Tổng quan nghiên cứu

Cây sở (Camellia spp.) là một trong những cây lâm nghiệp chủ lực được trồng rộng rãi tại các tỉnh vùng Đông Bắc và Tây Bắc Việt Nam như Lạng Sơn, Quảng Ninh, Nghệ An, Cao Bằng với tổng diện tích trên 1.000 ha tính đến năm 2021, sản lượng quả sở ước đạt trên 15 tấn. Hạt sở chứa nhiều dầu có chất lượng cao, tương đương dầu ô liu, được sử dụng phổ biến trong chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, công nghệ ép dầu hiện nay chủ yếu sử dụng máy ép trục vít kết hợp nhiệt độ cao, gây ảnh hưởng đến chất lượng dầu do nhiệt độ cao và tạp chất lẫn trong dầu sau ép, làm tăng chi phí lọc. Máy ép thủy lực Y6-320 với công nghệ ép nguội sử dụng nhiệt độ thấp đã được áp dụng tại một số cơ sở ở Lạng Sơn nhằm cải thiện chất lượng dầu và giảm tạp chất.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của một số yếu tố như độ ẩm hạt, khối lượng mẻ ép, áp lực ép đến hiệu suất và năng suất ép dầu sở bằng máy ép thủy lực Y6-320, từ đó đề xuất quy trình ép tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất dầu hạt sở. Nghiên cứu được thực hiện tại huyện Văn Quan, tỉnh Lạng Sơn trong năm 2023, với dữ liệu thu thập từ thực nghiệm tại Hợp tác xã Văn Quan. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ ép dầu sở, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và chất lượng sản phẩm dầu thực vật tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về quá trình ép dầu thực vật, trong đó quá trình ép gồm hai giai đoạn chính: (1) Quá trình xay ra dầu từ các khe vách tế bào nguyên liệu dưới tác dụng ngoại lực, và (2) Quá trình biến dạng các phần tử rắn tạo thành khối chắc chắn. Áp lực ép, độ nhớt dầu, kích thước mao quản chứa dầu và thời gian ép là các yếu tố quyết định hiệu quả thu hồi dầu. Ngoài ra, các yếu tố nguyên liệu như độ ẩm hạt, tỷ lệ hạt chưa tách vỏ, loại giống sở và thời điểm thu hoạch cũng ảnh hưởng đến hàm lượng dầu và chất lượng sản phẩm.

Mô hình toán học hồi quy bậc hai được sử dụng để mô tả ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đầu vào (độ ẩm hạt, khối lượng mẻ ép, áp lực ép) đến các hàm mục tiêu gồm hiệu suất ép (HS) và năng suất ép (NS). Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken được áp dụng để thiết kế thí nghiệm, phân tích phương sai và kiểm định mô hình.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là kết quả thực nghiệm tại Hợp tác xã Văn Quan, Lạng Sơn, với 30 thí nghiệm được thực hiện theo kế hoạch quy hoạch thực nghiệm. Cỡ mẫu được xác định dựa trên kiểm định phân phối chuẩn và số lần lặp lại tối thiểu nhằm đảm bảo độ tin cậy số liệu.

Các thiết bị đo gồm: thiết bị đo độ ẩm PM-450 (độ chính xác ±0,5%), cân điện tử SWA30 (độ chính xác 1g), đồng hồ đo áp lực thủy lực 100 MPa có tiếp điểm điện để điều chỉnh áp lực ép. Thời gian ép được đo bằng đồng hồ bấm giây.

Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Excel và các chương trình thống kê chuyên dụng để kiểm tra tính đồng nhất phương sai (theo tiêu chuẩn Kokhren), ý nghĩa hệ số hồi quy (theo tiêu chuẩn Student), tính tương thích mô hình (theo tiêu chuẩn Fisher) và hệ số xác định R². Mô hình hồi quy được chuyển sang dạng thực để phân tích ảnh hưởng các tham số đầu vào.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của độ ẩm hạt đến hiệu suất ép (HS): Khi độ ẩm hạt tăng từ 2% đến 14%, hiệu suất ép giảm từ khoảng 0,35 kg dầu/kg nguyên liệu xuống còn khoảng 0,22 kg/kg, tương đương giảm gần 37%. Mô hình hồi quy cho thấy mối quan hệ nghịch biến rõ ràng giữa độ ẩm và hiệu suất ép, với giá trị kiểm định Fisher cho thấy mô hình phù hợp (F_cal < F_tab).

  2. Ảnh hưởng của độ ẩm hạt đến năng suất ép (NS): Năng suất ép giảm từ khoảng 1,25 lít/giờ ở độ ẩm 2% xuống còn khoảng 1,07 lít/giờ ở độ ẩm 14%, giảm khoảng 14%. Điều này cho thấy độ ẩm cao làm tăng độ nhớt dầu, làm chậm quá trình thoát dầu và giảm năng suất.

  3. Ảnh hưởng của khối lượng mẻ ép: Khối lượng mẻ ép quá nhỏ làm giảm năng suất ép do thời gian ép kéo dài và chi phí năng lượng tăng. Ngược lại, khối lượng mẻ ép quá lớn làm giảm hiệu suất ép do áp lực không phân bố đều. Khối lượng mẻ ép tối ưu được xác định khoảng 10-14 kg cho máy ép Y6-320 với xy lanh đường kính 32 cm.

  4. Ảnh hưởng của áp lực ép: Áp lực ép tăng từ 0 đến 40 MPa làm tăng hiệu suất ép và năng suất ép đáng kể, tuy nhiên vượt quá áp lực tối ưu sẽ gây hiện tượng bịt kín mao quản dầu, làm giảm hiệu quả ép. Áp lực tối ưu được xác định trong khoảng 35-40 MPa.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các lý thuyết về cơ chế ép dầu, trong đó áp lực ép và độ ẩm nguyên liệu là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất và năng suất ép. Độ ẩm cao làm tăng độ nhớt dầu và giảm khả năng thoát dầu, đồng thời làm giảm chất lượng dầu do tăng nguy cơ oxy hóa. Áp lực ép cần được điều chỉnh từ từ để tránh hiện tượng bịt kín mao quản dầu, đảm bảo thời gian ép đủ để thu hồi tối đa lượng dầu.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về ép dầu thực vật bằng máy ép thủy lực, kết quả này khẳng định tính ưu việt của máy ép Y6-320 trong việc ép nguội dầu sở, giúp giữ nguyên chất lượng dầu và giảm chi phí lọc. Việc xác định các thông số tối ưu giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm tổn thất dầu và tiết kiệm năng lượng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường thể hiện mối quan hệ giữa độ ẩm hạt và hiệu suất ép, biểu đồ cột so sánh năng suất ép ở các mức áp lực khác nhau, và bảng tổng hợp các thông số tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Điều chỉnh độ ẩm hạt trước khi ép: Khuyến nghị làm khô hạt sở đến độ ẩm khoảng 10-12% để tối ưu hiệu suất và năng suất ép, giảm chi phí năng lượng và nâng cao chất lượng dầu. Thời gian phơi khô tự nhiên từ 2-3 ngày vào mùa khô là phù hợp.

  2. Kiểm soát khối lượng mẻ ép: Đề xuất sử dụng khối lượng mẻ ép trong khoảng 10-14 kg cho máy ép Y6-320 để đảm bảo áp lực phân bố đều, nâng cao hiệu suất ép và giảm thời gian ép. Chủ thể thực hiện là các cơ sở sản xuất và hợp tác xã.

  3. Điều chỉnh áp lực ép hợp lý: Áp lực ép nên được điều chỉnh từ từ và duy trì trong khoảng 35-40 MPa để tránh hiện tượng bịt kín mao quản dầu, đảm bảo thu hồi dầu tối đa. Cần trang bị đồng hồ đo áp lực và hệ thống điều khiển tự động.

  4. Áp dụng công nghệ ép nguội: Khuyến khích sử dụng máy ép thủy lực Y6-320 với công nghệ ép nguội để giữ nguyên chất lượng dầu, giảm tạp chất và chi phí lọc. Thời gian nghiên cứu và áp dụng trong vòng 1-2 năm.

  5. Đào tạo kỹ thuật vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo cho người vận hành máy ép về quy trình chuẩn, kiểm soát các thông số kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo trì thiết bị.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các cơ sở sản xuất dầu thực vật: Để áp dụng quy trình ép dầu sở tối ưu, nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất.

  2. Hợp tác xã nông nghiệp và lâm nghiệp: Hỗ trợ chuyển giao công nghệ ép dầu nguội, cải thiện thu nhập cho người dân trồng cây sở.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, công nghệ thực phẩm: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình toán học và quy trình thực nghiệm trong lĩnh vực ép dầu thực vật.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển ngành sản xuất dầu thực vật sạch, bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Máy ép Y6-320 có ưu điểm gì so với máy ép trục vít?
    Máy ép Y6-320 sử dụng công nghệ ép thủy lực ép nguội, giúp giữ nguyên chất lượng dầu, giảm tạp chất và chi phí lọc so với máy ép trục vít ép nóng. Tuy nhiên, năng suất thấp hơn do ép theo mẻ.

  2. Độ ẩm hạt ảnh hưởng thế nào đến chất lượng dầu?
    Độ ẩm cao làm tăng độ nhớt dầu, giảm hiệu suất ép và năng suất, đồng thời dễ gây oxy hóa làm giảm chất lượng dầu. Độ ẩm tối ưu khoảng 10-12% giúp thu hồi dầu hiệu quả và giữ chất lượng.

  3. Áp lực ép tối ưu cho máy ép Y6-320 là bao nhiêu?
    Áp lực ép tối ưu nằm trong khoảng 35-40 MPa, đủ để tăng hiệu suất ép mà không gây hiện tượng bịt kín mao quản dầu, đảm bảo thu hồi dầu tối đa.

  4. Có thể áp dụng quy trình này cho các loại hạt khác không?
    Quy trình và mô hình nghiên cứu có thể điều chỉnh áp dụng cho các loại hạt có đặc tính tương tự như hạt dầu thực vật khác, tuy nhiên cần thực nghiệm cụ thể để xác định thông số tối ưu.

  5. Làm thế nào để giảm chi phí năng lượng trong quá trình ép?
    Điều chỉnh khối lượng mẻ ép phù hợp, kiểm soát độ ẩm hạt và áp lực ép hợp lý giúp giảm thời gian ép và tiêu thụ điện năng, từ đó giảm chi phí năng lượng.

Kết luận

  • Xác định được ảnh hưởng rõ ràng của độ ẩm hạt, khối lượng mẻ ép và áp lực ép đến hiệu suất và năng suất ép dầu sở bằng máy ép thủy lực Y6-320.
  • Độ ẩm hạt tăng làm giảm hiệu suất ép khoảng 37% khi tăng từ 2% lên 14%, năng suất ép giảm khoảng 14%.
  • Khối lượng mẻ ép tối ưu là 10-14 kg, áp lực ép tối ưu là 35-40 MPa để đạt hiệu suất và năng suất cao nhất.
  • Mô hình toán học hồi quy bậc hai phù hợp để dự báo và tối ưu các thông số kỹ thuật trong quá trình ép.
  • Đề xuất áp dụng công nghệ ép nguội, kiểm soát độ ẩm và áp lực ép nhằm nâng cao chất lượng dầu và hiệu quả sản xuất trong vòng 1-2 năm tới.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở sản xuất và hợp tác xã nên triển khai áp dụng quy trình tối ưu, đồng thời phối hợp với các đơn vị nghiên cứu để tiếp tục hoàn thiện công nghệ ép dầu sở. Đào tạo kỹ thuật vận hành và kiểm soát chất lượng cần được đẩy mạnh nhằm phát triển bền vững ngành sản xuất dầu thực vật tại Việt Nam.