Quy trình sản xuất cà phê hòa tan

QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

MỤC LỤC
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ............................................................4
1. Phân loại....................................................................................................................4
A. Cà phê chè (Arabica)........................................................................................... 4
B. Cà phê vối (Robusta)........................................................................................... 4

C.

Cà phê mít (liberica).................................................................................5

2.

Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cà phê................................................5

3. Cấu tạo quả cà phê..................................................................................................6
4. Thành phần hóa học cà phê nhân (arabica)........................................................7
5. Tiêu chuẩn cà phê nhân.........................................................................................8

II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN...........................................
1. Làm sạch.................................................................................................................12
A. Mục đích................................................................................................................12
B. Các biến đổi..........................................................................................................12
C. Phương pháp thực hiện.........................................................................................12
D. Thiết bò.............................................................................................................. 12
2.
A.

B.
C.
D.

Phối trộn..................................................................................................................13
Mục đích............................................................................................................... 13
Các biến đổi.......................................................................................................... 13
Phương pháp thực hiện......................................................................................... 13
Máy trộn thùng quay............................................................................................. 14

3.
A.
B.
C.
D.

Rang.........................................................................................................................14
Mục đích.............................................................................................................. 14
Các biến đổi.............................................................................................................14
Phương pháp thực hiện............................................................................................14
Thiết bò rang liên tục hiệu Burn Thermalo..............................................................15

4.
A.
B.
C.
D.

Xay...........................................................................................................................16
Mục đích............................................................................................................... 16

Các biến đổi.............................................................................................................16
Phương pháp thực hiện............................................................................................16
Thiết bò xay............................................................................................................ 16

5.
A.
B.
C.
D.

Trích ly.....................................................................................................................17
Mục đích............................................................................................................... 18
Các biến đổi.............................................................................................................18
Phương pháp thực hiện............................................................................................18
Thiết bò trích ly bộ lọc..............................................................................................18

Trang 1


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn
6.
A.
B.
C.
D.

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

Xử lý dòch chiết.......................................................................................................20

Mục đích............................................................................................................... 20
Các biến đổi.............................................................................................................20
Phương pháp thực hiện............................................................................................20
Thiết bò.................................................................................................................. 20

7. Cô đặc......................................................................................................................21
A. Mục đích............................................................................................................... 21
B. Các biến đổi.............................................................................................................21

7.1) cô đặc bốc hơi (qui trình I).......................................................................22
A. Các biến đổi..................................................................................................22
B. Phương pháp thực hiện..................................................................................22
C. Thiết bò..........................................................................................................22
7.2) cô đặc kết tinh (qui trình II).....................................................................23
8. Sấy............................................................................................................................25

8.1) sấy phun...................................................................................................25
A.
B.
C.
D.

Mục đích............................................................................................................... 25
Các biến đổi.............................................................................................................25
Phương pháp thực hiện............................................................................................25
Thiết bò......................................................................................................................27

8.2) sấy thăng hoa...........................................................................................29
A. Bản chất:.......................................................................................................29
B. Mục đích........................................................................................................29

C. Các biến đổi..................................................................................................30
D. Phương pháp thực hiện.................................................................................30
E. Thông số công nghệ......................................................................................32
9.
A.
B.
C.
D.

Tạo hạt (Agglomeration)......................................................................................32
Mục đích............................................................................................................... 32
Các biến đổi.............................................................................................................32
Phương pháp thực hiện............................................................................................33
Thiết bò.................................................................................................................. 33

E. Thiết bò..........................................................................................................33
10. Bao gói.....................................................................................................................33
A. Mục đích............................................................................................................... 33
B. Các biến đổi.............................................................................................................33
C. Phương pháp thực hiện............................................................................................34
D. Vật liệu bao bì....................................................................................................... 34
E. Thiết bò......................................................................................................................34

III. SO SÁNH 2 QUY TRÌNH...........................................................................34
IV. SẢN PHẨM CÀ PHÊ HÒA TAN...............................................................35
Trang 2


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

1. Những thay đổi của hương cà phê trong quá trình chế biến..................35
2. Các chất tạo nên hương vò cà phê.........................................................36
3. Chất lượng của cà phê hoà tan..............................................................39
V. TIÊU CHUẨN CHẤT LƯNG CỦA CÀ PHÊ HÒA TAN........................41
VI. THÀNH TỰU..............................................................................................42
VII. PHỤ LỤC....................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................47

Trang 3


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ PHÊ
1. PHÂN LOẠI

Cây cà phê có nhiều chủng loại nhưng phổ biến là 2 loại cà phê Arabica và
Robusta.
Trước đây, Robusta được trồng chủ yếu ở Châu Phi, nhưng bây giờ hầu hết
những nước sản xuất cà phê đều trồng Robusta do nhu cầu ngày càng lớn của công
nghiệp sản xuất cà phê hòa tan. Ngành công nghiệp này sử dụng cà phê Robusta
nhiều hơn bởi vì nó cho hiệu quả trích ly cao hơn và giá thành lại thấp hơn Arabica.
Đặc điểm của Arabica là hiệu quả trích ly thấp hơn, nhưng giá thành lại cao
hơn do được ưa thích hơn và nhu cầu lớn hơn.

Số lượng chủng loại và mùi thơm của cà phê tùy thuộc vào điều kiện trồng,
phương pháp thu hoạch và cách xử lý sau thu hoạch trái cà phê, bao gồm cả cách
loại bỏ thòt quả.
Những loại cơ bản được đề cập trên đây đại diện cho khoảng 50 loại cà phê
thường được sử dụng hiện nay. Những loại này được chia thành 3 nhóm: “Brazils”
đặc trưng cho cà phê được trồng ở Brazil, Milds bao gồm tất cả những loại Arabica
khác và cuối cùng là Robusta.

a. Cà phê chè (ARABICA)

Nguồn gốc: cao nguyên Jimma (Ethiopia)
Gồm nhiều chủng như: Tipica, Bourbon, Moka, Catuai, Catimor,…
Chiếm 70% sản lượng cà phê thế giới.
Đây là cà phê được trồng lâu đời nhất và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới vị thơm
ngon, dịu, hàm lượng caffeine trong hạt trung bình 1,3%.
Đặc điểm thực vật học: Cây thuộc dạng bụi, thân cao 3 – 4m, cành đối xứng, mềm
rũ xuống. Lá mọc đối xứng, hình trứng dài, đầu nhọn, rìa lá quăn, màu xanh đậm.
Quả cà phê thuộc dạng quả thòt, hình trứng, khi chín có màu đỏ tươi (chủng Caturra
amrello cho quả màu vàng). Hạt cà phê hình tròn dẹt, có màu xanh xám, hoặc
xám xanh, xanh lục, xanh cốm, tùy theo giống và điều kiện bảo quản và chế biến.
Cà phê Arabica có đặc tính tự thụ phấn nên có độ thuần chủng cao hơn các loại cà
phê khác. Cây ưa mát và hơi lạnh, phạm vi thích hợp 18 – 25 oC, thích hợp nhất là
từ 10 – 20oC.
Các nước trồng cà phê có chất lượng tốt như: Brazil, Kenya, Tanzania, Etiopia,
Columbia…
Các chủng cà phê Arabica ở một số nước nổi tiếng về cà phê Arabica: Arabica
Trang 4


QTSX cà phê hòa tan

Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

culta, Nacional (Brazil), Java (Indonesia), Arabigo (Trung Mỹ), Tipica roja
(Columbia),…

b. Cà phê vối (ROBUSTA)

Nguồn gốc: lưu vực sông Công-gô, miền núi vùng xích đạo và nhiệt đới Tây Phi.
Chiếm 30% tổng lượng cà phê.
Tên thương mại “Robusta” nhằm chỉ chung cho cà phê canephora.
Đặc điểm thực vật học: cây có một hoặc nhiều thân, thân cao khoảng 8 – 12m. Lá
có hình trứng hoặc hình lưỡi mác, mũi nhọn, phiến lá gợn sóng mạnh. Quả hình
tròn hoặc hình trứng, núm quả nhỏ, trên quả thường có nhiều gân dọc, quả chín đỏ
hoặc hồng. Kích thước hạt nhỏ hơn cà phê Arabica, hạt có dạng hình tròn, dày,
màu xanh bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy chủng loại và cách chế biến. Tỷ lệ khối
lượng nhân trên quả tươi cao hơn cà phê Arabica. Cà phê Robusta không tự thụ
phấn được, điều này dẫn tới sự đa dạng ở vườn cà phê vối trồng bằng hạt. Cây
thích nơi nóng ẩm, nhiệt độ thích hợp nhất là 24-26oC.
Hàm lượng caffeine trong hạt chiếm 1.97 – 3.06% (cao nhất trong 3 loại cà phê).
Cà phê Robusta được trồng nhiều ở vùng trung hải Ivory, Tây Phi, Cameroon,
Uganda, Angola và các nước châu Á.
c. Cà phê mít (LIBERICA)
Nguồn gốc ở xứ Ubangui-Chari, xứ Biển Hồ Sát, sa mạc Sahara, thường gọi cà
phê sari.
Đặc điểm thực vật học: 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.

Hàm lượng caffeine trong hạt 1,02-1,15%.

2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯNG CÀ
PHÊ

nh hưởng của loại đất trồng cà phê: Đất trồng cà phê có ảnh hưởng
rất lớn đến mùi vò và màu sắc của cà phê.
Ví dụ: cà phê trồng trên đất bazan thì cây tốt, khoẻ, sản lượng cao, phẩm chất cà
phê tốt còn có hương vò đậm đà, hậu vò thơm ngon hơn là cà phê trồng trên các loại
đất khác.

nh hưởng của chế độ chăm sóc : chế độ chăm sóc kĩ thuật trong thời
gian trồng cà phê rất quan trọng. Người trồng cà phê quyết đònh đên chất lượng cà
phê.
Các chế độ chăm sóc cà phê gồm có:

Tủ gốc cây cà phê

Đánh nhánh tạo hình cây

Phân bón đúng kỳ, đúng số lượng cần thiết
Trang 5


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt



Số lượng và loại cây bóng mát cần thiết cho từng loại cà phê

Phòng trừ sâu bệnh hại cà phê
Chăm sóc cây tố sẽ ảnh hưởng lớn đến sản lượng cà phê, độ chắc mẩy của hạt
cà phê, chất dinh dương trong cây đầy đủ.

nh hưởng của độ cao: độ cao vùng đất trồng cũng ảnh hưởng đến chất
lượng cà phê, chẳng hạn cà phê trồng ở độ cao 2000m trở lên có hương vị đặc biệt
và xếp hạng cao hơn cà phê trồng ở thấp.

Chủng loại cà phê: cà phê Robusta có hiệu suất trích ly cao phù hợp để
sản xuất cà phê hoà tan nhưng hương vò của cà phê Arabica lại được ưa chuộng
nhiều hơn.

3. CẤU TẠO QUẢ CÀ PHÊ
Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm mỏng, có màu xanh hoặc đỏ.
Lớp vỏ thòt: nằm dưới lớp vỏ quả. Vỏ thòt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất nọt dễ
xay xát hơn.
Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân.
Vỏ lụa: là lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy thuộc
loại cà phê.
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.
Bảng 1: Tỉ lệ các thành phần cấu tạo các hạt cà phê (% theo quả tươi )
Các loại vỏ và
Cà phê chè (%)
Cà phê vối (%)
nhân
Vỏ quả

43 - 45
41 - 42
Lớp nhớt
20 - 23
21 - 22
Vỏ trấu
6 - 7,5
6-8
Nhân và vỏ lụa
26 - 30
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 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
Trang 6


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

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 alcaloid
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 alcanoid không có hoạt tính
sinh lý, ít tan trong rượu etylic, không tan trong cloroform và ete, tan nhiều trong
Trang 7


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218oC. 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 8


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

Bảng 2: Thành phần hoá học cà phê nhân
Thành phần hóa
Đơn vị g/100g
Thành phần
học
hóa học
Ca
Nước
8 - 12
P
Chất béo
4 - 18
Fe
Đạm
1,8 - 2,5
Na
Protein

9 - 16
Mn
Rb, Cu, F
Caffeine
0,8 - 2

Acid chlorogenic
Trigonelline
Tannin
Acid caffetanic
Acid caffeic
Pentosan
Tinh bột
Dextrine
Đường
Cellulose
Hemicellulose
Lignin
Tro

Đơn vị
mg/100g
85 – 100
130 - 150
3 - 10
4
1 - 45
Vết

2-8

1-3
2
8-9
1
5
5 - 23
0,85
5 - 10
10 - 20
20
4
2,5 - 4,5

5. TIÊU CHUẨN CÀ PHÊ NHÂN

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 vò tự nhiên.

Không mốc, không lên men, không mùi vò lạ…


Theo tiêu chuẩn TCVN 4193:2001: 90 lỗi max/300gr.
a. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cà phê của SCAA (The Specialty Coffee
Association of America)
Tiêu chuẩn phân cấp cà phê nhân của SCAA tốt hơn các hệ thống phân cấp
khác vì nó đã đònh ra được mối liên hệ giữa các khuyết tật của hạt với chất lượng
Trang 9


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

của cà phê pha. Tuy nhiên phương pháp này đã bỏ qua một ít các khuyết tật quan
trọng có thể có trong nguyên liệu.
Trong phương pháp này, người ta lấy 300g mẫu cà phê và phân tích theo các
tiêu chuẩn về khuyết tật theo Bảng 3, Bảng 4 và phân cấp theo các tiêu chuẩn dưới.
Dùng 100g cà phê trên sàng qua sàng số 14, 15, 16, 17 và 18 rồi tính phần trăm
khối lượng cà phê trên mỗi sàng. Vì việc phân tích 300g cà phê tốn thời gian hơn
nên thông thường chỉ tiến hành phân tích bằng sàng với 100g mẫu. Trường hợp cà
phê chất lượng cao, chỉ có ít khuyết tật thì mới phân tích khuyết tất với 300g mẫu.
Nếu cà phê chất lượng thấp, nhiều khuyết tật thì phân tích với 100g mẫu là đủ –
cũng áp dụng với cà phê hạng 4 và hạng 5. Sau đó cà phê được đem đi rang và
đánh giá cảm quan để xác đònh các tính chất cảm quan của cà phê.
b. Cấp bậc cà phê nhân theo SCAA
 Hạng 1 (Specialty Grade): không có quá 5 đơn vò khuyết tật trong 300g cà
phê. Không được phép có những khuyết tật cấp I. Chỉ được phép có tối đa 5% khối
lượng cà phê không đúng kích thước. Phải có ít nhất 1 tính chất đặc trưng về thể
chất, mùi hương, vò hoặc tính acid. Hoàn toàn không có hạt bò hỏng, bò sâu và không
được phép có hạt thứ phẩm. Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%.

 Hạng 2 (Premium Grade): không có quá 8 đơn vò khuyết tật trong 300g cà
phê. Được phép có những khuyết tật cấp I. Chỉ được phép có tối đa 5% khối lượng
cà phê không đúng kích thước. Phải có ít nhất 1 tính chất đặc trưng về thể chất, mùi
hương, vò hoặc tính acid. Hoàn toàn không có hạt bò hỏng và được phép có 3 hạt thứ
phẩm. Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%.
 Hạng 3 (Exchange Grade): có 9 – 23 đơn vò khuyết tật trong 300g cà phê.
Phải có 50% khối lượng trên sàng 15 và có ít hơn 5% khối lượng dưới sàng 14.
Không có biểu hiện hỏng (mùi vò lạ) trong nước cà phê và chỉ có tối đa 5 hạt thứ
phẩm. Hàm ẩm trong khoảng 9 – 13%.
 Hạng 4 (Below Standard Grade): có 24 – 86 đơn vò khuyết tật trong 300g cà
phê.
 Hạng 5 (Off Grade): có nhiều hơn 86 đơn vò khuyết tật trong 300g cà phê.
Bảng3: Những khuyết tật cấp I
Số lần phát
Số đơn vò khuyết
Khuyết tật cấp I
hiện
tật
Nhân đen
1
1
Nhân bò chua hoàn toàn
1
1
Có quả cà phê
1
1
Đá lớn
2
1

Đá trung bình
5
1
Mẩu cành cây lớn
2
1
Mẩu cành cây trung
5
1
bình
Trang 10


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

Bảng 4: Những khuyết tật cấp II
Số lần phát
Số đơn vò khuyết
Khuyết tật cấp II
hiện
tật
Vỏ trấu
2–3
1
Mảnh vỏ khô
2–3
1

Mảnh vỡ
5
1
Nhân bò côn trùng ăn
2–5
1
Nhân đen một phần
2–3
1
Nhân bò lên men một
2–3
1
phần
Nhân nổi
5
1
Nhân rỗng ruột
5
1
Đá nhỏ
1
1
Mẩu cành cây nhỏ
1
1
Nhân bò nước phá hỏng
2–5
1

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 11


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

Cà phê nhân

Làm sạch

Cà phê khác

Phối trộn

Rang

Xay

Nước

Trích ly

Xử lý‎ dịch chiết

Hơi nước

Cơ đặc bốc hơi

Sấy phun

Tạo hạt

Bao gói

Sản phẩm

Trang 12

Bã


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

Quy trình I sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân

Trang 13

QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

Quy trình II sản xuất cà phê hòa tan từ cà phê nhân
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
Trong quá trình làm sạch chỉ có sự thay đổi về thành phần các cấu tử mà
không có sự thay đổi về chất.
 Vật lý:
• Khối lượng của nguyên liệu giảm do các tạp chất được tách ra.
• Thay đổi về tỷ trọng.
c. Phương pháp thực hiện
 Để làm sạch tốt nguyên liệu ta tiến hành theo 4 bước:
• Phân loại theo kích thước: tách các tạp chất có kích thước khác với kích
thước của cà phê nhân.
• Phân loại bằng khí động: tách các tạp chất nhẹ.
• Phân loại theo từ tính: tách kim loại.
• Phân loại theo tính chất bề mặt: tách các tạp chất như đá, sỏi,… do có ma
sát lớn.
d. 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.

2. PHỐI TRỘN
a. Mục đích

 Chuẩn bò: 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. Phương pháp thực hiện
Các loại cà phê khác nhau sẽ được phối trộn lại với nhau theo một công thức
Trang 14


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

nào đó (do nhà sản xuất đặt ra) tạo nên hương vò đặc trưng riêng cho sản phẩm.
Ví dụ:
Cũng có vài trường hợp người ta phối trộn cùng một loại cà phê ở các mức độ
rang khác nhau, khi đó quá trình trộn được thực hiện sau quá trình rang.
d. 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.

3. RANG

a. Bản chất
Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê tại nhiệt độ cao từ 190 oC đến
240 oC nhằm đạt được các biến đổi mong muốn về màu sắc và hương vò.
b. Mục đích
 Chế biến: xảy ra các phản ứng hóa học, các biến đổi làm dậy lên hương vò
của cà phê.
 Chuẩn bị: thuận lợi cho việc trích ly các hợp chất hòa tan và hợp chất hương
dễ bay hơi
c. Các biến đổi
 Vật lý:
• Giảm khối lượng do thoát ẩm.
• Hạt cà phê phồng lên, tăng thể tích từng hạt cũng như thể tích của toàn
khối hạtDo đó khối lượng riêng của hạt và khối lượng riêng tự nhiên (khối lượng
riêng xốp) của toàn khối hạt giảm. Sự giảm khối lượng riêng này phụ thuộc vào
mức độ rang và tốc độ rang.
 Hóa học:
• Các phản ứng tạo CO2, CO, N2 (đặc biệt là CO2). Quá trình rang cà phê
sẽ giải phóng ra CO2, lượng CO2 này phụ thuộc vào mức độ rang, sự đảo trộn và cả
phương pháp xác đònh tuy nhiên không phải tất cả các lượng CO 2 sinh ra đều thoát
ra ngoài mà còn một lượng bò giữ lại trong đống hạt. Khối hạt cà phê sau khi rang
có thể lưu lại 2 – 5mlCO2/g thậm chí đến 10mlCO2/g (chiếm khoảng 0,4 – 1% trọng
lượng khối hạt), (xác đònh ở 20 oC, 760mmHg). Lượng CO2 này sẽ từ từ thoát ra khỏi
khối hạt. p suất gây bởi lượng CO2 lưu lại trong khối hạt có thể tính theo công
thức:

VCO2
Vr

với: Vr là thể tích rỗng khối hạt. Quá trình giải phóng ra CO 2 thực sự vẫn

chưa được hiểu rõ.
• Các phản ứng tỏa nhiệt: trong quá trình rang, có hiện tượng tỏa nhiệt của
khối hạt, nhiệt lượng này làm cho nhiệt độ rang thay đổi đáng kể, do đó cần theo
dõi chặt chẽ để nhiệt đọâ rang không tăng quá cao so với tính toán. Hiện tượng tỏa
nhiệt này theo một số giả thiết thì nó liên quan đến sự hiện diện của thành phần
saccharide đặc biệt là sucrose.
Trang 15


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

• Chất hòa tan: tăng theo mức độ rang
• Tổn thất chất hòa tan cũng tăng theo mức độ rang
• Các phản ứng tạo hương, tạo màu: maillard, caramel…
• Giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: phenol, pyrazine, furfuryl
alcohol, acetic acid, cyclopentanol
• Protein bò phân hủy một phần hay tòan 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

Nhiệt độ cao khi rang, đặc biệt là khi sử dụng thiết bò trao đổi nhiệt có bề mặt kim
loại nóng, sẽ gây ra những phản ứng hóa học không mong muốn, nhất là ở bề mặt
cà phê (bề mặt cà phê có thành phần khác với phía trong nhân) ví dụ như quá trình
than hóa.
 Hóa lý:
• Sự bay hơi nước một phần do nhiệt độ cao (lượng hơi nước thoát ra gồm
có lượng nước này và nước sinh ra trong các phản ứng).
• Các cấu tử hương tạo thành bò bay hơi 1 phần
 Cảm quan:
• 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.
 Yếu tố ảnh hưởng: Nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian, thiết bò do đó tuỳ
theo sở thích của người uống mà ta chọn các thông số rang phù hợp.
d. Phương pháp thực hiện
• Quá trình rang được thực hiện ở áp suất thường.
• Tác nhân cung cấp nhiệt cho quá trình rang: không khí, bề mặt kim loại
nóng hay các tia bức xạ. Hiện nay, không khí nóng được sử dụng phổ biến hơn, bề
mặt kim loại chỉ được dùng như tác nhân phụ bổ sung cho không khí nóng..
• Trong thiết bò rang có bộ phận làm nguội bằng không khí lạnh (đôi khi
bằng phương pháp phun nước trực tiếp vào khu vực rang) nhằm hạ nhiệt độ khối cà
phê xuống nhanh sau khi đã đạt được mức độ rang cần thiết.
• Tùy theo mức độ thay đổi của hạt cà phê về màu sắc, sự thay đổi hương
vò, hao tổn khối lượng và các biến đổi hóa học bên trong cà phê nhân, người ta phân
chia quá trình rang ra làm 3 loại: rang nhẹ (light), rang vừa (medium), rang “sâu”
(dark), đôi khi còn phân ra loại “very dark”.
Ngoài ra, người ta còn có thể phân loại quá trình rang theo thời gian rang:
−
Rang nhanh: vài phút

−
Rang thông thường: khoảng 12 – 15 phút.
Theo nguyên lý hoạt động của thiết bò, quá trình rang có 2 loại:
Trang 16


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

−
Rang gián đoạn: thiết bò dạng tang trống đặt nằm ngang hay
đặt đứng có cánh khuấy, thiết bò dạng chảo quay đặt đứng... thường có thời gian
rang dài (12 – 15 phút hay có thể hơn) và nhiệt độ cao (có thể lên đến 450 oC)
−
Rang liên tục: thiết bò dạng tang trống đặt nằm ngang (thời
gian rang ngắn hơn (có thể chỉ trong 3 – 6 phút) và nhiệt độ thấp hơn (khoảng
250oC)
e. Thiết bò rang liên tục hiệu Burns Thermalo
• Bộ phận rang: dạng tang trống được đục lỗ, có năng suất 3000lb/h, tốc
độ quay 2 – 7 rpm tùy thuộc vào thời gian lưu của nhân cà phê. 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.
• 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 khí nóng: khoảng 250oC (500oF) (thấp hơn hẳn so với rang
gián đoạn do sử dụng hệ thống tuần hoàn khí và sử dụng lượng không khí lớn).
 Thông số công nghệ (sử dụng ở nhà máy cà phê Biên Hòa)

Theo từng loại riêng biệt đã phân loại trong trống rang
 Nhiệt độ rang: 150-180 oC
 Khối lượng rang: 45kg/mẻ.
 Thời gian rang: 10-15 phút
 Để giữ hương vò của cà phê, khi kết thúc một mẻ rang bơm vào
khoảng 0,5 l nước
 Cà phê sau khi rang có độ ẩm khỏang 2% có màu hạt dẻ, hương
thơm, vò không chua

4. XAY

a. 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.
b. 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.
c. Các biến đổi
 Vật lý:
• Sự giảm kích thước hạt của cà phê từ hạt rắn sang dạng bột rắn khô.
• 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
Trang 17


QTSX cà phê hòa tan

Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

 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.
d. 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…
• Mức độ rang
e. Phương pháp thực hiện
• Hạt cà phê sau khi rang cần lực cắt hơn là lực xé hay lực ép, do đó thiết
bò xay thường sử dụng là các con lăn có răng cưa để cắt với nhiều kiểu dáng khác
nhau. Ngoài ra còn có nhiều loại thiết bò khác để tạo cà phê hạt mòn hay cà phê
dạng bông (thường có lợi cho quá trình ủ sau này).
• Hạt cà phê sau khi xay không nên còn quá thô vì thời gian trích ly bằng
nước các chất rắn hòa tan và các cấu tử dễ bay hơi sẽ lớn, nhưng cũng không nên
quá mòn có thể làm nghẹt lọc.
• Trong khi xay nên thêm một ít nước (bằng cách phun ẩm) để tạo thuận
lợi cho quá trình trích ly bằng nước sau này. Theo nghiên cứu, lượng nước thêm vào
trong giai đoạn này tốt nhất là khoảng 7%.
• Người ta có thể sử dụng phương pháp xay lạnh đông. Theo cách này, hạt
cà phê sẽ được xay mòn hơn và lượng cấu tử hương thất thoát sẽ giảm xuống (trong
quá trình xay ở nhiệt độ thường, sự ma sát sẽ làm tăng nhiệt độ cà phê).
• Khí thoát ra có thể được thu hồi và sử dụng ở các giai đoạn sản xuất sau
và trong quá trình bao gói.
• Lớp vỏ bong ra có thể bò bỏ đi hay được tận dụng để phối trộn với cà
phê bột lúc sau nhằm tận thu hết những chất dầu thấm ra vỏ trong quá trình rang và

khống chế khối lượng riêng thể tích của khối bột sau xay.
f. 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.
 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. 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

Trang 18


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

a. 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
b. 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.
c. 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.
•
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. 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.
•
Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng caramel hóa.
 Cảm quan:
•
Mùi thơm giảm, làm cho cà phê có mùi caramel, mùi khét, mùi nấu.
Trang 19


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

Màu sậm hơn.
Cà phê có vò chua, gắt và khan.
d. 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.
•
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.
e. 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.
f. Thiết bò trích ly bộ lọc (Percolation batteries extraction) (quy trình I)
Thiết bò trích ly gián đoạn, ngược chiều, nhiều bậc: một bộ 5-8 bình ngâm chiết.
Đây là phương pháp phổ biến nhất. Hệ thống gồm khoảng 5-8 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),... (7), nước nóng được bơm lần

lượt vào các bình từ (1), (2), (3),... và dòch trích ly được lấy ra ở bình (5). Các bình
(6), (7), (8) 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 (6) đã
được nạp cà phê bột mới được nối vào sau bình (5). Lúc này, nước được đưa vào
bình (2), dung dòch được lấy ra ở bình (6).
•
•

Trang 20


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

− Nước được cung cấp ở nhiệt độ rất cao, có thể lên đến 180 oC. Khi đó, do sự
tỏa nhiệt tự nhiên từ cột, nhiệt độ của chất lỏng và cặn trong mỗi cột sẽ giảm từ từ
cho đến khi nhiệt độ của chất lỏng tiếp xúc với cà phê mới nhất đạt khoảng 100 oC.
Việc sử dụng nhiệt độ cao hơn cho phép trích ly được một lượng nhiều hơn và do đó
ta sẽ thu được dòch trích ly có nồng độ cao hơn. Thế nhưng việc sử dụng nhiệt độ
cao đòi hỏi hệ thống phải được giữ dưới một áp suất sao cho nước vẫn còn ở trạng
thái lỏng (ví dụ nước ở 175 oC cần áp suất là 120 PSI hoặc 828 kPa), và do đó những
cột riêng lẻ và hệ thống đường ống của chúng phải được thiết kế sao cho có thể
chòu được áp lực trên.
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.
 Thông số công nghệ: (sử dụng tại nhà máy cà phê Biên Hòa)
•

p suất lò hơi: 16 – 18kg/cm2
•
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 –
o
100 C

6. XỬ LÝ DỊCH CHIẾT
a. Mục đích

 Chuẩn bò: làm sạch dòch chiết để giúp cho các quá trình cô đặc tiếp theo diễn
ra tốt hơn.
 Hoàn thiện: tách các chất ảnh hưởng xấu đến sản phẩm.
b. Các biến đổi
 Vật lý:
•
Thể tích và khối lượng giảm.
•
Tỷ trọng giảm.
Trang 21


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

Nhiệt độ giảm.
Độ nhớt giảm.
 Hóa lý:
Có sự kết tủa của các chất keo tụ.
c. Phương pháp thực hiện
Dòch chiết có nhiệt độ cao sẽ được làm lạnh về nhiệt độ 5oC, sau đó được lọc
tinh để gạn đi các tạp chất thô, tách cặn và các hợp chất keo tụ.
d. 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 yêu cầu.
•
Thiết bò lọc khung bản: để tách cặn và các hợp chất keo tụ
•
•

7. CÔ ĐẶC

a. Bản chất
Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ chất khô các sản phẩm bằng phương
pháp bay hơi nước.
b. 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:
Khi nồng độ tăng; tính chất dung dòch thay đổi phụ thuộc vào thời gian cô đặc đó
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.
 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.
Trang 22


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

 Cảm quan:
• Màu cà phê sậm hơn do các phản ứng caramel, phản ứng Maillard tạo
các hợp chất màu dạng keo.
• Giảm mùi thơm do các chất tạo mùi bay hơi.
• Có thêm các vò lạ.
b. Phương pháp thực hiện
Tiến hành cô đặc bằng thiết bò dạng màng rơi hoặc thiết bò dạng tấm bản, nồng độ
cuối cùng của dòch trích cà phê có thể tăng lên đến 60% hoặc hơn.
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
c. Thiết bò

Trang 23


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt
ống, chảy xuống tạo thành một màng
mỏng. Quá trình bốc hơi sẽ diễn ra tại
đây nhờ nhiệt được cung cấp bởi hơi
nước. Hơi nước ngưng tụ và chảy
xuống ở mặt ngoài của ống.
•
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.
•

Hình 20: Thiết bò bốc hơi dạng

màng rơi
Chất lỏng được phân phối
một cách đều đặn ở mặt trong của
•
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
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.
 Thông số công nghệ:
Dịch trích sau khi lọc đưa qua thiết bị cô đặc chân không, với nhiệt độ nằm trong
khoảng từ 35 đến 80oC, khi đó áp suất tuyệt đối từ 40 đến 360mmHg, 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
•

Trang 24


QTSX cà phê hòa tan
Mẫn

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt

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 lươi 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.
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 nhữ ng 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.
Trang 25