Đang tải... (xem toàn văn)
Lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD)
1 1. Tính cấp thiết của đề tài Chè là loại đồ uống phổ biến ở nhiều nớc trên thế giới. Tỷ lệ chè đen đợc sản xuất và tiêu thụ chiếm tới 75% tổng sản lợng chè thế giới. Lên men chè trong sản xuất chè đen là một trong những giai đoạn quan trọng để tạo ra sản phẩm chè có chất lợng cao. ở Việt Nam hiện nay, quá trình lên men trong sản xuất chè đen orthodox (OTD) chủ yếu đợc thực hiện bằng phơng pháp thủ công gián đoạn, năng suất thấp, cờng độ lao động cao, rất khó khăn cho việc cơ giới hoá và đặc biệt chất lợng sản phẩm không ổn định. Trong nớc, ngoài một số nhà máy đã sử dụng máy lên men liên tục của ấn Độ để sản suất chè đen CTC, còn cha có nhà máy sản xuất chè đen OTD nào sử dụng máy lên men và đến nay Việt Nam cũng cha nơi nào sản xuất máy lên men liên tục. Xuất phát từ những yêu cầu cấp bách trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: Lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD). 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD), nhằm từng bớc hiện đại hóa công nghiệp chế biến chè của Việt nam, góp phần ổn định và nâng cao chất lợng chè đen xuất khẩu. 3. Đối tợng, phạm vi nghiên cứu Công nghệ và thiết bị sản xuất chè đen OTD và CTC hiện nay ở một số nhà máy chè đen tại Việt Nam. Từ đó lựa chọn mô hình, thiết kế để chế tạo máy lên men liên tục LMC-BK21. Xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD) trên máy lên men LMC-BK21, nhằm tìm ra chế độ công nghệ tối u cho quá trình lên men. 2 Nguyên liệu là lá chè tơi loại B theo TCVN giống trung du trồng ở tỉnh Phú Thọ. Lấy mẫu lá chè theo thời gian lên men và sấy khô để phân tích thành phần hoá học và các chỉ tiêu chất lợng cảm quan của chè thành phẩm. ứng dụng sản xuất thử nghiệm trên máy lên men LMC-BK21 theo mô hình tối u. Máy đợc lắp đặt tại xởng thực nghiệm của Viện Khoa học Nông lâm nghiệp Miền núi phía Bắc. 4. ý nghĩa khoa học & thực tiễn của kết quả nghiên cứu - Luận án chứng minh đợc chè đen OTD có thể lên men liên tục trong điều kiện Việt Nam, là loại hình mới trong công nghệ chè đen ở Việt Nam, thay thế cho lên men gián đoạn hiện nay. - Xác định đợc các thông số công nghệ tối u lên men liên tục chè đen OTD trên máy lên men liên tục LMC-BK21. - Là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà khoa học khi nghiên cứu các vấn đề có liên quan. - Khi áp dụng phơng pháp lên men liên tục chè đen OTD, sẽ nâng cao chất lợng, tăng năng suất lao động và hiệu quả kinh tế. - Tạo điều kiện và thúc đẩy quá trình cơ giới hoá, tự động hoá ở mức cao trong sản xuất chè. Góp phần làm tăng hiệu quả kinh tế sản phẩm chè đen OTD cho ngành chè Việt Nam. * Những đóng góp mới: Đã lựa chọn đợc mô hình, thiết kế để chế tạo ở Việt Nam máy LMC-BK21 lên men liên tục chè đen theo công nghệ OTD, cho sản phẩm chè đen OTD có chất lợng cao hơn lên men gián đoạn. Đã áp dụng thành công lên men liên tục chè đen OTD ở qui mô công nghiệp vào thực tế sản xuất. 5. Kết cấu luận án gồm các phần nh sau: - Mở đầu - Chơng 1: tổng quan và cơ sở lý thuyết lên men chè 3 - Chơng 2: đối tợng và phơng pháp nghiên cứu - Chơng 3: kết quả nghiên cứu và thảo luận - Kết luận - Tài liệu tham khảo - Phụ lục Trong đó phần viết: 126 trang có 13 hình vẽ, 04 đồ thị, 43 bảng Phần phụ lục: có 09 hình. Chơng 1. Tổng quan và cơ sở lý thuyết lên men chè a. tổng quan về chè 1.1. Tình hình sản xuất chè trong nớc và trên thế giới Chè là cây công nghiệp dài ngày, đợc trồng sớm nhất ở Trung Quốc, cách đây khoảng 5000 năm. Cho đến năm 2006, đã có hơn 100 nớc thuộc 5 Châu trồng và xuất khẩu chè. Sản lợng chè thế giới năm 2006 đạt hơn 2,2 triệu tấn. Hiện nay cả nớc có 120.000 ha diện tích chè. Trong đó giống chè trung du là chủ yếu còn lại là chè Shan và các loại chè giống mới khác. Về chế biến công nghiệp cả nớc có 239 cơ sở chế biến chè với tổng công suất trên 3.115 tấn chè búp tơi/ngày. Hàng năm thu hút khoảng 2 triệu lao động tham gia vào các lĩnh vực sản xuất, chế biến, thơng mại và dịch vụ 1.2. Tình hình thị trờng chè trong nớc và thế giới Theo dự báo của FAO, sản lợng chè đen thế giới sẽ đạt 2,4 triệu tấn vào năm 2010. Sản lợng chè xanh đến năm 2010 đạt 900 nghìn tấn. 1.3. Công nghệ và thiết bị lên men chè đen trên thế giới và trong nớc Đối với sản xuất chè đen CTC: Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất chè đen CTC đều sử dụng hệ thống lên 4 men bán liên tục hoặc liên tục. Lên men trong thùng lồng và trong máng vẫn là phơng pháp lên men từng mẻ gián đoạn, hệ thống này đầu tiên đợc chế tạo ở Kênia, Assam và ở Xrilanca. Những u điểm của nó là nhiệt độ tối u đã đợc kiểm soát, tiết kiệm chi phí, giảm diện tích sàn cần thiết, nớc chè pha ra tơng đối tốt và có hoạt vị. Tuy nhiên có nhợc điểm là năng suất thấp, khó cơ giới hoá và tự động hoá dây chuyền sản xuất. Chất lợng sản phẩm vẫn còn hạn chế về màu sắc và hơng vị. Với các hệ thống lên men liên tục, gồm có máy lên men liên tục Tocklai(đông bắc ấn Độ), máy lên men chè Xâylan(Xrilanca), máy lên men Fermentea(ấn Độ), máy lên men của hãng Steelworth/Vikram(ấn Độ), máy lên men Majestea của hãng T & I limited (ấn Độ) hiện nay đang đợc dùng phổ biến ở ấn Độ, Xrilanca, Kênia, Inđônêxia ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất chè đen CTC thờng sử dụng máy lên men liên tục của hãng Steelworth/Vikram (ấn Độ) hoặc máy lên men Majestea của hãng T & I limited (ấn Độ). Ưu điểm của các máy này là làm việc liên tục, năng suất cao, chất lợng của chè sau khi lên men khá tốt. Tiết kiệm rất lớn về diện tích và lao động. Có thể thay đổi năng suất bằng cách thay đổi modul, vệ sinh máy dễ dàng hơn và khi một số vỉ bị hỏng có thể thay đổi dễ dàng nên ít tốn kém hơn. Những máy lên men liên tục dễ dàng cơ khí hoá và tự động hoá dây chuyền sản xuất. Đối với sản xuất chè đen OTD : Trên thế giới, lên men liên tục trên băng tải để sản xuất chè đen OTD đã đợc nghiên cứu và áp dụng tại Nga (Liên Xô cũ) từ những năm 70 của thế kỷ 20. Năng suất hệ thống lên men liên tục của Nga từ 26 đến 30 tấn chè tơi/ ngày, đó là một năng suất khá lớn. Tuy nhiên, phơng pháp này cha đợc áp dụng 5 tại Việt Nam mặc dù rất nhiều nhà máy chè do Nga giúp đỡ xây dựng. ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất chè đen OTD đang áp dụng phơng pháp lên men gián đoạn dới nhiều hình thức khác nhau. Lên men gián đoạn trên khay hoặc trên nền nhà đợc sử dụng nhiều ở các nhà máy chè. Phơng pháp này có u điểm là đơn giản, đầu t thấp, nhng có nhợc điểm là chất lợng của chè lên men không cao, dễ xẩy ra sự yếm khí cục bộ ở đáy khay chè. Khó cơ giới hoá, năng suất lao động thấp, cờng độ lao động cao. Đặc biệt là không đảm bảo vệ sinh công nghiệp khi lên men trên nền nhà. Lên men gián đoạn trên sàn lới hoặc trên khay có thổi khí ẩm. Đây là biện pháp cải tiến của một số nhà máy nhằm khắc phục tình trạng bị yếm khí cục bộ tại khay lên men, đồng thời làm cho năng suất của phòng lên men tăng lên một phần. Tuy nhiên phơng pháp này vẫn còn nhiều nhợc điểm giống nh phơng pháp lên men gián đoạn trên khay hoặc trên sàn nhà. Lên men gián đoạn trên sàn lới có thổi khí ẩm đang áp dụng tại nhà máy chè Văn Hng Yên Bái. Lên men trên khay có thổi khí ẩm đợc sử dụng tại nhà máy chè Cẩm Khê Phú Thọ. b. cơ sở lý thuyết của quá trình lên men chè đen 1.4. Cơ sở lý thuyết quá trình lên men chè đen 1.4.1. Sử dụng các enzim có sẵn trong lá chè tơi Enzim peroxidaza, polyphenoloxidaza óng vai trò quan trng nht v có tác dng khác nhau trong quá trình lên men chè en. Từ cùng một loại nguyên liệu chè ban đầu nh nhau qua quá trình chế biến khác nhau, về cơ bản phụ thuộc vào mức độ sử dụng các enzim có sẵn trong lá chè tơi và phối hợp với chế biến nhiệt sẽ thu đợc nhiều loại chè có những tính chất đặc trng của chúng. 6 1.4.2. Bản chất của sự lên men lá chè Về bản chất của quá trình lên men lá chè, về sự chuyển hoá tanin trong quá trình này, hiện nay đã thừa nhận các enzim giữ vai trò quan trọng. Nếu đình chỉ hoạt động của các enzim trong lá chè thì trong quá trình chế biến chè sau này không thể xẩy ra quá trình lên men đợc. Thuyết hoá sinh về bản chất của quá trình lên men lá chè cho rằng, sự lên men chè đen thực hiện đợc là do tác dụng của các enzim ôxy hoá có sẵn trong lá chè. 1.4.3. Bản chất các sản phẩm ôxy hoá tanin trong quá trình lên men lá chè Một trong những biểu hiện đặc trng nhất của quá trình lên men lá chè là sự tạo thành các sản phẩm màu khi ôxy hoá tanin chè dới tác dụng của các enzim ôxy hoá. Theo Rôbe, hỗn hợp các chất màu vàng theaflavin(TF) và các chất màu đỏ thearubigin(TR) sẽ tạo cho nớc chè đen có màu đỏ tơi hoặc nhạt, đậm khác nhau phụ thuộc vào tỷ lệ hàm lợng của chúng. Hiện nay, giả thuyết này của Rôbe đã đợc thừa nhận và Rôbe đã đa ra đợc phơng pháp xác định các chất màu kể trên. 1.4.4. Công nghệ lên men chè đen OTD 1.4.4.1. Mục đích, ý nghĩa của sự lên men Tạo ra những biến đổi sinh hoá, chủ yếu là các hợp chất polyphenol trong chè bị ôxy hoá dới sự xúc tác của enzim polyphenoloxidaza(PPO) và peroxidaza (PE) tạo các hợp chất màu, vị, đặc trng của chè đen. 1.4.4.2. Các yếu tố ảnh hởng đến lên men chè đen Đối với quá trình lên men chè đen nhiệt độ thích hợp từ 22 o C đến 30 o C; độ ẩm chè lên men từ 61% đến 63%, độ ẩm tơng đối của không khí từ 95% đến 98%. Thời gian lên men từ 2 giờ đến 3 giờ phụ 7 thuộc vào điều kiện sản xuất, thời vụ và chất lợng ban đầu của nguyên liệu v.v ngoài ra các yếu tố độ dày của lớp chè khi lên men, lu thông không khí, độ PH, độ dập tế bào chè vò cũng ảnh hởng lớn đến quá trình lên men. 1.4.4.3. Những biến đổi trong quá trình lên men chè đen Quá trình lên men chè đen nhiệt độ của khối chè tăng lên cho đến khi kết thúc quá trình lên men, sau đó bắt đầu giảm xuống. Trong quá trình lên men lợng tanin giảm đi rất lớn(khoảng 50% hàm lợng ban đầu của nó trong nguyên liệu). Sự biến đổi màu sắc của lá chè phụ thuộc vào hàm lợng tuyệt đối của theaflavin và thearubigin đồng thời phụ thuộc vào tỉ lệ hàm lợng của 2 nhóm màu này. Các nghiên cứu gần đây cho thấy aldehyd giữ vai trò rất quan trọng trong sự tạo thành hơng thơm cho chè. 1.4.4.4. Kỹ thuật lên men Chè phần I, II lên men lâu hơn chè phần III. Chè đợc rải trên các thiết bị lên men với độ dày khác nhau. + Chè phần I, II rải dày không quá 6cm. + Chè phần III rải dày không quá 8cm. Trong quá trình lên men thờng xuyên lu thông không khí, đảo tơi các phần chè và điều tiết độ ẩm phù hợp. Chơng 2. Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu 2.1. Đối tợng nghiên cứu Công nghệ và thiết bị sản xuất chè đen OTD và CTC hiện nay ở một số nhà máy chè đen tại Việt Nam. Xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD) trên máy lên men LMC-BK21, nhằm tìm ra chế độ công nghệ tối u cho quá trình lên men. 8 Nguyên liệu là lá chè tơi loại B theo TCVN giống trung du trồng ở tỉnh Phú Thọ thu hái từ tháng 5 đến tháng 9 trong năm. Lấy mẫu lá chè theo thời gian lên men và sấy khô để phân tích thành phần hoá học và các chỉ tiêu chất lợng cảm quan của chè thành phẩm. ứng dụng sản xuất thử nghiệm trên máy lên men LMC-BK21 theo mô hình tối u. 2.2. Phơng pháp nghiên cứu - Khảo sát tại chỗ công nghệ và thiết bị sản xuất chè đen OTD và CTC ở một số nhà máy chè đen tại Việt Nam. Từ đó lựa chọn mô hình, thiết kế để chế tạo máy lên men liên tục LMC-BK21. - Sử dụng nhiệt kế bách phân, ẩm kế Liên Xô, ống Pitô để xác định các thông số kỹ thuật của máy lên men liên tục. - Phân tích các thành phần hoá học của chè bằng phân tích hoá lý - Sử dụng phần mềm NEMRODW 2000 để giải bài toán tối u, nhằm xác định thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD). - Phân tích các chỉ tiêu chất lợng cảm quan của chè thành phẩm theo TCVN 3218 1993 - Sử lý số liệu bằng phơng pháp xác xuất thống kê. Chơng 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 3.1. Khảo sát, sơ bộ đánh giá thực trạng sản xuất chè đen CTC và OTD ở Việt Nam. Từ bảng 3.1 cho thấy trong số 8 nhà máy khảo sát, có 6 nhà máy sản xuất theo công nghệ OTD (sản xuất chè cánh) và 2 nhà máy sản xuất theo công nghệ CTC (chè mảnh). Tất cả các nhà máy sản xuất theo công nghệ CTC đều lên men liên tục, các nhà máy sản xuất theo công nghệ OTD đều lên men gián đoạn. 9 * Lên men gián đoạn: tiến hành trên khay, trên sàn nhà hoặc trên sàn lới (trên khay) có thổi khí ẩm. Lên men gián đoạn có nhiều nhợc điểm nh không chủ động điều chỉnh đợc các chế độ kỹ thuật, năng suất thấp, chất lợng chè sản phẩm không ổn định, cờng độ lao động cao. Đó là nguyên nhân làm cho chè OTD của chúng ta có chất lợng không cao. * Lên men liên tục trên băng tải: Hiện nay phơng pháp này đang áp dụng tại hai nhà máy chè Phú Bền, Phú Thọ và Long Phú, Hà Tây. Thiết bị lên men liên tục có nhiều u điểm, đó là cơ giới hoá quá trình lên men, năng suất cao, chất lợng chè khá ổn định, nhng chỉ thích hợp cho chè CTC Bảng 3.1: Tình hình sản xuất chè đen ở một số nhà máy TT Nhà máy chè Công nghệ Phơng pháp lên men Công suất (tấn chè tơi/ngày) 1 Mộc Châu, Sơn La OTD Gián đoạn trên khay 42 2 Phú Bền, Phú Thọ CTC Liên tục trên băng tải 48 3 Cẩm Khê, Phú Thọ OTD Gián đoạn trên khay có thổi khí ẩm 25 4 Văn Hng, Yên Bái OTD Gián đoạn trên lới có thổi khí ẩm 25 5 Trần Phú, Yên Bái OTD Gián đoạn trên khay 42 6 Long Phú, Hà Tây CTC Liên tục trên băng tải 25 7 Mỹ Lâm, Tuyên Quang OTD Gián đoạn trên khay 25 8 Sông Lô,Tuyên Quang OTD Gián đoạn trên khay 48 10 3.2. Lựa chọn mô hình, thiết kế để chế tạo máy lên men liên tục chè đen OTD 3.2.1. Lựa chọn mô hình Dựa trên kết quả khảo sát và phân tích kết quả thu đợc, đề tài đã lựa chọn phơng pháp lên men liên tục chè đen OTD thay cho phơng pháp lên men gián đoạn hiện nay. Một dây chuyền đồng bộ sản xuất chè đen OTD ở các nhà máy hiện nay có công suất 13 tấn chè tơi/ngày, hiện nay chỉ còn giai đoạn lên men là sản xuất gián đoạn, còn các giai đoạn sản xuất trớc và sau lên men đều là quá trình sản xuất liên tục. Vì vậy chúng tôi chọn năng suất của máy lên men liên tục là 13 tấn chè tơi / ngày để tơng thích với dây chuyền sản xuất của các nhà máy chè hiện nay. Năng suất này là modul điển hình từ đó chế tạo hàng loạt dây chuyền thiết bị đồng bộ. Mô hình lên men liên tục chè đen OTD bằng máy lên men kiểu băng tải, có cung cấp không khí đợc điều tiết, sử dụng quạt ly tâm để thông gió bằng cách thổi không khí xuyên qua lớp chè. 3.2.2. Thiết kế sơ bộ máy lên men liên tục Bảng 3.4 : Thông số kỹ thuật thiết kế máy lên men LMC-BK21 TT Chỉ tiêu kỹ thuật Thông số kỹ thuật 1 Năng suất (kg chè tơi/ ngày) 13.000 2 Nhiệt độ lên men ( 0 C) 25 - 27 3 Thời gian lên men (phút) 60, 90, 120, 150 4 Lu lợng không khí (m 3 / giờ) 6.000 - 10.000 5 Độ ẩm không khí (%) 95 - 98 6 Độ dầy lớp chè trên băng tải (mm) 180 7 Chiều rộng hữu ích của vỉ (mm) 1700 8 Chiều dài của băng tải (mm) 6000 11 9 Tốc độ băng tải tơng ứng với 4 tốc độ(m/phút) 0,10; 0,067 0,05; 0,04 10 Yêu cầu chất lợng chung: Tiếng ồn, độ rung, sự cố về cơ và điện, kiểu dáng công nghiệp Trên cơ sở các thông số trong bảng 3.4, các tính toán, thiết kế về cơ khí đợc thể hiện trên 70 bản vẽ tổng thể và chi tiết. Máy lên men liên tục đợc thiết kế và chế tạo lần đầu tại Việt Nam và ký hiệu là LMC-BK21. Nguyên lý cấu tạo máy lên men liên tục LMC-BK21 mô tả trên hình 3.1 - Hình 3.1. Nguyên lý cấu tạo máy lên men liên tục LMC-BK21 Máy LMC-BK21 có nhiều u điểm hơn hẳn so vơí cách lên men truyền thống ở trên sàn: Chủ động điều khiển kiểm soát các thông số kỹ thuật, có thể tự động hóa, tiết kiệm diện tích, tăng năng suất, giảm thời gian lên men, ổn định và nâng cao chất lợng. Quá trình thiết kế đã sử dụng những chi tiết đã đợc chế tạo tại Việt Nam nh: xích tải, vỉ bằng thép không gỉ, bộ truyền động, hộp giảm tốc, bánh xích và một số chi tiết khác. Nhờ đó việc chế tạo hàng loạt máy lên men liên tục có giá thành rẻ hơn, để phục vụ cho hiện đại hoá các nhà máy chè. 12 3.2.3. Chế tạo máy lên men liên tục LMC-BK21 Máy lên men chè liên tục đã đợc đặt hàng chế tạo tại Công ty Cổ phần Cơ khí chè Thanh Ba Phú Thọ theo thiết kế. Sau đó đợc lắp đặt tại xởng thực nghiệm của Viện nghiên cứu chè ( nay là Viện Khoa học Nông lâm nghiệp Miền núi phía Bắc). Hình 3.2. ảnh máy lên men chè liên tục LMC-BK21 3.2.4. Nghiệm thu máy Quá trình nghiệm thu máy có mời các chuyên gia cơ - điện, công nghệ của công ty cổ phần cơ khí chè Thanh Ba, Trờng ĐHBK Hà Nội, đã xem xét đánh giá các thông số kỹ thuật và kết cấu của máy lên men chè đều đạt yêu cầu thiết kế và chế tạo. 3.3. Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của máy lên men liên tục LMC-BK21 3.3.1. Thuyết minh quá trình làm việc của máy lên men liên tục LMC-BK21 + Khởi động máy: Kiểm tra máy về các mặt cơ khí, điện, dầu bôi trơn trớc khi cho máy khởi động. Cho hệ thống điều tiết không khí vận hành, đo các thông số nhiệt độ, độ ẩm, lu lợng không khí. Khi các thông số này đạt yêu cầu của công nghệ lên men, mở tấm chắn trên các ống dẫn khí. Cho băng tải lên men vận hành và điều chỉnh tốc độ máy lên men theo yêu cầu. 13 + Máy làm việc: Cho chè vào băng tải tiếp liệu, điều chỉnh vị trí của guồng gạt để tạo bề dầy lớp chè hợp lý. Mở tấm chắn ở ống phân phối khí đầu tiên và đóng các tấm chắn ở 3 cửa còn lại, để tránh không khí bị tổn thất ở các khoang 2, 3, 4 vì các khoang này cha có chè. Tiếp tục mở tấm chắn ở các khoang cho đến khi chè phủ kín. Cần định vị các tấm chắn hợp lý để lu lợng không khí ở từng khoang nh nhau. Trong khi máy làm việc, theo dõi các thông số kỹ thuật của không khí trên các dụng cụ đo và điều chỉnh các thông số này khi chúng không tơng ứng với trị số cần phải đạt. 3.3.2. Khảo sát và xác định độ ẩm, nhiệt độ của không khí ngoài môi trờng và trong máy lên men LMC-BK21 Quá trình tiến hành thí nghiệm trong điều kiện sử dụng nớc máy. Do chịu ảnh hởng trực tiếp của nhiệt độ môi trờng nên nớc máy thờng có nhiệt độ từ 28 0 C đến 31 0 C. Từ số liệu ở bảng 3.6 chúng tôi nhận thấy rằng: Chênh lệch độ ẩm giữa môi trờng xung quanh và trong máy lên men từ 9.7% đến 24.9% (trung bình là 18.7%). Chênh lệch nhiệt độ giữa môi trờng xung quanh và trong máy lên men dao động từ 1.3 0 C đến 4.1 0 C (trung bình là 3 0 C). Nh vậy kết quả đạt yêu cầu mà thiết kế đã đặt ra và phù hợp với công nghệ lên men chè. Hiện nay nhiều nhà máy sử dụng nớc giếng khoan hoặc nớc suối, nhiệt độ của nguồn nớc khá ổn định và thờng có nhiệt độ từ 25 0 C đến 26 0 C. Chúng tôi đã tiến hành phun ẩm bằng nguồn nớc giếng khoan, kết quả trong bảng 3.7 thấy rằng: Khi sử dụng nguồn nớc giếng khoan có nhiệt độ từ 24.5 0 C đến 26 0 C (trung bình là 25.6 0 C) cho phòng điều tiết không khí thì nhiệt độ không khí trong máy lên men hạ xuống khá thấp (từ 25.7 0 C đến 27.3 0 C). Nh vậy, nếu sử dụng nguồn nớc giếng khoan hoặc nớc suối có nhiệt độ ổn định 14 khoảng 25 0 C thì có thể khống chế nhiệt độ không khí trong máy lên men từ 25 0 C đến 27 0 C mà không cần hệ thống máy lạnh. 3.3.3. Xác định lu lợng không khí vào máy LMC-BK21. Bảng 3.8 : Lu lợng không khí vào máy lên men LMC-BK21 TT Lớp chè trên băng tải Lu lợng m 3 / giờ 1 Không có chè trên băng tải 10.000 2 Chè phủ kín mặt băng tải với độ dày 20 cm 7.800 3.3.4. Khảo sát xác định tốc độ băng tải, thời gian và năng suất của máy LMC-BK21. Bảng 3.9 - Thông số kỹ thuật của máy Năng suất máy lên men Tốc độ Độ dày lớp chè (cm) Tốc độ băng tải (cm/phút) Thời gian (giờ) (kg chè vò/giờ) (kg chè tơi/giờ) 1 15 10.00 1.00 612 856 2 18 6.70 1.30 489 684 3 20 5.00 2.00 428 590 4 20 4.00 2.30 360 504 Từ số liệu ở bảng 3.9 thấy rằng: Máy lên men đợc chế tạo có 4 tốc độ. ở tốc độ 1 năng suất máy đạt 142% năng suất thiết kế, ở tốc độ 4 năng suất máy đạt 84% năng suất thiết kế. 3.3.5. Khảo sát và xác định mức tiêu thụ điện năng, nớc, nhân công và chất lợng chung của máy LMC-BK21 Bảng 3.10: Kết quả khảo sát điện năng, nớc, nhân công, chất lợng chung của máy LMC-BK21 và tính toán chi phí vận hành máy 1 tấn chè tơi 1 tấn chè Bán thành phẩm 1 ca sản xuất TT Chỉ tiêu Đơn giá (đ) Tiêu thụ Thành tiền(đ) Tiêu thụ Thành tiền(đ) Tiêu thụ Thành tiền(đ) 15 1 Điện 1000 11.5 Kwh 11.500 49.5 Kwh 49.500 51.75 Kwh 51.750 2 Nớc 2000 2.5m 3 5.000 10.8m 3 21.600 11.3m 3 22.600 3 Công 40.000 0.23 C 9.200 1.0 C 40.000 1.0 C 40.000 Cộng 25.700 111.100 114.350 Chất lợng chung Máy chạy êm, ổn định, cha có sự cố về cơ và điện, dáng máy gọn đẹp. Những chi tiết tiếp xúc với chè đều đợc chế tạo bằng thép không gỉ nên đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm 3.3.6. Tối u hoá, xác định các thông số công nghệ lên men liên tục chè đen OTD trên máy LMC-BK21 3.3.6.1. Lập luận để chọn biến cho quy hoạch thực nghiệm Quá trình Lên men chè đen OTD trong máy lên men LMC- BK21 phụ thuộc vào những yếu tố sau: - Nhiệt độ và độ ẩm tơng đối của không khí trong máy lên men, phẩm cấp và độ ẩm ban đầu của chè lên men. - Lu lợng không khí cấp cho máy lên men. - Độ dày lớp chè trên băng tải - Thời gian lên men ở thí nghiệm này, ta cố định các thông số t k 0 2 = 25 o C - 27 o C và k 2 = 95% - 98% nhờ hệ thống điều tiết không khí ẩm của máy lên men. Nh vậy còn ba yếu tố chính ảnh hởng đến chất lợng chè lên men là: lu lợng không khí, độ dày lớp chè trên băng tải và thời gian lên men chè. Đó là ba yếu tố cho qui hoạch thí nghiệm. 3.3.6.2. Xác định khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hởng Chúng tôi chọn khoảng biến thiên của 3 thông số chính nh sau: 16 - Lu lợng không khí cấp cho máy khi có tải: Q = 6000 8000 m 3 / giờ, tơng ứng biến mã hoá (biến code) X1 - Độ dày lớp chè trên băng tải: d = 8 24 cm, tơng ứng biến mã hoá (biến code) X2 - Thời gian lên men chè: t = 30 150 phút, tơng ứng biến mã hoá (biến code) X3 3.3.6.3. Hàm mục tiêu: Chập mục tiêu Y2 (Tổng điểm chất lợng cảm quan của chè) và Y1 (hàm lợng tanin còn lại trong chè lên men) phải đạt đợc yêu cầu: Y2 Max; Y1 50% so với ban đầu. 3.3.6.4. Kết quả và thảo luận phần tối u hoá quá trình lên men chè Xác định giá trị mức của các biến và xây dựng mô hình - Mức trên (mức +1), mức dới (mức -1), mức cơ sở (mức 0) - Điểm sao () với số thí nghiệm ở tâm n 0 = 3 thì = 1,215 + Lu lợng không khí cấp cho máy (m 3 / giờ): 6000 Q 8000 Mức trên (mức +1) : 8.000 Mức biến thiên Q : 1.000 Mức dới (mức -1) : 6.000 Điểm sao (+1,215) : 8.215 Mức cơ sở (mức 0) : 7.000 Điểm sao (-1,215) : 5.785 + Độ dày lớp chè trên băng tải(cm): 8 d 24 Mức trên (mức +1) : 24 Mức biến thiên d : 8 Mức dới (mức -1) : 8 Điểm sao (+1,215) : 25,7 Mức cơ sở (mức 0) : 16 Điểm sao (-1,215) : 6,3 + Thời gian lên men chè (phút): 30 t 150 Mức trên (mức +1) : 150 Mức biến thiên t : 60 Mức dới (mức -1) : 30 Điểm sao (+1,215) : 163 Mức cơ sở (mức 0) : 90 Điểm sao (-1,215) : 17 Mô hình quá trình lên men chè ở đây là mô hình thống kê dạng bậc 2 đầy đủ 3 nhân tố nh sau: 17 Y2 : hàm mục tiêu (điểm tổng hợp chất lợng cảm quan chè) Y2 = b 0 + b 1 X1+ b 2 X2+ b 3 X3+ b 12 X1.X2 + b 23 X2.X3+ b 13 X1.X3+ b 11 (X1) 2 + b 22 (X2) 2 + b 33 (X3) 2 (1) Y1: hàm mục tiêu (hàm lợng tanin còn lại trong chè lên men) Y1 = b 0 + b 1 X1+ b 2 X2+ b 3 X3+ b 12 X1.X2 + b 23 X2.X3 + b 13 X1.X3 + b 11 (X1) 2 + b 22 (X2) 2 + b 33 (X3) 2 (2) . Trong đó: b 0 , b 1 , b 2 , b 3 , b 12 , b 23 , b 13 , b 11 , b 22 , b 33 là các hệ số hồi qui. X1 , X2 , X3 là biến số code. Thí nghiệm bố trí theo ma trận qui hoạch trực giao cấp 2 ba yếu tố Giải bài toán tối u bằng phần mềm NEMRODW2000 Chúng tôi sử dụng phần mềm NEMRODW2000 trên máy tính cho các kết quả nh sau: - Hàm mục tiêu Y1 ( hàm lợng tanin) có dạng: Y1 = 15.866 - 1.286X1 - 2.147X2 - 5.456X3 - 0.050X1.X2 +0.225X2.X3 + 0.250X1.X3 - 0.247(X1) 2 - 0.315(X2) 2 + 2.971(X3) 2 - Hàm mục tiêu Y2( điểm tổng hợp chất lợng) có dạng: Y2 = 16.536 + 0.429X1 + 0.161X2 + 0.648X3 + 0.125X1.X2 - 0.850X2.X3 - 0.775X1.X3 - 0.128(X1) 2 - 0.805(X2) 2 - 1.652(X3) 2 * Kết quả tính toán tối u hoá chập mục tiêu Y1 và Y2 Bảng 3.19: Giá trị các hàm Y1, Y2 tại điểm tối u chập mục tiêu Hàm mục tiêu Tên hàm mục tiêu Giá trị Mức tối u % Mức min % Mức max % Y1 Tanin 17.20 100.00 99.33 100.00 Y2 Điểm tổng hợp chất lợ ng 16.60 99.94 52.63 99.94 Hàm D chập mục tiêu 99.97 72.31 99.97 18 Hình 3.7: Hàm 3D Biểu diễn không gian của chập mục tiêu (X1 = 0.999; X2 = 0.223; X3 = -0.506) Hình 3. 8: Hàm 2D- Biểu diễn đờng đồng mức của chập mục tiêu (X1 = 0.999; X2 = 0.223; X3 = - 0.506) Kết quả chập mục tiêu tối u hóa đạt 99,97%, tại: X1= 0,999 tơng ứng lu lợng gió 8000 m 3 /h X2= 0,223 tơng ứng độ dày lớp chè 18 cm X3= - 0,506 tơng ứng thời gian lên men 60 phút Điểm tổng hợp chất lợng Y2 = 16.6 điểm Hàm lợng tanin Y1 = 17.2%. Kết luận mô hình: Từ kết quả sử dụng phần mềm NEMRODW2000 để giải bài toán tối u trên máy tính. Chế độ công nghệ lên men chè đen OTD trên máy LMC-BK21 cho sản phẩm có chất lợng tốt nhất là ở thời gian lên men 60 phút, lu lợng gió 8000 m3/h, độ dày lớp chè 18 cm. Chè sản phẩm có điểm tổng hợp chất lợng đạt 16.6 điểm, hàm lợng tanin còn lại là 17.2% ( tơng ứng 50% so với ban đầu). 19 3.4. Đánh giá chất lợng, tiềm năng ứng dụng sản xuất, ý nghĩa khoa học & thực tiễn và hiệu quả kinh tế 3.4.1. Nghiên cứu so sánh quá trình biến đổi thành phần hoá học và chất lợng chè đen OTD lên men liên tục và gián đoạn Chúng tôi nghiên cứu quá trình biến đổi thành phần hoá học và chất lợng của chè đen đợc lên men trên khay và trên máy lmC-bk21 đã đợc chế tạo tại Việt Nam. Các phép phân tích các thành phần hoá học của chè đợc lặp lại ít nhất 3 lần và tính trị số trung bình cộng. Những giá trị phân tích vợt quá 0,2% giá trị trung bình sẽ bị loại. Bốn chỉ tiêu cảm quan đợc đánh giá là: Ngoại hình, mùi, vị và mầu nớc chè đợc xác định theo TCVN 3218 1993. Thí nghiệm đối chứng đợc tiến hành lên men trên khay. Thí nghiệm nghiên cứu đợc tiến hành trong máy lên men LMC-BK21 theo các thông số của mô hình tối u: - Lu lợng không khí Q = 8.000 m 3 /h - Độ dày lớp chè d = 18 cm. - Thời gian lên men t = 60 phút. Các thông số nhiệt độ lên men, độ ẩm không khí đợc giữ trong khoảng nhiệt độ : 25 0 C - 27 0 C, độ ẩm không khí 95% - 98%. Chè trên máy lần lợt qua các thời gian trung gian (từ 30,60,90 phút đến 150 phút). Lấy mẫu ở từng thời điểm khác nhau. Hai thí nghiệm trên đợc tiến hành song song. Số lần thí nghiệm: Đợc tiến hành 4 lần vào các tháng 4, 5, 6, 7 3.4.1.1. Chất lợng cảm quan của chè lên men: Chất lợng cảm quan chè lên men trên khay thể hiện trong bảng 3.20 cho thấy: Khi lên men gián đoạn trên khay, thời điểm có điểm tổng hợp chất lợng tốt nhất là 120 phút kể từ khi kết thúc quá trình vò. Điểm tổng hợp tơng ứng là 13,75. Sau thời gian này chất lợng bắt đầu giảm xuống. 20 Chất lợng cảm quan chè lên men trên máy LMC-BK21 thể hiện trong bảng 3.21 cho thấy rằng lên men liên tục trên máy, thời điểm cho chất lợng tốt nhất là 60 phút, điểm tổng hợp chất lợng tơng ứng là 16,25. Sau thời gian này chất lợng bắt đầu giảm xuống. Nh vậy, kết quả nghiên cứu là phù hợp với mô hình tối u hoá. Bảng 3.22: Điểm tổng hợp chất lợng của chè khi lên men trên khay và lên men trên máy theo thời gian Điểm tổng hợp Thời gian lên men (phút) Lên men trên khay Lên men trên máy 30 12,00 14.25 60 12.75 16.25 90 13.50 15.75 120 13.75 14.25 150 12.75 13.25 Qua bảng số liệu 3.22 thấy rằng: Thời gian thích hợp khi lên men trên khay từ 90 đến 120 phút, chất lợng chè đạt điểm tổng hợp chất lợng tơng ứng là 13.50 và 13.75. Thời gian thích hợp khi lên men trên máy từ 60 đến 90 phút, chất lợng chè đạt điểm chất lợng tơng ứng là 16.25 và 15.75. 3.4.1.2. Biến đổi các thành phần hóa học Tiến hành phân tích thành phần hóa học của các mẫu chè lên men trên khay và trên máy lên men LMC-BK21 để so sánh. Chúng tôi có nhận xét nh sau: - Mầu nớc chè liên quan rất chặt chẽ với sự hình thành TF và TR. Nớc chè lên men bằng máy liên tục có mầu tốt hơn so với lên men trên khay. Hàm lợng TF khi lên men bằng máy cao hơn khi lên men bằng khay nên nớc chè có viền vàng rõ hơn. - Chất lợng chè đen lên men trên máy tốt hơn lên men trên khay [...]... Sử dụng các số liệu ban đầu nh sau: 2,50 3.4.2 ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất Các quá trình sản xuất khác nh héo, vò, sấy, phân loại, đóng gói chè sản phẩm của các nhà máy vẫn giữ nh hiện nay Năm 2006 chúng tôi đã chế biến thử nghiệm lên men liên tục ở Với cách giả định nh trên, khi áp dụng máy lên men liên tục trên máy lên men LMC-BK21 với 3 lô chè, mỗi lô 1500 kg chè tơi trong sản xuất, giá... dùng phơng pháp lên men gián đoạn Do vậy bình cộng điểm chất lợng của 3 mẫu) Nh vậy bằng thực nghiệm và năng suất thấp, chất lợng không cao, khó cơ khí hóa Kết quả nghiên khi áp dụng vào sản xuất thực tế cho thấy lên men liên tục chè đen cứu chứng minh rằng áp dụng phơng pháp lên men liên tục thay thế OTD trên máy, chè sản phẩm có điểm chất lợng cao hơn khi lên lên men gián đoạn chè đen OTD, sẽ nâng... kg chè búp tơi/ giờ, có mức tiêu thụ - Khoảng thời gian để thay đổi một chế độ lên men là 30 phút điện năng, nớc, nhân công hợp lý Máy lên men liên tục LMC-BK21 (Theo thiết kế là 60 phút, 90 phút, 120 phút và 150 phút) là khoảng hoàn toàn đợc chế tạo ở trong nớc thời gian khá lớn Điều này thấy rõ ở kết quả nghiên cứu vì ở thời 3 Thông số công nghệ lên men liên tục chè đen OTD trên điểm 60 phút và 90... các chế độ lên men chè đen OTD vì thế máy lên men mới sẽ thiết kế 4 tốc độ gồm 60 phút, 75 phút, 90 phút và 105 phút Do sự thay đổi này nên năng suất máy lên men sẽ tăng lên đáng kể - Có thể sử dụng động cơ vô cấp và hệ thống điều khiển tự động để đặt trị số thời gian lên men phù hợp với yêu cầu kỹ thuật - Nghiên cứu sử dụng 1 máy lên men để lên men cho cả phần chè non (phần lọt sàng) và phần chè già... chè tăng lên 195.624 đ/tấn sản phẩm (chỉ lấy chè F4 chiếm 65%) ở các thời điểm tháng 5; tháng 7; tháng 9 Theo cách định giá của tổng công ty chè khi điểm chất lợng tăng và chia làm 2 phần mẫu thêm 1,74 điểm thì giá trị gia tăng sẽ là 2.449.992 đ/tấn Khi áp dụng - Mẫu thử nghiệm: Chè đợc lên men trên máy LMC-BK21 theo kết lên men liên tục trên máy với nhà máy 13 tấn chè tơi/ngày giá trị gia quả mô hình. .. nâng cao chất lợng, tăng năng men gián đoạn trên khay suất lao động và hiệu quả kinh tế 2 Đã lựa chọn đợc mô hình và thiết kế kỹ thuật để chế tạo thành công máy lên men liên tục chè đen OTD, ký hiệu LMC-BK21 Máy có 4 tốc độ (tơng ứng thời gian lên men là 60, 90, 120, 150 Những vấn đề tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu Để máy lên men hoàn thiện hơn chúng tôi thấy cần phải tiếp tục những vấn đề sau đây: phút),... cứu của luận án là đúng khấu hao máy) trong 1 năm sẽ là: 459 tấn x 2.588.376 đ/tấn = 1.188.064.584 đ/năm Nh vậy, hai cách tính đều cho kết quả tơng đơng nhau 24 23 Khi ứng dụng sản xuất thực tế lên men liên tục trên máy kết luận LMC - BK21 chè sản phẩm có điểm tổng hợp chất lợng cảm quan 1 Hiện nay các nhà máy sản xuất chè đen OTD thuộc các cao hơn so với lên men gián đoạn trên khay là 1,74 điểm.(tính... nâu và viền vàng rõ Khi lên men trên khay 120 phút sản phẩm có điểm tổng hợp chất lợng cảm quan cực đại là 13.75 điểm, hàm lợng chất tan là 33.60%, hàm lợng tanin là 13,60%, tỷ lệ TF/TR tơng ứng là 1/36 cho màu nớc đỏ nâu hơi đậm Trong quá trình lên men, hàm lợng chất tan và tanin (theo % chất khô) giảm dần, trong đó lên men trên khay giảm nhiều hơn lên men trên máy đến 105 phút có thể thích ứng cho các. .. bản của chè đen lên men trên khay và trên máy tại thời điểm chè có chất lợng tốt nhất Phơng pháp Trên khay Trên máy Chênh lệch 3.4.3 ý nghĩa khoa học & thực tiễn của kết quả nghiên cứu (phần đầu đã nêu) 3.4.4 Tính toán hiệu quả kinh tế Việc tính toán hiệu quả kinh tế của qúa trình áp dụng máy lên lên men Tanin(% ck) 13,60 17,00 3,40 men liên tục LMC-BK21, chúng tôi chỉ tính sơ bộ mang tính định Chất... khấu hao máy) trong 1 năm sẽ là: - Mẫu đối chứng: Chè đợc lên men bằng khay, nh cách của các nhà máy đang làm 459 tấn x 2.254.368 đ/tấn = 1.034.754.912 đ/năm Các chuyên gia về chất lợng và kinh tế của Nga đã tính rằng - Mẫu thử nghiệm 1, mẫu đối chứng 1: Chè lấy ở thời điểm tháng 5 khi điểm cảm quan của chè tăng lên 1,74 điểm thì giá sẽ tăng 0,174 - Mẫu thử nghiệm 2, mẫu đối chứng 2: Chè lấy ở thời . các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD). 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản. thiết bị sản xuất chè đen OTD và CTC hiện nay ở một số nhà máy chè đen tại Việt Nam. Xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD) trên máy lên men LMC-BK21,. máy sản xuất theo công nghệ OTD (sản xuất chè cánh) và 2 nhà máy sản xuất theo công nghệ CTC (chè mảnh). Tất cả các nhà máy sản xuất theo công nghệ CTC đều lên men liên tục, các nhà máy sản xuất