Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp sản xuất đường mía tại Việt Nam có vai trò quan trọng với sản lượng mía hàng năm tăng đều, góp phần phát triển kinh tế nông nghiệp và công nghiệp chế biến thực phẩm. Trong niên vụ 2013–2014, sản lượng đường mía dự kiến đạt khoảng 1,6 triệu tấn, tăng 5% so với niên vụ trước, với tổng nguồn cung khoảng 2 triệu tấn, trong đó tiêu thụ nội địa chiếm 1,4–1,5 triệu tấn và xuất khẩu hơn 200 nghìn tấn. Tuy nhiên, sự mất cân đối giữa cung và cầu dẫn đến tồn kho lớn, ảnh hưởng đến giá cả và chất lượng sản phẩm. Công ty TNHH mía đường Việt – Đài Loan là một trong những đơn vị sản xuất đường mía lớn với công suất thiết kế 6000 tấn mía/ngày, sản xuất đa dạng các sản phẩm như đường tinh luyện, đường vàng và men thực phẩm.

Luận văn tập trung khảo sát quy trình sản xuất đường mía và nghiên cứu công đoạn làm sạch tại công ty TNHH mía đường Việt – Đài nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi đường và chất lượng sản phẩm. Phạm vi nghiên cứu bao gồm quá trình xử lý nguyên liệu, ép mía, làm sạch nước mía hỗn hợp, bốc hơi nước mía, nấu đường và kết tinh, với các thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm và nhà máy trong năm 2014. Mục tiêu chính là xác định các thông số kỹ thuật tối ưu trong công đoạn làm sạch, đặc biệt là ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, tỷ lệ vôi và xông CO2 đến chất lượng nước mía và nước đường, từ đó đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng đường tinh luyện và đường vàng.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm sạch trong sản xuất đường mía, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn giúp công ty cải tiến công nghệ, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về công nghệ sản xuất đường mía, tập trung vào:

  • Thành phần hóa học của mía và nước mía: Bao gồm saccharose (chiếm 70–88% chất khô trong nước mía), glucose, fructose, acid hữu cơ, chất béo, sáp, chất keo (pectin, albumin) và các chất vô cơ. Các thành phần này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình làm sạch và chất lượng đường thành phẩm.

  • Phản ứng hóa học trong quá trình làm sạch: Tác dụng của vôi (Ca(OH)2) trong việc trung hòa acid, kết tủa các muối canxi, phân hủy đường khử và các chất không đường, cùng với phản ứng xông CO2 tạo kết tủa cacbonat canxi giúp loại bỏ tạp chất.

  • Mô hình công nghệ làm sạch nước mía: Bao gồm các công đoạn gia nhiệt, gia vôi, trung hòa, xông CO2, lắng và lọc áp lực, kết hợp với phương pháp trao đổi ion hấp phụ màu bằng hạt resin để nâng cao độ tinh khiết và màu sắc của nước đường.

Các khái niệm chính gồm: độ Brix (Bx), độ pH, độ tinh khiết (AP), độ màu, độ ẩm, tro, và các chỉ tiêu cảm quan của đường tinh luyện và đường vàng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ phòng thí nghiệm và nhà máy của công ty TNHH mía đường Việt – Đài Loan, kết hợp với tài liệu tham khảo chuyên ngành và số liệu sản xuất thực tế.

  • Phương pháp phân tích: Thí nghiệm được bố trí theo các công thức khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt, tỷ lệ vôi, pH, nhiệt độ và tỷ lệ xông CO2, cũng như sử dụng bột trợ lọc trong quá trình làm sạch nước mía và nước đường. Mỗi thí nghiệm được lặp lại ít nhất 3 lần để đảm bảo độ tin cậy.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi mẫu thí nghiệm gồm 100 ml dung dịch nước mía hoặc nước đường, được lấy đại diện từ các công đoạn sản xuất thực tế tại nhà máy.

  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm SPSS 16.0 và Microsoft Excel 2003 để xử lý và phân tích các chỉ tiêu hóa lý như pH, Brix, độ màu, độ ẩm, tro, cũng như đánh giá cảm quan sản phẩm theo tiêu chuẩn TCVN.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2014, bao gồm khảo sát quy trình sản xuất, thực hiện thí nghiệm tại phòng thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt lần 1 đến quá trình làm sạch nước mía vàng: Nhiệt độ 75°C được xác định là tối ưu, giúp ức chế vi sinh vật, làm mất các chất keo như albumin và thúc đẩy kết tủa nhanh chóng. Độ Brix và màu sắc nước mía sau gia nhiệt ở 75°C cho kết quả tốt hơn so với 65°C và 85°C.

  2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ vôi đến quá trình làm sạch: Nhiệt độ gia vôi 105°C và tỷ lệ vôi 0,5% là điều kiện tối ưu, giúp trung hòa acid hiệu quả, kết tủa các muối canxi và chất không đường, đồng thời hạn chế tổn thất đường saccharose. Tỷ lệ vôi thấp hơn 0,3% không đủ làm sạch, trong khi tỷ lệ cao 0,8% gây tăng độ nhớt và tổn thất đường.

  3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH gia nhiệt lần 2 đến chất lượng nước mía: Nhiệt độ 105°C và pH điều chỉnh trong khoảng 7,4–7,8 cho kết quả nước mía có độ Brix cao, màu sắc sáng và thời gian lọc ngắn, tối ưu cho quá trình làm sạch.

  4. Ảnh hưởng của chế độ gia vôi và xông CO2 trong sản xuất đường tinh luyện: Nhiệt độ gia vôi 80°C và pH 9–9,5 là điều kiện tốt nhất để làm sạch nước đường. Xông CO2 ở nhiệt độ 50°C với tỷ lệ lần 1 là 0,3% và lần 2 là 0,5% giúp giảm tối đa hàm lượng vôi và muối canxi, nâng cao độ tinh khiết và giảm độ màu của nước đường.

  5. Ảnh hưởng của bột trợ lọc: Sử dụng bột trợ lọc trong quá trình lọc nước đường làm tăng hiệu quả lọc, giảm thời gian lọc và cải thiện màu sắc sản phẩm so với không sử dụng bột trợ lọc.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ và pH là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch nước mía và nước đường. Nhiệt độ gia nhiệt và gia vôi cần được kiểm soát chặt chẽ để tối ưu hóa phản ứng kết tủa và hạn chế sự phân hủy đường saccharose. Tỷ lệ vôi phù hợp giúp trung hòa acid và kết tủa các tạp chất, nhưng nếu vượt quá sẽ gây tổn thất đường và tăng độ nhớt, làm khó khăn cho quá trình lọc.

Phương pháp xông CO2 hai lần trong sản xuất đường tinh luyện giúp loại bỏ vôi dư và muối canxi hòa tan, nâng cao độ tinh khiết và màu sắc sản phẩm. Việc sử dụng bột trợ lọc hỗ trợ quá trình lọc hiệu quả hơn, giảm bọt và tăng tốc độ lọc.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với các nguyên tắc công nghệ sản xuất đường mía hiện đại, đồng thời cung cấp các thông số kỹ thuật cụ thể cho công ty TNHH mía đường Việt – Đài. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ Brix, pH, độ màu theo các điều kiện thí nghiệm, cũng như bảng so sánh các chỉ tiêu cảm quan và hóa lý của sản phẩm đường tinh luyện và đường vàng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Kiểm soát nhiệt độ gia nhiệt và gia vôi: Áp dụng nhiệt độ gia nhiệt lần 1 khoảng 75°C, gia vôi ở 105°C với tỷ lệ vôi 0,5% để tối ưu quá trình làm sạch nước mía, giảm tổn thất đường và nâng cao chất lượng sản phẩm. Thời gian thực hiện: ngay trong vụ ép mía hàng năm. Chủ thể thực hiện: bộ phận kỹ thuật sản xuất.

  2. Điều chỉnh pH trong quá trình làm sạch: Duy trì pH trong khoảng 7,4–7,8 ở gia nhiệt lần 2 và pH 9–9,5 trong gia vôi nước đường để đảm bảo hiệu quả kết tủa và giảm màu sắc không mong muốn. Thời gian thực hiện: liên tục trong quá trình sản xuất. Chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm và vận hành nhà máy.

  3. Tối ưu hóa quy trình xông CO2: Áp dụng xông CO2 hai lần với nhiệt độ 50°C, tỷ lệ lần 1 là 0,3% và lần 2 là 0,5% để loại bỏ vôi dư và muối canxi, nâng cao độ tinh khiết nước đường. Thời gian thực hiện: áp dụng trong quy trình sản xuất đường tinh luyện. Chủ thể thực hiện: bộ phận công nghệ và vận hành.

  4. Sử dụng bột trợ lọc trong quá trình lọc nước đường: Áp dụng bột trợ lọc để tăng hiệu quả lọc, giảm thời gian và cải thiện màu sắc sản phẩm. Thời gian thực hiện: áp dụng thường xuyên trong sản xuất. Chủ thể thực hiện: bộ phận vận hành và bảo trì thiết bị.

  5. Đào tạo và nâng cao tay nghề nhân viên: Tổ chức các khóa đào tạo về kiểm soát các thông số kỹ thuật trong quá trình làm sạch và vận hành thiết bị để đảm bảo quy trình được thực hiện chính xác và hiệu quả. Thời gian thực hiện: định kỳ hàng năm. Chủ thể thực hiện: phòng nhân sự và kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và kỹ sư công nghệ trong ngành sản xuất đường mía: Giúp hiểu rõ quy trình sản xuất và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, từ đó cải tiến công nghệ và nâng cao hiệu quả sản xuất.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm và Công nghệ Sinh học: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ làm sạch nước mía, phản ứng hóa học trong sản xuất đường và phương pháp phân tích chỉ tiêu chất lượng.

  3. Các doanh nghiệp sản xuất đường và chế biến nông sản: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật và quy trình tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất và tăng sức cạnh tranh trên thị trường.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước và các tổ chức hỗ trợ phát triển ngành nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm: Tham khảo để xây dựng chính sách, hướng dẫn kỹ thuật và hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp mía đường bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Quá trình làm sạch nước mía có vai trò gì trong sản xuất đường?
    Quá trình làm sạch giúp loại bỏ các tạp chất không đường, trung hòa acid, giảm màu sắc và cải thiện độ tinh khiết của nước mía, từ đó nâng cao hiệu suất thu hồi đường và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

  2. Tại sao cần điều chỉnh pH trong công đoạn làm sạch?
    Điều chỉnh pH giúp kiểm soát phản ứng kết tủa và phân hủy đường, tránh tổn thất saccharose và giảm màu sắc không mong muốn, đảm bảo hiệu quả làm sạch và chất lượng nước đường.

  3. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt đến quá trình làm sạch như thế nào?
    Nhiệt độ gia nhiệt thích hợp (khoảng 75–105°C) thúc đẩy phản ứng kết tủa, làm giảm độ nhớt và ức chế vi sinh vật, giúp quá trình làm sạch hiệu quả hơn mà không gây phân hủy đường.

  4. Xông CO2 có tác dụng gì trong sản xuất đường tinh luyện?
    Xông CO2 tạo kết tủa cacbonat canxi, giúp loại bỏ vôi dư và muối canxi hòa tan, nâng cao độ tinh khiết và giảm màu sắc của nước đường, cải thiện chất lượng đường tinh luyện.

  5. Lợi ích của việc sử dụng bột trợ lọc trong quá trình lọc nước đường là gì?
    Bột trợ lọc giúp tăng tốc độ lọc, giảm bọt và cải thiện màu sắc sản phẩm, đồng thời giảm áp lực lọc và tăng hiệu quả loại bỏ tạp chất trong nước đường.

Kết luận

  • Khảo sát quy trình sản xuất đường mía tại công ty TNHH mía đường Việt – Đài Loan đã làm rõ các công đoạn chính và vai trò quan trọng của công đoạn làm sạch trong nâng cao chất lượng sản phẩm.

  • Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật tối ưu cho công đoạn làm sạch nước mía và nước đường, bao gồm nhiệt độ gia nhiệt, tỷ lệ vôi, pH và tỷ lệ xông CO2.

  • Kết quả thí nghiệm cho thấy việc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này giúp giảm tổn thất đường, nâng cao độ tinh khiết và cải thiện màu sắc sản phẩm đường tinh luyện và đường vàng.

  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm áp dụng hiệu quả trong sản xuất, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm của công ty.

  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng các thông số kỹ thuật tối ưu vào quy trình sản xuất thực tế, đào tạo nhân viên và theo dõi đánh giá hiệu quả cải tiến.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao chất lượng sản phẩm và sức cạnh tranh của ngành công nghiệp mía đường Việt Nam!