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.


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


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

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

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


Mỹ Lâm, Tuyên Quang

OTD Gián đoạn trên khay 25
8

Sông Lô,Tuyên Quang

OTD Gián đoạn trên khay 48

103.2. 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

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

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

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


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


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:

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

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

- 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


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

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.

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.

23kết 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

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).