Nghiên cứu điển hình: Ứng dụng máy đồng hóa cắt cao trong sản xuất tương mè
Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, chất lượng của tương mè được xác định trực tiếp bởi độ mịn của sự phân tán hạt, sự đồng nhất của việc trộn nguyên liệu và độ ổn định của sản phẩm cuối cùng. Các phương pháp sản xuất truyền thống thường gặp phải những thách thức như kích thước hạt không đều, dễ phân lớp trong quá trình bảo quản, chu kỳ xử lý dài và tiêu thụ năng lượng cao. Nghiên cứu điển hình này tập trung vào cách một máy đồng hóa cắt cao đã tối ưu hóa quy trình sản xuất tương mè, giải quyết các nút thắt kỹ thuật hiện có và cải thiện hiệu quả sản xuất tổng thể và chất lượng sản phẩm.
1. Bối cảnh và Thách thức Sản xuất
Cơ sở sản xuất chuyên về chế biến các loại bột nhão từ hạt, với tương mè là một trong những sản phẩm cốt lõi. Trước khi đưa vào thiết bị mới, cơ sở dựa vào thiết bị trộn và nghiền thông thường để sản xuất tương mè. Sau thời gian dài hoạt động, một số vấn đề nổi cộm đã xuất hiện, ảnh hưởng đến cả chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.
Đầu tiên, độ mịn của hạt không đáp ứng các tiêu chuẩn nhất quán. Thiết bị thông thường không thể phá vỡ hoàn toàn các hạt mè, dẫn đến kết cấu hạt trong sản phẩm cuối cùng. Một số lô thậm chí còn chứa các hạt nhỏ có thể nhìn thấy, ảnh hưởng đến cảm giác trong miệng và sự chấp nhận của thị trường. Thứ hai, hiệu quả nhũ hóa không đạt yêu cầu. Do việc trộn các pha dầu và nước trong tương mè không đủ, sản phẩm dễ bị phân lớp sau một thời gian bảo quản, dầu tách ra khỏi bột và tạo thành một lớp trên bề mặt, làm giảm độ ổn định và thời hạn sử dụng của sản phẩm.
Thứ ba, chu kỳ sản xuất quá dài. Quy trình truyền thống yêu cầu nhiều vòng nghiền và trộn để đạt được kết cấu mong muốn, mỗi lô mất khoảng 4 giờ để hoàn thành. Hiệu quả thấp này đã hạn chế khả năng của cơ sở trong việc đáp ứng nhu cầu thị trường trong mùa cao điểm. Ngoài ra, chi phí tiêu thụ năng lượng và bảo trì cao đã trở thành gánh nặng. Thiết bị thông thường yêu cầu công suất lớn để vận hành và việc mài mòn thường xuyên của các bộ phận nghiền dẫn đến tăng tần suất và chi phí bảo trì.
Để giải quyết những vấn đề này, cơ sở đã tìm kiếm một giải pháp kỹ thuật có thể cải thiện độ mịn của hạt, tăng cường độ ổn định nhũ hóa, rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm tổng chi phí vận hành. Sau khi tiến hành các thử nghiệm quy trình và đánh giá thiết bị, một máy đồng hóa cắt cao với các thông số tùy chỉnh đã được chọn cho dây chuyền sản xuất.
2. Lựa chọn Thiết bị và Thích ứng Kỹ thuật
Xem xét các đặc tính của tương mè — độ nhớt cao (lên đến 45.000 mPas), hàm lượng dầu cao và nhu cầu phân tán hạt mịn — máy đồng hóa cắt cao được chọn đã được tùy chỉnh để phù hợp với các yêu cầu sản xuất. Các tính năng thiết kế cốt lõi của thiết bị như sau:
Máy đồng hóa sử dụng cấu trúc rôto-stato hai giai đoạn, với tốc độ quay tối đa 12.000 vòng/phút và tốc độ tuyến tính 42 m/s, cao hơn đáng kể so với thiết bị trộn thông thường. Cấu trúc này tạo ra lực cắt mạnh, lực va đập và lực ly tâm trong khoảng hẹp giữa rôto và stato, cho phép nghiền và phân tán hiệu quả các hạt mè. Khoảng cách giữa rôto và stato có thể được điều chỉnh vô hạn trong phạm vi 0,1-0,5 mm, cho phép kiểm soát chính xác kích thước hạt theo yêu cầu sản phẩm.
Về lựa chọn vật liệu, tất cả các bộ phận tiếp xúc với sản phẩm đều được làm bằng thép không gỉ 316L, được xử lý đánh bóng điện phân để đảm bảo bề mặt nhẵn với độ nhám Ra ≤ 0,8 μm. Thiết kế này không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm mà còn ngăn ngừa sự bám dính và cặn của vật liệu, giảm nguy cơ nhiễm chéo và tạo điều kiện thuận lợi cho việc vệ sinh. Thiết bị này cũng được trang bị hệ thống kiểm soát nhiệt độ có vỏ bọc, có thể điều chỉnh nhiệt độ xử lý trong khoảng 25-60℃ để tránh sự biến tính của các chất dinh dưỡng trong mè và đảm bảo độ ổn định về màu sắc và hương vị của sản phẩm.
Để thích ứng với độ nhớt cao của tương mè, máy đồng hóa được cấu hình với động cơ điều chỉnh tốc độ biến tần, cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp theo trạng thái vật liệu trong các giai đoạn sản xuất khác nhau. Thiết kế cấu trúc mô-đun cho phép thay thế nhanh chóng các bộ phận hao mòn, giảm thời gian và chi phí bảo trì. Ngoài ra, thiết bị tích hợp một hệ thống chân không với độ chân không lên đến -0,095 MPa, giúp loại bỏ hiệu quả các bọt khí được tạo ra trong quá trình trộn, cải thiện hơn nữa độ đồng nhất và độ ổn định của tương mè.
3. Quy trình Thực hiện và Tối ưu hóa Quy trình
Trước khi sản xuất chính thức, nhóm kỹ thuật đã tiến hành các thử nghiệm thí điểm quy mô nhỏ để tối ưu hóa các thông số quy trình của máy đồng hóa. Thử nghiệm tập trung vào việc điều chỉnh tốc độ quay, thời gian xử lý, nhiệt độ và khoảng cách rôto-stato để xác định sự kết hợp thông số tối ưu cho sản xuất tương mè.
Trong giai đoạn thử nghiệm ban đầu, nhóm đã phát hiện ra rằng tốc độ quay 8.000 vòng/phút, thời gian xử lý 15 phút, nhiệt độ 45℃ và khoảng cách rôto-stato 0,2 mm đã đạt được kết quả tốt nhất. Với các thông số này, các hạt mè đã được nghiền nát hoàn toàn và các pha dầu và nước đã được hợp nhất hoàn toàn. Dựa trên kết quả thử nghiệm thí điểm, dây chuyền sản xuất đã được điều chỉnh và nâng cấp để tích hợp máy đồng hóa vào quy trình hiện có.
Quy trình sản xuất tối ưu hóa như sau: Sau khi rang và làm nguội, hạt mè trước tiên được nghiền thành bột thô bằng máy nghiền, sau đó được chuyển đến máy đồng hóa cắt cao. Máy đồng hóa hoạt động theo các thông số cài đặt trước và vật liệu được tuần hoàn qua khu vực rôto-stato nhiều lần để đạt được sự phân tán và nhũ hóa hoàn toàn. Trong quá trình này, hệ thống kiểm soát nhiệt độ duy trì nhiệt độ vật liệu ở mức ổn định và hệ thống chân không loại bỏ bọt khí theo thời gian thực. Sau khi nhũ hóa, tương mè được xả trực tiếp sang giai đoạn tiếp theo để khử khí và chiết rót.
So với quy trình truyền thống, quy trình tối ưu hóa làm giảm số bước xử lý bằng cách tích hợp các chức năng nghiền và nhũ hóa. Nhóm kỹ thuật cũng điều chỉnh tốc độ cấp liệu để phù hợp với công suất xử lý của máy đồng hóa, đảm bảo sản xuất liên tục và ổn định mà không bị tích tụ vật liệu.
4. Kết quả Ứng dụng và Cải thiện Hiệu suất
Sau khi máy đồng hóa cắt cao được đưa vào vận hành chính thức, dây chuyền sản xuất đã đạt được những cải thiện đáng kể về chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và chi phí vận hành. Các kết quả cụ thể được phản ánh ở các khía cạnh sau:
Về chất lượng sản phẩm, độ mịn của hạt tương mè đã được cải thiện đáng kể. Kích thước hạt trung bình đã giảm từ 50 μm xuống dưới 2 μm và giá trị CV phân bố kích thước hạt được kiểm soát trong vòng 5%, mang lại cảm giác trong miệng mịn màng và tinh tế mà không có hạt. Độ ổn định nhũ hóa được tăng cường đáng kể — sau 6 tháng bảo quản kín ở nhiệt độ phòng, không xảy ra hiện tượng phân lớp hoặc tách dầu và sản phẩm vẫn giữ được kết cấu và hương vị nhất quán. Việc loại bỏ bọt khí cũng cải thiện vẻ ngoài của tương mè, làm cho nó có màu sắc và độ bóng đồng đều hơn.
Về hiệu quả sản xuất, chu kỳ xử lý trên mỗi lô đã được rút ngắn từ 4 giờ xuống còn 45 phút, giảm 81,25%. Khả năng thông lượng cao của máy đồng hóa cho phép cơ sở tăng sản lượng hàng ngày từ 8 tấn lên 25 tấn, đáp ứng hiệu quả nhu cầu thị trường tăng cao trong thời kỳ cao điểm. Hệ thống điều khiển tự động của thiết bị đã giảm sự can thiệp thủ công, giảm thiểu lỗi của con người và cải thiện tính nhất quán của sản xuất. Người vận hành chỉ cần đặt các thông số và theo dõi quá trình vận hành, giảm cường độ lao động.
Về chi phí vận hành, mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi tấn sản phẩm đã giảm 32% so với quy trình truyền thống. Hiệu quả cao của máy đồng hóa đã giảm thời gian vận hành của thiết bị, trong khi động cơ biến tần điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng theo nhu cầu sản xuất. Chi phí bảo trì cũng giảm 40% — rôto-stato chống mài mòn và thiết kế mô-đun đã kéo dài tuổi thọ của các bộ phận cốt lõi và cấu trúc dễ làm sạch đã giảm thời gian và chi phí vệ sinh và bảo trì thiết bị.
Hơn nữa, việc thiết bị tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm (hướng dẫn EHEDG và chứng nhận 3A) đảm bảo rằng quy trình sản xuất đáp ứng các yêu cầu quy định có liên quan, giảm nguy cơ kiểm tra chất lượng và thu hồi sản phẩm. Chất lượng sản phẩm ổn định cũng cải thiện sự hài lòng của khách hàng, với sự giảm đáng kể các phản hồi liên quan đến các vấn đề về kết cấu và phân lớp.
5. Tóm tắt và Kinh nghiệm
Việc ứng dụng máy đồng hóa cắt cao trong sản xuất tương mè đã giải quyết thành công các nút thắt kỹ thuật mà quy trình truyền thống gặp phải, đạt được tình huống đôi bên cùng có lợi trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu quả sản xuất. Chìa khóa của thành công này nằm ở sự kết hợp chính xác giữa các đặc tính kỹ thuật của thiết bị và các yêu cầu sản xuất của tương mè — lực cắt cao, các thông số có thể điều chỉnh và chức năng chân không của máy đồng hóa đã giải quyết hiệu quả các vấn đề về kích thước hạt không đều, độ ổn định kém và hiệu quả thấp.
Đối với các doanh nghiệp chế biến thực phẩm tham gia vào các sản phẩm bột nhão có độ nhớt cao, việc lựa chọn thiết bị phù hợp với đặc tính vật liệu và tiến hành các thử nghiệm thí điểm đầy đủ là những bước quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình. Thiết kế mô-đun và thông minh của máy đồng hóa cũng cung cấp sự linh hoạt cho các điều chỉnh sản xuất trong tương lai, cho phép cơ sở thích ứng với những thay đổi về thông số kỹ thuật sản phẩm và nhu cầu thị trường bằng cách điều chỉnh các thông số hoặc thay thế các bộ phận.
Trong bối cảnh nhu cầu của người tiêu dùng về chất lượng sản phẩm ngày càng tăng và chi phí sản xuất ngày càng tăng, việc ứng dụng các thiết bị nhũ hóa hiệu quả và ổn định đã trở thành một cách quan trọng để cải thiện khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp chế biến thực phẩm. Trường hợp này cung cấp một tài liệu tham khảo thực tế để tối ưu hóa quy trình sản xuất tương mè và các quy trình sản xuất bột nhão từ hạt tương tự, chứng minh giá trị đáng kể của thiết bị chế biến tiên tiến trong việc thúc đẩy nâng cấp công nghiệp.
