Tổng quan nghiên cứu

Chuối là loại cây nhiệt đới phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong thương mại rau quả toàn cầu. Việt Nam đứng thứ 12 thế giới về sản lượng chuối với khoảng 1,4 triệu tấn mỗi năm, chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái. Chuối sứ là giống chuối được sử dụng phổ biến trong chế biến thực phẩm công nghiệp như chuối sấy, rượu chuối, bột chuối. Tuy nhiên, công đoạn bóc vỏ chuối sứ hiện nay chủ yếu thực hiện thủ công với năng suất thấp, không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, gây khó khăn trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất công nghệ và phát triển thiết bị bóc vỏ chuối sứ nhằm cơ khí hóa, tự động hóa công đoạn này, nâng cao năng suất và đảm bảo vệ sinh. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào chuối sứ chín thu hái từ các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long và miền Đông Nam Bộ, với kích thước quả có đường kính từ 34 đến 48 mm, chiều dài từ 87 đến 114 mm. Thiết bị được thiết kế dưới dạng mô hình công nghiệp công suất nhỏ, năng suất khoảng 600 kg/ca.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc đề xuất nguyên lý và công nghệ bóc vỏ chuối sứ bán tự động, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn lớn khi góp phần nâng cao năng suất, giảm lao động thủ công, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm và gia tăng giá trị chuỗi sản xuất chuối.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cơ học vật liệu: Xác định lực ép tối đa lên quả chuối mà không gây dập nát, làm cơ sở tính toán lực tác động của thiết bị lên quả chuối.
  • Nguyên lý cơ khí chế tạo máy: Thiết kế các cụm cơ cấu khía vỏ, bóc vỏ và cấp liệu phù hợp với đặc điểm hình dạng, kích thước quả chuối sứ.
  • Khái niệm công nghệ chế biến thực phẩm: Đảm bảo thiết bị bóc vỏ không làm tổn thương thịt chuối, giữ vệ sinh an toàn thực phẩm.
  • Mô hình tự động hóa bán tự động: Kết hợp cấp liệu thủ công và cơ cấu bóc vỏ tự động nhằm tối ưu hóa năng suất và chi phí.

Các khái niệm chính bao gồm: lực ép tối đa, chiều dày vỏ chuối, nguyên lý khía vỏ, nguyên lý bóc vỏ bằng bánh gai và kẹp bóc, năng suất thiết bị, tỉ lệ thịt chuối đạt yêu cầu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Chuối sứ chín thu mua tại chợ đầu mối nông sản Thủ Đức, các tài liệu khoa học trong và ngoài nước về thiết bị bóc vỏ chuối, khảo sát thực tế tại các cơ sở chế biến.
  • Phương pháp thu thập thông tin: Tổng hợp tài liệu, khảo sát thực tiễn, phỏng vấn tiểu thương và học viên thực nghiệm.
  • Phương pháp phân tích:
    • Đo đạc kích thước, trọng lượng, chiều dày vỏ chuối bằng thước kẹp, cân điện tử.
    • Thí nghiệm xác định lực ép tối đa bằng xilanh khí nén và lực kế.
    • Đánh giá cảm quan thịt chuối sau bóc vỏ theo tiêu chí không dập, không sót vỏ, không sứt sẹo.
  • Phương pháp thiết kế:
    • Xác định dữ liệu thiết kế dựa trên khảo sát.
    • Thiết kế sơ đồ nguyên lý, tính toán động lực học, thiết kế chi tiết cụm chi tiết.
    • Chế tạo mô hình thiết bị gồm cụm cấp liệu, cụm khía vỏ, cụm bóc vỏ.
  • Timeline nghiên cứu: Từ khảo sát đặc điểm quả chuối, đề xuất nguyên lý, thiết kế, chế tạo đến khảo nghiệm sơ bộ thiết bị trong phòng thí nghiệm và thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm cơ lý quả chuối sứ:

    • Đường kính quả chuối tại vị trí lớn nhất (bụng chuối) trung bình 41,5 mm, nhỏ nhất 34 mm; chiều dài trung bình 99,7 mm.
    • Chiều dày vỏ chuối trung bình 1,7 mm, dao động từ 1,3 đến 2 mm.
    • Lực ép tối đa để không làm dập quả chuối là 18 N.
    • Khối lượng trung bình quả chuối sứ là 100,9 g, dao động từ 74 đến 138 g.

  2. Khả năng bóc vỏ theo độ chín:

    • Chuối xanh có vỏ cứng, khó bóc nhất.
    • Chuối chín tới và chín vừa có vỏ mềm, dễ bóc nhất.
    • Chuối chín quá có vỏ mềm nhưng thịt chuối dễ bị dập, không phù hợp cho bóc vỏ cơ khí.

  3. Nguyên lý và công nghệ bóc vỏ chuối sứ:

    • Đề xuất nguyên lý khía vỏ dọc theo thân quả chuối thành 3-4 phần với chiều sâu khía bằng chiều dày vỏ (khoảng 2 mm).
    • Hai phương án bóc vỏ: kẹp bóc kéo vỏ ra khỏi thịt chuối và bánh gai móc vỏ cuốn vào để tách vỏ.
    • Thiết kế mô hình thiết bị gồm cụm cấp liệu thủ công, cụm khía vỏ bằng dao thép gió góc 15 độ, cụm bóc vỏ bánh gai quay.

  4. Khảo nghiệm thiết bị:

    • Thiết bị hoạt động ổn định, kết cấu vững chắc.
    • Bóc được chuối sứ có đường kính từ 34 đến 48 mm.
    • Năng suất đạt khoảng 600 kg/ca, tương đương năng suất tăng gấp nhiều lần so với bóc vỏ thủ công.
    • Tỉ lệ thịt chuối đạt yêu cầu về độ nguyên vẹn và sạch vỏ lên đến 96%.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát kích thước và lực ép quả chuối sứ cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế các cơ cấu khía và bóc vỏ phù hợp, tránh làm tổn thương thịt chuối. Việc phân loại chuối theo độ chín giúp lựa chọn nguyên liệu phù hợp, tối ưu hóa hiệu quả bóc vỏ. So với các thiết bị bóc vỏ chuối già trên thị trường, thiết bị đề xuất phù hợp với đặc điểm vỏ chuối sứ bám chắc, khó bóc hơn, đồng thời có năng suất cao và chi phí hợp lý cho quy mô công nghiệp nhỏ.

Các phương án bóc vỏ bằng kẹp và bánh gai đều có ưu nhược điểm riêng, trong đó bánh gai cho khả năng bóc vỏ liên tục, tự động hơn, còn kẹp bóc phù hợp với thiết bị bán tự động. Kết quả khảo nghiệm sơ bộ cho thấy thiết bị có thể ứng dụng thực tế, góp phần giảm sức lao động thủ công, nâng cao năng suất và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố kích thước quả chuối, bảng tổng hợp lực ép và khối lượng, hình ảnh mô hình thiết bị và sản phẩm thịt chuối sau bóc vỏ để minh họa rõ ràng hiệu quả nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển thiết bị bóc vỏ chuối sứ tự động hoàn toàn: Nghiên cứu bổ sung cơ cấu cấp liệu tự động, phân loại chuối theo kích thước và độ chín để nâng cao năng suất và giảm nhân công. Thời gian thực hiện 1-2 năm, chủ thể: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ chế tạo máy.

  2. Ứng dụng thiết bị trong các cơ sở chế biến chuối quy mô nhỏ và vừa: Đẩy mạnh chuyển giao công nghệ, đào tạo vận hành thiết bị cho các hợp tác xã, doanh nghiệp chế biến thực phẩm. Mục tiêu tăng năng suất bóc vỏ lên ít nhất 3 lần trong vòng 6 tháng.

  3. Nâng cao chất lượng sản phẩm thịt chuối sau bóc vỏ: Tối ưu hóa thiết kế dao khía và bánh gai để giảm thiểu tổn thương thịt chuối, đảm bảo tỉ lệ thịt chuối đạt yêu cầu trên 95%. Chủ thể: nhóm nghiên cứu và nhà sản xuất thiết bị.

  4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn vệ sinh cho thiết bị bóc vỏ chuối: Phối hợp với cơ quan quản lý để ban hành quy chuẩn, đảm bảo thiết bị đáp ứng yêu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu. Thời gian 1 năm, chủ thể: Bộ ngành liên quan và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, chế tạo máy: Tham khảo phương pháp thiết kế, tính toán và chế tạo thiết bị cơ khí ứng dụng trong ngành chế biến thực phẩm.

  2. Doanh nghiệp sản xuất và chế biến chuối, thực phẩm từ chuối: Áp dụng công nghệ và thiết bị bóc vỏ chuối sứ để nâng cao năng suất, giảm chi phí nhân công và cải thiện chất lượng sản phẩm.

  3. Các cơ sở đào tạo kỹ thuật và công nghệ chế biến thực phẩm: Sử dụng luận văn làm tài liệu giảng dạy, nghiên cứu phát triển thiết bị cơ khí phục vụ ngành thực phẩm.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về nông nghiệp và công nghiệp chế biến: Tham khảo để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ chế biến nông sản, nâng cao giá trị chuỗi sản xuất chuối.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần phát triển thiết bị bóc vỏ chuối sứ thay vì tiếp tục bóc thủ công?
    Bóc vỏ thủ công có năng suất thấp, tốn nhiều nhân công và không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Thiết bị cơ khí giúp tăng năng suất lên khoảng 600 kg/ca, giảm sức lao động và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  2. Thiết bị bóc vỏ chuối sứ có thể áp dụng cho các loại chuối khác không?
    Thiết bị được thiết kế đặc biệt cho chuối sứ với đặc điểm vỏ bám chắc. Các loại chuối khác như chuối già có thể cần thiết kế khác do đặc tính vỏ khác biệt.

  3. Nguyên lý bóc vỏ chuối bằng bánh gai hoạt động như thế nào?
    Bánh gai quay cuốn quả chuối, các gai móc vào vỏ chuối và kéo tách vỏ ra khỏi thịt chuối, giúp bóc vỏ liên tục và hiệu quả.

  4. Làm thế nào để đảm bảo thịt chuối không bị dập trong quá trình bóc vỏ?
    Thiết kế lực ép của các cơ cấu bóc vỏ không vượt quá 18 N – lực tối đa mà quả chuối chịu được mà không bị dập, đồng thời sử dụng dao khía đúng chiều sâu để giảm lực bóc.

  5. Năng suất thiết bị so với phương pháp thủ công tăng bao nhiêu lần?
    Thiết bị đạt năng suất khoảng 600 kg/ca, cao hơn nhiều lần so với bóc vỏ thủ công, giúp giảm đáng kể thời gian và nhân công.

Kết luận

  • Đã khảo sát và xác định các đặc điểm cơ lý quan trọng của quả chuối sứ như kích thước, trọng lượng, lực ép tối đa và độ dày vỏ để làm cơ sở thiết kế thiết bị bóc vỏ.
  • Đề xuất nguyên lý khía vỏ và hai phương án bóc vỏ (kẹp bóc và bánh gai) phù hợp với đặc điểm quả chuối sứ.
  • Thiết kế, chế tạo mô hình thiết bị bóc vỏ chuối sứ công nghiệp công suất nhỏ với năng suất khoảng 600 kg/ca, tỉ lệ thịt chuối đạt yêu cầu lên đến 96%.
  • Thiết bị hoạt động ổn định, có khả năng ứng dụng thực tế, góp phần cơ khí hóa công đoạn bóc vỏ chuối, nâng cao năng suất và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
  • Đề xuất các giải pháp phát triển thiết bị tự động hoàn toàn, ứng dụng rộng rãi và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho thiết bị trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo: Đẩy mạnh nghiên cứu hoàn thiện thiết bị, phối hợp chuyển giao công nghệ cho các cơ sở chế biến, đồng thời xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật để thiết bị được ứng dụng rộng rãi trên thị trường.