3.3. NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH VÀ CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT
3.3.1.Nghiên cứu qui trình cơng nghệ sản xuất thức ăn nuơi cá mú chấm cam
Từ những dữ liệu được mơ tả ở chương 1, mục 1.1; 1.2, kết quả đúc kết từ các đợt khảo sát về cơng nghệ, thiết bị sản xuất thức ăn nuơi thủy sản và hiện trạng nghề nuơi cá mú ở nước ta, qui trình cơng nghệ sản xuất thức ăn ni cá mú chấm cam dùng để nghiên cứu được đề xuất theo sơ đồ hình 3.4.
Nguyên liệu
Xay nghiền Trộn Tạo viên Sấy Làm nguội Bảo quản Đĩng bao
Hình 3.4. Sơ đồ qui trình cơng nghệ sản xuất thức ăn nuơi cá mú chấm cam
Nguồn nguyên liệu để làm thức ăn cho cá mú chấm cam tương đối đa dạng và cĩ cấu trúc, hình dạng, kích thước khác nhau. Để cĩ thể liên kết các phần tử nguyên liệu với nhau để tạo thành thức ăn dạng viên và dễ tiêu hĩa đối với cá thì các loại nguyên liệu cần phải được làm mịn, do vậy nguyên liệu phải trải qua quá trình xay nghiền để làm mịn. Sau khi nghiền mịn, các nguyên liệu cần phải được đưa đi trộn nhằm phân bố đồng đều nguyên liệu và bổ sung nước để chuyển qua q trình tạo viên nhằm làm chín và tạo hình viên thức ăn. Viên thức ăn sau khi tạo viên cĩ độ ẩm cao, do vậy cần thiết phải đưa đi sấy để đạt đến độ ẩm bảo quản < 11%. Sau khi sấy, do nhiệt độ viên thức ăn cịn cao, nên nếu đem đi đĩng bao ngay sẽ xảy ra hiện tượng hút ẩm, đọng sương trên bao bì, gây ra hiện tượng mốc, hư hỏng sản phẩm và vì vậy cần phải làm nguội thức ăn đến nhiệt độ phịng. Q trình tạo viên, sấy, làm nguội do cĩ sự tác động cơ học xảy ra hiện tượng bụi, mảnh vụn lẫn vào trong khối thức ăn và bám trên bề mặt viên thức ăn. Do vậy cần thiết phải đưa qua quá trình sàng, phân loại và tách các phần bụi,
mảnh vụn để tái sản xuất, đồng thời giảm thiểu việc đưa thành phần bụi, mảnh vụn thức ăn vào nước ao nuơi gây ơ nhiễm mơi trường. Sau khi sàng phân loại, viên thức ăn cần được đưa đi đĩng gĩi và bảo quản.
Chuẩn bị các nguyên liệu chính bao gồm nguyên liệu cung cấp protein như bột cá, bã nành, bột gan mực và nguyên liệu cung cấp carbohydrate như bột mì, nguyên liệu cung cấp chất béo như dầu cá, dầu gan mực, lecithin. Các nguyên liệu bổ sung như premix khống-vitamin, stay C 35%, chống mốc, chống oxy hĩa, lysine và methionine. Nguyên liệu sau khi nghiền được đem đi phối trộn, quá trình được thực hiện bao gồm trộn khơ và trộn nước, sau đĩ hỗn hợp trộn được chuyển qua tạo viên thức ăn và tiếp tục đem đi sấy. Sản phẩm sau khi sấy được làm nguội đến nhiệt độ phịng rồi đem đi đĩng bao và bảo quản. Trên cơ sở các dữ liệu từ chương 1, mục 1.1; 1.2 và 1.4, kết hợp với thực tiễn cho thấy cơng đoạn tạo viên cĩ ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng viên thức ăn. Vì vậy, kết quả nghiên cứu quá trình tạo viên là những cơ sở quan trọng cho phép điều khiển và kiểm sốt chất lượng sản phẩm thức ăn nuơi cá mú chấm cam.
3.3.2. Nghiên cứu quá trình tạo viên thức ăn nuơi cá mú chấm cam
3.3.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ ép đùn đến dung trọng của thức ăn dạng viên
Tiến hành tạo viên thức ăn từ hỗn hợp các nguyên liệu với tỉ lệ được xác định từ CTTA [bảng 3.21]. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ đến dung trọng của thức ăn được mơ tả ở bảng 3.22. Các thí nghiệm nghiên cứu quá trình ép đùn được thực hiện theo phương pháp và bố trí thí nghiệm như trình bày ở phụ lục 3, mục 3.3.
Bảng 3.22. Số liệu thực nghiệm tạo viên theo phương án tối ưu hĩa D Stt Tốc độ Stt Tốc độ cấp liệu (g/ph) (F) Độ ẩm vật liệu (%) (M) Nhiệt độ Vùng ép (t0C) (T) Chiều cao viên (mm) (H) Dung trọng (g/cm3) (∂) Độ bền trong nước (phút ) (ζ) 1 500 25 70 7 0,7 23 2 500 25 70 3 0,66 25 3 1300 25 100 3 0,63 81 4 1300 25 130 5 0,46 236 5 1300 45 130 5 0,56 204 6 500 25 130 3 0,46 91 7 1300 45 100 7 0,6 141 8 1300 25 70 7 0,52 95 9 900 35 100 5 0,55 117 10 500 45 70 7 0,68 18 11 1300 25 70 7 0,53 85 12 900 35 100 5 0,56 127 13 900 35 100 5 0,53 119 14 1300 45 70 3 0,58 65 15 1300 35 130 3 0,44 191 16 900 35 70 5 0,62 81 17 900 35 100 5 0,57 115 18 1300 35 130 7 0,42 248 19 1300 45 70 3 0,58 50 20 500 45 130 7 0,6 79 21 900 35 100 5 0,54 123 22 900 25 130 7 0,53 123 23 500 45 70 7 0,68 19 24 500 45 100 3 0,56 83 25 900 35 115 5 0,5 135 26 900 45 130 3 0,57 122 27 500 45 130 7 0,6 106 28 1300 35 100 5 0,52 189 29 500 35 100 5 0,56 73 30 500 25 130 3 0,46 85
Xử lý số liệu, xây dựng mơ hình tốn học
Tiến hành phân tích các số liệu từ ma trận qui hoạch bảng 3.22 và thu được mơ hình tốn học cĩ dạng mã hĩa [phụ lục 3]:
Y1 = 0,559 - 0,019X1 + 0,008X2 – 0,053X3 + 0,007X4 + 0,01 X1X2 + 0,02X1X3 – 0,033X1X4 +
Chuẩn student của các hệ số được kiểm định ở mức ý nghĩa p = 0,05 với t0.05/2, n-k-1 ta cĩ t0.05/2, (25) = 2.06 [78, 87]. Các hệ số hồi qui cĩ nghĩa tìm được là b0, b1, b3, b13, b14, b23, b24, b11, b22, b33 và mơ hình dung trọng ở dạng mã hĩa cĩ dạng: Y1 = 0,559 - 0,019X1 - 0,053X3 + 0,02X1X3 – 0,033X1X4 + 0,025X2X3 + 0,019X2X4 - 0,039X12
+ 0,08X22 – 0,035X32. (3.29)
Chuyển qua biến thực ta được:
∂ = 1,607 + 0,0004F - 0,06976M + 0,00154T + 0,003702H + 0,00000172FT – 0,0000415FH
+ 0,0000848MT + 0,00096MH - 0,00000025F2 + 0,000807M2- 0,000039T2. (3.30)
Kiểm định sự tương thích của mơ hình
Chuẩn Fisher của mơ hình là F0 = 23,29, ở mức ý nghĩa p = 0,05 cĩ F0,05,4, 25 = 2,76 [78, 87], ta cĩ phân bố F0 > F0,05,4,25, hệ số tương quan R2 = 0,95 [phụ lục 3], do vậy mơ hình tìm được tương thích với thực nghiệm. Mơ hình tốn 3.29 (cũng như 3.30) cho thấy trong phạm vi nghiên cứu, dung trọng chịu ảnh hưởng của cả bốn yếu tố bao gồm tốc độ cấp liệu, độ ẩm, nhiệt độ ống dẫn và chiều cao viên.
Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến dung trọng của thức ăn viên
Ảnh hưởng của độ ẩm và tốc độ cấp liệu đến dung trọng tại nhiệt độ 1000c và chiều cao viên 5 mm
500.00 700.00 900.00 1100.00 1300.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 0.49 0.53 0.57 0.61 0.65 Dun g tron g (g/m l)
Toc do cap lieu (g/ph)
Do am (%) 500.00 700.00 900.00 1100.00 1300.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 Dung trong (g/ml)
Toc do cap lieu (g/ph)
Do a m ( % ) 0.52471 0.549661 0.549661 0.574612 0.574612 0.599563 0.599563 0.624514 0.624514
Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ cấp liệu đến dung trọng tại chiều cao viên 5 mm và độ ẩm 35%. 500.00 700.00 900.00 1100.00 1300.00 70.00 85.00 100.00 115.00 130.00 0.43 0.47 0.51 0.55 0.59 Dung t rong ( g /m l)
Toc do cap lieu (g/ph) Nhiet do (0c) 500.00 700.00 900.00 1100.00 1300.00 70.00 85.00 100.00 115.00 130.00 Dung trong (g/ml)
Toc do cap lieu (g/ph) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
N h ie t do ( 0 c ) 0.456813 0.456813 0.482975 0.509137 0.535299 0.561461
Đồ thị 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ cấp liệu đến dung trọng
Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến dung trọng tại chiều cao viên 5 mm và
tốc độ cấp liệu 900 g/ph. 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 70.00 85.00 100.00 115.00 130.00 0.46 0.515 0.57 0.625 0.68 D u n g trong (g /m l) Do am (%) Nhiet do (0c) 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 70.00 85.00 100.00 115.00 130.00 Dung trong (g/ml) Do am (%) N h ie t do ( 0 c ) 0.502979 0.537394 0.57181 0.606225 0.606225 0.640641
Đồ thị 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến dung trọng
Ảnh hưởng của chiều cao viên và tốc độ cấp liệu đến dung trọng ở nhiệt độ 1000C và độ ẩm 35%. 500.00 700.00 900.00 1100.00 1300.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 0.47 0.5 0.53 0.56 0.59 D ung t ron g ( g /m l)
Toc do cap lieu (g/ph) Chieu cao vien (mm)
500.00 700.00 900.00 1100.00 1300.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 Dung trong (g/ml)
Toc do cap lieu (g/ph)
C h ie u c ao v ien ( m m ) 0.493448 0.51167 0.51167 0.529892 0.529892 0.548114 0.548114 0.566337 Đồ thị 3.6. Ảnh hưởng của chiều cao viên và tốc độ cấp liệu đến dung trọng
Đồ thị 3.3 mơ tả ảnh hưởng của tốc độ cấp liệu, độ ẩm vật liệu đến dung trọng ở nhiệt độ 1000C và chiều cao viên 5 mm. Khi thay đổi tốc độ cấp liệu và độ ẩm thì dung trọng biến đổi theo mặt yên ngựa. Tại một độ ẩm xác định, khi tăng tốc độ cấp liệu, lúc đầu dung trọng của viên thức ăn tăng dần nhưng sau khi đạt được ngưỡng cực đại thì dung trọng lại giảm. Như vậy, trong giai đoạn đầu khi tăng tốc độ cấp liệu đồng nghĩa với việc tăng sự nén ép các phần tử phối liệu và viên thức ăn đạt được dung trọng lớn hơn. Song song với quá trình ép tạo viên, ở nhiệt độ đang xét cũng diễn ra q trình hồ hĩa và quá trình bay hơi ẩm. Khi tốc độ cấp liệu tăng quá mức, một mặt xảy ra hiện tượng quá nén như thường thấy trong mọi quá trình tạo hình các sản phẩm từ phối liệu dạng bột, mặt khác sẽ xuất hiện sự tạo thành các bọt khí vi mơ (chứa ẩm bay hơi). Sau khi thốt ra khỏi khuơn ép, hiệu ứng quá ép cùng với các bọt khí vi mơ tự phá vỡ đã làm cho viên thức ăn bị tăng thể tích biểu kiến dẫn đến dung trọng giảm dần đi.
Xét theo ảnh hưởng của độ ẩm quy luật tăng giảm dung trọng diễn biến theo chiều ngược lại (phản ảnh đúng hình ảnh của mặt bậc hai dạng yên ngựa). Ở một tốc độ cấp liệu xác định, khi tăng dần độ ẩm vật liệu dung trọng thức ăn viên giảm dần. Tuy nhiên, khi vượt qua một ngưỡng độ ẩm xác định, nếu tiếp tục tăng độ ẩm vật liệu thì dung trọng lại tăng dần. Điều này cho thấy, ở giai đoạn đầu khi tăng độ ẩm sẽ làm tăng mức độ hồ hĩa vật liệu và tăng lượng nước bốc hơi. Sau khi ra khỏi khuơn ép, các bọt khí vi mơ gây ảnh hưởng tương tự như đã phân tích ở trên và làm suy giảm dung trọng. Nếu tiếp tục tăng lượng ẩm trong khối vật liệu, độ nhớt của pha hồ hĩa giảm đi, pha khí ẩm tạo thành dễ thốt trước ra ngồi qua các lỗ khn. Bên cạnh đĩ độ dẻo, độ nhão của phối liệu được cải thiện dẫn đến hiệu quả nén ép tốt hơn và dung trọng thức ăn tăng lên.
Đồ thị 3.4 cho thấy ở độ ẩm 35% và chiều cao viên 5 mm, dung trọng biến đổi theo dạng mặt paraboloid. Ở một tốc độ cấp liệu xác định, khi tăng nhiệt độ
sẽ làm tăng dung trọng, tuy nhiên khi tăng nhiệt độ vượt qua một ngưỡng giới hạn, nếu tiếp tục tăng sẽ làm giảm dung trọng. Nguyên nhân là do khi tăng nhiệt độ sẽ làm tăng mức độ hồ hĩa, khối bột dễ được nén chặt hơn, cấu trúc viên thức ăn chặt chẽ hơn và làm tăng dung trọng. Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nhiệt độ, hiệu ứng bay hơi tăng nhanh, và tương tự như đã phân tích ở trên viên thức ăn bị tăng thể tích biểu kiến dẫn đến dung trọng giảm dần đi. Trong trường hợp cố định nhiệt độ, ảnh hưởng của tốc độ cấp liệu đến dung trọng thể hiện tương đồng với ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ (phản ảnh đúng đặc trưng của mặt paraboloid). Đồ thị 3.5 cho thấy dung trọng bị biến đổi theo nhiệt độ, độ ẩm vật liệu ở tốc độ cấp liệu 900 g/ph, chiều cao viên 5 mm và được biểu diễn ở mặt n ngựa (cĩ hình thái “dẹt” hơn so với hình ở đồ thị 3.3). Tương ứng với một nhiệt độ xác định, ở giai đoạn đầu khi tăng độ ẩm sẽ làm giảm dung trọng. Tuy nhiên khi vượt qua một ngưỡng xác định, nếu tiếp tục tăng độ ẩm sẽ làm tăng dung trọng. Tương tự như đã xét ở trên, ở giai đoạn đầu, khi tăng dần độ ẩm sẽ làm tăng nhanh q trình bốc hơi, các bọt khí vi mơ sau khi ra khỏi khn gây ảnh hưởng và làm suy giảm dung trọng. Tiếp tục tăng độ ẩm sẽ làm cho độ nhớt của pha hồ hĩa giảm đi, lực ma sát giữa các phần tử nguyên liệu giảm, pha khí ẩm tạo thành dễ thốt qua các lỗ khuơn và bay hơi dẫn đến làm tăng dung trọng. Ở một độ ẩm xác định, khi tăng dần nhiệt độ sẽ làm tăng dung trọng, tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nhiệt độ sẽ làm giảm dung trọng. Nguyên nhân là do khi nhiệt độ vượt qua một ngưỡng xác định, nếu tiếp tục tăng sẽ làm tăng nhanh hiệu ứng bay hơi, dẫn đến thay đổi thể tích biểu kiến viên thức ăn và làm giảm dung trọng. Đồ thị 3.6 cho thấy ở nhiệt độ 1000C và độ ẩm 35%, tương ứng với một chiều cao viên xác định, khi tăng tốc độ cấp liệu sẽ làm tăng dung trọng. Tuy nhiên, khi vượt qua ngưỡng tốc độ cấp liệu sẽ làm giảm dung trọng. Điều này cho thấy ở giai đoạn đầu, khi tăng tốc độ cấp liệu sẽ làm tăng độ nén viên thức ăn và làm tăng dung trọng. Tuy
nhiên, nếu tiếp tục tăng tốc độ cấp liệu sẽ làm tăng dần lực nén ép, làm gia tăng khả năng khuếch tán ẩm từ bên trong ra ngồi càng nhanh, dẫn đến các bọt khí vi mơ bay hơi sau khi ra khỏi khuơn gây ảnh hưởng làm giảm dung trọng. Xét sự thay đổi của dung trọng khi thay đổi chiều cao viên cho thấy rằng ở tốc độ cấp liệu thấp, khi tăng chiều cao viên sẽ làm tăng dung trọng, tuy nhiên ở tốc độ cấp liệu cao khi tăng chiều cao viên sẽ làm giảm dung trọng. Nguyên nhân ở đây là do ảnh hưởng của hình thái hình học của viên thức ăn và do hiệu ứng quá ép đồng thời tác động. Khi tốc độ cấp liệu thấp, qua thực tế của phần thực nghiệm xác định dung trọng cho thấy các viên thức ăn kích cỡ 7 x 5 mm cĩ khả năng sắp xếp trong ống đong với mức độ chặt cao hơn dẫn đến dung trọng cĩ giá trị cao hơn. Nhưng khi tốc độ cấp liệu tăng lên (1300 g/ph), thì hiệu ứng quá ép ở viên thức ăn 7 x 5 mm lớn hơn so với viên cĩ kích thước nhỏ hơn 3 x 5 mm dẫn đến tác động ngược lại so với tác động của hình thái hình học và làm cho dung trọng giảm xuống. So sánh với một số nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến dung trọng thức ăn viên bằng kỹ thuật ép đùn cho thấy rằng cĩ sự khác biệt khi đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ ép đùn đến dung trọng. Tuy nhiên, điều này là hồn tồn phù hợp do cĩ sự khác nhau trong việc lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng, tác động đến dung trọng, thành phần, tỉ lệ các nguyên vật liệu và hệ thống thiết bị dùng trong nghiên cứu. Tumuluru & Bandyopadhyay (2001) khi phân tích bề mặt đáp ứng cho rằng tỉ trọng viên thức ăn nuơi tơm bị tác động mạnh bởi tỉ lệ chiều dài và đường kính ống dẫn, tiếp theo là nhiệt độ ống dẫn, tốc độ quay của trục vít và độ ẩm nguyên liệu. Ding & Ainsworth (2003) cho rằng dung trọng thức ăn viên phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm vật liệu, nhiệt độ ống dẫn và khi tăng độ ẩm sẽ làm giảm nhẹ dung trọng của thức ăn. Ngồi ra, khi tăng tốc độ cấp liệu sẽ làm tăng độ trương nở, tuy nhiên khi tăng độ ẩm vật liệu sẽ làm giảm đáng kể độ trương nở. Ding & Ainsworth (2003) cịn cho rằng khi tăng tốc
độ cấp liệu sẽ ảnh hưởng đến thời gian lưu của vật liệu trong ống dẫn, tác động đến q trình hồ hĩa tinh bột, tính lưu biến của vật liệu và dẫn tới làm thay đổi