mở đầu cho công cuộc phát triển cao su với sự thành công trong việc đưa hạt cao su từ Brasil sang các nước châu Á của Henry Wickham. Từ đó cây cao su đã phát triển rộng rãi ở nhiều vùng nhiệt đới châu Á, châu Phi và một phần nhỏ ở châu Mỹ La tinh [7]. Năm 1897 được công nhận là năm di nhập cây cao su vào Việt Nam. Mặc dù trước đó (1878) cây cao su đã được nhập lần đầu tiên vào Việt Nam và trồng ở vườn Bách Thảo Sài Gòn nhưng không sống được [5].
Đến năm 2011, tổng diện tích cao su Việt Nam đạt khoảng 834200 ha, tổng sản lượng đạt 811600 tấn [8]. Công dụng của cây cao su [6]: Sản phẩm từ cây cao su chủ yếu là mủ cao su với các đặc tính hơn hẳn cao su tổng hợp về độ giãn, độ đàn hồi, chống đứt, chống lạnh tốt…. vì thế cao su thiên nhiên được ứng dụng vào sản xuất các vật dụng như vỏ, ruột xe, ống nước, giày dép, dụng cụ y tế và gia đình, gối đệm chống sốc, các sản phẩm cao su xốp. Ngày nay, khi công nghệ chế biến gỗ phát triển thì gỗ cao su trở nên có giá trị hơn, nó đóng góp một phần thu nhập sau giai đoạn kinh doanh.
Mặt khác, gỗ cây cao su được coi là “loại gỗ thân thiện môi trường”, do người ta chỉ khai thác gỗ sau khi cây đã kết thúc chu kỳ sản sinh nhựa mủ. Ngoài ra, từ vườn cây cao su, người ta còn có thể thu được các sản phẩm khác như hạt cao su (700-1000kg hạt/ ha) và mật ong. Đặc điểm hình thái của cây cao su [4,6]: Cây cao su là một loài cây thân gỗ, cây cao su có thể cao tới trên 30m. Nhựa mủ màu trắng hay vàng có trong các mạch nhựa mủ ở vỏ cây.
Các mạch này tạo thành xoắn ốc theo thân cây, tạo thành một góc khoảng 30 độ với mặt phẳng. Chất nhựa của cây (nhựa mủ-latex) là nguồn chủ lực trong sản xuất cao su thiên nhiên. Khi cây đạt độ tuổi 5-6 năm thì người ta bắt đầu thu hoạch nhựa mủ cho đến khi cây đạt độ tuổi 26-30 năm. 1: Cây và lá cao su.
Quả cao su có hình tròn, hơi dẹp có đường kính từ 3 - 5cm, quả nang gồm 3 ngăn, mỗi ngăn chứa 1 hạt và trong thực tế hiếm thấy có quả cao su chứa ít hơn 3 hạt. 2: Quả cây cao su. Bên trong vỏ hạt có nhân hạt gồm phôi nhũ và cây mầm. Phôi nhũ chiếm hầu hết diện tích nhân và chiếm khoảng 50 – 60% trọng lượng hạt, có cấu tạo chủ yếu là chất dự trữ, trong đó có dầu cao su chiếm từ 10 – 15% trong lượng hạt.
3: Hạt cây cao su sau khi tách khỏi vỏ. 5 Cây cao su chỉ được thu hoạch 9 tháng, 3 tháng còn lại không được thu hoạch vì đây là thời gian cây rụng lá, nếu thu hoạch vào mùa này, cây sẽ chết. Cây phát triển tốt ở vùng nhiệt đới ẩm, có nhiệt độ trung bình từ 220C đến 300C (tốt nhất ở 260C đến 280C), cần mưa nhiều (tốt nhất là 2.000 mm) nhưng không chịu được sự úng nước và gió. Cây cao su có thể chịu được nắng hạn khoảng 4 đến 5 tháng, tuy nhiên năng suất mủ sẽ giảm.
Cây chỉ sinh trưởng bằng hạt, hạt đem ươm được cây non. Khi trồng cây được 5 tuổi có thể khai thác mủ, và sẽ kéo dài trong vài ba chục năm. Cây cao su là một loại cây độc, chất mủ của cây là một loại chất độc cho người khai thác nó. Tuổi thọ của người khai thác mủ cao su thường giảm từ 3 đến 5 năm nếu làm việc trong khoảng thời gian dài.
Cây cao su còn độc ngay cả trong việc trao đổi khí ngay cả ban ngày và ban đêm. Không bao giờ xây dựng nhà để ở trong rừng cao su, khả năng hiếm khí xảy rất cao. Cây cao su bắt đầu rụng lá vào đầu mùa khô (xét theo khí hậu của miền Đông Nam Bộ, ước lượng trước Tết Nguyên Đán khoảng 1 tháng). Sau đó khoảng 3 tháng, khi có những cơn mưa đầu mùa thì cây cao su mọc lá mới và bắt đầu trổ bông.
Cây cao su trổ bông, kết trái và bắt đầu rụng hạt từ tháng 6 hàng năm, thời gian rụng hạt cho đến hết mùa mưa. Hạt cao su có hình elip với nhiều kích cỡ, dài từ 2 – 3cm, màu nâu chấm, bóng. Hạt lớn dần và nứt ra khỏi vỏ quả. Vỏ hạt cao su khô, cứng, giòn, liên kết lỏng lẻo với nhân hạt có màu cream.
Khối lượng hạt cao su tươi dao động từ 3 – 5g, phân bố 40% ở nhân, 35% ở vỏ và còn lại là lượng ẩm. Hạt cao su có chiều dài dài hơn hạt Jatropha, hạt Karanj, hạt thầu dầu (castor), so với 3 loại hạt này hạt cao su cũng có độ cứng lớn nhất (giá trị độ cứng là 8. Lý do là vì nó có lớp vỏ cứng và giày bao bọc bên ngoài nhân. Hạt cao su đòi hỏi 1 lực lớn để phá vỡ so với 3 loại hạt còn lại, tính chất vật lý và tính chất cơ học của hạt cao su và các loại hạt còn được trình bày dưới đây [9].
1: Tính chất vật lý của hạt cao su khi so sánh với các loại hạt khác. Mẫu hạt Khối Chiều Chiều Độ Tỉ lệ Tỷ Hàm lượng lượng dài rộng dày, L/W trọng chất khô hạt trung trung mm g/cc trung bình, bình, bình, %d.b mm mm Jatropha 0. Giới thiệu dầu hạt cao su. Các phương pháp thu nhận RSO [10, 11]: 1.
Chiết tách dầu bằng phương pháp ép: Tùy thuộc vào tính chất nguyên liệu, việc chiết tách dầu từ hạt có thể được thực hiện bằng các phương pháp khác nhau: chiết tách theo 2 giai đoạn (ép sơ bộ trước khi ép kiệt) và 1 giai đoạn (ép trực tiếp): - Ép sơ bộ: sử dụng thiết bị ép dầu có áp suất tạo thành thấp, điều này dẫn đến lượng dầu còn sót lại trong bánh dầu khoảng 15 – 25%, lượng dầu còn sót được tách chiết bằng thiết bị ép kiệt. - Ép trực tiếp: máy ép được thiết kế với áp suất tạo thành trong máy ép cao hơn, dầu được chiết tách ra khỏi nguyên liệu với hiệu suất cao, lượng dầu còn lại trong bánh dầu dao động trong khoảng 4 – 7%. Kỹ thuật này yêu cầu năng lượng sử dụng lớn hơn, đồng thời nhiệt độ của bánh dầu gia tăng trong suốt tiến trình ép. Điều này có thể là nguyên nhân làm cho dầu dễ bị oxy hóa và ôi hóa, đồng thời xảy ra những biến đổi làm giảm chất lượng dầu.
Chính vì thế, việc làm lạnh hệ thống trong suốt quá trình ép cần thiết phải được tiến hành nhằm ngăn cản tác động xấu của nhiệt độ đến dầu. 7 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ép: - Mức độ nghiền hạt. - Khối lượng vỏ lẫn trong khối bột nghiền. - Mức độ làm ẩm và nhiệt độ chưng cất.
- Thời gian thoát dầu. - Cấu tạo thiết bị. Chiết tách dầu bằng quá trình trích ly: Trích ly dầu được thực hiện dựa trên đặc tính hòa tan tốt của dầu thực vật trong các dung môi hữu cơ không phân cực như xăng, hecxan, dicloethal…., đặc biệt là hexan. Quá trình truyền khối xảy ra dựa vào sự chênh lệch nồng độ đầu trong nguyên liệu và dung môi.
Khai thác dầu bằng phương pháp trích ly đem lại hiệu quả kinh tế cao, được nhiều nước trên thế giới áp dụng do có nhiều ưu điểm: - Máy móc thiết bị được cơ giới hóa và tự động hóa hoàn toàn nên quy trình sản xuất liên tục, năng suất thiết bị cao, thao tác dễ dàng, hiệu suất cao. - Trích được triệt để hàm lượng dầu từ nguyên liệu, hàm lượng dầu còn lại trong bã rất thấp (0. Do đó, dầu tổn thất trong quá trình sản xuất không đáng kể. Tuy nhiên, quá trình trích ly đòi hỏi hệ thống trích ly phải đảm bảo tránh hiện tương cháy nổ do dung môi nhiệt độ sôi thấp, dung môi sử dụng có chất lượng cao, phù hợp với từng loại nguyên liệu nhằm tránh tổn thất cũng như giảm chất lượng dầu.
Các loại dung môi thường dung để trích ly dầu: - Xăng: cấu tạo gồm một chuỗi nhưng hydrocacbon mạch thẳng chưa no, no hay dẫn xuất của hexobenzene và các đồng đẳng. Nhiệt độ sôi khoảng 70 – 1200C, khả năng hòa tan dầu mỡ của xăng là 1: 5. 8 - n – hexan: chất lỏng, dễ bay hơi, nhiệt độ sôi từ 66.30C, là một loại xăng trong thành phần không lẫn hydrocacbon chưa no và thơm, có khả năng hòa tan dầu và mỡ ở bất kì tỉ lệ nào. - Propan và butan: dung môi tiên tiến, khi sử dụng dưới áp suất dư 0.2 MPa sẽ rút ngắn được quá trình trích ly 2 – 3 lần.
- Ethanol: chất lỏng, nhiệt độ sôi 78.30C, có thể dùng ethanol 96% để trích ly dầu nành. - Aceton: khả năng hòa tan dầu mỡ là 1: 5, là dung môi chuyên dùng đối với nguyên liệu chứa dầu có lẫn nhiều phospholipid. Những yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc và hiệu suất trích ly: - Nhiệt độ trích ly. - Mức độ phá vỡ cấu trúc tế bào.
- Độ ẩm nguyên liệu trích ly. - Kích thước và hình dang hạt. - Vận tốc chuyển động của dung môi. - Tỷ lệ dung môi và nguyên liệu.
Chiết tách dầu bằng quá trình kết hợp ép sơ bộ và trích ly: phương pháp này được áp dụng với quy mô sản xuất lớn và đối với hạt có hàm lượng dầu tương đối cao. Ưu điểm của phương pháp này là lượng dung môi sử dụng ít hơn so với phương pháp trích ly thông thường nhưng hiệu suất thu hồi dầu vẫn cao và ít tổn thất dầu hơn so với phương pháp ép (bánh dầu chỉ còn khoảng 1% dầu sau khi trích ly tận thu dầu trong bã ép). Tính chất RSO: Hạt cao su sau khi thu hoạch sẽ trải qua các công đoạn tiền xử lý để loại bỏ các tạp chất và vỏ để lấy nhân hạt. Sau đó dầu được tách ra bằng hai phương pháp chính đó là ép trục vít hay trích ly bằng dung môi [10, 11].
Dầu có trong hạt cao su được tách ra bằng phương pháp ép trục vít hay trích ly bằng dung môi giàu acid béo, chỉ số iodine cao và không chứa các thành phần lạ so với các loại dầu thực vật khác. Nó có thể thay thế các loại dầu thương mại để sử 9 dụng trong công nghiệp sơn mài, sản xuất xà phòng, mỡ bôi trơn hoặc có thể tham gia vào phản ứng transester để tổng hợp nhiên liệu sinh học biodiesel, đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước nghiên cứu về vấn đề này.
