Tài liệu Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy bóc vỏ hạt lạc rang năng suất 40 60 kgh

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM GIẢN TƯ HÒA NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BÓC VỎ HẠT LẠC RANG NĂNG SUẤT 40 - 60 KG/H LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HUẾ - 2018 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM GIẢN TƯ HÒA NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BÓC VỎ HẠT LẠC RANG NĂNG SUẤT 40 - 60 KG/H LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 8520103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN QUANG LỊCH HUẾ - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật và Cơ kỹ thuật “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy bóc vỏ hạt lạc rang năng suất 40 - 60 kg/h” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của Thầy TS. Nguyễn Quang Lịch – trường Đại học Nông lâm Huế. Đây không phải là bản sao chép của cá nhân hay tổ chức nào. Các số liệu, nguồn thông tin trong Luận văn là do bản thân tôi thực hiện và được trích dẫn đầy đủ. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày trong Luận văn này Huế, ngày tháng HỌC VIÊN Giản Tư Hòa năm 2018 ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu rất nhiều từ nhà trường, thầy cô, gia đình và bạn bè. Để hoàn thành luận văn này, trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy hướng dẫn khoa học TS. Nguyễn Quang Lịch. Thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, góp ý và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm Huế đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua. Cảm ơn quý thầy cô trong khoa Cơ khí – Công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm bài đến khi hoàn thành. Cảm ơn Ban Giám Hiệu và quý thầy trong khoa Cơ khí chế tạo, Trường Cao đẳng Cơ Điện - Xây dựng và Nông lâm Trung bộ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học. Cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân luôn luôn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Huế, ngày tháng năm 2018 HỌC VIÊN Giản Tư Hòa iii TÓM TẮT Việt Nam là nước sản xuất nông nghiệp, trong đó cây lạc đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu cây trồng. Trong những năm qua công nghệ chế biến đã có những bước tiến bộ vượt bậc trong đó có công nghệ chế biến lạc. Cùng với đó nhiều thiết bị, máy móc dây chuyền công nghệ được nghiên cứu sản xuất phục vụ cho nhu cầu về sản phẩm của thị trường. Theo thống kê của FAO (2017), Việt Nam là nước có diện tích đứng thứ 25, năng suất đứng thứ 31 và sản lượng đứng thứ 14 so với các nước trên thế giới. Ở khu vực Châu Á, diện tích sản xuất và sản lượng lạc của Việt Nam đứng thứ 5, nhưng năng suất bình quân chỉ đứng thứ 17. Tuy nhiên, so với 5 quốc gia có diện tích lạc lớn nhất khu vực (trên 200.000 ha), năng suất lạc hiện nay của Việt Nam chỉ đứng sau Trung Quốc, trên các nước Ấn Độ, Myammar và Inđônêxia. Tính đến cuối năm 2017 cả nước có 195 ngàn ha với sản lượng bình quân 2,31 triệu tấn/ha. Tuy nhiên lượng lạc nhập khẩu có xu thế tăng dần hàng năm đặc biệt là lạc bóc vỏ từ các thị trường như Ấn Độ, Trung Quốc và Sê-nê-gan do nhu cầu chế biến các sản phẩm từ lạc trong nước tăng lên hàng năm nhất là các sản phẩm như dầu ăn, bánh hay các sản phẩm khác có nguyên liệu chính từ lạc. Đã có nhiều nghiên cứu triển khai trong việc thiết kế chế tạo các máy, thiết bị phục vụ chế biến lạc trong đó có máy bóc vỏ lạc rang. Tuy nhiên, đến nay loại máy này vẫn chủ yếu nhập từ các nước mà chưa được chế tạo tại Việt Nam. Do đó tính năng và giá thành máy chưa phù hợp với điều kiện sản xuất nhất là khu vực Trung bộ. Đề tài nghiên cứu, tính toán thiết kế chế tạo mẫu máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang theo nguyên lý khí động với năng suất 40-60kg/h. Kết quả nghiên cứu đã tính toán, thiết kế các bộ phận chính của máy như bộ phận bóc vỏ lụa (buồng bóc, phễu cấp liệu, bộ phận đầu phun), bộ phận truyền động và bộ phận điều khiển. Nghiên cứu đã triển khai thực nghiệm cho các yếu tố như: góc đặt phun, áp suất phun và mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần cho mỗi thông số. Kết quả bước đầu cho thấy với áp suất phun nhỏ hơn 5 bar thì hiệu suất bóc vỏ nhỏ hơn 60% không đạt yêu cầu về thiết kế. Với góc đặt đầu phun tại 450 có hiệu suất bóc vỏ cao hơn so với các góc đặt khác là 300 và 600 và sự sai khác có ý nghĩa về mặt thống kê p<0,05. Với góc đặt đầu phun 450 áp suất dòng khí cung cấp 7 bar cho hiệu quả bóc vỏ lụa đạt khoảng 96,2% cao hơn cả về hiệu suất và chất lượng lạc sau khi bóc vỏ với các áp suất dòng khí khác. Tuy nhiên, cần tiếp tục thực nghiệm với nhiều yếu tố khác nhau để tối ưu hóa hiệu quả sản xuất và tiến tới thương mại hóa sản phẩm mẫu máy bóc vỏ lụa hạt lạc BLR-K50. iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii TÓM TẮT ................................................................................................................. iii MỤC LỤC .................................................................................................................. iv DANH SÁCH CÁC BẢNG ....................................................................................... vii DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................viii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề................................................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài ....................................................................................... 2 2.1. Mục tiêu chung: .................................................................................................... 2 2.2. Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn đề tài ............................................................ 2 3.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................................. 2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................... 2 4. Luận điểm khoa học................................................................................................. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ................................................. 5 1.1 GIỚI THIỆU VỀ LẠC (ĐẬU PHỘNG) ................................................................. 5 1.2 CÁC THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÓ TRONG HẠT LẠC .................................... 7 1.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN LẠC Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở NƯỚC TA ................................................................................................................. 10 1.3.1. Tình hình sản xuất và chế biến lạc trên thế giới ................................................ 10 1.3.2. Tình hình sản xuất và chế biến lạc ở Việt Nam ................................................ 12 1.4 TÌNH HÌNH XUẤT NHẬP KHẨU HẠT LẠC CỦA VIỆT NAM ....................... 13 1.5 THỰC TRẠNG THU HOẠCH, BẢO QUẢN, CHẾ BIẾN LẠC ......................... 15 1.5.1 Phương pháp thu hoạch ..................................................................................... 15 1.5.2 Phương pháp tách vỏ lạc ................................................................................... 17 1.5.3 Phơi sấy ............................................................................................................ 17 v 1.5.4 Bảo quản ........................................................................................................... 17 1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP BÓC VỎ LỤA HẠT LẠC RANG .................................. 19 1.6.1 Bóc vỏ lụa hạt lạc rang thủ công ...................................................................... 19 1.6.2 Phương pháp bóc vỏ lụa hạt lạc rang bằng ma sát ............................................. 19 1.6.3 Phương pháp bóc vỏ lụa hạt lạc rang bằng khí nén ............................................ 20 1.7 MỘT SỐ LOẠI MÁY BÓC VỎ LỤA HẠT LẠC RANG HIỆN CÓ ................... 21 1.8 CÁC NGHIÊN CỨU KHÁC ............................................................................... 23 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 24 2.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................... 24 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 24 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu........................................................................................... 24 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................ 24 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 25 2.3.1 Phương pháp tính toán thiết kế .......................................................................... 25 2.3.2 Phương pháp chế tạo ......................................................................................... 29 2.3.3 Phương pháp thực nghiệm................................................................................. 29 2.3.4 Bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu ...................................................................... 29 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 31 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ..................................................................... 31 3.1.1 Phương trình trạng thái ..................................................................................... 31 3.1.2 Vận tốc âm ........................................................................................................ 32 3.1.3 Tính toán dòng khí bằng các hàm khí động. ...................................................... 32 3.1.4 Lưu lượng khí nén qua đầu phun ....................................................................... 33 3.1.5 Tính toán đầu phun ........................................................................................... 33 3.2 THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG BÓC VỎ LỤA HẠT LẠC RANG ........................ 36 3.2.1 Khảo sát hạt lạc rang. ........................................................................................ 36 3.2.2 Xác định các thông số để bóc vỏ lụa hạt lạc rang .............................................. 38 3.2.3 Kết quả thử nghiệm ........................................................................................... 38 3.2.4 So sánh các kết quả thử nghiệm ........................................................................ 40 vi 3.3 THIẾT KẾ SƠ BỘ BUỒNG BÓC ....................................................................... 40 3.4 MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM BUỒNG BÓC .......................................................... 41 3.5 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VỀ VIỆC THAY ĐỔI ÁP SUẤT VÀ GÓC ĐẶT ĐẦU PHUN ........................................................................................................................ 43 3.6 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA MẪU MÁY BLR-K50 ................................... 46 3.6.1 Yêu cầu thiết kế ................................................................................................ 46 3.6.2 Thiết kế buồng bóc............................................................................................ 47 3.6.3 Thiết kế phễu cấp liệu ....................................................................................... 48 3.6.4 Thiết kế khung máy .......................................................................................... 49 3.6.5 Thiết kế mạch điều điều khiển........................................................................... 49 3.7 CHẾ TẠO MẪU MÁY BLR-K50 ....................................................................... 51 3.7.1 Buồng bóc......................................................................................................... 51 3.7.2 Phễu cấp liệu ..................................................................................................... 52 3.7.3 Khung máy ....................................................................................................... 52 3.7.4 Cấu tạo và lắp đặt các phần tử điện điều khiển. ................................................. 53 3.7.5 Máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang được chế tạo hoàn chỉnh........................................ 55 3.7.6 Lựa chọn máy nén khí ....................................................................................... 56 3.8 KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM MẪU MÁY BLR-K50........................................... 56 3.9 ĐÁNH GIÁ CHUNG MẪU MÁY BLR-K50 ...................................................... 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 60 Kết luận ..................................................................................................................... 60 Kiến nghị ................................................................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 61 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 62 vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1. Giá trị dinh dưỡng của hạt lạc ...................................................................... 7 Bảng 1.2. Thành phần hàm lượng Amino acid của hạt lạc............................................ 8 Bảng 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng lạc trên thế giới các năm 2008-2010 ....... 10 Bảng 1.4 Nhập khẩu lạc nguyên vỏ từ các nước trong các năm 2012 - 2017 .............. 13 Bảng 1.5 Nhập khẩu lạc bóc vỏ từ các nước trong các năm 2012 - 2017 .................... 14 Bảng 1.6 Kết quả phân tích mẫu lạc ........................................................................... 18 Bảng 2.1. So sánh các phương án thiết kế .................................................................. 28 Bảng 3.1. Vận tốc của dòng khí ở đầu ra đầu phun .................................................... 35 Bảng 3.2. Thông số máy nén khí Jucai AV808 .......................................................... 37 Bảng 3.3. Kết quả thử nghiệm 1 ................................................................................ 38 Bảng 3.4 . Kết quả thử nghiệm 2 ............................................................................... 39 Bảng 3.5. Kết quả thử nghiệm 3 ................................................................................. 39 Bảng 3.6. Kết quả thử nghiệm 4 ................................................................................. 39 Bảng 3.7. So sánh kết quả thí nghiệm 1-4 .................................................................. 40 Bảng 3.8. Thông số kỹ thuật về mô hình thử nghiệm bóc vỏ lụa hạt lạc rang ............. 42 Bảng 3.9 Hiệu suất trung bình bóc vỏ lụa của máy ở áp suất bóc 5 bar tại 3 góc đặt đầu phun khác nhau .......................................................................................................... 43 Bảng 3.10. Hiệu suất trung bình bóc vỏ lụa của máy ở áp suất bóc 6 bar tại 3 góc đặt đầu phun khác nhau ................................................................................................... 44 Bảng 3.11 Hiệu suất trung bình bóc vỏ lụa của máy ở áp suất bóc 7 bar tại 3 góc đặt đầu phun khác nhau ................................................................................................... 44 Bảng 3.12. Hiệu suất trung bình bóc vỏ lụa của máy ở áp suất bóc 8 bar tại 3 góc đặt đầu phun khác nhau ................................................................................................... 45 Bảng 3.13. Hiệu suất trung bình bóc vỏ lụa của máy 3 góc đặt đầu phun là 300, 450 và 600 khi áp suất thay đổi từ 5 – 8 bar. ......................................................................... 45 Bảng 3.14. Hiệu suất bóc vỏ trung bình của buồng bóc khi thay đổi áp suất dòng khí cung cấp từ 5 – 8 bar.................................................................................................. 46 Bảng 3.15. Qui trình thực hiện các bước trong quá trình vận hành ............................. 51 Bảng 3.16. Các thông số kỹ thuật chính của mẫu máy BLR-K50 ............................... 56 Bảng 3.17. Hiệu suất bóc vỏ trung bình của máy BLR-K50 khi thay đổi áp suất dòng khí cung cấp từ 5 – 8 bar ............................................................................................ 57 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Một số sản phẩm được chế biến từ lạc ........................................................... 5 Hình 1.2. Hạt lạc (đậu phộng) ...................................................................................... 6 Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ và phương pháp thu hoạch lạc ......................................... 15 Hình 1.4. Bóc vỏ lụa hạt lạc rang bằng thủ công ........................................................ 19 Hình 1.5. Bóc vỏ lụa hạt lạc rang bằng phương pháp ma sát ...................................... 20 Hình 1.6. Bóc vỏ lụa hạt lạc rang bằng khí................................................................. 21 Hình 1.7. Máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang........................................................................ 21 Hình 1.8. Máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang khô có gắn thiết bị sấy.................................... 22 Hình 1.9. Máy tách vỏ lụa đậu phộng DTJ – 180 ....................................................... 22 Hình 2.1. Sơ đồ bóc vỏ lụa hạt lạc rang kết hợp buồng nạp và cylon .......................... 26 Hình 2.2. Sơ đồ bóc vỏ lụa hạt lạc rang sử dụng buồng bóc ....................................... 27 Hình 2.2 Sơ đồ các thông số bố trí thí nghiệm máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang ................ 29 Hình 2.3. Sơ đồ đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 30 Hình 3.1. Dạng đầu phun ........................................................................................... 35 Hình 3.2. Kích cỡ hạt lạc ........................................................................................... 36 Hình 3.3. Máy nén khí Jucai AV808 .......................................................................... 37 Hình 3.4. Đồng hồ bấm thời gian ............................................................................... 37 Hình 3.5. Mô hình thử nghiệm khả năng bóc vỏ ........................................................ 38 Hình 3.6. Sơ bộ buồng bóc của máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang....................................... 41 Hình 3.7. Mô hình thử nghiệm buồng bóc .................................................................. 42 Hình 3.8. Lạc rang chưa bóc vỏ lụa............................................................................ 43 Hình 3.9. Cấu tạo buồng bóc...................................................................................... 47 Hình 3.10. Cấu tạo phễu cấp liệu ............................................................................... 48 Hình 3.11. Cấu tạo khung máy................................................................................... 49 Hình 3.12. Sơ đồ trạng thái mạch điều khiển.............................................................. 50 Hình 3.13. Sơ đồ điều khiển mạch khí nén ................................................................. 50 Hình 3.14. Buồng bóc ................................................................................................ 51 ix Hình 3.15. Phễu cấp liệu ............................................................................................ 52 Hình 3.16. Khung máy BLR-K50 sau khi chế tạo và lắp đặt ...................................... 53 Hình 3.17. Bảng điều khiển cho mẫu máy BLR-K50 ................................................. 53 Hình 3.18. Rơ le thời gian T48N-A............................................................................ 54 Hình 3.19. Mặt trước của hệ thống điều khiển mẫu máy BLR-K50 ............................ 54 Hình 3.20. Lắp đặt cụm van cung cấp khí cho máy hoạt động.................................... 55 Hình 3.21. Máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang BLR-K50 ..................................................... 55 Hình 3.22. Lạc rang định lượng trước khi đưa vào máy bóc vỏ lụa hạt lạc ................. 57 Hình 3.23. Lạc sau khi bóc vỏ lụa ở áp suất dòng khí 7 bar (a) và 8 bar (b)............... 58 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Việt Nam là một nước có thế mạnh về sản xuất nông nghiệp, xuất khẩu các mặt hàng nông sản của nước ta ngày càng tăng lên về số lượng và chất lượng đạt kim ngạch xuất khẩu 36,37 tỷ USD năm 2017 [14]. Có được thành tựu đó là do sự đa dạng về sản phẩm sản xuất nông nghiệp từ cây trồng đến vật nuôi. Chính vì vậy, sản xuất các sản phẩm nông nghiệp vẫn là ngành đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu kinh tế đất nước và có tính chiến lược quan trọng trong kế hoạch phát triển kinh tế hiện nay. Tuy nhiên, thực tế cho thấy giá trị nông sản nước ta vẫn thấp hơn so với các nước khác như Thái Lan, Ấn Độ, Malaysia, nguyên nhân chính do công nghệ chế biến chúng ta còn hạn chế. Công nghệ và các cơ sở chế biến nông sản của Việt Nam trong thời gian dài ít được quan tâm đầy đủ, một phần do khó khăn về nguồn vốn đầu tư nên trình độ công nghệ thấp và chậm được đổi mới, tổn thất sau thu hoạch còn rất lớn. Cơ sở chế biến hàng nông sản xuất khẩu còn ít, chủ yếu là sơ chế, mức độ cơ giới hóa, tự động hóa trong qúa trình chế biến còn thấp. Để nâng cao các giá trị các sản phẩm nông sản nhằm tăng giá trị tiêu thụ trong nước và xuất khẩu của các loại sản phẩm này, ngoài việc thay đổi giống cây trồng và kỹ thuật canh tác thì việc chế biến cũng góp phần quan trọng. Một quy trình chế biến được hỗ trợ bởi các loại máy móc và thiết bị hợp lý cũng làm tăng giá trị chất lượng các loại sản phẩm, làm tăng năng suất, tỉ lệ thành phẩm cao, giảm được phế phẩm trong quá trình chế biến. Chính vì vậy chế biến nông sản là một ngành sản xuất được nhiều nước trên thế giới quan tâm. Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã không ngừng đầu tư công sức cho lĩnh vực nghiên cứu, chế tạo ra các thiết bị phục vụ cho việc bóc tách, bảo quản và chế biến nông sản. Đây không chỉ là ngành sản xuất mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà đầu tư mà nó góp phần tạo việc làm, tăng thu nhập cho người nông dân và giải quyết một số vấn đề xã hội. Lạc (Arachis hypogaea L.) là cây thực phẩm, cây công nghiệp lấy dầu, được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm đầu tư mở rộng phát triển sản xuất. Với điều kiện đất đai và khí hậu của các tỉnh ven biển miền Trung phù hợp với yêu cầu sinh trưởng và phát triển của cây lạc, đồng thời cũng là vùng trồng lạc trọng điểm của cả nước có vai trò hết sức quan trọng đối với cộng đồng dân cư ở khu vực này. Tuy nhiên, công nghệ chế biến lạc hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế, nhiều công đoạn vẫn còn đang thực hiện bằng thủ công. Do đó chất lượng và giá trị sản phẩm từ sản xuất lạc mang lại chưa cao. Mặc dù trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu trong nước đã tập trung vào từ công đoạn thu hoạch, bóc vỏ, sấy hay thiết bị chế biến khác. Một số cơ sở trong và ngoài nước đã nghiên cứu chế tạo máy bóc vỏ lụa hạt lạc như mẫu 2 TMTP-0A12 của cơ khí Tân Minh, mẫu Mouyoan RB200 của Trung Quốc, hay mẫu máy của cơ khí Viễn Đông. Nhìn chung các mẫu máy này làm việc chủ yếu theo nguyên lý chà xát, nên tỷ lệ hư hỏng hạt cao đặc biệt đối với các giống lạc khu vực miền Trung có hạt nhỏ, độ giòn cao và lớp vỏ lụa rất mỏng. Do đó, việc nghiên cứu chế tạo mẫu máy bóc vỏ lụa lạc rang có năng suất phù hợp với điều kiện sản xuất cũng như có hiệu quả bóc vỏ và chất lượng hạt lạc sau khi bóc đảm bảo là yêu cầu cấp thiết cần được nghiên cứu triển khai và ứng dụng để đáp ứng nhu cầu chế biến lạc hiện nay. Trước nhu cầu thực tiến đó chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang năng suất 40-60kg/h” nhằm đáp ứng mục tiêu và yêu cầu thực tiễn sản xuất đặt ra. 2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.1. Mục tiêu chung: Nghiên cứu tính toán, thiết kế và chế tạo mẫu máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang năng suất 40-60kg/h dựa trên nguyên lý bóc vỏ bằng khí động. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Tính toán thiết kế chế tạo mẫu máy có kết cấu ổn định, kiểu dáng đẹp và năng suất phù hợp với điều kiện sản xuất lạc của khu vực miền Trung. - Chất lượng hạt lạc rang sau khi bóc vỏ lụa đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật phù hợp với yêu cầu tiêu thụ của khách hàng cũng như yêu cầu công nghệ của việc chế biến các sản phẩm từ lạc rang. Cụ thể, tỷ lệ bóc sạch đạt trên 95%; tỷ lệ độ dập nát của hạt sau khi bóc <2%; - Chế tạo mẫu máy có độ an toàn cao, làm việc ổn định và đa năng (chế độ cơ và chế độ tự động) nhưng có giá thành phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ. 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Đề tài cung cấp bóc vỏ lụa hạt lạc rang cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình công nghệ chế biến nông sản nhằm đa dạng hóa sản phẩm nâng cao giá trị sản xuất của hàng nông sản. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Tổn thất sau thu hoạch cũng như chất lượng nông sản thấp do công nghệ chế biến lạc hậu đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong bối cảnh mất vệ sinh an toàn thực phẩm lên mức báo động như hiện nay. Chính vì vậy, đề tài triển khai không chỉ bổ sung nguyên lý làm việc cho các loại máy chế biến nói chung và máy bóc vỏ lụa hạt nông sản nói riêng mà còn đóng góp vào quá trình xây dựng quy trình chế biến hợp lý đảm bảo chất lượng cũng như đa dạng hóa sản phẩm từ lạc. Bên cạnh đó việc 3 triển khai chế tạo thành công mẫu máy BLR-K50 sẽ góp phần nâng cao năng suất sản xuất, tăng hiệu quả và giá trị sản xuất cho người dân sản xuất lạc cũng như các cơ sở chế biến lạc trên khu vực nghiên cứu. Từ đó, đẩy mạnh công cuộc công nghiệp hóa và ứng dụng tự động hóa trong sản xuất và chế biến nông sản. 4. Luận điểm khoa học Nghiên cứu này được đặt ra, dựa trên một số luận điểm sau: Lạc là loại nông sản giàu chất dinh dưỡng được trồng hầu hết ở nhiều địa phương nước ta với quy mô lớn. Do vậy, hạt lạc cần được chế biến ra các sản phẩm để tiêu thụ và thúc đẩy phát triển sản xuất. Lạc chứa nhiều vitamin, khoáng chất, chất dinh dưỡng và chất chống oxy hoá. Do đó lạc là nguồn thực phẩm giàu năng lượng. Lạc thường dùng để làm dầu, bột và protein lạc. Ngoài ra còn để làm các món ăn tráng miệng, các loại bánh kẹo, đồ an nhẹ và nước sốt. Lạc là loại nông sản rất tốt cho sức khỏe con người. Do vậy, nhu cầu tiêu thụ lạc rất cao không những trong nước và xuất khẩu. Vì vậy cần một số lượng lớn để cung ứng cho thị trường trong và ngoài nước. Tuy nhiên, trong quá trình chế biến, đa phần hạt lạc được bóc vỏ lụa bằng tay nên gặp nhiều khó khăn, tốn nhiều thời gian, nhân công và không an toàn thực phẩm. Vì vậy, việc áp dụng cơ khí tự động hóa mới đem lại hiệu quả cao về kinh tế, giải phóng được sức lao động, giảm thời gian để bóc vỏ lụa và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Do đó việc bóc vỏ lụa lạc rang cần phải giải quyết các vấn đề chính như sau: + Trong quá trình bóc vỏ lụa chất lượng hạt lạc sau khi bóc phải được bảo đảm như không bị dập vỡ, không bị nát. + Tỷ lệ bóc vỏ phải đạt cao hơn 95% + Năng suất máy đảm bảo từ 40-60kg/h Với những yêu cầu như trên, quá trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cần phải có cơ sở khoa học cả lý thuyết lẫn thực tiễn để thiết kế, chế tạo thành công mẫu máy đảm bảo yêu cầu đặt ra. Bóc vỏ lụa hạt lạc rang là công đoạn đầu tiên trong quá trình chế biến các loại thực phẩm cần được tách lớp vỏ lụa mỏng bao quanh ra khỏi hạt lạc. Hiện nay, tại thị trường Việt Nam đã có nhiều loại máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang mà chủ yếu có xuất xứ từ Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản...hầu hết, các máy bóc vỏ lụa hoạt động theo nguyên lý: ma sát, khí động lực học ... vậy nên, việc làm cho lớp vỏ được bóc tróc ra ngoài có vai trò rất quan trọng trong quá trình này. Tuy nhiên, nguyên lý vận hành máy bóc vỏ hiện nay còn tồn tại một số nhược điểm: hạt lạc dễ bị dập nát và kích thước của các loại hạt lạc khác nhau gây khó khăn trong việc bóc vỏ lụa. Làm thế nào máy bóc vỏ lụa tự động có thể bóc được tất cả các kích cỡ của hạt lạc mà không bị dập nát và tỷ lệ bóc sạch vỏ lụa cao. 4 Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy bóc vỏ lụa hạt lạc tự động các cơ cấu phải đồng bộ tối ưu hoạt động nhịp nhàng nhất để đảm bảo được năng suất và chất lượng sản phẩm tốt ở đầu ra. Máy bóc vỏ lụa tự động được đưa vào ứng dụng trong dây chuyền chế biến hạt lạc cũng sẽ mang lại hiệu quả to lớn về năng suất, chất lượng sản phẩm, tiết kiệm được thời gian, chi phí và mang lại kinh tế cho nhà sản xuất. Việc thực hiện chế tạo máy bóc vỏ lụa lạc sẽ làm phong phú thêm về các chủng loại máy chế biến nông sản Việt Nam. Đây là hướng đi thích hợp trong việc áp dụng kỹ thuật cơ khí hóa vào các ngành chế biến nông sản, có thể cạnh tranh được các dòng máy móc nhập khẩu của nước ngoài và làm chủ được công nghệ bóc vỏ lụa hạt lạc. Mỗi bộ phận trong hệ thống máy, có chức năng, nhiệm vụ nhất định và phải được bố trí đồng bộ với nhau trong một tổng thể thống nhất hợp lý về không gian và thời gian. Tuy vậy, cũng phải thấy rằng không nhất thiết lúc nào cũng có đầy đủ các thành phần của nó mà tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Chúng ta có thể kết hợp với một số thành phần lại với nhau, tùy theo đặc điểm về hình dáng để giảm được kích thước của hệ thống thuận lợi cho việc thiết kế, chế tạo và lắp ráp được đơn giản hơn. Trong quá trình nghiên cứu và chế tạo máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang, tuy có rất nhiều hình dạng kết cấu và nguyên lý bóc vỏ khác nhau được ứng dụng nhưng để đảm bảo các cơ cấu làm việc đồng bộ, đúng chức năng và hiệu quả nhất. Mục đích cuối cùng là máy móc phải đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật dựa trên phân tích động lực học các cơ cấu cho phù hợp, lựa chọn vật liệu cho đúng chức năng làm việc của cơ cấu. Hơn nữa phải phân tích đánh giá hình học cũng như tính chất về thành phần hóa học, cơ học của hạt lạc. Trên cơ sở đó, người thiết kế, tính toán đưa ra những giải pháp hợp lý và qua quá trình thực nghiệm để điều chỉnh các thông số cho phù hợp với đối tượng và yêu cầu sản xuất. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ LẠC (ĐẬU PHỘNG) Lạc, còn được gọi là đậu phộng (tên khoa học là Arachis hypogea) là một loại cây thực phẩm thuộc họ đậu có nguồn gốc từ Trung và Nam Mỹ. Lạc là cây thân thảo có thân cao tư 3-50 cm. Lá mọc đối kép hình lông chim với bốn lá chét kích thước lá chét dài 1-7 cm và rộng 1-3 cm. Hoa dạng hoa đậu điển hình màu vàng có điểm gân đỏ, cuống hoa dài 2-3 cm. Sau khi thụ phấn, quả phát triển thành dạng quả dài 3-7 cm chứa 1-4 hạt và quả thường nằm dưới đất để phát triển [7]. Ở Việt Nam lạc được trồng hầu hết các tỉnh thành trong cả nước, tuy nhiên tập trung nhiều khu vực miền Trung với nhiều giống lạc khác nhau. (a) (c) (b) (d) Hình 1.1 Một số sản phẩm được chế biến từ lạc [7] a. Bột lạc; b. dầu lạc; c. kẹo lạc; d. bơ lạc 6 Những năm trước đây, lạc được chủ yếu dùng trong các bữa ăn trong gia đình, tuy nhiên những năm gần đây lạc được dùng nhiều với các sản phẩm khác nhau như dầu lạc, bơ lạc, kẹo….. và nhu cầu về đa dạng sản phẩm ngày càng cao. Do đó, đòi hỏi các quy trình công nghệ chế biến ngày càng phát triển theo nhu cầu của thị trường. Ở một số nước như Mỹ, Canada người ta ít khi ăn lạc sống, mà thường rang lên với muối hoặc làm bơ đậu phộng và đặc biệt là chế biến bánh kẹo và dầu. Lạc thường được dùng để làm dầu lạc, bột và protein do đặc tính và hàm lượng dinh dưỡng của nó. Ngoài ra còn để làm món tráng miệng, các loại bánh kẹo, đồ ăn nhẹ và nước sốt. Không chỉ có hương vị thơm ngon mà lạc còn rất giàu protein, chất béo, và các dưỡng chất quan trọng khác. Một số sản phẩm chính được chế biến từ hạt lạc thể hiện như trong hình 1.1. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng lạc có thể hữu ích cho việc giảm cân và góp phần làm giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch. Cấu tạo của hạt lạc gồm màng mỏng bao bọc bên ngoài và phôi với 2 lá mầm, độ lớn của hạt thay đổi tùy giống và điều kiện ngoại cảnh. Hạt lạc có hình tròn, bầu dục dài hay ngắn, phần tiếp xúc với hạt bên cạnh thường thẳng (Hình 2.2). Trong một quả, hạt ở ngăn trước dài và nhỏ, hạt ở ngăn sau ngắn và to. Số hạt trên một quả thay đổi tùy thuộc vào giống thường từ 2-4 hạt, ít chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh. Hình 1.2. Hạt lạc (đậu phộng) 7 1.2 CÁC THÀNH PHẦN HÓA HỌC CÓ TRONG HẠT LẠC Tùy thuộc vào giống và điều kiện trồng mà thành phần hóa học của hạt lạc có sự thay đổi, tuy nhiên các thành phần chính và giá trị dinh dưỡng của hạt lạc được thể hiện như trong bảng 1.1 Bảng 1.1. Giá trị dinh dưỡng của hạt lạc [7] Thành phần Khoảng dao động (%) Trung bình(%) Am 3.9 – 13.2 5.0 Prtein 21.0 – 36.4 28.5 Lipid 35.8 – 54.2 47.5 Cellulose 1.2 – 4.3 2.8 Tro 1.8 – 3.1 2.9 Đường khử 0.1 – 0.3 0.2 Disaccharide 1.9 – 5.2 4.5 Tinh bột 1.0 – 5.3 4.0 Pentosan 2.2 – 2.7 2.5 Protein: Lạc chứa 26 – 29% protein có giá trị dinh dưỡng cao dù các amino acid như lysine, methionine và threonine có hàm lượng thấp. Aspartic acid, glutamic acid và arginine chiếm 45% tổng lượng amino acid trong đậu phộng, trong đó methionine, tryptophan và cystein là những amino acid có hàm lượng thấp. Tuy nhiên các nhà khoa học đã nghiên cứu và thu được protein giàu methionine (MRP) với hàm lượng methionine là 2.9% và cystine là 10.8%. Những phân tử protein này có khối lượng phân tử khoảng 118kDa và điểm đẳng điện giữa pH 5.6 – 6.2. Hầu hết protein trong hạt đậu phộng ở dạng acid protein trong tự nhiên khi tinh sạch và xác định tính chất của arachin và conarachin. Trong khi đó, basic protein trong đậu phộng là các thành phần hỗn tạp, không đồng nhất và chỉ chiếm khoảng 1% lượng protein tổng có trong hạt đậu phộng. Thành phần các acid amin cao có trong basic protein là lysine (8.5%), glycine (27.9%), methionine (1%), thấp là aspartic acid (5.3%) và glutamic acid (5.6%) khi so sánh với protein tổng có trong hạt đậu phộng. Các basic protein được tìm thấy dưới 8 dạng glycoprotein nó gồm cả dạng tự nhiên (3.5%) lẫn dạng amino sugars (0.2%, glucosamine). Protein đậu phộng hòa tan từ pH 2 – 10, hòa tan kém nhất tại điểm đẳng điện (pH = 4.5). Hơn 95% protein hòa tan tại pH dưới 2.5 hoặc trên 7. Sự hiện diện của NaCl với nồng độ cao sẽ làm giảm khả năng hòa tan của protein, thường là tại pH acid. Bảng 1.2. Thành phần hàm lượng Amino acid của hạt lạc [7] Amino acid Hàm lượng (mg/g protein) Alanine 33.80 ± 3.09 Arginine 132.90 ± 12.16 Aspartic acid 107.95 ± 9.52 Cystenine 15.12 ± 1.39 Glutamic acid 188.35 ± 17.23 Glycine 51.85 ± 4.74 Histidine 20.47 ± 1.88 Isoleucine 28.88 ± 2.26 Leucine 56.43 ± 5.02 Lysine 32.03 ± 2.93 Methionine 12.01 ± 1.10 Phennytalanine 45.61 ± 4.17 Proline 48.89 ± 4.47 Serine 48.56 ± 4.44 Threonline 25.66 ± 2.35 Tryptophan 11.95 ± 1.09 Tyrosine 35.11 ± 3.21 Yaline 34.78 ± 3.18 9 Lipid: Lạc có hàm lượng lipid rất cao (47 – 50%), Acid béo chủ yếu trong đậu phộng là acid oleic. Hàm lượng acid oleic trong đậu phộng cao hơn bắp và đậu nành nhưng ít hơn dầu olive. Đặc biệt dầu lạc có khoảng 7% các acid béo mạch dài C-20 archidic, C-22 behenic, C-24 lignoceric là những acid béo đặc trưng chỉ có chủ yếu trong dầu lạc. Hàm lượng glycerides trong dầu lạc chiếm khoảng 96% tổng hàm lượng dầu. Các glycerides được cấu tạo nên chủ yếu từ các acid béo như palmitic, oleic và linoleic. 80% glycerides trong dầu phộng được tạo nên từ các acid béo không no. Các glycerid trong dầu phộng chứa 3 acid béo chính: - Acid oleic:43-65% - Acid linoleic:20-37% - Acid palmitic:14-20% Các thành phần khác: Acid phytic và muối phytate thường hiện diện trong lá mầm, đóng vai trò là nguồn dự trữ phosphate. Bột đậu phộng sau khi tách béo chứa 1.5 – 1.7% phytate. Nếu những chất này hiện diện trong thực phẩm thì sẽ kết hợp với các cation hóa trị 2 như Ca, Fe, Zn, Mg… và làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Mặc dù có những ý kiến lo ngại về sự hấp thụ phytate, nhưng một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng acid phytic đóng vai trò quan trọng trong việc làm giảm hàm lượng glucose trong máu, làm giảm hàm lượng cholesterol cũng như làm giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư (Shahidi, 1997). Tuy nhiên, sự hiện diện của acid phytic sẽ gây ra một số vấn đề trong quá trình sản xuất protein từ đậu phộng bởi vì phytate có khả năng tương tác với protein và làm giảm khả năng hòa tan của protein. Phức hợp phytate – protein không hòa tan trong môi trường acid. Ngoài ra, trong đậu phộng còn có một hàm lượng đáng kể các hợp chất phenolic. Các hợp chất phenolic có khả năng tác dụng với protein. Những hợp chất phenolic thường gặp trong đậu phộng là: acid phenolic (caffeic, vanillic, syringic, coumaric) hoặc tannins thường tồn tại dưới dạng tự do, ester hoặc các dạng liên kết khác. Trong 1g bột đậu phộng tách béo, hàm lượng acid phenolic và các hợp chất phenolic khác lần lượt là 1756 – 2033 μg và 50 – 120 μg. Những chất này sẽ gây ra mùi vị không mong muốn, làm sậm màu, cũng như làm giảm giá trị của các khoáng chất (Naczk and Shahidi, 1997). Phương pháp làm giảm hàm lượng phenolic chủ yếu tập trung vào việc tối thiểu hóa sự tương tác giữa phenolic và protein sau đó loại phenolic ra khỏi protein do sự khác nhau về khả năng hòa tan cũng như kích thước. Việc trích ly với dung môi có