CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 1.1 , Giới thiệu chung Cà phê là một chi thực vật thuộc họ Thiến thảo (Rubiaceae). Chi cà phê bao gồm nhiều loài cây lâu năm khác nhau. Tuy nhiên, không phải loài nào cũng chứa caffein trong hạt, một số loài khác xa với những cây cà phê ta thường thấy. Hạt cà phê là những quả hạch.
Bên trong quả có màu đỏ hoặc tím, thường được gọi là quả mọng. Nó cũng giống như những quả mọng bình thường, mặc dù có hình thức là các hạt cà phê. Trong tiếng Anh, chúng được gọi là "đậu" (bean) vì nét tương đồng với thực vật họ Đậu. Hai giống cà phê quan trọng nhất về kinh tế của cây cà phê là hạt cà phê Arabica và Robusta.Cà phê Arabica chiếm 65-70% lượng cà phê được sản xuất trên toàn thế giới và 30% còn lại là cà phê Robusta.
Hạt Arabica gồm 0,8-1,4% caffeine và hạt Robusta bao gồm 1,7-4% caffeine. Ngoài ra còn 1 số loại cà phê khác như Liberica, Bengal, Excelsa. - Cà phê Robusta : Hay còn gọi là cà phê vối thuộc loài thực vật Coffea Canephora Pierre ex A. Hạt cà phê Robusta hình bàn cầu tròn, hơi dài, rãnh thẳng và thường là 2 hạt trong 1 trái.
Cà phê Robusta có mùi thơm dịu, vị đắng gắt, nước có màu nâu sánh, không chua, hàm lượng cafein vừa đủ. - Cà phê Arabica : Còn được gọi là cà phê chè. Hạt cà phê Arabica khi pha vào nước có màu nâu nhạt sánh, mùi vị đắng rất đa dạng từ đắng dịu hương thơm nhẹ nhàng, quyến rũ đến vị đắng lẫn hương thơm nồng nàn, đặc biệt có vị hơi chua.2 , Cấu tạo quả cà phê Quả cà phê gồm : lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân. Cấu tạo của quả cà phê - Lớp vỏ quả : là lớp màng mỏng, mềm, dai.
Vỏ quả cà phê chè (arabica) mềm hơn cà phê vối (canophera) và cà phê mít (excelsa). Trong vỏ quả có alkaloid, tannin, cafein, các loại enzyme. - Lớp vỏ thịt : là phần dưới lớp vỏ quả, còn được gọi là trung bì gồm những tế bào mềm, không có cafein, tannin, chưa nhiều đường và pectin, dễ xay xát. - Lớp nhớt : nằm sát nhân, khó tách ra.
Thành phần chính là pectin, các loại đường khử, cellulose, enzyme pectase. Đặc tính của lớp này là không hòa tan trong nước, hút ẩm rất mạnh vì vậy trở ngại khi phơi sấy khô và bảo quản hạt. - Lớp vỏ trấu : là lớp kế tiếp lớp vỏ thịt, chứa nhiều cellulose nên khá cứng, là một màng bán thấm thô có nhiệm vụ bảo vệ cho nhân. - Lớp vỏ lụa : khi loại bỏ lớp vỏ trấu còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa.
Đặc tính khác nhau tùy vào mỗi loại cà phê. Với vỏ lụa cà phê chè màu trắng bạc, dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến, vỏ lụa cà phê vối có màu nâu nhạt còn vỏ lụa cà phê mít có màu vàng nhạt bám xát vào nhân cà phê. - Nhân cà phê : là phần nằm trong cùng của hạt. Một quả cà phê thường có từ 1, 2 hoặc 3 nhân.
Thường chỉ có 2 nhân, trong nhân có chứa phôi và mô dinh dưỡng. Thành phần củ nhân sẽ ảnh hưởng đến hương vị của cà phê. Nhân cà phê bao gồm phôi và mô dinh dưỡng 5 Bảng 1. Tỷ lệ các thành phần cấu tạo hạt cà phê (% theo quả tươi) Thành phần Cà phê chè (%) Cà phê vối (%) Vỏ quả 43-45 41-42 Vỏ nhớt 20-23 21-22 Vỏ trấu 6-7,5 6-8 Nhân và vỏ lụa 26-30 26-29 1.3 , Thành phần hóa học của nhân cà phê Bảng 1.
Thành phần hóa học hạt cà phê Thành phần hóa học Tính bằng g/100g Tính bằng mg/100g Nước 8-12 Chất béo 4-18 Cacbonhydrate 1,8-2,5 Protein 9-16 Cafein 0,8-2 Acid Clorogenic 2-8 Trigonenlin 1-3 Tannin 2 Acid cafetanic 8-9 Acid cafeic 1 Pentozan 5 Tinh bột 5-23 Dextrin 0,85 Đường 5-10 Cellulose 10-20 Hemicellulose 20 Linhin 4 Canxi 85-100 Photphat 130-165 Sắt 3-10 Natri 4 Mangan 1-45 6 1.4 , Quy trình sản xuất cà phê Sản xuất cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ các lớp bao vỏ bọc quanh hạt nhân cà phê để thu được cà phê nhân. Để cà phê nhân sống có một giá trị thương phẩm cao chúng ta phải sấy khô đến mức độ nhất định (độ ẩm mà nhà chế biến yêu cầu). Rồi sau đó tiếp tục các quá trình chế biến tinh khiết hơn như chế biến cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hòa tan. Hoặc các sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, các loại bánh kẹo cà phê.
Trong kỹ thuật sản xuất cà phê nhân có 2 phương pháp chính: sản xuất ướt và sản xuất khô. Phương pháp chế biến khô tuy đơn giản, ít tốn năng lượng, nhân công nhưng phương pháp này có nhiều hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Nó chỉ phù hợp với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ít, không đáp ứng được những yêu cầu về mặt chất lượng. Phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị và năng lượng hơn, đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ cũng như thao tác kỹ thuật cao hơn.
Nhưng phương pháp này thích hợp với mọi hoàn cảnh, mọi điều kiện khí hậu thời tiết. Đồng thời rút ngắn được thời gian sản xuất, tăng năng suất của nhà máy và nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê nhân. Do vậy phần lớn hiện nay cà phê sản xuất theo phương pháp ướt. Quy trình sản xuất cà phê theo phương pháp ướt: 7 Quả cà phê Bảo quản Phân loại và tách tạp chất Bóc vỏ quả và tách thịt quả Rửa lớp nhớt Làm ráo và làm khô Tách tạp chất Bóc lớp vỏ trấu, vỏ lụa Phân loại Đảo trộn Bao gói Hình 1.
Quy trình sản xuất cà phê theo phương pháp ướt, 8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ 2.1, Tổng quan về công nghệ 2.1, Khái niệm sấy Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, là qúa trình khuếch tán do sự chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do trênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.2, Phân loại các quá trình sấy Quá trình sấy gồm 2 phương thức : ➢ Sấy tự nhiên : Là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió,. để làm bay hơi nước. Phương pháp này đơn giản, không tốn năng lượng, rẻ tiền tuy nhiên không điều chỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém,. Do đó phương pháp này được áp dụng cho sản xuất quy mô lẻ, hộ gia đình.
➢ Sấy nhân tạo : Là phương pháp sấy được sử dụng các nguồn năng lượng do con người tạo ra, thường tiến hành trong các thiết bị sấy, cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra làm các dạng : • Sấy đối lưu : là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí nóng, khói lò, hệ thống sấy phun, tầng sôi, hầm. • Sấy tiếp xúc : Là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn. • Sấy bằng tia hồng ngoại : là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.
• Sấy bằng dòng điện cao tần : là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu. • Sấy thăng hoa : là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trang thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng 9 Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy : • Sấy mẻ : vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tát sẽ được tháo ra. • Sấy liên tục : vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sây cũng xảy ra liên tục. Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm : • Loại thổi qua bề mặt.
• Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệụ. Kết luận : Từ đề bài và điều kiện chọn phương pháp sấy đối lưu.3, Nguyên lý quá trình sấy Quá tình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu. Động lực của quá trình sấy là khảo sát sự thay đổi của của độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu.
Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh. Vận tốc của tòan bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất. Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy và cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong vật liệu sấy ra ngoài bề mặt sấy. Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy.
Do vậy, cần nghiên cứu tính chất là thông số cơ bản của quá trình sấy.4, Tác nhân sấy Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy. Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật liệu sấy. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến 1 lúc nào đó sẽ đạt đến sự cân bằng giữa vật sấy và môi tường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm từ vật sấy sẽ ngừng lại, lúc này áp suất hơi nước thoát ra từ vật bằng phần áp suất của hơi nước trong buồng sấy. Nhiệm vụ của tác nhân sấy : 10 - Gia nhiệt cho vật sấy.
- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vào môi trường. - Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.