Sản phẩm sữa bột đậu nành được tạo ra trong quá trình nghiên cứu khi hịa tan với nước, tơi quan sát thấy rằng khả năng ổn định của dịch sau hịa tan là kém do bản thân các hạt bột sau một thời gian nhất định sẽ lắng xuống, làm giảm giá trị của sản phẩm về mặt cảm quan, để cải thiện vấn đề này tơi sử
dụng maltodextrin làm chất ổn định nhũ tương của dịch bột đậu nành sau khi hịa tan với nước. Theo “Quy định danh mục phụ gia được phép sử dụng trong thực phẩm” (Ban hành kèm theo quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT ngày 31 tháng 8 năm 2001 của Bộ Y tế) về sử dụng chất phụ gia thực phẩm maltodextrin, hàm lượng bổ sung đối với thực phẩm là chưa xác định (ADI: chưa xác định), với quy định như trên tơi sẽ bổ sung với hàm lượng 5%, 10%, 15%, sau đĩ quan sát khả năng ổn định của dịch theo thời gian.
Phương pháp tiến hành như sau: Lấy 4 mẫu sữa bột đậu nành, mỗi mẫu cĩ khối lượng 10g hịa tan với 100 ml nước thường vào cốc cĩ dung tích 250ml, khuấy đều cho tan hết, mẫu đầu tiên khơng bổ sung maltodextrin, các mẫu cịn lại lần lượt bổ sung maltodextrin với tỉ lệ là 5%, 10%, 15% so với tổng khối lượng, khuấy đều dịch, các mẫu này được đem khảo sát tính chất cảm quan và cĩ kết quả như sau:
Các mẫu dịch sau một thời gian để yên đều cĩ sự phân lớp, nhưng cĩ sự
khác nhau ở sự phân lớp đĩ là chiều cao của phần hạt bột lắng và chiều cao của phần dịch trong bảng 3.8
Bảng 4.1 Chiều cao của mức dịch trong với thời gian khác nhau
Chiều cao mức dịch trong, mm Tỉ lệ bổ sung maltodextrin%
Sau 5 phút Sau 10 phút Sau 15 phút
0 22 23 25
5 20 22 23
10 13 16 18
15 11 14 16
Qua bảng 3.8 ta thấy rằng việc bổ sung maltodextrin làm ổn định một phần trạng thái của dịch hịa tan (tăng thời gian phân tán hạt bột của dịch).
Khả năng ổn định này phụ thuộc vào tỉ lệ bổ sung maltodextrin, tỉ lệ
càng cao thì sự ổn định này càng kéo dài. Khi bổ sung 5% maltodextrin thì chưa cải thiện được tính ổn định của dịch, khả năng phân lớp cao gần như khi chưa bổ sung phụ gia.
Khi bổ sung 10% thì dịch khác so với mẫu bổ sung 5% tương đối nhiều, khi bổ sung 15% thì dịch so với mẫu 10% khơng thay đổi đáng kể.
Vì vậy tỉ lệ được chọn để bổ sung maltodextrin là 10%.
4.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình trộn đường kính trắng
Phương pháp tiến hành như sau: đường kính trắng mua về được sấy khơ, nghiền nhỏ. Lấy 4 mẫu sữa bột đậu nành, mỗi mẫu cĩ khối lượng 10g hồ với 100 ml nước thường vào cốc cĩ dung tích 250 ml, khuấy đều, mẫu đầu tiên khơng bổ sung đường, các mẫu cịn lại lần lượt bổ sung đường kính trắng với tỉ lệ là 30%, 40% và 50% so với tổng khối lượng mẫu bột, khuấy đều để đường tan hết. Các mẫu này được nghiên cứu tính chất cảm quan về mùi vị được thể hiện ở bảng 3.9
Bảng 4.2 Tính chất cảm quan về mùi, vị của dịch sữa đậu nành
Tỉ lệ bổ sung đường kính trắng, % Mùi vị của dịch sữa bột đậu nành 0 Nhạt, mùi thơm
30 Hơi ngọt , mùi thơm 40 Ngọt, mùi thơm 50 Ngọt đậm, mùi thơm
Qua bảng 3.9 ta nhận thấy khi chưa bổ sung đường thì vị của sữa bột đậu nành rất nhạt, chỉ cĩ mùi thơm đặc trưng của đậu nành, khi mẫu bột được bổ
sung 30% đường thì dịch hồ tan đã bắt đầu cĩ vị ngọt nhưng vẫn cịn nhạt, khi tăng lượng bổ sung lên 40% đường mẫu dịch cĩ vị ngọt vừa phải, nhưng nếu thêm 10% nữa thì dịch trở nên ngọt đậm, do vậy mẫu bột được chọn bổ
sung đường kính trắng là 40%.
4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình trộn bột cacao
Lấy 4 mẫu sữa bột đậu nành, mỗi mẫu cĩ khối lượng 10g hồ tan với 100 ml nước thường, khuấy đều, mẫu đầu khơng bổ sung, sau đĩ lần lượt bổ
sung cacao với tỉ lệ là 5%, 10%, 15% so với tổng khối lượng, khuấy đều để
bột cacao được hồ hết. Các mẫu này được đem nghiên cứu tính chất cảm quan kết quả ta thu được bảng 3.10 sau đây.
Bảng 4.3 Tính chất cảm quan của sản phẩm khi trộn cacao
Tính chất cảm quan
Tỉ lệ bổ sung
bột cacao, % Mầu sắc Mùi vị Trạng thái
0 Mầu vàng nhạt Mùi thơm đặc trưng của đậu nành Đồng nhất, khơng vĩn cục 5 Mầu nâu nhạt Mùi thơm của đậu nành, mùi cacao nhẹ, vịđắng rất ít Đồng nhất, khơng vĩn cục 10 Mầu nâu Mùi thơm của đậu nành, mùi cacao đặc trưng, vịđắng nhẹ Đồng nhất, khơng vĩn cục 15 Mầu nâu đậm Mùi thơm của cacao, mùi đậu nành rất ít, vị đắng vừa phải Đồng nhất, khơng vĩn cục Qua bảng 3.10 ta nhận thấy tính chất cảm quan của bột đậu nành phụ
thuộc rất lớn vào tỉ lệ bổ sung cacao, khi tỉ lệ bổ sung càng lớn thì tính chất ban đầu của đậu nành càng biến đổi lớn, nĩ sẽ lấn át mùi, vị của đậu nành. Ở
mức bổ sung 15% đã lấn át gần như hồn tồn mùi đậu nành ban đầu, với tỉ lệ
bổ sung 5% thì sản phẩm cho lại khơng cĩ hương vị của cacao. Về màu sắc dịch hồ cũng cĩ sự biến đổi, ban đầu khi chỉ cĩ 5% cacao thì màu sắc biến
đổi là màu nâu nhạt, khi thêm 5% nữa thì màu sắc đậm hơn, đến khi bổ sung 15% thì màu biến đổi là màu nâu đậm, về trạng thái dịch khơng cĩ sự thay
bổ sung cacao là 10% sản phẩm vẫn giữ được hương vị của đậu nành đồng thời vẫn cho hương vị của cacao tương đối rõ.
4.1.4 Xác định thời gian trộn đậu nành và chất phụ gia
Máy nghiền trong quy trình sản xuất ở nhà máy sữa Trường Xuân cĩ năng suất đạt 500kg/h và làm việc liên tục. Để máy nghiền làm việc liên tục thì trước khi nghiền đậu nành nghiền sơ bộ, trộn với chất phụ gia là maltodextrin và đường kính trắng, ở giai đoạn trộn cần cĩ hai thiết bị trộn vít xoắn làm việc theo mẻ và luân phiên, mỗi mẻ đạt năng suất 350 kg, thiết bị
này trộn xong thì thiết bị kia bắt đầu làm việc.
Để xác định thời gian trộn đậu nành với chất phụ gia ta chọn mẫu sữa với thành phần đã nghiên cứu ở trên. Một mẫu sữa bột cĩ đường và maltodextrin với thành phần 50% bột đậu nành, 10% maltodextrin và 40% là
đường kính trắng, một mẫu sữa cĩ hương vị cacao với thành phần 40% sữa bột, 10% maltodextrin, 10% cacao và 40% là đường kính trắng với một mẻ là 350 kg.
Xác định mẫu sữa bột chỉ cĩ đường và maltodextrin, sử dụng đường kế để xác định mẫu sữa đã trộn sau thời gian 5 phút, 10 phút,15 phút và 20 phút ta cĩ bảng 3.11 dưới đây
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của thời gian trộn đến độ đồng đều sữa bột đậu nành cĩ đường Thời gian trộn (phút) Độđồng đều (%) 5 90 10 95 15 98 20 95
Quan sát kết quả trong bảng ta thấy sau một thời gian độ đồng đều đạt tương đối cao nếu tiếp tục trộn tiếp thì độ đồng đều sẽ bị giảm. Vì vậy ở đây ta chọn thời gian trộn là 15 phút một mẻ.
Với mẫu sữa cĩ hương vị cacao với thành phần là 40% bột, 10% maltodextrin, 10% cacao và 40% là đường kính trắng ta cũng tiến hành các thời gian trộn là 5 phút, 10 phút,15 phút và 20 phút ta được kết quả bảng 4.5
Bảng 4.5 Ảnh hưởng của thơi gian trộn đến độ đồng đều của sữa bột đậu nành hương vị cacao Thời gian trộn (phút) Độđồng đều (%) 5 88 10 94 15 97 20 95 Từ kết quả của bảng trên ta nhận thấy với thời gian trộn là 15 phút thì độ
đồng đều vẫn là cao nhât, vậy thời gian trộn cho một mẻ được chọn là 15 phút.
4.2 Nghiên cứu quá trình nghiền
Với quá trình nghiền ta chọn mẫu sữa bột đậu nành gồm các thành phần
đậu nành 50%, maltodextrin 10% và đường kính trắng 40% để làm mẫu cho các phân tích và nghiên cứu dưới đây.
4.2.1 Phân tích các yếu tốảnh hưởng đến quá trình nghiền
Các hạt đậu nành sau khi tách vỏ, ngâm, chần, sấy, trộn đường rồi được tiến hành nghiền mịn. Quá trình nghiền mịn cĩ thể được thực hiện các máy nghiền đơi trục, nghiền búa, nghiền răng… Nhưng chúng ta đã biết hạt đậu nành sau khi sấy khơ đến độ ẩm 8% vẫn cịn chứa 18 ÷ 20 % dầu béo ở dạng
lỏng, cho nên với các phương pháp nghiền đơi trục, nghiền đĩa, nghiền răng sẽ xảy ra hiện tượng bết dính và quá trình chà xát nhiều như nghiền đĩa, nghiền đĩa răng sẽ phát sinh nhiệt thúc đẩy quá trình oxy hố dầu làm cho sản phẩm cĩ mùi hơi dầu.
Như vậy để nghiền mịn đậu nành tốt nhất là máy nghiền búa. Chất lượng bột đậu nành là độ mịn (kích thước tập hợp hạt) và sự đánh giá cảm quan (mùi, vị…).
Độ mịn bột đậu nành được đo bằng máy quang phổ laser LA – 950 hãng HORIBA và được xác định bởi kích thước cĩ nghĩa, đường phân bố tập hợp hạt, kích thước hạt tối đa cĩ 90% tổng khối lượng tập hợp hạt.
Độ mịn của bột đậu nành phụ thuộc rất lớn vào kích thước lỗ sàng, lỗ
sàng càng nhỏ thì kích thước hạt bột đậu càng nhỏ.
Trong máy nghiền búa, lưới sàng đĩng vai trị là bộ phận phân loại, xong nĩ cũng là bộ phận cĩ vai trị cắt gọt, chà xát làm cho mảnh đậu bị chà xé nhỏ, nên lưới sàng cịn phải đảm bảo độ bền.
Hiện nay cơng nghệ chế tạo lưới sàng nghiền của chúng ta đã được cơng
nghệ lazer hỗ trợ, cĩ thể chế tạo lưới sàng nghiền cĩ lỗ nhỏ. Một số lưới sàng
dạng sợi kim loại dệt cĩ thể cĩ kích thước lỗ sàng bé hơn, nhưng khơng thể
làm sàng nghiền được, vì khơng đảm bảo độ bền, nĩ chỉ cĩ tác dụng để làm sàng hoặc rây phân loại bột.
Bột đậu nành chứa hàm lượng dầu lớn 18 ÷ 20%, cho nên nĩ bết dính và khơng thể thực hiện quá trình phân loại kích thước bằng rây sàng.
Trong quá trình nghiền, hiện tượng bết sàng cũng là một hiện tượng hạn chế quá trình, chính vì vậy mà chúng ta cần nghiên cứu các giải pháp chống tắc bết sàng nghiền.
4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lỗ sàng đến quá trình nghiền
Hạt đậu mảnh được ngâm, chần và sấy khơ đến độ ẩm 6%. Được tiến hành nghiền mịn bằng máy nghiền búa với vận tốc dài búa là 100 m/s và với ba loại kích thước lỗ sàng là φ 0,1 mm, φ 0,2 mm và φ 0,3 mm. Kết quả quá trình nghiền được thể hiện trên (bảng 4.1).
Bảng 4.6 Ảnh hưởng kích thước lỗ sàng đến quá trình nghiền đậu mảnh
Lỗ sàng (mm)
φ 0,1 φ 0,2 φ 0,3 Thời gian nghiền đến tắc sàng (phút)
Tắc sàng 45 Khơng tắc Thơng qua quá trình khảo sát ảnh hưởng kích thước lỗ sàng đến quá trình nghiền, chúng ta nhận thấy, kích thước lỗ sàng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nghiền, quá trình nghiền khơng thực hiện được với lưới sàng lỗ cĩ kích thước ≤ 0,1 mm.
Lưới sàng 0,2 mm cho phép thực hiện quá trình nghiền được 45 phút, sau đĩ nhiệt độ hệ thống nghiền tăng dần và quá trình nghiền bị tắc nghẽn.
Phần bột nghiền thu được tương đối mịn, pha thành sữa đậu sau 5 phút chưa thấy phân lớp. Với lưới sàng cĩ kích thước 0,3 mm, quá trình nghiền thực hiện được liên tục khơng bị tắc sàng, nhưng bột nghiền chưa được mịn, pha thành sữa để một thời gian 5 phút quan sát thấy phân lớp đĩng cặn. Như
vậy qua khảo sát sự phụ thuộc kích thước lưới sàng đến quá trình nghiền, chúng ta rút ra kết luận. Để cĩ sản xuất sữa đậu nành đáp ứng yêu cầu chỉ cĩ thể thực hiện quá trình nghiền với sàng phân ly cĩ kích thước ≤ 0,2 mm.
Chúng ta cần phải tiếp tục nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng khác đến quá trình nghiền để làm cho quá trình nghiền khơng bị tắc bết sàng và được thực hiện liên tục với độ mịn bột sữa đáp ứng chất lượng yêu cầu.
Các yếu tố đĩ là: vận tốc đầu búa, nhiệt độ khoang nghiền, độ ẩm ban
đầu của mảnh hạt đậu.
4.2.3 Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm xác định các thơng số tối ưu quá trình nghiền đậu nành trình nghiền đậu nành
4.2.3.1 Chọn thơng số nghiên cứu
Sơđồ nguyên lý quá trình nghiền mịn
1 7 5 2 3 4 9 8 6 10
Hỗn hợp đậu nành sấy khô với đường và phụ gia
Hệ thống phân ly, thu hồi sản phẩm
Hình 4.1 Nguyên lý cấu tạo máy nghiền mịn 1. Phễu nạp liệu 6. Thân giá đỡ phía dưới 2. Thân cĩ vỏ làm mát phía trên 7. Khoang làm mát
3. Búa nghiền 8. Cửa tháo sản phẩm 4. Đĩa mang búa 9. Sàng phân loại
5. Trục mang đĩa 10. Van điều chỉnh tiếp liệu Nguyên lý hoạt động của máy nghiền mịn
Hỗn hợp đậu mảnh trần được trộn lẫn đường và phụ gia theo tỉ lệ nhất
định, sau đĩ được đưa vào phễu nạp liệu số 1 và được điều chỉnh bằng van 10
Các hạt được nghiền nhỏ chà lọt qua sàng 9 và được quạt hút thốt ra từ cửa 8 rồi đi sang hệ thống phân ly thu hồi sản phẩm. Với quy mơ dây chuyền sản xuất đạt năng suất 500 kg sản phẩm/ h.
Phân tích và chọn thơng số nghiên cứu
Qua sơ đồ nguyên lý làm việc của máy nghiền mịn ta thấy cĩ các thơng số ảnh hưởng đến quá trình nghiền như sau:
Các thơng sốđầu vào
- Vận tốc đầu búa
- Kích thước búa
- Độẩm hạt đậu mảnh chần sấy - Nhiệt độ khoang nghiền - Lưu lượng và áp lực quạt hút.
Trong các thơng số nêu trên, chúng ta nhận thấy vận tốc đầu búa và khối lượng búa là hai đại lượng đặc trưng cho động năng đập vỡ của búa với mảnh
đậu.
E =
2
mv2
(4.1)
Chính vì thế chúng ta chọn sự thay đổi vận tốc đầu búa làm đại lượng đại diện cho sự thay đổi động năng đập vỡ hạt đậu, mặt khác động năng phụ
thuộc vào bình phương vận tốc đầu búa cho nên độ nhạy ảnh hưởng cũng lớn hơn.
Lưu lượng và áp lực quạt hút là thơng số bổ trợ cho quá trình phân ly các hạt đã được nghiền mịn với các hạt chưa đạt độ mịn và khả năng vận chuyển các hạt bột nghiền thốt khỏi khoang nghiền. Trong trường hợp này chúng ta chọn quạt theo khả năng vận chuyển bột với vận tốc khơng khí là 18 ÷ 20 m/s [9]. Dây chuyền đang dùng hệ thống vận chuyển bằng khơng khí áp suất trung bình 8.104 N/m2 với vận tốc khí là 20 m/s.
Từ những phân tích trên tơi lựa chọn các thống số đầu vào ảnh hưởng
đến quá trình nghiền theo sơđồ mơ hình quá trình nghiền sau: Vận tốc dài đầu búa, m/s
Nhiệt độ khơng khí Năng suất nghiền của khoang nghiền, 0C máy nghiền, kg/m2.h Độẩm của nguyên liệu đậu, % Quá trình nghiền mịn
Hình 4.2 Sơđồ mơ hình quá trình nghiền mịn bột đậu nành Dựa vào sơ đồ trên ta ký hiệu các thơng số đầu vào được chọn như sau: Z1 - Vận tốc dài đầu búa, vùng biến đổi 80 ÷ 180 m/s.
Z2 - Nhiệt độ khơng khí khoang nghiền, vùng biến đổi 50 ÷ 90 0C. Z3 - Độẩm của nguyên liệu đậu, vùng biến đổi 6 ÷ 12 %.
Quá trình nghiền thực hiện với sàng cĩ kích thước lỗ đường kính 0,2 mm.
Ba yếu tố trên ảnh hưởng đến hàm mục tiêu (thơng số đầu ra) là năng suất riêng của máy nghiền tính bằng khối lượng bột đậu mịn lọt qua một đơn vị diện tích sàng trong một đơn vị thời gian y [kg/m2.h].
4.2.3.2 Lập kế hoạch thực nghiệm
Chọn kế hoạch bậc một hai mức tối ưu tồn phần (kế hoạch 2k). Các thực
