CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CAFE HÒA TAN

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BÀI BÁO CÁO
MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

ĐỀ TÀI: CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN
GVHD: T.S Nguyễn Tiến Lực
Nhóm thực hiện:

Nguyễn Tấn Danh

11116012

Võ Đình Khôi Nguyên

11116047

Nguyễn Hữu Tài

11116055

Nguyễn Thị Minh Thu

11116062

Lư Nguyễn Minh Trí

11116075

Tp. Hồ Chí Minh, 3 / 2014

MỤC LỤC


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

1. Mở đầu

Cà phê là một loại thức uống có từ lâu đời, được ưa chuộng trên thế giới và
có mức tiêu thụ cao. Đặc biệt ở các thị trường lớn như Mỹ, Pháp, Ý và các nước
Bắc Âu, nơi mà cà phê được coi là không thể thiếu, thì không có đủ điều kiện đất
đai, khí hậu để trồng. Vì vậy đối với những nước có điều kiện tự nhiên thuận lợi
như nước ta, cà phê không chỉ được tiêu thụ trong nước mà còn là mặt hàng xuất
khẩu mang lại lợi nhuận kinh tế cao. Với người sử dụng ngày càng nhiều, cộng
với nhịp sống hối hả của thời đại công nghiệp, việc pha cà phê bằng phin đã nảy
sinh một số bất cập nhất là về thời gian. Năm 1936, Max Rudolf
HìnhMorgenthaler,
1: Một sản phẩm
cà phê hòa tan

người Thụy Sĩ đã sáng chế ra cà phê hòa tan và ngay sau đó công ty Nestle đã đăng ký
nhãn hiệu Nescafe vào năm 1938. Với người tiêu dùng, cà phê hoà tan nhanh chóng
được ưa chuộng vì sự tiện lợi của nó. Đối với nhà sản xuất, cà phê hòa tan là mặt hàng
có giá trị cao, thuận lợi trong việc bảo quản và vận chuyển nên thu được nhiều lợi
nhuận.
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

2


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Cà phê là một chất kích thích nhưng được xã hội cho phép sử dụng. Nếu không
có gì trở ngại thì nên thưởng thức. Thưởng thức một tách cà phê ngon bất cứ lúc nào
cũng có thể góp phần giảm thiểu đi những căng thẳng trong đời sống. Các nghiên cứu
mới đây cho biết người uống cà phê có thể tránh được bệnh ung thư gan. Nhưng chỉ
thực sự tốt khi chúng ta uống cà phê nguyên chất không có pha trộn tạp chất. Nếu có
pha trộn, nên chắc chắn rằng những chất này đã được cơ quan quản lý thực phẩm và
thuốc men – FDA (Food and Drug Administration) cho phép sử dụng.
2. Tổng quan về cây cà phê
2.1 Giống và đặc tính thực vật của cây cà phê
2.1.1 Các giống cà phê
Cho tới nay, người ta đã xác định được trong chi Coffea thuộc họ rubiaceae có
gần 100 loại khác nhau nhưng chỉ một số ít có giá trị kinh tế, chủ yếu là 3 loại:
- Cà phê chè: có chất lượng cao nhất, thơm ngon nổi tiếng, hương vị dịu, hàm
lượng cafein trên dưới 1.2%. Hiện cà phê chè chiếm khoảng 70% tổng diện
-

tích và khoảng 75% tổng sản lượng buôn bán hàng năm trên thế giới.
Cà phê vối: hương vị kém hơn cà phê chè, vị đậm, hàm lượng cafein
khoảng 2.5%, cà phê vối chiếm khoảng 25% diện tích và tổng sản lượng cà

-

phê trên TG, giá bán cà phê vối cũng thấp hơn cà phê chè.

Cà phê mít: ít hương thơm, có vị chua, chất lượng ít được ưa chuộng, hàm
lượng cafein khoảng 1%. Do chất lượng kém nên cà phê mít ít có giá trị

thương mại.
2.1.2 Đặc tính thực vật của cây cà phê
Cây cà phê vối ưa điều kiện nóng ẩm, thích hợp từ 24 – 30 0C, ánh sáng dồi dào,
phát triển tốt ở độ cao dưới 800m so với mực nước biển, trong thời gian ra hoa thì kị
mưa và sương mù nhiều. Ngược lại, cây cà phê chè thích nhiệt độ mát mẻ, từ 18 240C, ánh sáng tán xạ, được khuyến cáo trồng ở những nơi có độ cao từ 800m trở lên
so với mực nước biển.
2.2 Thành phần hóa học của cà phê nhân
Thành phần hóa học của cà phê nhân phụ thuộc vào chủng loại, độ chin, điều
kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản.
Nước
Trong nhân cà phê đã sấy khô còn khoảng 10 - 12% nước ở dạng liên kết. Sau
2.2.1

khi rang hàm lượng nước còn khoảng 2.7%. Chỉ số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

3


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

lượng cà phê. Nếu độ ẩm cao, vi sinh vật dễ dàng phát triển dẫ đến tổn thất hương vị
cà phê.
2.2.2

Chất khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong cà phê khoảng 3 - 5%, chủ yếu là Kali, Magiê,
nhôm, sắt, đồng,… Những chất này ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê rang, cà phê
có lượng khoáng càng thấp thì càng tốt.
2.2.3

Glucid

Glucid chiếm khoảng 50% tổng khối lượng chất khô trong cà phê, thành phần
này chủ yếu tạo màu sắc và vị caramel cho cà phê.
2.2.4

Protein

Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng có vai trò quan trọng trong
việc hình thành hương vị cho sản phẩm. Trong đó các acid amin chứa lưu huỳnh như
cystin, methionine là quan trọng nhất, chúng tạo nên hương thơm cho cà phê rang.
Đặc 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 bả quản.
2.2.5

Lipid

Hàm lượng lipid trong cà phê khá lớn (10 - 13%) gồm 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 bị biến đổi chính là
dung môi tốt để hòa tan các chất thơm.
2.2.6

Các ankaloid

Trong cà phê có các ankaloid như caffeine, trigonelline, betain, colin,… trong
đó quan trọng nhất là caffeine và trigonelline.
Caffeine
Hàm lượng khoảng 1 - 3% phụ thuộc và 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.

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

4


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Hình 2: CTCT caffeine

Trigonelline (acid metinbe)
Trigonelline là ankaloid không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic,
không tan trong chloroform và eter, tan nhiều trong nước nóng. Tính chất quý của
trigonelline là dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nó bị nhiệt phân tạo thành acid nicotinic
(tiền vitamin PP).

Hình 3: CTCT Trigonelline
2.2.7

Chất thơm

Hiện nay người ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất thơm tạo thành mùi cà phê.
Hàm lượng chất thơm trong cà phê tương đối nhỏ, bao gồm các acid, andehid,
cetone, rượu, phenols, ester… Các chất này được hình thành và tích lũy trong quá
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

5


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

trình phát triển của quả cà phê hay được hình thành trong quá trình chế biến (nhất là
rang).
Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi, dễ biến đổi làm giảm chất lượng cà
phê nên cần bảo quản cà phê trong bao bì kín.
Ngoài ra trong nhân cà phê còn có một lượng đáng kể vitamin. Trong cà phê
chủ yếu là vitamin nhóm B như B1, B2, B6, B12 và các loại acid hữu cơ (tiền
vitamin).

Bảng 1: Thành phần hóa học của cà phê nhân

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

6

BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Bảng 2: Phân tích ảnh hưởng các tính chất đến hương vị cà phê
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

7


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

8

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

2.3 Ý nghĩa của cà phê đối với đời sống và sự phát triển kinh tế ở nước ta

cũng như trên toàn thế giới
Người ta đã tìm thấy trong hạt cà phê có khoảng 670 hợp chất khác nhau, trong
đó có những chất thơm tạo mùi đặc trưng độc đáo, đặc biệt chứa cafein – là một chất
kích thích, gây “nghiện”, nên việc thưởng thức cà phê đã trở thành thói quen hằng
ngày của phần đông người dân trên TG, nhất là ở những nước tiên tiến, từ đó tạo ra

một thị trường cà phê rộng lớn. Theo thống kê, tổng kim ngạch xuất khẩu cà phê hàng
năm vào khoảng trên dưới 10 tỉ USD.
Ở nước ta, thị trường cà phê xuất khẩu ngày càng được mở rộng, năm 1999 –
2000 đã xuất khẩu đến 53 nước trên TG, tổng cộng khoảng 540,000 tấn/năm, chủ yếu
vẫn là cà phê vối ở dạng cà phê nhân sống. Cà phê chè tham gia xuất khẩu với lượng
nhỏ, khoảng từ 2000 – 3000 tấn/năm. Ngành cà phê VN nói chung đã đạt được những
thành tích to lớn, về cả mặt kinh tế và xã hội, tạo công ăn việc làm cho hàng chục vạn
lao động, trở thành ngành xuất khẩu đứng thứ 2 sau lúa gạo.
Bảng 3: 10 địa phương có sản lượng cà phê lớn nhất Việt Nam

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

9


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Bảng 4: Diện tích trồng cà phê và sản lượng cà phê của VN (1980 – 1994)
Cà phê nhân

Làm sạch

Tạp chất

Rang

2.4 Nghiên cứu và phát triển

Xay

Do mức tiêu thụ và yêu cầu của người tiêu dùng ngày càng cao, thúc đẩy các
nhà nghiên cứu và sản xuất quan tâm, Tách
việcbụi
đưa
cà ra
phêthị trường các sản phẩm mới luôn
cần thiết, không loại trừ yêu cầu nhanh gọn, phù hợp với nhịp sống hối hả mà vẫn giữ
Nước

Trích Cà
ly phê hòa tan là một
Bãtrong
cà phênhững sản
được hương vị thơm ngon đặc biệt của cà phê.

phẩm đáp ứng được yêu cầu trên và được yêu thích trên toàn TG. Từ cà phê đen hòa
Phụ gia

Khuấy
trộn cứu và tung ra thì trường như: cà
tan thuần túy, nhiều sản phẩm khác đã được
nghiên

phê sữa hòa tan, cà phê nguyên kem,…
3
Quy trình công nghệ sản xuất càLắng
phêtrong
hòa tan

3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ
Lọc

Cặn

Cô đặc

Cặn

Sấy

Ướp hương

Tạo hạt

Đ.Gói & B.Quản

Sản phẩm
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

10


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

3.2

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Giải thích quy trình công nghệ

3.2.1 Chọn cà phê nhân

Có những loại cà phê khi uống bình thường pha bằng phin thì ngon nhưng
mang chế biến hòa tan thì lại nhạt nhẽo, cho nên việc chọn cà phê thích hợp để pha
trộn, kĩ thuật rang xay tốt sẽ cho ra bột tốt. Đây là một bước quan trọng.
Thông thường thì dùng loại Robusta (cà phê vối) để chế biến cà phê hòa tan thì
chất lượng sản phẩm đạt tiêu chuẩn hơn.
3.2.2

Tách tạp chất

Áp dụng nguyên tắc khí động, một luồng không khí mạnh được tạo ra từ quạt
ly tâm thổi từ dưới lên xuyên qua khối hạt cà phê ngay khi nó vừa được cung cấp từ
máng nhập liệu bên trên, hạt nào nặng sẽ tiếp tục rơi xuống máng hứng, còn hạt và tạp
chất nhẹ hơn sẽ bị thổi ra ngoài.
Trước khi vào máy rang, cà phê nhân được đưa qua hệ thống sàng để phân
riêng các hạt có kích thước khác nhau nhằm đảm bảo năng suất và độ chin đồng đều
trong khối hạt.
3.2.3

Rang

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

11


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Quá trình rang là quan trọng nhất vì rang làm cho hương thơm hình thành. Tùy
theo cỡ hạt và tùy loại thiết bị mà có chế độ rang thích hợp khác nhau.
Rang là công đoạn xử lý nhiệt cho hạt cà phê tại nhiệt độ cao, từ 190 đến 240 0C
nhằm đạt được các biến đổi mong muốn về hương vị và màu sắc. Ở giai đoạn đầu của
công đoạn rang, nhiệt độ lớn hơn 100 0C, làm bốc hơi nước trong hạt từ 12% xuống
khoảng 2%, khi đạt 1500C thì có khí sinh ra (CO2, CO, hơi nước…), hạt cà phê trở nên
giòn, thể tích tăng khoảng 40 – 100%, giúp dễ xay, nghiền thành bột.
Trong khoảng nhiệt độ từ 180 – 200 0C hạt cà phê được rang nức và mùi hương
được tạo ra, thông thường cà phê rang ở 180 – 240 0C trong từ 15 – 25p, tổn thất về
khối lượng khi rang là 16 - 18%.
Những biến đổi trong quá trình rang diễn ra như sau:
-

Mất mát một số chất dễ bay hơi
Đường trong hạt cà phê bị caramen hóa một phần.
Protein bị phân hủy một phần hay hoàn toàn do nhiệt, hàm lượng cafein
cũng bị biến đổi.

Thành phần trong hạt cà phê rang phụ thuộc vào giống, phương pháp chế biến
và cường độ rang.
Có 3 phương pháp rang cà phê cơ bản:
-

Gia nhiệt trực tiếp
Gia nhiệt gián tiếp
Gia nhiệt theo nguyên lý tầng sôi

Thiết bị rang: Người ta tiến hành rang trong nhiều loại thiết bị có mức độ cơ
giới khác nhau và dùng nhiều loại nhiên liệu khác nhau. Có thể rang trong thiết bị

thùng đứng có trục khuấy hoặc tay đảo, thiết bị còn có ống lấy mẫu và cửa quan sát.
Cà phê sau khi rang được đưa qua hệ thống làm nguội (nước – mỗi mẻ 0.5 lít)
trong thùng hoặc bằng băng tải, rải đều cà phê cho mau nguội, giúp giữ lại các hương
thơm đặc trưng.

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

12


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Hình 4 & 5: Máy rang cà phê trên lý thuyết và thực tế
Ngoài ra còn có những thiết bị hiện đại, tự động hóa dưới áp suất lớn cho ta sản
phẩm sau rang rất đều và ít hao hụt về chất lượng dinh dưỡng cũng như cảm quan.
3.2.4 Xay (nghiền)
3.2.4.1 Bản chất
Xay là quá trình làm vỡ hạt cà phê thành những hạt nhỏ, mịn theo yêu cầu để
đưa vào quá trình trích ly.
3.2.4.2 Mục đích
Hạt cà phê sau khi rang được nghiền nhỏ nhằm tăng hoạt tính phản ứng của
chất rắn, tạo ra bề mặt có diện tích tiếp xúc lớn hơn để giải phóng CO 2 và hấp thụ
nước nóng làm tăng khả năng trích ly các hợp chất có trong hạt.
Các biến đổi
Vật lý: Giảm kích thước hạt, giảm khối lượng riêng (xốp), tăng nhiệt độ (do ma
3.2.4.3

sát).

Hóa học: Có một số phản ứng phân hủy, oxy hóa do nhiệt độ và diện tích 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 do thất thoát chất mùi.
3.2.4.4 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 bị,...
 Chú ý: Nhiệt độ nghiền không quá cao (<40 0C), tránh phân hủy một số chất

dinh dưỡng và giữ hương cho cà phê.
3.2.4.5 Phương pháp thực hiện
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

13


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Nguyên tắc: Cà phê nhân được đưa vào máy nghiền, các trục nghiền chà xát
đập hạt vỡ ra. Sau đó khối hạt được đưa tới rây: các hạt đạt yêu cầu thì được đưa tiếp
sang giai đoạn trích ly, hạt quá lớn trở lại máy nghiền.
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 bị trích ly. Nếu bộ quá
thô thì hiệu quả trích ly sẽ kém do bề mặt tiếp xúc không lớn. Song, nếu hạt quá mịn
thì sự tiếp xúc của nước với hạt khó khăn (sức căng bề mặt lơn) và hạt sẽ bị cuốn theo
dòng nước làm cho 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).
3.2.4.6

Thiết bị: 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 tốc độ quay của 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 hai trục được gắn với
cơ cấu lò xo để tránh quá tải. Khi gặp 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 vị trí cũ. Máy nghiền cà
phê thường có các trục nghiền trơn, vận tốc quay của trục khoảng 50 - 900v/p. Cà phê
sau khi nghiền rơi xuống bộ phận rây phân loại gồm rây 8 mesh và rây 20 mesh.
Phần bột trên rây 8 mesh được hoàn lưu để nghiền thêm, bột qua rây 20 mesh
là phế liệu, bột trên rây 20 mesh đạt yêu cầu được đưa qua giai đoạn trích ly.

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

14


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Hình 6: Máy nghiền trục
Ngoài máy nghiền trục còn có máy nghiền đĩa thường được sử dụng trong chế
biến cà phê. Cần lưu ý rằng các hạt sau khi nghiền không nên quá mịn, nếu không sẽ
gây khó khăn cho quá trình lọc, ảnh hưởng đến hiệu suất và có thể gây tắc hệ thống
lọc.

Hình 7: Máy nghiền cà phê trong công nghiệp
Tách bụi cà phê
Người ta thường dùng máy sàng rây hoặc quạt gió để tách bụi cà phê. Bột cà
3.2.5

phê được đưa từ trên xuống và quạt thổi ngang qua, những hạt bụi nhỏ hơn sẽ được
thổi ra.
3.2.6 Trích ly
3.2.6.1 Bản chất

Trích ly là quá trình tách các chất hòa tan có trong bột cà phê bằng nước nóng
nhờ sự khuếch tán của các chất dễ hòa tan giũa hai pha, tạo ra một dung dịch chiết có
nồng độ các chất hòa tan khoảng 25 - 35%. 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 ly và pha raffinate.
3.2.6.2

Mục đích

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

15


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Quá trình này nhằm khai thác các chất hòa tan trong bột cà phê, đây là giai
đoạn quan trọng, quyết định đến chất lượng, hương vị và cả sản hiệu suất thu hồi cà

phê hòa tan
3.2.6.3

Các biến đổi

Hóa lý: Sự hòa tan của các chất, độ nhớt dung dịch 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, hemicelluloses), phản ứng phân hủy một số chất nhất là các chất
mùi (rượu, ester, ceton,.. không bền), phản ứng tạo màu.
Vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích, nhiệt độ của dung dịch 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 vị 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.
3.2.6.4

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.
Tính chất vật liệu: Độ xốp, tính thấm nước.
Thời gian trích ly: Thời gian càng dài thì trích ly triệt để. Nhưng nếu bột cà phê
tiếp xúc với nước nóng quá lâu sẽ gây ra những biến đổi không tốt về mùi vị của sản
phẩm.
Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bột cà phê và nước: Diện tích tiếp xúc càng lớn
thì hiệu suất trích ly càng cao, nhưng nếu bột quá mịn sẽ gây khó khăn cho quá trình
lắng và lọc dịch (như đã nêu ở phần xay).

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 nếu nhiệt độ quá cao sẽ dẫn đến những
phản ứng bất lợi cho hương vị, màu sắc của cà phê nên việc tăng nhiệt độ phải có giới
hạn.
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

16


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

3.2.6.5

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Phương pháp thực hiện

Nguyên tắc: Cho dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê trong thiết bị, 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 áp
dụng phương án ngược chiều liên tục nhằm tiết kiệm nước, dịch cà phê được xử lý
ngay nên giữ được nhiều phẩm chất tốt.
Quá trình trích ly được thực hiện trong các bình trích ly dưới áp suất sao với
hỗn hợp gồm nước nóng 1630C và cà phê đã nghiền. Dịch trích ly được giữ trong các
tank để làm nguội nhanh, tránh tiếp xúc với không khí, để kết lắng các chất khô không
tinh khiết, cặn, bã và tránh sự bay hơi của một số chất thơm. Có thể làm lạnh đến 5 0C.
Có 2 phương pháp trích ly cơ bản là trích ly gián đoạn và trích ly liên tục
Trích ly gián đoạn thường dùng là lọc

Trích ly liên tục: hệ thống gồm khoảng 5 - 10 tháp nối tiếp nhau bằng ống dẫn,
trong đó dòng nước chảy ngược chiều với dòng nguyên liệu. Qua mỗi tháp, dịch cà
phê sẽ được kéo theo với nước và nồng độ dịch cà phê sẽ tăng. Nếu nồng độ của dịch
cà phê không đạt thì nó sẽ được hồi lưu lại để đạt yêu cầu. Nhiệt độ của nước vào cột
trích ly là khoảng 154 – 1820C, nhiệt độ của nước cuối giai đoạn trích ly là khoảng 60
– 820C. Sauk hi trích ly, nhiệt độ của dịch trích cần được hạ thấp nhờ vào thiết bị trao
đổi nhiệt dạng tấm để duy trì hương vị cà phê trước giai đoạn sấy.
Hầu hết các nhà máy cà phê hòa tan hiện nay đều dùng phương pháp trích ly
liên tục vì hiệu suất làm việc tốt, trích ly được sâu hơn. Tuy nhiên cả 2 phương pháp
đều phải đạt được hiệu quả trích ly 25-30%.

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

17


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Hình 8: Sơ đồ hề thống trích ly có cánh khuấy

Ngoài ra người ta còn dùng phương pháp trích ly bằng siêu âm. Phương pháp
này có thể lấy hết toàn bộ chất hòa tan trong bột cà phê một cách liên tục, nhanh với
nước lạnh. Ưu việt hơn nữa là giữ được các chất bay hơi - đạt được hương vị tốt nhất.
Tuy nhiên phương pháp này khá phức tạp, phải thủy phân bột cà phê rồi trung hòa
cộng với việc hóa nghiệm xác định chất lượng của dung dịch hòa tan.
3.2.6.6 Thiết bị
 Thiết bị trích ly Hilderbarndt

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 thấp hơn (1) sang tháp (2)
cao hơn, bã được lấy ra từ đỉnh tháp (2).
Nước nóng được đưa vào từ một của khác của 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) và dịch chiết được lấy ra từ đỉnh tháp (1).
Ở cửa ra của dịch chiết có lưới ngăn để ngăn các hạt cà phê. Tốc độ quay của
các vít tải khoảng 10v/p.
Ưu điểm: Năng suất lớn (40 tấn/giờ) hiệu quả cao.
Nhược điểm: Cấu tạo, hoạt động phức tạp, chi phí cao.
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

18


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Hình 9: Thiết bị trích ly Hilderbarndt

3.2.7

Hình 10 & 11: Hệ thống trích ly cà phê trong công nghiệp
Khấy trộn

Là quá trình pha hai hay nhiều thành phần lại với nhau nhằm đáp ứng nhu cầu
người tiêu dùng. Sau đó cần trộn hỗn hợp thành một thể đồng nhất.
Do đó gạn lắng trong rồi lọc dung dịch đã khấy trộn nhằm loại bỏ các cấu tử

không có khả năng hòa tan trong hỗn hợp.
3.2.8

Lắng trong

Thường để yên trong khoảng vài tiếng để cho các phần tử không tan lắng
xuống đáy thiết bị, chuẩn bị cho quá trình lọc.
3.2.9 Lọc
3.2.9.1 Bản chất

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

19


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Lọc là quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng nhất qua lớp lọc, bã được giữ
lại trên lớp lọc, dung dịch đi qua lớp lọc với áp suất dư so với áp suất bên dưới vật
ngăn. Áp suất này tạo ra do áp suất thủy tĩnh của lớp chất lỏng trên vật ngăn hoặc do
bơm. Quá trình lọc nhằm tách hết cặn cà phê để thu được dịch chiết trong suốt.
3.2.9.2

Phương pháp

Lọc ly tâm thì tốt nhưng yêu cầu thiết bị tối tân, giá thành cao nên người ta
thường sử dụng thiết bị lọ khung bản (ép).
Trong sản xuất cà phê người ta thường sử dụng máy ép lọc khung bản

 Nguyên lý làm việc

Để tăng hiệu quả quá trình lọc, trước khi lọc người ta tiến hành hồ trên bề mặt
vải lọc một lớp bột mịn có tác dụng chèn kín các lỗ vải, làm cho kích thước các lỗ đó
nhỏ hơn. Hoặc ta có thể cho dịch chiết đã hòa bột trợ lọc qua thiết bị để để trải chất trợ
lọc lên bề mặt lớp vải lọc. Dịch này dưới tác dụng của áp suất (5 - 6 at) được đưa qua
rãnh của bản rồi theo van ra ngoài, sau đó được hoàn lưu trở lại nồi nấu chuẩn bị cho
quá trình cô đặc, còn các hạt rắn bị giữ lại tạo thành lớp bã chứa trong khung.

Hình 12: Cấu tạo khung bản lọc

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

20


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Hình 13: Sơ đồ nguyên lý máy lọc ép khung bản
Chú thích:
1.Đồng hồ áp lực

2. Kính quan sát

3.Van đưa dịch trong ra

4. Van hồi lưu

5. Đường hồi lưu

A. Bản lọc

B. Khung lọc

C. Nguyên liệu lọc (vải (giấy) lọc)

•

Ưu điểm: Thực hiện nhiều quá trình với vật liệu có độ huyền phù cao, dễ

lắp ráp, dễ vận hành…
• Nhược điểm: Khó tự động hóa, làm việc gián đoạn, thao tác nặng nhọc,
nguyên liệu được lọc bằng vải mòn dễ rách.
3.2.10 Cô đặc
3.2.10.1
Bản chất
Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ chất khô (NĐCK) các sản phẩm bằng
phương pháp bay hơi nước. Cụ thể quá trình cô đặc cà phê là quá trình làm đậm đặc
dung dịch đã trích ly dựa trên bản chất vật lý, 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 định để thắng lực
liên kết chúng sẽ trở thành dạng hơi. Khi đó nồng độ chất khô trong dung dịch tăng
dần lên đến mức cần xử lý. Quá trình cô đặc kèm theo các biến đổi về mặt hóa học của
cà phê.
Cũng có thể mang dịch đã lọc làm lạnh triệt để trước khi sấy bằng Nitro lỏng
để khi sấy ẩm bốc hơi nhanh. Phương pháp này hiện đại, giữ được hương cà phê tốt
nhất.
3.2.10.2

Mục đích

Mục đích chuẩn bị: Tăng nồng độ chất khô, giảm thời gian sấy tiếp theo và giữ
được hương cà phê.
Mục đích bảo quản: Hạn chế sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật.
3.2.10.3

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.
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

21


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Hóa học: Phản ứng tạo màu caramel, Maillard; phản ứng thủy phân, phản ứng
phân hủy do nhiệt độ cao, thay đôi pH do hình thành gốc acid.
Sinh học: Hạn chế khả năng hoạt động và tiêu diệt vi sinh vật do nồng độ và
nhiệt độ đều cao.
Cảm quan: Màu cà phê sậm hơn do các phản ứng tạo màu (nêu ở trên) tạo các
chất màu dạng keo, giảm mùi thơm do thất thoát cấu tử hương, xuất hiện vị lạ,…
3.2.10.4

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 thống cô đặc nhiều
nồi, nồi đầu có áp suất dư, các nồi sau có áp suất chân không.
 Yêu cầu thiết bị
- Vật liệu không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
- Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn truyền nhiệt nhất định
- Tiêu hao nguyên liệu trên một đơn vị 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 định ước 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 dịch vào: 15 - 30%
- Nồng độ dung dịch ra: 60 - 65%
- Nhiệt độ: 80 - 1000C
3.2.10.5
Thiết bị

Để cô đặc dung dịch cà phê, người ta sử dụng thiết bị cô đặc chân không dạng
màng, đây là thiết bị cô đặc chân không gián tiếp, tác nhân nhiệt là hơi nước bão hòa.
Cấu tạo chính của thiết bị gồm buồng đốt và buồng bốc.
Buồng đốt là thiết bị truyền nhiệt dạng vỏ ống (dịch cà phê đi trong ống, hơi
nước đi bên ngoài ống) hay dạng đĩa (dịch cà phê và hơi nước đi xem kẽ).
Buồng bốc thường có đường kính lớn, là nơi phân ly hỗn hợp hơi và dung dịch
cô đặc. Dung dịch 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 bị ngưng tụ, tại đây có thể bố
trí hệ thống thu hồi các chất thơm dễ bay hơi.
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

22


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

 Thiết bị cô đặc dạng màng rơi (falling film evaporation)

Dịch cà phê được đưa vào từ đỉnh buồng đốt và chảy xuống thành những dòng
mỏng dọc theo bề mặt truyền nhiệt (ống hoặc tấm phẳng).
Ưu điểm: Độ giảm áp trong ống rất nhỏ, độ tăng điểm sôi nhỏ, thời gian dung
dịch tiếp xúc với tác nhân nhiệt ngắn nên giảm tốn thất cấu tử hương, hệ số truyền nh
nên giảm tốn thất cấu tử hương, 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 đặt, bảo trì lớn.

Hình 14: Thiết bị cô đặc dạng màng rơi
 Thiết bị cô đặc dạng màng leo (rising or climbing film evaporation)

NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

23


BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Dịch cà phê được nén vào từ đáy buồng đốt. Nguyên lý của thiết bị này là vận
tốc của hơi ở tâm ống truyền nhiệt nhanh hơn vận tốc của dung dịch. Hơi này tạo lực
kéo dung dịch dâng (leo) lên. Khi trạng thái chảy màng xảy ra, màng lỏng chảy rối,
tốc độ truyền nhiệt lớn.

Hình 15 & 16: Thiết bị cô đặc dạng màng leo & trạng thái chảy của chất lỏng
trong ống truyền nhiệt của thiết bị cô đặc màng leo.
Cô đặc bằng màng: Hoạt động ở áp suất tuyệt đối 2 – 3 inch Hg với nhiệt độ
2400F (1160C).
3.2.11 Thu hồi các hợp chất dễ bay hơi (hồi hương)
Một phần quan trọng của sản phẩm cà phê hòa tan là mùi thơm đặc trưng.

Trong các bước của quá trình sản xuất (rang, xay), chất tạo hương bị mất mát. Nó có
thể được phục hồi trong một số bước tiếp theo để tạo sự hấp dẫn cho cà phê hòa tan.
Công nghệ hồi hương gồm: Khử hấp phụ và hấp phụ.
3.2.11.1

Khử hấp phụ

Quá trình khử hấp phụ được tiến hành trong tháp đứng và tác nhân hấp phụ là
khí trơ (N2). Cà phê bột được làm nóng trong tháp sẽ toát ra các chất thơm. Sau đó
bơm dòng khí trơ đã được đốt nóng đến nhiệt độ nhất định (95 oC) vào từ đáy tháp.
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

24

BÀI BÁO CÁO MÔN CNCB TRÀ - CÀ PHÊ - CA CAO

GVHD: T.S NGUYỄN TIẾN LỰC

Trên đỉnh tháp có quạt hút có tác dụng hút hỗn hợp khí ra khỏi tháp, đồng thời tạo áp
suất thấp để quá trình hấp phụ xảy ra dễ dàng. Kết quả thu được hỗn hợp gồm khí N2
và các thành phần hương thơm nguyên thủy trong cà phê rang.
3.2.11.2

Hấp phụ

Bột cà phê hoà tan sau khi sấy có độ ẩm 1- 2% và rất xốp nên rất dễ hấp phụ.
Quá trình hấp phụ cũng được tiến hành tại tháp đứng. Hỗn hợp khí vào phải được làm
lạnh (nhiệt độ thường là 8- 9oC), khi đi qua bột cà phê hoà tan sẽ hấp phụ các chất
thơm có trong hỗn hợp khí, ta thu được bột cà phê hòa tan thành phẩm.
Sự thoát hơi nước hoặc các dung môi qua bề mặt bột rang cà phê cũng có thể
giữ được mùi thơm. Các tinh chất cà phê thu được khi ép bã bằng cách sử dụng áp lực
2,000 lb per sq in (14,000 kPa). Ngoài ra, những hợp chất đó có thể được chưng cất từ
bã cà phê sau khi quá trình trích ly hoàn thành.
3.2.12 Sấy
3.2.12.1
Bản chất
Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng niệt độ, 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 ít năng lượng, chi phí vận hành thấp. Trong công
nghệ sản xuất cà phê hòa tan thì yêu cầu của sản phẩm là khối bột mịn, không đóng
vón keo, độ ẩm thấp.

Nguyên liệu: Dịch chiết cà phê đã cô đặc.
Tác nhân sấy: Không khí nóng.
3.2.12.2

Mục đích

Mục đích khai thác: quá trình này nhằm thu nhận những hợp chất hòa tan trong
dịch chiết cà phê, tăng hàm lượng chất khô của sản phẩm.
Mục đích chế biến: tạo nên đặc tính riêng biệt cho cà phê hòa tan như sản phẩm
dạng hạt xốp, độ ẩm thấp, dễ hòa tan trong nước, không bị vón cục.
NHÓM 6 - CNCB CÀ PHÊ HOÀ TAN

25