Do đó, mục đích của nghiên cứu này là tìm hiểu tác động của sấy tầng sôi và ủ hạt ở nhiệt cao đến tỉ lệ nứt hạt, lực phá vỡ, độ cứng, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên và độ trắng của một số gi[r]
(1)Phần Ảnh hưởng của chế độ sấy tầng sôi ủở nhiệt độ cao đến hiện tượng nứt gãy chất lượng gạo
Tóm tắt
Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chế độ sấy tầng sôi ủ nhiệt độ cao đến chất lượng thực hai giống gạo Việt Nam A10 (30-33% sở ướt) OM2717 (25-26% sở ướt) Lúa tươi sấy tầng sôi nhiệt độ 80 90 oC 2.5 3.0 phút, sau ủ 75 oC 86 oC khoảng tiếp tục sấy nhẹ 35 xuống ẩm độ 14% Tỉ lệ thu hồi gạo nguyên cải thiện đáng kể thời gian ủ kéo dài đến 40 phút Tỉ lệ thu hồi gạo nguyên tăng với tỉ lệ hạt nứt gãy giảm Độ cứng độ chặt hạt gạo nguyên (lần lượt 30-55N 162-168 N/mm) cao gạo sấy phương pháp truyền thống (sấy lớp mỏng 35oC) Độ trắng gạo sau xát bị ảnh hưởng nhẹ chế độ sấy nhiệt độ cao
GIỚI THIỆU
Ngành sản xuất lúa gạo Việt Nam quan tâm đến chất lượng lúa gạo, đặc biệt mùa mưa ẩm độ hạt sau gặt cao đến 35% sở ướt [1] Do đó, lúa cần sấy nhanh tốt để ngăn chặn hư hỏng bảo tồn chất lượng hạt Phương pháp sấy tĩnh tiêu tốn đến hay nhiều để hạ ẩm độ khối hạt đến độ ẩm an tồn cho cơng tác bảo quản (14% sở ướt) Là hệ thống sấy mẻ chậm, máy sấy tĩnh sấy khối lượng lớn lúa khoảng thời gian ngắn Sấy hạt nhiệt độ cao cho phép trình sấy diễn nhanh hơn, làm giảm thời gian sấy diện tích mặt Tuy nhiên, sấy nhiệt cao tạo gradient ẩm hạt làm cho hạt bị nứt vỡ ứng suất tác động, hạt cần ủ để cân ẩm [2, 3, 4] Máy sấy tầng sơi tích hợp với hệ thống ủ sử dụng máy sấy gọn Sấy tầng sôi nhiệt độ cao biện pháp hữu hiệu để làm giảm ẩm độ khối hạt cách nhanh chóng, vốn dễ hư hỏng điều kiện thời tiết ẩm ướt khí hậu nhiệt đới [5, 6, 7] Với kỹ thuật sấy tầng sôi, tác nhân sấy dịng khí nóng qua lớp hạt theo chiều từ lên làm hạt chuyển động mãnh liệt hỗn độn Nhờ đó, ẩm bề mặt hạt nhanh chóng thoát nhờ tiếp xúc bề mặt lớn hạt rời chuyển động hỗn độn dòng tác nhân sấy chảy rối Ẩm độ đầu hạt đồng Sấy tầng sôi nhiệt độ cao thường ứng dụng để sấy khối hạt giai đoạn đầu, cần hạ ẩm độ khối hạt xuống 18% sở ướt hay Sau tiếp tục sấy bảo quản hay sấy tĩnh khối hạt
(2)gradient ẩm chưa đủ lớn để gây nứt hạt [8] Hạt nên ủ khoảng thời gian 25-30 phút sử dụng nhiệt độ cao sấy tầng sôi [9, 10] theo đề nghị số nhà nghiên cứu Bên cạnh đó, độ trắng tỉ lệ thu hồi gạo nguyên cao hạt thổi khí sau giai đoạn ủ Thao tác cho hiệu suất sấy cao làm giảm lượng tiêu tốn [10]
Khả hiệu sấy hạt kỹ thuật sấy tầng sơi trình bày nhiều nghiên cứu, nhiên có thơng tin tác động sấy tầng sôi ủ nhiệt độ cao đến nứt hạt tính chất học hạt gạo Vì q trình ủ đóng vai trị quan trọng kỹ thuật sấy tầng sơi, cần tìm hiểu tác động kỹ thuật sấy tầng sơi có ủ nhiệt độ cao đến nứt gãy chất lượng xát gạo Do đó, mục đích nghiên cứu tìm hiểu tác động sấy tầng sôi ủ hạt nhiệt cao đến tỉ lệ nứt hạt, lực phá vỡ, độ cứng, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên độ trắng số giống gạo Việt Nam
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Máy sấy tầng sôi
Thí nghiệm sử dụng máy sấy tầng sơi dạng mẻ qui mơ phịng thí nghiệm (HPFD150) trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM thiết kế chế tạo Máy gồm có phần chính: (i) buồng sấy hình trụ cao 40 cm có đường kính 15 cm; (ii) phận cung cấp nhiệt có cơng suất 5kW; (iii) quạt ly tâm dẫn động động điện 0.75 kW Nhiệt độ đầu vào khoảng 20 – 100 oC được điều khiển điều nhiệt Hanyoung Electronics Inc., Model DX7, Seoul, Korea) Nhiệt độ đầu theo dõi dây cảm biến nhiệt Daewon
Chuẩn bị mẫu sấy
Hai giống lúa dài A10 OM2717 thu thập nông hộ tỉnh Tiền Giang TP.HCM năm 2007 Lúa tươi (25-33% sở ướt) chuyển phòng thí nghiệm bảo quản kho mát oC Trước sấy, giữ lúa nhiệt độ phòng để cân nhiệt
Qui trình sấy tầng sôi ủ lúa
Sấy tầng sôi khoảng 200 g lúa tươi (độ dày lớp hạt cm) nhiệt độ 80 90 oC 2.5 3.0 phút Mẫu sau sấy đổ vào lọ thủy tinh đậy kín ủ tủ ấm làm nóng đến 75 86 oC, nhiệt độ hạt sau sấy 80 90 oC Để ngăn ngừa thất thoát nhiệt, lọ thủy tinh chứa mẫu làm nóng đến nhiệt độ ủ tủ ấm chứa hộp xốp thao tác Thời gian ủ 0, 30, 40 60 phút
(3)Xác định ẩm độ
Độ ẩm mẫu trước sau ủ, độ ẩm mẫu sau sấy lớp mỏng cho nghiệm thức sấy xác định cách sấy khô (hai lần) 5-10 g lúa 130oC 24 [11] Độ ẩm thể theo sở ướt
Tỉ lệ hạt gãy nứt
Lựa chọn ngẫu nhiên 50 hạt lúa mẫu sấy, bóc vỏ trấu tay quan sát nứt hộp đèn Tỉ lệ hạt gãy nứt giá trị trung bình phần trăm số lượng hạt gãy nứt 50 hạt Mỗi nghiệm thức lặp lại hai lần
Phép đo uốn ba điểm
Phép đo uốn ba điểm (Three-point bending test) sử dụng để đo độ bền học (độ cứng độ chặt) hạt gạo lức nguyên vẹn Trong phép đo này, công cụ đo phát kiến trường Đại học Queensland (Úc) gồm có đĩa chứa mẫu với nhiều kích cỡ khác (Hình 1a) Mỗi khoang chứa mẫu sâu 2.0 mm dài 9.0 mm Chiều rộng khoang chứa mẫu 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 4.0 mm Đầu đo mảnh thép khơng rỉ có kích thước dày*rộng*dài 1*32*111 mm Điểm cuối đầu đo mài cùn để giảm hiệu ứng cắt vốn dẫn đến sai số đo Đầu đo gắn vào máy đo cấu trúc TA-XTplus (Micro Stable Systems Co., Anh quốc)
Phép đo thực chế độ nén Vận tốc trước đo, đo sau đo mm/s, mm/s, 10 mm/s Hình 1(b) minh họa đường cong biến dạng tiêu biểu trình đo hạt gạo nguyên vẹn Lực phá vỡ (N) lực tối đa để làm gãy hạt độ cứng (N/mm độ dốc đường cong lực-khoảng cách) 50 hạt gạo lức nguyên vẹn cho nghiệm thức Các giá trị truy xuất phần mềm Texture Exponent (Micro Stable Systems Co., Anh quốc)
(a) (b)
Load cell
Sample holder plate Rice
kernel
Blunt probe Texture
(4)α: hệ số góc đoạn thẳng tuyến tính đường cong đặc tính lực-biến dạng biểu thị độ chặt mẫu gạo
Tỉ lệ thu hồi gạo nguyên
Khoảng 100 g lúa chà xát hệ thống xay xát mẫu phịng thí nghiệm 60 giây Gạo nguyên phân riêng khỏi gạo để xác định tỉ lệ thu hồi gạo nguyên tỉ lệ khối lượng gạo nguyên vẹn khối lượng lúa chà xát Gạo nguyên gạo sau xát có chiều dài lớn 75% chiều dài ban đầu
Đo màu
Đổ gạo trắng nghiệm thức vào đĩa Petri đo máy đo màu Minolta Chroma Meter CR-200 (Minolta Co., Nhật Bản) không gian màu CIE 1976 L*, a*, b* Các thông số L*, +a*, -a*, +b*, -b* biểu thị cho độ sáng, màu đỏ, màu xanh lá, màu vàng màu xanh dương Trên sở số liệu màu có, tính tốn tổng khác biệt màu
∆E*
Xử lý số liệu
(5)KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Đồ thị giảm ẩm
Ẩm độ ban đầu gạo A10 32±1 % gạo OM2717 có ẩm độ ban đầu 24.5±0.5 % (cơ sở ướt) Hình minh họa thay đổi hàm ẩm q trình sấy tầng sơi ủ sau cho hai giống gạo Tỉ lệ ẩm bốc sau sấy ủ 7.7-12.0 % Tăng nhiệt độ sấy đến 90 oC làm lượng ẩm thoát nhiều
10 15 20 25 30 35
0 10 20 30 40 50 60 70
M
oi
st
ur
e co
nt
en
t, %w
b
Operation time,
A
10 O
M
27
17
Hình Đồ thị giảm ẩm hai giống A10 OM2717 trình sấy tầng sơi ủở nhiệt độ cao: (S) 80 oC, 2.5 phút; () 80 oC, 3.0 phút; (U) 90 oC, 2.5 phút; () 90 o C, 3.0 phút
Với thời gian sấy tầng sôi 2.5 phút, lượng ẩm giống A10 giảm 8.7-9.4 % 80 oC 11.0-12.0 % 90 oC, tỉ lệ giống OM 2717 7.7-8.6 % 80 oC 9.7-11.0 % 90 oC Kéo dài thời gian sấy 3.0 phút làm bốc thêm 1% lượng ẩm hai nhiệt độ sấy giống A10 Tuy nhiên, giống OM2717 lượng ẩm không đáng kể (giảm 0.1-0.3% ẩm) Vậy lượng ẩm q trình sấy tầng sơi phụ thuộc vào ẩm độ ban đầu hạt Khi kéo dài thời gian sấy 3.0 phút không làm giảm thêm ẩm trình khuếch tán ẩm hạt gạo phụ thuộc vào thời gian Nếu thời gian sấy dài hơn, ẩm tiếp tục thoát từ bề mặt hạt tạo ứng suất vật lý khác biệt ẩm độ lớp lớp hạt gạo tăng Do đó, hạt cần ủ khoảng thời gian định để tạo điều kiện cho ẩm khuếch tán từ lớp lớp trước sấy tiếp tục Tỉ lệ nứt gãy, độ bền học, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên màu sắc gạo sau xát
Bảng liệt kê kết tỉ lệ nứt gãy, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên biến màu gạo sau xát biểu qua thông số tổng khác biệt màu (∆E*) độ vàng (b*) hai giống lúa A10 OM2717 Bảng Hình trình bày độ bền học (độ cứng độ chặt) hai giống A10 OM2717 Nhiệt độ sấy, thời gian sấy thời gian ủ có ảnh hưởng đến thông số
(6)Bảng Ảnh hưởng chếđộ sấy tầng sôi ủở nhiệt độ cao đến vài thông số chất lượng gạo A10 δ τ T Tỉ lệ gãy nứt Tỉ lệ thu hồi
gạo nguyên
Màu sắc
oC phút phút % % ∆E* b*
80 2.5 0 21.7±1.5c 52.8±3.7b 37.45±1.26bc 10.43±0.20ab
30 4.0±1.7a 63.9±1.2cd 37.60±0.93bc 10.59±0.16ab
40 2.3±2.1a 65.4±1.4cd 37.93±0.91bc 10.60±0.04ab
60 2.3±0.6a 63.5±0.9cd 38.30±0.63bc 10.58±0.10ab
3.0 0 26.3±0.6c 51.7±1.0ab 37.30±1.80bc 10.23±0.85a
30 5.3±1.5a 64.3±0.3cd 37.88±0.85bc 10.79±0.34ab
40 3.3±1.2a 66.4±0.6d 38.82±0.97c 10.78±0.42ab
60 2.0±0.0a 65.1±1.1cd 39.24±0.58c 10.79±0.27ab
90 2.5 0 23.0±3.5c 51.8±2.8ab 37.29±0.19bc 10.89±0.41ab
30 6.7±1.2a 64.2±1.2cd 37.73±0.51bc 10.97±0.04ab
40 5.7±1.5a 64.6±0.9cd 38.75±0.44bc 11.03±0.42b
60 4.7±0.6a 64.1±0.7cd 38.10±1.10bc 11.21±0.11b
3.0 0 41.7±2.1d 49.3±3.0a 36.58±1.09b 11.16±0.32b
30 12.0±4.0b 61.6±0.8c 37.01±1.04bc 11.19±0.24b
40 7.3±2.1a 62.2±1.7c 37.71±1.00bc 11.28±0.18b
60 6.7±3.5a 63.0±0.7cd 37.16±0.97bc 11.19±0.03b
Mẫu đối chứng 3.0±0.0a 54.7±0.4b 32.77±1.49a 10.99±0.04ab
δ: nhiệt độ sấy; τ: thời gian sấy; T: thời gian ủ; ∆E*: tổng khác biệt màu; b*: độ vàng Tất giá trị trung bình ba lần đo±độ lệch chuẩn Các chữ giống cột biểu thị giá trị khác biệt khơng có ý nghĩa mặt thống kê (P>0.05)
Bảng Ảnh hưởng chếđộ sấy tầng sôi ủở nhiệt độ cao đến vài thông số chất lượng gạo OM2717
δ τ T Tỉ lệ gãy nứt Tỉ lệ thu hồi gạo nguyên Màu sắc
oC min % % ∆
E* b*
80 2.5 0 78.7±3.8c 37.9±5.7c 30.10±0.30ab 9.60±1.01b
30 17.0±4.0ab 42.6±1.7c 31.22±0.23bc 9.96±0.24bc
40 19.0±3.5ab 40.4±1.8c 32.25±0.28bc 10.17±0.34bc
60 7.7±2.1ab 43.5±1.9c 33.28±0.42c 10.75±0.43c
3.0 0 83.7±4.6c 31.3±4.1b 30.98±0.14bc 10.95±0.04cd
30 30.0±9.6b 38.1±3.4c 31.62±0.45bc 11.35±0.45cd
40 19.3±8.5ab 38.3±2.1c 31.72±0.36bc 11.07±0.24cd
60 14.7±8.5ab 40.7±2.8c 32.18±0.47bc 11.50±0.06cd
90 2.5 0 77.3±12.0c 20.0±4.5a 30.59±0.88b 11.26±0.15cd
30 35.0±9.6bc 38.4±3.3bc 31.72±0.17bc 11.07±0.01cd
40 28.0±9.6b 39.4±1.8c 32.24±1.00bc 11.13±0.02cd
60 15.3±3.2ab 38.8±2.5c 32.61±0.57c 12.02±0.10d
3.0 0 82.3±5.0c 14.9±1.9a 31.6±0.03bc 11.69±0.02d
30 52.0±17.5bc 34.0±0.3bc 32.38±0.94bc 12.03±0.04d
40 48.3±16.7bc 36.2±2.1bc 32.45±0.76c 12.39±0.63d
60 32.0±10.6b 36.1±1.7bc 33.41±1.50c 11.94±0.21d
(7)Tỉ lệ nứt gãy
Kết (Bảng 2) cho thấy thời gian sấy dài, tỉ lệ hạt gãy nứt tăng Các thí nghiệm sơ cho thấy thời gian sấy dài 3.0 phút làm giảm ẩm độ hạt xuống 17.5% sở ướt dẫn đến tỉ lệ nứt gãy cao (kết khơng trình bày đây) Vì gradient ẩm xuất nên sấy hạt nhiệt độ cao lâu gây ứng lực hạt trình bốc ẩm nhanh bề mặt lớp hạt trình khuếch tán ẩm từ lớp lớp chậm Sự khác biệt ẩm độ lớn gây tỉ lệ hạt gãy nứt cao Dựa vào kết này, thời gian sấy hạt hai nhiệt độ khảo sát không nên 2.5 phút giả sử lượng ẩm thoát khơng đủ thời gian sấy (Hình 2)
Tỉ lệ gạo gãy nứt bước ủ 22-42 % giống A10 nhiều giống OM2717 với khoảng 77-84 % gạo sau xát hoàn toàn bị gãy vỡ Quá trình ủ làm giảm đáng kể tỉ lệ gạo nứt gãy Điều chứng minh ích lợi bước ủ thời gian tối ưu sử dụng nhiệt độ sấy cao Tỉ lệ gạo nứt gãy giảm thời gian ủ tăng, đặc biệt giống OM2717 Đối với giống A10, thời gian ủ cần thiết 30 đến 40 phút để có tỉ lệ hạt gãy nứt thấp
Độ bền học
Độ cứng độ chặt hai thông số học đo đạc nghiên cứu Nhìn chung, độ cứng độ chặt giống OM2717 tăng với thời gian ủ dài (Hình 3), đặc biệt nhiệt độ sấy 90 oC Tuy nhiên độ chặt giống A10 có xu hướng trở giá trị gốc sau ủ 60 phút Độ bền học (độ cứng độ chặt) gạo qua sấy tầng sôi ủ cao mẫu gạo sấy lớp mỏng 35 oC (Bảng 3) Độ cứng độ chặt hạt gạo nguyên vẹn sấy 90 oC cao sấy 80oC hai giống gạo Hạt gạo bền chặt hồ hóa riêng phần tinh bột xảy bề mặt hạt Sự hồ hóa tinh bột làm cho bề mặt đặc lại, vết nứt tế vi bị keo chảy biến
Độ bền học hai giống gạo không khác biệt nhiều Như trình bày Bảng 3, độ cứng trung bình hai giống gạo khoảng 33 đến 53 N, độ chặt biểu kiến khoảng 162-186 N/mm Có thể khoảng giá trị bền cần thiết đủ cho hạt kháng lại trình phá vỡ xay xát Tuy nhiên, cần lưu ý thí nghiệm thực hạt gạo nguyên vẹn không nứt vỡ không bị bạc bụng Do đó, kết khơng phản ánh hồn toàn tỉ lệ thu hồi gạo nguyên hay tỉ lệ hạt nứt gãy Sự xuất vết nứt nguyên nhân dẫn đến gãy nứt hạt gạo
Bảng Đặc tính học hạt gạo sấy nhiệt độ thấp (35oC) nhiệt độ cao (80 90oC) Giá trịđo trung bình tất nghiệm thức ủ
Giá trị trung bình tính chất học hạt gạo
80oC 90oC
Giống gạo/tính
chất Mẫu đối chứng(35oC)
2.5 phút 3 phút 2.5 phút 3 phút Độ cứng (N)
A10 41.2a 42.1a 41.5a 44.5ab 49.3b
OM2717 39.7b 33.7a 35.9a 47.2c 52.6c
Độ chặt (N/mm)
A10 165.2a 169.8ab 168.9ab 166.9a 173.3b