Tổng quan nghiên cứu

Cây sở (Camellia spp.) là một trong những cây lâm nghiệp chủ lực được trồng phổ biến 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 và sản lượng quả ước đạt trên 15 tấn vào năm 2021. Hạt sở chứa nhiều dầu thực vật có chất lượng cao, tương đương dầu ô liu, được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm và có giá trị kinh tế lớn. Tuy nhiên, công nghệ ép dầu hiện nay chủ yếu sử dụng máy ép trục vít kết hợp nhiệt độ cao, gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng dầu do nhiệt độ ép cao và tạp chất lẫn trong dầu sau ép, làm tăng chi phí lọc dầu.

Để khắc phục nhược điểm này, công nghệ ép nguội với máy ép thủy lực Y6-320 đã được áp dụng tại một số cơ sở ở Lạng Sơn nhằm nâng cao chất lượng dầu và giảm tạp chất. Tuy nhiên, thiết bị này mới được đưa vào sử dụng tại Việt Nam, do đó việc nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật tối ưu trong quá trình ép dầu hạt sở là cần thiết để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Mục tiêu nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của các yếu tố như độ ẩm hạt, khối lượng mẻ ép và áp lực ép đến hiệu suất và năng suất ép dầu hạt sở bằng máy ép Y6-320, từ đó đề xuất quy trình ép tối ưu.

Nghiên cứu được thực hiện tại huyện Văn Quan, tỉnh Lạng Sơn, nơi có diện tích trồng cây sở lớn và có điều kiện thuận lợi cho khảo sát thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ ép dầu hạt 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 bao gồm hai giai đoạn chính: sự biến dạng của phần rắn nguyên liệu và sự thoát dầu qua các khe vách, mao quản tế bào. Áp lực ép và độ nhớt của dầu là các yếu tố quyết định tốc độ và hiệu quả thoát dầu. Lý thuyết cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát áp lực ép tăng dần để tránh hiện tượng tắc nghẽn mao quản dẫn dầu, đồng thời đảm bảo thời gian ép đủ để thu hồi tối đa lượng dầu.

Mô hình nghiên cứu sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken để phân tích ảnh hưởng đồng thời của ba yếu tố chính: độ ẩm hạt (h), khối lượng mẻ ép (m) và áp lực ép (p) đến hai hàm mục tiêu là hiệu suất ép (HS) và năng suất ép (NS). Các khái niệm chính bao gồm:

  • Hiệu suất ép (HS): Tỷ lệ phần trăm dầu thu được so với khối lượng nguyên liệu ép.
  • Năng suất ép (NS): Lượng dầu thu được trên đơn vị thời gian (lít/giờ).
  • Độ ẩm hạt (h): Độ ẩm của hạt sở trước khi ép, ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của nguyên liệu.
  • Áp lực ép (p): Lực ép thủy lực tác động lên nguyên liệu, ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu quả ép.
  • Khối lượng mẻ ép (m): Lượng nguyên liệu đưa vào máy ép trong một mẻ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các số liệu thực nghiệm thu thập tại huyện Văn Quan, Lạng Sơn, sử dụng máy ép thủy lực Y6-320. Cỡ mẫu gồm 30 thí nghiệm thăm dò với các mức biến thiên của ba yếu tố đầu vào được thiết kế theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken nhằm đảm bảo tính khoa học và hiệu quả phân tích.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Đo lường độ ẩm hạt bằng thiết bị PM-450 với sai số ±0,5%.
  • Xác định khối lượng mẻ ép bằng cân điện tử SWA30 với độ chính xác 1g.
  • Đo áp lực ép bằng đồng hồ đo áp lực thủy lực có tiếp điểm điện, phạm vi 0-100 MPa.
  • Tính toán hiệu suất ép và năng suất ép dựa trên công thức chuẩn.
  • Phân tích dữ liệu bằng phần mềm Excel và các chương trình thống kê chuyên dụng, kiểm tra tính đồng nhất phương sai (Kokhren), ý nghĩa hệ số hồi quy (Student), tính tương thích mô hình (Fisher) và hệ số đơn định (R²).

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2023, bao gồm giai đoạn khảo sát, thực nghiệm và xử lý số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của độ ẩm hạt (h) 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 dầu/kg nguyên liệu. Mô hình hồi quy cho thấy hiệu suất ép giảm rõ rệt khi độ ẩm tăng, với giá trị R² > 0,75, chứng tỏ mô hình phù hợp.
    Ví dụ: Ở độ ẩm 2%, hiệu suất đạt 0,35 kg/kg, trong khi ở 14% chỉ còn 0,22 kg/kg, giảm gần 37%.

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

  3. Ảnh hưởng của khối lượng mẻ ép (m):
    Khối lượng mẻ ép ảnh hưởng đến cả hiệu suất và năng suất ép. Khi mẻ ép quá nhỏ (< 5 kg), năng suất thấp do thời gian ép kéo dài và chi phí năng lượng tăng. Khi mẻ ép quá lớn (> 14 kg), hiệu suất ép giảm do nguyên liệu không được ép đều và áp lực không phân bố đồng đều. Khối lượng mẻ ép tối ưu được xác định khoảng 10 kg.
    Số liệu: Mẻ ép 10 kg cho hiệu suất ép cao nhất, năng suất ổn định.

  4. Ảnh hưởng của áp lực ép (p):
    Áp lực ép tăng từ 20 MPa đến 60 MPa làm tăng hiệu suất ép từ khoảng 0,25 kg/kg lên 0,35 kg/kg và năng suất ép từ 0,9 lít/giờ lên 1,3 lít/giờ. Tuy nhiên, áp lực quá cao (> 60 MPa) không làm tăng đáng kể hiệu suất mà còn gây hao mòn thiết bị và tăng chi phí năng lượng. Áp lực ép tối ưu được xác định trong khoảng 40-50 MPa.
    So sánh: Áp lực 40 MPa cho hiệu suất ép 0,33 kg/kg, năng suất 1,2 lít/giờ.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy độ ẩm hạt là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất và năng suất ép dầu hạt sở. Độ ẩm cao làm tăng độ nhớt dầu và giảm khả năng thoát dầu, phù hợp với lý thuyết về cơ chế ép dầu và các nghiên cứu trước đây về nguyên liệu dầu thực vật. Khối lượng mẻ ép và áp lực ép cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình ép, đảm bảo áp lực phân bố đều và thời gian ép hợp lý.

So với các nghiên cứu về ép dầu thực vật khác, kết quả này tương đồng khi nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát độ ẩm và áp lực ép để nâng cao hiệu quả thu hồi dầu. Việc sử dụng máy ép thủy lực Y6-320 với các thông số tối ưu giúp giảm thiểu tạp chất trong dầu, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí lọc dầu so với công nghệ ép trục vít truyền thống.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường thể hiện mối quan hệ giữa độ ẩm hạt và hiệu suất ép, cũng như biểu đồ cột so sánh năng suất ép ở các mức áp lực khác nhau, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của từng yếu tố.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Kiểm soát độ ẩm hạt trước khi ép:
    Thực hiện phơi hoặc sấy hạt sở để duy trì độ ẩm trong khoảng 2-5% nhằm tối ưu hiệu suất và năng suất ép. Thời gian phơi nên từ 2-3 ngày dưới ánh nắng tự nhiên hoặc sử dụng máy sấy ở nhiệt độ thấp. Chủ thể thực hiện: Hợp tác xã và nhà sản xuất dầu.

  2. Điều chỉnh khối lượng mẻ ép phù hợp:
    Khuyến nghị sử dụng mẻ ép khoảng 10 kg cho mỗi lần ép để đảm bảo áp lực phân bố đều và năng suất ổn định. Chủ thể thực hiện: Người vận hành máy ép.

  3. Thiết lập áp lực ép tối ưu:
    Áp lực ép nên được điều chỉnh trong khoảng 40-50 MPa để đạt hiệu suất cao mà không gây hao mòn thiết bị. Hệ thống điều khiển áp lực cần được bảo trì và hiệu chuẩn định kỳ. Chủ thể thực hiện: Kỹ thuật viên bảo trì.

  4. Áp dụng quy trình ép nguội:
    Sử dụng máy ép thủy lực Y6-320 với công nghệ ép nguội để giữ nguyên chất lượng dầu, giảm tạp chất và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Chủ thể thực hiện: Nhà máy sản xuất dầu.

  5. Đào tạo và nâng cao nhận thức:
    Tổ chức các khóa đào tạo cho người lao động về quy trình ép dầu, kiểm soát chất lượng nguyên liệu và vận hành thiết bị để nâng cao hiệu quả sản xuất. Chủ thể thực hiện: Trường đại học, trung tâm đào tạo nghề.

Thời gian thực hiện các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 6-12 tháng để đánh giá hiệu quả và điều chỉnh phù hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất dầu thực vật quy mô nhỏ và vừa:
    Có thể áp dụng các kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình ép dầu hạt sở, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

  2. Hợp tác xã nông nghiệp và chế biến lâm sản:
    Sử dụng thông tin để cải tiến công nghệ ép dầu, tăng năng suất và hiệu quả kinh tế cho các vùng trồng cây sở.

  3. Các 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 kết quả thực nghiệm để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về công nghệ ép dầu thực vật.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp, lâm nghiệp:
    Dùng làm cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển ngành sản xuất dầu thực vật từ cây sở, góp phần phát triển kinh tế địa phương.

Câu hỏi thường gặp

  1. Máy ép thủy lực Y6-320 có ưu điểm gì so với máy ép trục vít?
    Máy ép thủy lực Y6-320 cho phép ép nguội, giữ nguyên chất lượng dầu, giảm tạp chất và kéo dài thời gian bảo quản. Tuy nhiên, năng suất thấp hơn và chi phí đầu tư ban đầu cao hơn máy ép trục vít.

  2. Độ ẩm hạt sở ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng dầu?
    Độ ẩm cao làm tăng độ nhớt dầu, giảm hiệu suất ép và năng suất, đồng thời có thể làm giảm chất lượng dầu do khó tách tạp chất. Độ ẩm tối ưu nên duy trì dưới 5%.

  3. Tại sao áp lực ép không nên quá cao?
    Áp lực quá cao có thể làm hỏng thiết bị, tăng chi phí năng lượng và không cải thiện đáng kể hiệu suất ép do hiện tượng tắc nghẽn mao quản dẫn dầu.

  4. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các loại hạt khác không?
    Phương pháp và mô hình có thể tham khảo, nhưng các thông số tối ưu cần được điều chỉnh phù hợp với đặc tính từng loại hạt do khác biệt về cấu trúc và thành phần dầu.

  5. Làm thế nào để giảm chi phí lọc dầu sau ép?
    Sử dụng công nghệ ép nguội với máy ép thủy lực giúp giảm tạp chất trong dầu thô, từ đó giảm chi phí và thời gian cho các công đoạn lọc và tinh chế dầu.

Kết luận

  • Độ ẩm hạt sở là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất và năng suất ép dầu, cần kiểm soát trong khoảng 2-5% để đạt hiệu quả tối ưu.
  • Khối lượng mẻ ép khoảng 10 kg và áp lực ép từ 40-50 MPa được xác định là các thông số tối ưu cho máy ép thủy lực Y6-320.
  • Công nghệ ép nguội bằng máy ép thủy lực giúp nâng cao chất lượng dầu, giảm tạp chất và chi phí lọc dầu so với công nghệ ép nóng truyền thống.
  • Mô hình toán học và phương pháp quy hoạch thực nghiệm được áp dụng thành công để xác định các thông số kỹ thuật tối ưu trong quá trình ép dầu hạt sở.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và đào tạo nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất dầu hạt sở, góp phần phát triển kinh tế địa phương và ngành công nghiệp dầu thực vật.

Next steps: Triển khai áp dụng quy trình ép tối ưu tại các cơ sở sản xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu để cải tiến thiết bị và quy trình ép cho các loại hạt khác.

Call to action: Các nhà sản xuất và nghiên cứu viên được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm dầu thực vật từ cây sở.