Tổng quan nghiên cứu

Tổ yến là một nguồn thực phẩm quý giá, giàu dinh dưỡng, đặc biệt phù hợp cho người bệnh, người già và trẻ em nhằm tăng cường hệ miễn dịch và hỗ trợ phục hồi sức khỏe. Theo ước tính, sản lượng tổ yến của Việt Nam đạt khoảng 10 tấn/năm, chiếm khoảng 10% tổng sản lượng của khu vực Đông Nam Á, trong khi Indonesia đạt khoảng 100 tấn/năm. Giá trị xuất khẩu tổ yến của Việt Nam ước tính mang về từ 20 đến 25 triệu USD mỗi năm, với giá bán lên đến 2.000 - 2.500 USD/kg. Tuy nhiên, công đoạn làm sạch lông tổ yến thô hiện nay chủ yếu thực hiện thủ công, tiêu tốn nhiều thời gian và nhân công, dẫn đến chi phí sản xuất cao và giảm sức cạnh tranh trên thị trường.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị làm sạch lông tổ yến thô bán tự động sử dụng kỹ thuật phun khí nhằm thay thế phương pháp thủ công truyền thống. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tổ yến thô chưa qua sơ chế tại các cơ sở sản xuất trong nước, với công suất thiết bị khoảng 3 kg/ca làm việc 8 tiếng. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2018-2020.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện rõ qua việc giảm thời gian làm sạch, tiết kiệm nhân công, tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp sản xuất yến sào. Thiết bị được phát triển có thể ứng dụng rộng rãi trong ngành chế biến tổ yến, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và mở rộng thị trường xuất khẩu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật cơ khí liên quan đến thiết kế vòi phun và nguyên lý phun khí làm sạch. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Định luật Bernoulli: Giúp tính toán áp suất và vận tốc dòng khí qua vòi phun, từ đó xác định lực tác động lên tổ yến để làm sạch lông hiệu quả.

  2. Cơ sở về cấu tạo và phân loại vòi phun: Bao gồm vòi phun hình nón đẩy, vòi phun hình dẹp và các loại vòi phun khác, với các thông số kỹ thuật như góc phun, lưu lượng và áp suất làm việc. Lý thuyết này giúp lựa chọn và thiết kế vòi phun phù hợp cho thiết bị làm sạch.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: kỹ thuật phun khí, lực đẩy bọt khí, áp suất vòi phun, và nguyên lý làm sạch bằng phun khí. Ngoài ra, các nghiên cứu về công nghệ làm sạch tổ yến bằng bong bóng oxy nano, sóng siêu âm và ngâm phun cũng được tham khảo để so sánh và phát triển giải pháp tối ưu.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Phương pháp kế thừa: Tổng hợp và phân tích các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về làm sạch tổ yến và các thiết bị làm sạch tương tự.

  • Phương pháp thu thập thông tin: Thu thập dữ liệu từ tài liệu khoa học, báo cáo ngành, khảo sát thực tế tại các cơ sở sản xuất tổ yến và các nhà máy chế biến.

  • Phương pháp tính toán thiết kế: Xác định dữ liệu thiết kế, tính toán các thông số kỹ thuật của thiết bị như áp suất, lưu lượng khí, lực tác động, và thiết kế chi tiết các bộ phận của máy.

  • Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo thiết bị làm sạch lông tổ yến thô với công suất 3 kg/ca, tiến hành thử nghiệm không tải và có tải để đo đạc các thông số hoạt động như áp suất khí, thời gian làm sạch, hiệu quả loại bỏ lông tơ.

  • Phương pháp kiểm tra đánh giá: Đánh giá chất lượng làm sạch bằng cảm quan (mức độ sạch lông, tổ yến không bị rã nát) và đo kiểm kỹ thuật (áp suất vòi phun, thời gian làm sạch).

Các thiết bị đo đạc chính bao gồm đồng hồ VOM điện tử đa năng, cân điện tử UTE 30kg/5g, đồng hồ áp suất YN60 và cảm biến áp suất kỹ thuật số. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2018 đến tháng 5/2020 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thiết kế và chế tạo thành công thiết bị làm sạch lông tổ yến thô bán tự động sử dụng kỹ thuật phun khí với công suất 3 kg/ca (8 tiếng). Thiết bị bao gồm hệ thống cấp khí, đường dẫn khí, vòi phun hình nón đẩy và bộ điều khiển điện tử, đảm bảo vận hành ổn định.

  2. Hiệu quả làm sạch đạt trên 90% lông tơ và tạp chất sau mỗi ca làm việc, giảm thời gian làm sạch từ 12 giờ thủ công xuống còn khoảng 2-3 giờ với thiết bị. Thời gian làm sạch trung bình cho 100g tổ yến giảm đáng kể, tiết kiệm khoảng 75% thời gian so với phương pháp thủ công.

  3. Áp suất khí cung cấp cho vòi phun ổn định ở mức 0,3 - 0,5 MPa, đảm bảo lực phun đủ mạnh để tách lông mà không làm tổ yến bị rã nát hay mất hình dạng. Lực đẩy bọt khí được tính toán và kiểm nghiệm phù hợp với đặc tính vật liệu tổ yến.

  4. Thiết bị hoạt động ổn định trong các thử nghiệm có tải, không xảy ra hiện tượng tắc nghẽn vòi phun hay hư hỏng cơ khí trong suốt quá trình vận hành thử nghiệm kéo dài. Độ bền và tính khả thi của thiết bị được khẳng định qua các lần thử nghiệm liên tục.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy kỹ thuật phun khí là giải pháp hiệu quả để làm sạch lông tổ yến thô, khắc phục được các hạn chế của phương pháp thủ công như tốn nhiều thời gian, nhân công và chi phí. So với các công nghệ làm sạch hiện đại như bong bóng oxy nano hay sóng siêu âm, thiết bị phun khí có ưu điểm về chi phí đầu tư thấp, dễ vận hành và bảo trì.

Biểu đồ so sánh thời gian làm sạch và hiệu quả loại bỏ lông giữa phương pháp thủ công và thiết bị phun khí minh họa rõ sự cải thiện vượt trội về năng suất và chất lượng. Bảng số liệu thử nghiệm áp suất và lực phun cũng cho thấy thiết bị vận hành trong giới hạn an toàn, đảm bảo không làm tổn hại đến cấu trúc tổ yến.

So với các nghiên cứu trong nước về làm sạch trái cây bằng phun sục khí, thiết bị làm sạch tổ yến thô ứng dụng kỹ thuật tương tự nhưng được tối ưu hóa về kích thước vòi phun, áp suất và cấu trúc khay chứa phù hợp với đặc tính vật liệu tổ yến. Điều này giúp tăng hiệu quả làm sạch và giảm thiểu tổn thất sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai ứng dụng thiết bị làm sạch lông tổ yến thô tại các cơ sở sản xuất yến sào nhằm giảm thời gian làm sạch ít nhất 50%, tiết kiệm nhân công và chi phí sản xuất. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 6 tháng, chủ thể là các doanh nghiệp chế biến yến sào.

  2. Nâng cấp và hoàn thiện thiết bị để đạt công suất lớn hơn 5 kg/ca, đáp ứng nhu cầu sản xuất quy mô công nghiệp. Khuyến nghị nghiên cứu thêm về tự động hóa cấp liệu và thu nhận thành phẩm trong 12 tháng tiếp theo, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp hợp tác thực hiện.

  3. Đào tạo kỹ thuật vận hành và bảo trì thiết bị cho công nhân tại các nhà máy, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và hiệu quả lâu dài. Thời gian đào tạo dự kiến 3 tháng, do các trường đại học kỹ thuật và nhà sản xuất thiết bị phối hợp tổ chức.

  4. Khuyến khích nghiên cứu phát triển các công nghệ làm sạch tổ yến mới dựa trên nguyên lý phun khí kết hợp với công nghệ oxy nano hoặc sóng siêu âm để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tổn thất dinh dưỡng. Đây là hướng nghiên cứu dài hạn trong 2-3 năm tới, do các trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp đầu tư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp sản xuất và chế biến yến sào: Nghiên cứu giúp các doanh nghiệp hiểu rõ về công nghệ làm sạch tổ yến thô bán tự động, từ đó áp dụng thiết bị để nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, công nghệ chế tạo máy: Luận văn cung cấp kiến thức về thiết kế vòi phun, tính toán áp suất và lực phun, cũng như quy trình chế tạo thiết bị cơ khí ứng dụng thực tế.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển ngành nông nghiệp, thủy sản: Tham khảo để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ chế biến tổ yến, nâng cao giá trị sản phẩm và thúc đẩy xuất khẩu.

  4. Các nhà đầu tư và doanh nhân trong lĩnh vực thực phẩm chức năng và dược phẩm: Hiểu rõ tiềm năng và công nghệ chế biến tổ yến sạch, từ đó có cơ sở đầu tư phát triển sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng thị trường trong nước và quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Thiết bị làm sạch lông tổ yến thô hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
    Thiết bị sử dụng kỹ thuật phun khí với vòi phun hình nón đẩy, tạo áp suất khí ổn định để thổi bay lông tơ và tạp chất trên tổ yến mà không làm tổn hại đến cấu trúc tổ yến. Ví dụ, áp suất khí được duy trì trong khoảng 0,3 - 0,5 MPa để đảm bảo hiệu quả làm sạch.

  2. So với phương pháp thủ công, thiết bị này tiết kiệm thời gian như thế nào?
    Thời gian làm sạch giảm từ khoảng 12 giờ thủ công xuống còn 2-3 giờ với thiết bị, tiết kiệm khoảng 75% thời gian, đồng thời giảm đáng kể lượng nhân công cần thiết.

  3. Thiết bị có thể áp dụng cho các loại tổ yến khác nhau không?
    Thiết bị được thiết kế để làm sạch tổ yến thô chưa qua sơ chế, phù hợp với các loại tổ yến có kích thước và cấu trúc tương tự, bao gồm tổ yến tự nhiên và tổ yến nuôi trong nhà.

  4. Chi phí đầu tư và vận hành thiết bị có cao không?
    So với các công nghệ làm sạch hiện đại như oxy nano hay sóng siêu âm, thiết bị phun khí có chi phí đầu tư và vận hành thấp hơn, dễ bảo trì và vận hành, phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ.

  5. Thiết bị có ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng của tổ yến không?
    Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị làm sạch không làm tổn hại đến cấu trúc và thành phần dinh dưỡng của tổ yến, giữ nguyên hình dạng và giá trị dinh dưỡng, đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công thiết bị làm sạch lông tổ yến thô bán tự động sử dụng kỹ thuật phun khí với công suất 3 kg/ca.
  • Thiết bị giúp giảm thời gian làm sạch từ 12 giờ xuống còn 2-3 giờ, tiết kiệm nhân công và chi phí sản xuất.
  • Áp suất và lực phun được tính toán và kiểm nghiệm phù hợp, đảm bảo làm sạch hiệu quả mà không làm hư hại tổ yến.
  • Thiết bị vận hành ổn định trong các thử nghiệm có tải, có thể ứng dụng thực tế tại các cơ sở sản xuất yến sào.
  • Đề xuất tiếp tục nâng cấp thiết bị, đào tạo vận hành và nghiên cứu kết hợp công nghệ mới để nâng cao hiệu quả làm sạch.

Các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất yến sào nên xem xét áp dụng thiết bị này để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Đồng thời, các nhà nghiên cứu có thể phát triển thêm các công nghệ làm sạch tổ yến tiên tiến hơn dựa trên nền tảng kỹ thuật phun khí.