CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VẬT LIỆU SẤY 1.1 Sơ lược về lúa, thóc - Lúa là nguồn lương thực chính của ½ số dân trên thế giới. Lúa là loại cây ưa nóng và ẩm, do đó lúa thường được trồng nhiều ở các vùng có khí hậu ôn đới và cận nhiệt đới. Năng suất của lúa nước là cao nhất, nên lúa thường được trồng ở các châu thổ sông lớn. Nước ta có khí hậu và hệ thống sông ngòi rất phù hợp cho việc phát triển cây lúa.2 Đặc trưng thành phần cấu tạo của vật liệu sấy ( thóc).
Thóc là vật liệu sấy dạng hạt có kích thước tương đối nhỏ. - Thành phần cấu trúc hạt có vỏ cứng bao bọc bảo vệ. - Hạt thóc thuộc loại hạt dài có vỏ nhăn. Hạt có khả năng tách rời nhau không báo dính nhau thành từng cụm mà là các hạt riêng rẽ.
- Hạt thóc có cấu trúc đặc. Thóc là loại hạt lương thực có cấu tạo gồm các thành phần chủ yếu là lớp vỏ trấu bao bọc ngoài cùng tiếp theo là lớp vỏ cám bên trong là phôi hạt gạo. Lớp vỏ trấu màu vàng là lớp vỏ bảo vệ có thành phần hóa học là xenlulozo tương đối mỏng trên bề mặt ngoài có các mày râu, lớp vỏ cám là lớp bao bóc phôi hạt gạo chứ thành phần chủ yếu là tinh dầu và các vi ta min như vitamin B1, trong cùng là phôi hạt có thành phần hóa học chủ yếu là tinh bột và có chứa một số loại vitamin. Sét về mặt cấu trúc nhiệt vật lý thì thóc là loại vật liệu sấy dạng hạt có cấu trúc đặc hạt nhiều lớp, khích thức hạt tương đối nhỏ.
Tỉ lệ khối lượng vỏ trấu với khối lượng toàn hạt dao động trong khoảng từ 10 đến 35%. 6 GVHS : Nguyễn Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Tiến Công Hình 1. Cấu tạo hạt lúa. Hạt thóc có kích thước trong khoảng sau đây.
Chiều dài từ 4,5 đến 10,0 mm (không kể râu). Chiều rộng từ 1,2 đến 3,5 mm. Chiều dày từ 1,0 đến 3,0 mm. Khối lượng của 1000 hạt vào khoảng 16-38 g.3 Đặc trưng thành phần hóa học của vật liệu sấy ( thóc).
7 GVHS : Nguyễn Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Tiến Công Thành phần hóa học của hạt thóc gồm chủ yếu là tinh bột, protein, xenluloza. Ngoài ra trong hạt thóc còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3 chất kể trên như đường, vitamin, muối khoáng, chất béo… Bảng 1.1: Thành phần hóa học của hạt thóc Thành phần Hàm lượng các chất (%) hóa học Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình Protein 6,66 10,43 8,74 Tinh bột 47,70 68,00 56,20 Xenluloza 8,74 12,22 9,41 Tro 4,68 6,90 5,80 Đường 0,10 4,50 3,20 Chất béo 1,60 2,50 1,90 Dextrin 0,80 3,20 1,30 1. Các gluxit của thóc ngoài tinh bột là thành phần chủ yếu còn có đường, xenluloza, hemixenluloza, dextrin. Thành phần cấu tạo tinh bột lúa tẻ khoảng 17% amiloza và 83% amilopectin, còn trong tinh bột lúa nếp hầu như không có amiloza mà gần như 100% là amilopectin.
Amilopectin là thành phần quyết định tính dẻo của loại thóc. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột thóc khoảng 65-70ºC. Protein của thóc gồm chủ yếu là globulin và glutelin (orizein), ngoài ra còn có một ít lơcôzin và prolamin. 8 GVHS : Nguyễn Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Tiến Công Bảng 1.2: Thành phần của cácaxit amin trong protein của gạo xay (gạo lật) (theo % protein) Axit amin Hàm lượng Axit amin Hàm lượng Triptophan 1,08 Valin 06,99 Treonin 3,92 Acginin 05,76 Izolơxin 4,69 Histidin 01,68 Lizin 3,95 A.glutamic 13,69 Xictin 1,36 Glyxin 06,84 Penylalanin 5,03 Prolin 04,84 Tirozin 4,57 Xerin 05,08 Lơxin 8,61 Alanin 03,56 1.
Chất béo có trong hạt thóc chủ yếu tập trung ở phôi và lớp alơron. Trong thành phần chất béo của thóc có 3 axit chính, đó là axit oleic, linolic và palmitic. Các axit béo khác như axit stearic, miristic, arakhic, linosteric có với hàm lượng rất nhỏ. Ngoài ra trong chất béo của thóc còn có một lượng lizolixitin và photpho.
9 GVHS : Nguyễn Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Tiến Công Bảng 1.3 Thành phần hóa học của chất béo của thóc Axit béo Hàm lượng (%) Trong khoảng Trung bình Chưa no: Oleic 41,0 - 45,6 42,3 Linolic 27,6 - 36,7 30,6 No: Miristic 0,1 - 0,3 0,2 Palmitic 12,3 - 17,3 15,5 Stearic 1,8 - 2,6 2,1 Arakhic 0,5 - 0,7 0,6 Linosteric 0,4 - 0,9 0,7 Chất khoáng xà 4,0 - 4,6 4,2 phòng hóa 1.4 Chất khoáng. Chất khoáng phân bố không đồng đều trong các phần của hạt thóc, chủ yếu tập trung ở các lớp vỏ. Chất khoáng nhiều nhất trong hạt thóc là photpho. Photpho phân bố nhiều ở các lớp vỏ hạt, do đó sau khi xát kĩ thì lượng photpho của gạo bị mất đi khá nhiều.
Chất khoáng nhiều nhất trong vỏ trấu là silic. Chất khoáng nhiều nhất trong phôi lúa là photpho, kali và magie. Có 83% photpho của phôi hạt ở dạng phitin, 13% ở dạng a.4 Giá trị thực phẩm, ý nghĩa kinh tế, xã hội của hạt thóc. 10 GVHS : Nguyễn Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Tiến Công 1.1 Ý nghĩa thực phẩm dinh dưỡng.
Thóc gạo là một trong những loại lương thực chính trên thế giới bên cạnh nó còn có các loại lương thực như lúa mì, ngô…Ở nước ta thóc là một trong những lương thực chính bên cạnh ngô, bột mì, khoai, sắn… Trong thành phần những thức ăn hàng ngày thì tinh bột được coi là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể con người, trong đó gạo chiếm vai trò đặc biệt quan trọng. Ngoài tinh bột là thành phần chủ yếu, trong gạo còn có các chất dinh dưỡng khác như protein, chất béo, chất khoáng, vitamin … nhưng với hàm lượng rất thấp về mặt năng lượng thì gạo là một trong những loại lương thực có độ sinh năng lượng khá cao, 1kg gạo có thể cung cấp khoảng 3600 kcal, như vậy nếu mỗi ngày ăn khoảng 450g gạo và một số thức ăn nữa là có thể đủ số calo cần thiết cho cơ thể một người lao động bình thường. Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong gạo lớn hay nhỏ tùy thuộc vào giống lúa, điều kiện trồng trọt và phương pháp chế biến. Thông thường, trong quá trình chế biến từ lúa ra gạo, người ta đã tách ra khoảng 86% chất béo, 75% chất khoáng, 70% vitamin nhóm B, 82% xenluloze, 15% protein và 6% tinh bột có trong hạt thóc.
Những chất này bị tách ra theo trấu và cám. Để giảm tổn thất này trong quá trình chế biến, người ta đã áp dụng những biện pháp pháp gia công nước nhiệt. Ưu điểm của biện pháp gia công nước nhiệt là giữ lại được phần lớn các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước của gạo xát và làm tăng cường tính chất công nghệ của lúa, do đó khi xay xát ít bị gãy nát, tỉ lệ thu thành phẩm cao hơn, tỉ lệ gạo nguyên hạt cũng cao hơn. Thóc gạo ngoài chức năng cung cấp lương thực nó còn là một trong những nguồn nguyên liệu chế biến cho các ngành công nghiệp chế biến.
Cám dùng để sản xuất dầu và dùng làm thức ăn cho gia súc. Dầu cám được dùng trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp xà phòng. Từ cám còn tách ra được chất chống oxy hóa. Trong cám có chứa nhiều các vitamin, do đó nhiều nước còn dùng cám để sản xuất vitamin.
Trấu được dùng làm nhiên liệu, sản xuất than hoạt tính và cung cấp cho các lò đốt, lò hơi sinh khối… 11 GVHS : Nguyễn Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Tiến Công 1.2 Ý nghĩa kinh tế. Thóc gạo có giá trị kính tế cao. Nước ta thóc là loại lương thực chủ yếu đảm bảo an ninh lương thực cho quốc gia và cung cấp để xuất khẩu đem lại lợi nhận kinh tế. Thóc gạo do người nông dân sản suất với quy mô và sản lượng nhỏ chủ yếu là theo phương pháp thủ công đặc biệt là khâu chế biến bảo quản người nông dân sau khi thu hoách lúa thì thóc trước khi đem bảo quản là quá trình phới sấy tự nhiệt phương pháp này tuy có chi phí thấp nhưng chất lượng thóc gạo không cao làm giảm giá trị kinh tế và giá trị dinh dưỡng của hạt.
Thóc gạo được chế biến bảo quan nhờ phương pháp sấy nhân tạo có chất lượng cao hơn có giá trị kinh tế cao hơn.5 Tính chất nhiệt vật lý của vật liệu sấy( thóc).1 Đặc trưng khối lượng. Khối lượng riêng của vật liệu sấy là một trong những yếu tố quan trọng trong khi thiết kế hệ thống sấy về mặt kết cấu chịu lực. Khối lượng riêng của vật liệu sấy ở đây là thóc phụ thuộc vào trạng thái độ ẩm của hạt thóc Đối với thóc ướt khối lượng riêng lớn hơn nó khoảng ρ = 449 ÷ 550 kg/m3 Đối với thóc khô thì khối lượng riêng của thóc bé hơn ρ = 750 kg/m3 1.2 Nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng đặc trưng có mưc tiêu hao nhiệt của vật liệu sấy vật liệu sấy có nhiệt dung riêng càng lớn khả năng tích chữa nhiệt càng cao. Nhiệt dung riêng của hạt được xác định theo công thức.
100 Công thức thực nghiệm.K Trong đó 12 GVHS : Nguyễn Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Tiến Công Ck- Nhiệt dung riêng của hạt khô tuyệt đối, kJ/kg.K Ca - Nhiệt dung riêng của nước, kJ/kg.K ω - Độ ẩm của hạt,% 1.3 Độ ẩm của hạt Độ ẩm cân bằng của hạt thóc tính theo tỉ lệ % phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí.3 Độ ẩm cân bằng của hạt thóc (%) Nhiệt Độ ẩm tương đối của không khí (%): độ 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (ºC) 20 7,5 9,1 10,4 11,4 12,5 13,7 15,2 17,6 _ 1.4 Hệ số dẫn nhiệt Hệ số đẫn nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào hệ số dẫn nhiệt của vật liệu khô, của nước và độ xốp của vật liệu. Ta có thể xác định hệ số dẫn nhiệt bằng công thức q = , w/m.K Trong đó q - Mật độ dòng nhiệt, W/m2 Δθ - Gradien nhiệt độ, K/m Hoặc ta có thể xác định theo công thức = 0, 07 + 0, 0023.K Với ω = 14%, hệ số dẫn nhiệt của thóc: λ = 0,09 W/mK 1.5 Hệ số dẫn nhiệt độ Hệ số dẫn nhiệt độ đặc trưng cho tốc độ thay đổi nhiệt độ của vật liệu. Đối với vật liêu sấy dạng hạt hạt, hệ số dẫn nhiệt đặc trưng cho tốc độ đốt nóng hay làm nguội hạt được xác định bởi công thức 13 GVHS : Nguyễn Ngọc Hoàng SVTH: Nguyễn Tiến Công a= , m2 / s C. Trong đó λ- Hệ số dẫn nhiệt của hạt, W/m.k C- Nhiệt dung riêng, kJ/kg.K Ρ- Khối lượng riêng, kg/m3 Độ dẫn nhiệt độ của hạt rất bé khoảng 6,15.6 Đặc tính của khối hạt vật liệu sấy ( thóc). Khối hạt bao gồm nhiều hạt tạo thành, khối thóc còn có những tính chất đặc thù mà từng hạt riêng lẻ không có.