Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI




TRẦN ĐÌNH HƯNG




NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ
VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA LIÊN HỢP MÁY BĂM ÉP NƯỚC DỨA


LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT




Chuyên ngành đào tạo : Kỹ thuật cơ khí
Mã số : 62 52 01 03


Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. TRẦN NHƯ KHUYÊN
2. GS.TS. PHẠM XUÂN VƯỢNG

HÀ NỘI - 2012

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận án “Nghiên một số thông số về cấu tạo và chế
độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa” là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Những số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực, khách
quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án
này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 06 tháng 6 năm 2012.
Tác giả luận án



Trần Đình Hưng


ii

LỜI CẢM ƠN
Với sự kính trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần
Như Khuyên - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội và GS.TS Phạm Xuân
Vượng - Hội Cơ khí Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ
tôi trong nhiều năm tháng học tập cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu,
hoàn thành luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ, giảng viên bộ môn Thiết bị bảo
quản và chế biến nông sản, Ban lãnh đạo khoa Cơ điện, Viện Đào tạo Sau Đại
học và Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã luôn quan tâm
giúp đỡ và đóng góp các ý kiến để tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo khoa Cơ
khí, khoa Công nghệ thực phẩm và các phòng ban trong Trường Cao đẳng
nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội đã quan tâm và tạo điều kiện
thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài.
Xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới GS.TS Đặng Thế Huy - Trường Đại
học Lương Thế Vinh, PGS.TS Nông Văn Vìn và TS Nguyễn Thanh Hải - Khoa
Cơ điện - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đã có các ý kiến nhận xét
chuyên môn hết sức sâu sắc để tôi hoàn thiện chương trình nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Công nghiệp thực phẩm Thanh Xuân -
Hà Nội, các thầy cô Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch,
Công ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao, Phòng thí nghiệm Địa kỹ
thuật công trình - LAS Xây dựng 386 - TT Viện Khoa học Công nghệ Giao
thông vận tải đã giúp tôi trong việc làm thực nghiệm và đánh giá kết quả
nghiên cứu của đề tài.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp, gia
đình đã luôn quan tâm, động viên giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá
trình học tập và hoàn thành bản luận án này.
Hà Nội, ngày 06 tháng 6 năm 2012
Tác giả luận án


Trần Đình Hưng

iii

MỤC LỤC

Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục chữ viết tắt vi
Danh mục các ký hiệu toán học vii
Danh mục bảng x
Danh mục hình xii
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu 2
3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
6 Những đóng góp mới của luận án 4
7 Cấu trúc nội dung luận án 4
Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT
BỊ BĂM ÉP NƯỚC DỨA 5
1.1 Đặc điểm cấu tạo, phân loại, thành phần hoá học và công dụng
của quả dứa 5
1.1.1 Đặc điểm cấu tạo của quả dứa 5
1.1.2 Phân loại dứa 6
1.1.3 Thành phần hóa học của quả dứa 8
1.1.4 Công dụng của quả dứa 10
1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa 12
1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới 12
1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trong nước 13
1.3 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa 20

iv

1.3.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa trên
thế giới 20
1.3.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị ép nước dứa ở
Việt Nam 29
1.4 Kết luận chương 1 33
Chương 2 NGUYÊN LIỆU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 35
2.1 Nguyên liệu nghiên cứu 35
2.2 Đối tượng nghiên cứu 35
2.3 Phương pháp nghiên cứu 36
2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô hình hóa và
mô phỏng quá trình ép nước dứa 37
2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 37
2.3.3 Phương pháp xác định các thông số của quá trình nghiên cứu 40
2.3.4 Phương pháp xử lý gia công số liệu đo đạc 48
Chương 3 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ÉP NƯỚC DỨA 52
3.1 Mô hình hóa quá trình ép nước dứa 52
Mô hình kết cấu bộ phận ép nước dứa 52
3.1.2 Quy luật chuyển động của vật liệu trong bộ phận ép 53
3.1.3 Quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong bộ phận ép 59
3.2 Mô phỏng quá trình biến đổi vận tốc và áp suất trong bộ phận ép 64
3.2.1 Khảo sát sự biến đổi vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục 64
3.2.2 Khảo sát quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong quá trình ép 65
3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng  của trục vít xoắn đến
áp suất của vật liệu 66
3.3 Lựa chọn các thông số cơ bản của bộ phận ép 67
3.4 Kết luận chương 3 68
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 69
4.1 Thí nghiệm xác định một số tham số của mô hình lý thuyết 69

v

4.1.1 Xác định vận tốc góc của vật liệu trong bộ phận ép 69
4.1.2 Mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích của vật liệu với áp suất ép 71
4.1.3 Mối quan hệ giữa nồng độ pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả
với áp suất ép 74
4.1.4 Xác định ảnh hưởng của áp suất ép đến độ sót dịch quả theo bã 76
4.1.5 Xác định ứng suất cắt giới hạn của vật liệu trong quá trình ép 77
4.1.6 Khảo sát quy luật biến đổi áp suất trong vùng ép bằng thực nghiệm 79
4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 81
4.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ dao băm n
d
82
4.2.2 Ảnh hưởng của tốc độ vít xoắn n 83
4.2.3 Ảnh hưởng của khe hở cửa thoát bã s 84
4.2.4 Ảnh hưởng của chiều rộng lỗ sàng a 86
4.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 88
4.4 Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát 93
4.5 Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào 94
4.6 Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để hoàn thiện thiết kế liên
hợp máy băm ép nước dứa BE-500 96
4.6.1 Hoàn thiện thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500 96
4.6.2 Xác định một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy
băm ép nước dứa BE-500A 97
4.6.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy băm ép
nước dứa BE-500A. 99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100
Kết luận 100
Kiến nghị 101

Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 102
Tài liệu tham khảo 103
Phụ lục 110


vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Diễn giải
BE-500 Liên hợp máy băm ép nước dứa
BE-500A Liên hợp máy băm ép nước dứa sau khi cải tiến
BNN và PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
CNTP Công nghệ thực phẩm
Ctv Cộng tác viên
ED-500 Máy ép nước dứa
EU Liên minh châu Âu
FAO Tổ chức Nông lương, Liên hợp quốc
J.S.C. Công ty cổ phần
Co.Ltd Công ty trách nhiệm hữu hạn
NXB Nhà xuất bản
KHCN Khoa học công nghệ
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TPHCM Thành phố Hồ Chí Minh
TTXTTM Trung tâm xúc tiến thương mại
USD Đô la Mỹ
vg/ph Vòng/phút
XK Xuất khẩu

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC


Ký hiệu

Đơn vị Giải thích
a mm Chiều rộng lỗ sàng
A % Nồng độ pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả

tb

độ
Góc nâng cánh vít tại đường kính trung bình của vít xoắn

độ
Góc nghiêng của trục vít xoắn so với đường tâm vít xoắn

%
Độ sót dịch quả theo bã
D - Hàm tối ưu tổng quát
D
v
m Đường kính ngoài của vít xoắn
d
j
- Hàm “mong muốn” thành phần
d
v

m Đường kính trong của vít xoắn
d
0
m Đường kính dòng nhân chất lỏng nhớt chảy trong ống
d m Đường kính trong của ống dẫn

i
-
Khoảng biến thiên của yếu tố thứ i
F
b
- Tiêu chuẩn Fisher
F
c
m
2
Diện tích mặt cắt ngang của vật liệu trong vùng cấp liệu
F
e
m
2
Diện tích mặt cắt ngang của vật liệu trong vùng ép

độ
Góc ma sát giữa nguyên liệu và bề mặt cánh vít

kg /m
3

Khối lượng thể tích của vật liệu

G
d
kg Khối lượng dịch quả thu được khi ép
G
h
kg Khối lượng hỗn hợp bã - dịch quả
G
r
kg Khối lượng pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả

-
Hệ số nạp liệu thể tích

ge

-
Hệ số giảm thể tích nạp liệu vùng ép

nc

-
Hệ số thể tích nạp liệu vùng cấp liệu
l
b
mm Chiều dài đường bao của máng vít tại tiết diện thẳng
góc với đường trung bình của cánh vít

viii

Ký hiệu

Đơn vị Giải thích
L m Chiều dài vít xoắn
L
c
m Chiều dài vít xoắn vùng cấp liệu
L
e
m Chiều dài vít xoắn vùng ép

-
Hệ số ma sát của chất lỏng phi Newton

Ns/m
2

Độ nhớt động của hỗn hợp

d

Ns/m
2

Độ nhớt động của dịch quả

r

Ns/m
2

Độ nhớt động của pha rắn
n vg/ph Tốc độ quay của vít xoắn
N kWh Điện năng tiêu thụ
N
r
kWh/tấn

Chi phí điện năng riêng
p kG/cm
2
Áp suất ép
P


N
Lực nén mẫu khi cắt
q
x
% Tỷ lệ chất xơ
q
kh
% Tỷ lệ chất khô
q kg Khối lượng nguyên liệu đưa vào ép
Q kg/h Năng suất của liên hợp máy
Q
b
kg/h Năng suất của bộ phận băm
Q
c
kg/h Năng suất của bộ phận cấp liệu

Q
lt
kg/h Năng suất lý thuyết
Q


N
Lực cắt mẫu

N/m
2

Ứng suất cắt giới hạn của vật liệu
r
c
mm Bán kính trục của vít xoắn vùng cấp liệu
r
e
mm Bán kính trục của vít xoắn vùng ép
r
v
mm Bán kính của trục vít xoắn
R
v
mm Bán kính ngoài của vít xoắn
R’
e
- Chuẩn số Rây nôn
s mm Khe hở cửa thoát bã

ix

Ký hiệu

Đơn vị Giải thích
S mm Bước vít xoắn
t s Thời gian ép
v m/s Vận tốc vòng của vít xoắn
v
nc
m/s Vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục trong vùng cấp
liệu
v
ne
m/s Vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục trong vùng ép
v
qc
m/s Vận tốc vòng của vật liệu so với máng vít trong vùng cấp
liệu
v
qe
m/s Vận tốc vòng của vật liệu so với máng vít trong vùng ép

v
vl
m/s Vận tốc vòng của vật liệu so với trục vít
W % Độ ẩm của vật liệu

s
-1

Vận tốc góc của vít xoắn

qc

s
-1
Vận tốc góc của vật liệu so với máng vít trong vùng cấp
liệu

qe

s
-1

Vận tốc góc của vật liệu so với máng vít trong vùng ép

vl

s
-1

Vận tốc góc của vật liệu so với trục vít
x
i
- Giá trị mã hóa của yếu tố thứ i
Y
j
- Hàm thành phần
z - Số bước của vít xoắn

x

DANH MỤC BẢNG
STT Tên bảng Trang

1.1 Đặc điểm một số giống dứa trồng ở Việt Nam 7
1.2 Đặc điểm phân loại quả dứa theo độ chín 8
1.3 Thành phần hóa học của một số giống dứa trồng ở Việt Nam 9
1.4 Thành phần hoá học của dứa Victoria nhập nội theo độ chín 10
1.5 Sản lượng dứa trên thế giới 13
1.6 Diện tích trồng, năng suất và sản lượng dứa trong nước 14
1.7 Sản lượng dứa phân theo địa phương 14
1.8 Một số sản phẩm nước dứa xuất khẩu của Việt Nam 19
2.1 Độ cứng của dứa theo độ chín 41
3.1 Mối quan hệ giữa áp suất ép ứng với góc nghiêng  khác nhau 67
3.2 Số lượng vòng vít và bước của vít xoắn 67
4.1 Vận tốc góc ω
q
của vật liệu trong bộ phận ép 70
4.2 Hệ số giảm thể tích vật liệu theo áp suất ép 73
4.3 Nồng độ pha rắn trong hỗn hợp bã - dịch quả theo áp suất ép 75
4.4 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của áp suất ép đến độ sót
dịch quả theo bã 77
4.5 Kết quả thí nghiệm xác định ứng suất cắt giới hạn của nguyên
liệu dứa theo áp suất ép 78
4.6 Hệ số giảm thể tích của các vòng vít trong vùng ép 80
4.7 Áp suất tại các vòng vít trong vùng ép 80
4.8 Áp suất ép theo chiều dài vít xoắn trong vùng ép 80

4.9 Phương sai yếu tố, phương sai thực nghiệm, tính thích ứng và
thuần nhất của thông số tốc độ quay của dao băm n
d
82
4.10 Phương sai yếu tố, phương sai thực nghiệm, tính thích ứng và
thuần nhất của thông số tốc độ quay của vít xoắn n 83

xi

4.11 Phương sai yếu tố, phương sai thực nghiệm, tính thích ứng và
thuần nhất của thông số khe hở cửa thoát bã s 85
4.12 Phương sai yếu tố, phương sai thực nghiệm, tính thích ứng và
thuần nhất của thông số chiều rộng lỗ sàng a 86
4.13 Mức biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố x
i
88
4.14 Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Y
j
89
4.15 Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán 90
4.16 Giá trị tối ưu của các yếu tố vào x
i
và các hàm thành phần Y
j
. 90
4.17 Các hệ số hồi quy dạng thực 91
4.18 Kết quả thí nghiệm với các thông số tối ưu của các yếu tố vào 95
4.19 Một số chỉ tiêu hóa lý của nước dứa ép ở chế độ tối ưu 95
4.20 Đặc tính kỹ thuật của liên hợp máy băm ép nước dứa BE-500A 96
4.21 Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị ép nước dứa 98

xii

DANH MỤC HÌNH
STT Tên hình Trang

1.1 Quả dứa 5
1.2 Thực phẩm chức năng và mỹ phẩm từ dứa 12
1.3 Dứa sấy khô (a, b) và mứt dứa (c) 17
1.4 Dứa đông lạnh (a); dứa khoanh (b); dứa miếng (c) 17
1.5 Dứa nước đường đóng hộp (a); nước dứa đóng lon (b) 17
1.6 Nước dứa cô đặc 18
1.7 Quy trình công nghệ sản xuất nước dứa 24
1.8 Dây chuyền sản xuất nước dứa cô đặc (Thụy Điển) 28
1.9 Dây chuyền sản xuất nước dứa cô đặc (Italy) 28
1.10 Quy trình sản xuất nước dứa cô đặc 29
1.11 Máy ép thủy lực PA-15TL 32
1.12 Máy ép nước dứa kiểu ED-500 32
2.1 Sơ đồ cấu tạo liên hợp máy băm ép dứa BE-500 35
2.2 Đồ thị hàm mong muốn thành phần d
j
khi Y
j
bị chặn một phía 40
2.3 Thiết bị đo độ cứng trái cây FT-10 41
2.4 Thiết bị đo ứng suất cắt của vật liệu EDJ-1 (Trung quốc) 42
2.5 Sơ đồ nguyên lý đo ứng suất cắt của nguyên liệu 42
2.6 Thiết bị đo độ nhớt động lực SYD-265E (Changi, TQ) 44

2.7 Brix kế ATAGO-3T 45
2.8 Thiết bị đo số vòng quay LT-1236L 46
2.9 Thiết bị đo điện năng EM-306 (Ấn Độ) 47
2.10 Thiết bị xác định độ sót dịch quả theo bã 48
3.1 Mô kết cấu bộ phận ép 52
3.2 Đa giác vận tốc biểu diễn sự dịch chuyển của vật liệu trong vùng
cấp liệu 55
3.3 Sự biến đổi vận tốc dọc trục của vật liệu v
n
theo chiều dài vít
xoắn x 64

xiii

3.4 Sự thay đổi áp suất p của vật liệu theo chiều dọc trục x 65
3.5 Áp suất của vật liệu p theo chiều dọc trục khi thay đổi góc
nghiêng của trục vít xoắn  66
4.1 Cảm biến siêu âm đo vận tốc, gia tốc 69
4.2 Sơ đồ đo vận tốc bằng cảm biến siêu âm 69
4.3 Vị trí cảm biến đo vận tốc của vật liệu trong bộ phận ép 70
4.4 Đồ thị vận tốc góc của vật liệu trong bộ phận ép 71
4.5 Máy ép thủy lực Model PA-15TL 72
4.6 Giỏ ép thí nghiệm: a- sơ đồ; b- thực tế 72
4.7 Dụng cụ đo thể tích 72
4.8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích η
ge
vật
liệu trong buồng ép với áp suất ép p 74
4.9 Ảnh hưởng của áp suất ép đến nồng độ pha rắn trong hỗn hợp 76
4.10 Ảnh hưởng của áp suất ép p đến độ sót dịch quả  theo bã khi

dùng máy ép thủy lực 77
4.11 Quan hệ giữa ứng suất cắt giới hạn của nguyên liệu dứa với áp
suất ép 78
4.12 Khảo sát sự biến đổi áp suất của vật liệu bằng thực nghiệm 81
4.13 Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ dao băm n
d
82
4.14 Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ quay vít xoắn n 84
4.15 Đồ thị ảnh hưởng của khe hở cửa thoát bã s 85
4.16 Đồ thị ảnh hưởng của chiều rộng lỗ sàng a 87
4.17 Ảnh hưởng của cặp yếu tố khe hở cửa thoát bã s và tốc độ vít
xoắn n đến độ sót dịch quả δ 92
4.18 Ảnh hưởng của cặp yếu tố chiều rộng lỗ sàng a và tốc độ vít xoắn
n đến năng suất máy Q 92
4.19 Ảnh hưởng của cặp yếu tố chiều rộng lỗ sàng a và khe hở cửa
thoát bã s đến chi phí điện năng riêng Nr 93

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài
Dứa là loại trái cây quý, có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao,
được coi là “nữ hoàng” (Queen) của các loài quả. Diện tích trồng dứa ở nước
ta hiện nay khoảng 39.900ha, sản lượng dứa quả đạt 502.700 tấn với kim
ngạch xuất khẩu trung bình hàng năm 41,4 triệu USD, đứng đầu trong nhóm
rau quả xuất khẩu (Cục XTTM - Bộ Công Thương, 2012) [6]. Cây dứa đã góp
phần quan trọng trong việc xóa đói giảm nghèo cho hàng triệu nông dân ở
nhiều địa phương trong cả nước.
Sản phẩm dứa của nước ta một phần được tiêu thụ trong nước, còn

phần lớn dùng để xuất khẩu, trong đó nước dứa cô đặc được tiêu thụ với số
lượng lớn vì nước dứa cô đặc dễ vận chuyển và bảo quản lâu dài mà vẫn giữ
được hương vị thơm ngon, có thể pha chế thành nhiều sản phẩm khác nhau
tùy theo thị hiếu của người dùng.
Trong quy trình sản xuất nước dứa, việc tách lấy dịch quả là khâu quan
trọng vì nó ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng sản phẩm và hiệu suất
thu hồi dịch quả. Để nâng cao hiệu suất ép, người ta có thể dùng máy nạo
hoặc máy băm để làm nhỏ nguyên liệu trước khi ép. Để tách dịch quả ra khỏi
bã, người ta có thể dùng máy ép kiểu trục vít, máy ép thủy lực hoặc máy ép
kiểu vít xoắn, trong đó máy ép kiểu vít xoắn được dùng phổ biến nhất vì nó
làm việc liên tục, năng suất cao, dễ tự động hóa dây chuyền sản xuất. Hiện
nay ở nhiều nước có ngành công nghiệp chế biến dứa phát triển đã sử dụng
những dây chuyền chế biến dứa hiện đại, trong đó sử dụng thiết bị nạo-ép
hoặc băm-ép. Các dây chuyền thiết bị này hiện đại, năng suất cao, chất lượng
sản phẩm tốt nhưng cần vốn đầu tư lớn và vùng trồng dứa tập trung hàng
nghìn ha trở lên. Đặc điểm của thịt quả dứa là có nhiều xơ và dễ gẫy vụn

2

trong quá trình băm ép nên rất khó ép kiệt, khi ép lượng xơ gẫy vụn lẫn nhiều
trong dịch quả gây khó khăn cho quá trình lọc sau này. Vì vậy việc lựa chọn
thiết bị chế biến nước dứa cho phù hợp với đặc điểm nguyên liệu, điều kiện
sản xuất của các doanh nghiệp cũng cần được quan tâm nghiên cứu.
Tại nhiều địa phương trong nước hiện nay đang rất thiếu những thiết bị
ép nước dứa phù hợp với quy mô vùng nguyên liệu và khả năng đầu tư của
các doanh nghiệp chế biến.
Ở Việt Nam chưa có nhiều công trình nghiên cứu về thiết bị băm ép
nước dứa, thiết bị chế tạo trong nước rất ít và còn nhiều hạn chế. Vì vậy, việc
nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị băm ép nước dứa phù hợp với điều kiện
sản xuất trong nước nhằm nâng cao năng suất, chất lượng, hạ giá thành sản

phẩm, có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất là vấn đề rất cấp thiết.
Xuất phát từ thực tiễn trên đây, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu
một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép
nước dứa”.
2 Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung: Tạo ra thiết bị băm ép nước dứa phục vụ dây chuyền sản
xuất nước dứa và nước dứa cô đặc nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản
phẩm, tiết kiệm năng lượng điện, giảm chi phí sản xuất, góp phần giảm ô nhiễm
môi trường.
- Mục tiêu cụ thể: Xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm
việc tối ưu làm cơ sở để hoàn thiện thiết kế, chế tạo liện hợp máy băm ép
nước dứa.
3 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Xác định một số tính chất cơ lý hóa của nguyên liệu dứa liên quan đến
quá trình băm ép nước dứa.
- Xây dựng mô hình lý thuyết quá trình ép nguyên liệu dứa nhằm định

3

hướng cho việc thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa.
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định một số thông số về cấu tạo và
chế độ làm việc tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ
và thiết kế, cải tiến liên hợp máy băm ép nước dứa.
- Nghiên cứu ứng dụng liên hợp máy băm ép nước dứa trong sản xuất
nhằm xác định hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy để có thể triển
khai áp dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất.
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một số thông số cơ bản về cấu tạo và
chế độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa kiểu vít xoắn: tốc độ dao

băm, tốc độ trục vít xoắn, khe hở cửa thoát bã, chiều rộng lỗ sàng.
4.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu mô hình liên hợp máy băm ép nước dứa kiểu vít xoắn BE-
500 có năng suất 500 kg/h.
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đã ứng dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng để biểu diễn mối
quan hệ của một số thông số trong quá trình ép nước dứa và ứng dụng để xác
định một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của liên hợp máy
băm ép nước dứa, nhằm định hướng cho việc thiết kế, chế tạo liên hợp máy.
- Đã thiết kế, chế tạo thành công liên hợp máy băm ép nước dứa có bộ
phận băm và bộ phận ép lắp trên cùng một khung bệ máy, do đó đã nâng cao
năng suất, chất lượng sản phẩm, hiệu suất thu hồi sản phẩm, giảm chi phí lao
động và tiết kiệm điện năng phù hợp với quy mô của các cơ sở chế biến ở nước
ta hiện nay.

4

6 Những đóng góp mới của luận án
- Kết quả nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm đã thiết lập
được mô hình toán và mô phỏng được mối quan hệ của một số thông số trong
quá trình ép từ đó đã xác định được một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế
độ làm việc của liên hợp máy băm ép nước dứa nhằm định hướng cho việc
thiết kế liên hợp máy băm ép nước dứa.
- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn, đa yếu tố và nghiên cứu tối ưu
tổng quát đã xác định được giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào: tốc độ
quay của vít xoắn, khe hở cửa thoát bã, chiều rộng lỗ sàng và giá trị tối ưu của
các thông số ra: độ sót dịch quả, năng suất máy và chi phí điện năng riêng.
Kết quả nghiên cứu trên là cơ sở quan trọng để hoàn thiện thiết kế và chế tạo
liên hợp máy băm ép nước dứa phục vụ cho các cơ sở sản xuất.
- Đã thiết kế chế tạo liên hợp máy băm ép nước dứa có bộ phận băm và

ép được lắp chung trên cùng một khung máy có bộ phận băm được kết cấu
bởi các hàng dao động và dao tĩnh bố trí xen kẽ nhau, bộ phận ép kiểu vít
xoắn có dạng hình côn với bước xoắn giảm dần nhờ đó đã giảm lượng dịch
quả sót theo bã, tiết kiệm được nhân công lao động, nâng cao năng suất, chất
lượng sản phẩm, tạo điều kiện cho việc tự động hóa dây chuyền sản xuất.
Thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, hoàn toàn có thể chế tạo
trong nước thay thế cho các thiết bị nhập ngoại đắt tiền, vì thế có thể áp dụng
rộng rãi cho các cơ sở sản xuất.
7 Cấu trúc nội dung luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị các phụ lục, luận án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về công nghệ và thiết bị băm ép dứa.
Chương 2: Nguyên liệu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng quá trình ép nước dứa.
Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm.

5

Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ
VÀ THIẾT BỊ BĂM ÉP NƯỚC DỨA
1.1 Đặc điểm cấu tạo, phân loại, thành phần hoá học và công dụng của
quả dứa
1.1.1 Đặc điểm cấu tạo của quả dứa
Dứa, một số địa phương gọi là thơm hay khóm, tên khoa học Ananas
comosus, là một loại quả nhiệt đới, có xuất xứ từ Paraguay và miền nam Braxin,
được du nhập vào châu Âu khoảng thế kỷ 16 sau đó được trồng ở Hawai, và
nhiều nước châu Á khác (Dole Plantation, 2010) [50], (Phil Barnes, 1999) [61].
Quả dứa thực ra là trục của bông hoa và các lá bắc mọng nước tụ hợp lại. Còn
quả thật là các "mắt dứa" (Trần Thế Tục, Vũ Thiện Chính, 1997) [35]. Quả dứa
được ăn tươi hoặc đóng hộp dưới dạng khoanh, miếng hoặc đồ hộp nước dứa

hoặc nước quả hỗn hợp (Trần Minh Tâm, 1997) [30].
Quả dứa thuộc loại quả kép, bao gồm nhiều quả mọc trên một trục hoa.
Kích thước, màu sắc, hình dạng quả thay đổi tuỳ theo giống và điều kiện
trồng trọt. Về cấu tạo quả dứa, trừ phần chồi (hoa, vương miện) và cuống, từ
ngoài vào trong quả dứa có 3 phần: vỏ quả, thịt quả và lõi (hình 1.1) (William
Collins S., 1979) [69].


Hình 1.1 Quả dứa
Chồi (hoa)
Vỏ
Thịt quả
Lõi

6

- Vỏ quả: Có thành phần chủ yếu là xenlulo để bảo vệ quả. Vỏ quả chín
có màu sắc từ vàng đến da cam, được phân chia thành các mắt dứa có độ to,
nhỏ, nông, sâu khác nhau tuỳ thuộc vào giống và điều kiện trồng trọt.
- Thịt quả: Có màu vàng nhạt đến vàng sẫm, chiếm tỷ lệ lớn nhất so với
các thành phần khác của quả dứa. Các chất dinh dưỡng tập trung chủ yếu tại
thịt quả. Các sản phẩm dứa chủ yếu được chế biến từ thịt quả. Trong thịt quả
còn có một lượng xơ chiếm từ 1,61,8%.
- Lõi: Chạy dọc từ cuống quả dứa đến chồi ngọn, nhiều xơ, giá trị
dinh dưỡng thấp.
1.1.2 Phân loại dứa
Đặc điểm, tính chất, thành phần hóa học của quả dứa phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như giống, đất đai, khí hậu, kỹ thuật chăm bón, độ chín và
mùa vụ thu hoạch dứa (Đường Hồng Dật, 2005) [7]. Có nhiều cách phân
loại dứa tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng hoặc công nghệ chế biến dứa.

Trong công nghiệp chế biến dứa, ngoài yêu cầu về kích thước, trọng
lượng quả dứa, thông thường có cách phân loại: theo giống và theo độ
chín của dứa (Bộ NN và PTNT, 2005) [3].
a) Phân loại theo giống
Có nhiều loại dứa nhưng dứa trồng ở nước ta có thể chia thành ba nhóm
chính: Nhóm dứa Queen, nhóm dứa Cayen và nhóm dứa Tây Ban Nha
(William Collins S., 1979) [69].
Nhóm Queen (Hoàng hậu): Quả nhỏ, mắt lồi, vỏ cứng ít bị dập khi vận
chuyển, thịt quả màu vàng đậm, giòn, hương thơm, vị ngọt đậm. Các sản
phẩm chế biến từ dứa Queen thơm ngon nhưng do quả nhỏ, vỏ dày, tỷ lệ thịt
quả thấp nên thường dùng để ăn tươi, không phù hợp cho chế biến công
nghiệp. Nhóm dứa Queen gồm các giống dứa: Dứa hoa, dứa tây, dứa Victoria,
các loại dứa này được trồng nhiều ở nước ta.

7

Nhóm Cayen (Cayenne): Lá dài cong lòng máng, chỉ có gai ở đầu lá. Quả
to, khi chưa chín màu xanh đen, khi chín chuyển màu da đồng, mắt to và nông,
vỏ mỏng và mềm, nhiều nước, thịt vàng ngà, ít vàng, ít ngọt hơn dứa Queen,
năng suất cao, phù hợp để chế biến công nghiệp. Nhóm này trồng nhiều trên thế
giới, những năm gần đây mới được trồng nhiều ở Việt Nam.
Nhóm Tây Ban Nha (Spanish): Chịu bóng rợp, có thể trồng xen trong
vườn quả, vườn cây lâm nghiệp. Có đặc điểm quả to, mắt sâu, thịt quả vàng
nhạt có chỗ trắng, vị chua, ít thơm nhưng nhiều nước. Nhóm dứa này gồm có:
Dứa ta, dứa mật, dứa thơm. Nhóm này có chất lượng thấp hơn dứa Queen.
Các giống dứa khác nhau có nhiều đặc điểm khác nhau nên khi chế
biến cần phải điều chỉnh thiết bị và các thông số công nghệ cho phù hợp với
đặc điểm của mỗi loại dứa. Các đặc điểm chính của một số giống dứa được
thống kê trong (bảng 1.1) (Quách Đĩnh, Nguyễn Vân Tiếp, 2008) [11].
Bảng 1.1 Đặc điểm một số giống dứa trồng ở Việt Nam

Giống dứa và nơi trồng

Khối
lượng
quả, g

Chiều
cao,
cm
Đường
kính quả,

cm
Vỏ
dày,
cm
Mắt
sâu,
cm
Đường
kính
lõi, cm
Dứa hoa Phú Thọ 500 10 8,5 1,0 1,2 2,0
Dứa hoa Tuyên Quang 490 10,5 8,7 1,0 1,0 2,35
Dứa khóm Long An 900 15 10,5 1,0 1,0 2,1
Dứa Cayen Phủ Quỳ 3.150 24 15 0,3 1,0 4,5
Dứa Cayen Phú Thọ 2.050 17,5 13 0,25 1,0 2,5
Dứa ta Hà Tĩnh 750 13 10 1,0 1,5 2,0
Dứa Mật Vĩnh Phú 1.300 15 11 1,5 1,5 2,6

Khối lượng, kích thước quả, chiều dày vỏ, độ sâu mắt và đường kính
lõi quả dứa phụ thuộc nhiều vào gống và điều kiện canh tác. Các giống dứa có
năng suất cao, quả lớn, vỏ mỏng, mắt nông, lõi nhỏ được chọn trồng để phát
triển các vùng nguyên liệu dứa quy mô công nghiệp.

8

b) Phân loại theo độ chín
Tính chất cơ lý, thành phần hoá học và tính chất công nghệ của quả dứa
không chỉ thay đổi theo giống, điều kiện thổ nhưỡng và canh tác mà còn phụ
thuộc vào độ chín và mùa vụ thu hoạch dứa (Phạm Xuân Vượng, Trần Như
Khuyên, 2006) [41].
Thành phần hóa học và tính chất công nghệ của quả dứa phụ thuộc vào
độ chín. Dựa vào đặc điểm bên ngoài và tính chất cơ lý của quả dứa, người ta
phân loại dứa theo độ chín (bảng 1.2).
Bảng 1.2 Đặc điểm phân loại quả dứa theo độ chín
Phân loại Đặc điểm nhận dạng Đặc điểm khác
Độ 0
(dứa xanh)
Vỏ màu xanh, chưa có
hàng mắt nào màu vàng.
Độ cứng > 4kG/cm
2
, thịt quả màu tr
ắng,
rất ít nước, vị nhạt, chưa có mùi thơm.
Độ 1
(dứa ương)
Vỏ còn xanh, nhưng đã
có 12 hàng mắt gần

cuống ngả màu vàng.
Độ cứng từ 34kG/cm
2
, thịt quả h
ơi
vàng, ít nước, hàm lượng đư
ờng thấp, ít
mùi thơm.
Độ 2
(dứa chín)
Vỏ màu xanh - vàng, có
từ 34 hàng mắt màu
vàng.
Độ cứng từ 23kG/cm
2
, thịt quả m
àu
vàng nhạt, nhiều nước, hàm lư
ợng
đường cao, có mùi thơm mạnh.
Độ 3
(dứa quá
chín)
Vỏ dứa vàng gần như
hoàn toàn, có chỗ
chuyển màu thâm.
Vỏ mềm, bấm ngón tay ra nư
ớc, độ
cứng < 2kG/cm
2

, thịt quả m
àu vàng
sẫm, có chỗ bị lên men nhũn, m
ùi thơm
mạnh có thể có mùi chua của dứa l
ên
men.

1.1.3 Thành phần hóa học của quả dứa
Quả dứa có hàm lượng nước, hàm lượng đường cao, giàu axit hữu
cơ, vitamin C, B
1
, B
2
, B
3
, nhiều khoáng chất ka li, can xi, ma giê, phốt
pho, sắt và enzim promelin (Lê Mỹ Hồng, 2005) [14], (Dennis R.H., Daryl
B.L., 1992) [47].
Các thành phần chủ yếu gồm: Nước chiếm 72 - 88%, chủ yếu tồn tại
dưới dạng nước tự do; chất khô: 12 - 28%; đường 8 - 19% (trong đó saccaroza

9

chiếm 70%); axit hữu cơ từ 0,3 - 0,8%, phần lớn là axit xitric, còn lại là axit
malic, axit tartaric, axit sunxinic. Hàm lượng protit có khoảng 0,5%, chất
khoáng 0,25%; vitamin C 40%mg; vitamin B
1
, B
2

, B
3
khoảng 0,04 đến 0,09
%mg (Oxford English Dictionnary, 1971) [74], (Thai Food Composition
Tables, 1999) [76]. Trong quả dứa còn chứa enzyme promelin có tác dụng
thủy phân protit, làm mềm thịt và kích thích tiêu hóa.
Thành phần hóa học của dứa biến động theo giống, thời vụ, điều kiện
canh tác, địa bàn phát triển. Thành phần hóa học của một số giống dứa trồng
ở Việt nam (bảng 1.3) (Quách Đĩnh, Nguyễn Vân Tiếp, 2008) [11].
Bảng 1.3 Thành phần hóa học của một số giống dứa trồng ở Việt Nam
Giống dứa và nơi trồng
Chất khô

%
Đường khử
%
Saccaroza
%
Độ axit
%
pH

Dứa hoa Phú Thọ 18 4,19 11,59 0,51
Dứa hoa Tuyên Quang 18 3,56 12,22 0,57 3,8
Dứa Victoria nhập nội 17 3,2 10,9 0,5 3,8
Dứa ta Hà Tĩnh 12 2,87 6,27 0,63 3,6
Dứa mật Vĩnh Phú 11 2,94 6,44 0,56 3,9
Dứa Cayen Phủ Quỳ 13 3,2 7,6 0,49 4
Dứa Cayen Cầu Hai 13,5 3,65 6,5 0,49 4
Dứa (khóm) Đồng Nai 15,2 3,4 9,8 0,31 4,5

Dứa (khóm) Long An 14,8 3,3 8,6 0,37 4
Dứa (khóm) Kiên Giang 13,5 2,8 7,5 0,34 4,1

Thành phần của quả dứa còn thay đổi theo độ chín (bảng 1.4) (Quách
Đĩnh, Nguyễn Vân Tiếp, 2008) [11]. Khi dứa chín do có sự chuyển hóa thành
phần trong quả dứa nên hàm lượng chất khô, lượng đường, và phần lớn các
thành phần hữu ích đều tăng, hàm lượng chất xơ giảm. Dứa chín tới (độ 2)
thích hợp cho sản xuất công nghiệp nhất vì hàm lượng các chất hữu ích đạt
khá cao, ít bị dập nát khi vận chuyển và bảo quản.

10

Bảng 1.4 Thành phần hoá học của dứa Victoria nhập nội theo độ chín
Độ chín
Chỉ tiêu
Ương (độ 1) Chín tới (độ 2) Chín (độ 3)
Chất khô tổng số, % 13 15,1 17
Đường tổng số, % 10 11,2 14,1
Đường khử, % 2,4 3,3 3,2
Đường saccaroza, % 7,6 7,9 10,9
Chất xơ (xenluloza), % 1,8 1,6 1,6
Pectin hoà tan, % 0,13 0,1 0,08
Propectin, % 0,12 0,1 0,1
Độ axit, % 0,48 0,52 0,5
Độ tro, % 0,48 0,39 0,37
Hàm lượng K, %mg 250 240 230
Hàm lượng P, %mg 45 50 48
Hàm lượng Ca, %mg 26 20 18

1.1.4 Công dụng của quả dứa
a) Trong lĩnh vực thực phẩm và công nghiệp
Quả dứa có mùi vị thơm ngon và chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết
cho cơ thể người như đường, axít hữu cơ, viatamin và khoáng chất nên được
dùng làm thực phẩm. Dứa thường dùng để ăn tươi hoặc chế biến các món ăn
ngon được nhiều người ưa thích.
Trong quả dứa có chứa enzyme bromelin, có thể phân huỷ protein và làm
mềm thịt. Do vậy, quả dứa được sử dụng trong chế biến một số món ăn như thịt
bò xào, thịt vịt xào để giúp thịt nhanh mềm và tạo hương vị đặc trưng. Enzyme
bromelin còn có tác dụng kích thích tiêu hoá, vì thế dứa được dùng làm thực
phẩm và chế ra nhiều loại thực phẩm chức năng có giá trị (Trung tâm KHCN
TPHCM, 2009) [33], (Medina L.C., Garcias H.S., 2005) [58].
Trong công nghiệp thực phẩm, dứa được chế biến thành nhiều loại thực
phẩm khác như: dứa đóng hộp, dứa đông lạnh, dứa sấy khô, mứt dứa, nước

11

dứa tươi, nước dứa cô đặc, trong đó nước dứa tươi và nước dứa cô đặc được
sản xuất với số lượng lớn nhất vì nước dứa tươi có màu sắc hấp dẫn, mùi vị
thơm ngon, có tác dụng bồi bổ, giải nhiệt và giải khát, giúp giảm mệt mỏi vì
nó có chứa vitamin B, C, canxi, mangan giúp mô tránh khỏi tác hại của quá
trình oxy hóa, còn nước dứa cô đặc có thể bảo quản được lâu dài và dễ dàng
pha chế thành nhiều sản phẩm theo thị hiếu của người tiêu dùng.
Dứa và các phụ phẩm của dứa còn được dùng để sản xuất rượu quả, cồn,
dấm, thức ăn chăn nuôi và phân bón,
b) Trong y học và mỹ phẩm
Dứa có thể được dùng để phòng và chữa bệnh. Các vitamin và khoáng
chất trong dứa có tác dụng phòng và chữa bệnh huyết áp cao, giảm
cholesterol, làm bền thành mạch máu, chống loãng xương, giảm ho, tiêu đờm,
làm tan sỏi thận (Qín Bāo Shān, 2009) [63].

Trong quả dứa có chứa enzyme bromelin giúp tiêu hoá tốt nên dứa được
dùng để sản xuất một số thực phẩm chức năng để bồi bổ sức khỏe và chữa
bệnh. Bromelin còn có tác dụng làm giảm hiện tượng phù nề, các vết bầm tím
trên da, giảm đau nhức, chữa hư khớp, điều trị viêm mô tế bào, làm tan các u
mỡ, làm thuốc tẩy giun kim cho trẻ em.
Trong dứa còn có axit bromatic có tác dụng làm đẹp và chống nám da.
Đắp mặt nạ từ nước cốt trái dứa sẽ làm cho làn da của bạn tươi sáng hơn mỗi
ngày vì chất axit bromatic sẽ lột nhẹ lớp tế bào sừng phía ngoài làm cho da
mịn màng và trắng hơn (Vincent Corporation, 2002) [67], (Ranjit Rael,
2002) [75].
Một số thực phẩm chức năng và mỹ phẩm chiết xuất từ dứa (hình 1.2).