Lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (otd)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Bá Ngọc LỰA CHỌN MƠ HÌNH VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ LÊN MEN LIÊN TỤC TRONG SẢN XUẤT CHÈ ĐEN ORTHODOX LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Duy Thịnh Pgs TS Hà Duyên Tư Hà Nội - 2008 Mở đầu Chè loại đồ uống bổ dưỡng phổ biến nhiều nước giới Tỷ lệ chè đen sản xuất tiêu thụ chiếm tới 75% tổng sản lượng chè giới Người ta dùng chè phần thói quen phần chất bổ dưỡng có tÝnh toµn diƯn cđa nã Ng­êi Trung Qc thêi x­a cho chè có tác dụng tốt trình tiêu hoá, tới hệ thống mao mạch thần kinh [6], [16], [24], [41] Đà hàng trăm năm nay, người Châu Âu cư dân nước Mỹ hài lòng với chén chè đen buổi sáng tinh sương hay bữa tiệc gia đình ấm cúng Còn Châu số quốc gia Trung Đông, chè xanh đà trở thành thứ nước uống truyền thống từ ngàn năm Theo nghiên cứu nhà khoa học trung tâm dinh dưỡng Unilever (Vlaardingen, Hà Lan) nước chè có chứa lượng lớn chất chống ôxy hoá, catêsin chè xanh têarubigin chè đen, nguồn søc m¹nh tut vêi gióp ng­êi chèng l¹i nhiỊu loại bệnh tật, đặc biệt bệnh tim Uống chè thường xuyên vài năm giúp tăng cường bảo vệ mật độ chất khoáng xương nam giới nữ giới [37] Hiện giới tồn phương pháp chủ yếu để sản xuất chè đen là: phương pháp truyền thống (OTD), phương pháp CTC, phương pháp nhiệt luyện Phương pháp truyền thống OTD phương pháp CTC Về bản, phương pháp có sơ đồ công nghệ giống bao gồm giai đoạn : làm héo phá vỡ tế bào tạo hình lên men sấy khô Sau sấy khô thu chè đen bán thành phẩm (BTP), chè đen BTP phân loại để tạo chè đen sản phẩm phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng Điểm khác phương pháp OTD CTC giai đoạn phá vỡ tế bào tạo hình - Phương pháp OTD: trình phá vỡ tế bào tạo hình làm việc gián đoạn Trong trình người ta sử dụng hệ thống máy vò sàng tơi (máy vò đơn máy vò kép có nắp ép), thông thường trình vò tiến hành lần Sau lần vò, chè sàng tơi với mục đích làm nguội, làm tơi để tránh vón cục, tăng lượng oxy thâm nhập vào khối chè tách phần chè non khỏi phần chè già Tổng thời gian trình phá vỡ tế bào tạo hình theo phương pháp OTD 150 đến 160 phút Kết thúc trình vò, khối chè chia thành phần tương ứng với lần sàng tơi: phần lọt sàng (F1, F2, F3) phần sàng lần sàng tơi cuối (F4), tất phần chè đưa lên men Kết trình vò chè xuăn chặt lại theo sống Độ dập tế bào sau vò đạt tối đa 80% 20% tế bào không bị phá vỡ Sau sấy khô, sản phẩm thu dạng sợi - Phương pháp CTC (Crushing - Tearing Curling): trình phá vỡ tế bào tạo hình làm việc liên tục Trong trình người ta sử dụng hệ thống máy bao gồm: máy rô tô van (nghiền cắt sơ bộ), máy CTC (nghiền, cắt, xé) trục, máy vo viên Hệ thống máy bố trí liên hoàn gồm: máy rô tô van, máy CTC, máy vo viên chè vận chuyển từ máy sang máy khác băng tải Lá chè qua hệ thống máy rô tô van, CTC, cắt, nghiền xé với cường độ lực cao nên trở thành mảnh nhỏ, mềm tự co lại thành viên thô xốp chúng đưa vào máy vo viên, nhờ viên chè chặt hơn, nhẵn tròn Sau qua máy vo viên, khối chè đưa lên men Tổng thời gian trình phá vỡ tế bào tạo hình theo phương pháp CTC 10 đến 12 phút Kết thu khối chè viên, đồng Độ dập tế bào mức cao (trên 95%), 5% lượng tế bào không bị phá vỡ Sau sấy khô, sản phẩm thu dạng viên Quá trình lên men chè thực chất đà xảy bắt đầu phá vỡ tế bào gọi trình lên men giai đoạn Giai đoạn lên men sau phá vỡ tế bào tạo hình tiếp tục lên men giai đoạn gọi lên men giai đoạn hay lên men độc lập (gọi tắt giai đoạn lên men) Mục đích trình lên men độc lập nhằm hoàn thiện tiêu chất lượng cho chè đen (màu sắc, mùi, vị sản phẩm) Tuy nhiên, phương thức phá vỡ tế bào định hình OTD CTC khác nên đà tạo khối chè trước lên men khác thành phần hoá học, độ xốp, kích thước, độ đồng khối chè lên men đặc biệt thời gian lên men giai đoạn khác (OTD 150 đến 160 phút CTC có 10 đến 12 phút) chế độ kỹ thuật để lên men giai đoạn hai phương pháp phải khác Giai đoạn phá vỡ tế bào tạo hình phương pháp CTC làm việc liên tục đà tạo khối chè đồng nên người ta đà nhanh chóng áp dụng công nghệ lên men liên tục máy lên men liên tục có tính kü tht phï hỵp víi tÝnh chÊt cđa chÌ CTC Còn phương pháp OTD, trình vò gián đoạn, khối chè gồm phần có tính chất khác nên việc tạo máy lên men liên tục gặp nhiều khó khăn Để đơn giản, người ta thường áp dụng lên men gián đoạn khay phòng có điều tiết không khí Các nhà khoa học Nga đà chế tạo thành công máy lên men liên tục cho dây chuyền sản xuất chè đen OTD gồm máy, máy sử dụng cho phần chè F1, F2, F3, F4 lượng chè máy lên men thường chiếm phần tổng số lượng chè cần đưa lên men Riêng phần có khối lượng lớn tất (chiếm khoảng 60% tổng lượng chè) Tuy thế, đa số nhà máy sản xuất chè đen Liên Xô trước áp dụng phương pháp lên men gián đoạn khay Hiện nay, sau Liên Xô tan rÃ, phần lớn nhà máy chè đen thuộc nước Cộng hoà Grudia, người ta đà áp dụng lên men máy lên men liên tục kiểu băng tải, quy mô nhà máy từ 60 đến 90 chè tươi/ ngày nước ta, năm 1956, Liên Xô đà giúp đỡ xây dựng nhà máy chè đen Thanh Ba Phú Thọ dựa công nghệ chè đen OTD, đến phần lớn nhà máy sản xuất chè đen Việt Nam áp dụng công nghệ trình lên men độc lập thực phương pháp gián đoạn Chè đen OTD cđa ViƯt Nam ë møc thÊp, thĨ hiƯn ë giá bán 60 đến 70% giá nước sản xuất chè giới Mặt khác, vùng chè Việt Nam thường phân tán nên quy mô nhà máy chè đen thường nhỏ, có suất từ 10 đến 15 chè tươi/ngày (trung bình 13,5 chè tươi/ngày) Hiện nay, việc sản xuất chè đen phương pháp OTD, ngành chè Việt Nam đà nhập số dây chuyền đồng ấn Độ để sản xuất theo phương pháp CTC, nhiên sản phẩm chè đen CTC chiếm tỷ lệ không lớn tổng sè chÌ ®en xt khÈu cđa ViƯt Nam Trong nhiỊu năm, sản phẩm chè đen OTD Việt Nam số nước giới tồn song song với chè CTC sản phẩm quen dùng nhiều nuớc nhập Nga, Đức, Pháp, Anh, Mỹ v.v Vấn đề cần phải nâng cao chất lượng để nâng cao giá trị gia tăng sản phẩm Phương pháp nhiệt luyện Trong năm thập kỷ 60 70 kỷ trước, nhà khoa học Liên Xô, nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen OTD thấy rằng: sau vò, lượng tế bào chè bị phá vỡ tối đa 80% tới 20% số tế bào không bị phá vỡ Trên thực tế, chất, đặc biệt tanin có tế bào chưa bị phá vỡ tham gia vào trình lên men xúc tác men polyphenoloxydaza để tạo chất đặc trưng chè đen Vì chất lượng chè không cao, Trong đó, phương pháp CTC, lượng tế bào bị phá vỡ tới 95% Để khắc phục nhược điểm này, nhà khoa học Liên Xô đà đưa phương pháp mà sở khoa học sử dụng nhiệt độ cao để tiếp tục chuyển hoá chất, đặc biệt tanin nhằm cải thiện chất lượng chè đen OTD (mùi, vị, mầu sắc nước chè) Sơ đồ công nghệ phương pháp gồm giai đoạn: làm héo phá vỡ tế bào tạo hình (vò) – lªn men – sÊy - xư lý nhiƯt VỊ giai đoạn làm héo, vò tương tự phương pháp OTD Giai đoạn lên men: người ta thực trình lên men ngắn tức thời gian lên men rút ngắn từ 20 đến 30 phút Sau lên men, chè đưa sấy không sấy đến độ ẩm thông thường (3 đến 5%) mà sấy đên độ ẩm đến 7,5% Sau sấy, khối chè có nhiệt độ khoảng 70 đến 750C, độ ẩm 7,5% đưa ®i ñ nãng thêi gian tõ giê 30 đến Quá trình ủ nóng chè sau sấy gọi trình nhiệt luyện Nhờ trình ủ nóng mà chất chè, đặc biệt tanin chuyển hoá Mùi, vị mầu sắc chè đen cải thiện rõ rệt Hàm lượng tanin chất tan lại chè đen sản phẩm cao Các nhà khoa học Liên Xô đà coi phương pháp nhiệt luyện phương pháp có triển vọng để nâng cao chất lượng chè đen OTD Liên Xô Học tập kinh nghiệm nhà khoa học Liên Xô, Việt Nam đà áp dụng thử vào nhà máy chè đen OTD Thanh Ba Phú Thọ năm 1972 đến năm 1974 cho kết khả quan Tuy nhiên phương pháp số nhược điểm sau đây: trình ủ nóng chè sau sấy phức tạp, chủ yếu dùng thùng ủ nên lượng chè lớn sau sấy xử lý kịp Vì vậy, Việt Nam chưa có nhà máy áp dụng phương pháp mà sử dụng phương pháp truyền thống để sản xuất chè den OTD Ngay Liên Xô, người ta chưa giải khâu giới hoá trình ủ cho chè sấy Chính thế, chất lượng chè đen sản phẩm có cao không đồng đều, cường độ lao ®éng rÊt cao Mét sè n­íc nh­ Trung Quèc, Ên Độ đà nghiên cứu phương pháp nhiệt luyện chưa đưa vào áp dụng rộng rÃi sản xuất Lên men chè đen trình đặc biệt, khác hẳn với trình lên men rượu, bia chỗ: lên men rượu, bia phải dùng men đưa vào; lên men chè đen sử dụng chất men sẵn có chè Đây giai đoạn quan trọng trình sản xuất chè đen [10], [49], [50] Giai đoạn xảy biến đổi sinh hoá cần thiết để tạo nên chất lượng chè đen Trong chủ yếu tanin chè bị ôxi hoá nhờ xúc tác men, tạo nên sản phẩm màu hương vị ®Ỉc biƯt cđa chÌ ®en [33] ë ViƯt Nam hiƯn nay, trình lên men sản xuất chè đen orthodox (OTD) chủ yếu thực phương pháp thủ công gián đoạn, suất thấp, cường độ lao động cao, khó khăn cho việc giới hoá đặc biệt chất lượng sản phẩm không ổn định Trong nước, số nhà máy đà sử dụng máy lên men liên tục ấn Độ để sản suất chè đen CTC, chưa có nhà máy sản xuất chè đen OTD sử dụng máy lên men đến Việt Nam chưa nơi sản xuất máy lên men liên tục Để nâng cao giá trị kinh tế sản phẩm chè, cần thiết phải nghiên cứu thiết lập chế độ công nghệ chế biến phù hợp, nhằm tạo nhiều sản phẩm có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu thị trường nước xuất Đặc biệt nghiên cứu công nghệ thiết bị lên men chè đen OTD Xuất phát từ yêu cầu cấp bách tiến hành nghiên cứu đề tài: Lựa chọn mô hình xác định thông số công nghệ lên men liên tục sản xuất chè đen orthodox (OTD) Mục đích đề tài : Nghiên cứu lựa chọn mô hình xác định thông số công nghệ lên men liên tục sản xuất chè đen OTD, nhằm bước đại hóa công nghiệp chế biến chè Việt Nam, góp phần ổn định nâng cao chất lượng chè đen xuất Việc chế tạo thành công máy lên men liên tục cho chè OTD áp dụng cho chè đen sản xuất theo phương pháp (phương pháp nhiệt luyện) tương lai phương pháp ứng dụng Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: - Công nghệ thiết bị sản xuất chè đen OTD CTC số nhà máy chè đen Việt Nam - Xác định thông số công nghệ lên men liên tục sản xuất chè đen OTD máy lên men LMC-BK21 - Nguyên liệu chè tươi loại B gièng trung du trång ë tØnh Phó Thä, thu hái từ tháng đến tháng năm, giống chè trồng phổ biến vùng chè phía Bắc nước ta - Phân tích thành phần hoá học tiêu chất lượng cảm quan chè thành phẩm - ứng dụng sản xuất thử nghiệm máy lên men LMC-BK21 theo mô hình tối ưu Máy lên men LMC-BK21 lắp đặt xưởng thực nghiệm Viện Khoa học Nông lâm nghiệp Miền núi phía Bắc Nội dung nghiên cứu: Khảo sát, sơ đánh giá thực trạng sản xuất chè đen CTC OTD Việt Nam Lựa chọn mô hình, thiết kế để chế tạo máy lên men liên tục chè đen OTD Xác định thông số kỹ thuật máy lên men liên tục LMC-BK21 Đánh giá chất lượng, tiềm ứng dụng sản xt, ý nghÜa khoa häc & thùc tiƠn vµ hiƯu qu¶ kinh tÕ ý nghÜa khoa häc & thùc tiƠn đề tài nghiên cứu: - Luận án chứng minh chè đen OTD lên men liên tục điều kiện Việt Nam, loại hình công nghệ chè đen Việt Nam - Đà xác định thông số công nghệ tối ưu lên men liên tục chè đen OTD máy lên men liên tục LMC-BK21 - Là tài liệu tham khảo tốt cho nhà khoa học nghiên cứu vấn đề có liên quan - Khi áp dụng phương pháp lên men liên tục chè đen OTD, nâng cao chất lượng, tăng suất lao động hiệu kinh tế - Tạo điều kiện thúc đẩy trình giới hoá, tự động hoá mức cao sản xuất chè Góp phần làm tăng hiệu kinh tế sản phẩm chè đen OTD cho ngành chè Việt Nam * Những đóng góp mới: Đà lựa chọn mô hình, thiết kế để chế tạo Việt Nam máy LMC-BK21 lên men liên tục chè đen theo công nghệ OTD, cho sản phẩm chè đen OTD có chất lượng cao lên men gián đoạn Đà áp dụng thành công lên men liên tục chè đen OTD qui mô công nghiệp vào thực tế sản xuất Kết cấu luận án gồm phần sau: - Mở đầu; - Chương 1: tổng quan; - Chương 2: đối tượng phương pháp nghiên cứu; - Chương 3: kết nghiên cứu thảo luận; - Kết luận; - Tài liệu tham khảo; - Phụ lục Trong phần viết: 126 trang có 13 hình vẽ, 04 đồ thị, 43 bảng Phần phụ lục: có 09 hình, 70 vẽ Chương Tổng quan sở lý thuyết lên men chè a tổng quan chè 1.1 Tình hình sản xuất chè nước giới 1.1.1 Lịch sử phát triển chè Chè công nghiệp dài ngày, trồng sớm Trung Quốc, cách khoảng 5000 năm Cho đến năm 2006, đà có 100 nước thuộc Châu trồng xuất chè Vào năm cuối kỷ 19 đầu kỷ 20 người Anh, người Pháp đà đưa chè đến trồng nước Châu Phi Châu Mỹ La Tinh Năm 1940 chè đưa đến trồng thử vùng đất Tatsmania thuộc Châu úc Sản lượng chè giới năm 2006 đạt 2.2 triệu Người dân Việt Nam tỉnh phía bắc giáp ranh vùng tây nam Trung Quốc đà biết dùng chè từ lâu, việc trồng chè có quy mô lớn, mang tính chất hàng hóa đến năm 1885 người Pháp ý nghiên cứu phát triển Đầu kỷ XIX, Việt Nam đà có vùng sản xuất tập trung: vùng chè tươi vùng chè rừng cho tiêu dùng nội địa chủ yếu Sau thực dân Pháp chiếm đóng Đông Dương, đà có thêm vùng chè công nghiệp tập trung đại xuất (1923-1925) Đến năm 2000, đà có loại vườn chè gồm chè tươi hộ gia đình, chè rừng dân tộc chè công nghiệp hàng rào có đốn, tương ứng với thời kỳ lịch sử (phong kiến, thuộc địa độc lập), vùng địa lý (Đồng bằng, Trung du Miền núi) [8], [23], [24] Thời kỳ phong kiến Theo tài liệu Hán nôm nông nghiệp Việt Nam Vân Đài loại ngữ Lê Quý Đôn - 1773 (bộ bách khoa tự điển Việt Nam), từ thời kì Vua Hùng dựng nước, dân tộc Việt Nam, trải qua nhiều hệ phát triển nông nghiệp, đà để lại cho ngày vùng chè lớn: 10 3.2 Lựa chọn mô hình, thiết kế để chế tạo máy lên men liên tục chè đen OTD 3.2.1 Lựa chọn mô hình Dựa kết khảo sát phân tích kết thu được, đề tài đà lựa chọn phương pháp lên men liên tục chè đen OTD thay cho phương pháp lên men gián đoạn Một dây chuyền đồng sản xuất chè đen OTD nhà máy có công suất 13 chè tươi/ngày, giai đoạn lên men sản xuất gián đoạn, giai đoạn sản xuất trước sau lên men trình sản xuất liên tục Vì chọn suất máy lên men liên tục 13 chè tươi / ngày để tương thích với dây chuyền sản xuất nhà máy chè Năng suất modul điển hình từ chế tạo hàng loạt dây chuyền thiết bị đồng Mô hình lên men liên tục chè đen OTD máy lên men kiểu băng tải, có cung cấp không khí điều tiết, sử dụng quạt ly tâm để thông gió cách thổi không khí xuyên qua lớp chè 3.2.2 Thiết kế sơ máy lên men liên tục Bảng 3.4 : Thông số kỹ thuật thiết kế máy lên men LMC-BK21 TT Chỉ tiêu kỹ thuật Thông số kỹ thuật Năng suất (kg chè tươi/ ngày) 13.000 Nhiệt độ lên men (0C) 25 - 27 Thêi gian lªn men (phót) L­u lượng không khí (m / giờ) Độ ẩm không khí (%) Độ dầy lớp chè băng tải (mm) 180 ChiỊu réng h÷u Ých cđa vØ (mm) 1700 Chiều dài băng tải (mm) 6000 60, 90, 120, 150 6.000 - 10.000 95 - 98 11 Tốc độ băng tải tương ứng với 0,10; 0,067 tốc độ(m/phút) 0,05; 0,04 10 Yêu cầu chất lượng chung: Tiếng ồn, độ rung, cố điện, kiểu dáng công nghiệp Trên sở thông số bảng 3.4, tính toán, thiết kế khí thể 70 vẽ tổng thể chi tiết Máy lên men liên tục thiết kế chế tạo lần đầu Việt Nam ký hiệu LMC-BK21 Nguyên lý cấu tạo máy lên men liên tục LMC-BK21 mô tả hình 3.1 Hình 3.1 Nguyên lý cấu tạo máy lên men liên tục LMC-BK21 Máy LMC-BK21 có nhiều ưu điểm hẳn so vơí cách lên men truyền thống sàn: Chủ động điều khiển kiểm soát thông số kỹ tht, cã thĨ tù ®éng hãa, tiÕt kiƯm diƯn tÝch, tăng suất, giảm thời gian lên men, ổn định nâng cao chất lượng Quá trình thiết kế đà sử dụng chi tiết đà chế tạo Việt Nam như: xích tải, vỉ thép không gỉ, truyền động, hộp giảm tốc, bánh xích số chi tiết khác Nhờ việc chế tạo hàng loạt máy lên men liên tục có giá thành rẻ hơn, để phục vụ cho đại hoá nhà máy chè 12 3.2.3 Chế tạo máy lên men liên tục LMC-BK21 Máy lên men chè liên tục đà đặt hàng chế tạo Công ty Cổ phần C¬ khÝ chÌ Thanh Ba Phó Thä theo thiÕt kÕ Sau lắp đặt xưởng thực nghiệm Viện nghiên cứu chè ( Viện Khoa học Nông lâm nghiệp Miền núi phía Bắc) Hình 3.2 ảnh máy lên men chè liên tục LMC-BK21 3.2.4 Nghiệm thu máy Quá trình nghiệm thu máy có mời chuyên gia - điện, công nghệ công ty cổ phần khí chè Thanh Ba, Trường ĐHBK Hà Nội, đà xem xét đánh giá thông số kỹ thuật kết cấu máy lên men chè đạt yêu cầu thiết kế chế tạo 3.3 Xác định thông số kỹ thuật máy lên men liên tục LMC-BK21 3.3.1 Thuyết minh trình làm việc máy lên men liên tục LMC-BK21 + Khởi động máy: Kiểm tra máy mặt khí, điện, dầu bôi trơn trước cho máy khởi động Cho hệ thống điều tiết không khí vận hành, đo thông số nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng không khí Khi thông số đạt yêu cầu công nghệ lên men, mở chắn ống dẫn khí Cho băng tải lên men vận hành điều chỉnh tốc độ máy lên men theo yêu cầu 13 + Máy làm việc: Cho chè vào băng tải tiếp liệu, điều chỉnh vị trí guồng gạt để tạo bề dầy lớp chè hợp lý Mở chắn ống phân phối khí đóng chắn cửa lại, để tránh không khí bị tổn thất khoang 2, 3, khoang chưa có chè Tiếp tục mở chắn khoang chè phủ kín Cần định vị chắn hợp lý để lưu lượng không khí khoang Trong máy làm việc, theo dõi thông số kỹ thuật không khí dụng cụ đo điều chỉnh thông số chúng không tương ứng với trị số cần phải đạt 3.3.2 Khảo sát xác định độ ẩm, nhiệt độ không khí môi trường máy lên men LMC-BK21 Quá trình tiến hành thí nghiệm điều kiện sử dụng nước máy Do chịu ảnh hưởng trực tiếp nhiệt độ môi trường nên nước máy thường có nhiệt ®é tõ 280C ®Õn 310C Tõ sè liƯu ë b¶ng 3.6 nhận thấy rằng: Chênh lệch độ ẩm môi trường xung quanh máy lên men từ 9.7% đến 24.9% (trung bình 18.7%) Chênh lệch nhiệt độ môi trường xung quanh máy lên men dao động từ 1.30C đến 4.10C (trung bình 30C) Như kết đạt yêu cầu mà thiết kế đà đặt phù hợp với công nghệ lên men chè Hiện nhiều nhà máy sử dụng nước giếng khoan nước suối, nhiệt độ nguồn nước ổn định thường có nhiệt độ từ 250C đến 260C Chúng đà tiến hành phun Èm b»ng ngn n­íc giÕng khoan, kÕt qu¶ b¶ng 3.7 thÊy r»ng: Khi sư dơng ngn n­íc giÕng khoan có nhiệt độ từ 24.50C đến 260C (trung bình 25.60C) cho phòng điều tiết không khí nhiệt độ không khí máy lên men hạ xuống thấp (tõ 25.70C ®Õn 27.30C) Nh­ vËy, nÕu sư dơng ngn nước giếng khoan nước suối có nhiệt độ ổn định 14 khoảng 250C khống chế nhiệt độ không khí máy lên men từ 250C đến 270C mà không cần hệ thống máy lạnh 3.3.3 Xác định lưu lượng không khí vào máy LMC-BK21 Bảng 3.8 : Lưu lượng không khí vào máy lên men LMC-BK21 TT Lưu lượng m3/ Lớp chè băng tải Không có chè băng tải 10.000 Chè phủ kín mặt băng tải với độ dày 20 cm 7.800 3.3.4 Khảo sát xác định tốc độ băng tải, thời gian suất máy LMC-BK21 Bảng 3.9 - Thông số kỹ thuật máy Tốc Độ dày Tốc độ băng tải Thời độ lớp chè (cm/phút) (cm) Năng suất máy lên men gian (kg chè (kg chè (giờ) vò/giờ) tươi/giờ) 15 10.00 1.00 612 856 18 6.70 1.30 489 684 20 5.00 2.00 428 590 20 4.00 2.30 360 504 Tõ sè liÖu bảng 3.9 thấy rằng: Máy lên men chế tạo có tốc độ tốc độ suất máy đạt 142% suất thiết kế, tốc độ suất máy đạt 84% suất thiết kế 3.3.5 Khảo sát xác định mức tiêu thụ điện năng, nước, nhân công chất lượng chung máy LMC-BK21 Bảng 3.10: Kết khảo sát điện năng, nước, nhân công, chất lượng chung máy LMC-BK21 tính toán chi phí vận hành máy TT Chỉ tiêu Đơn giá (đ) chè tươi Tiêu thụ Thành tiền(đ) chè Bán thành phẩm Tiêu Thành thụ tiền(đ) ca sản xuất Tiêu thụ Thành tiền(đ) 15 §iƯn 1000 11.5 11.500 49.5 Kwh Kwh N­íc 2000 2.5m3 C«ng 40.000 0.23 C 9.200 Céng 5.000 49.500 51.75 51.750 Kwh 10.8m3 21.600 11.3m3 22.600 1.0 C 25.700 40.000 1.0 C 40.000 111.100 114.350 Máy chạy êm, ổn định, chưa có cố Chất lượng điện, dáng máy gọn đẹp Những chi tiết tiếp xúc chung với chè chế tạo thép không gỉ nên đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm 3.3.6 Tối ưu hoá, xác định thông số công nghệ lên men liên tục chè đen OTD máy LMC-BK21 3.3.6.1 Lập luận để chọn biến cho quy hoạch thực nghiệm Quá trình Lên men chè đen OTD máy lên men LMCBK21 phụ thuộc vào yếu tố sau: - Nhiệt độ độ ẩm tương đối không khí máy lên men, phẩm cấp độ ẩm ban đầu chè lên men - Lưu lượng không khí cấp cho máy lên men - Độ dày lớp chè băng tải - Thời gian lên men thí nghiệm này, ta cố định thông sè vµ ϕk tk = 25o C - 27o C = 95% - 98% nhê hÖ thèng điều tiết không khí ẩm máy lên men Như ba yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chè lên men là: lưu lượng không khí, độ dày lớp chè băng tải thời gian lên men chè Đó ba yếu tố cho qui hoạch thí nghiệm 3.3.6.2 Xác định khoảng biến thiên yếu tố ảnh hưởng Chúng chọn khoảng biến thiên cđa th«ng sè chÝnh nh­ sau: 16 - L­u lượng không khí cấp cho máy có tải: Q = 6000 – 8000 m3/ giê, t­¬ng øng biÕn m· hoá (biến code) X1 - Độ dày lớp chè băng tải: d = 24 cm, tương ứng biến mà hoá (biến code) X2 - Thời gian lên men chÌ: t = 30 – 150 phót, t­¬ng øng biến mà hoá (biến code) X3 3.3.6.3 Hàm mục tiêu: Chập mục tiêu Y2 (Tổng điểm chất lượng cảm quan chè) Y1 (hàm lượng tanin lại chè lên men) phải đạt yêu cầu: Y2 Max; Y1 50% so với ban đầu 3.3.6.4 Kết thảo luận phần tối ưu hoá trình lên men chè Xác định giá trị mức biến xây dựng mô hình - Mức (mức +1), møc d­íi (møc -1), møc c¬ së (møc 0) - Điểm () với số thí nghiệm tâm n0 = th× α = ± 1,215 + L­u lượng không khí cấp cho máy (m3/ giờ): 6000 Q≤ 8000 Møc trªn (møc +1) : 8.000 Møc biÕn thiªn ∆Q : 1.000 Møc d­íi (møc -1) : 6.000 §iĨm (+1,215) : 8.215 Møc c¬ së (møc 0) : 7.000 Điểm (-1,215) : 5.785 + Độ dày lớp chè băng tải(cm): d 24 Møc trªn (møc +1) : 24 Møc biÕn thiªn ∆d : Møc d­íi (møc -1) : §iĨm (+1,215) : 25,7 Møc c¬ së (møc 0) : 16 §iĨm (-1,215) : 6,3 + Thêi gian lªn men chÌ (phót): 30 ≤ t ≤ 150 Møc trªn (møc +1) : 150 Møc biÕn thiªn ∆t : 60 Møc d­íi (møc -1) : 30 §iĨm (+1,215) : 163 Mức sở (mức 0) : 90 Điểm (-1,215) : 17 Mô hình trình lên men chè mô hình thống kê dạng bậc đầy đủ nhân tố sau: 17 Y2 : hàm mục tiêu (điểm tổng hợp chất lượng cảm quan chè) Y2 = b0+ b1X1+ b2X2+ b3X3+ b12X1.X2 + b23X2.X3+ b13X1.X3+ b11 (X1)2+ b22 (X2)2 + b33 (X3)2 (1) Y1: hµm mục tiêu (hàm lượng tanin lại chè lên men) Y1 = b0 + b1X1+ b2X2+ b3X3+ b12X1.X2 + b23X2.X3 + b13X1.X3 + b11 (X1)2 + b22 (X2)2 + b33 (X3)2 (2) Trong ®ã: b0 , b1 , b2 , b3 , b12 , b23 , b13 , b11 , b22 , b33 hệ số hồi qui X1 , X2 , X3 lµ biÕn sè code ThÝ nghiƯm bè trÝ theo ma trËn qui ho¹ch trùc giao cấp ba yếu tố Giải toán tối ưu phần mềm NEMRODW2000 Chúng sử dụng phần mềm NEMRODW2000 máy tính cho kết sau: - Hàm mục tiêu Y1 ( hàm lượng tanin) cã d¹ng: Y1 = 15.866 - 1.286X1 - 2.147X2 - 5.456X3 - 0.050X1.X2 +0.225X2.X3 + 0.250X1.X3 - 0.247(X1)2 - 0.315(X2)2 + 2.971(X3)2 - Hàm mục tiêu Y2( điểm tổng hợp chất lượng) có dạng: Y2 = 16.536 + 0.429X1 + 0.161X2 + 0.648X3 + 0.125X1.X2 0.850X2.X3 - 0.775X1.X3 - 0.128(X1)2 - 0.805(X2)2 - 1.652(X3)2 * Kết tính toán tối ưu hoá chập mục tiêu Y1 Y2 Bảng 3.19: Giá trị hàm Y1, Y2 điểm tối ưu chập mục tiêu Hàm mục Tên hàm mục Giá trị Møc tèi Møc Møc ­u % % max % tiêu tiêu Y1 Tanin 17.20 100.00 99.33 100.00 Y2 Điểm tỉng hỵp 16.60 99.94 52.63 99.94 99.97 72.31 99.97 chÊt lượng Hàm D chập mục tiêu 18 Hình 3.7: Hàm 3D Biểu diễn không gian chập mục tiêu (X1 = 0.999; X2 = 0.223; X3 = -0.506) H×nh 8: Hàm 2D- Biểu diễn đường đồng mức chËp mơc tiªu (X1 = 0.999; X2 = 0.223; X3 = - 0.506) Kết chập mục tiêu tối ưu hóa đạt 99,97%, tại: X1= 0,999 tương ứng lưu lượng gió 8000 m3/h X2= 0,223 tương ứng độ dày lớp chÌ 18 cm X3= - 0,506 t­¬ng øng thêi gian lên men 60 phút Điểm tổng hợp chất lượng Y2 = 16.6 điểm Hàm lượng tanin Y1 = 17.2% Kết luận mô hình: Từ kết sử dụng phần mềm NEMRODW2000 để giải toán tối ưu máy tính Chế độ công nghệ lên men chè đen OTD máy LMC-BK21 cho sản phẩm có chất lượng tốt thời gian lên men 60 phút, lưu lượng gió 8000 m3/h, độ dày lớp chè 18 cm Chè sản phẩm có điểm tổng hợp chất lượng đạt 16.6 điểm, hàm lượng tanin lại 17.2% ( tương ứng 50% so với ban đầu) 19 3.4 Đánh giá chất lượng, tiềm ứng dụng sản xuất, ý nghĩa khoa học & thực tiễn hiệu kinh tế 3.4.1 Nghiên cứu so sánh trình biến đổi thành phần hoá học chất lượng chè đen OTD lên men liên tục gián đoạn Chúng nghiên cứu trình biến đổi thành phần hoá học chất lượng chè đen lên men khay máy lmC-bk21 đà chế tạo Việt Nam Các phép phân tích thành phần hoá học chè lặp lại lần tính trị số trung bình cộng Những giá trị phân tích vượt 0,2% giá trị trung bình bị loại Bốn tiêu cảm quan đánh giá là: Ngoại hình, mùi, vị mầu nước chè xác ®Þnh theo TCVN 3218 – 1993 ThÝ nghiƯm ®èi chøng tiến hành lên men khay Thí nghiệm nghiên cứu tiến hành máy lên men LMC-BK21 theo thông số mô hình tối ưu: - Lưu lượng không khí Q = 8.000 m3/h - Độ dày líp chÌ d = 18 cm - Thêi gian lªn men t = 60 phút Các thông số nhiệt độ lên men, độ ẩm không khí giữ khoảng nhiệt độ : 250C - 270C, độ ẩm không khí 95% - 98% Chè máy qua thêi gian trung gian (tõ 30,60,90 ®Õn 150 phót) Lấy mẫu thời điểm khác Hai thí nghiệm tiến hành song song Số lần thí nghiệm: Được tiến hành lần vào tháng 4, 5, 6, 3.4.1.1 Chất lượng cảm quan chè lên men: Chất lượng cảm quan chè lên men khay thể bảng 3.20 cho thấy: Khi lên men gián đoạn khay, thời điểm có điểm tổng hợp chất lượng tốt 120 phút kể từ kết thúc trình vò Điểm tổng hợp tương ứng 13,75 Sau thời gian chất lượng bắt đầu giảm xuống 20 Chất lượng cảm quan chè lên men máy LMC-BK21 thể bảng 3.21 cho thấy lên men liên tục máy, thời điểm cho chất lượng tốt 60 phút, điểm tổng hợp chất lượng tương ứng 16,25 Sau thời gian chất lượng bắt đầu giảm xuống Như vậy, kết nghiên cứu phù hợp với mô hình tối ưu hoá Bảng 3.22: Điểm tổng hợp chất lượng chè lên men khay lên men máy theo thời gian Điểm tổng hợp Thời gian lªn men (phót) Lªn men trªn khay Lªn men trªn m¸y 30 12,00 14.25 60 12.75 16.25 90 13.50 15.75 120 13.75 14.25 150 12.75 13.25 Qua b¶ng sè liƯu 3.22 thấy rằng: Thời gian thích hợp lên men khay từ 90 đến 120 phút, chất lượng chè đạt điểm tổng hợp chất lượng tương ứng 13.50 13.75 Thời gian thích hợp lên men máy từ 60 đến 90 phút, chất lượng chè đạt điểm chất lượng tương ứng 16.25 15.75 3.4.1.2 Biến đổi thành phần hóa học Tiến hành phân tích thành phần hóa học mẫu chè lên men khay máy lên men LMC-BK21 để so sánh Chúng có nhận xét sau: - Mầu nước chè liên quan chặt chẽ với hình thành TF TR Nước chè lên men máy liên tục có mầu tốt so với lên men khay Hàm lượng TF lên men máy cao lên men khay nên nước chè có viền vàng rõ - Chất lượng chè đen lên men máy tốt lên men khay 21 Bảng 3.29: So sánh thành phần hoá học chè đen lên men khay máy thời điểm chè có chất lượng tốt Phương pháp Trên khay Trên máy Chênh lệch Tanin(% ck) 13,60 17,00 3,40 ChÊt tan(% ck) 33,60 37,30 3,70 TF(% ck) 0,39 0,56 0,17 TR(% ck) 14,20 11,50 -2,70 Tỷ lệ TF/TR 1/36 1/20 Điểm tổng hợp 13,75 16,25 lên men 2,50 3.4.2 ứng dụng kết nghiên cứu vào sản xuất Năm 2006 đà chế biến thử nghiệm lên men liên tục máy lên men LMC-BK21 với lô chè, lô 1500 kg chè tươi (chỉ lấy chè F4 chiếm 65%) thời điểm tháng 5; tháng 7; tháng chia làm phần mẫu - Mẫu thử nghiệm: Chè lên men máy LMC-BK21 theo kết mô hình - Mẫu đối chứng: Chè lên men khay, cách nhà máy làm - Mẫu thư nghiƯm 1, mÉu ®èi chøng 1: ChÌ lÊy ë thời điểm tháng - Mẫu thử nghiệm 2, mẫu ®èi chøng 2: ChÌ lÊy ë thêi ®iĨm th¸ng - MÉu thư nghiƯm 3, mÉu ®èi chøng 3: ChÌ lấy thời điểm tháng Chè bán thành phẩm mẫu thử nghiệm đối chứng lô chè thời điểm, đánh giá chất lượng phương pháp cảm quan Kết số liệu từ bảng 3.30 đến bảng 3.36 cho thấy mẫu thử nghiệm, cho chất lượng tốt so với mẫu đối chứng, qua thấy kết nghiên cứu luận án 22 3.4.3 ý nghĩa khoa học & thực tiễn kết nghiên cứu (phần đầu đà nêu) 3.4.4 Tính toán hiệu kinh tế Việc tính toán hiệu kinh tế qúa trình áp dụng máy lên men liên tục LMC-BK21, tính sơ mang tính định hướng bao gồm: - Tiền đầu tư mua sắm thiết bị - Chi phí trực tiếp cho trình vận hành máy - Sử dụng số liệu ban đầu sau: Các trình sản xuất khác héo, vò, sấy, phân loại, đóng gói chè sản phẩm nhà máy giữ Với cách giả định trên, áp dụng máy lên men liên tục sản xuất, giá thành chè tăng lên 195.624 đ/tấn sản phẩm Theo cách định giá tổng công ty chè điểm chất lượng tăng thêm 1,74 điểm giá trị gia tăng 2.449.992 đ/tấn Khi áp dụng lên men liên tục máy với nhà máy 13 chè tươi/ngày giá trị gia tăng (sau trõ chi phÝ khÊu hao m¸y) năm là: 459 x 2.254.368 đ/tấn = 1.034.754.912 đ/năm Các chuyên gia chất lượng kinh tế Nga đà tính điểm cảm quan chè tăng lên 1,74 điểm giá tăng 0,174 USD tương đương 2.784 đồng/kg, tức 2.784.000 đồng/tấn Với nhà máy chè 13 chè tươi/ngày giá trị gia tăng (sau trừ chi phí khấu hao máy) năm là: 459 x 2.588.376 đ/tấn = 1.188.064.584 đ/năm Như vậy, hai cách tính cho kết tương đương 23 kết luận Hiện nhà máy sản xuất chè đen OTD thuộc tỉnh phía Bắc, chủ yếu dùng phương pháp lên men gián đoạn Do suất thấp, chất lượng không cao, khó khí hóa Kết nghiên cứu chứng minh áp dụng phương pháp lên men liên tục thay lên men gián đoạn chè đen OTD, nâng cao chất lượng, tăng suất lao động hiệu kinh tế Đà lựa chọn mô hình thiết kế kỹ thuật để chế tạo thành công máy lên men liên tục chè đen OTD, ký hiệu LMC-BK21 Máy có tốc độ (tương ứng thời gian lên men 60, 90, 120, 150 phút), suất máy đạt 600 kg chè búp tươi/ giờ, có mức tiêu thụ điện năng, nước, nhân công hợp lý Máy lên men liên tục LMC-BK21 hoàn toàn chế tạo nước Thông số công nghệ lên men liên tục chè đen OTD máy lên men LMC-BK21 tối ưu là: thời gian lên men 60 phút, lưu lượng không khí 8.000 m3/giờ, độ dày lớp chè băng tải 18cm,(độ ẩm không khí =95 - 98%, nhiệt độ không khí từ 250C đến 270C ) Kết nghiên cứu lên men máy 60 phút cho sản phẩm có điểm tổng hợp chất lượng cảm quan cực đại 16.25 điểm, hàm lượng chất tan 37,30%, hàm lượng tanin 17,00%, tỷ lệ TF/TR 1/20 màu nước đỏ nâu viền vàng rõ Khi lên men khay 120 phút sản phẩm có điểm tổng hợp chất lượng cảm quan cực đại 13.75 điểm, hàm lượng chất tan 33.60%, hàm lượng tanin 13,60%, tỷ lệ TF/TR tương ứng 1/36 cho màu nước đỏ nâu đậm Trong trình lên men, hàm lượng chất tan tanin (theo % chất khô) giảm dần, lên men khay giảm nhiều lên men máy 24 Khi ứng dụng sản xuất thực tế lên men liên tục máy LMC - BK21 chè sản phẩm có điểm tổng hợp chất lượng cảm quan cao so với lên men gián đoạn khay 1,74 điểm.(tính trung bình cộng điểm chất lượng mẫu) Như thực nghiệm áp dụng vào sản xuất thực tế cho thấy lên men liên tục chè đen OTD máy, chè sản phẩm có điểm chất lượng cao lên men gián đoạn khay Những vấn đề tồn cần tiếp tục nghiên cứu Để máy lên men hoàn thiện thấy cần phải tiếp tục vấn đề sau đây: - Khoảng thời gian để thay đổi chế độ lên men 30 phút (Theo thiết kế lµ 60 phót, 90 phót, 120 vµ 150 phót) khoảng thời gian lớn Điều thấy rõ kết nghiên cứu thời điểm 60 phút 90 phút chất lượng sản phẩm gần tương tù nh­ Nh­ vËy, thêi gian lªn men trªn máy biến thiên miền từ 60 phút đến 105 phút thích ứng cho chế độ lên men chè đen OTD máy lên men sÏ thiÕt kÕ tèc ®é gåm 60 phót, 75 phút, 90 phút 105 phút Do thay đổi nên suất máy lên men tăng lên đáng kể - Có thể sử dụng động vô cấp hệ thống điều khiển tự động để đặt trị số thời gian lên men phù hợp với yêu cầu kỹ thuật - Nghiên cứu sử dụng máy lên men để lên men cho phần chè non (phần lọt sàng) phần chè già (phần sàng) ... chứng minh chè đen OTD lên men liên tục điều kiện Việt Nam, loại hình công nghệ chè đen Việt Nam - Đà xác định thông số công nghệ tối ưu lên men liên tục chè đen OTD máy lên men liên tục LMC-BK21... nghiên cứu: - Công nghệ thiết bị sản xuất chè đen OTD CTC số nhà máy chè đen Việt Nam - Xác định thông số công nghệ lên men liên tục sản xuất chè đen OTD máy lên men LMC-BK21 - Nguyên liệu chè tươi... chè Cẩm Khê Phú Thọ Xuất phát từ thực trạng sản xuất chè đen OTD, đặc biệt công nghệ thiết bị lên men nước ta Vấn đề nghiên cứu lựa chọn mô hình xác định thông số công nghệ lên men liên tục sản