Lưu biến học (rheology) và bao nhân: vì sao độ chảy của nguyên liệu quan trọng đến vậy
Lưu biến học là gì
Lưu biến học (rheology) nghiên cứu cách vật liệu chảy và biến dạng khi chịu lực. Nước rất dễ chảy, thép rất khó biến dạng, hai thái cực này đều dễ dự đoán; khó nhất là những vật liệu ở giữa, như bột, nhân đậu, nhân thịt, bánh mochi (麻糬): khi chịu lực thì chảy, buông tay lại đàn hồi trở lại một chút.
Máy bao nhân và lưu biến học có mối quan hệ rất sâu. Tên công ty RHEON (雷恩) của Nhật Bản bắt nguồn từ rheology; lịch sử chính thức của công ty ghi rõ nhà sáng lập Torahiko Hayashi (林虎彥) phát triển máy bao nhân trên nền tảng lưu biến học; khi Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Nhật Bản công nhận máy bao nhân model 105 là di sản cơ khí, cũng nói rằng nó được xây dựng trên lý thuyết tạo hình của lưu biến học ứng dụng.
Bột là “chất rắn biết chảy”
Các nghiên cứu học thuật về bột mì từ rất sớm đã phát hiện hành vi của bột vừa giống chất rắn đàn hồi, vừa giống chất lỏng có độ nhớt. Bài tổng quan về mô hình lưu biến của bột do Hosseinalipour và cộng sự thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Iran công bố năm 2012 chỉ ra: nước, bột mì cùng một ít muối, men và các phụ liệu khác vừa trộn lẫn sẽ tạo thành khối bột có tính nhớt đàn hồi, trong đó then chốt là mạng lưới ba chiều do gluten tạo thành; và các phụ liệu, hàm lượng nước đều làm thay đổi mạnh tính chất lưu biến của bột, khiến hành vi của nó mang tính phi tuyến.
Nói theo cách đời thường hơn:
- Độ nhớt quyết định “có dễ đẩy không”: nguyên liệu độ nhớt cao cần lực lớn hơn mới ép được.
- Độ đàn hồi quyết định “có co lại không”: bột đàn hồi mạnh bị kéo dài sẽ co lại, vết cắt dễ bị hở ra.
- Phi tuyến nghĩa là “đẩy nhanh, đẩy chậm cho kết quả khác nhau”: cùng một khối bột, đẩy chậm thì rất trơn tru, đẩy nhanh có thể trở nên cứng, bị đứt.
Độ nhớt, độ đàn hồi ảnh hưởng đến bao nhân thế nào
Khi đùn đồng thời, vỏ và nhân phải cùng đi xuống trong vòi đùn; lý tưởng nhất là cả hai chảy với tốc độ gần nhau, xem Nguyên lý đùn đồng thời.
- Vỏ quá cứng, nhân quá mềm: vỏ đẩy không nổi, nhân lao ra trước, nhân bị lệch về một phía, thành bên dày bên mỏng.
- Vỏ quá mềm, nhân quá cứng: nhân cứng làm rách vỏ mềm, hoặc đẩy bung chỗ khép miệng.
- Vỏ đàn hồi quá mạnh: sau khi màn trập khép miệng, vỏ co ngược lại, vết cắt khó kín; RHEON ra mắt riêng CN601 cho “bột lên men đàn hồi mạnh”, và cho phép chỉnh tỷ lệ cấp liệu hai đoạn xi lanh chứa liệu và bộ chỉnh dòng theo nguyên liệu.
- Nhân quá dính: dễ dính vào lưỡi màn trập, cần rắc bột hoặc thiết kế chống dính, xem Rắc bột và chống dính.
Câu cửa miệng trong ngành “vỏ và nhân phải mềm cứng như nhau” thực ra chính là nói tính chất lưu biến của hai loại nguyên liệu phải gần nhau.
Vì sao cùng một máy, đổi nguyên liệu lại làm không đẹp?
Đây là tình huống khách hàng gặp nhiều nhất: chạy thử máy thì tốt, đổi sang công thức của mình thì rách vỏ, lệch nhân, trọng lượng không ổn. Nguyên nhân phần lớn không phải máy hỏng, mà là tính chất lưu biến của nguyên liệu đã thay đổi:
- Hàm lượng nước: thêm 2%～3% nước là bột mềm đi nhiều; nhân đậu bớt một chút đường là độ cứng đã khác.
- Nhiệt độ: bột, nhân đậu ấm lên hoặc vừa ướp lạnh thì độ nhớt thay đổi rõ rệt; bột lên men để lâu còn tiếp tục biến đổi.
- Loại dầu, đường, tinh bột trong công thức: cùng gọi là nhân đậu đỏ, nhiều dầu thì trơn, nhiều đường thì dính.
- Mức độ nhồi trộn: gluten được nhồi càng hoàn chỉnh, độ đàn hồi càng mạnh.
- Thời gian nghỉ: trước và sau khi bột nghỉ, độ giãn khác nhau rất nhiều.
Vì vậy khi đổi nguyên liệu, phải chỉnh lại tỷ lệ cấp liệu, tốc độ ra liệu, nhịp màn trập. Máy đời mới lưu được công thức chính là để ghi lại điều kiện tối ưu cho từng loại nguyên liệu, xem Hệ thống điều khiển.
Áp dụng lưu biến học tại xưởng
Không cần mua máy đo lưu biến, vẫn có thể dùng tư duy lưu biến học để quản lý tốt sản xuất:
- Cố định công thức và quy trình: hàm lượng nước, thời gian nhồi trộn, thời gian nghỉ được viết thành tiêu chuẩn.
- Kiểm soát nhiệt độ liệu: ghi lại nhiệt độ khi nạp liệu, lưu riêng điều kiện mùa hè và mùa đông.
- Thử số lượng nhỏ trước: mỗi mẻ khi mở máy làm trước hơn chục viên, xác nhận không rách, không lệch rồi mới sản xuất hàng loạt.
- Chỉnh vỏ và nhân cùng lúc: đừng chỉ chỉnh một bên, hai bên mềm cứng gần nhau thì dễ bao nhất.
DY-201 máy làm bánh bao, bánh màn thầu tự động của Dong-Yih Machinery (東逸機械) lấy “cách làm truyền thống, không phá vỡ cấu trúc vỏ bột” làm điểm nhấn, chính là để xử lý vấn đề tính lưu biến của bột. Muốn biết nguyên liệu của mình có phù hợp sản xuất bằng máy không, xin mang nguyên liệu và gọi 06-257-4644 để trao đổi.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Lưu biến học là gì?
Đáp: Là ngành khoa học nghiên cứu cách vật liệu chảy và biến dạng khi chịu lực. Những “chất rắn biết chảy” như bột, nhân đậu, nhân thịt là đối tượng nghiên cứu điển hình.
Hỏi: Cái tên RHEON có liên quan đến lưu biến học không?
Đáp: Có. Lịch sử chính thức cho biết nhà sáng lập Torahiko Hayashi phát triển máy bao nhân trên nền tảng lưu biến học (レオロジー), tên công ty bắt nguồn từ ngành khoa học này.
Hỏi: Vì sao chạy thử máy thì tốt, đổi sang công thức của tôi lại làm không đẹp?
Đáp: Hàm lượng nước, tỷ lệ dầu đường, nhiệt độ, thời gian nhồi và nghỉ trong công thức đã làm thay đổi độ nhớt và độ đàn hồi của nguyên liệu, nên điều kiện cấp liệu và màn trập phải chỉnh lại.
Hỏi: Vỏ và nhân mềm đến mức nào thì dễ bao?
Đáp: Không có con số cố định; nguyên tắc là hai bên mềm cứng gần nhau; thực tế cần làm thử bằng nguyên liệu của mình để tìm điều kiện tối ưu.