Nghiên cứu chuyển đổi công nghệ và thiết bị trong sản xuất bánh tráng

Tài liệu chuyên sâu Chuyển đổi công nghệ sản xuất bánh tráng từ phương pháp truyền thống sang hiện đại, phân tích đa chiều, cung cấp kiến thức nền

• Tác giả: Lý Bá Nguyên
• Người hướng dẫn: GS.TS Trần Doãn Sơn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Giải Pháp Để Chuyển Đổi Công Nghệ Và Thiết Bị Từ Phương Pháp Truyền Thống Sang Phương Pháp Mới Trong Sản Xuất Bánh Tráng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: Khảo sát tổng quan
• 1.1. Giới thiệu về sản phẩm
• 1.2. Công nghệ và thiết bị sản xuất bánh tráng gạo hiện nay
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2.2. Công nghệ sản xuất
• 1.2.3. Nhận xét ưu, nhược điểm
• 1.2.3.1. Nhược điểm
• 1.3. Chọn đề tài giải quyết
• 1.3.1. Mục tiêu đề tài
• 1.3.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 1.4. Cơ sở lý thuyết của bột nước
• 1.4.1. Thành phần của bột nước
• 1.4.2. Tính chất hóa – nhiệt của bột nước
• 1.4.2.1. Tỷ lệ amylose trong bột nước
• 1.4.2.2. Quá trình hydrat hóa và dehydrat hóa
• 1.4.2.3. Quá trình biến đổi trạng thái dưới tác động của nhiệt độ
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: Thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm
• 2.1. Một số kết quả tính toán
• 2.2. Chế tạo mô hình thí nghiệm
• 2.2.1. Thiết bị làm bánh
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: Mô phỏng các yếu tố tác động đến quá trình làm lỏng bánh
• 3.1. Thông số mâm thiết kế theo cơ sở lý thuyết
• 3.2. Mô phỏng bằng Comsol Multiphysics
• 3.3. Thiết kế mâm sau khi mô phỏng
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: Thí nghiệm
• 4.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 4.2. Chuẩn bị nguyên liệu
• 4.3. Yêu cầu về chất lượng
• 4.4. Quá trình thực nghiệm
• 4.4.1. Cách thức tiến hành
• 4.5. Phân tích kết quả
• 4.5.1. Xử lý kết quả
• 5. CHƯƠNG 5: Kết luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về sản phẩm

Bánh tráng là một sản phẩm thực phẩm truyền thống của Việt Nam, được làm từ bột gạo và có thể được sử dụng trong nhiều món ăn khác nhau. Công nghệ sản xuất bánh tráng đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ phương pháp truyền thống đến các kỹ thuật hiện đại. Việc chuyển đổi công nghệ không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. Bánh tráng được phân loại dựa trên nguyên liệu, gia vị và độ dày, với những loại phổ biến như bánh tráng gạo, bánh tráng bò bía và bánh tráng rế. Sự đa dạng này không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn có tiềm năng xuất khẩu ra thị trường quốc tế. Theo khảo sát, bánh tráng gạo là loại bánh được ưa chuộng nhất do độ dẻo, hương vị đặc trưng và khả năng bảo quản lâu dài. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất bánh tráng là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

II. Công nghệ và thiết bị sản xuất bánh tráng hiện nay

Hiện nay, công nghệ sản xuất bánh tráng đã được cải tiến với sự áp dụng của máy móc hiện đại. Quy trình sản xuất bao gồm các bước như ngâm gạo, nghiền bột, lọc bột, phối trộn và làm bánh. Mỗi bước trong quy trình đều có sự can thiệp của máy móc để tối ưu hóa năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng phương pháp hiện đại giúp giảm thiểu tối đa sự can thiệp của con người, từ đó giảm thiểu rủi ro về an toàn thực phẩm. Tuy nhiên, vẫn còn một số khâu trong quy trình sản xuất bánh tráng phải thực hiện bằng tay, điều này gây khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất là rất cần thiết để tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả sản xuất. Sự chuyển đổi từ phương pháp truyền thống sang phương pháp hiện đại không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn giúp nâng cao giá trị thương hiệu cho sản phẩm bánh tráng.

III. Tình hình nghiên cứu trong nước

Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ sản xuất bánh tráng, từ các mô hình sản xuất nhỏ lẻ đến quy mô công nghiệp. Các nghiên cứu này thường tập trung vào việc cải tiến quy trình sản xuất và ứng dụng công nghệ mới để nâng cao chất lượng sản phẩm. Mặc dù có nhiều tiến bộ, nhưng vẫn còn tồn tại một số nhược điểm trong quy trình sản xuất, như việc sử dụng nguyên liệu không đồng nhất và quy trình thủ công tại một số khâu. Điều này dẫn đến việc chất lượng sản phẩm không ổn định và năng suất chưa đạt yêu cầu. Do đó, việc áp dụng các giải pháp cải tiến trong sản xuất là rất quan trọng. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm có thể giúp tìm ra những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bánh tráng và từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hơn trong quy trình sản xuất.

IV. Giải pháp chuyển đổi công nghệ

Để thực hiện chuyển đổi công nghệ sản xuất bánh tráng, cần phải có sự đầu tư mạnh mẽ vào máy móc hiện đại và quy trình sản xuất tự động hóa. Việc áp dụng công nghệ mới không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. Một trong những giải pháp quan trọng là sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm ra các yếu tố đầu vào tối ưu, từ đó cải thiện quy trình sản xuất. Cần thiết phải tiến hành thí nghiệm thực tiễn để đánh giá chất lượng sản phẩm và xác định các thông số kỹ thuật phù hợp. Việc chuyển đổi này không chỉ giúp doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành sản xuất thực phẩm tại Việt Nam.

V. Kết luận

Việc chuyển đổi công nghệ sản xuất bánh tráng từ phương pháp truyền thống sang phương pháp hiện đại là một bước đi cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Sự phát triển của công nghệ không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Các nghiên cứu và giải pháp được đề xuất trong luận văn này sẽ tạo cơ sở cho việc phát triển bền vững ngành sản xuất bánh tráng, đồng thời góp phần vào việc nâng cao giá trị thương hiệu cho sản phẩm truyền thống của Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành chế biến thực phẩm từ gạo tại Việt Nam giữ vị trí chiến lược trong nền kinh tế nông nghiệp với sản lượng lúa gạo hàng năm đạt trên 43 triệu tấn, trong đó các mặt hàng truyền thống như bánh tráng, bánh đa, bún, phở đóng góp tỷ trọng xuất khẩu đáng kể. Tuy nhiên, công nghệ sản xuất bánh tráng truyền thống và bán tự động hiện nay bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng: quy trình ngâm gạo kéo dài từ 3 đến 6 giờ ở nhiệt độ 48 đến 52 độ C (hoặc trên 12 giờ ở nhiệt độ thường), công đoạn tráng hấp bằng vải căng hoặc băng tải sinh ra lượng bavia phế phẩm cắt mép chiếm từ 10% đến 15% tổng khối lượng bột, gây lãng phí năng lượng và nguyên liệu. Đồng thời, việc dùng thanh gạt thủ công dẫn đến chiều dày bánh không đồng đều, độ ẩm sau hấp lên tới 53% đòi hỏi thời gian sấy dài.

Đứng trước thực trạng đó, đề tài tập trung giải quyết bài toán chuyển đổi công nghệ và thiết bị từ phương pháp hấp truyền thống sang phương pháp ép nhiệt trực tiếp bằng cặp mâm xoay khép kín. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy sản xuất bánh tráng tự động, ứng dụng mô phỏng trường nhiệt để tối ưu hóa kết cấu mâm nướng và xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu bằng quy hoạch thực nghiệm.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh từ tháng 02/2023 đến tháng 12/2023, tập trung vào dòng sản phẩm bánh tráng gạo loại dày có đường kính 150 mm và chiều dày khoảng 1,5 đến 2,42 mm. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc rút ngắn chu kỳ nướng bánh từ 1 đến 5 phút của phương pháp hấp hơi xuống chỉ còn 29 đến 33 giây trên mâm nhiệt, triệt tiêu 100% bavia thừa, tiết kiệm hơn 25% điện năng tiêu thụ và nâng cao độ đồng đều sản phẩm lên trên 90%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng tích hợp giữa khoa học thực phẩm và kỹ thuật nhiệt - cơ khí chính xác:

• Lý thuyết biến tính và hồ hóa tinh bột lúa gạo: Hạt gạo xát chứa 82% tinh bột, 6% protein, 0,2% lipid và cung cấp năng lượng 361 kcal trên 100g chất khô. Tinh bột gạo gồm hai thành phần chính là amylose (chiếm tỷ lệ từ 15% đến 35%) và amylopectin. Quá trình hồ hóa tinh bột diễn ra qua 5 giai đoạn nhiệt độ phân tích trên biểu đồ RVA: bắt đầu trương nở ở 50 độ C, hồ hóa mạnh từ 75 đến 80 độ C, đạt độ nhớt cực đại tại 95 độ C và bước vào giai đoạn biến tính, định hình liên kết màng ở 150 đến 160 độ C.
• Lý thuyết truyền nhiệt và động lực học chất lỏng: Mô hình tính toán nhiệt lượng truyền dẫn qua cặp mâm hợp kim nhôm có khối lượng riêng 2,7 g/cm3, nhiệt dung riêng 880 J/kg.K và hệ số tỏa nhiệt đối lưu 202 W/m2.độ C. Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt đạt 0,05 m2, sử dụng nguồn điện 3 pha 380V với công suất gia nhiệt điện trở tính toán 1300W.
• Lý thuyết tạo màng tinh bột 3 giai đoạn: Bao gồm giai đoạn bốc hơi nước mặt ngoài, biến dạng phân tử dưới tác động của sức căng bề mặt và hình thành lực liên kết hydro giữa các chuỗi mạch thẳng để tạo độ dai dẻo khi dehydrat hóa.
• Mô hình quy hoạch thực nghiệm bậc 2 quay đều Box-Wilson: Áp dụng phương pháp Central Composite Design (CCD) nhằm thiết lập hàm hồi quy đa biến biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số công nghệ đầu vào và chất lượng cơ lý của sản phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu và kích thước mẫu: Thực nghiệm sử dụng nguồn nguyên liệu bột gạo tẻ phối trộn với nước sạch theo tỷ lệ 1:1,2 và bổ sung bột năng làm chất trợ tạo màng. Ma trận thực nghiệm Box-Wilson gồm 20 nghiệm thức độc lập với 3 biến số công nghệ ở 5 mức giá trị mã hóa (-1,682; -1; 0; +1; +1,682), trong đó có 6 lần thí nghiệm lặp lại tại tâm để kiểm soát sai số ngẫu nhiên. Mỗi chế độ thực nghiệm được lấy 3 mẫu thử nghiệm độc lập có kích thước tiêu chuẩn chiều dài 110 mm và chiều rộng 40 mm.
• Phương pháp chọn mẫu: Mẫu bánh tráng được tạo hình tự động trực tiếp trên mâm ép đường kính 250 mm và chọn ngẫu nhiên sau khi làm nguội ổn định cấu trúc.
• Phương pháp phân tích và đo lường: Sử dụng phần mềm COMSOL Multiphysics để mô phỏng sự phân bố mật độ dòng nhiệt và trường nhiệt độ trên bề mặt mâm nhôm dày 5 mm. Độ dày của bánh được kiểm tra bằng thước panme có độ chính xác 0,01 mm ở trạng thái ẩm định hình. Độ dai được xác định bằng phương pháp kéo đứt cưỡng bức với tốc độ gia tải 0,1 N/s trên thiết bị đo lực chuyên dụng để ghi nhận độ giãn dài cực đại tại thời điểm đứt. Xử lý thống kê và phân tích hồi quy bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology) thông qua phần mềm Minitab.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo thiết bị hoàn thiện trong 6 tháng đầu; 4 tháng tiếp theo dành cho mô phỏng số, chạy thực nghiệm kiểm chứng và tối ưu hóa thông số.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm và mô phỏng số đã mang lại các phát hiện kỹ thuật cốt lõi:

• Mô phỏng trường nhiệt bằng COMSOL Multiphysics đã làm rõ sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trên mâm phẳng truyền thống và chia bề mặt mâm thành 3 vùng nhiệt rõ rệt: vùng 1 tiếp nhận dịch bột có độ ổn định nhiệt giảm dần do quá trình hấp thu nhiệt hồ hóa; vùng 2 là vùng cấp nhiệt chính làm chín và liên kết phân tử; vùng 3 là vùng biên ép mỏng chịu giảm áp. Từ đó, tác giả đã thiết kế cách bố trí dây điện trở uốn cong theo 3 cung tròn đồng tâm tương ứng, giúp nhiệt độ bề mặt mâm nhôm đạt độ đồng đều với sai lệch không quá 2 độ C.
• Xác định mức độ ảnh hưởng của các biến công nghệ: Tỷ lệ phụ gia bột năng (khảo sát từ 3,295% đến 11,705%) và thời gian nướng (khảo sát từ 27,63 giây đến 34,36 giây) là hai yếu tố chi phối mạnh mẽ nhất đến độ dai và độ dày bánh. Trong khi đó, biến thiên nhiệt độ trong khoảng 142,59 đến 159,41 độ C có mức độ tác động thấp hơn do khoảng thay đổi nhiệt khảo sát tương đối hẹp.
• Độ tin cậy của mô hình toán học: Phương trình hồi quy bậc 2 thiết lập trên phần mềm Minitab đạt hệ số xác định R-sq xấp xỉ 90%, chứng minh mô hình tương thích cao với dữ liệu thực nghiệm. Điểm tối ưu toàn cục cho dòng bánh tráng gạo dày 2,42 mm được xác lập chính xác tại: tỷ lệ bột năng 7,5%, nhiệt độ nướng 151 độ C và thời gian nướng 31 giây, mang lại độ giãn dài kéo đứt trung bình đạt 18,8 mm.

Thảo luận kết quả

Khi xem xét tương quan giữa các yếu tố, thời gian nướng giữ vai trò quyết định đến trạng thái biến đổi thù hình của tinh bột. Nếu thời gian dưới 27,63 giây, quá trình hồ hóa chưa hoàn tất khiến mạng lưới liên kết hydro giữa amylose lỏng lẻo, bánh sau khi phơi bị bở và gãy vụn. Ngược lại, nếu kéo dài thời gian nướng vượt quá 34,36 giây ở nhiệt độ trên 156 độ C, hiện tượng thoát ẩm cưỡng bức quá nhanh làm xuất hiện ứng suất nội nhiệt lớn, dẫn đến bánh bị co ngót không đều, cháy sém bề mặt và giòn gãy. Việc bổ sung 7,5% bột năng cung cấp hàm lượng amylopectin mạch nhánh dồi dào, đóng vai trò chất hóa dẻo giúp giảm độ co ngót thể tích và tăng cường độ đàn hồi cho màng bánh.

Để phục vụ công tác quản lý chất lượng và kiểm soát dây chuyền sản xuất, toàn bộ dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa thông qua biểu đồ Pareto chuẩn hóa, làm nổi bật thứ tự ưu tiên của các thông số vận hành. Bên cạnh đó, các đồ thị mặt đáp ứng 3D và đồ thị đường mức contour thể hiện rõ vùng biên làm việc an toàn, nơi mà sự kết hợp giữa thời gian 31 giây và nhiệt độ 151 độ C tạo ra độ dày ổn định 2,42 mm mà không phụ thuộc quá mức vào dao động nhỏ của điện áp nguồn. Kết quả này vượt trội hoàn toàn so với các nghiên cứu sản xuất bánh tráng mỏng trước đây vốn đòi hỏi công đoạn sấy kéo dài nhiều giờ và phụ thuộc lớn vào điều kiện thời tiết tự nhiên.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả tính toán cơ khí và thực nghiệm tối ưu hóa, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm hoàn thiện và thương mại hóa công nghệ:

• Chuẩn hóa cụm cấp phôi và định lượng dịch bột tự động: Ứng dụng động cơ AC Servo Panasonic Minas A5 công suất 750W với mô-men xoắn 32,1 Nm kết hợp đầu bơm nhu động YZ1515x-A và van điện từ phi 21 mm. Cài đặt Timer đóng ngắt chu kỳ 2 đến 5 giây để kiểm soát chính xác thể tích rót 35,34 ml bột cho mỗi chu trình, sai số thể tích dưới 1%. Bộ phận kỹ thuật chế tạo máy thực hiện trong vòng 3 tháng.
• Nâng cấp kết cấu mâm gia nhiệt và điều khiển nhiệt độ thông minh: Chế tạo cặp mâm nướng bằng hợp kim nhôm Al 6061 mạ teflon chống dính có đường kính 250 mm, phân bố điện trở công suất 1300W theo 3 vùng nhiệt độc lập đã mô phỏng. Tích hợp bộ điều khiển PID cùng cảm biến nhiệt độ tiếp xúc bề mặt để duy trì ổn định mức nhiệt 151 độ C với sai số dưới 1,5 độ C. Đơn vị cơ điện xưởng thực hiện trong thời hạn 2 tháng.
• Hoàn thiện công thức phối trộn nguyên liệu tiêu chuẩn: Cố định tỷ lệ dịch bột gạo tẻ và nước ở mức 1:1,2, phối trộn đồng nhất 7,5% bột năng bằng máy khuấy cánh chân vịt đường kính 280 mm quay ở vận tốc 60 vòng/phút. Bổ sung từ 0,5% đến 1% muối ăn nhằm tăng cường khả năng giữ ẩm và ức chế vi sinh vật. Bộ phận R&D công nghệ thực phẩm triển khai thử nghiệm trong 6 tháng.
• Phát triển hệ thống bóc tách sản phẩm và sấy liên hoàn: Thiết kế bổ sung cơ cấu tay gắp khí nén tự động lấy bánh ra khỏi mâm sau khi mở khuôn và chuyển tiếp trực tiếp vào buồng sấy đối lưu cưỡng bức đa tầng. Đặt mục tiêu giảm độ ẩm bánh từ 53% sau nướng xuống còn 12% đến 14% trong vòng 15 phút, hướng tới tự động hóa 100% dây chuyền trong vòng 12 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao, là tài liệu tham khảo đắc lực cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư thiết kế và chế tạo máy thực phẩm: Tiếp cận phương pháp tính toán động lực học chi tiết cho cụm mâm xoay, lựa chọn công suất động cơ khuấy trộn, thiết kế hệ thống ti nâng Inox 304 chịu lực bền 520 N/mm2 và giải pháp tích hợp van điện từ định thời tự động.
• Doanh nghiệp và chủ cơ sở chế biến nông sản: Ứng dụng mô hình thiết bị mâm ép nhiệt để thay thế các lò tráng thủ công hoặc dây chuyền hấp băng tải cũ kỹ. Doanh nghiệp có thể tận dụng quy trình mới để loại bỏ hoàn toàn phế phẩm bavia, tiết kiệm chi phí nhân công và nâng công suất đạt hàng nghìn sản phẩm mỗi ca làm việc.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí: Khai thác phương pháp luận kết hợp giữa mô phỏng phần tử hữu hạn trên COMSOL Multiphysics và phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc 2 Box-Wilson trong việc giải quyết các bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu phức tạp.
• Chuyên gia công nghệ thực phẩm và nghiên cứu tinh bột: Tham khảo dữ liệu thực nghiệm về hành vi biến tính thù hình của tinh bột gạo, cơ chế hồ hóa theo thang nhiệt độ RVA và ảnh hưởng của phụ gia tạo màng đến các chỉ tiêu cơ lý của sản phẩm sau chế biến nhiệt.

Câu hỏi thường gặp

• Phương pháp ép nhiệt trực tiếp bằng cặp mâm có ưu điểm gì vượt trội so với công nghệ hấp hơi truyền thống? Phương pháp ép nhiệt trực tiếp tạo hình bánh kín trong khuôn nhôm đường kính 250 mm, giúp nhiệt lượng truyền dẫn trực tiếp vào hai mặt bánh trong 29 đến 33 giây. Nhờ đó, công nghệ này triệt tiêu hoàn toàn lượng bavia phế phẩm cắt mép 10% đến 15% của phương pháp cũ, đồng thời giảm tiêu hao năng lượng và rút ngắn 70% thời gian làm chín.

• Tại sao luận văn lại ứng dụng phần mềm COMSOL Multiphysics trước khi chế tạo thực tế? Mô phỏng COMSOL Multiphysics cho phép phân tích chính xác trường nhiệt động trên mâm nhôm dày 5 mm trong suốt chu trình ép. Kết quả chỉ ra 3 vùng nhiệt độ biến đổi riêng biệt, làm cơ sở kỹ thuật chuẩn xác để uốn và bố trí dây điện trở 1300W phù hợp, tránh hiện tượng cháy cục bộ hoặc bánh chín không đều mà không phải tốn kém chi phí thử nghiệm sai hỏng.

• Tỷ lệ phụ gia bột năng ảnh hưởng như thế nào đến độ bền cơ lý của bánh tráng? Bột năng cung cấp chuỗi phân tử amylopectin giúp tăng độ dẻo và khả năng liên kết màng khi dehydrat hóa. Khi khảo sát tỷ lệ từ 3,295% đến 11,705%, mức 7,5% được chứng minh là tối ưu, giúp bánh đạt độ giãn dài kéo đứt 18,8 mm mà không làm bánh bị chua hay suy giảm hương vị tự nhiên của gạo tẻ.

• Thiết bị thí nghiệm kiểm soát độ dày của sản phẩm bằng những cơ chế nào? Độ dày bánh tráng từ 1,5 đến 2,42 mm được kiểm soát đồng thời qua 3 yếu tố: khe hở cơ khí chính xác giữa cặp mâm ép nhôm dày 5 mm, lưu lượng định lượng tự động 35,34 ml của bơm nhu động qua van điện từ phi 21 mm và áp lực đóng khuôn ổn định thông qua cụm ti nâng Inox 304.

• Mô hình quy hoạch thực nghiệm Box-Wilson có ý nghĩa gì trong việc xác lập chế độ vận hành? Mô hình Box-Wilson với 20 nghiệm thức và 6 điểm lặp tại tâm giúp đánh giá tương quan đa biến phức tạp giữa tỷ lệ phụ gia, nhiệt độ và thời gian với hệ số tin cậy R-sq đạt gần 90%. Mô hình cung cấp phương trình hồi quy chính xác để tìm ra điểm làm việc tối ưu tại 7,5% phụ gia, 151 độ C và 31 giây.

Kết luận

• Chế tạo thành công mô hình thiết bị sản xuất bánh tráng tự động dạng mâm xoay ép nhiệt trực tiếp, giải quyết triệt để nhược điểm hao phí bavia và bề mặt không đều của phương pháp truyền thống.
• Ứng dụng hiệu quả công cụ mô phỏng COMSOL Multiphysics để thiết kế kết cấu phân bố điện trở 3 vùng nhiệt trên mâm hợp kim nhôm đường kính 250 mm, đảm bảo trường nhiệt đồng nhất.
• Triển khai thành công quy hoạch thực nghiệm bậc 2 quay đều Box-Wilson với 20 nghiệm thức, thiết lập mô hình hồi quy có độ tương thích cao đạt hệ số R-sq xấp xỉ 90%.
• Xác lập chính xác bộ thông số công nghệ tối ưu cho bánh tráng gạo dày: tỷ lệ phụ gia 7,5%, nhiệt độ nướng 151 độ C, thời gian nướng 31 giây, cho ra sản phẩm có độ dày 2,42 mm và độ dai kéo đứt 18,8 mm.
• Rút ngắn chu kỳ làm chín bánh xuống còn 29 đến 33 giây, nâng cao năng suất, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và tạo tiền đề vững chắc cho việc cơ giới hóa ngành nghề truyền thống.

Công trình đóng góp một giải pháp công nghệ hoàn chỉnh và khả thi cho ngành cơ khí chế tạo máy thực phẩm Việt Nam. Trong giai đoạn 2024 - 2025, hướng phát triển tiếp theo của đề tài là tích hợp cơ cấu bóc tách bánh bằng chân không tự động và mở rộng dải thông số cho các dòng sản phẩm bánh tráng mỏng 1,0 đến 1,2 mm. Các doanh nghiệp chế biến thực phẩm và cơ sở sản xuất bánh tráng quan tâm có thể liên hệ hợp tác chuyển giao công nghệ để nâng cấp toàn diện dây chuyền sản xuất hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: Khảo sát tổng quan 1. Giới thiệu về sản phẩm Hiện nay ở Việt Nam đang ứng dụng công nghệ tự động hóa vào nhiều ngành nghề và lĩnh vực đặc biệt để giải phóng sức lao động bằng tay chân, thay vào đó là những máy móc tự động và robot. Đặc biệt vấn đề về phục vụ nhu cầu hàng ngày của con người cũng được đặt lên hàng đầu. Một trong những vấn đề được quan tâm là tăng năng suất, để đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu thực tế.

Bên cạnh đó cũng góp phần không nhỏ vào việc an toàn vệ sinh thực phẩm. Việt Nam là một trong những nước nông nghiệp và sản phẩm được làm từ nguyên liệu gạo và mì rất phổ biến. Các món ăn được chế biến kết hợp với bánh hỏi, bánh tráng, … được nhiều nước trên thế giới ưu thích. Và ở những nước có những khu vực ẩm thực riêng mang phong cách của người Việt Hình 1.1: Những sản phẩm đặc trưng làm từ bột gạo mì Bánh tráng là một dạng bánh sử dụng nguyên liệu chính là bột tráng mỏng phơi khô, khi ăn có thể nướng giòn hoặc nhúng qua nước, được chế biến thành nhiều loại tùy thuộc vào chiều dày của bánh.

Bánh tráng được phân loại dựa vào các tiêu chí sau: - Dựa vào nguồn nguyên liệu: • Bánh tráng từ gạo • Bánh tráng từ bắp Trang 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ • Bánh tráng từ khoai mì • Bánh tráng từ bột mì - Dựa vào gia vị: • Bánh tráng ngọt • Bánh tráng mặn • Bánh tráng lạt - Dựa vào độ dày của sản phẩm • Bánh tráng dày • Bánh tráng mỏng • Giấy tinh bột Ngoài ra, một số sản phẩm của bánh tráng được kể đến như: - Bánh đa: là loại bánh tráng dày, thành phàn chính là bột gạo hòa tan với nước, có thể thêm vừng mè để tăng hương vị. Sau đó bánh được nướng lên để thưởng thức - Bánh tráng bò bía: là loại bánh tráng tương đối dày đặc biệt làm bằng bột mì. Loại bánh tráng này có lớp vỏ màu trắng đục, có độ dẻo, dai và xốp hơn hơn bánh tráng làm từ bột gạo. Thông thường, bánh tráng bò bía được sử dụng để gói bo bia, nem rán vì khi chiên lên vỏ bánh giữ được độ giòn lâu và có mùi thơm béo béo của vỏ đậu xanh - Bánh tráng rế: Là loại bánh tráng mỏng, nguyên liệu dùng để cuốn chả giò.

Thành phần gồm ít bột năng, bột mì và nhiều bột gạo (cụ thể tỉ lệ 50g bột năng, 50g bột mì và 500g bột gạo). Ngoài ra còn có trứng gà và các gia vị như đường, muối, dầu ăn. - Bánh tráng gạo: được làm chủ yếu từ bột gạo cao cấp có pha thêm ít bột năng để bánh có độ dẻo mỏng vừa phải, để khi cuốn bánh không bị gãy nát, không bị nếp gấp và không cần nhúng nước khi sử dụng. Được sản xuất hoàn toàn từ bột gạo 100%, không có phẩm màu, không có chất tẩy trắng nên bánh có màu trắng ngà tự nhiên cùng hương gạo đặc trưng.

Ngoài ra, bánh còn có khá nhiều loại kích thước khác nhau nên người tiêu dùng có thể thoải mái lựa chọn Trang 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ Kết luận: Bánh tráng gạo là loại bánh tráng được dùng phổ biến nhất do đáp ứng được các nhu cầu của người tiêu dùng khi ăn kèm với các món ăn truyền thống, có thể bảo quản lên đến 24h. Vì vậy, bánh tráng gạo được chọn làm sản phẩm chính cho thiết bị của đề tài. Công nghệ và thiết bị sản xuất bánh tráng gạo hiện nay 1. Tình hình nghiên cứu trong nước Ban đầu, bánh tráng gạo được sản xuất theo quy mô gia đình.

Sau đó, do nhu cầu tiêu thụ tăng nhanh cùng với sự công nghiệp hóa không ngừng phát triển, việc sản xuất bánh tráng gạo hàng loạt để đáp ứng và phục vụ nhu cầu người tiêu dùng là rất cần thiết. Hiện nay, bánh tráng gạo là sản phẩm dần không chỉ tỏa khắp Việt Nam mà còn vươn ra các quốc gia và vùng lãnh thổ lân cận. Bánh tráng mang ý nghĩa là món ăn truyền thống của dân tộc Việt Nam, do đó nguồn gốc xuất xứ của ẩm thực này hầu hết từ nước ta. Trong thời kì công nghiệp hóa, nhằm mục đích cơ giới hóa quy trình sản xuất bánh tráng cũng như nâng cao chất lượng và năng suất sản phẩm.

Thế nên, một số đề tài được các GS.TS nghiên cứu về mô hình sản xuất bánh tráng mỏng khá quy mô, hiện đang áp dụng ở nhiều xí nghiệp chế biến thực phẩm tại một số tỉnh thành như Thanh Hóa, Bến Tre, Trà Vinh, TPHCM…., mặc dù vẫn còn một số khâu phải thực hiện bằng phương pháp thủ công. Dù vậy, đây là những tia hy vọng mới trên con đường cơ giới hóa cho sự phát triển của sản xuất bánh tráng Trang 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 1.2: Công nhân đang thao tác trên thiết bị sản xuất bánh tráng gạo Hình 1.3: Công nhân đang phơi bánh tráng thành phẩm Trang 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ 1. Công nghệ sản xuất Hình 1.4: Quy trình công nghệ sản xuất bánh tráng gạo ở cơ sở sản xuất • Ngâm gạo: Ngâm với tỷ lệ gạo/nước là ½. Nếu ngâm nhiều nước thì lượng dinh dưỡng trong gạo sẽ bị mất hết.

Còn lượng nước ít thì quá trình hydrat hóa không xảy ra hoàn toàn. Thường thì gạo sẽ được ngâm từ 3 - 6 tiếng trong nước ấm. Nếu chỉ sử dụng nước thường không gia nhiệt thì thời gian sẽ lâu hơn 12 tiếng. Thường sản xuất theo dây chuyền thì sẽ tích hợp bộ gia nhiệt cho nước ngâm nên thời gian sẽ rút ngắn đi rất nhiều.

Nhiệt độ ngâm từ 48 - 52⁰C Gạo sẽ được ngâm trong các thùng chuyên dụng bằng thép Inox, trong khoảng thời gian nhất định. Việc ngâm gạo sẽ có các tác dụng: Trang 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ - Ngâm sẽ giúp gạo được mềm hơn, hỗ trợ quá trình xay nghiền được thuận lợi - Tăng độ trương nở của gạo do quá trình hút nước - Giúp loại bỏ các tạp chất bên ngoài - Tăng hiệu quả quá trình làm bánh • Công đoạn nghiền thành bột (nghiền ướt): - Sau khi gạo ngâm đủ thời gian sẽ được chuyển qua công đoạn nghiền ướt. Máy sử dụng cho công đoạn này là máy nghiền ướt bằng đĩa quay. Quá trình nghiền sẽ giúp cấu trúc tế bào và lớp màn được giải phóng.

Đồng thời, các chất dinh dưỡng như glucid, lipid và protein được hòa tan. - Sau khi nghiên gạo sẽ thành khối bột nhão với lượng dinh dưỡng cao. Quá trình nghiên phải đảm bảo lượng nước vừa phải. Nếu quá khô sẽ gây ra lượng tinh bột bị phá hủy.

Lượng nước quá nhiều tốn thời gian nghiền. • Công đoạn gạn lọc bột Sau khi nghiền bột nhão sẽ được chuyển qua công đoạn lọc để loại bỏ các hạt có kích thước lớn. Nếu dịch bột không được lọc thì quá tráng bề mặt sẽ không được mịn. Dịch bột qua công đoạn lọc sẽ được chia thành hai phần là dịch lọc và bã.

Đối với các dây chuyền lớn sàng rung được dùng cho mục đích lọc. Thường sàng rung có khung hơi nghiêng theo phương ngang, có kích thước dài 4 m, phía dưới được lót một lớp lưới kim loại. Môt motor nối sàng rung qua một thanh truyền động • Công đoạn phối trộn: Dịch của quá trình lọc sẽ được chuyển qua công đoạn phối trộn để làm đều hỗn hợp bột. Đồng thời công đoạn này sẽ tiến hành bổ sung các phụ gia vào nguyên liệu để hỗ trợ quá trình tráng bánh.

Các phụ gia bao gồm: - Phụ gia cấu trúc (tinh bôt biến tính, CMC, polysaccharide, sorbitol, glycerin… - Phụ gia bảo quản (Calcium phosphate, BHA, BHT,.) - Bổ sung muối để tăng khả năng giữ nước cho bánh, đồng thời ức chế vi sinh vật. • Công đoạn làm bánh tráng: Hỗn hợp dịch bột và phụ gia sẽ được bơm qua hệ thống chiết rót. Tiếp đến, chúng sẽ được bơm qua khuôn đổ có chiều dày từ 1-1. Các khuôn được bố trị Trang 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ tự động trên băng chuyền.

Quá trình đổ khuôn chỉ mất vài giây, lượng dịch rót được thiết lập tự động. Băng tải sẽ di chuyển chậm và liên tục. Dịch bột xuống băng tải qua một chiếc van động và ống tháo. Van chảy bột được thiết lập với một lượng lượng thích hợp.

Một chiếc gạt có nhiệm vụ dàn đều dịch bột. • Công đoạn hấp bánh Bánh sau khi trải qua công đoạn tráng sẽ đi đến máy hấp, công đoạn này sẽ giúp tinh bột hoàn toàn được hồ hóa. Yêu cầu kỹ thuật cho công đoạn sấy là: - Nhiệt độ hấp 100 - 120⁰C. - Thời gian hấp 1 - 5/min.

- Độ ẩm sau hấp 53%. • Công đoạn sấy và hong bánh - Bánh tráng được trải qua công đoạn sấy để giảm hàm lượng ẩm xuống 12 -14%. Quá trình sấy sẻ giúp lượng nước từ trong đi ra ngoài do sự chênh lệch áp suất. Thời gian và nhiệt độ sấy sẽ được kiểm soát để không gây nứt sản phẩm.

- Công đoạn sấy được thực hiện bằng máy sấy nhiều tầng di chuyển bằng các băng tải. Nhiệt độ sấy được gia nhiệt bằng các lò sấy bằng điện. Sau khi sấy bánh được đem đi hong khô bằng gió để đạt được chất lượng theo yêu cầu. Nhận xét ưu, nhược điểm 1.

Ưu điểm - Nâng cao năng suất hơn so với phương pháp truyền thống - Dễ tự động hóa hơn so với phương pháp truyền thống 1. Nhược điểm - Do hỗn hợp bột được rải đều trên khuôn nên khi cắt bánh theo đường kính mong muốn có sót lại lượng dư bavia gây tốn kém chi phí - Việc hấp bánh cả khuôn tốn năng lượng cho những vị trí lượng dư bavia không cần thiết Trang 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ - Công đoạn làm bánh tráng dùng dụng cụ gạt để tràn đều gây không đồng đều bề mặt bánh tráng 1. Chọn đề tài giải quyết 1. Mục tiêu đề tài Từ nghiên cứu tổng quan và tình hình nghiên cứu trong nước.

Đề tài “Nghiên cứu chuyển đổi công nghệ thiết bị từ phương pháp truyền thống sang phương pháp mới trong sản xuất bánh tráng” cần được quan tâm nghiên cứu thiết kế và chế tạo sản phẩm. Để làm rõ nội dung cần thực hiện. Đề tài có các mục tiêu cần thực hiện như sau: - Mô phỏng: Mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trong quá trình ép đùn của cặp mâm ảnh hưởng đến tính chất của bột gạo, để lựa chọn thông số chế tạo của cặp mâm hấp, cùng cách bố trí điện trở trên cặp mâm.