TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vựa lúa lớn nhất Việt Nam với diện tích gieo trồng khoảng 3,86 triệu hécta, chiếm 12,1% tổng diện tích đất trồng lúa cả nước Sản lượng lúa hàng năm đạt trên 24 triệu tấn, tương đương hơn 54% tổng sản lượng lúa và hơn 90% lượng gạo xuất khẩu của quốc gia Những năm gần đây, sản xuất lúa tại ĐBSCL đã có sự phát triển đáng khích lệ, góp phần quan trọng vào an ninh lương thực quốc gia và ổn định kinh tế vĩ mô của Việt Nam.
Mặc dù đã có một số tiến bộ kỹ thuật, khâu sấy lúa trong chuỗi cung ứng lúa gạo của ĐBSCL vẫn là yếu kém nhất so với các khâu khác Cụ thể, tỷ lệ trang bị máy móc trong canh tác lúa ở ĐBSCL rất cao, với khâu làm đất đạt 95-100%, bơm nước 95-100%, gieo sạ 85-90%, thu hoạch 70-75% (trong đó máy gặt đập liên hợp chiếm 45-50%), bảo quản kỹ thuật thông thường 60% và xay xát 100% Tuy nhiên, khâu sấy lúa chỉ đạt khoảng 47%, cho thấy sự cần thiết phải cải thiện công đoạn này để nâng cao hiệu quả sản xuất lúa gạo.
Thiếu máy sấy gây tổn thất không chỉ trong quá trình sấy mà còn ảnh hưởng đến bảo quản, xay xát và chế biến lúa gạo Việc làm khô lúa tự nhiên bằng ánh nắng mặt trời không chỉ làm tăng chi phí lao động do nguồn lao động nông thôn ngày càng khan hiếm, mà còn giảm chất lượng lúa gạo vì phơi lâu, không đồng đều và dễ lẫn tạp chất Hơn nữa, phương pháp này không thể chủ động ứng phó với các điều kiện thời tiết, đặc biệt là trong vụ lúa Hè-Thu khi thu hoạch vào mùa mưa Trong những tháng 8 và 9, khi thời tiết diễn biến bất thường, nông dân thường phải tìm đến giải pháp sấy để đảm bảo chất lượng lúa gạo, đáp ứng những yêu cầu cụ thể.
Bảng 1.1 Những yêu cầu của máy sấy lúa ở ĐBSCL
STT Các chỉ tiêu được yêu cầu Số người yêu cầu
01 Sấy nhanh để chống nảy mầm trong bảo quản
02 Sấy được chất lượng tốt (đồng đều độ ẩm đầu vào sau khi sấy).
03 Sử dụng ít lao động 23 3
04 Gạo say xát đạt chất lượng cao 9 4
05 Gạo có màu sáng sau khi sấy 7 5
(Trương Thị Ngọc Chi, Tạp chí Omon Rice 17, 2010)
Trong thời điểm thu hoạch hàng loạt với nhu cầu sấy cao, nông dân ĐBSCL đang đối mặt với thiệt hại lớn do lúa bị nảy mầm, với tổn thất lên tới 4,2%, cao hơn so với tổng tổn thất sau thu hoạch là 13,7% Để giảm thiểu tổn thất và nâng cao giá trị lúa gạo, đặc biệt là gạo xuất khẩu, việc tăng cường trang bị máy sấy cho nông dân ở ĐBSCL là vô cùng cần thiết.
Bảng 1.2 Tổn thất lúa gạo trong và sau thu hoạch của các nước
Các giai đoạn Sự tổn thất (%) ĐBSCL (Việt Nam) Đông Nam Á Nhật Bản
Vận chuyển 0,9 1 – 7 Không đáng kể
Phơi sấy và làm sạch 4,2 4 – 11 0,8 – 2,4
Trong những năm gần đây, chủ trương của nhà nước và nhu cầu gieo sạ lúa đồng loạt nhằm tránh "rầy" và các mầm bệnh đã dẫn đến việc thu hoạch lúa cũng phải thực hiện đồng loạt Điều này đã tạo ra áp lực lớn cho quá trình làm khô lúa sau thu hoạch tại Đồng bằng sông Cửu Long.
Mỗi năm, ĐBSCL thu hoạch 3 vụ lúa với sản lượng từ 6 đến 7 triệu tấn mỗi vụ, yêu cầu làm khô lúa đến độ ẩm 14% trong vòng không quá 1 tháng Để giảm thiểu tổn thất và đảm bảo chất lượng, lúa cần được làm khô trong 24 giờ sau thu hoạch Tuy nhiên, số lượng máy sấy hiện nay còn hạn chế do khả năng đầu tư của nông dân và các cơ sở chế biến Do đó, việc tối ưu hóa công suất máy sấy mà không làm tăng tổn thất và vẫn đảm bảo chất lượng lúa gạo là rất quan trọng Sự phát triển của máy gặt đập liên hợp cũng tạo ra áp lực lớn về việc làm khô lúa nhanh chóng để bảo quản, gây khó khăn cho các nhà máy sấy thông thường.
Để giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và nâng cao năng suất cũng như hiệu quả sấy lúa, bài viết đề xuất phương pháp “sấy 2 giai đoạn” nhằm cải thiện khả năng sấy mà vẫn đảm bảo chất lượng lúa gạo Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thí nghiệm để xác định các chế độ sấy tầng sôi phù hợp cho phương pháp này là một vấn đề cấp thiết cần được giải quyết trong giai đoạn hiện nay.
Mục tiêu của đề tài
Xuất phát từ các vấn đề trên, được thực hiện nhằm mục đích:
- Ngiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình “sấy 2 giai đoạn” trong đó sử sụng sấy tầng sôi cho giai đoạn đầu
Thí nghiệm được thực hiện nhằm xác định nhiệt độ và thời gian sấy lúa, ảnh hưởng đến quá trình giảm ẩm và tỷ lệ rạn nứt sau khi sấy Những đặc tính này có thể phản ánh chất lượng gạo sau khi xay xát.
- Nghiên cứu thời gian ủ tối ưu ảnh hưởng đến tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sau quá trình xay xát.
Các phương pháp làm khô và các đặc tính ảnh hưởng đến lúa gạo
1.2.1 Các đặc tính chất lượng của lúa gạo Đặc tính chất lượng của lúa Độ ẩm: Độ ẩm của lúa không chỉ ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hạt trong quá trình vận chuyển và bảo quản mà còn ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình xay xát chế biến Độ ẩm của hạt cao sẽ làm cho hạt không đủ độ cứng để chịu được áp lực của rulo cao su bóc vỏ lúa hay chà xát làm trắng dẫn đến lúa bị gãy vở, nát vụn Độ sạch: Lúa có độ sạch cao hơn khi nó lẫn ít hơn các tạp chất như: gié lúa, rơm, hạt cỏ, đá, sỏi
Hạt bị rạn nứt xảy ra khi hạt sau thu hoạch tiếp xúc với sự biến đổi đột ngột về nhiệt độ hoặc độ ẩm, gây ra ứng suất lực trong hạt Hiện tượng này dẫn đến việc hạt bị rạn nứt, làm giảm tỉ lệ thu hồi gạo trắng và gạo nguyên trong quá trình xay xát.
Hạt lúa có thể bị chuyển màu do tiếp xúc với môi trường ẩm ướt hoặc sau khi làm khô Nghiên cứu cho thấy nếu độ ẩm của lúa vượt quá 20%, hạt sẽ nóng lên trong vòng một ngày, nấm mốc sẽ xuất hiện sau hai ngày và hạt sẽ chuyển sang màu vàng trong vòng năm ngày Điều này ảnh hưởng đến đặc tính chất lượng của gạo.
Chất lượng gạo được đánh giá tổng hợp qua các yếu tố nội và ngoại Các thuộc tính bên trong bao gồm mùi thơm, độ mềm, độ xốp, độ dẻo và vị ngọt mà người tiêu dùng cảm nhận khi ăn Trong khi đó, thuộc tính bên ngoài thể hiện qua màu sắc, mùi vị và tỉ lệ tấm, với các mức độ như 5%, 10%, 15%, 20% tấm Để đánh giá chất lượng lúa gạo, cần dựa vào bốn tiêu chí chính.
- Hình thức bên ngoài của hạt gạo: dạng hạt, màu sắc, độ trong, độ bóng…
- Chất lượng xay sát: tỉ lệ gạo trắng tỉ lệ gạo nguyên, tấm…
- Chất lượng cơm: hàm lượng amylost, nhiệt độ hoá cồn, độ bền, độ dẻo, độ nở cơm…
- Chất lượng dinh dưỡng: hàm lượng protein, hàm lượng lipit, vitamin…
1.2.2 Các yếu tố sau thu hoạch ảnh hưởng đến chất lượng lúa gạo
Thời điểm thu hoạch lúa
Thời gian thu hoạch lý tưởng cho lúa là khoảng 30 ngày sau khi lúa trổ bông, với độ ẩm hạt từ 20 đến 25% Độ ẩm này giúp quá trình làm khô và giảm ẩm diễn ra dễ dàng Nếu thu hoạch quá muộn, lúa sẽ chín quá mức, dẫn đến tình trạng rụng hạt và độ ẩm hạt giảm, làm tăng tỷ lệ gãy hạt do va đập trong quá trình tuốt Ngược lại, nếu thu hoạch sớm, độ ẩm hạt cao do còn nhiều hạt xanh sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng lúa, làm giảm tỷ lệ gạo nguyên và tăng tỷ lệ gạo bạc bụng.
Giảm độ ẩm bảo quản
Sau khi thu hoạch, lúa thường có độ ẩm cao từ 22-25%, và nông dân thường sử dụng phương pháp phơi nắng để giảm độ ẩm Việc xác định độ ẩm đạt yêu cầu chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, dẫn đến độ chính xác không cao Trong vụ Hè-Thu, do thu hoạch vào mùa mưa (tháng 8-9), độ ẩm của lúa hàng hóa thường dao động từ 15,5-17%, khiến chúng không thể bảo quản Để có thể xay xát hoặc lưu trữ, lúa cần được làm khô với độ ẩm lý tưởng từ 13-14% để bảo quản được 2-3 tháng, trong khi độ ẩm từ 12-12,5% có thể lưu trữ lâu hơn.
Lúa có thể được bảo quản trong 3 tháng dưới điều kiện thông thường Để đảm bảo chất lượng, lúa cần được làm khô bằng phương pháp tự nhiên hoặc nhân tạo đúng kỹ thuật, theo dữ liệu khảo sát từ các nhà máy xay xát tại ĐBSCL.
Giảm độ ẩm của hạt sau thu hoạch không chỉ giúp giảm chi phí vận chuyển mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xay xát và bảo quản Điều này cũng góp phần hạn chế sự giảm chất lượng của hạt, đồng thời ngăn chặn sự phát triển của côn trùng và nấm mốc.
Để đảm bảo chất lượng gạo và tỷ lệ hạt nguyên cao, độ ẩm của hạt lúa cần được giảm xuống mức tối ưu từ 14% đến 14,5% trong quá trình xay xát Tuy nhiên, do quy trình phơi sấy chưa đạt yêu cầu, lúa thường không đạt độ ẩm tiêu chuẩn, dẫn đến tình trạng hao hụt nhiều trong quá trình xay xát, làm giảm tỷ lệ chính phẩm và tăng tỷ lệ thứ phẩm cùng phụ phẩm, trong đó tỷ lệ gạo nguyên hạt chỉ đạt khoảng 40%.
Để đảm bảo chất lượng hạt trong quá trình bảo quản, việc lưu trữ lương thực tại Đồng bằng Sông Cửu Long cần được chú trọng, đặc biệt là gạo, với thời gian dự trữ trung bình từ 3 đến 6 tháng.
6 một độ ẩm phù hợp Đồng thời có thể dự trữ bằng lúa bảo quản lâu dài hơn (1 – 2 năm) nên làm khô là rất cần thiết
Bảng 1.3 Độ ẩm yêu cầu của lúa đối với các mục đích và thời hạn sử dụng khác nhau Độ ẩm (%) Mục đích và thời gian bảo quản
14 Độ thu hồi gạo trong xay xát cao nhất
14 – 18 Bảo quản tạm thời từ 2 – 3 tuần
>18 Hư hỏng hạt rất nhanh
Hạn chế tổn thất sau thu hoạch trong chế biến gạo tại ĐBSCL là rất quan trọng, nơi cung cấp phần lớn lương thực hàng hóa Quy trình chế biến gạo thường diễn ra qua hai giai đoạn: đầu tiên, lúa được xay xát thành gạo xô tại các nhà máy nhỏ gần vùng trồng lúa; sau đó, gạo xô được xử lý lần hai, bao gồm đánh bóng, tách tấm, phối trộn và đóng gói, để tạo ra gạo trắng thành phẩm tại các nhà máy lớn ở các điểm giao thương thuận lợi như Thốt Nốt, Cần Thơ và Cái Bè, Tiền Giang.
Bảo quản lúa đúng phương pháp và kỹ thuật
Môi trường bảo quản đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng sản phẩm Nhiệt độ và độ ẩm cao sẽ làm giảm chất lượng bảo quản, trong đó tốc độ biến màu của gạo tăng theo tỷ lệ thuận với độ ẩm và theo hàm mũ với nhiệt độ.
Thóc thường được đóng trong bao PP với khối lượng 40-50 kg và được chất chồng dưới mái che, hoặc được bảo quản trong các lu, thùng phuy hay quây cót tre Tuy nhiên, môi trường bảo quản cần phải khô ráo và thông thoáng Nếu nguyên liệu bị nhiễm ẩm trong thời gian dài, chất lượng hạt sẽ giảm, gây khó khăn trong quá trình xay xát do khó bóc vỏ và làm tăng tỉ lệ đổ nát do khả năng chịu lực của hạt giảm.
Tăng hàm ẩm cho nguyên liệu giúp cải thiện chất lượng hạt, mặc dù hạt có thể bị nứt trong quá trình làm ẩm Tuy nhiên, nhờ tác dụng của nhiệt độ, protid bị biến tính và tinh bột được hồ hóa thành dextrin, một chất có độ dính cao, giúp gắn kết các vết nứt của hạt Sau khi sấy khô, độ ẩm bảo quản được cải thiện, nội nhũ của hạt trở nên vững chắc hơn, từ đó giảm thiểu tình trạng gãy nát khi xay xát, nâng cao tỷ lệ chất lượng gạo thành phẩm.
Quá trình xay xát tại các nhà máy
Hiện tại, nhà máy chưa có thiết bị sấy lúa, vì vậy khi nhập nguyên liệu, bộ phận thủ kho phải phân loại và đo độ ẩm từng bao Chỉ những bao lúa có độ ẩm ≤ 14% mới được lưu trữ từ 2-3 tháng, trong khi các bao khác phải được chế biến ngay Quá trình nhập kho này đã phát sinh một số vấn đề cần được giải quyết.
Một số kết quả nghiên cứu quá trình “sấy 2 giai đoạn” trong và ngoài nước
Quá trình sấy nông sản có hai giai đoạn chính, được gọi là “Đặc tính 2 giai đoạn” Giai đoạn đầu diễn ra nhanh chóng khi độ ẩm của vật liệu cao, trong khi giai đoạn cuối tốc độ sấy chậm dần khi độ ẩm giảm thấp Nhiều nghiên cứu về công nghệ “sấy 2 giai đoạn” đã được thực hiện tại Thái Lan, Trung Quốc, Philippines và Việt Nam trong những năm gần đây.
Phương pháp sấy gạo ở nhiệt độ cao trên 100 độ C đã được một số nhà nghiên cứu đề cập Tuy nhiên, nhiệt độ sấy không nên vượt quá 150 độ C để bảo vệ độ trắng của gạo Nhiệt độ sấy lý tưởng thường nằm trong khoảng từ 40 đến 150 độ C.
Nghiên cứu của Tirawanichakul và các đồng sự (2004) cho thấy rằng hệ số thu hồi gạo nguyên có thể cải thiện khi sử dụng nhiệt độ sấy trên 80°C cho lúa có độ ẩm cao (32.5%) Sự cải thiện này một phần là do tinh bột bị hồ hóa tại nhiệt độ cao Một số nhà nghiên cứu, như Poomsa-ad và các đồng sự (2005), đã khuyến nghị nên ủ lúa từ 25-30 phút khi áp dụng phương pháp sấy ở nhiệt độ cao.
Prachayawarakorn và các đồng sự 2005)
Phương pháp sấy 2 giai đoạn giúp nâng cao năng suất sấy trong giai đoạn đầu và giảm chi phí năng lượng trong giai đoạn sau, từ đó giảm tổng chi phí cho toàn bộ quá trình Nghiên cứu của Cihan & Ece (2001) cho thấy thời gian ủ giữa hai giai đoạn sấy càng dài thì tốc độ sấy ở giai đoạn sau càng cao, giúp rút ngắn tổng thời gian sấy lúa Phương pháp này thường được áp dụng cho nông sản ở nhiệt độ cao từ 80-200 oC trong giai đoạn đầu, với mục tiêu giảm độ ẩm của lúa từ trên 20%wb xuống 18%wb trong giai đoạn 1, và tiếp tục giảm xuống 13-14%wb trong giai đoạn 2 (Ali et al., 1980; Jindal & Reyes, 1988).
Phương pháp sấy 2 giai đoạn giúp hạn chế sự biến đổi chất lượng của nông sản sau khi sấy, so với phương pháp sấy 1 giai đoạn Nghiên cứu của Elepaủo et al (2005) cho thấy rằng khi so sánh hai phương pháp sấy cho lúa có lớp mỏng trên máy sấy tĩnh vỉ ngang, phương pháp sấy 2 giai đoạn mang lại kết quả tốt hơn về chất lượng sản phẩm.
Phương pháp sấy 2 giai đoạn cho lúa gạo đạt tốc độ sấy cao hơn mà không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm Giai đoạn 1 sử dụng nhiệt độ sấy cao (80°C) để bốc hơi nước bề mặt khi hạt còn độ ẩm trên 18%wb Sau đó, giai đoạn 2 tiếp tục sấy với nhiệt độ thấp hơn (khoảng 40°C) để giảm độ ẩm bên trong hạt đến mức yêu cầu.
Theo Wiset et al (2001), nếu sấy tầng sôi cho lúa tại nhiệt độ 90 o C suốt trong
Sấy lúa trong 11 phút để giảm độ ẩm xuống 14%wb sẽ dẫn đến việc giảm tỉ lệ thu hồi gạo nguyên trong quá trình xay xát, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng gạo và cơm Cụ thể, phương pháp này làm giảm độ bền gel của tinh bột gạo, giảm khả năng hấp thu nước khi nấu, và thay đổi sự giản nở của cơm so với phương pháp sấy tầng sôi ở giai đoạn đầu trong 4 phút đến độ ẩm 18%wb, sau đó tiếp tục sấy bằng không khí bình thường để đạt độ ẩm 14%wb.
Luận văn thạc sỹ của Ibrahim (2009) cho biết tỉ lệ thu hồi gạo nguyên của giống lúa thơm Khao Dawk Mali 105 đạt 64,22% một tháng sau khi sấy, khi sử dụng phương pháp sấy tầng sôi ở giai đoạn 1 tại 60 o C với vận tốc 2,8 m/s, giảm độ ẩm từ 22,44% wb xuống ≤19% wb Tiếp theo, lúa được sấy tĩnh ở giai đoạn 2 tại 45 o C với vận tốc 1,3 m/s, đạt độ ẩm cuối cùng ≤14% wb Nếu nhiệt độ sấy ở giai đoạn 1 tăng lên 80 o C và 100 o C, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên sẽ giảm xuống còn 60,22% và 59,54%, so với tỉ lệ 62,27% của lúa phơi nắng tự nhiên Thí nghiệm khác của Ibrahim cũng cho thấy, khi sấy tầng sôi ở các nhiệt độ 60 o C, 80 o C và 100 o C, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên lần lượt là 63,29%, 60,06% và 58,37%, so với 64,25% của phương pháp phơi nắng tự nhiên.
Theo nghiên cứu của Inprasit & Noomhorm (2001), giống lúa thơm KDML-105 và lúa thường Suphanburi I có độ ẩm ban đầu khoảng 21±1%wb Sau khi trải qua quá trình sấy tầng sôi giai đoạn 1, lúa được ủ ở nhiệt độ dưới 45 o C trong 2 giờ, với nhiệt độ trong quá trình sấy tầng sôi đạt 60 o C.
Nghiên cứu cho thấy, ở nhiệt độ 16°C và 70°C, tỷ lệ thu hồi gạo nguyên tối đa đạt 59,33% và 59,19%, cao hơn so với tỷ lệ 58,5% ở 45°C và 54,87% khi làm khô dưới ánh nắng mặt trời không đồng đều, cũng như 58,03% khi làm khô dưới bóng râm Nguyên nhân là do nhiệt độ cao làm hồ hóa, giúp hàn kín các vết nứt của hạt, tăng tỷ lệ gạo nguyên Inprasit & Noomhorm (2001) cho biết, khi sấy 2 giai đoạn với nhiệt độ
