o
C, nồng độ chất khô sau khi cô đặc
có thể đạt được từ 35 – 40%.
8. SẤY
1) Sấy Phun
a. Mục đích
Chế biến:
Dòch trích được phân tán thành các hạt nhỏ li ti trong buồng sấy rồi tiếp xúc trực
tiếp với tác nhân sấy. Do đó, hơi nước sẽ được bốc đi nhanh chóng, ta thu được bột
cà phê hòa tan.

Bảo quản:
Bột cà phê thu được có hàm ẩm thấp (2 - 3%) nên sẽ kéo dài thời hạn bảo quản.
b. Các biến đổi
Vật lý:
Sự thay đổi về tỷ trọng.
Hóa học:
 Hàm ẩm giảm nhanh chóng.
 Có thể xảy ra các biến đổi do sự oxy hóa không enzyme đối với các hợp
chất mẫn cảm với nhiệt độ như hương/mùi.
 Nhiệt độ cao gây biến tính một số protein hòa tan trong dòch trích ly.
 Xảy ra các phản ứng như phản ứng Maillard, Caramel hóa… Tuy nhiên,
do thời gian sấy là rất ngắn nên sự biến đổi này là không đáng kể.
Hóa lý:
 Sự bay hơi nước và các chất dễ bay hơi dưới tác động của nhiệt độ cao.
 Sự chuyển pha: dòch trích cà phê (dạng lỏng) sau quá trình sấy phun sẽ
hình thành bột cà phê hòa tan (dạng rắn).
Hóa sinh:
Một số enzyme có thể bò vô hoạt hoặc giảm hoạt tính bởi nhiệt độ nên sẽ làm giảm
các phản ứng do enzyme xúc tác.
Sinh học:
Một số vi sinh vật không chòu nhiệt có thể bò tiêu diệt hoặc bò ức chế. Tuy nhiên, do
thời gian lưu trong buồng sấy là rất ngắn nên các biến đổi về hóa sinh và sinh học
xảy ra không lớn lắm.
Trang 26
c. Thiết bị:
 Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn cơ bản:
 Giai đoạn phun sương (atomization): phân tán dòng nhập liệu thành
những hạt nhỏ li ti nhờ vào cơ cấu phun.
 Giai đoạn trộn mẫu (dạng sương) với không khí nóng: các hạt nhỏ li ti
vừa hình thành trong giai đoạn trên sẽ được trộn trực tiếp với không khí nóng để bốc

hơi nước trong mẫu.
 Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau sấy từ dòng không khí thoát
 Cách thực hiện:
 Thực hiện quá trình sấy phun cùng chiều (co-current contact).
 Tác nhân sấy là không khí nóng được gia nhiệt bằng hơi.
Nguyên tắc:
 Quạt hút không khí vào bộ phận lọc khí để tách bụi bẩn rồi nay qua
caroriphe để gia nhiệt tới nhiệt độ yêu cầu rồi thổi vào phòng sấy
 Dung dòch được tạo bụi qua vòi phun vào phòng sấy. Ở đây tác nhân sấy
đi cùng chiều. Các giọt chất lỏng tiếp xúc với không khí trong khoảng vài giây để
bay hơi hết ẩm tạo thành những hạt bột mòn rơi xuống phễu hình nón.
 Hơi nước có lẫn bột cà phê được chuyển vào cyclon để tách khí còn bột
cà phê rơi xuống cùng với những hạt cà phê tạo thành ban đầu.
 Hạt cà phê được đưa qua túi lọc để tách quặng bụi. Những quặng bụi này
được hồi lưu về cylon tách khí để triệt để thu hồi sản phẩm
Hình 23: Nguyên tắc hoạt động của thiết bò sấy phun.
d.Thông số công nghệ:
 Nồng độ chất khô của nguyên liệu: 35-55%
 Nhiệt độ tác nhân sấy: 230-250
0
C
Trang 27
 Nhiệt độ không khí ra: 90
0
C
 Độ ẩm bột sau khi sấy: 3.5%
 Trước khi phun dòch sẽ cho khí N
2
nén vào lòng dòch để điều chỉnh tỷ
trọng của bột sấy để độ phồng tròn tan đều khi sử dụng, lượng N

2
đưa vào 18 – 20
kg/h.
2) Sấy thăng hoa:
a. Mục đích
Chế biến:
Dòch trích cà phê sau khi được làm lạnh đông sẽ được sấy bằng không khí nóng hay
tia hồng ngoại tạo thành bột cà phê
Bảo quản:
 Sản phẩm sau khi sấy có thời gian bảo quản tốt hơn:
 Vi sinh vật bò tiêu diệt trong quá trình lạnh đông
 Sản phẩm sau khi sấy có hàm ẩm tốt hơn
Hoàn thiện: Không làm mất đi một số hợp chất hương của cà phê
Buồng sấy chân không:
b. Các biến đổi :
 Vật lý:
 Sự thay đổi về tỷ trọng
 Hoá học :
 Hàm ẩm giảm nhanh chóng
 Hoá lý:
 Có sự chuyển pha từ dung dòch lỏng sang rắn.
 Sự thăng hoa của tinh thể nước đá từ rắn sang khí
 Sinh học:
 Có thể tiêu diệt một số vi sinh vật trong quá trình lạnh đông do tốc độ
làm lạnh nhanh chóng
 Cảm quan:
 Giữ được tính chất cảm quan hương vò từ sản phẩm ban đầu do nhiệt độ
của vật liệu bắt đầu sấy bằng -20
o
C, -30

o
C. Khi độ ẩm của sản phẩm giảm xuống tối
thiểu nhiệt độ của vật liệu tăng đến +30
0
C, +40
O
C. Điều kiện như thế đảm bảo quá
trình oxi hóa tối thiểu của sản phẩm do hàm lượng oxi không đáng kể trong môi
trường của phòng sấy.
c. Thiết bị:
Trang 28
Hình 27: Quá trình sấy thăng hoa cà phê của công ty Niro A/S
Phương pháp sấy thăng hoa cà phê được ứng dụng trong các nhà máy lớn với
thiết bò hiện đại
Quá trình sấy thăng hoa bao gồm 3 quá trình:
 quá trình làm lạnh: nhằm chuyển toàn bộ nước torng nguyên liệu về
trạng thái rắn.
 Giai đoạn sấy sơ cấp: sấy đẳng tốc thời gian diễn ra rất nhanh
 Giai đoạn sấy thứ cấp: sấy giảm tốc
Quá trình sấy thăng hoa được thực hiện bởi các bước sau:
 Dòch trích cà phê sau khi đã được cô đặc đến nồng độ chất khô khoảng
40% sẽ được làm nổi bọt khí với khối lượng của bọt khí xấp xỉ 450-750g/l và
được làm lạnh sơ bộ ở nhiệt độ -4
0
C- -2
0
C
 Dòch cà phê sau khi làm lạnh sơ bộ sẽ được đổ vào những cái khay nông
và được đặt vào phòng lạnh đông ở -45
0

C trong 30 phút
 Những hạt thu được trong quá trình lạnh đông sẽ được đưa qua thiết bò
nghiền ở -40 50
0
C
 Sau quá trình nghiền thì những tinh thể đá thu được sẽ được đem qua
thiết bò sàng để thu được những hạt có kích thước từ 0.5-3mm
 Những hạt thu được sau quá trình lạnh đông sẽ được đưa vaò thiết bò sấy
thăng hoa với áp súât sấy 0.3-0.4mbar
 Sản phẩm sau quá trình sấy có tỉ trọng 230-260g/l.
d. Thông số công nghệ:
o Nhiệt độ làm lạnh sơ bộ: -4- -2
0
o Nhiệt độ lạnh đông :-45
0
C
o Thời gian lạnh đông :30 phút
Trang 29
o Áp suất buồng sấy:0.3-0.4mbar
o Khối lượng riêng của hạt:230-260g/l
9. TẠO HẠT (Agglomeration) (QUI TRÌNH I)
a. Mục đích
Hoàn thiện:
 Dùng chất lỏng dưới dạng phun sương để kết tụ bột cà phê sau khi sấy
phun thành những hạt có kích thước đồng nhất hơn, tránh để sót bụi cà phê trong sản
phẩm.
 Sản phẩm tạo thành có độ hòa tan tốt hơn.
b. Các biến đổi
Vật lý:
 Kích thước hạt tăng lên, đồng đều hơn. Trong từng hạt, các thành phần

không liên kết chặt chẽ với nhau nên hạt có cấu trúc xốp.
 Hạt sau khi tạo thành sẽ được sấy bằng khí nóng rồi làm nguội bằng khí
lạnh.
 Tỉ trọng hạt giảm do hạt có cấu trúc xốp.
Hóa học:
 Do quá trình tạo hạt sử dụng hơi nước nóng nên có thể xảy ra một số
phản ứng như: phản ứng thủy phân, phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa…
nhưng không đáng kể do thời gian ngắn.
Hóa sinh và sinh học: biến đổi không đáng kể do nhiệt độ cao và hàm ẩm thấp.
c. Thiết bị:
Bột cà phê sẽ được hòa trộn với chất lỏng dưới dạng phun sương và kết dính lại với
nhau tạo nên những hạt cà phê với kích thước đồng nhất hơn, tránh để sót bụi cà phê
trong sản phẩm.
e. Thiết bò
Bột cà
phê mòn
được phun
vào thiết
bò, hòa
trộn với
dòng chất
lỏng dưới
dạng
Hệ thống tạo hạt dạng tầng sôi