1. LÀM SẠCH
- Mục đích: chuẩn bị cho quá trình rửa và ngâm
• Quá trình làm sạch sẽ loại bỏ các tạp chất và kim loại ra khỏi nguyên liệu
- Các biến đổi chính:
• Sàng và tách từ là một quá trình phân riêng nhầm loại bỏ các tạp chất không cùng kích thước với nguyên liệu và các tạp chất có từ tính ra khỏi gạo. Quá trình này không gây ra các biến đổi quan trọng về mặt hóa học trong hạt nguyên liệu.
• Biến đổi vật lý: hàm lượng tạp chất giảm.
- Các yếu tố ảnh hưởng:
• Bản chất của nguyên liệu: hạt gạo đưa vào phải đủ độ bền cơ học nhất định, tránh gây tổn thất cơ học.
• Tính chất và trạng thái của tạp chất: loại tạp chất, kích thước, tỷ trọng tạp chất…
- Thiết bị:
• Quá trình sàng dựa trên sự khác biệt về kích thước.
Sử dụng 2 sàng nối tiếp nhau. Gạo được cho vào sàng thứ nhất, phần tạp chất có kích thước lớn được giữa lại trên sàng. Phần đi qua sàng sẽ tiếp tục đi qua sàng thứ 2. Tại đây, các tạp chất có kích thước nhỏ hơn lỗ sàng sẽ đi qua sàng, tháo qua ra cửa thoát tạp chất và phần gạo còn lại trên sàng tháo ra qua cửa tháo liệu.
Kích thước lỗ sàng tùy thuộc vào loại gạo nhập liệu. • Thiết bị tách từ:
Hình 3.1: Thiết bị tách từ
• Phần chính của thiết bị là bộ phận điện từ (1), tạo ra từ trường nhờ dòng điện. Thùng quay (2) làm bằng nhôm, quay xung quanh bộ phận điện từ. Gạo tư phễu nạp liệu (3) rơi xuống thùng quay. Các tạp chất từ sẽ bám vao thùng quay và được tách ra theo cửa (4). Gạo sẽ thoát ra ngoài thao cửa (5).
- Mục đích: làm sạch các tạp chất bám trên nguyên liệu, chuẩn bị cho các quá trình công nghệ sau.
- Các biến đổi chính:
• Biến đổi vật lý: lượng tạp chất trong gạo giàm. Độ ẩm gạo tăng đẫn đến sự thay đổi về tỉ trọng.
• Biến đổi sinh học: Giảm mật độ vi sinh vật nhiễm trên nguyên liệu do sự rửa trôi vi sinh vật bám trên bề mặt nguyên liệu.
• Biến đổi hóa lý: Trong quá trình rửa, có thể xảy ra quá trình hòa tan một số chất tan vào trong nguyên liệu: vitamin, khoáng, … đồng thời có sự hút nước vào trong nguyên liệu.
• Biến đổi hóa học, hóa sinh: các biến đổi hóa sinh xảy ra không đáng kể.
- Các yếu tố ảnh hưởng:
• Mức độ nhiễm bẩn (độ sạch) của nguyên liệu: tùy theo tình trạng nhiễm bẩn của nguyên liệu mà có các chế độ rửa cũng như thời gian rửa khác nhau.
• Chất lượng nước và nhiệt độ nước rửa: nước dùng để rửa phải qua xử lí và đạt tiêu chuẩn nước công nghệ. Nhiệt độ nước rửa cũng là yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rửa. Nhiệt độ cao giúp quá trình tách các tạp chất ra khỏi nguyên liệu dễ dàng hơn đồng thời có tác dụng ức chế vi sinh vật, tuy nhiên có thể gây ra những biến đổi không mong muốn trên nguyên liệu, tốn kém c hi phí về năng lượng, thiết bị....
- Thiết bị:
• Thiết bị có cấu tạo là các bồn inox hình trụ, đáy côn. Bên trong có hệ thống vòi phun nước giúp tăng hiệu quả làm sạch lớp tạp chất bám trên bề mặt hạt gạo. Có vỏ áo điều nhiệt.
Hình 3.2: Hệ thống ngâm rửa gạo
- Thông số công nghệ:
• Lượng nước rửa • Thời gian rửa
• Nước rửa gạo đạt tiêu chuẩn nước công nghệ.
3. GIA ẨM
- Mục đích công nghệ:
• Chuẩn bị: quá trình gia ẩm giúp nguyên liệu đạt được độ ẩm thích hợp chuẩn bị cho quá trình ép đùn.
- Các biến đổi của nguyên liệu:
• Biến đổi vật lý: khối lượng riêng của gạo thay đổi.
• Biến đổi hóa lý: có sự hút ẩm vào trong hạt gạo và quá trình thất thoát các chất dinh dưỡng trong gạo vào nước. Có quá trình bốc hơi nước.
• Biến đổi hóa học: tinh bột hút nước, trương nở một phần, làm tăng độ ẩm của gạo.
• Biến đổi hóa sinh, sinh học: không đáng kể.
- Các yếu tố ảnh hưởng:
• Bản chất nguyên liệu: tùy vào cấu trúc và liên kết giữa các thành phần của từng loại gạo nguyên liệu mà ảnh hưởng đến khả năng hút ẩm của chúng. • Nhiệt độ nước rửa và thời gian ngâm:
Nếu nhiệt độ quá cao và thời gian quá dài sẽ xảy ra các phản ứng hóa học không mong muốn, bên cạnh đó, sự tổn thất các cấu tử mẫn cảm với nhiệt độ gia tăng, các giá trị liên quan đến cấu trúc, màu sắc và mùi vị của nguyên liệu sẽ bị biến đổi theo chiều hướng không mong muốn, đồng thời còn liên quan đến những vấn đề về chi phí năng lượng.
Nếu thời gian và nhiệt độ thấp có thể không tạo được độ ẩm thích hợp cho quá trình ép đùn, không tạo được giá trị sản phẩm mong muốn.
- Thiết bị:
• Sử dụng cùng thiết bị rửa.
- Thông số công nghệ:
• Nhiệt độ: 60 – 70oC
• Thời gian ngâm: 20 – 30 phút.
• Độ ẩm của nguyên liệu khi kết thúc quá trình: 18 – 21%.
4. ÉP ĐÙN
- Mục đích công nghệ:
• Chế biến: nhiệt độ và áp suất cao trong quá trình ép đùn có 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 có tác dụng vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật. Sản phẩm sau quá trình ép đùn có độ
ẩm thấp nên hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.
- Các biến đổi của nguyên liệu: Khi gạo được cho vào thiết bị sẽ được trục vis đẩy đi dọc chiều dài thiết bị và lần lượt qua 3 giai đoạn chính:
• Giai đoạn phối trộn:
Nguyên liệu được đưa vào với độ ẩm 18 – 21 %.
Là giai đoạn đầu khi gạo mới được cho vào thiết bị. Ở vùng phối trộn này, đường kính trục vis nhở hay bước vis thưa, tạo ra không gian của nguyên liệu nhiều.
Áp lực và nhiệt độ chưa cao nên cấu trúc của nguyên liệu chưa có biến đổi nào đáng kể. Biến đổi chính trong quá trình này chỉ là biến đổi vật lý, có sự trộn đều các nguyên liệu với nhau.
• Giai đoạn nhào trộn: Trong giai đoạn này, nhiệt độ và áp suất tăng dần, dẫn đến các biến đổi:
Biến đổi vật lý: áp suất buồng ép tăng, làm tăng nhiệt độ trong thiết bị cũng như torng nguyên liệu. 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 đầu trương nở lên, hình thành khối bột nhào.
Biến đổi hóa lý: nguyên liệu trương nở, một số phần tử đễ tan trong nguyên liệu (đường, muối...) khuếch tán ra ngoài môi trường lỏng.
Biến đổi hóa học: Bắt đầu có sự hình thành các liên kết hydro giữa nước và các phân tử có chứa nhóm háo nước như tinh bột, protein, ... có trong nguyên liệu.
Biến đổi hóa sinh: enzyme bị vô hoạt.
Biến đổi sinh học: vi sinh vật hầu như bị ức chế hoàn toàn bởi sự gia tăng nhanh chống áp suất và nhiệt đột trong vùng nhào trộn.
• Giai đoạn nấu – định hình: Trong giai đoạn này, vùng không gian
dành cho nguyên liệu là rất ít, nguyên liệu bị dồn nén tạo nên áp suất và nhiệt độ cao, đây là giai đoạn nguyên liệu biến đổi sâu sắc nhất. Xảy ra các biến đối sau:
Biến đổi vật lý: dưới áp lực cao, các lực cơ học tác dụng lên nguyên liệu theo hai hướng ngược chiều nhau làm phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột và xé rách các bó sợi protein. Chuyển động nhiệt của các phân tử gia tăng.
Biến đổi hóa lý: một phần nước trở thành trạng thái hơi, cùng với các phân tử khí phân bố đều giữa các khung mạng, tạo thành các mầm khí để tạo độ xốp cho sản phẩm sau này.
Biến đổi hóa học:
hướng phá vỡ các cấu trúc bậc 3 của protein.
• Tinh bột bị hồ hóa do chuyển động nhiệt cùng với sự có mặt của nước giúp tách rời và phá vỡ cấu trúc các phân tử tinh bột. • Các chất khác: các chất xơ hòa tan như hemicellulose,
pectin,... có thể bị cắt mạch, giảm chiều dài phân tử và tham gia tạo liên kết Hydro với các phân tử tinh bột.
• Có sự tạo thành các liên kết hydro giữa các phân tử với nhau tạo thành khung mạng cho sản phẩm sau này.
• Các biến đổi trên làm cho các hạt nguyên liệu ở trạng thái hạt rời thành trạng thái chảy dẻo.
• Ngoài ra còn xảy ra phản ứng Maillard hay caramel hóa làm sẫm màu của sản phẩm sau này.
• Các vitamin (chủ yếu là các vitamin tan trong nước) và tiền tố vitamin (như β-carotene) bị phân hủy bởi nhiệt. (có thể tổn thất từ 5 – 100% sau quá trình ép đùn)
Khối bán thành phẩm sau khi ra khỏi vùng nấu có trạng thái khối dẻo và chịu áp lực rất cao, được đẩy qua lỗ khuôn và được định hình theo lỗ khuôn. Khi thoát ra ngoài lỗ khuôn, áp lực giảm đột ngột. xảy ra các biến đổi sau:
Biến đổi vật lý: nguyên liệu có những biến đổi sâu sắc về mặt cấu trúc cũng như hình dáng. Áp suất giảm đột ngột.
Biến đổi hóa lý: nước và khí bay hơi có năng lượng cao, nhanh chóng do áp suất giảm đột ngột, tạo nên cấu trúc xốp cho sản phẩm cháo, sản phẩm đạt được cấu trúc giòn khô như mong muốn. Có thể tổn thất một số cấu tử hương do bốc hơi theo hơi nước.
Biến đổi hóa học: độ ẩm nguyên liệu giảm.
- Các yếu tố ảnh hưởng:
• Bản chất nguyên liệu gạo: cấu trúc của hạt gạo sẽ ảnh hưởng rất lớn đến lực ma sất giữa các phân tử trong hạt nguyên liệu với nhau, làm ảnh hưởng đến nhiệt độ sinh ra trong máy.
Nếu hạt có kích thước quá mịn sẽ bị vón cục khi gia ẩm làm cho giai đoạn phối trộn trong máy không đồng đều, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và tuổi thọ máy.
Nếu hạt quá lớn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, tạo nên cảm giác nhám sạn ccho sản phẩm, cháo sẽ nở không đều khi sử dụng.
Hàm lượng các chất trong gạo: hàm lượng protein, béo, nước, dạng của tinh bột và mức độ hút nước của nguyên liệu.
Cấu hình thiết bị
Vận tốc quay cảu trục vis
Hình dạng lỗ khuôn
• Ảnh hưởng của phương pháp thực hiện:
Vận tốc nhập liệu
Vận tốc tăng áp lực và nhiệt độ - Thiết bị: Thiết bị ép đùn trục đôi hoạt động liên tục
Hình 3.3: Thiết bị ép đùn
• Vùng nhập liệu A:
Nguyên liệu được nạp vào thiết bị qua phễu nhập liệu 12. Nguyên liệu chính có thể 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. Dòng nhập liệu được dẫn vào giữa cặp vis tải được điều khiển bởi núm vặn số 13. Mỗi vis tải có nhiều cánh vòng xoắn theo hình trôn ốc. Prôphin ren vis và khoảng cách trục được tính sao cho các vòng xoắn của vis này vào rãnh của vis kia với khe hỡ rất nhỏ. Khi yêu cầu trên đạt được, sự chà xát và trộn lẫn giữa các phần tử sẽ tăng, bảo đảm tự làm sạch vis tải. Hai vis tải có 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 dần làm tăng áp suất tác dụng lên nguyên liệu do khoảng cách giữa các vòng xoắn bị thu hẹp, nguyên liệu bị dồn vào khoảng không nhỏ. Vùng chuyển tiếp này có chiều dài hợp lý để đảm bảo áp suất nén lên nguyên liệu tăng dần dần và đồng nhất.
• Vùng nấu C:
Đường kính trục vis tiếp tục tăng để giảm khoảng cách giữa các vòng 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. Ngoài ra, nhiệt độ tăng lên còn 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, đôi lúc có 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 đó, các cánh xoắn vẫn quay đều ngoài nhiệm vụ trộn đều nguyên liệu còn 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 không 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 thoát hơi mở ra không khí hoặc một bơm chân không 47 hay máy tạo áp suất 50. Điều chỉnh đến áp suất thích hợp bằng van 55. Cửa thoát hơi có hai công dụng chính là thoát hơi nước làm nguội sản phẩm và làm độ ẩm bên ngoài sản phẩm. Vì thế vùng bay hơi của thiết bị nhằm làm giảm nhiệt độ để sản phẩm không 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:
Từ vùng A đến D, vis tải trong thiết bị là vis tải kép 14 và 16. Nhưng đến vùng E thì chỉ còn 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 khuôn ép đùn.
• Vùng nhập liệu cho khuôn ép đùn F:
Áp suất được cung cấp để đẩy nguyên liệu ra khỏi khe hở 53 trong khuôn ép đùn 54. Sản phẩm sau khi ra khỏi khuôn có thể ở dạng phồng nở hay không phụ thuộc nhiệt độ làm nguội ở vùng D. Nếu nhiệt độ của sản phẩm trong vùng D nhỏ hơn 100oC thì sản phẩm không bị phồng, nhưng nhiệt độ không được xuống dưới quá 49oC.
Để sản phẩm tạo ra có 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 ngoài những vùng cần nhiệt độ khác nhau và sử dụng nước lạnh, nước nóng hay hơi nước tùy theo yêu cầu của từng vùng.
- Thông số công nghệ:
• 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): 10 : 1
• Nhiệt độ buồng ép đạt được trong quá trình nấu : 160 – 180oC • Áp lực buồng ép: 30-50 Kg/cm2s
5. NGHIỀN
- Mục đích công nghệ:
• Hoàn thiện: làm giảm kích thước sản phẩm, làm đồng đều sản phẩm.
- Các biến đổi của nguyên liệu:
• Biến đổi vật lý: là biến đổi quan trong nhất, kích thước của nguyên liệu giảm, diện tích bề mặt riêng tăng, nhiệt độ của nguyên liệu sẽ tăng lên dưới tác dụng của lực ma sát.
• Biến đổi hóa học: diện tích bề mặt riêng tăng có thể dẫn đến oxy hóa các
thành phần trong phôi cháo
• Biến đổi hóa lý: tốc độ bay hơi của các cấu tử tăng lên do trong quá trình nghiền có phát sinh nhiệt
• Biến đổi hóa sinh và sinh học: sau quá trình nghiền thì mật độ vi sinh vật có thể tăng lên
- Các yếu tố ảnh hưởng: