Luận văn 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 BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRẦN THANH BÌNH KHẢO SÁT VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP TĂNG TỐC ĐỘ LẮNG TRONG QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT GẠO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Người hướng dẫn VĂN MINH NHỰT NĂM 2007 Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng i 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. Giáo viên hướng dẫn Giáo viên phản biện VĂN MINH NHỰT TRẦN LÊ QUÂN NGỌC Cần Thơ, ngày tháng năm 2007 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng ii LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cám ơn thầy Văn Minh Nhựt đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu và truyền đạt những kiến thức bổ ích giúp tôi hoàn thành tốt đề tài này. Chân thành cám ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp & SHƯD cùng các Thầy, Cô trong Bộ môn công nghệ thực phẩm đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường. 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! Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng iii TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là khảo sát tốc độ lắng của hạt bột từ đó đề xuất biện 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 bằng cách đo hàm lượng bột chưa lắng theo thời gian đồng thời cũng làm rõ ảnh hưởng của việc kéo dài thời gian lắng đến độ chua của bột. Đề tài cũng khảo sát khả năng tách cặn của xyclon thủy lực bằng cách đo kích thước hạt bột sau mỗi lần tách dựa vào kích thước của bột thương mại làm chuẩn. Kết quả nghiên cứu cho thấy rõ ở lắng ly tâm sẽ rút ngắn thời gian lắng rất nhiều lần so với lắng trọng lực và xyclon thủy lực làm việc có hiệu quả với hệ thống 5 xyclon. Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng i 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 Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng ii 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 Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng iii 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 Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng iv 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 Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 1 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. 1.2 Mục tiêu Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu tìm phương pháp rút ngắn thời gian lắng trong sản xuất bột gạo bằng cách sử dụng xyclon thuỷ lực và máy ly tâm. 1.3 Nội dung nghiên cứu - Xác định kích thước hạt bột. - Khảo sát tốc độ lắng và hàm lượng bột chưa lắng theo thời gian ở lắng trọng lực và lắng ly tâm - Khảo sát độ chua của bột theo thời gian lắng - Chọn kích thước cho xyclon và khảo sát hiệu quả làm việc của xyclon Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 2 CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược về gạo và tấm 2.1.1 Gạo 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 Tỷ lệ ăn được (%) Thành phần (%) H2O Protein Lipid Glucid Cellulose Tro Khoáng (mg%) Ca P Fe Vitamin (mg%) B1 B2 PP 98,5 13,5 7,5 1,0 75,0 0,4 0,8 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 - 0,14 - - (Bùi Huy Đáp, 1980) 2.1.2 Tấm Là sản phẩm phụ trong quá trình chế biến gạo, do gạo gãy hình thành. Trong tấm có chứa các phần tử không đồng nhất về kích thước và có thể phân chia thành các loại tấm khác nhau: tấm cỡ 1/2, tấm cỡ 3/4, ...(Bùi Huy Đáp, 1980) 2.2 Hạt tinh bột 2.2.1 Hình dáng và kích thước Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 3 Hình 1: Hạt tinh bột ( 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 Vũ Trường Sơn, 2000). 2.2.2 Cấu tạo hạt tinh bột 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. Hình 2: Cấu trúc Amylose và amylopectin ( 8&sa=N&tab=wi) Amylose pectin có cấu tạo vô định hình, có dạng phân nhánh. Ngoài liên kết α-1,4 glucozid các phân tử glucose còn liên kết với nhau theo liên kết α-1,6 glucozid Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 4 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 Vũ Trường Sơn, 2000). 2.2.3 Một số tính chất của hạt tinh bột a. Tính chất hấp thụ và phản hấp thụ của tinh bột Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất hoà tan thì bề mặt bên trong và bên ngoài đều tham dự. Tinh bột có khả năng hút hơi nước và các loại khí gọi là tính hấp thụ, ngược lại trong một số điều kiện nhất định bột có thể nhả khí ra môi trường xung quanh, dựa vào tính chất này có thể ứng dụng các nguyên lý bảo quản và chế biến. 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. Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 5 Sự thoái hoá của tinh bột chủ yếu do thành phần amylose của tinh bột gây nên (Nhan Minh Trí và Vũ Trường Sơn, 2000). 2.3 Khái quát công nghệ sản xuất tinh bột 2.3.1 Qui trình sản xuất Nguyên Liệu Ngâm Rửa Nghiền Bòng Thô Khuấy Múc Lắng Bòng Tinh Bột Tươi Phơi, Sấy Bột Khô Bao Gói Sản Phẩm Tinh Bột Khô Luận văn tốt nghiệp khoá 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 6 2.3.2 Thuyết minh qui trình a. Nguyên liệu Có thể sử dụng gạo hoặc tấm có chất lượng cao, ít lẫn tạp chất: sạn, đá, bông cỏ, ... Không có trấu, hạt hư. Việc sử dụng tấm sẽ tận dụng được nguồn phụ phẩm lớn mà trong quá trình chế biến gạo có được đồng thời mang lại hiệu