Báo cáo công nghệ cafe hòa tan

LỊCH SỬ CÀ PHÊ HÒA TAN
Cây cà phê có nguồn gốc từ vùng cao nguyên Ethiopia (Châu Phi), sau đó
được đưa sang trồng tại Ả rập vào thế kỉ XV. Năm 1658, người Hà Lan đưa cây
cà phê sang Xrilanca và từ đó sang Java (Ấn Độ). Nửa thế kỉ sau, cây cà phê
đã có mặt ở Châu Á, Châu Đại Dương. Cuối thế kỉ XVII, cây cà phê đã tìm
được chỗ đứng trên thò trường thế giới.
Tuy vậy, phải đến đầu thế kỉ XX, sản phẩm cà phê hòa tan mới được biết
đến. Năm 1901, cà phê hòa tan (cà phê uống liền) lần đầu tiên được tìm ra bởi
một nhà hóa học người Nhật sống ở Chicago tên là Satori Kato.
Năm 1906, nhà hóa học người Anh George Constant Washington tìm thấy
loại cà phê hòa tan dạng khối. Washington sống ở Guatemala, ông quan sát sự
bay hơi cà phê trong bình, sau nhiều thí nghiệm ông tìm ra "cà phê đỏ loại E"
và đó là tên loại cà phê hòa tan của ông lần đầu tiên đưa ra thò trường vào năm
1909.
Năm 1936, Max Rudolf Morgenthaler, người Thụy Só đã sáng chế ra cà phê
hòa tan hay còn gọi là cà phê lạnh khô. Sản phẩm này đã được công ty Nestle
đăng ký nhãn hiệu Nestcafe vào năm 1938.
Do sự tiện dụng, dễ bảo quản và những đặc tính về chất lượng, cà phê hòa
tan nhanh chóng được người tiêu dùng và các nhà sản xuất chấp nhận.

1


CHƯƠNG 1

Nguyên liệu
I. PHÂN LOẠI CÀ PHÊ
Cà phê chè (Cà phê Arabica): Arabica cao từ 3-5m, lá có dạng lưỡi mác
hoặc hình trứng, quả có hình tròn hoặc hình bầu dục. Khi chín, quả màu đỏ tươi
(một số giống có màu vàng), cứ 5-7kg quả cho 1kg cà phê nhân. Cà phê
Arabica thu hoạch ở miền Bắc vào tháng 12 và tháng 1 còn ở Tây Nguyên thu

hoạch sớm hơn từ 2-3 tháng.
Cà phê vối (Cà phê Robusta): Robusta cao từ 5-7m, quả hình trứng hoặc
hình tròn, khi chín có màu đỏ thẫm, vỏ quả cứng và dai, từ 5-6kg quả cho 1kg
cà phê nhân. Cà phê Robusta thu hoạch từ tháng 2-4 ở miền Bắc còn Tây
Nguyên từ tháng 12-2.
Cà phê mít (Cà phê Chari): Chari cao từ 6-15m, quả có dạng hình trứng hơi
lồi và to, lá hình lưỡi mác có nhiều gân nổi ở mặt dưới, quả chín cùng đợt với
hoa mới. Thu hoạch từ tháng 7-9.

II. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÀ PHÊ NHÂN
Thành phần hóa học của cà phê nhân phụ thuộc vào chủng loại, độ chín,
điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.
(a) Nước:
Trong nhân cà phê đã sấy khô còn khoảng 10-12% nước ở dạng liên kết.
Sau khi rang, hàm lượng nước trong cà phê còn khoảng 2,7%. Hàm lượng nước
trong cà phê ảnh hưởng thực tiếp đến chất lượng cà phê. Nếu độ ẩm cao, vi
sinh vật dễ phát triển và hương cà phê dễ bò tổn thất.
(b) Chất khoáng:
Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu là Kali, Magie,
Phospho, Clo ngoài ra còn có nhôm, sắt, đồng, iot, lưu huỳnh,… Những chất này
ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê rang. Cà phê có lượng khoáng càng thấp
thì càng tốt.
2


(c) Glucide
Glucide chiếm khoảng 50% tổng lượng chất khô trong cà phê. Các chất này
không tham gia vào thành phần nước uống mà có tác dụng tạo màu sắc và vò
caramel cho cà phê.
(d) Protein

Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng có vai trò quan trọng
trong việc hình thành hương vò cho sản phẩm. Trong đó, các acid amin chứa lưu
huỳnh như cystine, methionine là quan trọng nhất, chúng tạo nên hương thơm
mạnh cho cà phê rang. Đăëc biệt, methionine và prolin có tác dụng làm giảm
tốc độ oxy hóa các chất thơm, giúp giữ được mùi thơm của cà phê trong quá
trình bảo quản.
(e) Lipid
Hàm lượng lipid trong cà phê khá lớn (10-13%) gồm có dầu và sáp. Trong
quá trình chế biến, một phần acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của
nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm. Lượng lipid còn lại không bò
biến đổi chính là dung môi tốt để hòa tan các chất thơm.
(f) Các ancaloit
Trong cà phê có các ancaloit như caffeine, trigonelline, betain, colin. Trong
đó, quan trọng nhất là caffeine và trigonellin.
Caffeine
Hàm lượng khoảng 1-3% phụ thuộc vào chủng loại, điều kiện khí hậu, điều
kiện canh tác. Caffeine của cà phê kích thích hệ thần kinh trong thời gian dài
do khi uống cà phê, tốc độ lưu thông của máu không tăng lên nên caffeine thải
ra ngoài chậm.
Trigonelline (acid metinbe)
Trigonelline là ancaloit không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic,
không tan trong clorofoc và eter, tan nhiều trong nước nóng. Tính chất quý của
trigonellin là dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nó bò nhiệt phân tạo thành acid
nicotic (tiền vitamin PP).
(g) Chất thơm
Hàm lượng chất thơm trong hạt cà phê tương đối nhỏ bao gồm các acid,
andehit, ceton, rượu, phenol, ester… Các chất này được hình thành và tích lũy

3

trong quá trình phát triển của quả cà phê hay được tạo thành trong quá trình
chế biến nhất là trong quá trình rang.
Các chất thơm của cà phê dễ bò bay hơi, dễ biến đổi làm giảm chất lượng cà
phê nên cần bảo quản cà phê trong bao bì kín.
Bảng 1: Thành phần hóa học của cà phê nhân
Tên hợp chất
1

%
Tan

Không tan

Cacbonhydrat

12 – 20

43

Đường khử

1–2

Đường caramel

10 – 17

7

Hemicellulose

1

14

Chất xơ

22

2

Chất béo

15

3

Protein
Acid amin tan

4

Tro (oxide)

5

Acid

1–2

11

3

1

6,85

Chlorogenic

4,5

Caffeic

0,5

Quinic

0,5

Oxalic, Malic, Citric, Tartaric
Acid không bền

1
0,35

6

Trigonelline

7

Caffeine

1,2

8

Phenolic

2

9

Chất tạo hương
Tổng

1

0,04
27 – 35

73 – 65

4


Bảng 2: Phân tích ảnh hưởng các tinh chất đến hương vò cà phê
Chất

Thành phần (%)

Mức độ ảnh hưởng

Acetaldehyde

19,9

Rất ít

Propionaldehyde

4,5

Ít

Butyral

0,7

Rất ít

3

Rất ít

Ít_Methylbutyral

6,8

Ít

Valeral

7,3

Ít

Nhóm andehyde

Iso Butyral

Iso Valeral

5

Nhóm Ketone
Acetone

18,7

Ít

Metyl Etyl K

2,3

Ít

Diacetyl

7,5

Rất ít

Furan

3,2

Rất ít

2_Methyl Fural

4,7

Ít

Hydrogen Sulfide

0,2

Ít

Carbon Disulfide

1

Ít

Dimetyl Sulfide

1

Rất ít

Metyl Formate

4

Ít

Metyl Acetate

1,7

Ít

Etyl Formate

0,3

Ít

Methanol

0,2

Nhiều

Iso Prene

3

Ít

C4-C7 Paraffin

2

Ít

Hợp chất Heterocyclo

Hợp chất Sulfur

Nhóm Ester

Nhóm Hydrocarbon

CO2

3,8

5


CHÖÔNG 2

Quy trình coâng ngheä

6


1. XAY
1.1. Bản chất
Xay là quá trình làm vỡ hạt cà phê thành những hạt nhỏ, mòn theo yêu cầu
để đưa vào quá trình trích ly.
1.2. 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.
1.3. Các biến đổi
• Vật lý: Sự giảm kích thước hạt, giảm khối lượng riêng xốp, tăng nhiệt độ
(do ma sát)
• 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.
• Cảm quan: Giảm mùi thơm của cà phê do một số chất mùi bò thất thoát.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng
• Bản chất của hạt: Độ cứng, độ giòn, độ ẩm, hình dạng, kích thước.
• Điều kiện: Nhiệt độ, cấu tạo thiết bò…
1.5. Phương pháp thực hiện
• Nguyên tắc: Cà phê nhân được đưa vào máy nghiền. Các trục nghiền
chà xát, đập các hạt vỡ ra. Sau đó, khối hạt được đưa tới rây. Các hạt đạt yêu
cầu được đưa tiếp vào giai đoạn trích ly, hạt quá lớn được hoàn lưu trở về máy
nghiền.
• Thiết bò: Máy nghiền trục, máy nghiền răng.
• Thông số công nghệ: 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.
Nếu bột quá thô thì hiệu quả trích ly kém do bề mặt tiếp xúc không lớn. Song,

nếu hạt quá mòn thì sự tiếp xúc của nước với hạt khó khăn (do sức căng bề mặt
lớn) và các hạt sẽ bò cuốn theo dòng nước làm cho các giai đoạn sau phức tạp
hơn. 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)

7


2. TRÍCH LY
2.1. Bản chất
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. Quá trình được thực hiện
cho đến khi đạt được sự cân bằng nồng độ giữa pha trích và pha raffinate.
Vật liệu:
• Pha rắn: cà phê bột
• Pha lỏng: nước nóng
2.2. 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 đònh đến chất lượng, hương vò và cả sản lượng cà phê
hòa tan.
2.3. Các biến đổi
• Hóa lý: Sự hòa tan của các chất, độ nhớt dung dòch tăng, độ ẩm của bột
cà phê tăng.
• Hóa học: Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong hai pha, sự thủy phân
một số chất (đường, protein, hemicellulose); phản ứng phân hủy của một số
chất nhất là các chất mùi là các rượu, ester, cetol… không bền; phản ứng tạo
màu.
• Vật lý: sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dòch

và bã cà phê.
• Cảm quan: hương thơm giảm, màu sậm hơn, làm cho cà phê có mùi
caramel, mùi khét, mùi nấu. Quá trình trích ly còn làm cho cà phê có vò chua,
gắt và khan.
Hầu như không có các biến đổi về sinh học, hóa sinh do quá trình được thực
hiện ở nhiệt độ cao, áp suất cao.
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng
• Sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha: Đây chính là động lực của quá
trình. Khi chênh lệch nồng độ lớn thì hiệu quả trích ly càng cao, thời gian giảm,
lượng dung môi giảm.

8


• 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 quá lâu thì sẽ có những biến đổi không tốt đến
mùi vò sản phẩm.
• Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bột cà phê và nước: Diện tích tiếp xúc
càng lớn thì quá trình trích ly càng triệt để nhưng nếu bột cà phê quá mòn thì sẽ
khó khăn cho quá trình lắng, lọc dòch 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 vò, màu sắc của cà phê nên việc tăng
nhiệt độ phải có giới hạn.
2.5. Phương pháp thực hiện
• Nguyên tắc: Cho dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê trong thiết bò,
các chất hòa tan sẽ tan vào nước và được tách ra để đưa tiếp vào giai đoạn sau,
bã cà phê được sấy khô.
Trích ly có thể được thực hiện trong một hay nhiều bậc, nước và cà phê

chuyển động ngược chiều hay xuôi chiều, gián đoạn hay liên tục.
Hiện nay người ta thường thực hiện ngược chiều, liên tục vì sẽ giảm được
lượng nước sử dụng, dòch cà phê được xử lý ngay nên giữ được nhiều phẩm
chất tốt.
• Thiết bò:
- Thiết bò trích ly gián đoạn, ngược chiều, nhiều bậc: một bộ 10-15 bình
ngâm chiết.
- Thiết bò trích ly Hildebrandt
• Thông số kỹ thuật:
- Tỉ lệ nước và bột cà phê: khoảng 3/1 ÷ 4/1.
- Nhiệt độ nước: cà phê được trích ly bằng nước nóng trên 100 C. Trong
suốt quá trình ly, nhiệt độ của nước có thể lên đến 180 C.

10at.

- Áp suất: được duy trì ở mức cao để nước vẫn ở thể lỏng, khoảng trên
- Nồng độ dòch chiết: 15÷30% tùy hiệu quả của thiết bò.

9


Sau đó, dòch chiết cà phê được làm lạnh đến khoảng 5 C và tách bỏ cặn
bằng cách lọc hay ly tâm rồi bảo quản để chuẩn bò cho quá trình cô đặc.

3. CÔ ĐẶC
3.1. Bản chất
Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ chất khô các sản phẩm bằng phương
pháp bay hơi nước. Cụ thể, quá trình cô đặc cà phê là quá trình làm đậm đặc
dung dòch đã trích ly dựa trên các bản chất vật lý và hóa lý. Ta có thể giải thích
dựa theo thuyết động học phân tử: các phần tử lỏng nhận nhiệt và chuyển động

lên mặt thoáng, khi chúng đạt vận tốc nhất đònh để thắng lực liên kết chúng sẽ
trở thành dạng hơi. Khi đó nồng độ chất khô trong dung dòch tăng dần lên đến
nồng độ cần xử lý. Quá trình cô đặc kèm theo các biến đổi về hóa học của cà
phê.
3.2. Mục đích
• Chuẩn bò: quá trình cô đặc nhằm chuẩn bò 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.
• Bảo quản: hạn chế sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật.
3.3. Các biến đổi
• Vật lý: tăng khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi; giảm hệ số truyền
nhiệt, hệ số cấp nhiệt, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng.
• Hóa lý: keo tụ protein, đóng cặn; bay hơi nước và một số chất mùi.
• Hóa học: phản ứng tạo màu caramel, Maillard; phản ứng thủy phân,
phản ứng phân hủy do nhiệt độ cao, thay đổi pH do sự tạo thành các gốc acid.
• Sinh học: hạn chế khả năng hoạt động của vi sinh vật và tiêu diệt vi sinh
vật do nồng độ cao và nhiệt độ cao.
• Cảm quan: màu cà phê sậm hơn do các phản ứng caramel, phản ứng
Maillard tạo các chất màu dạng keo...; giảm mùi thơm do các chất tạo mùi bay
hơi; có thêm các vò lạ.
3.4. Phương pháp thực hiện
Cà phê được cô đặc bằng hệ thống các nồi cô đặc dạng chảy màng để giảm
tổn thất hương. Ta có thể dùng một hay nhiều nồi liên tục, ở áp suất dư hay áp
suất chân không. Trên thực tế, để tiết kiệm năng lượng, người ta sử dụng hệ

10


thống cô đặc nhiều nồi, nồi đầu có áp suất dư, các nồi sau có áp suất chân
không.

Yêu cầu thiết bò:
- Vật liệu không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
- Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn truyền nhiệt nhất đònh
- Tiêu hao nguyên liệu trên một đơn vò bề mặt truyền nhiệt là nhỏ nhất
- Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, tháo ráp
- Phân bố hơi đều trong buồng bốc
- Dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt
- Xả liên tục và ổn đònh nước ngưng tụ, khí không ngưng
- Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo
- Tổn thất năng lượng nhỏ nhất.
Thông số công nghệ:
- Nồng độ dung dòch vào: 15÷30%
- Nồng độ dung dòch ra: 60÷65%
- Nhiệt độ: 80÷100 C

4. SẤY
4.1. Bản chất
Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt độ bất kỳ, là quá trình
khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu cũng như chênh
lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu
một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật
liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít, chi phí vận hành thấp.
Trong sản xuất cà phê hòa tan thì yêu cầu của sản phẩm là khối bột mòn, không
tạo thành cục vón có tính chất keo, độ ẩm rất thấp.
Nguyên liệu: Dòch chiết cà phê đã cô đặc
Tác nhân sấy: Không khí nóng

11

4.2. Mục đích:
• Khai thác: Quá trình này nhằm thu nhận những chất hòa tan trong dòch
chiết cà phê, tăng hàm lượng chất khô của sản phẩm.
• Chế biến: Tạo nên đặc tính riêng biệt cho cà phê hòa tan: sản phẩm
dạng hạt xốp, độ ẩm thấp, hòa tan dễ dàng trong nước, không bò vón cục.
• Bảo quản: sấy đến lượng nước tối thiểu, vi sinh vật khó phát triển và bảo
quản sản phẩm được lâu.
4.3. Các biến đổi
• Vật lý: Hiện tượng co thể tích, tăng khối lượng riêng, giảm khối lượng
do nước bay hơi, độ giòn và xốp tăng.
• Hóa lý:
- Khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, ẩm khuếch tán từ
lớp ngoài vào trong vật liệu do giãn nở vì nhiệt. Sự dời ẩm này là do chênh
lệch nhiệt độ các phần khác nhau của vật liệu sấy. Hiện tượng dẫn nhiệt ẩm
làm cản trở ẩm từ trong vật liệu ra ngoài bề mặt.
- Sau khi có hiện tượng bay hơi nước ở bề mặt, lượng ẩm mất đi đó được
bù vào bằng lượng ẩm bên trong vật liệu ra đến bề mặt.
Ngoài hiện tượng khuếch tán ẩm, trong sấy còn có hiện tượng chuyển pha
từ lỏng sang hơi của ẩm và có ảnh hưởng của hệ keo trong quá trình sấy, tùy
tính chất vật liệu có chứa keo ưa nước hay kỵ nước. Keo kỵ nước liên kết lỏng
lẻo, dễ khuếch tán. Keo ưa nước thì khuếch tán chậm hơn.
• Hóa học: xảy ra 2 khuynh hướng
- Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng như phản
ứng Maye, phản ứng caramel hóa, phân hủy protein…
- Tốc độ một số phản ứng (phản ứng thủy phân) chậm đi do môi trường
nước bò giảm dần.
Trong đó, xu thế một trội hơn.
• Cảm quan:
- Màu sắc: cường độ màu tăng. Màu thẫm, màu nâu do phản ứng caramel,

Melanoidin và oxy hóa polyphenol.

12


- Mùi: một số chất thơm bay hơi theo ẩm và bò phân hủy gây tổn thất chất
thơm. Tuy nhiên, một số hương thơm cũng được phát huy hoặc tạo thành do
phản ứng Maye hay quinoamin...
Trong quá trình sấy, cần chú ý nhiều đến mùi ôi khét (do oxy hóa chất béo).
Do hiện tượng mất các mùi tự nhiên nên sản phẩm sau sấy thường được bổ
sung thêm mùi tự nhiên hay nhân tạo.
- Vò: do độ ẩm giảm nên cường độ vò tăng, nhất là vò đắng và ngọt.
- Trạng thái: gắn liền với các biến đổi vật lí và hóa lí như tăng tính trương
nở, tính giòn...
Trong quá trình sấy cà phê, không có các biến đổi sinh hóa và sinh học do
các enzym đã bò vô hoạt trong các quá trình xử lý trước. Vi sinh vật cũng hầu
như không phát triển được do dòch cà phê luôn được xử lý ở nhiệt độ cao và
trong các hệ thống kín.
4.4. Phương pháp thực hiện
Thiết bò sấy rất đa dạng, việc chọn thiết bò sấy phù hợp không những có ý
nghóa về chất lượng mà còn có ý nghóa lớn về mặt kinh tế. Với thành phần hóa
học sản phẩm cà phê hòa tan chủ yếu là các chất màu, chất mùi rất nhạy cảm
với nhiệt độ và yêu cầu của sản phẩm khối bột mòn, xốp, không tạo thành cục
vón có tính chất keo.
Các loại thiết bò sấy thường dùng:
• Sấy phun
- Nồng độ dòch chiết: 60÷65%
- Nhiệt độ không khí vào: 250÷300 C
- Nhiệt độ không khí ra: 105÷115 C
- Đường kính hạt: khoảng 300 µm

- Độ ẩm: 2÷3%
- Nhiệt độ hạt sau khi sấy: 70÷80 C
• Sấy thăng hoa: Dòch chiết được làm lạnh đông thành từng tấm dày
khoảng 3mm rồi sấy trong điều kiện chân không để nước chuyển từ dạng rắn
thành trạng thái hơi. Sau đó, các tấm cà phê khô được nghiền thành các hạt
nhỏ.
- Nồng độ dòch chiết: 30%
13


- Nhiệt độ lạnh đông: -40 C
- Nhiệt độ sấy: 40÷60 C

5. TẠO HẠT (Agglomeration)
5.1. Bản chất – Mục đích
Agglomeration là một phương pháp hiệu quả để tăng tính hòa tan nhanh của
các thực phẩm ăn liền dạng bột, điển hình là cà phê hòa tan.
Quá trình tan của các hạt trong nước gồm 4 giai đoạn:
- Chất lỏng thấm vào hạt nhờ các mao quản.
- Các hạt lắng xuống
- Các hạt vỡ ra và phân tán trong nước
- Cuối cùng, các hạt nhỏ tan hoàn toàn vào nước.
Các hạt quá mòn rất khó thấm nước và khó tan do có sức căng bề mặt lớn.
Mặt khác, bề mặt các hạt hấp phụ khí nên khi diện tích bề mặt lớn, lượng khí
hấp phụ nhiều thì nước rất khó thấm vào hạt. Quá trình kết tụ làm tăng kích
thước hạt, giảm sức căng bề mặt và tạo cấu trúc xốp nên hạt sẽ tan nhanh hơn
nhiều.
Như vậy, có thể hiểu agglomeration là một quá trình chế biến, tạo cho bột
cà phê hòa tan tính chất đặc trưng: tan nhanh trong nước, tạo thức uống đồng
nhất, không có cặn. Tuy nhiên, cũng có thể hiểu đây là quá trình hoàn thiện,

chỉ thực hiện đối với phần bột quá mòn, giúp cho phần bột này tan dễ hơn còn
phần bột cà phê có kích thước lớn hơn có thể đưa vào các giai đoạn sau mà
không phải qua giai đoạn kết tụ.
5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
• Tốc độ các dòng
• Kích thước hạt
• Độ nhớt của chất lỏng trên bề mặt các hạt
• Thời gian lưu trong thiết bò
• Nhiệt độ

14


Nói chung, nhiệt độ càng lớn, thời gian càng lâu thì hiệu quả tạo hạt càng
tốt nhưng chi phí năng lượng lớn và ảnh hưởng xấu đến mùi vò cà phê do các
chất bò biến đổi.

5.3. Các biến đổi
• Hóa lý: sự hút ẩm của các hạt, sự ngưng tụ nước trên bề mặt các hạt, sự
bốc hơi của nước và các chất dễ bay hơi khi sấy, sự kết dính và hình thành kiên
kết giữa các hạt, giảm sức căng bề mặt, tăng độ xốp, tăng tính hòa tan.
• Vật lý: tăng kích thước, khối lượng riêng; thay đổi nhiệt độ, độ ẩm trong
suốt quá trình.
• Hóa học: phản ứng phân hủy, oxy hóa, thủy phân.
5.4. Phương pháp thực hiện
• Nguyên tắc: gồm 3 giai đoạn:
- Làm ẩm các hạt mòn.
- Kết dính các hạt mòn.
- Sấy.
Trong thiết bò kết tụ, một dòng các hạt mòn rơi tự do được trộn với với một

dòng hơi nước hay nước phun sương. Các hạt mòn sẽ bò ẩm do sự ngưng tụ nước
trên bề mặt rắn hoặc sự va chạm mạnh với các giọt nước. Nếu các hạt chứa các
chất tan trong nước thì sự hòa tan xảy ra trong lớp nước bám quanh hạt. Khi các
hạt ẩm này va chạm với nhau, các liên kết được hình thành giữa chúng. Sau đó,
các hạt mới hình thành được sấy khô đến độ ẩm ổn đònh. Lúc này, các phần tử
trong hạt kết tụ đã liên kết chặt chẽ với nhau.
• Thiết bò:
Quá trình kết tụ có thể thực hiện độc lập hoặc kết hợp bằng thiết bò dạng
tầng sôi hoặc kết hợp với quá trình sấy phun. Quá trình này thường được thực
hiện liên tục.

6. ĐÓNG GÓI – BẢO QUẢN
6.1. Bản chất

15


Bao gói là một trong những quá trình quan trọng trong dây chuyền công
nghệ sản xuất thực phẩm. Đây là một quá trình chuẩn bò bao bì, chuẩn bò và
cho sản phẩm vào bao bì, trình bày, trang trí, hoàn thiện sản phẩm. Đóng bao là
cách tốt nhất bảo vệ thực phẩm được an toàn trong vận chuyển, trong bảo quản
từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ hay trưng bày quảng cáo.
6.2. Mục đích
• Chuẩn bò cho quá trình vận chuyển: Hàng hóa luôn lưu động, việc vận
hành chúng từ điểm này đến điểm khác phải cần đến bao bì. Bao bì tạo điều
kiện tốt cho quá trình bốc xếp nhanh chóng, gọn gàng, tăng hệ số sử dụng
trọng tải của các phương tiện chuyên chở.
• Bảo quản: Cà phê hòa tan là dạng thực phẩm uống liền, ở trạng thái bột
khô và dễ bò mất màu, mùi, nhạy cảm dưới tác dụng của môi trường như ánh
sáng, độ ẩm, vi sinh vật. Do vậy, nó cần phải được bao gói trong những loại

bao bì kín, không thấm nước, không thấm khí, bền hóa học.
• Hoàn thiện: Tạo sự thuận tiện cho người tiêu dùng, tạo hình thức đẹp,
hấp dẫn và chống giả mạo sản phẩm. Bao bì còn giúp đưa thông tin đến khách
hàng để lựa chọn sản phẩm theo ý muốn, hướng dẫn người tiêu dùng sử dụng
sản phẩm (khối lượng, thành phần, giá trò dinh dưỡng và năng lượng, hạn sử
dụng).
6.3. Các biến đổi có thể xảy ra trong quá trình bảo quản
• Hóa lý: Cà phê hòa tan có độ ẩm rất thấp và rất dễ hút ẩm. Độ ẩm tăng
có thể làm cà phê vón cục, mất hương và tạo điều kiện cho vi sinh vật phát
triển nếu độ ẩm quá cao. Bột cà phê còn có thể hấp phụ các mùi lạ từ các vật
liệu đóng gói, các thực phẩm hay vật liệu khác (sơn, dầu, xà phòng, mực in…)
• Hóa học: Sự oxy hóa làm mất hương vò cà phê có thể xảy ra ở độ ẩm
thấp khi có mặt khí oxy. Phản ứng sẫm màu, phản ứng phân hủy chất mùi,
phản ứng thủy phân khi độ ẩm tăng.
• Cảm quan: Thay đổi màu sắc, mùi vò. Màu cà phê thường sẫm hơn. Mùi
cà phê bò mất dần theo thời gian. Mặt khác, cà phê hòa tan lại rất dễ hấp thu
những mùi lạ như mực in, xà phòng, nước hoa…
6.4. Điều kiện bảo quản cà phê hòa tan

16


Giảm sự hút ẩm và sự mất chất thơm bằng cách sử dụng các bao bì không
thấm nước, không thấm khí và hơi nước, để mực in thật khô mới đưa vào đóng
gói.
Hút chân không hay sử dụng khí trơ (thường là nitrogen, CO2) để giảm thiểu
sự oxy hóa.
Bổ sung các chất bảo quản như: chất chống đông vón (Sodium alumino
silicate), chất bảo quản (Sulphur dioxide 150mg/kg), chất chống oxy hóa, chất
chống ẩm.

Bảo quản ở nhiệt độ 5-10 C, tránh ánh sáng trực tiếp, nơi khô ráo và tránh
xa các vật liệu có mùi.
6.5. Vật liệu làm bao bì cho sản phẩm cà phê hoà tan
• Thủy tinh
Cà phê hòa tan được đựng trong các lọ thủy tinh, nắp bằng nhựa có ren.
Miệng lọ cà phê được hàn kín bằng một lớp giấy tráng nhôm hoặc thiếc
(laminate) để bảo quản cà phê trong quá trình vận chuyển, cất giữ và bày bán.
- Ưu điểm: Không mùi, bền hóa học, không thấm khí, nước, hơi nước;
ngăn chặn được vi sinh vật, côn trùng; đẹp, dễ trang trí; có thể tái sử dụng.
- Nhược điểm: Dễ vỡ, nặng và đắt tiền; thường trong suốt nên không ngăn
được ánh sáng.
• Nhựa PVC
- Ưu điểm: Bền cơ học, bền với tác động môi trường, ít thấm hơi và khí.
- Nhược điểm: chòu băng giá kém.
Khi dùng vật liệu này để làm vật chứa sản phẩm cà phê hòa tan cũng cần
chú ý là phải có nắp và thêm một lớp giấy tráng bạc dán kín miệng lọ.
• Kết hợp nhiều lớp vật liệu
Hiện nay, sản phẩm cà phê hòa tan thường được đóng thành những gói lớn
có trọng lượng 100g, 250g, 500g, 1000g và những loại gói stick nhỏ 18g. Các
bao gói này đều được chế tạo từ sự kết hợp của nhiều lớp vật liệu như
PE/in/giấy tráng kim loại/PE. Các bao gói đều được hàn kín ở các đầu miệng.
- Ưu điểm: Sản phẩm đựng trong các gói stick nhỏ rất phổ biến vì nhỏ
gọn, tiện lợi, tùy theo khẩu vò mà ta có thể dùng 1, 2, 3 gói cho mỗi lần thưởng
thức cà phê.

17


18

CHƯƠNG 3

Sản phẩm
Sản phẩm cà phê hòa tan rất đa dạng về hình thức (kích thước hạt, màu
sắc,...), hương vò.
Cà phê hòa tan có thể được đóng gói riêng hoặc trộn cùng với các nguyên
liệu khác như sữa bột, đường, coffee mate… Đây là một thức uống rất tiện lợi,
dễ sử dụng. Tuy nhiên, nó không có được hương vò đặc trưng của cà phê do thời
gian sản xuất kéo dài và nhiệt độ cao. Các nguyên nhân gây ra sự khác biệt đó
là các phản ứng hóa học nhất là phản ứng thủy phân làm biến đổi thành phần
hóa học của cà phê, gây những vò lạ, làm giảm hương vò cà phê; các chất mùi
bò bay hơi và phân hủy.
Tuy nhiên, ngay cả khi các phản ứng được hạn chế tối đa và các chất mùi
cần thiết được bổ sung thì cà phê hòa tan vẫn không ngon bằng cà phê pha
(brewed coffee). Đó là vì trong cà phê hòa tan không có các hợp chất keo
(brew colloid). Trong khi một tách cà phê pha có thành phần chất keo chiếm 510% tổng lượng chất hòa tan thì một tách cà phê hòa tan chỉ chứa ít hơn 1% các
chất đó.
Bảng 3: Chỉ tiêu chất lượng cà phê hòa tan
Độ ẩm
Khả năng tan nhanh
Tỉ lệ cặn
Bụi nổi
Mùi vò
Hàm lượng caffeine
Hàm lượng carbonhydrate
pH của dung dòch cà phê
Khối lượng riêng

2-3%

Tan hoàn toàn trong khoảng 10 giây
0,2-0,5 mg/100g
Không
Giữ được mùi cà phê, không có mùi vò lạ
2-3%
38-42%
4,5-5,1
220-240 g/l

19


CHƯƠNG 4

Thiết bò

1. MÁY NGHIỀN TRỤC
Nguyên tắc: nghiền nát vật liệu bằng phương pháp ép khi vật liệu đi qua
khe hở giữa hai trục và chà xát do vận tốc quay hai trục khác nhau.
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 trục được gắn
với cơ cấu lò xo để tránh quá tải. Khi gặp trường hợp quá tải (hạt 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. Khi chấm dứt hiện tượng trên, lò xo lại đẩy
trục nghiền về vò trí cũ. Máy nghiền cà phê thường có các trục nghiền trơn.
Vận tốc quay của trục khoảng 50-900 vòng/phút. Cà phê sau khi nghiền rơi
xuống bộ rây phân loại gồm rây 8 mesh và rây 20 mesh.
Phần bột ở trên rây 8 mesh được hoàn lưu để nghiền thêm, bột qua rây 20
mesh là phế liệu. Phần bột trên rây 20 mesh đạt yêu cầu để đưa vào quá trình
trích ly.

Hình 1: Máy nghiền trục

2. TRÍCH LY
2.1. Dãy bình ngâm chiết:
20


Hệ thống gồm khoảng 10-15 bình nối tiếp nhau, giữa các bình có thiết bò gia
nhiệt để giữ nhiệt độ của nước theo yêu cầu.
Cà phê bột được đổ đầy vào các bình (1), (2), (3),... (14), nước nóng được
bơm lần lượt vào các bình từ (1), (2), (3),... và dòch trích ly được lấy ra ở bình
(11). Các bình (12), (13), (14) là các bình dự trữ. 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 (12) đã được nạp cà phê bột mới được nối vào sau bình
(11). Lúc này, nước được đưa vào bình (2), dung dòch được lấy ra ở bình (12).
Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, hoạt đôïng đơn giản.
Nhược điểm : năng suất thấp, hiệu quả tách không cao, nồng độ dòch chiết
thấp.

Hình 2: Sơ đồ hệ thống bình ngâm
(8)

(7)

(6)

(5)

(4)

(9)

(3)

(10)

(2)
(11)

(12)

(13)

(14)

Cà phê mới

Rửa

Bã

Dung dòch
trích ly

(1)

Dung môi

Hình 3: Sơ đồ hoạt động của hệ thống 14 bình ngâm chiết

2.2. Thiết bò trích ly Hildebrandt

21


Bao gồm hai tháp hình trụ đứng, được nối với nhau bằng một ống ngắn hơn
nằm ngang. Bên trong các 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 (2).
Nước nóng được đưa vào một cửa khác ở tháp (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), dòch chiết được lấy ra ở gần đỉnh tháp (1).
Ở cửa ra của dòch chiết có lưới để ngăn các hạt cà phê. Tốc độ quay của các
vít tải khoảng 10vòng/ phút.
Ưu điểm: năng suất lớn (40 tấn/giờ), hiệu quả cao.
Nhược điểm: cấu tạo, hoạt động phức tạp, chi phí cao.

Hình 4: Thiết bò Hildebrandt

22


3. CÔ ĐẶC
Để cô đặc dung dòch cà phê, người ta sử dụng thiết bò cô đặc chân không
dạng màng. Đây là thiết bò cô đặc truyền nhiệt gián tiếp, tác nhân nhiệt là hơi
nước bão hòa. Cấu tạo chính của thiết bò gồm buồng đốt và buồng bốc. Buồng
đốt là thiết bò truyền nhiệt dạng vỏ ống (dòch cà phê đi trong ống) hay dạng đóa
(dòch cà phê và hơi nước xen kẽ). Buồng bốc thường có đường kính lớn, là nơi
phân ly hỗn hợp hơi và dung dòch cô đặc. Dung dòch cô đặc được lấy ra ở đáy
của buồng bốc để đưa sang nồi cô đặc tiếp theo hoặc đưa vào sấy phun. Hơi thứ

được hút sang thiết bò ngưng tụ, tại đây có thể bố trí hệ thống thu hồi các chất
thơm bay hơi.
3.1. Thiết bò cô đặc dạng màng rơi (falling film evaporator):
Chất lỏng (dòch cà phê) được đưa vào ở đỉnh của buồng đốt và chảy xuống
thành những màng mỏng dọc theo bề mặt truyền nhiệt (ống hay tấm phẳng).
Ưu điểm: độ giảm áp trong ống rất nhỏ, độ tăng điểm sôi nhỏ, thời gian
dung dòch tiếp xúc với tác nhân nhiệt ngắn nên giảm tổn thất các hương thơm,
hệ số truyền nhiệt tương đối lớn.
Nhược điểm: cơ cấu phân phối lỏng phức tạp, buồng đốt thường rất cao nên
chi phí lắp đăït, bảo trì lớn.

3.2. Thiết bò cô đặc màng leo (rising or climbing film evaporation).
Dòch cà phê được nén vào từ đáy buồng đốt. Nguyên lý của thiết bò này là
vận tốc của hơi ở tâm ống truyền nhiệt nhanh hơn vận tốc của dung dòch, hơi
này tạo ra lực kéo dung dòch “leo” lên. Khi trạng thái chảy màng xảy ra, màng
lỏng chảy rối, tốc độ truyền nhiệt lớn.

23


Hình 5: Thiết bò cô đặc dạng màng rơi

Hình 6: Thiết bò cô đặc dạng màng leo

Hình 7: Trạng thái chảy của chất
lỏng trong ống truyền nhiệt của
thiết bò cô đặc màng leo
24

4. SẤY PHUN
Dòch trích ly cà phê từ thùng chứa F được bơm E bơm và phun sương vào
tháp sấy. Trong khi đó, được quạt A hút không khí qua bộ lọc khí B vào
calorifer C rồi vào tháp sấy. Cà phê được làm khô rất nhanh thành các hạt mòn.
Các hạt lớn, nặng hơn rơi xuống đáy tháp và được qua rây. Các hạt mòn bò cuốn
theo dòng khí và được tách ra tại cyclon (K).
Có nhiều cách tiếp xúc giữa dòng lỏng phun sương và không khí nóng trong
tháp sấy.
Tùy theo yêu cầu mà toàn bộ hạt hay chỉ các hạt quá mòn được đưa vào giai
đoạn tạo hạt.

A, L
B
C
D
E
F

Quạt
Bộ lọc khí
Calorifer
Tháp sấy
Bơm
Thùng đựng dòch chiết

G
H, M
I
K
N

Vòi phun
Van
Băng tải
Cyclon
Dòng hạt mòn hồi lưu

Hình 8: Hệ thống sấy phun

25