b. Các biến đổi của nguyên liệu:
2.2.3. Ép đùn: a Mục đích cơng nghệ:
a. Mục đích cơng nghệ:
- Chế biến: nhiệt độ và áp suất cao trong quá trình ép đùn cĩ tác dụng làm chín và tạo hình cho sản phẩm.
- Bảo quản: quá trình ép đùn xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cao nên cĩ tác dụng ức chế và tiêu diệt vi sinh vật. Sản phẩm sau quá trình ép đùn cĩ độ ẩm thấp nên hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.
b. Các biến đổi của nguyên liệu:
Khi nguyên liệu được nhập vào thiết bị, dọc theo chiều dài máy trải qua năm giai đoạn: Giaiđoan phốitrơn:
Nguyên liệu được nhập liệu vào thiết bị ở độ ẩm từ 18 - 21%. Vùng này cĩ khoảng khơng gian chứa nguyên liệu nhiều (do đường kính trục vis nhỏ và bước vis thưa), nên áp lực và
nhiệt độ vùng này khơng cao, nguyên liệu hàu như chỉ đảo trộn và khơng cĩ biến đổi nào đáng kể.
Giaiđoarmhàotrơn:
Trong giai đoạn này, nhiệt độ và áp suất của buồng ép tăng dàn dẫn đến một số biến đổi trong nguyên liệu:
• Biếnđổivâtlí:
v' Nhiệt độ buồng ép tăng kéo theo sự tăng nhiệt độ trong nguyên liệu.
v' Sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất dẫn tới sự thay đổi cấu trúc và hình dạng nguyên liệu: các hạt vật liệu rời (nguyên liệu) ban đàu trương nở lên, hình thành khối bột nhào.
• Biếnđồihỏahoc:
Bắt đàu cĩ sự hình thành các liên kết hydro giữa nước và các phân tử cĩ chứa nhĩm háo nước như tinh bột, protein,... cĩ trong nguyên liệu.
• Biếnđổihỏalí:
Trong giai đoạn này cĩ sự khuếch tán của nước vào bên trong nguyên liệu hình thành nên các liên kết hydro, đồng thời, các phàn tử dễ tan trong nguyên liệu (vitamin, khống ...) khuếch tán ra ngồi mơi trường lỏng.
• Biếnđồihĩasinhvảsinhhoc:
Nhiệt độ và áp suất trong buồng ép ở giai đoạn này bắt đầu cĩ tác dụng ức chế vi sinh vật và các enzyme cĩ trong nguyên liệu. Các hoạt động sống trong nguyên liệu bắt đàu bị đình chỉ.
Giaiđoannấu:
Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao tạo nên những biến đổi sâu sắc trong nguyên liệu:
ẻ Biếnđổivâtlí:
Do cấu tạo của thiết bị: đường kính trục vis lớn, bước vis nhỏ mà vùng khơng gian dành cho nguyên liệu ở giai đoạn này rất ít dẫn tới các tác động nén ép nguyên liệu giữa trục vis và buồng ép, đồng thời sự điều chỉnh áp lực hơi vào buồng ép làm nhiệt độ và áp suất tác động lên nguyên liệu tăng nhanh.
Dưới áp lực cao, các lực cơ học bao gồm lực ma sát giữa thành buồng ép - nguyên liệu - trục vis và nguyên liệu - nguyên liệu tác dụng lên nguyên liệu theo hai hướng ngược nhau cĩ tác dụng phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột.
• Biếnđồihỏahoc:
Tinh bột: nhiệt độ nhiệt cao làm tăng chuyển động nhiệt của các phân tử tinh bột. Khi cĩ sự cĩ mặt của nước, chuyển động nhiệt nĩi trên cĩ tác dụng tách rới các phân tử tinh bột và chuyển chứng thành dạng “dung dịch”, thực hiện quá trình hồ hĩa tinh bột.
Protein: tác động cơ học làm xé rách các bĩ sợi protein, phá vỡ cấu trúc bậc ba và làm biến tính các phân tử protein
Các chất khác: các chất xơ hịa tan như hemicellulose, pectin,... cĩ thể bị cắt mạch, giảm chiều dài phân tử và tham gia tạo liên kết Hydro với các phân tử tinh bột.
• Biếnđổihỏalí:
Các tác động của nhiệt độ và áp suất làm khối nguyên liệu từ khối bột nhào trong giai đoạn trước trở thành trạng thái chảy dẻo.
ẻ Biếnđổisinhhocvảhĩasinh:
Tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao làm ức chế và tiêu diệt hồn tồn hệ vi sinh vật và enzyme cĩ ữong nguyên liệu. Mọi hoạt động sống của nguyên liệu bị đình chỉ.
Ket thúc giai đoạn nấu, nguyên liệu cĩ dạng khối bán dẻo và chịu áp lực rất cao.
Giaiđoanbayhơì:
• Biếnđổivâtlí: hơi trong buồng ép thốt ra ngồi qua cửa thốt hơi làm giảm nhiệt độ của sản phẩm.
• Biếnđồihỏahoc:
Độ ẩm: lượng ẩm dư thừa được tách ra khỏi sản phẩm để chuẩn bị cho giai đoạn đùn sản phẩm ra khỏi lỗ khuơn.
Sự tổn thất các cấu tử hương, các hợp chất mùi do bị lơi cuốn theo hơi nước. • Biếnđồihỏalí: cĩ sự bay hơi nước trong sản phẩm ra ngồi.
khơng đáng kể.
Giaiđoanđùnépnguvênỉiêurakhỏiỉơkhuơn: • Biếnđổivâtlí:
Khi ra khỏi lỗ khuơn, áp lực tác dụng lên sản phẩm giảm đột ngột về giá trị áp suất khí quyển làm các phân tử cĩ kích thước nhỏ (nước, khí, các hợp chất mùi,...) và cĩ năng lượng cao sẽ được giải thốt ra ngồi tạo cho sản phẩm cĩ cấu trúc khơ, phồng, xốp.
• Biếnđồihỏahoc: Độ ẩm sản phẩm giảm.
Sự tổn thất các cấu tử hương, các chất mùi. • Biếnđổihỏalí:
Sự thốt ẩm và bay hơi của các chất mùi trong sản phẩm
• Biếnđổisinhhocvàhỏasinh: các biến đổi sinh học và hĩa sinh trong giai đoạn này là khơng đáng kể.
Khi chúng đi qua lỗ khuơn dạng khe hẹp, áp lực giảm đột ngột, các phân tử cĩ kích thước nhỏ như nước, khí, các chất mùi, ... cĩ năng lượng cao sẽ được giải phĩng ra ngồi và phá vỡ cấu trúc của khối nguyên liệu, tạo ra sản phẩm dạng bột, miếng mỏng, cĩ tính chất khơ, giịn cao.
C' Các yếu tố ảnh hưởng:
Nhiệt độ và áp suất: nhiệt độ và áp suất trong buồng ép càn phải đủ lớn để cĩ thể làm hồ hĩa và phá vỡ cấu trúc của nguyên liệu, đồng thời tạo ra chênh lệch áp lực, nhiệt độ để nước trong nguyên liệu cĩ thể thốt nhanh khi ra ngồi thiết bị tạo ra những biến đổi về cấu trúc và tính chất cảm quan như mong muốn. Tuy nhiên cả 2
thơng số này đều phụ thuộc vào cấu tạo của máy, vận tốc quay của trục vis, lưu lượng nhập liệu, thời gian lưu của nguyên liệu và cả tính chất của nguyên liệu
Cấu hình thiết bị: đường kính trục vis càng lớn, bước vis càng ngắn thì khơng gian dành cho nguyên liệu càng nhỏ, áp lực đối với nguyên liệu càng lớn. Bên cạnh đĩ, số lượng lỗ khuơn càng nhiều, đường kính lỗ khuơn càng lớn, chiều dài phần làm việc của máy càng nhỏ, hay bề mặt bên trong thiết bị khơng đủ nhám sẽ khơng tạo áp lực và nhiệt độ đủ lớn để làm
thay đổi cấu trúc và tính chất của nguyên liệu
Ngồi ra, tốc độ quay của trục vis, cũng như lưu lượng nhập liệu cũng ảnh hưởng lớn đến thời gian lưu của gạo. Đồng thời tính chất của gạo cũng ảnh hưởng đến độ ma sát giữa các phàn tử nguyên liệu với nhau và với thiết bị.
d. Thiết bị và thơng số cơng nghệ:
1
Máy tạo áp sUal L Bơm L'h án khttníi
• Thiếtbi
—
■ - ■ 13
c 0
Hình 4: Thiết bị ép đùn frục đơi hoạt động liên tục
■ Vùng nhập liệu A:
Nguyên liệu được nạp vào thiết bị qua phễu nhập liệu 12. Nguyên liệu chính cĩ thế trộn đều với nguyên liệu phụ và nước trước hoặc sau khi cho vào phễu nhập liệu. Bộ phận làm việc chính là cặp vis tải 14 và 16. Dịng nhập liệu được dẫn vào giữa cặp vis tải được điều khiển bởi núm vặn số 13. Mỗi vis tải cĩ nhiều cánh vịng xoắn theo hình trơn ốc. Prơphin ren vis và khoảng cách trục được tính sao cho các vịng xoắn của vis này vào rãnh của vis kia với
khe hỡ rất nhỏ. Khi yêu càu trên đạt được, sự chà xát và trộn lẫn giữa các phàn tử sẽ tăng, bảo đảm tự làm sạch vis tải. Hai vis tải cĩ đường kính bằng nhau và quay cùng chiều. Bộ hộp số 23, 24 gắn với trục vis để điều khiển vis tải hoạt động bằng động cơ điện 28.
■ Vùng chuyển tiếp B:
Nguyên liệu vẫn tiếp tục được khuấy trộn khi chuyển vào vùng B. Ở vùng này, đường kính trục vis tăng dàn làm tăng áp suất tác dụng lên nguyên liệu do khoảng cách giữa các vịng xoắn bị thu hẹp, nguyên liệu bị dồn vào khoảng khơng nhỏ. Vùng chuyển tiếp này cĩ chiều dài hợp lý để đảm bảo áp suất nén lên nguyên liệu tăng dần dàn và đồng nhất.
■ Vùng nấu C:
Đường kính trục vis tiếp tục tăng để giảm khoảng cách giữa các vịng xoắn cũng như khoảng cách giữa hai trục nhằm tạo ra áp suất lớn nhất tác dụng lên nguyên liệu. Lực nén và cắt nguyên liệu làm tăng nhiệt độ lên đến nhiệt độ nấu thích hợp. Ngồi ra, nhiệt độ tăng lên cịn do sự cọ xát giữa vis tải và nguyên liệu cũng như giữa nguyên liệu với nguyên liệu. Áp suất cung cấp lớn hơn 70 atm, đơi lúc cĩ thể lên đến hàng trăm atm. Nhiệt lượng cung cấp cho vùng c chỉ vừa đủ để bảo đảm nguyên liệu được nâng lên đến nhiệt độ nấu thích hợp. Trong khi đĩ, các cánh xoắn vẫn quay đều ngồi nhiệm vụ trộn đều nguyên liệu cịn đảm bảo cho nhiệt độ đồng đều khắp vùng nấu.
■ Vùng bay hơi D:
Trong vùng này, đường kính trục vis giảm nhiều so với các vùng trước nhưng đường kính cánh xoắn vẫn khơng thay đổi. Vì thế, khoảng cách giữa hai trục vis rất lớn làm giảm áp suất nén lên nguyên liệu. Vùng này gắn với cửa thốt hơi mở ra khơng khí hoặc một bơm chân khơng 47 hay máy tạo áp suất 50. Điều chỉnh đến áp suất thích hợp bằng van 55. Cửa thốt hơi cĩ hai cơng dụng chính là thốt hơi nước làm nguội sản phẩm và làm độ ẩm bên ngồi sản phẩm. Vì thế vùng bay hơi của thiết bị nhằm làm giảm nhiệt độ để sản phẩm khơng bị phồng nở trước khi ép đùn, tách lượng ẩm dư thừa ra khỏi sản phẩm để đạt được độ ẩm thích hợp cho quá trình ép đùn.
■ Vùng chuyển tiếp E:
cịn vis tải 16, vis tải 14 kết thúc ở vùng bay hơi D. Đường kính của trục vis trong vùng này tăng lên so với trong vùng D, đẩy nguyên liệu vào vùng F trước khi qua khuơn ép đùn. ■ Vùng nhập liệu cho khuơn ép đùn F:
Áp suất được cung cấp để đẩy nguyên liệu ra khỏi khe hở 53 trong khuơn ép đùn 54. Sản phẩm sau khi ra khỏi khuơn cĩ thể ở dạng phồng nở hay khơng phụ thuộc nhiệt độ làm nguội ở vùng D. Nếu nhiệt độ của sản phẩm trong vùng D nhỏ hơn 100°c thì sản phẩm khơng bị phồng, nhưng nhiệt độ khơng được xuống dưới quá 49°c.
Đe sản phẩm tạo ra cĩ giá trị dinh dưỡng và cảm quan tốt, mùi vị thơm ngon, hấp dẫn cần phải điều chỉnh nhiệt độ thích hợp đối với từng vùng. Người ta thường dùng lớp vỏ áo 58, 59, 61, 62 bao ngồi những vùng càn nhiệt độ khác nhau và sử dụng nước lạnh, nước nĩng hay hơi nước tùy theo yêu càu của từng vùng.
• Thơngsốcơngnghê:
■ Độ ẩm nguyên liệu trước khi vào thiết bị: 18 - 21% ■ Độ ẩm của sản phẩm: 5 - 7%
■ Tốc độ của trục vis: >300 rpm
■ Chiều dài buồng ép : Đường kính (L/D): 1 0 : 1
■ Nhiệt độ buồng ép đạt được trong quá trình nấu : 160 - 180°c ■ Áp lực buồng ép: 30-50 Kg/cm2.