2.6.1. Phân cỡ hạt
Phân cỡ sơ bộ ra làm 3 loại: lớn, trung bình, nhỏ phục vụ cho công tác tách vỏ và phân loại sản phẩm sao khi tách vỏ.
2.6.2. Rữa sạch hạt sen
Công việc này rất cần thiết, mục đích loại bỏ chất bẩn lắng động trên bề mặt vỏ hạt sen. Thông tim sen Tách vỏ Tách vỏ lụa Phân cỡ hạt Làm sạch
2.6.3. Tách vỏ
Tách vỏ là một công đoạn quang trọng trong chế biến hạt sen, yêu cầu kỹ thuật của quá trình tách vỏ cần phải:
Tách vỏ không được phạm vào nhân sen Tách vỏ không bị nứt (vỡ) nhân sen Năng suất lao động cao.
Có 3 phương pháp tách vỏ:
Tách vỏ thủ công: là phương pháp dùng một con dao có mặt cắt nhỏ cắt
một vệt dài quanh chu vi của hạt để nhân sen bên trong long ra mà không bị đứt, nứt (vỡ). Nếu khéo léo thì thu được nhân nguyên vẹn trên 90%, năng suất đạt từ 7 đến 8 kg/người/8 giờ.
Hình 2.3: Tách vỏ thủ công
Ưu điểm:
Nhân nguyên vẹn tới lúc đóng gói đạt tỉ lệ cao 85%.
Tiêu hao năng lượng trên một đơn vị hạt sen cho một đơn vị sản phẩm thấp. Vốn đầu tư xây dựng và mua sắm trang thiết bị ban đầu ít, thu hồi vốn nhanh.
Nhược điểm:
Năng suất lao động thấp.
Vì vậy chế biến thủ cơng chỉ thích hợp với khu vực có nhiều lao động phổ thơng và tiền cơng lao động thấp.
Tách vỏ cơ giới: là phương pháp dùng cơng cụ tách vỏ có cấu tạo gồm 2
lưỡi dao được mài định hình theo kích cỡ của hạt sen đưa vào cắt tách vỏ (phương pháp này áp dụng đối với hạt sen khô). Khi thao tác người công nhân phải dùng cả tay và chân để điều khiển, năng suất 15-18 kg/người/8 giờ, tỉ lệ nhân nguyên vẹn đạt trên 90%.
Hình 2.4: Tách vỏ cơ giới
Ưu điểm:
Ít tốn nhân cơng hơn phương pháp tách vỏ thủ công Năng suất cao hơn tách vỏ thủ công
Môi trường không bị ô nhiễm. Nhược điểm:
Nhân vỡ chiếm tỉ lệ 10% ở hệ thống va đập 20-30% ở hệ thống dao cắt từng hạt
Tiêu hao nguyên liệu cho một đơn vị sản phẩm cao Vốn đầu tư xây dựng lớn.
Vì vậy phương pháp này chỉ phù hợp với khu vực thiếu lao động và chi phí tiền lương cao.
Tách vỏ dùng máy: là phương pháp có thể
tách vỏ số lượng lớn hay tách vỏ từng hạt một bằng những cặp lưỡi dao định hình, trong đó chuyển động cắt của lưỡi dao được cơ giới hóa, hoặc kết hợp của một dao cắt cùng chuyển động của băng tải để tách vỏ khỏi hạt. Khâu cắt tách sẽ được tự động hóa và việc cấp phôi vào máy cũng được tiến hành tự động, tỉ lệ nhân nguyên vẹn đạt thấp nhất là 85%.
Ưu điểm:
Năng suất lao động cao
Chất lượng nhân thành phẩm đồng đều Giảm số lượng nhân công
Nâng cao được chất lượng sản phẩm Hình 2.5: Tách vỏ bằng máy Có thể kết hợp tự động hóa các khâu khác trong dây chuyền sản xuất. Nhược điểm:
Giá thành cao Tiêu hao nguyên liệu cho một đơn vị sản phẩm cao Vốn đầu tư ban đầu lớn
Nhân sen (còn vỏ lụa) sau khi tách vỏ hạt sen còn một lớp vỏ mỏng bao quanh nhân, lớp này cần được tách ra trước khi đem đi chế biến món ăn.
Do nhân sen có cấu tạo rất mềm và lớp vỏ lụa bán chắt vào nhân nên khâu lột vỏ lụa cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Tách vỏ lụa phải đảm bảo khơng cịn sót vỏ lụa trên nhân sen Tách vỏ lụa phải đảm bảo không làm dập nhân sen
Tách vỏ lụa phải đảm bảo không làm nứt nhân sen
Tách vỏ lụa phải đảm bảo không làm mất phẩm chất nhân.
Tách vỏ lụa có thể thực hiện thủ cơng hoặc cơ giới hóa, lột vỏ lụa thủ công năng suất thấp 7-10 kg/người/8 giờ phụ thuộc vào tay nghề công nhân.
Tách vỏ lụa cơ giới (có thể dùng phương pháp chà sát cơ học hay dùng khí ép với áp lực cao để tách) phương pháp này cho năng suất tách cao nhưng tỷ lệ nhân nứt cao hơn tách thủ công do bị va đập nhiều và tỉ lệ nhân sạch vỏ lụa đạt từ 70% đến 80% số còn lại phải tách sạch bằng tay.
2.6.5. Thơng tim sen
Hình 2.7: Thơng tim sen
Tim sen là phần thường có màu xanh nằm trong lõi của nhân sen, để chế biến món ăn từ hạt sen cần loại bỏ tim sen công đoạn này được gọi là thơng tim sen.
Thơng tim sen có thể làm thủ cơng hoặc bằng máy. Thông tim sen thủ công là phương pháp dùng dao cắt trên đầu trên của hạt sen để phần tim sen bên trong lộ ra bên ngoài, dùng que nhọn xiên thẳng từ phía đầu dưới của hạt sen lên trên để đẩy tim sen ra bên ngoài
Trên đây là qui trình chế biến hạt sen để thu được nhân sen thành phẩm, trong phạm vi của đề tài do thời gian có hạn nên tác giả chỉ nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy tách vỏ hạt sen tươi, nguyên liệu ban đầu là hạt sen tươi sau khi thu hoạch được tách ra từ gương sen, hạt sen đã được phân cỡ và làm sạch, hạt sen thành phẩm là hạt sen tươi đã được tách vỏ (tách lớp vỏ cứng bên ngoài của hạt sen).
2.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước 2.7.1. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
Máy tách vỏ hạt sen TZ [11]
Thông số kỹ thuật:
Xuất xứ: Hà Nam, Trung Quốc Điện áp: 380v
Cơng suất: 1.5 kw Trọng lượng: 218kg
Kích thước: 1480x560x1060mm
Năng suất: chưa có thơng số chính thức Vật liệu chế tạo: Inox 304.
Nguyên lý hoạt động: Máy hoạt động theo nguyên lý hạt sen được cho vào thùng quay. Trên thành của thùng quay thiết kế nhiều lỗ nhỏ được gia cơng với kích thước đường kính nhỏ hơn đường kính hạt. Khi động cơ quay kéo theo thùng thùng trộn quay, vỏ hạt sen được móc vào các lỗ này, khi vỏ hạt sẽ vướng vào các lỗ sẽ quay theo dưới tách dụng của lực quay ly tâm làm tách vỏ hạt sen.
Nhận xét: Máy có kết cấu nhỏ gọn, tách được vỏ nhưng tỉ lệ tách vỏ chưa cao,
nhân sen bị dập nhiều do va đập.
Máy tách vỏ hạt sen DYL-200 [10]
Thông số kỹ thuật:
Xuất xứ: Hà Nam, Trung Quốc Điện áp: 220/380v
Cơng suất: 3kw Trọng lượng: 325kg
Kích thước: 1300x1250x760mm Năng suất: 30Kg/h
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý máy bóc vỏ hạt sen DYL-200 (1)_ Đầu phun (1)_ Đầu phun (2)_ Máy bơm (3)_ Pét phun (4)_ Trục bóc vỏ lụa (5)_ Bảng điều khiển (6)_ Tốc độ va đập (7)_ Thiết bị tăng áp (8)_ Lưỡi dao (9)_ Dao trên (10)_ Động cơ điện (11)_ Tấm chắn (12)_ Cơ cấu chặn (13)_ Trục puly phải (14)_ Puly phải (15)_ Phễu chính (16)_ Phễu phụ (17)_ Đường dẫn (18)_ Puly truyền (19)_ Trục truyền (20)_ Chặn kim dẫn (21)_ Căng băng tải (22)_ Khung (23)_ Hộp Cam (24)_ Trục trục cam (25)_ Hãm băng tải (26)_ Đòn bẩy (27)_ Bộ điều khiển áp lực nước (28)_ Bánh xe cân bằng (29)_ Trục điều chuyển (30)_ Máng dẫn
Nguyên lý hoạt động:
Máy hoạt động trên nguyên lý dùng dùng dao đĩa kết hợp băng tải tách vỏ sau đó được băng tải đưa hạt sen đến bộ phận tách vỏ lụa.
Đầu tiên cơng nhân đổ hạt sen vào phễu chính (15), hạt sen chảy xuống phễu phụ (16) thông qua cơ cấu dẫn (17) và sửa hướng (16) đi ra băng tải và gặp cơ cấu chặn (12) để cắt hạt sen, sao đó hạt sen chạy cùng với băng tải đến khi đến tấm chắn (11) tấm chắn sẽ chặn lại để ép và tách vỏ, hạt sen tiếp tục cùng chuyển động với băng tải đi đến cụm tách vỏ lụa (4). Tai đây nước được phun từ vòi phun (3) với áp lực cao làm bong vỏ lụa.
Nhận xét:
Máy DYL-200 máy cho năng suất cao nhưng kết cấu phức tạp, phải dùng bơm trợ lực để tạo áp lực tách vỏ. Dao cắt có tiết diện trịn khó chế tạo, cơ cấu điều tiết chế độ cắt tách phức tạp.
2.7.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước.
Với xu thế phát triển và tìm giải pháp tốt nhất cho quá trình tách vỏ hạt sen trong khu vực và thế giới. Nước ta cũng đã bước đầu nghiên cứu và chế tạo các máy tách vỏ hạt sen. Nhưng các dự án này chủ yếu được đầu tư nghiên cứu tại các trường đại học trong nước. Trong đó tiêu biểu là Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Nguyên lý hoạt động
Máy hoạt động dựa trên nguyên lý băng tải chuyển động, đồng thời phôi sẽ được cung cấp vào máng dẫn và thông qua cơ cấu điều tiết phôi để cấp phôi cho máy hoạt động. Phôi sẽ được đưa tới lưỡi dao cắt thông qua băng tải truyền động, lúc này dao cắt sẽ cắt một vệt theo chu vi hạt và dùng lực ép của thanh gá dao để tách vỏ và thu được nhân sen. Tuy nhiên máy vẩn chưa được hoàn thiện, cơ cấu cấp phôi hoạt động không ổn định, máy hoạt động rất ồn, nhóm vẫn chưa tối ưu được kết cấu và chưa đưa ra được thông số hoạt động chính của máy.
Ngồi ra theo tìm hiểu và nghiên cứu của tác giả chưa tìm thấy một nghiên cứu nào về công nghệ tách vỏ hạt sen tươi được cơng bố. Hiện chỉ có một số cơ sở sản xuất và bán những thiết bị liên quan đến tách vỏ hạt sen tươi được nhập khẩu từ Trung Quốc và các nước khác.
Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. Kỹ thuật tách vỏ
Quá trình tách vỏ là quá trình tác dụng lực cơ học lên lớp vỏ vật liệu nhằm phá vỡ lớp vỏ [2]. Có thể phân loại các tác dụng cơ học nhằm phá vỡ lớp vỏ vật liệu đem tách như hình 3.4 dưới đây.
Hình 3.1: Các kỹ thuật tách vỏ
Ép (Hình 3.1a): Cơ cấu tạo lực của máy dịch lại gần nhau gây ra lực ép lên lớp vỏ của vật liệu làm nó vỡ ra. Đặc điểm của các phương pháp này là lực tác dụng tăng lên đều và tạo được lực mạnh. Vì vậy thường dùng để tách các loại vật liệu tương đối cứng.
Cắt, chẻ, bẻ (Hình 3.1 b, c, d): Cơ cấu tạo lực có dạng răng nhọn, lực tác dụng tập trung, gây ra rạn nứt cục bộ, do đó, phương pháp này thường dùng để tách các vật liệu dòn.
Xiết (Hình 3.1 e, f ): Bề mặt cơ cấu tạo lực của máy xiết lên bề mặt vật liệu làm cho lớp bên trong của nó bị biến dạng trượt. Khi ứng suất tiếp tuyến vượt quá giới hạn bền thì vật liệu sẽ bị vỡ ra.
Đập (Hình 3.1 g): Ở phương pháp này lực tác dụng là lực va đập. Khác với các phương pháp trên, lực va đập mang tính chất tải trọng động và tác dụng định kỳ. Lực làm vỡ vật liệu cũng khơng ngồi lực ép, xiết, cắt, chỉ khác ở chỗ lực mang tính chất tải trọng động nên thường gọi là lực ép động, cắt động và xiết động.
Qua các cơng nghệ của q trình tách vỏ trên, do hạt sen tươi có cấu trúc mềm và dai nên tác giả chọn phương pháp là cắt sau đó ép để tiến hành tách vỏ.
3.2. Lý thuyết của quá trình tách vỏ
Từ những đặc điểm về kích thước của hạt sen tươi và dựa vào cơ sở lý thuyết của công nghệ tách vỏ, tác giả đưa ra cơ sở lý thuyết của quá trình tách vỏ hẹt sen tươi như sau: Để tách được vỏ hạt sen tươi ta phải dùng lực cắt của dao để cắt vào lớp vỏ ngoài cứng và dai của hạt sen tươi cắt một vệt dài quanh chu vi hạt, sau đó dùng lực ép của thanh gá dao và băng tải để tạo ra lực ma sát cho vỏ tự động bong tách ra mà không làm ảnh hưởng nhân sen. Nhân sen đạt yêu cầu là nhân không bị dập, bể và không bị cắt phạm vào phần nhân.
3.2.1. Các thơng số hình học của dao cắt vỏ hạt sen
Trong q trình cắt gọt, dao cắt đóng vai trị quan trọng đặc biệt, vì dao cắt trực tiếp tạo ra vết cắt trên bề mặt vỏ hạt sen. Nếu chất lượng dao cắt không tốt sẽ ảnh hưởng đến chất lượng vết cắt, năng suất lao động, tiêu hao năng lượng… Do đó, dao cắt được chế tạo phải đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau đây: dao phải sắc đáp ứng theo yêu cầu cắt, có khả năng chống mài mịn, lưỡi cắt có tuổi thọ cao, dễ chế tạo, lắp ráp đơn giản, gọn nhẹ.
Trong quá trình cắt vỏ dao cắt phải qua hệ thống trung gian của bộ gá dao, khi thiết kế bộ phận cắt khơng những thiết kế lưỡi dao mà cịn phải thiết kế cả bộ gá dao. Cho nên bộ gá dao cũng phải được đơn giản hóa, gọn nhẹ, dễ chế tạo… và đặc biệt là tính kinh tế cao.
Các dạng mặt cắt ngang của dao cắt:
Hình 3.2: Các dạng mặt cắt ngang của dao cắt
- Chọn kiểu dao cắt: xét về tính chất và hình dạng của hạt sen. Ta chọn hình dạng của lưỡi dao thì cũng chọn theo kiểu của dao cho phù hợp. Do đó, ta chọn theo biên dạng dao theo kiểu 1 hoặc kiểu 2 (Hình 3.2)
- Thơng số hình học của dao cắt:
Độ sắc s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao:
Chính là chiều dày s của nó. Độ sắc cực tiểu đạt tới 20 ÷ 40 μm. Đối với các máy trong chế biến thực phẩm không vượt quá 100 μm, nếu s quá 100 μm lưỡi dao coi như bắt đầu cùn và cắt kém.
Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng. Nếu gọi ứng suất cắt của vật cắt là σc thì:
q = s.σc (3.1)
Góc cắt gọt α là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài dao σ
Hình 3.3: Góc cắt của dao
Vấn đề tính tốn góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của dao, dạng cạnh sắc của lưỡi dao, …
Góc mài dao σ đã được Renznik N.E. nghiên cứu và đề xuất (1975) công thức thể hiện ảnh hưởng đến lực cắt:
Qth = Pt + ctgσ, N (3.3)
Trong đó: c - hệ số thứ nguyên, N/cm Qth - lực cắt tới hạn cần thiết Pt - lực cản cắt, N
Góc mài dao σ nói chung nhỏ, nhưng vì độ bền vật liệu làm dao có hạn, cho nên góc mài của máy cắt rau củ thường lớn hơn hay bằng 12˚, đối với các máy thái củ quả, σ = 18 ÷25˚.
Độ bền của vật liệu làm dao
Dao có chất lượng bền thì lâu cùn, cắt tốt. Khi đó, cơng nén lớp vật cắt do lưỡi dao tác động lúc ban đầu sẽ tốn ít hơn và cơng cản gọt cũng nhỏ hơn.
Vận tốc dao cắt ảnh hưởng đến quá trình cắt gọt, thể hiện cụ thể bằng những đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất riêng q hoặc lực cắt gọt Pt và công cắt gọt Act với vận tốc của dao cắt .
Hình 3.4: Vận tốc dao cắt
Theo Renzik, ta có thể tính theo cơng thức thực nghiệm: Pt = 75.100,0019 . 2,6 40
v
q (3.4)
Vận tốc tối ưu bằng 35 ÷ 40 m/s
3.2.2. Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật cắt
Như chúng ta đã thấy ở trên, đường trượt của lưỡi dao trên vật cắt càng dài thì lực cản cắt càng giảm. Để thể hiện hiện tượng trượt nói chung của lưỡi dao trên lớp vật cắt, ta vẽ và phân tích hình vận tốc V của một điểm M ở lưỡi dao khi tác động vào lớp vật cắt.
Hình 3.5: Phân tích vận tốc điểm M ở cạnh sắc lưỡi dao khi cắt
N/c m q V, m/s 35 40 11 7
Vận tốc V có thể phân thành hai thành phần: thành phần vận tốc pháp tuyến