Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM
Khoa Kỹ Thuật Hoá Học
Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm


Đề tài tiểu luận môn Công nghệ chế biến
GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
SVTH: Huỳnh Hưng Thònh 60902607
Nguyễn Thò Hồng Nhung 60901866
Võ Thành Trung 60903020
Trần Vũ Phương Trang 60902874
Trần Quốc Tuấn 60903133 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 5/2012

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN
Thành phố Hồ Chí Minh ngày 16 tháng 5 năm 2012
Nhóm sinh viên thực hiện QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN 3

MỤC LỤC
I. NGUYÊN LIỆU 8
1. Cà phê nhân 8
1.1 Thành phần hóa học 8
1.2 Tiêu chuẩn cà phê nhân 10
2. Nước 14
3. Bột sữa gầy 15
II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HOÀ TAN 17
1. Quy trình I 18
2. Quy trình II 19
III. THUYẾT MINH QUY TRÌNH 20
A. Quy trình I: 20
1. Làm sạch 20
1.1 Mục đích : Chuẩn bò 20
1.2 Các biến đổi 20
1.3 Phương pháp thực hiện 20
1.4 Thiết bò 21
2. Phối trộn 22
2.1 Mục đích: hoàn thiện 22
2.2 Các biến đổi 22

7.1 Mục đích: khai thác 35
7.2 Phương pháp thực hiện: 35
7.3 Thiết bò: 36
8. Cô đặc bốc hơi 36
8.1 Mục đích: Khai thác 36
8.2 Các biến đổi 36
8.3 Phương pháp thực hiện 37
8.4 Thiết bò: 35
9. Sấy Phun 35
9.1 Mục đích: hoàn thiện 35
9.2 Các biến đổi 35
9.3 Phương pháp thực hiện 36
9.4 Thiết bò 37
10. Tạo hạt (Agglomeration) 39
10.1 Mục đích: hoàn thiện 39
10.2 Các biến đổi 39
10.3 Phương pháp thực hiện 39
11. Phối trộn 40
11.1 Mục đích: hoàn thiện 40
11.2 Phương pháp thực hiện và thiết bò 40
12. Bao gói 40
12.1 Mục đích: Hoàn thiện và Bảo quản 40
12.2 Các biến đổi 40
QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN 5

12.3 Phương pháp thực hiện 40
6 DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Thiết bò sàng 2 tầng nối tiếp 22
Hình 2: Đánh giá mức độ cảm quan của hạt cà phê khi rang 27
Hình 3: Thiết bò rang thùng quay liên tục 29
Hình 4: Sơ đồ hoạt động của thiết bò trích ly gián đoạn 33
Hình 5: Thiết bò làm lạnh dạng bản mỏng 34
Hình 6: Thiết bò ly tâm dạng đóa 35
Hình 7: Thiết bò tách hương 36
Hình 8: Cô đặc bằng thiết bò dạng màng rơi 37
Hình 9: Thiết bò bốc hơi dạng màng rơi 35
Hình 10: Sơ đồ hệ thống sấy phun 37
Hình 11: Đầu phun ly tâm 38
Hình 12: Thiết bò tạo hạt 40
Hình 13: Thiết bò bao gói cà phê hòa tan. 41
Hình 14: Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa công nghiệp 42
Hình 15:Bình thăng hoa 45
Hình 16: Hạt cà phê sau sấy thăng hoa 46
Hình 17: Máy nghiền trục 47

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN 7

8

I. NGUYÊN LIỆU
1. Cà phê nhân
1.1 Thành phần hóa học
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.
 Nước
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%.
 Chất 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 này ảnh
hưởng không tốt đến mùi cà phê. Chất lượng cà phê cao khi hàm lượng chất khoáng càng
thấp và ngược lại.
 Glucid
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.
 Protein
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

có hoạt tính của alcaloid.
Trigonelline (acid metyl betanicotic: C
7
H
7
NO
2
) là alcaloid không có hoạt tính sinh lý,
ít tan trong rượu etylic, không tan trong cloroform và ete, tan nhiều trong nước nóng, nhiệt
độ nóng chảy là 218
o
C. 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.
 Chất 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.

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN 10


0,8 - 2
2 - 8
1 - 3
2
8 - 9
1
5
5 - 23
0,85
5 - 10
10 - 20
20
4
2,5 - 4,5
Ca
P
Fe
Na
Mn
Rb, Cu, F
85 – 100
130 - 150
3 - 10
4
1 - 45
Vết
1.2 Tiêu chuẩn cà phê nhân
Do sự đa dạng về sản phẩm theo thò hiếu của người sử dụng, hiện nay tiêu chuẩn cà
phê nguyên liệu để sản xuất cà phê rang xay phụ thuộc vào từng nhà sản xuất cụ thể. Để
đánh giá chất lượng cà phê nhân, người ta thường dựa vào các chỉ tiêu sau:


Bảng 3: Tỉ lệ lẫn cà phê khác loại cho phép trong các hạng cà phê
Loại cà
phê
Hạng đặc
biệt và hạng
1
Hạng 2
Hạng 3
Hạng 4
Cà phê chè
Không được
lẫn R và C
Được lẫn
1% R và
0,5% C
Được lẫn 5%
R và 1% C
Được lẫn 5%
R và 1% C
Cà phê vối
Được lẫn
0,5% C và 3%
A
Được lẫn
1% C và 5%
A
Được lẫn 5%
A và 5% C


Hạng 2:
2a
2b
2c
60
-
-
-

120
150
200
Hạng 3
120
250
Hạng 4
150
-

Bảng 5: Trò số lỗi quy đònh cho từng loại khuyết tật
Loại khuyết tật
Trò số lỗi
1 nhân đen
1,0
1 nhân nâu đậm
0,25
1 quả cà phê khô
1,0
1 nhân còn vỏ trấu
0,5


13

1 mảnh vỡ (kích thước nhỏ hơn ½
nhân)
0,2
1 mảnh vỏ quả khô lớn (> ¾ vỏ)
1,0
1 mảnh vỏ quả khô trung bình (< ½
vỏ)
0,5
1 mảnh vỏ quả khô nhỏ (< ½ vỏ)
0,2
1 vỏ trấu lớn (> ½ vỏ)
0,2
1 vỏ trấu nhỏ (< ½ vỏ)
0,1
1 mẩu cành cây to (2cm-4cm)
5,0
1 mẩu cành cây trung bình (1cm-
2cm)
2,0
1 mẩu cành cây nhỏ (<1cm)
1,0
1 cục đất, đá to (trên sàng No20)
5,0
1 cục đất, đá trung bình (dưới sàng
No20 và trên sàng No12)
2,0
1 cục đất, đá nhỏ (dưới sàng No 12

Chỉ tiêu hóa học
pH
6,0 – 7,8
CaO
50 – 100 mg/l
MgO
50 mg/l
Fe
2
O
3

0,3 mg/l
MnO
0,2 mg/l
BO
4

3-

1,2 – 2,5 mg/l
SO
4

2-

0,5 mg/l
NH
4


Vi sinh vật gây bệnh
Không có

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN 15

3. Bột sữa gầy
Bột sữa gầy là sản phẩm thu được từ quá trình tách nước của sữa tiệt trùng. Bột sữa
gầy chứa không quá 5% hàm lượng ẩm và không quá 1,5% hàm lượng béo (tính theo
trọng lượng), trừ các trường hợp khác. Bột sữa gầy được phối trộn vào bột cà phê hoà tan
để thay đổi màu sắc vốn có của cà phê, làm cho bột cà phê mềm, mòn hơn và hạn chế vò
đắng của cà phê.
Bảng 7: Các chỉ tiêu cảm quan của sữa bột gầy
Tên chỉ tiêu
Đặc trưng của sữa bột
Màu sắc
Từ màu trắng sữa đến màu kem nhạt
Mùi, vò
Thơm, ngọt đặc trưng của sữa bột không có mùi vò lạ
Trạng thái
Dạng bột, đồng nhất không vón cục

Bảng 8: Chỉ tiêu hoá lý của sữa bột gầy
1. Hàm lượng nước, % khối lượng
5
2. Hàm lượng chất béo, % khối lượng
1.5

Tên chỉ tiêu
Mức cho phép
1. Tổng số vi sinh vật hiếu khí, số khuẩn lạc trong 1g sản
phẩm
5.10
4

2. Nhóm coliform, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm
10
3. E.Coli, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm
0
4. Salmonella, số vi khuẩn trong 25g sản phẩm
0
5. Staphylococcus aureus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm
10
6. Clostridium perfringer, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm
0
7. Bacillus cereus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm
10
2

8. Nấm men, nấm mốc, số khuẩn lạc trong 1g sản phẩm
10

4. Đường tinh luyện
Đường tinh luyện là đường saccharose được tinh chế và kết tinh có độ Pol trên
99,8% theo TCVN 6958-2001. Đường tinh luyện được bổ sung vào cà phê hòa tan để làm
giảm bớt vò đắng của cà phê.
Bảng 11: Chỉ tiêu cảm quan của đường tinh luyện
Chỉ tiêu

<=30

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN 17

Bảng 13: Chỉ tiêu vi sinh vật của đường tinh luyện
Tổng số VSV hiếu khí, CFU/10g
<=200
Nấm men, CFU/10g
<=10
Nấm mốc, CFU/10g
<=10

Bảng 14: Chỉ tiêu về dư lượng SO
2
và kim loại nặng trong đường tinh luyện
Tên chỉ tiêu
Mức
Dư lượng SO2 (mg/kg)
<=70
As (mg/kg)
<=1
Cu (mg/kg)
<=2
Pd (mg/kg)
<=0,5



Làm sạch
Phối trộn


Cà phê nhân
Làm sạch
Phối trộn
Rang
Xay

phân loại sẽ giúp loại bỏ các hạt cà phê không đảm bảo về kích thước (quá nhỏ hoặc quá
to hạt cà phê bò vỡ nát) và tỷ trọng.
1.2 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. Khối lượng của nguyên liệu giảm do các tạp chất được tách ra. Nguyên
liệu cà phê sẽ đồng đều hơn về kích thước và tỷ trọng.
1.3 Phương pháp thực hiện
Để làm sạch tốt nguyên liệu ta tiến hành theo 3 bước:
- Phân loại theo kích thước: thực hiện bằng sàng. Thông thường, quá trình phân loại
được thực hiện trên 2 sàng nối tiếp. Cà phê được cho vào sàng thứ nhất, phần tạp chất có
kích thước lớn được giữ lại trên sàng, phần đi qua sẽ tiếp tục chuyển qua sàng thứ 2. Tại
đây các tạp chất có kích thước nhỏ hơn sàng sẽ đi qua sàng, hạt cà phê có kích thước theo
yêu cầu sẽ được giữ lại trên sàng. Kích thước lỗ của 2 sàng này phụ thuộc vào từng loại
cà phê nguyên liệu.
Bảng 15: Cỡ sàng sử dụng cho cà phê chè và cà phê vối
Hạng chất lượng
Cỡ sàng
Cà phê chè
Cà phê vối
Hạng đặc biệt
No18/No16
No18/No16
Hạng 1
No16/No14
No16/No12



Hạng 2
No12

No 14
5,56
No 15
6,00
No 16
6,30
No 17
6,70
No 18
7,10
No 19
7,50
No 20
8,00

- Phân loại theo tỷ trọng (bằng khí động):Tỷ trọng của hạt cà phê trung bình là 1,1-
1,3. loại máy phân loại theo tỷ trọng phổ biến là catador. Nguyên lý của máy là dùng sức
gió thổi hạt cà phê đang rơi ngược chiều từ trên xuống. Các hạt có tỷ trọng cao sẽ vượt
qua sức gió rơi xuống dưới đáy và được dẫn ra sàng ra ngoài. Hạt nhẹ sẽ bò nảy lên trên.
Phần tạp chất nhẹ và bụi được thổi ra ngoài qua một lớp lưới gắn phía trên. Quạt ly tâm
có số vòng quay 550-620 vòng / phút, vận tốc gió từ 13-15 m/s . Năng suất máy từ 500-
600 kg/h.
- Phân loại theo từ tính: tách kim loại.
1.4 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.


QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN 23

3. Rang
3.1 Mục đích: chế biến và bảo quản
Chế biến: trong quá trình rang cà phê, dưới tác động của nhiệt độ, các phản ứng
hoá học sẽ diễn ra tạo nên hương vò màu sắc đặc trưng của cà phê thành phẩm.
Bảo quản: quá trình rang xảy ra ở nhiệt độ cao làm giảm độ ẩm của cà phê, tiêu
diệt các vi sinh vật và ức chế các phản ứng hóa sinh.
3.2 Các biến đổi
 Vật lý:
Trong quá trình rang nhiệt độ hạt cà phê tăng là do nhiệt lượng cung cấp từ tác
nhân gia nhiệt và nhiệt lượng do các phản ứng hoá học bên trong hạt sinh ra. Trong giai
đoạn đầu của quá trình rang, nhiệt lượng do các phản ứng nhiệt phân là không đáng kể.
Sau đó, nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng nhiệt phân sẽ tăng do cường độ các phản ứng
tăng lên. Nhiệt lượng này tăng mạnh khi nhiệt độ của hạt cà phê dao động trong vùng
170
0
C đến 250
0
C. Để hạn chế hiện tượng tăng nhiệt này trong quá trình rang, khi rang đến
nhiệt độ trong vùng nói trên, các nhà sản xuất cầøn giảm lượng nhiệt cung cấp từ bên
ngoài bằng cách giảm lưu lượng tác nhân rang.
Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nước và một số chất có phân tử lượng thấp sẽ bay
hơi, do đó làm trương nở và giảm khối lượng hạt cà phê, tỷ trọng hạt cũng giảm đi. Các
biến đổi này phụ thuộc vào giống, chất lượng cà phê nhân ngyên liệu, mức độ rang và

giòn, thể tích hạt tăng từ 50-80% phụ thuộc vào giống, độ ẩm, tốc độ rang…Đây cũng là
một chỉ tiêu quan trọng trên quan điểm thương mại.
 Hóa học:
Biến đổi hóa học là biến đổi quan trọng nhất trong quá trình rang. Những biến đổi
hóa học sẽ tạo ra các đặc trưng về hương vò cho cà phê thành phẩ.Các biến đổi hóa học
diễn ra trong quá trình rang bao gồm:
Độ ẩm của hạt cà phê trước khi rang khoảng 12-13% (w/w). Độ ẩm cà phê sau khi
rang thường khoảng 1-2%, tùy thuộc vào mức độ rang.
Sự tổn thất chất khô: Hàm lượng các chất khô trong quá trình rang sẽ giảm do các
phản ứng phân hủy. Khi cà phê rang càng đâm, lượng chất khô giảm sẽ càng nhiều.
Thông thường, cà phê rang ở khoảng nhiệt độâ từ 180-240
o
C trong vòng 15-25 phút thì tổn
thất về khối lượng là 16-18%.
Bảng 17: Sự tổn thất chất khô theo mức độ rang
Mức độ rang
Tổn hao chất khô(%)
Rang sáng
1-5
Rang vừa
5-8
Rang tối
8-12
Rang rất tối
>12

Hàm lượng chất khô hòa tan: Trong quá trình rang, hàm lượng chất khô hòa tan
thường tăng lên. Thông thường, hàm lượng chất khô hòa tan của cà phê Arabica sau khi
rang xấp xỉ 30% (chất khô), còn lượng chất khô hòa tan của cà phê Robista thì có thể cao
hơn 3-4% (xét trường hợp 2 cà phê co cùng mức độ rang). Để đạt được củng một mức độ

7.6
3.5
Tro
3.8
4.0

Protein: một phần bò phân hủy dưới nhiệt độ cao, một phần kết hợp với
hrydrocacbon và acid clorogenic tạo thành những chất màu nâu.
Lipit: thay đổi không lớn so với hàm lượng cà phê nhân (giảm 1-2%). Dưới ảnh
hưởng của nhiệt, chất béo sẽ giải phóng khỏi các hợp chất protide hoặc glucide mà nó
liên kết. Chất béo tự do này đóng vai trò dung môi hòa tan hay cố đònh các phần tử hương
thơm, là tác nhân bảo vệ các phần tử này chống lại sự ôxy hóa của ôxy môi trường.
Đường: Các phân tử lớn sẽ bò phân cách, các phân tử nhỏ sẽ chuyển thành các hợp
chất bay hơi và tạo vò cho cà phê. Một lượng glucide trọng lượng phân tử thấp cung cấp
các acid bay hơi, các aldehyde và các hợp chất tạo hương khác.
Acid: còn lại một phần sau quá trình rang (mất 30-70%). Các acid bay hơi đóng vai
trò quan trọng trong việc tạo hương và tạo vò (vò chua) cho cà phê.
Các phản ứng tạo CO
2
, CO, N
2
(đặc biệt là CO
2
). Quá trình rang cà phê sẽ giải
phóng ra CO
2
, lượng CO
2
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