Lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD)

1
1. Tính cấp thiết của đề tài
Chè là loại đồ uống phổ biến ở nhiều nớc trên thế giới. Tỷ lệ
chè đen đợc sản xuất và tiêu thụ chiếm tới 75% tổng sản lợng chè
thế giới. Lên men chè trong sản xuất chè đen là một trong những giai
đoạn quan trọng để tạo ra sản phẩm chè có chất lợng cao. ở Việt
Nam hiện nay, quá trình lên men trong sản xuất chè đen orthodox
(OTD) chủ yếu đợc thực hiện bằng phơng pháp thủ công gián đoạn,
năng suất thấp, cờng độ lao động cao, rất khó khăn cho việc cơ giới
hoá và đặc biệt chất lợng sản phẩm không ổn định. Trong nớc,
ngoài một số nhà máy đã sử dụng máy lên men liên tục của ấn Độ để
sản suất chè đen CTC, còn cha có nhà máy sản xuất chè đen OTD
nào sử dụng máy lên men và đến nay Việt Nam cũng cha nơi nào
sản xuất máy lên men liên tục. Xuất phát từ những yêu cầu cấp bách
trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: Lựa chọn mô hình và
xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất
chè đen orthodox (OTD).
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu lựa chọn mô hình và xác định các thông số công
nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD), nhằm
từng bớc hiện đại hóa công nghiệp chế biến chè của Việt nam, góp
phần ổn định và nâng cao chất lợng chè đen xuất khẩu.
3. Đối tợng, phạm vi nghiên cứu
Công nghệ và thiết bị sản xuất chè đen OTD và CTC hiện nay ở
một số nhà máy chè đen tại Việt Nam. Từ đó lựa chọn mô hình, thiết
kế để chế tạo máy lên men liên tục LMC-BK21. Xác định các thông
số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox
(OTD) trên máy lên men LMC-BK21, nhằm tìm ra chế độ công nghệ
tối u cho quá trình lên men.

2
Nguyên liệu là lá chè tơi loại B theo TCVN giống trung du
trồng ở tỉnh Phú Thọ. Lấy mẫu lá chè theo thời gian lên men và sấy
khô để phân tích thành phần hoá học và các chỉ tiêu chất lợng cảm
quan của chè thành phẩm.
ứng dụng sản xuất thử nghiệm trên máy lên men LMC-BK21
theo mô hình tối u. Máy đợc lắp đặt tại xởng thực nghiệm của
Viện Khoa học Nông lâm nghiệp Miền núi phía Bắc.
4. ý nghĩa khoa học & thực tiễn của kết quả nghiên cứu
- Luận án chứng minh đợc chè đen OTD có thể lên men liên
tục trong điều kiện Việt Nam, là loại hình mới trong công nghệ chè
đen ở Việt Nam, thay thế cho lên men gián đoạn hiện nay.
- Xác định đợc các thông số công nghệ tối u lên men liên tục
chè đen OTD trên máy lên men liên tục LMC-BK21.
- Là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà khoa học khi nghiên cứu
các vấn đề có liên quan.
- Khi áp dụng phơng pháp lên men liên tục chè đen OTD, sẽ
nâng cao chất lợng, tăng năng suất lao động và hiệu quả kinh tế.
- Tạo điều kiện và thúc đẩy quá trình cơ giới hoá, tự động hoá ở
mức cao trong sản xuất chè. Góp phần làm tăng hiệu quả kinh tế sản
phẩm chè đen OTD cho ngành chè Việt Nam.
* Những đóng góp mới: Đã lựa chọn đợc mô hình, thiết kế để chế
tạo ở Việt Nam máy LMC-BK21 lên men liên tục chè đen theo công
nghệ OTD, cho sản phẩm chè đen OTD có chất lợng cao hơn lên
men gián đoạn. Đã áp dụng thành công lên men liên tục chè đen OTD
ở qui mô công nghiệp vào thực tế sản xuất.
5. Kết cấu luận án gồm các phần nh sau:
- Mở đầu
- Chơng 1: tổng quan và cơ sở lý thuyết lên men chè

3
- Chơng 2: đối tợng và phơng pháp nghiên cứu
- Chơng 3: kết quả nghiên cứu và thảo luận
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục
Trong đó phần viết: 126 trang có 13 hình vẽ, 04 đồ thị, 43 bảng
Phần phụ lục: có 09 hình.
Chơng 1. Tổng quan và cơ sở lý thuyết lên men chè
a. tổng quan về chè

1.1. Tình hình sản xuất chè trong nớc và trên thế giới
Chè là cây công nghiệp dài ngày, đợc trồng sớm nhất ở Trung
Quốc, cách đây khoảng 5000 năm. Cho đến năm 2006, đã có hơn 100
nớc thuộc 5 Châu trồng và xuất khẩu chè. Sản lợng chè thế giới năm
2006 đạt hơn 2,2 triệu tấn.
Hiện nay cả nớc có 120.000 ha diện tích chè. Trong đó giống chè
trung du là chủ yếu còn lại là chè Shan và các loại chè giống mới khác.
Về chế biến công nghiệp cả nớc có 239 cơ sở chế biến chè với tổng
công suất trên 3.115 tấn chè búp tơi/ngày. Hàng năm thu hút khoảng 2
triệu lao động tham gia vào các lĩnh vực sản xuất, chế biến, thơng mại
và dịch vụ
1.2. Tình hình thị trờng chè trong nớc và thế giới
Theo dự báo của FAO, sản lợng chè đen thế giới sẽ đạt 2,4
triệu tấn vào năm 2010. Sản lợng chè xanh đến năm 2010 đạt 900
nghìn tấn.
1.3. Công nghệ và thiết bị lên men chè đen trên thế giới và trong
nớc
Đối với sản xuất chè đen CTC: Hiện nay trên thế giới và ở Việt
Nam, các nhà máy sản xuất chè đen CTC đều sử dụng hệ thống lên

4
men bán liên tục hoặc liên tục. Lên men trong thùng lồng và trong
máng vẫn là phơng pháp lên men từng mẻ gián đoạn, hệ thống này
đầu tiên đợc chế tạo ở Kênia, Assam và ở Xrilanca. Những u điểm
của nó là nhiệt độ tối u đã đợc kiểm soát, tiết kiệm chi phí, giảm
diện tích sàn cần thiết, nớc chè pha ra tơng đối tốt và có hoạt vị.
Tuy nhiên có nhợc điểm là năng suất thấp, khó cơ giới hoá và tự
động hoá dây chuyền sản xuất. Chất lợng sản phẩm vẫn còn hạn chế
về màu sắc và hơng vị.
Với các hệ thống lên men liên tục, gồm có máy lên men liên
tục Tocklai(đông bắc ấn Độ), máy lên men chè Xâylan(Xrilanca),
máy lên men Fermentea(ấn Độ), máy lên men của hãng
Steelworth/Vikram(ấn Độ), máy lên men Majestea của hãng T & I
limited (ấn Độ) hiện nay đang đợc dùng phổ biến ở ấn Độ,
Xrilanca, Kênia, Inđônêxia
ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất chè đen CTC thờng sử
dụng máy lên men liên tục của hãng Steelworth/Vikram (ấn Độ) hoặc
máy lên men Majestea của hãng T & I limited (ấn Độ).
Ưu điểm của các máy này là làm việc liên tục, năng suất cao,
chất lợng của chè sau khi lên men khá tốt. Tiết kiệm rất lớn về diện
tích và lao động. Có thể thay đổi năng suất bằng cách thay đổi modul,
vệ sinh máy dễ dàng hơn và khi một số vỉ bị hỏng có thể thay đổi dễ
dàng nên ít tốn kém hơn. Những máy lên men liên tục dễ dàng cơ khí
hoá và tự động hoá dây chuyền sản xuất.
Đối với sản xuất chè đen OTD : Trên thế giới, lên men liên tục trên
băng tải để sản xuất chè đen OTD đã đợc nghiên cứu và áp dụng tại
Nga (Liên Xô cũ) từ những năm 70 của thế kỷ 20. Năng suất hệ thống
lên men liên tục của Nga từ 26 đến 30 tấn chè tơi/ ngày, đó là một
năng suất khá lớn. Tuy nhiên, phơng pháp này cha đợc áp dụng

5
tại Việt Nam mặc dù rất nhiều nhà máy chè do Nga giúp đỡ xây
dựng.
ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất chè đen OTD đang áp dụng
phơng pháp lên men gián đoạn dới nhiều hình thức khác nhau. Lên
men gián đoạn trên khay hoặc trên nền nhà đợc sử dụng nhiều ở các
nhà máy chè. Phơng pháp này có u điểm là đơn giản, đầu t thấp,
nhng có nhợc điểm là chất lợng của chè lên men không cao, dễ
xẩy ra sự yếm khí cục bộ ở đáy khay chè. Khó cơ giới hoá, năng suất
lao động thấp, cờng độ lao động cao. Đặc biệt là không đảm bảo vệ
sinh công nghiệp khi lên men trên nền nhà.
Lên men gián đoạn trên sàn lới hoặc trên khay có thổi khí ẩm.
Đây là biện pháp cải tiến của một số nhà máy nhằm khắc phục tình
trạng bị yếm khí cục bộ tại khay lên men, đồng thời làm cho năng
suất của phòng lên men tăng lên một phần. Tuy nhiên phơng pháp
này vẫn còn nhiều nhợc điểm giống nh phơng pháp lên men gián
đoạn trên khay hoặc trên sàn nhà. Lên men gián đoạn trên sàn lới có
thổi khí ẩm đang áp dụng tại nhà máy chè Văn Hng Yên Bái. Lên
men trên khay có thổi khí ẩm đợc sử dụng tại nhà máy chè Cẩm Khê
Phú Thọ.
b. cơ sở lý thuyết của quá trình lên men chè đen

1.4. Cơ sở lý thuyết quá trình lên men chè đen
1.4.1. Sử dụng các enzim có sẵn trong lá chè tơi
Enzim peroxidaza, polyphenoloxidaza óng vai trò quan trng
nht v có tác dng khác nhau trong quá trình lên men chè en. Từ
cùng một loại nguyên liệu chè ban đầu nh nhau qua quá trình chế
biến khác nhau, về cơ bản phụ thuộc vào mức độ sử dụng các enzim
có sẵn trong lá chè tơi và phối hợp với chế biến nhiệt sẽ thu đợc

nhiều loại chè có những tính chất đặc trng của chúng.

6
1.4.2. Bản chất của sự lên men lá chè
Về bản chất của quá trình lên men lá chè, về sự chuyển hoá
tanin trong quá trình này, hiện nay đã thừa nhận các enzim giữ vai trò
quan trọng. Nếu đình chỉ hoạt động của các enzim trong lá chè thì
trong quá trình chế biến chè sau này không thể xẩy ra quá trình lên
men đợc. Thuyết hoá sinh về bản chất của quá trình lên men lá chè
cho rằng, sự lên men chè đen thực hiện đợc là do tác dụng của các
enzim ôxy hoá có sẵn trong lá chè.
1.4.3. Bản chất các sản phẩm ôxy hoá tanin trong quá trình lên
men lá chè
Một trong những biểu hiện đặc trng nhất của quá trình lên
men lá chè là sự tạo thành các sản phẩm màu khi ôxy hoá tanin chè
dới tác dụng của các enzim ôxy hoá. Theo Rôbe, hỗn hợp các chất
màu vàng theaflavin(TF) và các chất màu đỏ thearubigin(TR) sẽ tạo
cho nớc chè đen có màu đỏ tơi hoặc nhạt, đậm khác nhau phụ
thuộc vào tỷ lệ hàm lợng của chúng. Hiện nay, giả thuyết này của
Rôbe đã đợc thừa nhận và Rôbe đã đa ra đợc phơng pháp xác
định các chất màu kể trên.
1.4.4. Công nghệ lên men chè đen OTD
1.4.4.1. Mục đích, ý nghĩa của sự lên men
Tạo ra những biến đổi sinh hoá, chủ yếu là các hợp chất
polyphenol trong chè bị ôxy hoá dới sự xúc tác của enzim
polyphenoloxidaza(PPO) và peroxidaza (PE) tạo các hợp chất màu,
vị, đặc trng của chè đen.
1.4.4.2. Các yếu tố ảnh hởng đến lên men chè đen
Đối với quá trình lên men chè đen nhiệt độ thích hợp từ 22
o

C
đến 30
o
C; độ ẩm chè lên men từ 61% đến 63%, độ ẩm tơng đối của
không khí từ 95% đến 98%. Thời gian lên men từ 2 giờ đến 3 giờ phụ

7
thuộc vào điều kiện sản xuất, thời vụ và chất lợng ban đầu của
nguyên liệu v.v ngoài ra các yếu tố độ dày của lớp chè khi lên men,
lu thông không khí, độ PH, độ dập tế bào chè vò cũng ảnh hởng
lớn đến quá trình lên men.
1.4.4.3. Những biến đổi trong quá trình lên men chè đen
Quá trình lên men chè đen nhiệt độ của khối chè tăng lên cho
đến khi kết thúc quá trình lên men, sau đó bắt đầu giảm xuống. Trong
quá trình lên men lợng tanin giảm đi rất lớn(khoảng 50% hàm lợng
ban đầu của nó trong nguyên liệu). Sự biến đổi màu sắc của lá chè
phụ thuộc vào hàm lợng tuyệt đối của theaflavin và thearubigin
đồng thời phụ thuộc vào tỉ lệ hàm lợng của 2 nhóm màu này. Các
nghiên cứu gần đây cho thấy aldehyd giữ vai trò rất quan trọng trong
sự tạo thành hơng thơm cho chè.
1.4.4.4. Kỹ thuật lên men
Chè phần I, II lên men lâu hơn chè phần III. Chè đợc rải trên
các thiết bị lên men với độ dày khác nhau.
+ Chè phần I, II rải dày không quá 6cm.
+ Chè phần III rải dày không quá 8cm.
Trong quá trình lên men thờng xuyên lu thông không khí, đảo
tơi các phần chè và điều tiết độ ẩm phù hợp.
Chơng 2. Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu
2.1. Đối tợng nghiên cứu
Công nghệ và thiết bị sản xuất chè đen OTD và CTC hiện nay ở

một số nhà máy chè đen tại Việt Nam. Xác định các thông số công
nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD) trên
máy lên men LMC-BK21, nhằm tìm ra chế độ công nghệ tối u cho
quá trình lên men.

8
Nguyên liệu là lá chè tơi loại B theo TCVN giống trung du
trồng ở tỉnh Phú Thọ thu hái từ tháng 5 đến tháng 9 trong năm. Lấy
mẫu lá chè theo thời gian lên men và sấy khô để phân tích thành phần
hoá học và các chỉ tiêu chất lợng cảm quan của chè thành phẩm.
ứng dụng sản xuất thử nghiệm trên máy lên men LMC-BK21
theo mô hình tối u.
2.2. Phơng pháp nghiên cứu
- Khảo sát tại chỗ công nghệ và thiết bị sản xuất chè đen OTD và
CTC ở một số nhà máy chè đen tại Việt Nam. Từ đó lựa chọn mô
hình, thiết kế để chế tạo máy lên men liên tục LMC-BK21.
- Sử dụng nhiệt kế bách phân, ẩm kế Liên Xô, ống Pitô để xác định
các thông số kỹ thuật của máy lên men liên tục.
- Phân tích các thành phần hoá học của chè bằng phân tích hoá lý
- Sử dụng phần mềm NEMRODW 2000 để giải bài toán tối u, nhằm
xác định thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen
orthodox (OTD).
- Phân tích các chỉ tiêu chất lợng cảm quan của chè thành phẩm theo
TCVN 3218 1993
- Sử lý số liệu bằng phơng pháp xác xuất thống kê.
Chơng 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.1. Khảo sát, sơ bộ đánh giá thực trạng sản xuất chè đen CTC và
OTD ở Việt Nam.
Từ bảng 3.1 cho thấy trong số 8 nhà máy khảo sát, có 6 nhà
máy sản xuất theo công nghệ OTD (sản xuất chè cánh) và 2 nhà máy

sản xuất theo công nghệ CTC (chè mảnh). Tất cả các nhà máy sản
xuất theo công nghệ CTC đều lên men liên tục, các nhà máy sản xuất
theo công nghệ OTD đều lên men gián đoạn.

9
* Lên men gián đoạn: tiến hành trên khay, trên sàn nhà hoặc
trên sàn lới (trên khay) có thổi khí ẩm. Lên men gián đoạn có nhiều
nhợc điểm nh không chủ động điều chỉnh đợc các chế độ kỹ
thuật, năng suất thấp, chất lợng chè sản phẩm không ổn định, cờng
độ lao động cao. Đó là nguyên nhân làm cho chè OTD của chúng ta
có chất lợng không cao.
* Lên men liên tục trên băng tải: Hiện nay phơng pháp này
đang áp dụng tại hai nhà máy chè Phú Bền, Phú Thọ và Long Phú, Hà
Tây. Thiết bị lên men liên tục có nhiều u điểm, đó là cơ giới hoá quá
trình lên men, năng suất cao, chất lợng chè khá ổn định, nhng chỉ
thích hợp cho chè CTC
Bảng 3.1: Tình hình sản xuất chè đen ở một số nhà máy
TT

Nhà máy chè Công
nghệ

Phơng pháp
lên men
Công suất

(tấn chè
tơi/ngày)

1

Mộc Châu, Sơn La OTD Gián đoạn trên khay 42
2

Phú Bền, Phú Thọ CTC

Liên tục trên băng tải

48
3

Cẩm Khê, Phú Thọ OTD Gián đoạn trên khay
có thổi khí ẩm
25
4

Văn Hng, Yên Bái OTD Gián đoạn trên lới
có thổi khí ẩm
25
5

Trần Phú, Yên Bái OTD Gián đoạn trên khay 42
6

Long Phú, Hà Tây CTC

Liên tục trên băng tải

25
7

Mỹ Lâm, Tuyên Quang

OTD Gián đoạn trên khay 25
8

Sông Lô,Tuyên Quang

OTD Gián đoạn trên khay 48

10


3.2. Lựa chọn mô hình, thiết kế để chế tạo máy lên men liên tục
chè đen OTD
3.2.1. Lựa chọn mô hình
Dựa trên kết quả khảo sát và phân tích kết quả thu đợc, đề tài
đã lựa chọn phơng pháp lên men liên tục chè đen OTD thay cho
phơng pháp lên men gián đoạn hiện nay. Một dây chuyền đồng bộ
sản xuất chè đen OTD ở các nhà máy hiện nay có công suất 13 tấn
chè tơi/ngày, hiện nay chỉ còn giai đoạn lên men là sản xuất gián
đoạn, còn các giai đoạn sản xuất trớc và sau lên men đều là quá
trình sản xuất liên tục. Vì vậy chúng tôi chọn năng suất của máy lên
men liên tục là 13 tấn chè tơi / ngày để tơng thích với dây chuyền
sản xuất của các nhà máy chè hiện nay. Năng suất này là modul điển
hình từ đó chế tạo hàng loạt dây chuyền thiết bị đồng bộ.
Mô hình lên men liên tục chè đen OTD bằng máy lên men kiểu
băng tải, có cung cấp không khí đợc điều tiết, sử dụng quạt ly tâm
để thông gió bằng cách thổi không khí xuyên qua lớp chè.
3.2.2. Thiết kế sơ bộ máy lên men liên tục

Bảng 3.4 : Thông số kỹ thuật thiết kế máy lên men LMC-BK21
TT

Chỉ tiêu kỹ thuật Thông số kỹ thuật
1 Năng suất (kg chè tơi/ ngày) 13.000
2 Nhiệt độ lên men (
0
C) 25 - 27
3 Thời gian lên men (phút) 60, 90, 120, 150
4 Lu lợng không khí (m
3
/ giờ) 6.000 - 10.000
5 Độ ẩm không khí (%) 95 - 98
6 Độ dầy lớp chè trên băng tải (mm)

180
7 Chiều rộng hữu ích của vỉ (mm) 1700
8 Chiều dài của băng tải (mm) 6000

11

9 Tốc độ băng tải
tơng ứng với 4
tốc độ(m/phút)
0,10; 0,067
0,05; 0,04
10

Yêu cầu chất lợng chung:
Tiếng ồn, độ rung, sự cố về

cơ và điện, kiểu dáng công
nghiệp
Trên cơ sở các thông số trong bảng 3.4, các tính toán, thiết kế
về cơ khí đợc thể hiện trên 70 bản vẽ tổng thể và chi tiết. Máy lên
men liên tục đợc thiết kế và chế tạo lần đầu tại Việt Nam và ký hiệu
là LMC-BK21. Nguyên lý cấu tạo máy lên men liên tục LMC-BK21
mô tả trên hình 3.1
-
Hình 3.1. Nguyên lý cấu tạo máy lên men liên tục LMC-BK21
Máy LMC-BK21 có nhiều u điểm hơn hẳn so vơí cách lên
men truyền thống ở trên sàn: Chủ động điều khiển kiểm soát các
thông số kỹ thuật, có thể tự động hóa, tiết kiệm diện tích, tăng năng
suất, giảm thời gian lên men, ổn định và nâng cao chất lợng.
Quá trình thiết kế đã sử dụng những chi tiết đã đợc chế tạo tại
Việt Nam nh: xích tải, vỉ bằng thép không gỉ, bộ truyền động, hộp
giảm tốc, bánh xích và một số chi tiết khác. Nhờ đó việc chế tạo hàng
loạt máy lên men liên tục có giá thành rẻ hơn, để phục vụ cho hiện
đại hoá các nhà máy chè.


12

3.2.3. Chế tạo máy lên men liên tục LMC-BK21
Máy lên men chè liên tục đã đợc đặt hàng chế tạo tại Công ty
Cổ phần Cơ khí chè Thanh Ba Phú Thọ theo thiết kế. Sau đó đợc lắp
đặt tại xởng thực nghiệm của Viện nghiên cứu chè
( nay là Viện Khoa học Nông lâm nghiệp Miền núi phía Bắc).

Hình 3.2. ảnh máy lên men chè liên tục LMC-BK21
3.2.4. Nghiệm thu máy

Quá trình nghiệm thu máy có mời các chuyên gia cơ - điện,
công nghệ của công ty cổ phần cơ khí chè Thanh Ba, Trờng ĐHBK
Hà Nội, đã xem xét đánh giá các thông số kỹ thuật và kết cấu của
máy lên men chè đều đạt yêu cầu thiết kế và chế tạo.
3.3. Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của máy lên men liên
tục LMC-BK21
3.3.1. Thuyết minh quá trình làm việc của máy lên men liên tục
LMC-BK21
+ Khởi động máy: Kiểm tra máy về các mặt cơ khí, điện, dầu
bôi trơn trớc khi cho máy khởi động. Cho hệ thống điều tiết không
khí vận hành, đo các thông số nhiệt độ, độ ẩm, lu lợng không khí.
Khi các thông số này đạt yêu cầu của công nghệ lên men, mở tấm
chắn trên các ống dẫn khí. Cho băng tải lên men vận hành và điều
chỉnh tốc độ máy lên men theo yêu cầu.

13

+ Máy làm việc: Cho chè vào băng tải tiếp liệu, điều chỉnh vị trí
của guồng gạt để tạo bề dầy lớp chè hợp lý. Mở tấm chắn ở ống phân
phối khí đầu tiên và đóng các tấm chắn ở 3 cửa còn lại, để tránh
không khí bị tổn thất ở các khoang 2, 3, 4 vì các khoang này cha có
chè. Tiếp tục mở tấm chắn ở các khoang cho đến khi chè phủ kín.
Cần định vị các tấm chắn hợp lý để lu lợng không khí ở từng
khoang nh nhau. Trong khi máy làm việc, theo dõi các thông số kỹ
thuật của không khí trên các dụng cụ đo và điều chỉnh các thông số
này khi chúng không tơng ứng với trị số cần phải đạt.
3.3.2. Khảo sát và xác định độ ẩm, nhiệt độ của không khí ngoài
môi trờng và trong máy lên men LMC-BK21
Quá trình tiến hành thí nghiệm trong điều kiện sử dụng nớc
máy. Do chịu ảnh hởng trực tiếp của nhiệt độ môi trờng nên nớc

máy thờng có nhiệt độ từ 28
0
C đến 31
0
C. Từ số liệu ở bảng 3.6
chúng tôi nhận thấy rằng: Chênh lệch độ ẩm giữa môi trờng xung
quanh và trong máy lên men từ 9.7% đến 24.9% (trung bình là
18.7%). Chênh lệch nhiệt độ giữa môi trờng xung quanh và trong
máy lên men dao động từ 1.3
0
C

đến 4.1
0
C (trung bình là 3
0
C). Nh
vậy kết quả đạt yêu cầu mà thiết kế đã đặt ra và phù hợp với công
nghệ lên men chè.
Hiện nay nhiều nhà máy sử dụng nớc giếng khoan hoặc nớc
suối, nhiệt độ của nguồn nớc khá ổn định và thờng có nhiệt độ từ
25
0
C đến 26
0
C. Chúng tôi đã tiến hành phun ẩm bằng nguồn nớc
giếng khoan, kết quả trong bảng 3.7 thấy rằng: Khi sử dụng nguồn
nớc giếng khoan có nhiệt độ từ 24.5
0
C đến 26

0
C (trung bình là
25.6
0
C) cho phòng điều tiết không khí thì nhiệt độ không khí trong
máy lên men hạ xuống khá thấp (từ 25.7
0
C đến 27.3
0
C). Nh vậy, nếu
sử dụng nguồn nớc giếng khoan hoặc nớc suối có nhiệt độ ổn định

14

khoảng 25
0
C thì có thể khống chế nhiệt độ không khí trong máy lên
men từ 25
0
C đến 27
0
C mà không cần hệ thống máy lạnh.
3.3.3. Xác định lu lợng không khí vào máy LMC-BK21.
Bảng 3.8 : Lu lợng không khí vào máy lên men LMC-BK21
TT

Lớp chè trên băng tải Lu lợng m
3
/ giờ

1 Không có chè trên băng tải 10.000
2 Chè phủ kín mặt băng tải với độ dày 20 cm

7.800
3.3.4. Khảo sát xác định tốc độ băng tải, thời gian và năng suất của
máy LMC-BK21.
Bảng 3.9 - Thông số kỹ thuật của máy
Năng suất máy lên men

Tốc
độ
Độ dày
lớp chè
(cm)
Tốc độ băng tải

(cm/phút)
Thời
gian
(giờ)

(kg chè
vò/giờ)
(kg chè
tơi/giờ)
1 15 10.00 1.00 612 856
2 18 6.70 1.30 489 684
3 20 5.00 2.00 428 590
4 20 4.00 2.30 360 504
Từ số liệu ở bảng 3.9 thấy rằng: Máy lên men đợc chế tạo có 4

tốc độ. ở tốc độ 1 năng suất máy đạt 142% năng suất thiết kế, ở tốc
độ 4 năng suất máy đạt 84% năng suất thiết kế.
3.3.5. Khảo sát và xác định mức tiêu thụ điện năng, nớc, nhân
công và chất lợng chung của máy LMC-BK21
Bảng 3.10: Kết quả khảo sát điện năng, nớc, nhân công, chất lợng
chung của máy LMC-BK21 và tính toán chi phí vận hành máy
1 tấn chè tơi 1 tấn chè Bán
thành phẩm
1 ca sản xuất TT

Chỉ tiêu

Đơn giá

(đ)
Tiêu
thụ
Thành
tiền(đ)

Tiêu
thụ
Thành
tiền(đ)

Tiêu
thụ
Thành
tiền(đ)

15

1

Điện 1000 11.5
Kwh
11.500 49.5
Kwh
49.500

51.75
Kwh
51.750
2

Nớc 2000 2.5m
3
5.000 10.8m
3

21.600

11.3m
3
22.600
3

Công 40.000

0.23 C 9.200 1.0 C 40.000

1.0 C 40.000
Cộng 25.700 111.100

114.350


Chất lợng
chung
Máy chạy êm,
ổn định, cha có sự cố về cơ và
điện, dáng máy gọn đẹp. Những
chi tiết tiếp xúc
với chè đều đợc chế tạo bằng thép không gỉ
nên đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm
3.3.6. Tối u hoá, xác định các thông số công nghệ lên men liên
tục chè đen OTD trên máy LMC-BK21
3.3.6.1. Lập luận để chọn biến cho quy hoạch thực nghiệm
Quá trình Lên men chè đen OTD trong máy lên men LMC-
BK21 phụ thuộc vào những yếu tố sau:
- Nhiệt độ và độ ẩm tơng đối của không khí trong máy lên men,
phẩm cấp và độ ẩm ban đầu của chè lên men.
- Lu lợng không khí cấp cho máy lên men.
- Độ dày lớp chè trên băng tải
- Thời gian lên men
ở thí nghiệm này, ta cố định các thông số
t
k
0

2
= 25
o
C - 27
o
C
và

k
2
= 95% - 98% nhờ hệ thống điều tiết không khí ẩm của máy
lên men. Nh vậy còn ba yếu tố chính ảnh hởng đến chất lợng chè
lên men là: lu lợng không khí, độ dày lớp chè trên băng tải và thời
gian lên men chè. Đó là ba yếu tố cho qui hoạch thí nghiệm.
3.3.6.2. Xác định khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hởng
Chúng tôi chọn khoảng biến thiên của 3 thông số chính nh sau:

16

- Lu lợng không khí cấp cho máy khi có tải: Q = 6000 8000 m
3
/
giờ, tơng ứng biến mã hoá (biến code) X1
- Độ dày lớp chè trên băng tải: d = 8 24 cm, tơng ứng biến mã
hoá (biến code) X2

- Thời gian lên men chè: t = 30 150 phút, tơng ứng biến mã hoá
(biến code) X3

3.3.6.3. Hàm mục tiêu:

Chập mục tiêu Y2

(Tổng điểm chất lợng cảm quan của chè)
và Y1 (hàm lợng tanin còn lại trong chè lên men) phải đạt đợc yêu
cầu:

Y2 Max; Y1 50% so với ban đầu.
3.3.6.4. Kết quả và thảo luận phần tối u hoá quá trình lên men chè
Xác định giá trị mức của các biến và xây dựng mô hình
- Mức trên (mức +1), mức dới (mức -1), mức cơ sở (mức 0)
- Điểm sao () với số thí nghiệm ở tâm n
0
= 3 thì = 1,215
+ Lu lợng không khí cấp cho máy (m
3
/ giờ): 6000 Q 8000
Mức trên (mức +1) : 8.000 Mức biến thiên Q : 1.000
Mức dới (mức -1) : 6.000 Điểm sao (+1,215) : 8.215
Mức cơ sở (mức 0) : 7.000 Điểm sao (-1,215) : 5.785
+ Độ dày lớp chè trên băng tải(cm): 8 d 24
Mức trên (mức +1) : 24 Mức biến thiên d : 8
Mức dới (mức -1) : 8 Điểm sao (+1,215) : 25,7
Mức cơ sở (mức 0) : 16 Điểm sao (-1,215) : 6,3
+ Thời gian lên men chè (phút): 30 t 150
Mức trên (mức +1) : 150 Mức biến thiên t : 60
Mức dới (mức -1) : 30 Điểm sao (+1,215) : 163
Mức cơ sở (mức 0) : 90 Điểm sao (-1,215) : 17
Mô hình quá trình lên men chè ở đây là mô hình thống kê dạng
bậc 2 đầy đủ 3 nhân tố nh sau:

17

Y2 : hàm mục tiêu (điểm tổng hợp chất lợng cảm quan chè)
Y2 = b
0
+ b
1
X1+ b
2
X2+ b
3
X3+ b
12
X1.X2 + b
23
X2.X3+
b
13
X1.X3+ b
11
(X1)
2
+ b
22
(X2)
2
+ b
33
(X3)
2

(1)
Y1: hàm mục tiêu (hàm lợng tanin còn lại trong chè lên men)
Y1 = b
0
+ b
1
X1+ b
2
X2+ b
3
X3+ b
12
X1.X2 + b
23
X2.X3 +
b
13
X1.X3 + b
11
(X1)
2
+ b
22
(X2)
2
+ b
33
(X3)
2
(2) .

Trong đó: b
0
, b
1
, b
2
, b
3
, b
12
, b
23
, b
13
, b
11
, b
22
, b
33
là các hệ số hồi
qui. X1 , X2

, X3 là biến số code.
Thí nghiệm bố trí theo ma trận qui hoạch trực giao cấp 2 ba yếu tố
Giải bài toán tối u bằng phần mềm NEMRODW2000
Chúng tôi sử dụng phần mềm NEMRODW2000 trên máy tính
cho các kết quả nh sau:
- Hàm mục tiêu Y1 ( hàm lợng tanin) có dạng:
Y1 = 15.866 - 1.286X1

- 2.147X2

- 5.456X3

- 0.050X1.X2
+0.225X2.X3

+ 0.250X1.X3 - 0.247(X1)
2
- 0.315(X2)
2
+
2.971(X3)
2

- Hàm mục tiêu Y2( điểm tổng hợp chất lợng) có dạng:
Y2 = 16.536 + 0.429X1

+ 0.161X2

+ 0.648X3

+ 0.125X1.X2

-
0.850X2.X3 - 0.775X1.X3 - 0.128(X1)
2
- 0.805(X2)
2

- 1.652(X3)
2

* Kết quả tính toán tối u hoá chập mục tiêu Y1 và Y2
Bảng 3.19: Giá trị các hàm Y1, Y2 tại điểm tối u chập mục tiêu
Hàm mục
tiêu
Tên hàm mục
tiêu
Giá trị Mức tối
u %

Mức min
%
Mức
max %

Y1
Tanin
17.20 100.00

99.33 100.00

Y2 Điểm tổng hợp
chất lợ
ng
16.60 99.94 52.63 99.94
Hàm D
chập mục tiêu

99.97 72.31 99.97

18



Hình 3.7: Hàm 3D Biểu diễn không gian của chập mục tiêu
(X1 = 0.999; X2 = 0.223; X3 = -0.506)

Hình 3. 8: Hàm 2D- Biểu diễn đờng đồng mức của chập mục tiêu
(X1 = 0.999; X2 = 0.223; X3 = - 0.506)
Kết quả chập mục tiêu tối u hóa đạt 99,97%, tại:
X1= 0,999 tơng ứng lu lợng gió 8000 m
3
/h
X2= 0,223 tơng ứng độ dày lớp chè 18 cm
X3= - 0,506 tơng ứng thời gian lên men 60 phút
Điểm tổng hợp chất lợng Y2 = 16.6 điểm
Hàm lợng tanin Y1 = 17.2%.
Kết luận mô hình:
Từ kết quả sử dụng phần mềm NEMRODW2000 để giải bài
toán tối u trên máy tính. Chế độ công nghệ lên men chè đen OTD
trên máy LMC-BK21 cho sản phẩm có chất lợng tốt nhất là ở thời
gian lên men 60 phút, lu lợng gió 8000 m3/h, độ dày lớp chè 18
cm. Chè sản phẩm có điểm tổng hợp chất lợng đạt 16.6 điểm, hàm
lợng tanin còn lại là 17.2% ( tơng ứng 50% so với ban đầu).

19

3.4. Đánh giá chất lợng, tiềm năng ứng dụng sản xuất, ý nghĩa

khoa học & thực tiễn và hiệu quả kinh tế
3.4.1. Nghiên cứu so sánh quá trình biến đổi thành phần hoá học
và chất lợng chè đen OTD lên men liên tục và gián đoạn
Chúng tôi nghiên cứu quá trình biến đổi thành phần hoá học và
chất lợng của chè đen đợc lên men trên khay và trên máy lmC-bk21
đã đợc chế tạo tại Việt Nam. Các phép phân tích các thành phần hoá
học của chè đợc lặp lại ít nhất 3 lần và tính trị số trung bình cộng.
Những giá trị phân tích vợt quá 0,2% giá trị trung bình sẽ bị loại. Bốn
chỉ tiêu cảm quan đợc đánh giá là: Ngoại hình, mùi, vị và mầu nớc chè
đợc xác định theo TCVN 3218 1993. Thí nghiệm đối chứng đợc
tiến hành lên men trên khay. Thí nghiệm nghiên cứu đợc tiến hành
trong máy lên men LMC-BK21 theo các thông số của mô hình tối u:
- Lu lợng không khí Q = 8.000 m
3
/h
- Độ dày lớp chè d = 18 cm.
- Thời gian lên men t = 60 phút.
Các thông số nhiệt độ lên men, độ ẩm không khí đợc giữ trong
khoảng nhiệt độ : 25
0
C - 27
0
C, độ ẩm không khí 95% - 98%. Chè trên
máy lần lợt qua các thời gian trung gian (từ 30,60,90 phút đến 150
phút). Lấy mẫu ở từng thời điểm khác nhau. Hai thí nghiệm trên đợc
tiến hành song song.
Số lần thí nghiệm: Đợc tiến hành 4 lần vào các tháng 4, 5, 6, 7
3.4.1.1. Chất lợng cảm quan của chè lên men:
Chất lợng cảm quan chè lên men trên khay thể hiện trong
bảng 3.20 cho thấy: Khi lên men gián đoạn trên khay, thời điểm có

điểm tổng hợp chất lợng tốt nhất là 120 phút kể từ khi kết thúc quá
trình vò. Điểm tổng hợp tơng ứng là 13,75. Sau thời gian này chất
lợng bắt đầu giảm xuống.

20

Chất lợng cảm quan chè lên men trên máy LMC-BK21 thể
hiện trong bảng 3.21 cho thấy rằng lên men liên tục trên máy, thời
điểm cho chất lợng tốt nhất là 60 phút, điểm tổng hợp chất lợng
tơng ứng là 16,25. Sau thời gian này chất lợng bắt đầu giảm xuống.
Nh vậy, kết quả nghiên cứu là phù hợp với mô hình tối u hoá.
Bảng 3.22: Điểm tổng hợp chất lợng của chè khi lên men trên
khay và lên men trên máy theo thời gian
Điểm tổng hợp
Thời gian lên men

(phút)
Lên men trên khay Lên men trên máy
30 12,00 14.25
60 12.75 16.25
90 13.50 15.75
120 13.75 14.25
150 12.75 13.25
Qua bảng số liệu 3.22 thấy rằng: Thời gian thích hợp khi lên
men trên khay từ 90 đến 120 phút, chất lợng chè đạt điểm tổng hợp
chất lợng tơng ứng là 13.50 và 13.75. Thời gian thích hợp khi lên
men trên máy từ 60 đến 90 phút, chất lợng chè đạt điểm chất lợng
tơng ứng là 16.25 và 15.75.
3.4.1.2. Biến đổi các thành phần hóa học
Tiến hành phân tích thành phần hóa học của các mẫu chè lên

men trên khay và trên máy lên men LMC-BK21 để so sánh. Chúng
tôi có nhận xét nh sau:
- Mầu nớc chè liên quan rất chặt chẽ với sự hình thành TF và TR.
Nớc chè lên men bằng máy liên tục có mầu tốt hơn so với lên men
trên khay. Hàm lợng TF khi lên men bằng máy cao hơn khi lên men
bằng khay nên nớc chè có viền vàng rõ hơn.
- Chất lợng chè đen lên men trên máy tốt hơn lên men trên khay

21

Bảng 3.29: So sánh thành phần hoá học cơ bản của chè đen lên men
trên khay và trên máy tại thời điểm chè có chất lợng tốt nhất.
Phơng pháp
lên men
Trên khay Trên máy Chênh lệch
Tanin(% ck) 13,60 17,00 3,40
Chất tan(% ck)

33,60 37,30 3,70
TF(% ck) 0,39 0,56 0,17
TR(% ck) 14,20 11,50 -2,70
Tỷ lệ TF/TR 1/36 1/20
Điểm tổng hợp

13,75 16,25 2,50
3.4.2. ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất.
Năm 2006 chúng tôi đã chế biến thử nghiệm lên men liên tục ở
trên máy lên men LMC-BK21 với 3 lô chè, mỗi lô 1500 kg chè tơi
(chỉ lấy chè F4 chiếm 65%) ở các thời điểm tháng 5; tháng 7; tháng 9
và chia làm 2 phần mẫu.

- Mẫu thử nghiệm: Chè đợc lên men trên máy LMC-BK21 theo kết
quả mô hình
- Mẫu đối chứng: Chè đợc lên men bằng khay, nh cách của các nhà
máy đang làm
- Mẫu thử nghiệm 1, mẫu đối chứng 1: Chè lấy ở thời điểm tháng 5
- Mẫu thử nghiệm 2, mẫu đối chứng 2: Chè lấy ở thời điểm tháng 7
- Mẫu thử nghiệm 3, mẫu đối chứng 3: Chè lấy ở thời điểm tháng 9
Chè bán thành phẩm các mẫu thử nghiệm và đối chứng của các
lô chè ở cả 3 thời điểm, đợc đánh giá chất lợng bằng phơng pháp
cảm quan. Kết quả số liệu từ bảng 3.30 đến bảng 3.36 cho thấy các
mẫu thử nghiệm, đều cho chất lợng tốt hơn so với mẫu đối chứng,
qua đó thấy rằng kết quả nghiên cứu của luận án là đúng.

22

3.4.3. ý nghĩa khoa học & thực tiễn của kết quả nghiên cứu (phần
đầu đã nêu)
3.4.4. Tính toán hiệu quả kinh tế
Việc tính toán hiệu quả kinh tế của qúa trình áp dụng máy lên
men liên tục LMC-BK21, chúng tôi chỉ tính sơ bộ mang tính định
hớng bao gồm:
- Tiền đầu t mua sắm thiết bị
- Chi phí trực tiếp cho quá trình vận hành máy
- Sử dụng các số liệu ban đầu nh sau:
Các quá trình sản xuất khác nh héo, vò, sấy, phân loại, đóng
gói chè sản phẩm của các nhà máy vẫn giữ nh hiện nay.
Với cách giả định nh trên, khi áp dụng máy lên men liên tục
trong sản xuất, giá thành của chè tăng lên 195.624 đ/tấn sản phẩm.
Theo cách định giá của tổng công ty chè khi điểm chất lợng tăng
thêm 1,74 điểm thì giá trị gia tăng sẽ là 2.449.992 đ/tấn. Khi áp dụng

lên men liên tục trên máy với nhà máy 13 tấn chè tơi/ngày giá trị gia
tăng (sau khi trừ chi phí khấu hao máy) trong 1 năm sẽ là:
459 tấn x 2.254.368 đ/tấn = 1.034.754.912 đ/năm
Các chuyên gia về chất lợng và kinh tế của Nga đã tính rằng
khi điểm cảm quan của chè tăng lên 1,74 điểm thì giá sẽ tăng 0,174
USD tơng đơng 2.784 đồng/kg, tức là 2.784.000 đồng/tấn. Với nhà
máy chè 13 tấn chè tơi/ngày thì giá trị gia tăng (sau khi trừ chi phí
khấu hao máy) trong 1 năm sẽ là:
459 tấn x 2.588.376 đ/tấn = 1.188.064.584 đ/năm
Nh vậy, hai cách tính đều cho kết quả tơng đơng nhau.

23


kết luận
1. Hiện nay các nhà máy sản xuất chè đen OTD thuộc các
tỉnh phía Bắc, chủ yếu dùng phơng pháp lên men gián đoạn. Do vậy
năng suất thấp, chất lợng không cao, khó cơ khí hóa. Kết quả nghiên
cứu chứng minh rằng áp dụng phơng pháp lên men liên tục thay thế
lên men gián đoạn chè đen OTD, sẽ nâng cao chất lợng, tăng năng
suất lao động và hiệu quả kinh tế.
2. Đã lựa chọn đợc mô hình và thiết kế kỹ thuật để chế tạo
thành công máy lên men liên tục chè đen OTD, ký hiệu LMC-BK21.
Máy có 4 tốc độ (tơng ứng thời gian lên men là 60, 90, 120, 150
phút), năng suất máy đạt 600 kg chè búp tơi/ giờ, có mức tiêu thụ
điện năng, nớc, nhân công hợp lý. Máy lên men liên tục LMC-BK21
hoàn toàn đợc chế tạo ở trong nớc.
3. Thông số công nghệ lên men liên tục chè đen OTD trên
máy lên men LMC-BK21 tối u là: thời gian lên men 60 phút, lu
lợng không khí 8.000 m

3
/giờ, độ dày lớp chè trên băng tải 18cm,(độ
ẩm không khí =95 - 98%, nhiệt độ không khí từ 25
0
C đến 27
0
C ).
4. Kết quả nghiên cứu khi lên men trên máy 60 phút cho sản
phẩm có điểm tổng hợp chất lợng cảm quan cực đại là 16.25 điểm,
hàm lợng chất tan là 37,30%, hàm lợng tanin là 17,00%, tỷ lệ
TF/TR là 1/20 màu nớc đỏ nâu và viền vàng rõ. Khi lên men trên
khay 120 phút sản phẩm có điểm tổng hợp chất lợng cảm quan cực
đại là 13.75 điểm, hàm lợng chất tan là 33.60%, hàm lợng tanin là
13,60%, tỷ lệ TF/TR tơng ứng là 1/36 cho màu nớc đỏ nâu hơi
đậm. Trong quá trình lên men, hàm lợng chất tan và tanin (theo %
chất khô) giảm dần, trong đó lên men trên khay giảm nhiều hơn lên
men trên máy.

24

Khi ứng dụng sản xuất thực tế lên men liên tục trên máy
LMC - BK21 chè sản phẩm có điểm tổng hợp chất lợng cảm quan
cao hơn so với lên men gián đoạn trên khay là 1,74 điểm.(tính trung
bình cộng điểm chất lợng của 3 mẫu). Nh vậy bằng thực nghiệm và
khi áp dụng vào sản xuất thực tế cho thấy lên men liên tục chè đen
OTD trên máy, chè sản phẩm có điểm chất lợng cao hơn khi lên
men gián đoạn trên khay.

Những vấn đề tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu
Để máy lên men hoàn thiện hơn chúng tôi thấy cần phải tiếp

tục những vấn đề sau đây:
- Khoảng thời gian để thay đổi một chế độ lên men là 30 phút
(Theo thiết kế là 60 phút, 90 phút, 120 phút và 150 phút) là khoảng
thời gian khá lớn. Điều này thấy rõ ở kết quả nghiên cứu vì ở thời
điểm 60 phút và 90 phút chất lợng sản phẩm gần tơng tự nh nhau.
Nh vậy, thời gian lên men trên máy biến thiên trong miền từ 60 phút
đến 105 phút có thể thích ứng cho các chế độ lên men chè đen OTD
vì thế máy lên men mới sẽ thiết kế 4 tốc độ gồm 60 phút, 75 phút, 90
phút và 105 phút. Do sự thay đổi này nên năng suất máy lên men sẽ
tăng lên đáng kể.
- Có thể sử dụng động cơ vô cấp và hệ thống điều khiển tự
động để đặt trị số thời gian lên men phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.
- Nghiên cứu sử dụng 1 máy lên men để lên men cho cả phần
chè non (phần lọt sàng) và phần chè già (phần trên sàng).