Thiết kế và chế tạo máy rang cà phê thông minh

Đồ án thiết kế và chế tạo máy rang cà phê thông minh tại Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Phạm Minh Hưởng
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Quang Huy
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ điện tử
• Đề tài: Thiết kế và chế tạo máy rang cà phê thông minh
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về máy rang cà phê thông minh tại ĐH SPKT TP

Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy rang cà phê thông minh được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Công trình do TS. Vũ Quang Huy hướng dẫn khoa học. Nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí trực tiếp thực hiện trong giai đoạn năm 2023. Mục tiêu trọng tâm là chế tạo thiết bị rang hạt quy mô nhỏ phục vụ thực nghiệm và sản xuất dịch vụ. Việt Nam sở hữu sản lượng cà phê Robusta hàng đầu thế giới. Tuy nhiên, giá trị gia tăng sau chế biến còn nhiều hạn chế do công nghệ rang thủ công. Phương pháp rang truyền thống phụ thuộc lớn vào kinh nghiệm cảm quan của thợ rang. Điều này dẫn đến sự thiếu đồng đều về màu sắc và hương vị giữa các mẻ. Việc số hóa quy trình rang hạt trở thành đòi hỏi cấp thiết của ngành chế biến thực phẩm. Đề tài tập trung xử lý hai loại hạt chính gồm Robusta và Arabica. Năng suất thiết kế đạt mức hai kilôgam cho mỗi mẻ rang. Thiết bị kết hợp cơ cấu trống xoay truyền động xích và bộ điều khiển trung tâm. Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng vững chắc cho việc nội địa hóa máy rang công nghệ cao.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu máy rang cà phê tự động

Thị trường cà phê đặc sản yêu cầu kiểm soát chặt chẽ từng giai đoạn gia nhiệt. Cà phê Arabica đòi hỏi dải nhiệt độ tinh tế để giữ độ chua thanh tự nhiên. Ngược lại, Robusta có kết cấu hạt dày và hàm lượng cafein cao hơn. Việc kiểm soát nhiệt độ thủ công dễ làm khét vỏ hạt bên ngoài. Do đó, việc tự động hóa quá trình rang là xu thế tất yếu. Tại Việt Nam, máy rang nhập khẩu có giá thành rất cao. Các xưởng sản xuất vừa và nhỏ khó tiếp cận thiết bị ngoại nhập. Đề tài tại ĐH SPKT TP.HCM ra đời nhằm giải quyết rào cản chi phí. Hệ thống mang lại phương án gia công trong nước với chất lượng tiệm cận tiêu chuẩn quốc tế.

1.2. Mục tiêu kỹ thuật của đề tài tại ĐH SPKT TP.HCM

Đề tài hướng đến xây dựng hệ thống rang thông minh hoàn chỉnh. Mục tiêu đầu tiên là hoàn thiện mô hình cơ khí trống rang dung tích hai kilôgam. Trống rang sử dụng vật liệu thép không gỉ inox 304 để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Mục tiêu thứ hai là tích hợp hệ thống cảm biến nhiệt độ chuẩn xác cao. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu phát triển module IoT để giám sát dữ liệu từ xa. Toàn bộ thông số mẻ rang được hiển thị trực quan trên giao diện ứng dụng. Người vận hành dễ dàng theo dõi đường cong nhiệt độ theo thời gian thực. Thiết bị bảo đảm tính lặp lại của quy trình rang thương mại.

II. Phân tích bài toán máy rang cà phê thông minh tại ĐH SPKT TP

Quá trình rang cà phê trải qua nhiều biến đổi hóa lý phức tạp. Khi nhiệt độ tăng, hạt cà phê thoát ẩm, trương nở và đổi màu. Các phản ứng Maillard và caramel hóa quyết định trực tiếp đến hương vị thành phẩm. Nếu nhiệt lượng cung cấp không đồng đều, hạt sẽ xuất hiện hiện tượng cháy cạnh hoặc sống lõi. Vấn đề lớn nhất ở các máy rang truyền thống là sự phụ thuộc vào ngọn lửa trực tiếp. Ngọn lửa hở làm tăng nguy cơ sinh khói và muội than bám vào bề mặt hạt. Đồng thời, sự truyền nhiệt trực tiếp từ thành kim loại rất khó kiểm soát độ ổn định. Người vận hành phải liên tục canh chỉnh van khí đốt dựa trên mắt nhìn và mùi hương. Hơn nữa, việc thiếu thiết bị ghi nhận dữ liệu khiến các mẻ rang không đồng nhất. Mỗi mẻ rang thường có một biểu đồ nhiệt độ riêng biệt và khó tái lập. Do đó, việc chuyển đổi sang phương pháp truyền nhiệt gián tiếp bằng điện trở là giải pháp đột phá. Đề tài tại ĐH SPKT TP.HCM giải quyết triệt để bài toán ổn định nhiệt lượng và giám sát số liệu liên tục.

2.1. Thách thức cơ nhiệt trong máy rang cà phê

Đặc tính cơ lý của hạt thay đổi liên tục suốt quá trình sấy và rang. Khối lượng hạt nhẹ dần trong khi thể tích hạt tăng lên đáng kể. Cánh vít đảo trộn trong trống rang cần thiết kế chuẩn xác để phân bổ hạt liên tục. Nếu vận tốc quay quá chậm, hạt tiếp xúc bề mặt nóng quá lâu gây khét. Nếu vận tốc quá nhanh, lực ly tâm sẽ ép hạt dính vào thành trống. Nhóm nghiên cứu đã tính toán vận tốc quay tối ưu ở mức 60 vòng trên phút. Bán kính trống và hình học cánh đảo được mô phỏng chi tiết. Thiết kế này giúp các hạt cà phê được xáo trộn đồng đều theo dòng xoắn ốc.

2.2. Hạn chế thu thập dữ liệu ở máy rang truyền thống

Hầu hết máy rang cơ học đời cũ chỉ gắn đồng hồ đo nhiệt kim cơ bản. Loại đồng hồ này có độ trễ nhiệt cao và sai số biên độ lớn. Người vận hành không thể ghi nhận tốc độ tăng nhiệt theo từng giây. Thông số quan trọng như RoR (Rate of Rise) hoàn toàn bị bỏ trống. Sự thiếu hụt dữ liệu cản trở quá trình chuẩn hóa công thức rang chuyên nghiệp. Thợ rang không thể chia sẻ hoặc lưu trữ hồ sơ mẻ rang vào cơ sở dữ liệu số. Khi thay đổi người đứng máy, chất lượng sản phẩm thường giảm sút nghiêm trọng. Nhu cầu số hóa dữ liệu thời gian thực vì vậy trở thành yêu cầu cấp thiết.

III. Giải pháp chế tạo máy rang cà phê thông minh tại ĐH SPKT TP

Nhóm nghiên cứu tại ĐH SPKT TP.HCM đề xuất giải pháp tích hợp đồng bộ giữa cơ khí chính xác và IoT. Cấu trúc máy gồm cụm động cơ điện, bộ truyền xích tải, trục chính và trống rang. Hệ thống sử dụng nguồn nhiệt từ dây điện trở nhiệt cách ly hoàn toàn với lồng rang. Không khí sạch được làm nóng và thổi qua lồng để làm chín hạt bằng luồng khí đối lưu. Cơ chế gia nhiệt gián tiếp giúp bề mặt hạt không bị cháy sém bởi nhiệt cục bộ. Trục chính xoay êm ái trên hai cụm gối đỡ ổ lăn cố định chắc chắn. Công suất bộ phận công tác và mô men xoắn được tính toán chi tiết, đảm bảo tải trọng 10,36 kilôgam khi nạp đầy hai kilôgam cà phê. Động cơ vận hành bền bỉ và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ. Trung tâm điều khiển tích hợp vi xử lý kết nối trực tiếp với cảm biến nhiệt độ độ nhạy cao. Dữ liệu nhiệt độ môi trường và nhiệt độ hạt được cập nhật liên tục mỗi giây. Nhóm kỹ sư xây dựng thuật toán điều khiển công suất điện trở nhằm bám sát biểu đồ rang định sẵn.

3.1. Thiết kế cơ khí và hệ thống truyền động máy rang

Hệ thống cơ khí được tính toán theo độ bền vật liệu nghiêm ngặt. Lồng rang có bán kính ngoài 130 milimét, bán kính trong 127 milimét và chiều dài 300 milimét. Toàn bộ vỏ trống chế tạo từ inox 304 chịu nhiệt cao và chống ăn mòn hóa học. Cánh xoắn bên trong nặng khoảng 1,5 kilôgam có chức năng dẫn hướng hạt cà phê di chuyển tuần hoàn. Hệ thống truyền động sử dụng động cơ giảm tốc kết hợp xích tải truyền lực tới trục chính. Tốc độ quay của lồng rang duy trì ổn định ở mức 60 vòng trên phút. Lực tác động lên trục và công suất kéo khoảng 40 Watt giúp thiết bị vận hành êm ái, giảm thiểu tối đa tiếng ồn và rung lắc.

3.2. Ứng dụng công nghệ IoT giám sát thời gian thực

Nền tảng IoT đóng vai trò là khối óc quản lý toàn bộ chu trình rang hạt. Nhóm tác giả tích hợp các cảm biến nhiệt độ đặt sâu trong buồng rang để đọc thông số hạt. Bộ vi điều khiển tiếp nhận tín hiệu, xử lý và truyền dữ liệu lên máy chủ đám mây qua giao thức mạng không dây. Giao diện người dùng hiển thị biểu đồ nhiệt độ trực quan theo thời gian thực. Hệ thống cho phép điều chỉnh công suất thanh nhiệt từ xa với độ trễ cực thấp. Mọi dữ liệu về thời gian nổ đầu tiên và tốc độ tăng nhiệt đều được ghi nhận tự động. Người dùng có thể xuất dữ liệu để đánh giá chất lượng mẻ rang một cách khoa học.

IV. Đánh giá ứng dụng máy rang cà phê thông minh tại ĐH SPKT TP

Đồ án thiết kế và chế tạo máy rang cà phê thông minh tại ĐH SPKT TP.HCM đã hoàn thành xuất sắc các chỉ tiêu đề ra. Thiết bị vận hành ổn định trong các đợt thử nghiệm thực tế với hai giống cà phê Robusta và Arabica. Cơ chế cấp nhiệt đối lưu gián tiếp chứng minh tính ưu việt vượt trội trong việc kiểm soát nhiệt độ. Hạt cà phê sau khi rang đạt độ nở đồng đều và không hề xuất hiện vết cháy sém. Màu sắc hạt chuyển dịch chuẩn xác qua từng giai đoạn từ màu vàng rơm sang màu nâu cánh gián. Hệ thống IoT ghi nhận dữ liệu liên tục với độ chính xác cao, hỗ trợ việc thiết lập hồ sơ rang tiêu chuẩn cho từng mẻ hai kilôgam. Mô hình mở ra tiềm năng thương mại hóa rất lớn cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ. Thiết bị có giá thành chế tạo thấp hơn nhiều so với máy móc nhập khẩu từ châu Âu. Thành công của đề tài khẳng định năng lực ứng dụng công nghệ cao của sinh viên và giảng viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM vào thực tiễn sản xuất.

4.1. Kết quả thực nghiệm trên hạt Robusta và Arabica

Các đợt thử nghiệm thực tế trên giống hạt Robusta và Arabica cho kết quả rất khả quan. Đối với Robusta, lồng rang duy trì nhiệt lượng đều giúp phá vỡ cấu trúc cellulose dày mà không làm khét vỏ. Hạt giữ trọn hương vị đậm đà và độ đắng đầm đặc trưng. Đối với hạt Arabica, hệ thống kiểm soát dải nhiệt tinh tế giúp bảo tồn hương thơm hoa quả và vị chua thanh tao. Tỷ lệ hạt vỡ nát trong quá trình đảo trộn ở mức dưới một phần trăm. Mẻ rang hoàn thành đạt độ đồng đều quang học cao. Độ ẩm của hạt sau khi hoàn tất mẻ rang đạt tiêu chuẩn bảo quản thực phẩm thương mại.

4.2. Hướng phát triển công nghiệp và nhân rộng mô hình

Mô hình máy rang thông minh có khả năng mở rộng công suất lên quy mô công nghiệp lớn hơn. Nhóm tác giả định hướng nâng cấp dung tích lồng rang lên năm kilôgam hoặc mười kilôgam mỗi mẻ. Thiết kế module hóa cho phép bổ sung thêm hệ thống làm nguội nhanh và lọc bụi khói tự động. Bên cạnh đó, phần mềm quản lý có thể tích hợp thuật toán học máy trí tuệ nhân tạo. Trí tuệ nhân tạo sẽ tự động điều chỉnh biểu đồ rang dựa trên độ ẩm đầu vào của từng bao hạt. Đây là bước đệm quan trọng để thúc đẩy quá trình chuyển đổi số trong chuỗi cung ứng cà phê Việt Nam.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam giữ vị thế là quốc gia sản xuất và xuất khẩu cà phê lớn thứ hai trên thế giới, đồng thời đứng đầu toàn cầu về xuất lượng cà phê nhân Robusta. Số liệu thống kê năm 2022 cho thấy Việt Nam đã xuất khẩu hơn 1,78 triệu tấn cà phê với tổng kim ngạch vượt 4 tỷ USD. Tỷ lệ tiêu thụ nội địa cũng ghi nhận mức tăng từ 3% lên 10% trong vòng 5 năm và đặt mục tiêu chạm mốc 25% trong 15 năm tiếp theo. Trong định hướng chiến lược, ngành cà phê Việt Nam đặt kỳ vọng nâng giá trị xuất khẩu cà phê qua chế biến từ mức 400 triệu USD lên 2 tỷ USD, kết hợp với 3 tỷ USD từ xuất khẩu cà phê nhân để hoàn thành mốc 5 tỷ USD kim ngạch trong 5 đến 6 năm tới.

Mặc dù có tiềm năng lớn, hoạt động chế biến sâu vẫn bộc lộ nhiều điểm nghẽn. Tỷ trọng các sản phẩm cà phê chế biến sâu như cà phê rang xay hay cà phê hòa tan mới chỉ đạt khoảng 12% tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu. Tại các thị trường xuất khẩu trọng điểm như Liên minh Châu Âu (EU), nhu cầu tiêu dùng đang dịch chuyển nhanh chóng từ cà phê thô sang cà phê chế biến. Điều này tạo áp lực cạnh tranh gay gắt, đặt ra yêu cầu phải hiện đại hóa trang thiết bị rang và chế biến. Trên thị trường hiện nay, các dòng máy rang cà phê phần lớn được sản xuất với quy mô công nghiệp, kích thước cồng kềnh, sử dụng nhiên liệu khí gas và giá thành cao, chưa đáp ứng được nhu cầu của các đơn vị quy mô nhỏ như hộ gia đình, văn phòng hoặc quán cà phê khởi nghiệp.

Đồ án tốt nghiệp ngành Cơ điện tử với đề tài "Thiết kế và chế tạo máy rang cà phê thông minh" (Mã số đề tài: 22223DT188) do nhóm sinh viên Phạm Minh Hưởng, Nguyễn Hữu Vinh, Đặng Tấn Tài thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Quang Huy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (năm học 2022-2023) nhằm giải quyết bài toán trên.

Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể trong văn bản gồm bốn nhiệm vụ:

1. Tính toán và thiết kế máy rang cà phê tự động với kết cấu nhỏ gọn, tiện lợi, đảm bảo an toàn vận hành, hướng đến đối tượng hộ gia đình, văn phòng và các quán cà phê vừa và nhỏ.
2. Nghiên cứu, đánh giá, so sánh các sản phẩm máy rang hiện hữu trên thị trường để đề xuất phương án cải tiến kỹ thuật.
3. Xây dựng hệ thống IoT giám sát nhiệt độ và điều khiển thiết bị từ xa qua giao thức Modbus TCP/IP tích hợp phần mềm chuyên dụng Artisan.
4. Đánh giá kết quả vận hành thực nghiệm, phân tích các hạn chế kỹ thuật và đề xuất hướng hoàn thiện sản phẩm.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm:

• Quy trình rang cà phê và nguyên lý hoạt động, kết cấu cơ khí của buồng rang.
• Các công nghệ rang cà phê trên thị trường và giải pháp gia nhiệt bằng điện trở đốt nóng.
• Giao thức truyền thông công nghiệp Modbus RTU và Modbus TCP/IP ứng dụng trong trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển trung tâm với đồng hồ điều khiển nhiệt độ, cảm biến đo điện năng và biến tần.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở việc thiết kế máy rang sử dụng nguồn điện dân dụng 220V, công suất rang tối đa 2 kg/mẻ, tập trung khảo nghiệm trên hai giống cà phê chủ lực tại Việt Nam là Robusta và Arabica.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Văn bản đồ án tổng hợp các nền tảng lý thuyết chuyên ngành về chế biến nhiệt và kỹ thuật điều khiển tự động:

• Phân loại máy rang: Tài liệu phân tích 4 nhóm máy rang gồm máy rang kiểu cổ điển, máy rang truyền nhiệt gián tiếp, máy rang truyền nhiệt trực tiếp và máy rang tầng sôi (Fluid-bed) sử dụng khí nóng tốc độ cao. Nhóm tác giả lựa chọn nguyên lý máy rang kiểu truyền nhiệt trực tiếp kết hợp lồng rang hình trụ nằm ngang xoay quanh trục để đảm bảo cấp nhiệt đều và kiểm soát hạt tối ưu.
• Lý thuyết truyền nhiệt: Quá trình rang kết hợp ba hình thức nhiệt năng gồm dẫn nhiệt tiếp xúc trực tiếp giữa hạt và thành trống rang; đối lưu nhiệt (đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức thông qua quạt hút khí nóng); và bức xạ nhiệt sinh ra trong buồng kín.
• Hệ thống lọc bụi Cyclone: Cơ chế xử lý khí thải và thu gom vỏ lụa, vỏ trấu dựa trên nguyên lý lực ly tâm. Khí thải mang tạp chất đi vào buồng lốc xoáy theo phương tiếp tuyến, hạt bụi có khối lượng lớn va chạm vào thành ống và rơi xuống đáy thu gom, khí sạch thoát ra ngoài qua ống trung tâm với hiệu suất tách bụi thô đạt mức 98%.
• Giao thức truyền thông: Ứng dụng Modbus RTU trên đường truyền vật lý RS-485 với cấu trúc khung truyền 8-bit (gồm địa chỉ Slave từ 1 đến 247, mã hàm chức năng, khối dữ liệu và mã kiểm tra lỗi CRC 16-bit) để kết nối thiết bị đo lường; kết hợp Modbus TCP/IP truyền gói dữ liệu qua mạng không dây về máy tính để giám sát thông số vận hành.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai đồng bộ:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp: Khảo sát các dòng máy thương mại trong và ngoài nước (Lysander, Gene Cafe CBR-101, THCR-01, BC-5M, Rio 3, VNTR 5kg) nhằm xác lập cấu hình máy phù hợp với công suất 2 kg/mẻ.
• Phương pháp quan sát: Theo dõi sự biến đổi hình thái, màu sắc và âm thanh nổ của hạt cà phê qua từng khoảng nhiệt độ.
• Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: Chế tạo mô hình thực tế, bố trí mạch điện và tiến hành 5 đợt rang mẫu để kiểm chứng sự ổn định của thuật toán điều khiển và chất lượng hạt thành phẩm.

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm các thông số hóa lý của hạt cà phê (khối lượng riêng $\rho = 650\text{ kg/m}^3$, độ ẩm hạt nhân ban đầu 12%, độ ẩm sau rang 0,5 - 1%, độ dãn nở thể tích 40% - 60%, độ hao hụt trọng lượng 15% - 24%), biểu đồ nổ của hạt, tài liệu kỹ thuật của linh kiện công nghiệp và số liệu thống kê xuất nhập khẩu cà phê của Việt Nam giai đoạn 2012-2022.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống máy rang cà phê thông minh được thiết kế tích hợp giữa kết cấu cơ khí chính xác và hệ thống điều khiển tự động hóa nhúng.

Thông số kỹ thuật	Giá trị thiết kế
Kích thước bao ngoài	592 mm x 400 mm x 818 mm
Năng suất rang định mức	2,0 kg/mẻ
Khối lượng toàn bộ máy	38 - 40 kg
Điện áp vận hành	1 pha, 220V - 50Hz
Tổng công suất tiêu thụ	2600 W
Cơ cấu gia nhiệt	Điện trở đốt nóng
Dải nhiệt độ làm việc	35°C - 250°C
Kích thước lồng trống	Bán kính trong $r_2 = 127\text{ mm}$, bán kính ngoài $r_1 = 130\text{ mm}$, chiều dài $l = 300\text{ mm}$
Thể tích hữu ích lồng rang	$V = 0,0152\text{ m}^3$
Tốc độ quay của lồng rang	60 vòng/phút ($v \approx 0,817\text{ m/s}$)
Thời gian rang tiêu chuẩn	18 - 25 phút/mẻ

Về kết cấu cơ khí, toàn bộ các cụm chi tiết tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm được chế tạo từ inox 304 nhằm đảm bảo an toàn vệ sinh và chống ăn mòn nhiệt:

• Tấm vỏ máy và phễu nạp liệu sử dụng thép không gỉ dày 1 mm.
• Hai mặt bích trước, sau và cụm cửa xả sử dụng thép tấm dày 2 mm.
• Lồng trống rang gia công dày 3 mm để duy trì quán tính nhiệt, đường kính lồng đạt 254 mm, bên trong hàn cánh vít trộn xoắn ốc để đảo trộn hạt liên tục.
• Hệ thống đường ống dẫn hạt và thoát khí có đường kính $\Phi 42\text{ mm}$, trục truyền động chính có đường kính $\Phi 20\text{ mm}$. Thân máy được bọc sợi thủy tinh cách nhiệt nhằm hạn chế thất thoát nhiệt ra môi trường.
• Hệ dẫn động bao gồm động cơ Oriental 51K40GN-ST, truyền động xích tải đến trục chính quay trên hai gối đỡ ổ lăn K004. Lực tiếp tuyến tính toán tác dụng lên trống rang là $F = 53,19\text{ N}$, công suất dẫn động bộ phận công tác đạt xấp xỉ 40 W.

Về hệ thống điện và IoT:

• Khối vi điều khiển trung tâm ESP32 đảm nhận việc xử lý thuật toán và phát sóng kết nối không dây.
• Cụm điều khiển nhiệt độ sử dụng đồng hồ nhiệt Omron E5CC kết hợp relay bán dẫn SSR-40 DA để đóng cắt nguồn cấp cho điện trở nhiệt.
• Module đo năng lượng PZEM-016 kết nối RS-485 thu thập dữ liệu dòng điện, điện áp và công suất tiêu thụ.
• Hệ thống kết nối với phần mềm Artisan trên máy tính thông qua Modbus TCP/IP, cho phép hiển thị trực tiếp đường cong nhiệt độ của hạt (Bean Temperature) và nhiệt độ môi trường buồng rang (Environment Temperature), đồng thời hỗ trợ điều chỉnh công suất gia nhiệt và lưu trữ dữ liệu mẻ rang.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu tổng quan về đề tài

Chương này làm rõ tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ sự dịch chuyển cơ cấu xuất khẩu cà phê Việt Nam và nhu cầu sử dụng máy rang mini của các quán cà phê vừa và nhỏ. Tác giả xác lập 4 mục tiêu nghiên cứu, phân định đối tượng nghiên cứu thuộc lĩnh vực cơ điện tử và phạm vi chế tạo máy quy mô 2 kg/mẻ sử dụng nguồn điện 220V.

Chương II: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương II trình bày lịch sử phát triển của thiết bị rang từ phương pháp chảo thủ công, lồng rang hình trụ Grand Cairo thế kỷ 17, bằng sáng chế máy rang công nghiệp của Jabez Burns năm 1864 đến các thế hệ máy rang ứng dụng phần mềm phân tích hiện đại. Tác giả phân tích cấu tạo quả cà phê (vỏ quả, thịt quả, lớp nhầy, vỏ trấu, vỏ lụa, nhân hạt) và thành phần hóa học chính: carbohydrate chiếm 40-50%, protein 10-13%, lipid khoảng 15%, axit chlorogenic (CGAs) 7-10% và khoáng chất 3-4%. Nội dung so sánh 3 giống cà phê tại Việt Nam gồm Arabica, Robusta và Liberica; mô tả chi tiết 9 giai đoạn biến đổi lý hóa từ 100°C đến 220°C (các mốc crack 1 ở 195°C và crack 2 ở 200-220°C). Chương này cũng khảo sát đặc tính kỹ thuật của 6 dòng máy trên thị trường: Lysander (200g, ga), Gene Cafe CBR-101 (250g, 1300W), THCR-01 (1,5kg, 3500W), BC-5M (5kg), Rio 3 (0,5-3kg, 3200W, điện trở) và VNTR 5kg (PLC, Artisan).

Chương III: Cơ sở lý thuyết

Chương III hệ thống hóa nguyên lý cấu tạo của 4 dạng máy rang cà phê phổ biến và 3 phương thức truyền nhiệt (dẫn nhiệt, đối lưu tự nhiên/cưỡng bức, bức xạ). Tác giả phân tích cấu tạo và cơ chế phân tách bụi của hệ thống Cyclone bằng lực ly tâm. Phần cuối chương trình bày chi tiết về giao thức Modbus, lập bảng cấu trúc khung truyền của Modbus RTU và gói tin Modbus TCP/IP cùng danh mục các mã hàm chức năng (từ 01 đến 16).

Chương IV: Thiết kế cơ khí

Nội dung chương IV tập trung vào việc tính toán kích thước hình học và độ bền của máy. Từ khối lượng riêng của hạt cà phê $\rho = 650\text{ kg/m}^3$, tác giả tính toán dung tích trống rang $V = 0,0152\text{ m}^3$ với quy tắc thể tích cà phê nạp không vượt quá 1/4 dung tích lồng, cho ra giới hạn lý thuyết 2,47 kg và ấn định công suất định mức 2 kg/mẻ. Chương này trình bày chi tiết các phép tính động học: vận tốc dài lồng rang $v = 0,817\text{ m/s}$ tại 60 vòng/phút, lực kéo tiếp tuyến $F = 53,19\text{ N}$, công suất dẫn động $P_t \approx 40\text{ W}$, tính toán truyền nhiệt đối lưu qua vách trụ và vẽ biểu đồ momen uốn nhằm kiểm nghiệm độ bền trục chính $\Phi 20\text{ mm}$.

Chương V: Tính toán, thiết kế điện và hệ thống điều khiển

Chương V trình bày sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển. Tác giả tính chọn và lập sơ đồ ghép nối cho các linh kiện: đồng hồ nhiệt Omron E5CC, relay bán dẫn SSR-40 DA, bộ điều tốc US-52, biến tần Delta VFD004M21A, module PZEM-016 và nguồn tổ ong 12V-5A. Phần lập trình làm rõ cơ chế truyền thông Modbus RTU giữa vi điều khiển ESP32 với E5CC và PZEM-016 qua module chuyển đổi tín hiệu RS-485, đồng thời thiết lập kết nối Modbus TCP/IP để truyền dữ liệu lên giao diện phần mềm Artisan. Cuối chương là sơ đồ bố trí và đấu nối dây dẫn trong tủ điện.

Chương VI: Thi công lắp ráp và rang thực nghiệm

Chương VI mô tả quy trình chế tạo, lắp ráp thực tế từ cụm khung chân máy, mặt bích, trống rang, bọc sợi thủy tinh cách nhiệt đến hoàn thiện vỏ bọc inox bên ngoài. Tác giả tiến hành 5 đợt rang thử nghiệm thực tế với mẫu cà phê Robusta và Arabica, ghi lại biểu đồ biến thiên nhiệt độ trên phần mềm Artisan, theo dõi các giai đoạn chuyển màu hạt, đánh giá thời điểm xuất hiện tiếng nổ (crack) và kiểm tra hiệu quả gom vỏ lụa của bộ lọc Cyclone.

Chương VII: Kết luận và hướng phát triển

Chương tổng kết xác nhận mức độ hoàn thành các mục tiêu ban đầu của đồ án về cả kết cấu cơ khí lẫn tính năng giám sát thông minh; đồng thời chỉ ra các điểm còn tồn tại của hệ thống và đề ra định hướng nghiên cứu tiếp theo.

---

Kết quả và đóng góp

Đồ án ghi nhận các kết quả chế tạo và thử nghiệm cụ thể:

• Chế tạo hoàn chỉnh mẫu máy rang cà phê có kích thước thực tế 592 mm x 400 mm x 818 mm, khối lượng 38-40 kg, vận hành bằng nguồn điện 220V với công suất điện trở nhiệt 2600W.
• Thử nghiệm thành công 5 mẻ rang mẫu với khối lượng 2 kg/mẻ. Quá trình kiểm soát nhiệt độ đạt độ chính xác trong dải từ 35°C đến 250°C, thời gian rang mỗi mẻ dao động từ 18 đến 25 phút.
• Hệ thống thu hồi vỏ trấu và vỏ lụa Cyclone vận hành hiệu quả theo nguyên lý ly tâm, thu gom sạch vỏ lụa phát sinh trong quá trình nổ của hạt mà không làm phát tán bụi ra không gian xung quanh.
• Hệ thống điều khiển nhúng trên nền vi điều khiển ESP32 đã đọc thành công các thanh ghi dữ liệu từ đồng hồ nhiệt Omron E5CC và module PZEM-016 qua Modbus RTU, đồng thời truyền thông ổn định với phần mềm Artisan qua Modbus TCP/IP, cho phép ghi nhận biểu đồ gia nhiệt theo thời gian thực.

Về mặt giải pháp và kiến nghị, nhóm tác giả đề xuất:

• Ứng dụng phương pháp gia nhiệt bằng điện trở đốt nóng thay thế bình khí gas để triệt tiêu nguy cơ cháy nổ, bảo đảm an toàn cho các môi trường không gian kín như gia đình hoặc quán cà phê nhỏ.
• Áp dụng các giao thức công nghiệp chuẩn hóa (Modbus RTU/TCP) kết hợp phần mềm mã nguồn mở chuyên dụng (Artisan) nhằm số hóa quy trình rang, giúp người vận hành kiểm soát đồng đều chất lượng giữa các mẻ rang.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài nằm ở việc chế tạo thành công một thiết bị rang quy mô nhỏ 2 kg nhưng được tích hợp hệ thống giám sát nhiệt độ và công suất theo thời gian thực qua giao thức Modbus TCP/IP. Trước đây, tính năng vẽ biểu đồ nhiệt chuyên nghiệp này thường chỉ xuất hiện trên các hệ máy rang công nghiệp đắt tiền sử dụng bộ điều khiển PLC (như dòng máy VNTR 5kg).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài được nhóm tác giả thẳng thắn chỉ rõ trong văn bản:

• Kết cấu cơ khí gia công thực tế chưa đạt mức tối ưu tuyệt đối, một số chi tiết lắp ráp còn độ rơ và khả năng giữ nhiệt của vỏ máy vẫn cần cải thiện.
• Độ ổn định truyền thông không dây của mạch giám sát IoT đôi khi bị suy giảm hoặc chập chờn khi hệ thống hoạt động liên tục trong môi trường nhiệt độ cao.
• Máy chưa tích hợp cơ chế làm nguội tự động cưỡng bức độc lập và cửa xả hạt sau rang vẫn phụ thuộc vào thao tác thủ công của người vận hành.

Hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm:

• Tối ưu hóa thiết kế cơ khí, nâng cao chất lượng gia công vỏ và cải tiến lớp vật liệu cách nhiệt để hạn chế tối đa tổn thất nhiệt lượng.
• Nâng cấp độ ổn định của mạch điều khiển vi xử lý, tăng cường khả năng chống nhiễu công nghiệp cho các module giao tiếp RS-485 và WiFi.
• Hoàn thiện thuật toán điều khiển tự động toàn phần, hướng tới việc tự động chạy theo các biên dạng nhiệt (Roasting Profiles) cài đặt sẵn mà không cần sự can thiệp thủ công trong quá trình rang.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật ứng dụng cao cho các đối tượng:

• Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Cơ khí Chế tạo máy, Tự động hóa: Cung cấp tài liệu chi tiết về tính toán động cơ, hệ dẫn động xích tải, truyền nhiệt đối lưu trong không gian hình trụ, cũng như giải pháp thiết kế mạch vi điều khiển ESP32 giao tiếp công nghiệp với thiết bị Omron E5CC, biến tần và cảm biến công suất PZEM-016 qua Modbus RTU.
• Người nghiên cứu về phần mềm rang cà phê Artisan: Cung cấp hướng dẫn cấu hình thanh ghi, thiết lập truyền thông Modbus TCP/IP và cấu hình các nút trượt điều khiển biến tần trực tiếp trên giao diện phần mềm.
• Kỹ sư công nghệ thực phẩm và kỹ thuật viên rang xay: Tham khảo các dữ liệu biến đổi nhiệt độ lý hóa của hạt cà phê Robusta và Arabica qua 9 nấc nhiệt độ cùng cơ chế vận hành của phễu lọc bụi Cyclone.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Khối lượng rang tối đa của máy là bao nhiêu và được tính toán dựa trên cơ sở nào?
Khối lượng rang tối đa định mức là 2,0 kg/mẻ. Con số này được tính toán từ khối lượng riêng của hạt cà phê ($\rho = 650\text{ kg/m}^3$) và thể tích hình học của lồng rang ($V = 0,0152\text{ m}^3$ với bán kính trong 127 mm, chiều dài 300 mm). Theo nguyên lý truyền nhiệt, thể tích hạt nạp vào không được vượt quá 1/4 thể tích lồng để hạt hấp thụ nhiệt đều, tương ứng với giới hạn tính toán lý thuyết tối đa là 2,47 kg; nhóm tác giả ấn định mức 2,0 kg để bảo đảm chất lượng mẻ rang.

2. Tại sao nhóm tác giả lựa chọn phương pháp gia nhiệt bằng điện trở thay vì khí gas?
Phương pháp dùng điện trở đốt nóng giúp quy trình rang an toàn hơn, loại bỏ triệt để nguy cơ rò rỉ khí gas gây cháy nổ trong không gian nhỏ hẹp của hộ gia đình hay văn phòng. Ngoài ra, điện trở nhiệt cho phép kiểm soát công suất cấp nhiệt dễ dàng, hạn chế hao hụt nhiệt lượng ra môi trường bên ngoài và giúp điều khiển băm nhiệt chính xác thông qua relay bán dẫn SSR.

3. Hệ thống IoT trên máy rang sử dụng phần cứng và giao thức truyền thông nào?
Hệ thống sử dụng vi điều khiển ESP32 làm khối xử lý trung tâm. Khối này thu thập dữ liệu nhiệt độ từ đồng hồ Omron E5CC và dữ liệu điện năng từ module PZEM-016 qua chuẩn vật lý RS-485 bằng giao thức Modbus RTU. Sau đó, vi điều khiển truyền dữ liệu lên máy tính thông qua mạng không dây bằng giao thức Modbus TCP/IP để hiển thị và điều khiển trên phần mềm Artisan.

4. Thiết bị tách bụi Cyclone trên máy có thông số và hiệu suất làm việc như thế nào?
Bộ Cyclone hoạt động theo nguyên lý lực ly tâm để tách các hạt vỏ lụa và vỏ trấu bị bong ra trong quá trình nổ của hạt cà phê. Luồng khí thải xoáy tròn làm bụi mất quán tính khi va chạm thành ống và rơi xuống ngăn chứa đáy, cho phép đạt hiệu suất lọc bụi thô lên đến 98% đối với các hạt bụi có kích thước danh định.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo máy rang cà phê thông minh" đã hoàn thành việc tính toán, chế tạo cơ khí và tích hợp hệ thống điều khiển tự động cho dòng máy rang công suất 2 kg/mẻ. Thiết bị sử dụng nguồn nhiệt điện trở an toàn, tích hợp hệ thống lọc bụi Cyclone và kết nối thành công với phần mềm Artisan qua giao thức Modbus TCP/IP để giám sát thông số vận hành theo thời gian thực. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính khả thi của mô hình trong việc kiểm soát chất lượng mẻ rang, tạo tiền đề thực tiễn cho việc phát triển các dòng máy chế biến nông sản thông minh phục vụ quy mô vừa và nhỏ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 sẽ giới thiệu tổng quan về đề tài, chương 2 sẽ giới thiệu về tổng quan những điều mà đề tài sẽ triển khai nghiên cứu, chương 3 sẽ trình bày tóm tắt về cơ sở lý thuyết cần được sử dụng để hoàn thành đồ án cụ thể như: Các loại máy rang cà phê, quy trình rang cà phê, các loại cà phê, cấu tạo của cà phê, các sản phẩm trên thị trường,…Chương 4 sẽ đề cập đến các cách thức tính toán cũng như các thông số thiết kế của máy. Chương 5 sẽ trình bày về các thiết kế và các linh kiện sử dụng cho phần thiết kế điện và hệ thống điều khiển. Chương 6 sẽ đề cập cụ thể đến quy trình lắp ráp mô hình và thực nghiệm chạy thử máy ngoài thực tế, đồng thời đánh giá khả năng hoạt động của máy và cả chất lượng của sản phẩm. Chương 7 cũng là chương cuối cùng sẽ trình bày về kết luận đưa ra những nhận xét và hạn chế của đề tài, từ đó rút ra được những sai sót và định hướng phát triến cải tiến sản phẩm.

4 CHƯƠNG II CHƯƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Lịch sử máy rang cà phê Khi nói về lịch sử rang cà phê nói chung và cả sự phát triển của máy rang cà phê nói riêng, chúng ta sẽ thấy được rằng chúng chia ra thành hai thời kỳ rõ rệt: Thời kì đầu tiên, từ lúc con người bắt đầu phát hiện và tìm ra những cách thức khác nhau để chế biến và sử dụng cà phê, lúc nào quá trình rang cà phê chỉ mới ở giai đoạn ban sơ hình thành và cũng không có gì quá khác biệt so với việc nấu ăn tại nhà. Thời kì tiếp theo, là giai đoạn từ lúc việc rang cà phê được phân biệt một cách rõ ràng, và nhu cầu sử dụng cà phê tăng đột biến từ những năm của thế kỷ 19, đã góp phần thúc đẩy quy trình rang cà phê thay cho mình một lớp áo mới, để trở thành một hoạt động mang tính công nghiệp và thương mại. Điều đó đã đặt nền tảng rất lớn cho những sáng chế xoay quay việc rang cà phê.

Rang cà phê bằng chảo Cà phê vốn đã có lịch sử lâu đời và phong phú. Việc chế biến hạt cà phê rang để làm thức uống được cho là đã xuất hiện từ nhiều thế kỷ trước ở Châu Phi và Trung Đông. Đế chế Ottoman và thuộc địa châu Âu sau đó đã đưa thức uống này nhanh chóng đi khắp thế giới. Công cụ rang đầu tiên được sử dụng chính là những chiếc chảo mỏng, và cà phê được rang trực tiếp trên mặt chảo thông qua ngọn lửa trần.

Người rang sẽ phải sử dụng thìa hoặc dụng cụ phù hợp để đảo hạt cà phê đều trên chảo nóng. Mỗi lần chỉ có thể rang một lượng nhỏ hạt cà phê và với phương pháp này người rang phải tập trung giám sát cà phê một cách liên tục. Phương pháp đơn giản nhưng đổi lại chất lượng hạt cà phê cho ra lại không cao.1 - Rang cà phê bằng chảo nông. [10] 5 CHƯƠNG II 2.

Máy rang cà phê hình trụ Có nhiều nguồn thông tin cho rằng máy rang hình trụ được chế tạo ở Grand Cairo vào thế kỷ 17. Dụng cụ này sẽ chứa hạt cà phê bên trong và giữ cho nhiệt được tỏa bên trong buồng. Buồng rang sẽ được xoay một cách thủ công để đảo đều hạt cà phê bên trong và lượng nhiệt cung cấp cho buồng rang sẽ đến từ những ngọn lửa đèn cồn được thắp bên dưới buồng. Thiết kế này giúp hạn chế khói, giúp việc rang cà phê thoải mái hơn.

Máy rang hình trụ đã được tinh chỉnh và điều chỉnh cho phù hợp qua nhiều năm, nhưng nguyên lý sử dụng lồng rang có tâm điểm ở giữa vẫn không thay đổi. Thiết kế này được phổ biến rộng khắp châu Âu và châu Mỹ khi chủ nghĩa thực dân mong muốn phát triển ngành cà phê.2 - Máy rang cà phê hình trụ. Máy rang cà phê công nghiệp Làn sóng công nghiệp hóa các máy móc rất lớn mạnh ở thế kỷ 19 và máy rang cà phê cũng không ngoại lệ. Vào thời điểm đó, có rất nhiều bằng sáng chế khác nhau đã được trao ở Mỹ và Châu Âu cho các nhà phát minh máy rang xay thương mại, mặc dù trong bối cảnh đó vẫn còn nhiều người tiếp tục tự rang các mẻ nhỏ tại nhà bằng các phương pháp thô sơ.

Nhiều nhà rang xay công nghiệp ban đầu sử các nguồn nhiệt đơn giản đến từ củi và than cùng với các xilanh để đưa khí nóng đi khắp buồng rang. Nhưng điều hạn chế của cách làm này là làm cho cà phê có mùi khói. Chính vì vậy khi có khí đốt tự nhiên, nó đã trở thành nguồn gia nhiệt ưa thích của những nhà rang xay cà phê. Jabez Burns đã được trao bằng sáng chế máy rang cà phê thương mại tại Mỹ vào năm 1864.

Thiết kế của ông là một trống rang hình trụ kín được bọc xung quanh bằng gạch. Nó có cơ chế mở để lấy hạt cà phê đã rang ra mà không cần tháo trống rang, đồng thời trong lồng 6 CHƯƠNG II trống rang được bố trí thêm các cách đảo đôi giúp đảo đều các hạt cà phê. Những cải tiến này làm cho quá trình rang trở nên đồng đều hơn và ít nguy hiểm hơn.3 - Bằng sáng chế máy rang cà phê của Jabez Burns vào năm 1864. Máy rang công nghệ mới Quá trình rang cà phê công nghệ mới được chuyển biến tốt hơn về nhiều mặt kể cả hóa học và những thay đổi vật lý xảy ra trong quá trình này.

Các nhà rang xay đã trang bị tốt hơn các công cụ để đo lường các biến số và phân tích xem mẻ rang có đạt hiệu quả cao hay không. Với các công nghệ như phần mềm đọc các thông số và lập biểu độ nhiệt độ, điều đó giúp cho việc rang được hiệu quả và nhất quán hơn. 7 CHƯƠNG II Hình 2.4 - Những chiếc máy rang cà phê công nghệ mới. [10] Nhưng những đổi mới này chủ yếu vẫn đi từ những nền tảng của các phát minh cốt lõi đến từ thế kỷ trước.

Những bổ sung mang tính hiện đại có thể giúp chúng ta kiểm soát quá trình rang tốt hơn, nhưng xét về cơ bản chúng cũng chỉ là những sự cải tiến của máy rang trống đã có mặt ở thế kỷ 19. Thiết bị rang đã được phát triển và cải tiến nhờ vào nỗ lực không ngừng nghỉ của nhiều người và nhiều công ty qua nhiều thế hệ thậm chí là nhiều nhiều thập kỷ. Một trong những phương pháp nòng cốt giúp ngành cà phê phát triển chính là phương pháp thực nghiệm. Nếu không có những lần thử nghiệm sai hoặc không thành công, chúng ta sẽ không rút ra được những kinh nghiệm và có nhiều loại phương pháp rang ngon mà chúng ta được thừa hưởng ngày nay.

Cho đến thời điểm hiện tại, con người đã được kế thừa từ những kinh nghiệm trước để có nhiều cơ hội phát triển nên một máy rang cà phê gần như là hoàn thiện. Bằng chứng là hiện tại công nghệ cho máy rang cà phê đã thật sự rất phát triển từ các cách gia nhiệt và giám sát nhiệt độ và độ chin của cà phê một cách chính xác cho đến việc các cơ chế rang ngày nay gần như đã được hoàn toàn tự động giúp việc rang cà phê ngày càng trở nên nhẹ nhàng hơn nhưng chất lượng của mẻ rang vẫn rất cao. Thành phần của cà phê 2. Cấu tạo của quả cà phê 8 CHƯƠNG II Hình 2.5 - Cấu tạo bên trong của quả cà phê chin.

[12] Quả cà phê chín sẽ bao gồm những phần sau (từ ngoài vào trong): Lớp vỏ quả ngoài cùng, lớp thịt quả, lớp màng nhầy, lớp vỏ lụa, nhân quả, lớp vỏ lụa, phôi cà phê. Với cấu tạo nhiều lớp nhưng chủ yếu được chia thành hai phần chính bao gồm: • Phần hạt: gồm lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa (vỏ thóc) và nhân quả. • Phần vỏ: gồm vỏ quả, thịt quả (cơm quả), lớp nhầy (vỏ nhớt). -Vỏ quả: là lớp vỏ ngoài cùng, mềm có màu đỏ khi chin.

- Lớp thịt quả: nằm dính sát vào lớp vỏ ngoài cùng, có vị ngọt và còn được gọi là trung bì. - Lớp nhầy: là lớp chất nhờn bao bọc hạt cà phê, lớp này sẽ được loại bỏ bằng cách đánh nhớt. - Lớp vỏ trấu: sau khi phơi khô, vỏ trấu sẽ bao bọc lớp nhân, chúng cứng và có nhiều chất xơ. - Lớp vỏ lụa: mỏng, mềm nằm bám sát vào nhân cà phê, tùy vào loại cà phê mà lớp vỏ lụa sẽ có màu sắc khác nhau.

- Nhân cà phê: chứa nhiều dầu, phía trong mềm, một quả cà phê thường có từ 1 đến 3 nhân nhưng phổ biến nhất là 2 nhân. 9 CHƯƠNG II 2. Tính chất hóa học Hình 2.6 - Quả cà phê chin. [12] Hạt cà phê chứa hàm lượng và mật độ các chất hóa học vô cùng phong phú, đó cũng là một trong những nguyên nhân khiến cà phê có sự biến đổi hương vị vô cùng phức tạp do đã xảy ra hàng tram phản ứng hóa học trong suốt quá trình hạt cà phê chuyển mình trong lồng rang.

Các thành phần hóa học chính của hạt cà phê có thể kể đến như là: - Carbonhydrate: chiếm khoảng 40-50% thành phần hoá học của hạt cà phê, chủ yếu là các phân tử ngậm nước có cấu trúc phức tạp. - Protein hàm lượng khoảng 10-13% trên tổng khối lượng hạt cà phê. Trong thành phần protein có những axit amin chính như: cystein, alanie, phenylalanine, methionine và proline… Các axit amin này đóng vai trò chính trong việc tạo nên vị đắng đặc trưng, màu sắc và mùi rang của cà phê thông qua việc tương tác với các loại đường trong quá trình rang. - Chất béo (lipid) trong cà phê phổ biến nhất là triglycerides.

Chiếm khoảng 15% trong nhân cà phê. Hàm lượng chất béo cao giúp hương vị cà phê càng ngon nhưng đổi lại rất khó khăn trong quá trình bảo quản. - Axits hữu cơ: gồm các axit chiếm nồng cao điển hình như axit chlorogenic (CGAs), citric, quinic, caffeic, malic, acetic và axit formic. Trong đó, CGAs đóng vai trò thiết yếu và chiếm hàm lượng cao nhất khoảng 7-10% khối lượng cà phê nhân.

CGAs có vai trò tạo nên 10 CHƯƠNG II vị đắng của cà phê và cũng là một thành phần có lợi khi có khả năng chống lại côn trùng và các loại sâu bệnh. - Các khoáng chất: chủ yếu là các nguyên tố phổ biến như photpho (P), clo (Cl), magie (Mg), kali (K), nitơ (N), đồng (Cu), nhôm (Al)… những chất này thường mang lại hương vị xấu và làm giảm chất lượng của cà phê. Chúng chiếm tỉ lệ thấp khoảng 3-4%.