Khảo sát và đề xuất biện pháp tăng tốc độ lắng trong qui trình sản xuất bột gạo

Khảo sát và đề xuất biện pháp tăng tốc độ lắng trong qui trình sản xuất bột gạo.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn đính kèm sau đây với tựa đề tài: “KHẢO SÁT VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP TĂNG TỐC ĐỘ LẮNG TRONG QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT GẠO” do sinh viên TRẦN THANH BÌNH thực hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm và thông qua

Cần Thơ, ngày tháng năm 2007

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Thành thật biết ơn cán bộ phòng thí nghiệm và các bạn sinh viên lớp Công nghệ thực phẩm K28 đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến và tạo điều kiện tốt để tôi thực hiện đề tài luận văn này đúng thời gian cho phép

Chân thành cám ơn!

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

M ục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là khảo sát tốc độ lắng của hạt bột từ đó đề xuất

bi ện pháp tăng tốc độ lắng nhằm rút ngắn thời gian lắng trong qui trình sản xuất bột gạo

Đề tài tập trung khảo sát tốc độ lắng của hạt bột trong quá trình lắng trọng lực và lắng ly

tâm b ằng cách đo hàm lượng bột chưa lắng theo thời gian đồng thời cũng làm rõ ảnh

h ưởng của việc kéo dài thời gian lắng đến độ chua của bột Đề tài cũng khảo sát khả

n ăng tách cặn của xyclon thủy lực bằng cách đo kích thước hạt bột sau mỗi lần tách dựa

vào kích th ước của bột thương mại làm chuẩn

K ết quả nghiên cứu cho thấy rõ ở lắng ly tâm sẽ rút ngắn thời gian lắng rất nhiều lần so

v ới lắng trọng lực và xyclon thủy lực làm việc có hiệu quả với hệ thống 5 xyclon

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH SÁCH BẢNG iii

DANH SÁCH HÌNH iv

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

1.3 Nội dung nghiên cứu 1

CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Sơ lược về gạo và tấm 2

2.1.1 Gạo 2

2.1.2 Tấm 2

2.2 Hạt tinh bột 2

2.2.1 Hình dáng và kích thước 2

2.2.2 Cấu tạo hạt tinh bột 3

2.2.3 Một số tính chất của hạt tinh bột 4

2.3 Khái quát công nghệ sản xuất tinh bột 5

2.3.1 Qui trình sản xuất 5

2.3.2 Thuyết minh qui trình 6

2.4 Quá trình lắng và xyclon thuỷ lực 9

2.4.1 Lắng trong trường lực ly tâm 9

2.4.2 Xyclon thuỷ lực 11

CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 13

3.1 Thời gian thí nghiệm 13

3.2 Địa điểm thí nghiệm 13

3.3 Phương tiện thí nghiệm 13

3.3.1 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 13

3.3.2 Hoá chất 13

3.3.3 Nguyên liệu 13

3.4 Nội dung thí nghiệm 13

3.4.2 Thí nghiệm 1 13

3.4.3 Thí nghiệm 2 14

3.4.1 Thí nghiệm 3 14

3.4.4 Thí ngiệm 4 15

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17

4.1 Khảo sát tốc độ lắng và ảnh hưởng của tốc độ lắng của hạt bột trong trường trọng lực 17

4.1.1 Khảo sát độ acid của bột thay đổi theo thời gian lắng 17

4.1.2 Khảo sát tốc độ lắng và lượng bột sót 17

4.2 Khảo sát tốc độ lắng của hạt bột trong trường lực ly tâm của máy ly tâm 18

4.3 Khảo sát kích cỡ hạt bột và chọn kích thước cho xyclon thủy lực 19

4.4 Khảo sát hiệu quả làm việc của xyclon thủy lực 23

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 34

5.1 Kết luận 34

5.2 Đề nghị 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 PHỤ LỤC

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Thành phần hoá học của gạo 2

Bảng 2: Độ acid thay đổi theo thời gian lắng 17

Bảng 3: Vận tốc lắng của hạt bột trong lắng trọng lực 17

Bảng 4: Lượng bột sót trong quá trình lắng trọng lực 18

Bảng 5: Lượng bột sót trong quá trình lắng ly tâm ở 1500 v/phút 18

Bảng 6: Kích thước các hạt bột của bột thương mại 19

Bảng 7: Kích thước các hạt của bột chưa tách cặn 20

Bảng 8: Kích thước của các hạt bột chưa qua xyclon 23

Bảng 9: Kích thước của các hạt bột qua xyclon 1 lần 24

Bảng 10: Kích thước các hạt bột sau khi qua xyclon 2 lần 25

Bảng 11: Kích thước các hạt bột sau khi qua xyclon 3 lần 26

Bảng 12: Kích thước các hạt bột sau khi qua xyclon 4 lần 27

Bảng 13: Kích thước các hạt bột sau khi qua xyclon 5 lần 28

Bảng 14: Kích thước các hạt của bột cặn chưa qua xử lí 29

Bảng 15: Kích thước các hạt bột cặn sau khi thu hồi 1 lần 30

Bảng 16: Kích thước các hạt bột cặn sau khi thu hồi 2 lần 31

Bảng 17: Thể tích cặn được tách ra 32

Bảng 18: Năng suất làm việc của xylon 32

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Hạt tinh bột 3

Hình 2: Cấu trúc Amylose và amylopectin 3

Hình 3: Mô hình xyclon thuỷ lực 15

Hình 4: Đồ thị biểu diễn độ bột sót giữa lắng trọng lực và lắng ly tâm theo thời gian 19

Hình 5: Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt của bột thuơng mại theo % khối lượng 20

Hình 6: Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt của bột chưa tách cặn theo % khối lượng 21

Hình 7: Xyclon thủy lực 22

Hình 8: Đồ thị biếu diễn kích cỡ các hạt bột chưa qua tách cặn theo % khối lượng 23

Hình 9: Đồ thị biểu diễn kích thước hạt bột qua xyclon một lần theo % khối lượng 24

Hình 10: Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt bột qua xyclon 2 lần theo % khối lượng 25

Hình 11: Đồ thị biểu diễn kích thước hạt bột qua xyclon 3 lần theo % khối lượng 26

Hình 12: Đồ thị biểu diễn kích thước hạt bột qua xyclon 4 lần theo % khối lượng 27

Hình 13: Đồ thị biểu diễn kích thước hạt bột qua xyclon 5 lần theo % khối lượng 28

Hình 14: Đồ thị biểu diễn kích thước các hạt bột cặn chưa qua xử lí theo % khối luợng 29

Hình 15: Đồ thị biểu diễn kích thước các hạt bột cặn qua xử lí 1 lần theo % khối luợng 30

Hình 16: Đồ thị biểu diễn kích thước các hạt bột cặn qua xử lí 2 lần theo % khối luợng 31

Hình 17: Sơ đồ tóm tắt công đoạn lắng bằng lực ly tâm 33

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Do lợi thế về nguồn nguyên liệu lúa gạo khá dồi dào và tận dụng được tấm, một dạng phụ phẩm trong sản xuất gạo nên ngành nghề sản xuất tinh bột ở nước ta hiện nay khá phát triển

Tinh bột gạo được sản xuất từ gạo, tấm có vai trò quan trọng trong sản xuất thực phẩm và các ngành công nghiệp khác như: công nghiệp giấy, dược, Tinh bột gạo sau khi sản xuất trên thị trường được gọi là bột gạo lọc có ưu điểm là tiện lợi dễ sử dụng, lại có thể sử dụng ở dạng tươi (còn ướt) hay ở dạng khô

Việc sản xuất bột gạo lọc ở qui mô công nghiệp hay thủ công đều được Nhưng do sản xuất ở qui mô thủ công cần vốn đầu tư thấp phù hợp với điều kiện kinh tế nhiều gia đình nên phổ biến hơn

Dù sản xuất ở qui mô thủ công hay công nghiệp thì hiện nay qui trình sản xuất còn tốn nhiều thời gian, đặc biệt là công đoạn lắng cần thời gian dài ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, làm sản phẩm bị chua đồng thời cũng làm giảm hiệu quả kinh tế trong sản xuất

- Khảo sát độ chua của bột theo thời gian lắng

- Chọn kích thước cho xyclon và khảo sát hiệu quả làm việc của xyclon

CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược về gạo và tấm

Gạo là sản phẩm được chế biến từ lúa qua quá trình xay xát và phân loại Chất lượng của gạo chịu ảnh hưởng của chất lượng lúa và công nghệ xay xát

Gạo có thành phần hoá học như sau

Bảng 1: Thành phần hoá học của gạo (có trong 100g kể cả thải bỏ)

Thành phần hoá học Gạo Gạo nếp

29,6 102,4 1,3

0,1 0,03 1,6

98,5

13,8 8,0 1,5 73,8 0,6 0,8

31,5 96,5

2.2 Hạt tinh bột

Hình 1: Hạt tinh bột

(http://images.google.com.vn/images?q=%22starch%22&ndsp=20&svnum=10&hl=vi&start=40&sa=N)

Hạt tinh bột gạo có hình đa giác, kích thước từ 2 – 10 µm là hạt có kích thước nhỏ nhất trong các loại hạt tinh bột Kích thước này có ảnh hưởng đến các tính chất vật

lý và hoá học của hạt tinh bột (Nhan Minh Trí và V ũ Trường Sơn, 2000).

Tinh bột có công thức phân tử là (C6H10O5)n Được cấu tạo từ hai thành phần chủ yếu: amylose và amylopectin Tuỳ theo nguyên liệu sản xuất tinh bột, mà tinh bột chứa amylose và amylopectin với tỷ lệ khác nhau Ở gạo tỷ lệ đó khoảng 18,5% amylose và 81,5% amylopectin

Phân tử amylose có cấu tạo mạch thẳng không phân nhánh, mỗi mạch có từ 200 đến hàng nghìn gốc glucose liên kết với nhau theo liên kết α-1,4 glucozid Amylose có trọng lượng phân tử khoảng 50.000 ÷ 160.000 Do cấu trúc mạch thẳng amylose có số gốc hydroxyl tự do nhiều nên dễ hoà tan trong nước ấm Trong khi ở điều kiện bình thường chúng thường ở dạng tinh thể

mỗi nhánh có không quá 24 gốc glucose Amylose pectin có khối lượng khoảng 2

÷ 4.108, tan trong nước ở nhiệt độ cao tạo thành dung dịch có độ nhớt cao và rất bền vững (Nhan Minh Trí và V ũ Trường Sơn, 2000).

b Tính hoà tan và hút ẩm

Ở nhiệt độ thường tinh bột không có khả năng hoà tan trong nước, cồn, ete, banzen, cloroform Tinh bột có khả năng hoà tan trong dung dịch kiềm và dung dịch của một số kim loại nặng, riêng thành phần amylose của tinh bột có khả năng hoà tan trong nước ấm

Tuy không hoà tan nhưng trong nước tinh bột vẫn hút 25 ÷ 30 % nước và hầu như không trương nở tinh bột

c Tính hồ hoá của tinh bột

Khi đun nóng tinh bột trong nước, tính chất vật lý của tinh bột biến đổi nhiều, ở trạng thái này độ nhớt và khả năng xuyên sáng của dung dịch tinh bột tăng lên rất

rõ, chất khô hoà tan bị hao hụt 4% Thể tích hạt tinh bột tăng lên rất nhiều lần cho đến khi hạt tinh bột bị rách và giải phóng các thành phần amylose và amylopetin ở dạng cấu trúc vô định hình, nhiệt độ ở trạng thái này gọi là nhiệt độ hồ hoá

Sự hồ hoá tinh bột không xảy ra ở nhiệt độ nhất định mà thay đổi tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố, thường nhiệt độ hồ hoá trong khoảng 68 ÷ 780C

d Tính chất thoái hoá của tinh bột

Đây là quá trình ngược lại của sự hồ hoá Nếu dung dịch từ tinh bột được làm nguội từ từ và sau đó giữ ở nhiệt độ nhỏ hơn 350C, tinh bột mất tính hoà tan, nước trong tinh bột tách ra,tinh bột ở trạng thái kết tủa và lắng xuống dưới dạng tinh thể

Sự thoái hoá của tinh bột chủ yếu do thành phần amylose của tinh bột gây nên

(Nhan Minh Trí và V ũ Trường Sơn, 2000).

2.3 Khái quát công nghệ sản xuất tinh bột

2.3.2 Thuy ết minh qui trình

b Ngâm

Nguyên liệu được ngâm trong các bể xi măng hoặc các lu, ngâm với nước tự nhiên nhằm làm sạch bớt một phần chất bẩn và cám bên ngoài Khi ngâm các chất dính bên ngoài hạt gạo sẽ trôi ra nước ngâm, theo nước ngâm ra ngoài

Hoà tan một số chất màu: có một số chất màu ở phần vỏ cám của gạo sẽ làm sậm màu bột nếu không được lấy ra Ngâm, vo gạo có thể lấy ra được phần lớn các chất màu này

Làm cho nguyên liệu mềm để xay dễ dàng, đây là tác dụng quan trọng nhất của ngâm Hạt gạo, tấm hút nước thấm vào bên trong tế bào và vào khoảng trống giữa các tế bào, làm cho tế bào mềm hơn, đồng thời các tế bào ướt sẽ rời ra, vì vậy sau khi ngâm đủ thời gian hạt gạo trở nên hạt gạo trở nên dễ xay hơn rất nhiều

c Rửa

Rửa trong nước sạch giúp loại bỏ tạp chất, cám, được tách ra trong quá trình ngâm, việc rửa kỹ sẽ làm các tạp chất tách ra hoàn toàn Tạp chất: cát, đá, đất, không những ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm mà còn ảnh hưởng tới thiết bị trong quá trình nghiền

Công đoạn rửa có thể rửa bằng tay hoặc dùng máy rửa có cách khuấy Thời gian rửa sẽ tuỳ theo gạo bẩn nhiều hay ít Lượng nước sử dụng khoảng 200 – 400% so với nguyên liệu

d Nghiền

Nhằm phá vỡ tế bào giúp các hạt tinh bột dễ dàng thoát ra ngoài Sau khi tế bào được phá vở, các hạt tinh bột trôi ra ngoài Tuy vậy, vẫn còn sót lại một số hạt tinh bột còn kết dính với nhau gây ảnh hưởng tới quá trình thu hồi tinh bột do vậy khâu

này có ý nghĩa quan trọng đến hiệu suất thu hồi tinh bột nên cần nghiền mịn và đồng đều hiệu suất thu hồi sẽ cao

Thiết bị sử dụng để nghiền có thể là cối xay đá hoặc máy nghiền búa làm việc liên tục

f Khuấy (Đánh tơi)

Nhằm tách các hạt tinh bột còn dính trên vách tế bào ra thành tinh bột tự do đồng thời làm tăng khả năng hoà tan của các chất màu vào nước để tách ra khi lắng Thời gian khuấy khoảng 20 phút Tốc độ quay của cánh chân vịt khoảng 600vòng/phút Khi cánh khuấy quay tạo sự đảo trộn mạnh, sự va đập giữa các chất

lơ lững (tinh bột, tế bào vỡ, tế bào nguyên) làm tách các hạt tinh bột tự do ra

g Múc dịch sữa bột (Lắng tách bã)

Là quá trình tách riêng dịch bột ra khỏi tạp chất dựa vào vận tốc lắng khác nhau của hai thành phần trong hệ huyền phù Mục đích là tạo ra tinh bột sạch phục vụ cho quá trình lắng sản phẩm, tách riêng hoàn toàn lớp cặn Khối dịch bột sau khi khuấy được cho vào lu múc bột đã có sẵn nước lắng rồi tiến hành múc, có hai kiểu múc: múc bột ba lần và múc bột bốn lần

* Ưu, nhược điểm:

- Đơn giản, không tốn chi phí thiết bị

- Tốn thời gian, cần nhiều lu

- Bột bị chua vì thời gian lắng lâu, có thể bị sậm màu vì thời gian dài các chất màu bám chặt vào tinh bột

Phèn có thể rút ngắn thời gian lắng nhưng để lại dư lượng làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng tinh bột, không phù hợp với tiêu chuẩn nhập khẩu của nhiều nước

* Sấy

Phương pháp này không phụ thuộc thời tiết nên chất lượng bột được đảm bảo hơn đồng thời năng suất cao hơn phơi (tuỳ thuộc vào năng suất lò sấy)

Nhược điểm: chi phí đầu tư cao, tốn nhiên liệu

Khi sấy cần chú ý nhiệt độ, tránh hiện tượng hồ hoá tinh bột xảy ra

- Độ mịn: không nhỏ hơn 99% qua sàng 100 mesh

- Độ chua: không quá 30 0T

- Hàm lượng protein: không quá 0,5% (Nhan Minh Trí và V ăn Minh Nhựt, 2006).

2.4 Quá trình lắng và xyclon thuỷ lực

Nguyên tắc chung: một vật có khối lượng m đứng cách tâm O khoảng r và quay xung quanh tâm O đó với tốc độ góc ω thì sinh ra lực ly tâm:

So sánh lực ly tâm với lực trọng trường như sau:

m

r m G

.

ωω

G: Trọng lực

Φ: gọi là yếu tố phân ly

Vậy lực ly tâm lớn hơn lực trọng trường Φ lần

- Khi lắng trong môi trường chảy dòng, tức Re < 2 thì vận tốc lắng được tính theo công thức:

w r 18

) (

d w

Trong đó wo: tốc độ lắng trong trường trọng lực, như vậy tốc độ lắng trong trường

ly tâm bằng tốc độ lắng trong trường trọng lực nhân với yếu tố phân ly

Ta có: 2 3 3

3

) (

d Re

µ

ρρρ

ξ

Ar Φ ≤ 36 → Re =

18 Ar.Φ

- Lắng trong chế độ quá độ và chảy rối

ρ

µϕd.

Re.

ϕ: hệ số tính đến ảnh hưởng của hình dạng hạt, hạt hình cầu ϕ = 1

+ Re trong chế độ chảy quá độ

2 < Re < 500

36 ≤ Ar Φ ≤ 84000 →

715 , 0

+ Re trong chế độ chảy rối

d2: đường kính ống tháo nước trong (ống tâm)

d3: đường kính cửa tháo bùn (huyền phù đậm đặc)

Như trên đã nói, thường chọn: d3/d2 = 0,37 ÷ 0,4

Và theo kinh nghiệm: d3 = (0,14 ÷ 0,3)D

d2 = (0,2 ÷ 0,167)D D: đường kính xyclon thuỷ lực

P 2

V 4 d

ρπ

ϕ: hệ số lưu lượng

h

ρ : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3

Mối quan hệ giữa năng suất, áp suất và kích thước của xyclon thuỷ lực như sau:

3

2 1

D.d 2 2

.g H.

V

CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

3.1 Thời gian thí nghiệm

Khảo sát được thực hiện trong thời gian từ: 26/2/2007 – 18/5/2007

3.2 Địa điểm thí nghiệm

Khảo sát được thực hiện tại phòng thí nghiệm của bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ

3.3 Phương tiện thí nghiệm

Gạo hoặc tấm, bột gạo lọc

3.4 Nội dung thí nghiệm

b ột trong trường trọng lực

a Khảo sát độ acid của bột thay đổi theo thời gian lắng

- Mục đích: Xác định độ acid cũng như độ chua biến đổi theo thời gian lắng của bột để thấy rõ ưu điểm của việc lắng trong trường lực ly tâm

- Tiến hành thí nghiệm: Bột được nghiền sau mỗi đơn vị thời gian lấy một thể tích chính xác để chuẩn độ với dung dịch NaOH 0,1N Đồng thời lấy mẫu đo pH bằng máy đo pH

- Ghi nhận kết quả: Độ acid của bột trong từng khoảng thời gian lắng và giá trị pH

- Ghi nhận kết quả

+ Tốc độ lắng của các hạt bột

+ Lượng bột sót theo thời gian

- Ghi nhận kết quả: Khối lượng bột sót thay đổi theo thời gian

lực

- Mục đích: xác định kích cỡ của các hạt bột từ đó chọn ra kích thước cho xyclon thủy lực