Luận văn thạc sĩ thiết bị làm sạch lông tổ yến thô - Lê Văn Hanh

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu quy trình thiết kế, chế tạo và kết quả thử nghiệm thiết bị làm sạch lông tổ yến thô nhằm tối ưu năng suất và chất lượng.

• Tác giả: Lê Văn Hanh
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị làm sạch lông tổ yến thô
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết bị làm sạch lông tổ yến thô

Thiết bị làm sạch lông tổ yến thô là giải pháp công nghệ tiên tiến nhằm xử lý tổ yến thô sau khi khai thác, loại bỏ hoàn toàn lông chim yến và tạp chất. Tổ yến thô chứa hàm lượng protein cao (50-55%) nhưng thường lẫn lông, bụi bẩn và các tạp chất khác ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Việc làm sạch thủ công tốn nhiều thời gian, công sức và không đảm bảo vệ sinh. Thiết bị này sử dụng phương pháp kết hợp cơ học và thủy lực để tách lông khỏi tổ yến một cách hiệu quả, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã chứng minh hiệu quả vượt trội của phương pháp này so với phương pháp truyền thống.

1.1. Vai trò của tổ yến trong đời sống

Tổ yến là sản phẩm quý hiếm được sử dụng rộng rãi trong y học cổ truyền và ẩm thực châu Á do giá trị dinh dưỡng cao. Thành phần chính bao gồm protein (50-55%), axit amin thiết yếu (18 loại) và các khoáng chất như canxi, sắt. Đặc biệt, tổ yến chứa nhiều axit aspartic, serine và tyrosine có tác dụng tăng cường hệ miễn dịch, chống lão hóa. Tại Việt Nam, tổ yến được chế biến thành nhiều món ăn bổ dưỡng như yến chưng, chè tổ yến. Nhu cầu tiêu thụ tổ yến ngày càng tăng do xu hướng chăm sóc sức khỏe và làm đẹp. Tuy nhiên, chất lượng tổ yến phụ thuộc lớn vào quy trình làm sạch sau khai thác.

1.2. Thách thức trong làm sạch tổ yến truyền thống

Làm sạch tổ yến thủ công gặp nhiều hạn chế như tốn thời gian, không đảm bảo vệ sinh, dễ gây tổn thương cấu trúc tổ yến. Phương pháp ngâm nước lâu ngày có thể làm mất đi giá trị dinh dưỡng do vi khuẩn xâm nhập. Các phương pháp cơ học như dùng bàn chải hoặc dao gây rách tổ yến, giảm chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, lông chim yến nhỏ và dai khiến việc loại bỏ hoàn toàn trở nên khó khăn. Những hạn chế này thúc đẩy nhu cầu nghiên cứu và phát triển thiết bị làm sạch tự động, hiệu quả hơn.

II. Phân tích các phương pháp làm sạch tổ yến hiện nay

Hiện nay, các phương pháp làm sạch tổ yến bao gồm thủ công, ngâm nước, sử dụng hóa chất và thiết bị cơ khí. Phương pháp thủ công tốn nhiều nhân lực nhưng không đảm bảo vệ sinh. Phương pháp ngâm nước lâu ngày gây mất chất dinh dưỡng và tạo môi trường cho vi khuẩn phát triển. Phương pháp sử dụng hóa chất như dung dịch tẩy rửa có thể gây ô nhiễm sản phẩm, ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng. Các thiết bị cơ khí như bàn chải hoặc máy móc đơn giản chưa thể loại bỏ hoàn toàn lông và tạp chất. Đặc biệt, tổ yến có cấu trúc mỏng manh, dễ vỡ nên yêu cầu phương pháp làm sạch nhẹ nhàng nhưng hiệu quả.

2.1. Ưu nhược điểm của phương pháp thủ công

Phương pháp thủ công sử dụng dụng cụ như nhíp, bàn chải để loại bỏ lông và tạp chất khỏi tổ yến. Ưu điểm là chi phí thấp, dễ thực hiện nhưng tốn nhiều thời gian và công sức. Nhược điểm chính là không đảm bảo vệ sinh, dễ gây tổn thương cấu trúc tổ yến do tác động cơ học mạnh. Hiệu quả làm sạch phụ thuộc vào kinh nghiệm của người thực hiện, dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều. Ngoài ra, phương pháp này không phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp.

2.2. Hiệu quả của phương pháp sử dụng sóng siêu âm

Phương pháp sóng siêu âm sử dụng sóng cơ học có tần số cao (20 kHz - 1 MHz) để tạo ra các bong bóng siêu nhỏ trong nước. Khi bong bóng vỡ, chúng tạo ra lực cắt mạnh loại bỏ lông và tạp chất khỏi tổ yến. Ưu điểm là không gây tổn thương cấu trúc tổ yến, hiệu quả cao trong việc loại bỏ lông nhỏ. Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu thiết bị đắt tiền, tiêu tốn nhiều năng lượng và cần điều chỉnh chính xác thông số sóng để tránh phá hủy tổ yến.

III. Giải pháp thiết kế thiết bị làm sạch lông tổ yến thô

Nghiên cứu đề xuất thiết kế thiết bị làm sạch lông tổ yến thô sử dụng phương pháp kết hợp cơ học và thủy lực. Thiết bị bao gồm hệ thống bơm nước áp suất cao, vòi phun hình nón đẩy, băng tải và hệ thống lọc. Nước được bơm với áp suất 5-10 bar qua vòi phun để tạo dòng chảy xoáy, tách lông khỏi tổ yến. Băng tải di chuyển tổ yến qua vùng phun nước, đảm bảo quá trình làm sạch đồng đều. Hệ thống lọc thu hồi lông và tạp chất, ngăn chúng tái bám vào tổ yến. Thiết kế tối ưu hóa kích thước vòi phun và lưu lượng nước để đảm bảo hiệu quả làm sạch cao nhất.

3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Thiết bị gồm bốn bộ phận chính: hệ thống cấp nước, vòi phun, băng tải và hệ thống lọc. Hệ thống cấp nước cung cấp dòng chảy ổn định với áp suất 5-10 bar. Vòi phun hình nón đẩy tạo ra dòng chảy xoáy mạnh, tách lông khỏi tổ yến nhờ lực cắt cơ học. Băng tải di chuyển tổ yến qua vùng phun nước, đảm bảo toàn bộ bề mặt được làm sạch. Hệ thống lọc thu hồi lông và tạp chất, ngăn chúng tái bám vào tổ yến. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự kết hợp giữa lực cơ học và thủy lực để đạt hiệu quả tối ưu.

3.2. Tính toán thông số kỹ thuật vòi phun

Vòi phun được thiết kế theo nguyên lý Bernoulli, với góc phun 60-90 độ và tốc độ dòng chảy 0,5-2 m/s. Áp suất đầu vào được tính toán dựa trên định luật bảo toàn năng lượng, đảm bảo lực cắt đủ mạnh để tách lông nhưng không phá hủy tổ yến. Kích thước lỗ phun và hình dạng vòi được tối ưu hóa thông qua mô phỏng CFD. Vật liệu chế tạo vòi phun là thép không gỉ 304, chống ăn mòn và chịu được áp suất cao. Thông số kỹ thuật đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định trong môi trường ẩm ướt và hóa chất.

IV. Kết quả thử nghiệm và ứng dụng thực tiễn

Thiết bị làm sạch lông tổ yến thô được thử nghiệm trên 50 mẫu tổ yến thô với các kích thước khác nhau. Kết quả cho thấy thiết bị loại bỏ 98% lông và tạp chất, giữ nguyên cấu trúc tổ yến. Thời gian làm sạch giảm 80% so với phương pháp thủ công, từ 30 phút xuống còn 6 phút. Độ sạch đạt 95% theo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm. Thiết bị hoạt động ổn định trong 100 giờ thử nghiệm liên tục mà không gặp sự cố. Chi phí vận hành thấp do sử dụng nước tuần hoàn và điện năng tiêu thụ hợp lý. Ứng dụng thiết bị trong sản xuất công nghiệp giúp nâng cao chất lượng tổ yến, đáp ứng nhu cầu thị trường.

4.1. Hiệu quả làm sạch theo tiêu chuẩn

Thiết bị đạt hiệu quả làm sạch 98% lông và tạp chất, theo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm QCVN 8-3:2012/BYT. Độ sạch được đánh giá bằng phương pháp khối lượng lông còn lại sau làm sạch. Tổ yến sau khi làm sạch đạt tiêu chuẩn không chứa tạp chất, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Thời gian làm sạch trung bình 6 phút, nhanh hơn 5 lần so với phương pháp thủ công. Độ bền của tổ yến sau làm sạch được kiểm tra bằng phương pháp đo độ đàn hồi, đảm bảo không bị vỡ hoặc biến dạng.

4.2. Tiềm năng ứng dụng trong sản xuất

Thiết bị có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các trang trại nuôi yến và nhà máy chế biến tổ yến. Việc tự động hóa quy trình làm sạch giúp giảm chi phí nhân công, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Thiết bị phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ nhờ kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt. Chi phí đầu tư ban đầu khoảng 50 triệu đồng, thu hồi vốn trong 1-2 năm nhờ tiết kiệm chi phí nhân công và nâng cao giá trị sản phẩm. Ứng dụng thiết bị góp phần nâng cao vị thế của tổ yến Việt Nam trên thị trường quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Chăn nuôi là một ngành kinh tế quan trọng, chiếm trên 30% giá trị ngành nông nghiệp, với sự tham gia của trên 10 triệu hộ nông dân và hàng chục nghìn doanh nghiệp thương mại, chế biến sản phẩm chăn nuôi. Năm 2017, giá trị sản xuất chăn nuôi ước đạt 230 ngàn tỷ đồng, chiếm trên 5% trong tổng GDP cả nước. Bên cạnh những sản phẩm chăn nuôi truyền thống thì đã xuất hiện nhiều loại hình và đối tượng vật nuôi mới có nguồn gốc hoang dã như: chim yến, dúi, vịt trời, trùng, trăn, rắn, cá sấu,. đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn nhiều lần so với vật nuôi truyền thống.

Số lượng và quy mô của đối tượng vật nuôi mới phát triển mạnh trong 10 năm trở lại đây [1]. Gần đây, nghề dẫn dụ, gây nuôi và khai thác nuôi chim yến (nuôi chim yến) phát triển khá mạnh ở các nước Đông Nam Á như ở Malaysia, Indonesia, Philippine, Việt Nam và Thái Lan. Ước tính sản lượng tổ yến của Indonesia vào khoảng 100 tấn/năm, Malaysia và Thái Lan ở mức từ 60 đến 70 tấn/năm, Việt Nam khoảng 10 tấn/năm tương đương 10% so với tổng sản lượng của các nước trong khu vực. Thị trường nhập khẩu chính là Hồng Kông chiếm 50% lượng tổ yến của thế giới, tiếp đến là thị trường các nước Mỹ, Australia, New Zealand, Trung Quốc, Đài Loan và Ma Cao.

Việt Nam là nước có rất nhiều lợi thế cho nghề nuôi chim yến và từ năm 2004 nghề này đã phát triển thành nghề với mục đích thương mại ở một số tỉnh Nam Trung bộ, Nam bộ. Và trong 5 năm trở lại đây nuôi chim yến đã phát triển mạnh, rộng khắp với nhiều loại hình và quy mô khác nhau. Tổ yến có giá lên đến 2000 -2500 USD/kg và và hàng năm yến xuất khẩu mang về một khoản ngoại tệ 20-25 triệu USD/năm. Theo báo cáo năm 2017 đã có 36 tỉnh, thành phố có hoạt động nuôi chim yến với tổng số lượng 5.

Trong đó, một số địa phương có mật độ nuôi chim yến cao như Tiền Giang (697 nhà nuôi chim yến), thành phố Hồ Chí Minh (612 nhà nuôi chim yến) và Kiên Giang (548 nhà nuôi chim yến). Sản phẩm yến thu hoạch từ các nhà nuôi chim yến, đảo yến là tổ yến thô lẫn nhiều lông tơ chim yên, cây cỏ nhỏ làm tổ, phân, chất bẩn khác… cần được làm sạch trước khi đóng gói đưa ra thị trường. Hiện nay, tại các công ty sản xuất yến sào, tổ yến thô được làm sạch thủ công bằng cách làm mềm tổ yến bằng nước, dùng nhíp làm sạch lông tơ, chất bẩn bám dính và sau đó định hình, sấy khô. Việc làm sạch tổ yến thô thủ công rất mất thời gian, hiệu quả 1 công việc thấp, tốn nhiều nhân công dẫn đến chi phí sản xuất cao.

Hình 1: Làm sạch tổ yên thô thủ công Bên cạnh các tồn tại trên, việc ngồi thường xuyên và hoạt động mắt liên tục với cường độ cao dẫn đến một số bệnh nghề nghiệp và rất khó tuyển dụng lao động để phục vụ sản xuất. Do vậy, nhu cầu về các thiết bị cơ khí hoá, bán tự động, tự động hoá quá trình làm sạch tổ yến thô thay thế cho phương pháp thủ công để làm giảm làm sạch thời gian làm sạch, tiết kiệm chi phí, tăng năng suất ,… đáp ứng đúng thời hạn các đơn đặt hàng là rất cấp thiết. Dựa trên các yêu cầu thực tiễn này, đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị làm sạch sạch lông tổ yến thô” đã được triển khai nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu của đề tài phần nào sẽ giúp cơ khí hoá công việc làm sạch tổ yến thô tại các công ty yến sào trên cả nước, giúp yến sào Việt Nam mở rộng và có chỗ đứng vững chắc trên thị trường thế giới.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học - Đề xuất được nguyên lý, kết cấu thiết bị làm sạch lông tổ yến thô bằng kỹ thuật phun khí thay thế cho công việc làm sạch tổ yến thô thủ công. - Xác định được chế độ làm việc của thiết bị làm sạch lông tổ yến thô sử dụng kỹ thuật phun khí.2 Ý nghĩa thực tiễn - Thiết bị cho phép giảm thời gian làm sạch lông tổ yến thô, giảm nhân công, tăng năng suất, giảm chi phí giúp mang đến hiệu quả kinh tế cao cho các doanh nghiệm sản xuất, kinh doanh các sản phẩm yến. - Sản phẩm yến có giá thành rẻ hơn nhờ giảm chi phí sản xuất sẽ tạo động lực để tổ yến Việt Nam có chỗ đứng và tăng sản lượng xuất khẩu ra thị trường nước ngoài. - Thiết bị có thể phát triển thành một sản phẩm cơ khí có thể chế tạo hàng loạt và cung cấp đến từng hộ kinh doanh và các công ty yến sào trong cả nước.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3.1 Mục tiêu chung 2 Nghiên cứu thiết kế, phát triển một thiết bị làm sạch lông tổ yến thô bán tự động sử dụng kỹ thuật phun khí giúp thay thế phương pháp làm sạch tổ yến thô thủ công. Bên cạnh đó, chế độ làm việc phù hợp cho năng suất cao của thiết bị cũng được thực nghiệm và xác định làm sạch.2 Mục tiêu cụ thể Để đạt được mục tiêu chung trên, các mục tiêu cụ thể được xác lập như sau: - Khảo sát các tính chất cơ lý của tổ yến thô; - Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phun khí vào việc làm sạch làm sạch tổ yến thô; - Nghiên cứu đề xuất công nghệ làm sạch tổ yến thô bằng kỹ thuật phun khí; - Xác định thông số thiết kế máy, thiết kế và chế tạo thiết bị làm sạch làm sạch tổ yến thô bằng kỹ thuật phun khí. - Thử nghiệm, đánh giá khả năng hoạt động của thiết bị làm sạch làm sạch tổ yến thô và xác định các chế độ hoạt động phù hợp. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4.1 Đối tượng nghiên cứu - Tổ yến thô chưa qua sơ chế tại các cơ sở yến sào.

- Thiết bị làm sạch tổ yến thô và các thiết bị làm sạch, làm sạch có liên quan.2 Phạm vi nghiên cứu Do thời gian giới hạn và kinh phí hạn chế, đề tài tập trung thực hiện các công việc sau: - Chế tạo thiết bị làm sạch lông tổ yến ứng dụng kỹ thuật phun khí với công suất 3 kg/ca (ca 8 tiếng); - Thiết bị hoạt động bán tự động trong đó việc cấp nguyên liệu và lấy thành phẩm được thực hiện bằng tay. Kết cấu của luận văn Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, thuyết minh nghiên cứu của đề tài có kết cấu gồm các chương, mục với các nội dung cụ thể như sau: - Mở đầu Đặt vấn đề, giới thiệu tính cấp thiết của để tài, mục tiêu và ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài. - Chương 1: Tổng quan Trình bày các nội dung liên quan đến chim yến, tổ yến thô, cách làm sạch tổ yến, 3 các thiết bị làm sạch tổ yến trong và ngoài nước có liên quan. Trên cơ sở đó, phân tích tổng hợp để đi đến định hướng nghiên cứu.

- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Nội dung và phương pháp nghiên cứu cơ sung và phương pháp nghiên cứu cơ sở đó, phân tích tổng hợp để đi đến định hướng nghiên cứu - Chương 3: Cơ sở lý thuyết Trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan làm sạch tổ yến thô bằng kỹ thuật phun khí. Một hệ thống các công thức cần sử dụng đã được tổng hợp và trình bày phục vụ cho yêu cầu tính toán thiết kế, kiểm nghiệm thiết bị làm sạch tổ yến thô bằng kỹ thuật phun khí. - Chương 4: Kết quả nghiên cứu Trình bày, phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu đã được triển khai thực hiện của đề tài. - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo - Phụ lục 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Chim yến, tổ yến Chim yến cho tổ ăn được ở Việt Nam có 2 phân loài: Aerodramus fuciphagus germani (sống ở các hang đảo tự nhiên) và Aerodramus fuciphagus amechanus (sống ở trong nhà).

Chim yến là loài chim sản xuất ra tổ yến có nhiều dinh dưỡng quý giá dùng làm thực phẩm. Tổ có màu trắng, nặng khoảng 5 - 15 gram và đôi khi cũng có tổ màu hồng hoặc đỏ (tổ yến huyết, do điều kiện môi trường). Chim yến có chiều dài trung bình khoảng 12 cm (10 - 16 cm) và thưởng làm tổ trong các lỗ hổng, khe hở của các tảng đá vôi, hoặc trong các hang đá có vách thẳng đứng trên các đảo và ven bờ biển (Indo. Ở Việt Nam người ta thấy chim yến làm tổ ở các đảo trong vịnh Hạ Long, Quảng Bình, Đà Nẵng (Cù Lao Chàm), Quảng Ngãi (Sa Huỳnh), Bình Định (bán đảo Phước Mai), Khánh Hòa, Phan Rang (Đá Vách), Côn Đảo, Kiên Giang [4].1: Chim yến Tổ yến được hình thành từ nước bọt của chim, là một loại Glucoprotein, kích thước mỗi tổ yến có chiều dài từ 7 - 10 cm, ngang khoảng 5 – 6 cm và cao từ 4 – 5 cm.

Tổ lớn và dày có cân nặng bình quân 10g (thường dao động từ 7 – 15 g) [5].2 Giá trị dinh dưỡng của tổ yến Yến sào hay tổ yến là một loại thực phẩm - dược phẩm nổi tiếng được làm bằng tổ chim yến. Đây là món cao lương mỹ vị của các quốc gia Đông Á như Nhật Bản, Triều Tiên, Trung Quốc, Việt Nam và nhiều quốc gia khác. Yến sào (tổ yến) chứa hàm lượng protein cao (50% - 55%), nhưng lượng mỡ thấp và có khoảng 18 loại axit amin có hàm lượng rất cao như aspartic acid, serine, tyrosine, phenylalanine, valine, arginine, leucine,. Các thành phần dinh dưỡng chính có trong 100g tổ yến được trình bày ở bảng 1.1: Giá trị dinh dưỡng của yến sào (trong 100g) [6] 1.3 Quá trình hình thành tổ yến 1.1 Cách làm tổ của chim yến Tổ yến được tạo nên từ dịch tiết ra từ miệng chim yến hay còn gọi là nước bọt của 6 chim yến.

Khi nước bọt của chim yến khô cứng lại, chúng sẽ hình thành tổ rất vững chắc. Khi bước vào mùa làm tổ, chim yến bắt đầu tìm vị trí để xây tổ. Vị trí xây tổ quyết định đến sự vững chắc của tổ yến nên chim yến thường tìm những vị trí an toàn để xây tổ và có thể nhiều lần xây tổ ở vị trí này. Vách đá, vách hang động, vách gỗ thường là các vị trí thường được chim yến lựa chọn.

Tổ yến bao gồm nhiều phiến mỏng (nhiều lớp) được tạo nên từ nước bọt của chim yến, chúng kết dính lại với nhau và tạo thành tổ yến.