Thiết kế chế tạo máy nghiền ca cao năng suất 2kgmẻ phục vụ gia đình

Để giúp người dân Việt Nam có thể cải thiện chất lượng đời sống thì chúng em đã thiết kế, chế tạo máy nghiền cacao cỡ nhỏ có thể làm được 2kg/mẻ.. 1.2 Quy trình sản xuất socola tại Việt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN CA CAO NĂNG XUẤT

2KG/MẺ PHỤC VỤ GIA ĐÌNH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.s PHẠM DUY LAM

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022

MỤC LỤC Phiếu đăng kí tên đề tài đồ án tốt nghiệp Phiếu giao nhiệm vụ LỜI CAM ĐOAN vi

LỜI CẢM ƠN vii

TÓM TẮT viii

ABSTRACT ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv

DANH SÁCH CÁC BẢNG xvi

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 2

1.1 Giới thiệu về socola 2

1.1.1 Socola trên thế giới 2

1.1.2 Socola tại Việt Nam 4

1.1.3 Một số đặc tính của socola Việt Nam 6

1.2 Quy trình sản xuất socola tại Việt Nam 6

1.3 Temper 11

1.4 Tính cấp thiết của đề tài 12

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 14

2.1 Những máy nghiền đầu tiên 14

2.1.1 Cối đá 14

2.1.2 Máy nghiền dài trục ngang đời đầu 15

2.2 Máy nghiền thời hiện đại 17

2.2.1 Máy nghiền trục dọc 17

2.2.2 Máy nghiền trục ngang cải tiến 19

2.2.3 Máy nghiền trục vít 22

2.3 Máy nghiền socola ở Việt Nam 23

2.3.1 Máy nghiền con lăn 24

2.3.2 Phân loại 24

2.4.Các tiêu chí lựa chọn máy nghiền phù hợp quy mô hộ gia đình 25

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 26

3.1 Nguyên lý hoạt động 26

3.2 Đặc trưng 27

3.2.1 Đá granite 27

3.2.2 Teflon 28

3.2.3 Inox 304 29

3.2.4 Inox 201 29

3.2.5 Ưu điểm 30

3.2.6 Nhược điểm 31

Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 32

4.1 Xác định các yêu cầu của máy 32

4.1.1 Nguyên lý hoạt động 32

4.1.2 Các số liệu thiết kế ban đầu 33

4.2 Tính toán số liệu 33

4.2.1 Thực nghiệm đo khối lượng 33

4.1.2Thiết kế con lăn ( bánh đá) 34

4.1.3 Thiết kế thùng nghiền 35

4.1.4 Thiết kế đế thùng ( bàn đá) 35

4.1.5 Chọn động cơ: 35

4.1.6 Thiết kế khung trong 37

4.1.7 Thiết kế khung ngoài 38

CHƯƠNG 5: THI CÔNG 39

5.1 Phương tiện sản xuất 39

5.1.1 Dụng cụ cầm tay 39

5.1.2 Máy gia công 43

5.2 Chế tạo máy 45

5.2.1 Khung ngoài 45

5.2.2 Giá đỡ nhỏ 48

5.2.3 Giá đỡ lớn 49

5.2.4 Khung trong 51

5.2.5 Thùng 56

5.2.6 Thanh truyền động bánh đá 57

5.2.7 Trục giữa 58

5.2.8 Mayơ 61

5.2.9 Thanh la 63

5.2.10 Bàn đá đấy thùng 65

5.2.11 Bánh đá 67

5.2.12 Teflon chặn 68

5.2.13 Nắp thùng 69

5.2.14 Kẹp nắp 71

5.2.15 Nắp khung trong mặt sau 73

5.2.16 Nắp khung trong mặt trước 74

5.2.17 Ống lót động cơ 75

5.2.18 Bạc chặn khung trong 76

5.3 Tính toán chế độ cắt và thời gian gia công 76

5.3.1 Giá đỡ nhỏ (nguyên công 7, bước 3) 76

5.3.2 Giá đỡ lớn (nguyên công 7, bước 3) 77

5.3.3 Khung trong (nguyên công 17, bước 1) 77

5.3.4 Khung trong (nguyên công 20, bước 3) 77

5.3.5 Thanh truyền động bánh đá (nguyên công 3) 78

5.3.6 Trục giữa (nguyên công 3) 78

5.3.7 Trục giữa (nguyên công 7, bước 3) 79

5.3.8 Trục giữa (nguyên công 15) 79

5.3.9 Trục giữa (nguyên công 16) 79

5.3.10 Trục giữa (nguyên công 20, bước 1) 80

5.3.11 Mayơ (nguyên công 8, bước 1) 80

5.3.12 Mayơ (nguyên công 8, bước 2) 80

5.3.13 Mayơ (nguyên công 8, bước 3) 81

5.3.14 Mayơ (nguyên công 8, bước 4) 81

5.3.15 Mayơ (nguyên công 8, bước 5) 82

5.3.16 Mayơ (nguyên công 8, bước 5) 82

5.3.17 Bánh đá (nguyên công 3) 82

5.3.18 Teflon chặn 83

5.3.19 Kẹp nắp (nguyên công 3, bước 1) 83

5.3.20 Long đền động cơ (nguyên công 3, bước 1) 83

5.3.21 Bạc chặn khung trong (nguyên công 3, bước 3) 84

CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 85

6.1 Khảo nghiệm khả năng vận hành 85

6.2 Đánh giá thành phẩm 87

6.3 Hướng phát triển 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 94

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG TRANG

Bảng 4.1: Thực nghiệm do khối lượng riêng của cacao 33

Bảng 4.2: Khối lượng của các thành phần bền trong thùng 36

Bảng 6.1: Kết quả quá trình thực nghiệm 87

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, đất nước ta đang trong giai đoạn phát triển, thực hiện công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa Cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường, thì sức khỏe của người tiêu dùng cũng là một vấn đề cấp thiết đáng được quan tâm Do nhận thấy socola rất tốt cho sức khỏe, nó có thể giúp giảm 35% nguy cơ phát triển bệnh tim mạch, giảm 15% lượng cholesterol, giảm mức độ âu lo 10% so với thông thường và cải thiện trí nhớ Nhưng thói quen tiêu thụ socola của người Việt Nam là quá ít trung bình chưa tới 100g/năm Không những vậy giá thành socola ở Việt Nam còn rất đắt so với thu nhập của đại đa số gia đình người Việt Nam từ 60.000 tới 200.000 VNĐ/100g

Hiện nay tuy máy nghiền cacao con lăn đã có mặt trên thị trường nhưng hầu hết đều có công xuất lớn chỉ thích hợp cho các doanh nghiệp sản xuất socola vừa và nhỏ

Để giúp người dân Việt Nam có thể cải thiện chất lượng đời sống thì chúng em đã thiết kế, chế tạo máy nghiền cacao cỡ nhỏ có thể làm được 2kg/mẻ Việc tự tay làm ra một món ngon, hợp khẩu vị luôn là nhu cầu lớn của người Việt Và như vậy sẽ bớt được

dễ dàng Vệ sinh máy cũng là một ưu điểm so với các máy nghiền trên thị trường Trong đồ án chúng em sẽ tìm hiểu về một số đặc tính của cacao Việt Nam, một số máy nghiền socola có trên thế giới và Việt Nam, phương pháp chế biến socola quy mô

hộ gia đình, thiết kế, chế tạo máy và khảo nghiệm

Phần báo cáo thuyết minh bao gồm các chương:

- Chương 1: Giới thiệu

- Chương 2: Tổng quan giải pháp

- Chương 3: Phương pháp giải quyết

- Chương 4: Quy trình thiết kế

- Chương 5: Thi công

- Chương 6: Đánh giá kết quả và kết luận

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu về socola

1.1.1 Socola trên thế giới

Socola từ lâu đã trở thành thực phẩm được ưa chuộng bởi hương vị thơm ngon và những lợi ích mà nó mang lại cho sức khỏe như:

- Giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch

- Giảm cholesterol

- Giảm huyết áp

- Giảm âu lo và căng thẳng

- Giảm đau bụng khi phụ nữ tới tháng

Thành phần chính trong socola là cacao, một loại cây có xuất xứ từ vùng Mexico

và Trung Mĩ Được những người dân bản địa khám phá ra cách đây hàng nghìn năm, vào thời xa xưa socola thường xuất hiện trong các buổi lễ hội lớn dưới dạng lỏng và mọi người sẽ sử dụng chúng như là một loại thức uống

Hình 1.1: Người Maya là quốc gia đầu tiên sử dụng cacao

( Nguồn: https://halleluchocolate.com/)

Đến thế kỉ thứ XVI khi Columbus phát hiện ra Châu Mĩ, ông đã mang những cây cacao đầu tiên về Châu Âu và những quý tộc ở đây rất thích loại đồ uống này Từ đó mà

Hình 1.2: Khu vực sáng màu thể hiện các quốc gia trồng nhiều cacao trên thế giới

(Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

Brazil từng là nhà xuất khẩu hạt cacao lớn trên thế giới hơn 400.000 tấn vào những năm 80 nhưng số lượng này đã giảm hơn một nữa Giờ đây lượng cacao thu hoạch được chủ yếu phục vụ trong nước

Indonesia và Malaysia cũng là những nhà xuất khẩu cacao lớn trên thế giới, cacao

ở đây nổi tiếng nhờ chất lượng Nhưng hương vị lại tùy thuộc vào khí hậu và thổ nhưỡng của vùng trồng trọt Dạo gần đây sản lượng có giảm đôi chút do dịch bệnh mọt đục cành cũng như sự xuất hiện của loại cây có nhiều lợi nhuận hơn là cây cọ

1.1.2 Socola tại Việt Nam

Cây cacao được đem đến Việt Nam vào đầu thế kỉ XIX thông qua các nhà truyền giáo Châu Âu

Cây cacao được trồng tại nhiều tại Việt Nam ở một số khu vực như đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và một số tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ do các khu vực có cùng vĩ độ với Mexico và khu vực Trung Mĩ cho nên là các điều kiện khí hậu

và thổ nhưỡng cũng khá phù hợp để trồng cây cacao Tuy nhiên cacao Việt Nam không được biết đến rộng rãi trên thị trường quốc tế

Việt Nam tuy chỉ chiếm 0.1% sản lượng cacao trên toàn thế giới nhưng hạt cacao Việt Nam được đánh giá là có hương vị độc đáo rất riêng và thay đổi theo từng vùng sản xuất Mặc dù vậy lượng tiêu thụ socola trung bình tại Việt Nam là khoảng 100g/năm rất

ít nếu so với Mĩ một quốc gia rất ưa chuộng socola với lượng tiêu thị trung bình là 7kg/năm Hơn nữa là người Việt Nam có xu hướng chọn mua socola dạng thanh (bar) hơn là chọn dạng uống vì nó cho hương vị đậm hơn

6.5-Tuy nhiên Việt Nam cũng có một nhãn hiệu socola được nhiều trang báo uy tín trên thế giới như tờ THE NEW YORK TIME bình chọn là một trong những loại socola ngon nhất thế giới Đó là socola MAROU do 2 ông chủ người Tây sáng lập vào năm 2011 tại Sài Gòn

1.1.3 Một số đặc tính của socola Việt Nam

Cây cacao Việt Nam được đánh giá là có chất lượng tốt Hương vị của cacao phụ thuộc vào thời tiết và thổ nhưỡng của từng vùng cũng như quá trình chăm sóc cây cacao của nông dân Việt Nam tất cả các yếu tố này tạo nên hương vị đặc trưng của socola Việt Nam (Ví dụ như cây cacao được trồng tại Bà Rịa- Vũng Tàu có mùi thơm dịu nhẹ của cam bạch đậu khấu và quế)

Cây cacao được trồng nhiều ở Việt Nam là Trinitario là giống cây trồng hội tự đủ các ưu điểm của 2 loại cây phổ biến khác là Criollo và Forastero Tuy nhiên là mỗi vùng miền các cây trồng ra lại khác nhau một chút, có loại thì thiên về Criollo (vị sẽ nhẹ hơn)

có loại thì hơi thiên về Forastero hơn một chút (mùi sẽ ít thơm hơn nhưng vị sẽ đắng hơn) Điều đó tạo nên điều thú vị ở cacao Việt Nam

Khẩu vị của người Việt Nam thích những gì đậm vị và ngọt nên là các loại socola được bán trên thị trường thường có phần trăm cacao khá cao từ 65-70% và khá nhiều đường trong thành phần Socola thành phẩm có vị chua nhưng không quá nồng nhờ vào quá trình kiềm hóa (akalizing)

1.2 Quy trình sản xuất socola tại Việt Nam

Trên thế giới thì các quốc gia trồng ra cacao lại thường không trực tiếp sản xuất ra socola, có thể là do công nghệ ở đây lạc hậu không thể đảm nhận các phần việc chế biến thành phẩm mà vẫn đảm bảo về yếu tố vệ sinh an toàn thực phẩm nên họ thường chỉ làm đến phần phơi khô sau đó sẽ xuất khẩu sang các nước tiên tiến để chế biến ra thành cacao Dạo gần đây nhằm giảm tình trạng này thì người ta đã cố gắng tăng tỷ lệ nội địa hóa lên nhằm làm tăng thêm giá trị xuất khẩu

Quy trình sản xuất socola tại Việt Nam cũng vậy, còn rất thủ công, chưa có doanh nghiệp lớn nào đứng ra làm trung gian thu mua giữa người nông dân và các doanh nghiệp sản xuất socola Một phần là vì các nhà sản xuất socola thường sản xuất với quy mô khá khiêm tốn chỉ khoảng 100kg socola thành phẩm một ngày Thế nên họ phải đứng ra giám sát hết tất cả các công đoạn sản xuất từ việc tìm giống, hướng dẫn nông dân trồng trọt,

xử lý sau thu hoạch và sản xuất ra socola mà thuật ngữ trong ngành là BEAN-TO-BAR (TREE-TO-BAR)

Quy trình sản xuất có thể được tóm gọn lại thành sơ đồ như sau:

Trái ca cao tươi

Ép lấy bơ

Socola Nghiền

Trong đó có 4 công đoạn chính như sau:

- Lên men hạt cacao: hạt cacao được bỏ vào thùng gỗ bên trên đấp lá chuối trong 6-7 ngày

Hính 1.4: Hạt cacao sau khi được lên men (Nguồn: https://halleluchocolate.com/)

- Phơi hạt cacao: kéo dài từ 5-7 ngày, hạt cacao đạt chuẩn có độ ẩm từ 7-8%

Hình 1.5: Người nông dân đang phơi hạt cacao (Nguồn: https://halleluchocolate.com/)

- Rang hạt cacao: cacao được rang ở nhiệt 110- 140 độ tùy thuộc vào nhà sản xuất vì nhiệt độ khác nhau sẽ cho ra hương vị khác nhau

Hình 1.6: Cacao được rang ở nhiệt độ 120 ℃

(Nguồn: từ quá trình làm đồ án tốt nghiệp)

Hình 1.7 Hạt cacao sau khi rang đang được làm nguội (Nguồn: https://halleluchocolate.com/)

1.3 Temper

Đây là bước quan trọng nhất để tạo ra được một thanh socola ngon và hoàn chỉnh Sau nghiền socola sẽ ở dạng tinh thể 𝛽1, 𝛽2, 𝛽3, 𝛽4, 𝛽5 Ta đem hổn hợp socola vừa nghiền ra làm nóng tới nhiệt độ khoảng 42℃ để các tinh thể 𝛽1, 𝛽2, 𝛽4, 𝛽5 tan hết

chuyển hóa thành 𝛽3

- Sau đó trộn đều hỗn hợp trên ở nhiêt độ 26℃

Hình 1.10: Temper socola trên bề mặt đá lạnh (Nguồn: từ quá trình làm đồ án tốt nghiệp)

- Tiếp theo ta trộn đều hỗn hợp trên ở nhiệt độ 28℃ và giữ ở đó cho tới khi hỗn hợp socola bóng và mịn

- Sau cùng ta cho vào khuôn ( kết thúc quá trình temper)

Hình 1.11: Khuôn socola (Nguồn: từ quá trình làm đồ án tốt nghiệp)

1.4 Tính cấp thiết của đề tài

Chính vì việc làm ra một thanh socola nhiều công đoạn như vậy nhưng ở Việt Nam các công ty lại phải đảm đương toàn bộ tránh nhiệm (chưa có công ty trung gian nào có thể đứng ra thu mua hạt cacao từ người nông dân) từ việc kiểm soát nguồn nguyên liệu đầu vào (cây trồng, hạt cacao), việc chế biến sản xuất đến việc tìm kiếm đầu ra nên là giá thành socola ở Việt Nam còn rất đắt (có mức giá từ 60.000-200.000 đồng) Chưa tính đến thị phần của socola nhập khẩu thì mức giá còn cao hơn nữa (khoảng 150.000-300.000 đồng)

Hình 1.12: Giá một thanh socola đen 80gr của thương hiệu Stone Hill

(Nguồn: https://stonehill.vn/vi/)

Vì vậy mà socola từ lâu đã được xem như là món ăn cao cấp ở Việt Nam do giá thành khá cao so với mặt bằng chung thu nhập của người Việt Nam Thật vậy người Việt vẫn chưa sẵn sáng để chi tiêu và xem socola như là một món ăn vặt thường xuyên nên nhu cầu tiêu thụ của socola ở Việt Nam hiện nay ước khoảng 5.500 tấn/năm nhưng phần lớn là nhập khẩu Con số còn quá nhỏ so với quy mô dân số của Việt Nam

Nhưng mọi chuyện sẽ khác nếu như giá thành socola có thể giảm đi bằng cách người tiêu dùng có thể tự tay chế biến ra nhưng thanh socola tại nhà mà không tốn quá nhiều công sức Bằng cách này lượng tiêu thụ socola tại Việt Nam có thể tăng lên đáng

kể

Muốn làm được điều đó thì việc mỗi gia đình sở hữu một chiếc máy nghiền mini tại gia là một điều cần thiết và hoàn toàn khả thi Việc tự tay làm ra một món ngon, hợp khẩu vị luôn là nhu cầu lớn của người Việt

Để người tiêu dùng cảm thấy được sự thuận tiện trong việc sử dụng máy nghiền cacao thì cần có 2 yếu tố cần được đặt lên hàng đầu là NHỎ GỌN và DỄ SỬ DỤNG

đi cho người tiêu dùng Bước nghiền này là bước cuối cùng trước khi cacao được làm đông đặc lại Chính vì vậy mà máy được chế tạo để phục vụ cho quá trình sản xuất socola

ở dạng lỏng

Socola đã được ăn từ cách đây hàng trăm năm nên là những máy nghiền cacao cũng

đã có từ rất lâu Và chúng đã trải qua nhiều biến đổi, nâng cấp để nâng cao hương vị của socola cũng như là phù hợp hơn với những yêu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm ở hiện tại Tuy nhiên yêu cầu tiên quyết là những máy nghiền này phải cho ra dung dịch cacao

có các hạt không lớn hơn 30𝜇𝑚

Ngoài ra việc nghiền cacao còn có 2 mục đích khác thứ nhất là để tăng thêm hương

vị cho socola thành phẩm Sau khi cacao được lên men và rang thì đã tạo ra những thành phần cần thiết để làm nên hương vị cho socola Nhưng cũng tạo ra các axit, chất nhủ hóa không cần thiết cần phải bị loại bỏ thông qua quá trình bốc hơi nước khi nghiền Ngoài

ra đối với một số loại socola yêu cầu có vị như dâu, matcha,…thì các hương liệu cũng

sẽ được thêm vào trong lúc nghiền

Mục đích thứ 2 là để chuyển hóa các dạng bột thô, nhám, dễ vón cục thành chất lỏng vô định hình mà sẽ được dùng để tạo ra sản phẩm cuối cùng

2.1 Những máy nghiền đầu tiên

2.1.1 Cối đá

Người Maya là dân tộc đầu tiên sử dụng socola và khoảng năm 600 sau công nguyên nên là họ nghiền cacao bằng tay, dụng cụ nghiền của họ cũng rất thô sơ Chúng chỉ là những cái chày và cối được làm bằng đá

Hình 2.1: Dụng cụ nghiền đá cổ được tìm thấy ở Yucatan (Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

Hạt cacao sau khi được rang sẽ được cho lên dụng cụ này để nghiền, lực nghiền

sẽ tạo ra nhiệt làm chảy bơ cacao, cùng với đó là làm nát phần hạt bên ngoài

2.1.2 Máy nghiền dài trục ngang đời đầu

Thời kì cách mạng công nghiệp là thứ 1 diễn ra ở Châu Âu khi mà những máy hơi nước ra đời để thay thế sức lao động của con người thì những chiếc máy nghiền cacao cũng đã thay đổi theo hướng tự động hóa

Máy nghiền dài trục ngang được phát minh bởi Rudi Lindt Về cơ bản thì nó bao gồm một cái chày dạng dạng hình trụ dài nằm ngang và một cái cối hình dạng giống cái máng ngựa ôm theo biên dạng của cối Tất cả đều được là từ đá granite ( đá hoa cương) Sau này thì để tăng thêm năng xuất người ta gắng 4 cái cối vào 1 chày để chạy cùng một lúc

Hình 2.2: Máy nghiền đầu tiên ra đời (Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

Nguyên lý hoạt động: nguyên lý hoạt động của máy nghiền này khá đơn giản phần

cối chỉ việc lăn tới lui trong một khoảng thời gian dài (có khi là vài ngày) cho tới khi các hạt bên trong đạt được kích thước yêu cầu Để truyền động từ động cơ hơi nước sang máy thì người ta dùng dây đai bằng da

Ưu điểm:

- Thiết kế đơn giản

Nhược điểm:

- Thời gian nghiền lâu ( lên đến vài ngày)

- Năng xuất kém vì máy phần cối chỉ là nữa hình tròn nên không thể cho nhiều

socola vào nghiền cùng một lúc

- Khó kiểm soát nhiệt độ

Máy được thiết kế gồm có 1 trục dọc gắn với cánh tay nghiền ở trung tâm, bao

xung quanh là thùng chứa hình trụ tròn Trên đỉnh của máy sẽ không có nấp mục đích

là để hơi nước có thể bốc hơi

Hình 2.4: cơ cấu nghiền bên trong máy (Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

Nguyên lý hoạt động: máy có động cơ nằm ở dưới sẽ truyền động làm xoay trục

giữa 2 cánh tay nghiền của máy được gắn 2 cục đá nghiền granite Khi hoạt động các cánh tay nghiền sẽ chạy xung quanh 1 cối hình tròn cũng làm từ đá granite

Ưu điểm:

- Vận hành đơn giản

- Dễ sửa chửa

- Đảm bảo vệ sinh hơn so với máy nghiền trục ngang đời đầu

- Thời gian nghiền ngắn

- Dễ triển khai trong các nhà máy sản xuất hàng loạt

- Cacao có thể được cho vào và sau khi hoàn thành có thể rút ra một cách tự động

Hình 2.5: Máy nghiền trục dọc trong các nhà sản xuất lớn (Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

Nhược điểm:

- Khó kiểm soát nhiệt độ

- Không tối ưu hóa được năng xuất do cối đá nghiền còn nông, không thể

nghiền nhiều cacao trong một mẻ

- Chi phí sản xuất cao do cần nhiều vật liệu

2.2.2 Máy nghiền trục ngang cải tiến

Như máy máy nghiền trục ngang thế hệ đầu tiên, các trục quay của máy này nằm ngang, gồm có 3 trục và hoạt động cùng một lúc Tuy nhiên là giờ đây thay vì các trục nghiền được gắn đá granite thì máy đã sử dụng các lưỡi làm bằng kim loại Các trục này được thiết kế để các lưỡi không chạm vào nhau Phần vỏ bên ngoài sẽ được thiết kế ôm theo biên dạng của 3 trục này

Loại máy nghiền này còn có thể gắn thêm quạt ở trên để tăng thêm tốc độ bốc hơi của nước

Hình 2.6: Cơ cấu bên trong của máy nghiền (Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

Hình 2.7: 3 trục khi hoạt động cùng một lúc (Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

Nguyên lý hoạt động: khi hoạt động các cánh quạt của máy nghiền quay ngược

chiều nhau rất nhanh làm mịn phần cacao bên trong Khi quay chúng đánh phần cacao làm tóe lên nhờ vậy mà hơi nước bốc nhanh hơn

Ưu điểm

- Hiệu xuất cao từ 5-10 tấn một mẻ

- Thời gian nhanh (12 giờ nếu được gắn thêm quạt)

- An toàn cho người vận hành máy và hợp vệ sinh

- Cacao có thể được cho vào và sau khi hoàn thành có thể rút ra một cách tự động

- Có thể điều khiển được nhiệt độ nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ vỏ bên ngoài

Hình 2.8: Hệ thống máy nghiền bên trong nhà máy (Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

2.2.3 Máy nghiền trục vít

Thường được dùng để nghiền các socola có độ nhớt thấp, sau khi quá trình biến đổi mùi vị đã diễn ra ( tuy nhiên máy nghiền này có thể làm được tất cả các bước như là những máy nghiền khác)

Hình 2.9: Cấu tạo máy nghiền trục vít (Nguồn: The Science of Chocolate by Stephen T Beckett)

Nguyên lý hoạt động: cơ cấu máy gồm một trục vít giữa nằm ngang quay với tốc

độ nhanh ( rotor), phần vỏ ngoài đứng yên được thiết kế theo hình dạng xoắn của trục vít (stator) Vì rotor quay nhanh sẽ làm nhiệt độ cacao tăng lên hơn mức cần thiết nên các kỹ sư đã thiết kế phần vỏ ngoài có khả năng làm mát chủ động Khoảng không giữa rotor và stator rộng ở khúc đầu và sẽ ngày càng hẹp lại ở cuối để nghiền mịn socola Chính vì rotor quay nhanh nên là socola thành phẩm ra cũng rất nhanh không kịp bốc hơi nước nên là máy nghiền trục vít chỉ được sử dụng ở bước cuối hoặc là cùng lúc với các máy nghiền khác bằng cách là bơm một lượng socola đang nghiền bằng máy nghiền trục ngang sang máy nghiền trục vít để nghiền sau đó được bơm lại về máy nghiền trục ngang

Ưu điểm:

- Nghiền nhanh

- Mịn

Nhược điểm

- Dung dịch socola lỏng không thể bốc hơi nước khi đang nghiền

2.3 Máy nghiền socola ở Việt Nam

Trước khi tìm hiểu về các loại máy nghiền ở Việt Nam thì ta cần làm rõ sự khác biệt giữa khái niệm nghiền ở Việt Nam và thế giới Trên thế giới công đoạn nghiền được tiến hành sau khi cacao đã được xay mịn và có kích thước 30𝜇𝑚 việc nghiền chỉ gồm 3 giai đoạn là dry conching, pasty phase, liquid conching ( tạm dịch là nghiền khô, tạo paste, nghiền lỏng)

Trong khi đó ở Việt Nam các máy nghiền sẽ đảm nhận luôn vai trò của máy xay Tức là các hạt cacao khi cho vào máy nghiền sẽ có kích thước lớn hơn, trung bình là 5mm và ở cuối công đoạn sẽ vẫn cho ra dòng cacao lỏng có kích thước 30𝜇𝑚 tức là các máy nghiền có thể làm giảm kích thước các hạt xuống 100 lần

Hình 2.10: Hạt cacao trước khi nghiền (Nguồn: https://thoibaonganhang.vn/)

Như vậy thì sẽ giảm số lượng máy móc trong nhà xưởng, giảm chi phí đầu tư so với trên thế giới Tuy nhiên thời gian nghiền sẽ lâu hơn khoảng 48 giờ

2.3.1 Máy nghiền con lăn

Ở Việt Nam các cơ sở sản xuất socola chủ yếu sử dụng máy nghiền con lăn Chúng giống như máy nghiền trục dọc nhưng được điều chỉnh lại để giảm kích thước máy để tăng hiệu quả hoạt động Ngoài ra còn điểu chỉnh hình dạng đá granite ở cánh tay quay

và đáy nồi để đạt hiệu quả

Lý do các nhà sản xuất socola ở Việt Nam sử dụng máy nghiền trục thì như đã nói

ở trên máy có thể làm cả 2 công đoạn: sau khi nghiền ra cacao mass thì máy cũng có thể nghiền tiếp hỗn hợp trên thành socola

Hình 2.11: Máy nghiền socola điển hình ở Việt Nam

(Nguồn: https://vnaco.com)

2.3.2 Phân loại

Vì ở Việt Nam chủ yếu sử dụng loại máy này nên người ta chỉ phân loại theo khối lượng thành phẩm Từ những máy lớn có thể sản xuất 18-20kg một mẻ phục vụ cho các doanh nghiệp sản xuất socola lớn đến các loại nhỏ hơn phục vụ các mô hình sản xuất quy mô vừa và nhỏ

Lý do mà Việt Nam không sản xuất các máy lớn hơn là vì quy mô tiêu thị trường cũng như lượng tiêu thụ socola ở Việt Nam còn rất khiêm tốn như đã có nói ở chương 1 Cho nên là các doanh nghiệp sản xuất socola ở Việt Nam đánh mạnh vào chất lượng để

bù cho số lượng biến socola thành một món ăn cao cấp

2.4 Các tiêu chí lựa chọn máy nghiền phù hợp quy mô hộ gia đình

Việc tìm ra các yếu tố của máy nghiền phù hợp với tiêu chí của mô hình sản xuất

socola tại gia rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến quyết định có mua sản phẩm

hay không và trải nghiệm của người dùng sau khi mua máy

Khác với mô hình sản xuất của các nhà máy nơi mà lợi nhuận được đặt lên hàng

đầu thì khối lượng một mẻ và thời gian nghiền sẽ được ưu tiên, trong khi đó đối với

gia đình yếu tố tiện lợi luôn được ưu tiên Từ đó suy ra được một máy nghiền socola quy

mô gia đình phải đáp ứng 3 yêu tố:

- Nhỏ, nhẹ

- Dễ vệ sinh

- Dễ thao tác

2kg là phù hợp với quy mô gia đình vì một mẻ như vậy có thể để ăn dần trong từ

4-6 tháng (socola để lâu rất khó hư) Nếu ít hơn thì sản lượng một mẻ ra thấp thì tần suất

nghiền sẽ tăng lên từ đó sinh ra suy nghĩ lười không muốn làm của người dùng Trong

khi đó nếu tăng khối lượng một mẻ lên thì sẽ làm tăng kích thước và trọng lượng thực tế

của máy, từ đó làm giảm đi tính tiện lợi của máy nên không phù hợp với quy mô gia

đình Vì người dùng không thích có một chiếc máy quá to trong căn bếp của họ

Khi tháo lắp vệ sinh máy cần phải hạn chế việc sử dụng các công cụ hỗ trợ (cờ lê,

tua vít,…) và hạn chế tháo nhỏ từng linh kiện nhất có thể Như vậy sẽ tăng tính tiện lợi

cho sản phẩm, hướng đến sự thoải mái cho người dùng

Các nút bấm trên máy không được quá nhiều Làm cho thao tác vận hành máy trở

nên rối rắm phức tạp Sinh ra tâm lí chán nản cho người dùng khi phải học các vận hình

một máy mới trong nhà Từ đó ảnh hưởng đến quyết định mua máy của người tiêu dùng

CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

Để thiết kế máy nghiền cacao 2kg/ mẻ, dễ dàng sử dụng và vệ sinh máy cho các

bà nội trợ thì ta sử dụng máy có trục nghiền cấu tạo bởi 2 con lăn bằng vật liệu đá tự nhiên, cấu tạo trục nghiền còn giúp thực hiện chức năng như là máy Conching (Máy nghiền con lăn) như hình 3.1

3.1 Nguyên lý hoạt động

Máy nghiền con lăn bằng đá làm cho các hạt cacao có kích thước trung bình 5mm giảm xuống thành các hạt mịn có kích thước 30𝜇𝑚 Trong quá trình nghiền mịn hạt cacao ta cho thêm các nguyên liệu khác như đường, bơ cacao, sữa Sau nghiền tiếp đến khi đạt được độ mịn yêu cầu Kích thước các hạt socola giảm xuống 30𝜇𝑚 ở giai đoạn này sẽ giúp cải thiện đáng kể độ hạt khi lưỡi cảm nhận.Quá trình này sẽ mất khoản 48h

sẽ có được hỗn hợp như hình

Hình 3.1: Hỗn hợp cacao sau khi nghiền (Nguồn: https://www.palsgaard.com)

Nếu quá trình conching chuẩn, độ nhớt (viscosity) của socola cũng được giảm, chủ yếu là do sự bốc hơi của nước để đạt được độ ẩm dưới 1% Và ta sẽ có được một hỗn hợp đồng nhất là socola nóng ở nhiệt độ 40 độ C

3.2 Đặc trưng

Máy sử dụng các thiết bị được làm từ các vật liệu tự nhiên và an toàn sức khỏe cho người tiêu dùng như inox 304, inox 201, đá granite và tefflon Tích hợp quá trình nghiền cacao và quá trình conching giúp người tiêu dùng thuận tiện hơn trong việc chế tạo socola tại nhà Conching là công đoạn vô cùng cần thiết trong quá trình sản xuất chocolate, nhằm giảm độ đắng và lượng axit trong hỗn hợp nguyên liệu Ở công đoạn này sẽ làm tách bơ cacao đặc và tạo cho chocolate mùi vị cân bằng, không quá đắng để cho ra thành phẩm cuối cùng

Đồng thời, tách lượng độ ẩm còn lại và làm axit bay hơi đi, máy còn làm cho hỗn hợp trở nên mịn như lụa và có hương vị hoàn hảo

Đây chính là loại đá rất dễ sử dụng và bảo dưỡng đá rất khó bị trầy do các tác động bình thường bên ngoài môi trường

đã dùng thử hợp chất tetrafloetilen làm khí sinh hàn cho máy lạnh Và chính nhờ sự thử nghiệm này ông đã tìm ra Teflon khi phát hiện ra 1 lớp nhựa bám chặt trong bình thép chứa khí nén trơ nhiệt và mọi hóa chất mà Plunkett thử

Hình 3.3: Một số kiểu teflon trên thị trường hiện nay

(Nguồn: https://auvietco.com.vn/)

Hình 3.4: Một số ứng dụng của teflon (Nguồn: https://auvietco.com.vn/)

3.2.3 Inox 304

nay Inox 304 còn được gọi dưới những cái tên là SUS 304, thép không gỉ 304, inox 304

Thành phần của SUS 304 có thành phần Niken trên 8.1% và Mangan chỉ 1% So với các loại inox khác như INOX 201 chỉ có ~4.5% Niken và 7,1% Mangan (sản xuất tiết kiệm Niken và dùng Mangan để thay thế) để giảm giá thành sản phẩm do giá của Niken đắt hơn so với các thành phần còn lại

Ngoài những đặc tính do các thành phần tạo thành như bền bỉ, cứng chắc và khả năng chịu lực tốt, chống gỉ trong các môi trường ăn mòn cao tốt… Thì inox 304 còn có tính thẫm mỹ cao do tính sáng bóng và màu sắc phản quang đặc biệt

3.2.4 Inox 201

Inox 201 là loại hợp kim thuộc dòng Austenit (gồm hợp kim nickel và hợp kim chromium) có chứa lượng mangan, nitrogen cao và lượng niken thấp hơn loại Inox 304

cho loại thép không gỉ 201 cứng hơn với loại Inox 304 Loại inox này có độ chống ăn mòn và chống oxy hóa cao, chỉ sau Inox 304

Kim loại này có thể gia công theo nhiều hình thức như: uốn cong, cắt và hàn Inox

201 còn dùng để sản xuất nhiều bộ phận khác nhau Gia công nguội sẽ tăng cường cường

độ và độ cứng, do đó có thể làm cho nó cứng trở lại dễ hơn loại 304 vì nó có độ dẻo hình dạng thấp hơn loại inox 304

Có nhiều biến thể: Các mức carbon, mangan, nitơ và niken khác nhau xác định các biến thể khác nhau của hợp kim này Mỗi biến thể có thể mang lại lợi ích hoặc hạn chế tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể

3.2.5 Ưu điểm

 Tháo lắp và vệ sinh đơn giản

 Nhỏ gọn dễ sử dụng và an toàn cho người tiêu dùng

 Đá granite :

- Độ cứng cao: Sau kim cương, và một số loại đá quý, đá granite chính là sản

phẩm tự nhiên cứng nhất ở trên trái đất

- Ít thấm nước: Vì cấu trúc của đá khá khít so với các loại đá tự nhiên khác nên

đá Granite ít thấm nước, điều này mang tới cho chúng rất nhiều lợi thế như: Dễ

vệ sinh, ít bị các vết bẩn dung dịch, ít bị ố màu,ít bị ẩm mốc,…

- Ít bị ăn mòn hoá học: Không giống như các loại đá tự nhiên có cấu tạo thành

phần chính là canxit và các đá giàu cacbon sẽ dễ dàng bị ăn mòn bởi các axit,

kể cả các axit yếu trong thực phẩm như: Chanh, dấm,… Với đá Granite bạn sẽ không phải lo lắng nhiều về điều này, vì vậy các ứng dụng với bàn, bếp sẽ rất thích hợp nếu sử dụng đá Granite

- An toàn, thân thiện: Đá granite chính là sản phẩm của tự nhiên, và không chứa

hóa chất gây hại cho sức khỏe

- Duy trì vẻ đẹp lâu dài: Do đá có độ cứng, độ bền tốt nhất trong các loại đá tự

nhiên nên chỉ cần ta vệ sinh sau khi sử dụng đá sẽ có vẻ đẹp sáng lâu dài

 Teflon:

- Teflon có khả năng chịu nhiệt cao và không cháy, điều mà rất ít loại nhựa hiện nay có thể làm được

- Teflon có khả năng cách điện tuyệt vời

- Teflon có hệ số ma sát cực kỳ nhỏ chỉ 0,04 bền sau kim cương chính vì thế nó

có khả năng chịu mài mòn tốt

- Do Teflon không phản ứng với bất kỳ chất nào nên gần như không chịu tác động bởi những chất có thành phần hóa học, trơ với dung môi hóa chất, kiềm…

- Chống thấm tốt, ít bị lão hóa trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt

- Không bị biến đổi trạng thái, thành phần hóa học trong ngưỡng nhiệt 200 –

- Inox 304 có khả năng dát mỏng rất tốt, có thể thực hiện khi cả không cần gia

nhiệt Các hành động như uốn, nắn và tạo hình cũng dễ dàng

 Inox 201:

- Giá thành thấp kèm những đặc tính giống và chỉ xếp sau inox 304

3.2.6 Nhược điểm

 Thời gian nghiền lâu

 Vì là các vật liệu an toàn vệ sinh thực phẩm nên giá thành sẽ cao ở một số chi tiết

Hình 4.1: Sơ đồ máy nghiền cacao (Nguồn: từ quá trình làm đồ án tốt nghiệp)

Cấu tạo : 1: Con lăn; 2: Thanh truyền động ngang ; 3: Bàn đá; 4: Thùng; 5: May ơ; 6: Trục giữa; 7:Trục truyền động chính; 8: Hộp giảm tốc

 Nguyên lý hoạt động của máy:

Khi đóng công tắc thiết bị, động cơ truyền động cho trục chính (7) được gắn với mayơ (5) làm cho bàn đá (3) quay, lực ma sát giữa con lăn (1) và bàn đá (3) làm cho con lăn chuyển động Cacao trong buồng nghiền dưới tác dụng của lực nén,

ép của con lăn và ma sát giữa con lăn với vật liệu, giữa vật liệu với bàn đá mà vật liệu được nghiền nhỏ