(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu, thiết kế cải tiến máy sấy hạt sen năng suất 50kg mẻ

Trên cơ sở máy sấy hạt sen SHS-50 năng suất 50kg/mẻ của Thạc sỹ Trần Võ Văn May - Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Huế, tôi đã thực hiện nghiên cứu, cải tiến má

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

Mã số: 8520103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN TIẾN LONG

HUẾ - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn cụ thể

Thừa Thiên Huế, ngày 25 tháng 7 năm 2018

Tác giả

Nguyễn Du

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình, sự đóng góp ý kiến quý báu của quý thầy, cô giáo khoa Cơ khí-Công nghệ, cán bộ viên chức phòng Đào tạo sau Đại học Tôi xin chân thành cảm ơn những giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS Nguyễn Tiến Long đã dành thời gian hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Trần Võ Văn May đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện khảo nghiêm trên máy do thầy nghiên cứu chế tạo

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, quan tâm, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn

Thừa Thiên Huế, ngày 25 tháng7 năm 2018

Nguyễn Du

TÓM TẮT

Ở Việt Nam, việc cơ giới hóa vẫn chưa được áp dụng rộng rãi trong sản xuất và thu hoạch, nhất là trong bảo quản hạt sen Hầu hết ở các vùng trồng sen ở Miền Trung nói chung và Thừa Thiên Huế nói riêng vẫn còn làm bằng thủ công nên hiệu quả không cao và đảm bảo chất lượng Mặt khác, trên thị trường hiện đang có một số loại máy sấy hạt sen Tuy nhiên, việc nghiên cứu tối ưu hóa một số thông số làm việc của máy chưa được thực hiện, nên cần phải có nghiên cứu để làm rõ vấn đề này Trên cơ

sở máy sấy hạt sen SHS-50 năng suất 50kg/mẻ của Thạc sỹ Trần Võ Văn May - Khoa

Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Huế, tôi đã thực hiện nghiên cứu, cải tiến máy và tiến hành làm thực nghiệm để tối ưu hóa một số thông số làm việc của máy Kết quả nghiên cứu đã khắc phục được một nhược điểm chênh lệch

độ ẩm hạt sen sau khi sấy tại các vị trí khác nhau trong buồng sấy của máy và xác định được mô hình toán về mối quan hệ giữa nhiệt độ sấy, tốc độ khí sấy và thời gian đảo chiều khí sấy với độ ẩm hạt sau khi sấy (Y1 = 9,886 - 0,723x1 - 0,865x2 - 0,549x3) và

tỷ lệ chất lượng hạt sau khi sấy (Y2 = 88,735 - 1,381x1 - 3,04x2 - 3,005x3 + 1,191x2.x3 - 1,609x1

2

+ 1,791 x3

2

) Kết quả giải bài toán tối ưu được các giá trị tại nhiệt độ khí sấy

610C, tốc độ khí sấy là 1,6m/s và thời gian đảo chiều khí sấy là 30 phút cho kết quả tối

ưu đa mục tiêu với độ ẩm hạt, tỷ lệ chất lượng về cảm quan của hạt sen sau khi sấy lần lượt là 8,6% và 89,19%

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH viii

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Error! Bookmark not defined. 2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1

2.1 Mục tiêu chung 1

2.2 Mục tiêu cụ thể 1

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 2

3.1.Ý nghĩa khoa học 2

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 GIÁ TRỊ CỦA CÂY SEN 3

1.1.1 Giá trị dinh dưỡng 3

1.1.2 Giá trị y học 4

1.1.3 Giá trị văn hóa, thẩm mỹ 4

1.2 ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÂY SEN VÀ HẠT SEN 5

1.2.1 Đặc điểm sinh học của cây sen 5

1.2.2 Các giống sen được trồng phổ biến ở Việt Nam 6

1.2.3 Các giống sen được trồng phổ biến ở Thừa Thiên Huế 8

1.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT SEN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 9

1.3.1 Tình hình sản xuất sen trên thế giới 9

1.3.2 Tình hình sản xuất sen ở Việt Nam 9

1.4 BẢO QUẢN HẠT SEN Ở VIỆT NAM 11

1.5 TỔNG QUAN VỀ MÁY SẤY HẠT NÔNG SẢN Ở VIỆT NAM HIỆN NAY 12

1.6 TỔNG QUAN VỀ MÁY SẤY HẠT SEN 19

1.6.1 Tình hình nghiên cứu, chế tạo máy sấy hạt sen trên thị trường 19

1.6.2 Các loại máy và thiết bị sấy hạt sen tại Thừa Thiên Huế 20

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 23

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 23

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 23

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 23

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu 23

2.3.2 Phương pháp tính toán, thiết kế 23

2.3.3 Phương pháp kiểm tra sự đồng đều độ ẩm hạt sen trong buồng sấy 24

2.3.4 Phương pháp xác định độ ẩm hạt sen 25

2.3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan hạt sen sau khi sấy 26

2.3.6 Phương pháp thực nghiệm 27

2.3.7 Phương pháp tối ưu hóa 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 THIẾT KẾ CẢI TIẾN MÁY SẤY HẠT SEN SHS-50 32

3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 32

3.1.2 Ưu điểm của máy 33

3.1.3 Nhược điểm của máy 33

3.1.4 Kiểm tra, đánh giá các thông số làm việc của máy 34

3.1.5 Gia công chế tạo khay sấy 44

3.1.6 Thiết kế, gia công cải tiến buồng sấy 47

3.2 KHẢO NGHIỆM SỰ CHÊNH LỆCH ĐỘ ẨM HẠT SAU KHI SẤY TẠI CÁC VỊ TRÍ TRONG BUỒNG SẤY 50

3.2.1 Mục đích khảo nghiệm 50

3.2.2 Chuẩn bị khảo nghiệm 50

3.2.3 Kết quả khảo nghiệm 51

3.3 THỰC NGHIỆM TỐI ƯU HOÁ MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY 53

3.3.1 Xác định miền thí nghiệm 53

3.3.2 Tiến hành làm thực nghiệm 54

3.3.3 Kết quả tính toán tối ưu hoá 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

Kết luận 60

Đề nghị 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 63

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng có trong 100g củ sen và hạt sen 4

Bảng 1.2 Các đặc điểm đặc trưng của sen Thừa Thiên Huế 9

Bảng 2.1 Bảng số liệu mẫu X 24

Bảng 2.2 Bảng phân tích phương sai 1 yếu tố 24

Bảng 2.3 Ma trận thực nghiệm với 3 yếu tố và 3 thí nghiệm tại tâm phương án 29

Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm 30

Bảng 3.1 Độ ẩm hạt sen sau khi sấy tại các vị trí trong buồng sấy2 52

Bảng 3.2 Bảng phân tích phương sai Anova một yếu tố với α = 0,05 52

Bảng 3.3 Miền thí nghiệm của ba yếu tố 53

Bảng 3.4 Bố trí thí nghiệm và kết quả 54

Bảng 3.5 Bố trí thí nghiệm và kết quả 57

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH

Trang

Hình 1.1 Hoa, gương và lá sen 5

Hình 1.2 Nhụy, quả và hạt sen 6

Hình 1.3 Sự đa dạng của hoa sen 7

Hình 1.4 Đồng sen ở Tháp Mười 7

Hình 1.5 Sen cung đình trồng ở Thừa Thiên Huế 8

Hình 1.6 Bảo quản hạt sen 11

Hình 1.7 Phơi khô hạt sen dưới ánh nắng mặt trời 12

Hình 1.8 Thiết bị sấy kiểu hầm 13

Hình 1.9 Sơ đồ thiết bị sấy thăng hoa tác động tuần hoàn 15

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy sấy tĩnh vỉ ngang 15

Hình 1.11 Sơ đồ cấu tạo máy sấy tĩnh vỉ đứng 16

Hình 1.12 Máy sấy thùng quay 17

Hình 1.13 Máy sấy tầng sôi 18

Hình 1.14 Một số loại máy sấy trên thị trường 19

Hình 1.15 Một số mô hình máy sấy trên thị trường 20

Hình 1.16 Buồng sấy thủ công 21

Hình 1.17 Máy sấy hạt sen-khoa Cơ khí - Công nghệ, Đại học Nông Lâm Huế 22

Hình 2.1 Lấy mẫu hạt sen để phân tích độ ẩm sau mỗi mẻ sấy 25

Hình 2.2 Đánh giá cảm quan hạt sen so với mẫu chuẩn 26

Hình 2.3 Bài toán thí nghiệm máy sấy hạt sen 26

Hình 2.4 Sơ đồ đối tượng nghiên cứu 27

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy sấy hạt sen SHS-50 32

Hình 3.2 Đồ thị tốc độ giảm ẩm của hạt sen khi sấy thử nghiệm 34

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn I-d 36

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn I-d của quá trình sấy thực tế 40

Hình 3.5 Kích thước khay sấy 45

Hình 3.6 Hàn gia công khay sấy 46

Hình 3.7 Bắn vít lắp tấm thép lên khung khay sấy 46

Hình 3.8 Khay sấy sau khi chế tạo 47

Hình 3.9 Bắn vít gắn khung đỡ khay sấy lên máy 48

Hình 3.10 Mài hoàn thiện khung đỡ và khay sấy 48

Hình 3.11 Buồng phụ dẫn tác nhân sấy lên trên 49

Hình 3.12 Buồng sấy sau khi cải tiến 49

Hình 3.13 Chế độ sấy không khí nóng từ dưới lên 50

Hình 3.14 Chế độ sấy không khí nóng đi từ trên xuống 51

Hình 3.15 Xác định độ ẩm hạt sen bằng tủ sấy WTC Binder 52

Hình 3.16 Hình ảnh thiết bị đo vận tốc và nhiệt độ sấy 52

Hình 3.17 Vị trí 3 khay sấy thử nghiệm 53

Hình 3.18 Hệ số tương quan khảo nghiệm độ ẩm hạt sen sau khi sấy 55

Hình 3.19 Kết quả phân tích các hệ số hồi quy bằng phần mềm Modde 5.0 56

Hình 3.20 Hệ số tương quan khảo nghiệm chất lượng hạt sen sau khi sấy 58

Hình 3.21 Kết quả phân tích các hệ số hồi quy bằng phần mềm Modde 5.0 58

Hình 3.22 Kết quả tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phần mềm Modde 5.0 59

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Cây sen có tên khoa học Nelumbo nuciera Gaertn, phân bố ở vùng nhiệt đới châu

Á và châu Mỹ Sen là một loại cây mọc dưới nước, sống dai nhờ thân rễ (ngó sen) Các bộ phận của cây sen được dùng vào mục đích khác nhau tùy thuộc vào những thành phần có sẵn trong cây Trong đó, hạt sen vừa là một vị thuốc có nhiều công dụng trong đông y, vừa là một thực phẩm trong nhiều món ăn bổ dưỡng

Công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn hiện đang là chủ trương lớn của Đảng và Nhà nước ta nhằm đẩy mạnh phát triển kinh tế của đất nước và hội nhập kinh tế thế giới Trong đó việc nghiên cứu, tìm hiểu, thiết kế nhằm tạo ra những sản phẩm cơ giới có tính năng ưu việt để phục vụ cho hoạt động sản xuất nông nghiệp của người nông dân đang và sẽ luôn là việc làm có ý nghĩa hết sức quan trọng và thiết thực Tuy nhiên, đối với cây sen thì việc cơ giới hóa vẫn chưa được áp dụng rộng rãi trong sản xuất và thu hoạch, nhất là phương pháp bảo quản chưa tốt làm giảm chất lượng hạt sen Ở Việt Nam nói chung và tỉnh Thừa Thiên Huế nói riêng hiện có một số loại máy sấy hạt sen đang được sử dụng nhằm nâng cao năng suất và chất lượng hạt sen khô Trong đó, năm 2014 nhóm tác giả Thạc sĩ Trần Võ Văn May và cộng sự tại khoa Cơ khí Công nghệ - Đại học Nông Lâm Huế đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy sấy hạt sen SHS-50 năng suất 50kg/mẻ Tuy nhiên, máy vẫn còn tồn tại một số nhược điểm cần phải cải tiến khắc phục và việc nghiên cứu, thực nghiệm để tối ưu hóa một số thông số, nâng cao hiệu quả làm việc của máy chưa được thực hiện

Vì vậy, tôi đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu, thiết kế cải tiến máy sấy hạt sen năng suất 50kg/mẻ" nhằm tối ưu hóa một số thông số, nâng cao hiệu quả làm

việc của máy sấy hạt sen này

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

2.1 Mục tiêu chung

Nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy sấy hạt sen SHS-50 nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Nghiên cứu kỹ thuật sấy hạt sen

- Kiểm tra, đánh giá các thông số làm việc của máy sấy hạt sen SHS-50 tại khoa

Cơ khí - Công nghệ - Đại học Nông Lâm Huế

- Thiết kế cải tiến một số bộ phận làm việc của máy sấy hạt sen

- Tối ưu hoá một số thông số làm việc của máy bằng phương pháp thực nghiệm

và sử dụng phần mềm tối ưu hóa Modde 5.0

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 GIÁ TRỊ CỦA CÂY SEN

1.1.1 Giá trị dinh dưỡng

Các bộ phận của cây sen được dùng vào mục đích khác nhau tùy thuộc vào những thành phần có sẵn trong cây Chúng thường được sử dụng phổ biến trong nhiều nước trên thế giới để làm thức ăn với hàm lượng dinh dưỡng và tinh bột cao (Bảng1.1) Hạt sen và củ sen gồm rất nhiều dinh dưỡng bổ ích Hạt sen, ngó sen,củ sen

là các sản phẩm mang lại giá trị dinh dưỡng cao nhất ở cây sen, chúng bao gồm protein, lipid, gluxit, các chất khoáng (canxi, sắt, photpho, natri, kali), chất xơ, vitamin ( B1, B2, C) và nhiều axit amin không thay thế, rất cần thiết cho con người Hạt sen có hàm lượng bột đường, protein khá cao, ít chất béo, hàm lượng canxi cao cần thiết cho phát triển xương, giúp lưu thông máu và chất dịch trong cơ thể

1.1.2 Giá trị y học

Hạt sen trị tỳ hư, lỵ, di mộng tinh, khí hư, hồi hộp mất ngủ, cơ thể suy nhược, kém ăn, ít ngủ, cắt nôn hay làm dịu phản ứng co giật của hệ thống tiêu hoá Hạt sen chín có tính bổ tì và được sử dụng để điều trị bệnh tiêu chảy mãn tính, tăng tiết dịch và khí hư, cũng như có tác dụng làm giảm đau, rất hiệu quả trong điều trị bệnh mất ngủ

và đau tim Tâm sen có tác dụng làm an thần, trị mất ngủ, sốt cao với thần kinh căng thẳng, cao huyết áp

Lá sen chữa chảy máu (đại tiện ra máu, chảy máu chân răng, xuất huyết dưới da), trị cao huyết áp Quả sen chữa lỵ, cấm khẩu Gương sen là thuốc cầm máu, chữa đại tiểu tiện ra máu, bạch đới, huyết áp cao Ngó sen là thuốc cầm máu, chữa đại tiểu tiện ra máu, chảy máu cam, tử cung xuất huyết [21]

1.1.3 Giá trị văn hóa, thẩm mỹ

Giá trị của cây sen không chỉ dừng lại ở ý nghĩa vật chất, kinh tế mà còn mang

cả ý nghĩa về mặt tinh thần Ngoài mục đích làm thuốc và thực phẩm, nói đến cây sen chúng ta còn nghĩ ngay đến 3 hình tượng thiêng liêng, thanh khiết và cao quý người Việt Nam là Phật Thích Ca, Bác Hồ kính yêu và tâm hồn con người Việt Nam [3] Ngày nay nhiều người còn dùng sen như thú chơi cây cảnh bởi vẻ đẹp nhẹ nhàng, thanh thoát của chúng Loại sen chúng ta thường thấy ngoài đầm trồng để thu hoạch hạt, lá, hoa,… là giống sen Việt Sen Việt hồng giản dị, gần gũi được nhiều người ưu chuộng

Ngoài ra, các sản phẩm từ cây sen còn được dùng làm nguyên liệu trong ngành thời trang và mỹ phẩm cao cấp Từ cuống lá của cây sen có thể sản xuất ra tơ sen làm vải lụa chất lượng cao Sản phẩm may mặc thủ công được làm từ tơ sen rất được ưa chuộng, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn gấp nhiều lần so với các sản phẩm cùng loại làm từ nguyên liệu sợi khác [24] Hoa sen ngoài giá trị thẩm mỹ còn được dùng sản xuất nước hoa có hương thơm quyến rũ

Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng có trong 100g củ sen và hạt sen [19]

Chất béo (g) 0,0 0,0 0,2 1,9

Đường (g) 15,1 15,8 21,1 62,0

Chất xơ dễ tiêu (g) 0,6 0,6 1,4 1,9

Canxi (mg) 18,0 17,6 95,0 190,0 Phosphorus (mg) 60,0 55,0 220,0 650,0 Sắt (mg) 0,6 0,5 1,8 3,1

Natri (mg) 28,0 19,0 2,0 250,0 Kali (mg) 470,0 350,0 420,0 1100,0 Vitamin B1 (mg) 0,09 0,07 0,19 0,26

Vitamin B2 (mg) 0,02 0,01 0,08 0,10

Niacin (mg) 0,2 0,2 1,16 2,1

Vitamin C (mg) 55,0 37,0 0,0 0,0

1.2 ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÂY SEN VÀ HẠT SEN

1.2.1 Đặc điểm sinh học của cây sen

Cây Sen có (tên khoa học Nelumbo nuciera Gaerth) thuộc họ sen Nelumbonaceae

Phân bố ở vùng nhiệt đới châu Á và châu Mỹ, được trồng nhiều ở ao hồ, vùng trũng thấp đầm lầy và vùng đồng bằng Mùa hoa sen từ tháng 5 đến tháng 6, mùa thu hoạch hạt sen từ tháng 7 đến tháng 9 [8]

Sen là một loại cây mọc dưới nước, sống dai nhờ thân rễ (ngó sen) Ngó sen màu trắng, tiết diện gần tròn, có khía dọc màu nâu, ngọn có mang chồi hình chóp nhọn Thân rễ phình to thành củ, màu vàng nâu, hình dùi trống, gồm nhiều đoạn, thắt lại ở giữa, trong có nhiều khuyết rộng Lá sen hình lọng có 2 thùy sâu đối xứng nhau, dài 30-55 cm, rộng 20-30 cm, mép lá hơi uốn lượn, mặt trên xanh đậm, nhẵn bóng, mặt dưới xanh nhạt, nhám Gân tỏa tròn, nổi rõ ở mặt dưới Cuống lá màu xanh, hình trụ, dài 1-1,5 m, có nhiều gai Hoa to, màu hồng hay trắng Cuống hoa màu xanh, dài 1,3-1,5 m, già chuyển sang màu nâu, có nhiều gai nhọn Cuống lá và cuống hoa có nhiều khoang rỗng bên trong Đế hoa rất lồi dạng hình nón ngược, mép lồi lõm, xốp, non màu vàng, già màu xanh, dài 5-7 cm, đường kính 6-8 cm, chứa nhiều quả sen Bao hoa gồm 12-16 phiến xếp xoắn ốc không phân biệt rõ lá đài và cánh hoa, bên ngoài 3-5 phiến màu xanh hơi hồng, dài 3-6 cm; bên trong các phiến thuôn dài hình thuyền, dài 9-16 cm, rộng 4-9 cm, màu trắng hồng, đậm hơn ở bìa và ngọn cánh hoa, nhiều gân dọc nổi rõ ở mặt dưới; móng rất ngắn, màu trắng, hình chữ nhật hơi loe Bộ nhị: nhiều, rời, đều, đính xoắn ốc, chỉ nhị màu trắng, hình sợi, nhẵn [8]

Hình 1.1 Hoa, gương và lá sen

Bộ nhụy nhiều lá noãn rời đính thành nhiều vòng vùi sâu trong đế hoa, bầu màu vàng nhạt, hình bầu dục dài 6-11 mm, rộng 3-4 mm Vòi nhụy rất ngắn, đầu nhụy hình tròn, lõm ở giữa Quả bé màu xanh, nhẵn, hình bầu dục, dài 1,7-2,5 cm, đường kính 0,6-1,2 cm Hạt màu trắng, dài 1,3-1,5 m, đường kính 5-6 mm, 2 lá mầm dày mập màu trắng bên trong có tâm sen màu xanh Tâm sen gồm rễ mầm, thân mầm, chồi mầm và

2 lá đầu tiên Hoa sen có rất nhiều màu, dao động từ màu trắng như tuyết tới màu vàng hay hồng nhạt [8]

Hình 1.2 Nhụy, quả và hạt sen

1.2.2 Các giống sen được trồng phổ biến ở Việt Nam

Ở nước ta cây sen đã được trồng nhiều suốt từ Bắc vào Nam Các giống sen hiện đang được trồng chủ yếu là các giống địa phương, một số ít là nhập nội với tiềm năng từ sự đa dạng loài sen là rất lớn Hiện nay, trên đất nước Việt Nam có hơn 20 loài sen bản địa và khả năng nhập nội gần 100 loài Hoa sen đẹp, nhiều màu sắc và hương thơm, đa dạng hình thái thực vật về hình dạng cây, lá và hoa (hình 1.3) Một số loài có thể ghi nhận ở Việt Nam: Sen hồng và Sen trắng cung đình Huế, Sen hồng và sen trắng cánh đơn Nam bộ, Sen hồng và Sen trắng Hồ Tây, Sen hồng Quan Âm Liên Hoa, Sen trắng Quan Âm Bách diệp, Sen trắng cánh kép, Sen trắng cánh kép viền tím, Sen hồng

lá to, Sen Nhật bản, Sen Thái Lan Sự đa dạng loài, đa dạng sinh học là tiềm năng vô giá của cây sen sẵn có trong thế giới tự nhiên [4]

Hình 1.3 Sự đa dạng của hoa sen

Đồng Tháp Mười là nơi có diện tích trồng sen lấy hạt lớn nhất nước với diện tích 423 hecta trải dài trên ba tỉnh: Long An, Tiền Giang và Đồng Tháp (hình 1.4) Sen được trồng chủ yếu để thu ngó sen với gương sen và thu hoạch chỉ sau 1 tháng gieo trồng Hơn nữa, trên thị trường thì giá trị 2 mặt hàng này cũng khá cao và luôn ổn định đầu ra nên đã góp phần tăng thu nhập cho nhiều người trong vùng lên đến gần 100 triệu đồng/vụ/hecta [20]

Hình 1.4 Đồng sen ở Tháp Mười

1.2.3 Các giống sen được trồng phổ biến ở Thừa Thiên Huế

Ở Thừa Thiên Huế, sen được trồng trong các ao, hồ và quanh khu vực đại nội Giống sen được trồng phổ biến là giống sen cao sản chủ yếu được lấy giống từ Quảng

Nam ra ươm trồng Ngoài ra, ở Thừa Thiên Huế còn trồng giống sen quý như: Sen Cung Đình hồng nhỏ nhắn dễ thương với đài hoa giống những chú sếu đang đứng ăn trên cánh đồng Tương tự sen Cung Đình hồng, sen Cung Đình trắng cũng là một loại hoa được vua chúa ngày xưa chọn tô điểm cung đình (hình 1.5) Hạt sen có giá trị kinh

tế cũng như giá trị dinh dưỡng cao nên được người dân rất ưa chuộng Diện tích trồng được mở rộng và quá trình chăm sóc cũng được cải thiện đáng kể nhờ vào việc sử dụng công nghệ kỹ thuật vào sản xuất cũng như bảo quản sản phẩm Hạt sen Thừa Thiên Huế có rất nhiều dinh dưỡng và rất có giá trị trong ẩm thực, y học

Hình 1.5 Sen cung đình trồng ở Thừa Thiên Huế

Đặc điểm của sen cao sản Huế có thể mô tả như sau: Cây sen có thân hình trụ (ngó sen) và rễ mập (củ sen) Lá gần như tròn, mọc trải trên mặt nước, trên một cuống dài, lá màu xanh bóng, nổi gân rất rõ Hoa to trên cuống dài, có nhiều cánh hoa mềm, xếp toả tròn đều, màu hồng, trắng hay vàng tuỳ chủng loại Hoa có nhiều nhị màu vàng

và những lá noãn rời, những lá noãn này sau đó hình thành quả gắn trên một đế hoa hình nón ngược màu xanh (gương sen) Mỗi quả chứa một hạt trong có một chồi mầm (tâm sen)

Hoa sen to, mọc riêng rẽ lên cuống dài và thẳng, phủ đầy gai nhọn Đường kính hoa khoảng 8-12 cm, có nhiều cánh hoa, màu hồng, hồng đỏ, màu trắng, có 3-5 lá đài, màu lục nhạt, rụng sớm Những cánh hoa phía ngoài to, khum lòng máng, những cánh hoa ở giữa và cuống nhỏ hẹp dần Giữa cánh hoa và nhị có những dạng chuyển tiếp Nhị có số lượng lớn, màu vàng, chỉ nhị mảnh, phần gạo sen màu trắng và thơm

Hạt sen Thừa Thiên Huế trở thành một đặc sản nổi tiếng gần xa bởi sự thơm ngon đặc biệt Những cây sen được trồng trên đất cố đô, hấp thụ những tinh túy đất trời, cho ra đời những hạt sen màu sắc trắng pha vàng nhạt rất tươi tắn, vị bùi béo, ngọt

mát thanh thanh trên vị giác Hạt sen Thừa Thiên Huế được phơi khô, kết thành chùm,

là một hình ảnh rất quen thuộc đặc trưng của sen Thừa Thiên Huế

Bảng 1.2 Các đặc điểm đặc trưng của sen Thừa Thiên Huế

1 Màu sắc phiến lá Xanh đậm

2 Độ ráp trên bề mặt phiến lá Mặt lá ráp

3 Số gân /lá 20-22

4 Cuống lá, cuống hoa Màu xanh nhạt

5 Màu sắc nụ hoa Hồng nhạt

6 Hình dạng nụ hoa Bầu dục dài, chóp tù

7 Màu sắc cánh hoa Màu hồng

8 Cấu tạo cánh hoa Cánh kép

9 Kiểu gương sen Gương mặt bằng

10 Hình dạng hạt sen xanh Bầu dục dài

1.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT SEN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.3.1 Tình hình sản xuất sen trên thế giới

Cây sen có nguồn gốc từ các nước châu Á nhiệt đới [3], xuất phát từ Ấn Độ [13], sau đó được đưa đến Trung Quốc, Nhật Bản, vùng bắc châu Úc và nhiều nước khác Ngày nay sen được trồng ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là ở Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, các nước Đông Nam Á, Nga và một số nước Châu Phi Tuy nhiên, Châu Á là nơi cây sen được tiêu thụ mạnh nhất [8]

Nhật Bản

Các giống sen của Nhật được du nhập từ Trung quốc vào 500 năm sau công nguyên, bị nội địa hóa và mang các tên gọi Nhật Bản như Taihakubasu, Benitenjo, Kunshikobasu, Sakurabasu, Tenjinkubasu, Tenno, Aichi, Shina, Shirobana, Bitchu

và được trồng rộng rãi từ đảo Hokkaido đến đảo Kyushu [16] Các giống sen trồng ở

Nhật do đó được phân thành nhóm có nguồn gốc từ Nhật Bản và Trung Quốc Giống sen nguyên thuỷ có nguồn gốc Nhật Bản chuyên cho hoa trang trí còn những giống sen cho củ hiện nay được du nhập từ Trung Quốc Hầu hết giống sen trồng như Tenno cho hoa đỏ và Aichi cho hoa trắng có củ thon dài, thuộc nhóm ngắn ngày và trung mùa Giống sen Trung Quốc như Shina Shirobana, Bitchu có thời gian sinh trưởng dài hơn nhưng cho năng suất cao và kháng bệnh tốt hơn Hiện nay tại Nhật Bản có khoảng 350 loài sen Hoa sen trồng trong các công viên quốc gia, chùa chiền, lăng tẩm Nhật với mục đích tạo sinh cảnh Giống sen lấy củ được trồng ở một số ít tỉnh miền trung và miền nam nước Nhật Năm 1982, trên diện tích 6.350 hecta sản lượng củ sen đạt được

là 82.200 tấn củ Tuy nhiên, năm 1998 diện tích trồng sen đã giảm xuống chỉ còn 4.900 hecta và sản lượng củ sen là 71.900 tấn [14; 15]

Trung Quốc

Trung Quốc là nước sản xuất sen lớn nhất thế giới với hơn 100 loại khác nhau, diện tích trồng sen của Trung Quốc trên 133,400 hecta, năng suất sen bình quân 22,5 tấn/hecta và sản lượng đạt trên 3 triệu tấn củ/năm Thời vụ thu hoạch củ sen Trung Quốc

là từ tháng 8 đến tháng 3 năm sau Lượng củ sen được nhập khẩu từ Trung Quốc chiếm tới 70% tổng khối lượng củ sen trên thị trường Hàn Quốc và Nhật Bản [12] Sản lượng sen lấy hạt tại Trung Quốc đạt 8.000-14.000 tấn/năm từ những năm 1990 [11]

Hàn quốc

Năm 1995, diện tích canh tác sen của Hàn Quốc là 291 hecta, đạt sản lượng 9.261 tấn củ (Anon,1997) Năng suất củ sen trung bình của Hàn Quốc là 31,83 tấn/ hecta Thời vụ thu hoạch củ sen từ tháng 8 đến tháng 12 Hàn Quốc cũng là nước nhập khẩu nhiều củ sen và hạt sen [23]

1.3.2 Tình hình sản xuất sen ở Việt Nam

Ở nước ta, sen được trồng suốt từ Bắc vào Nam Miền Bắc, sen được trồng nhiều tại các tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang, Hưng Yên, Hải Dương, Hà Nam, Hà Nội…tại các vùng đất trũng miền Trung, có Nghệ An, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Ninh Thuận, Bình Thuận Sen phát triển nhiều ở khu vực ĐBSCL như Long An, Sóc Trăng, Tiền Giang, An Giang đặc biệt Đồng Tháp - được coi là xứ sở của cây sen

Hưng Yên là tỉnh trồng nhiều sen ở đồng bằng Sông Hồng Các sản phẩm từ cây sen như hoa, hạt, tâm, nhụy, lá, ngó sen đều có thể bán được, đem lại thu nhập cao cho người trồng Thông thường hạt sen có giá từ 40.000- 50.000 đồng/kg Bên cạnh đó sản phẩm hạt sen khô cũng được nhiều thương lái đến tìm mua bởi chất lượng thơm ngon, bùi, ngậy [25] Theo số liệu của Sở NN và PTNT Hưng Yên, hiện tỉnh có khoảng 100

cơ sở chế biến hạt sen khô và đang tạo việc làm cho hơn 2.000 lao động, với thu nhập 2-2,5 triệu đồng/người/tháng.Với sản lượng sen của Hưng Yên hiện nay, chỉ đáp ứng được 1/3 số lượng hạt sen của các cơ sở thu mua, chế biến Việc thu mua sen ở Hưng Yên diễn ra nhỏ lẻ, rất tốn thời gian, công sức, nên các cơ sở vẫn phải nhập sen từ miền Nam và sen nhập khẩu để đảm bảo phục vụ chế biến trong 1 năm [26]

Đồng bằng sông Cửu Long và nhất là Đồng Tháp Mười là nơi có diện tích trồng sen lấy hạt lớn nhất cả nước Đồng Tháp Mười có 697.000 hecta trải dài trên các Tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp Trong đó, Long An chiếm diện tích lớn, nhưng sen mọc tại tỉnh Đồng Tháp đẹp, hương thơm và sống tập trung trên nhiều cánh đồng lớn Nông dân tại tỉnh Đồng Tháp có nhiều kinh nghiệm thu hoạch, khai thác hoa, ngó, gương sen vào mùa nước nổi và kinh nghiệm trồng và chăm sóc cây sen lấy sản phẩm [3]

1.4 BẢO QUẢN HẠT SEN Ở VIỆT NAM

Có rất nhiều phương pháp mà con người sử dụng để bảo quản thực phẩm, nhưng đối với hạt sen thì chủ yếu người dân sử dụng phương pháp đông lạnh và sấy khô Hạt sen tươi được bọc trong các bì nilon kín nhằm tránh sự thoát hơi nước và giữ được các

vi chất có trong nó Sau đó hạt sen được mang bảo quản lạnh hoặc sấy khô (hình 1.6) Hiện nay, ở Việt Nam hạt sen chủ yếu được bảo quản ở dạng khô sau khi được sấy và được đóng bao bì, đưa ra thị trường tiêu thụ

Hình 1.6 Bảo quản hạt sen

(a): Bảo quản lạnh hạt sen tươi; (b): Hạt sen sấy khô

Đối với hộ gia đình, phương pháp bảo quản lạnh được sử dụng khá rộng rãi bởi cách thực hiện khá đơn giản nhưng cũng rất hiệu quả Tủ lạnh trong gia đình được dùng nhiều, nó có thể làm tăng khả năng chịu đựng của thực phẩm, làm chậm quá trình

phát triển của vi khuẩn, cũng như làm chậm các biến đổi hoá học xảy ra bên trong thực

phẩm Bảo quản lạnh có rất nhiều lợi ích như: không chất bảo quản, an toàn thực phẩm, thuận tiện và linh hoạt, nhưng lại không bảo quản hạt sen được lâu Vì vậy

bảo quản lạnh chỉ dùng cho sen tươi với số lượng nhỏ cho hộ gia đình Còn lại đa số hạt sen sau khi thu hoạch sẽ được bóc vỏ và lọai bỏ tim sen rồi đem sấy hoặc phơi ngoài trời Cách làm khô hạt sen này của người dân còn manh mún mà hiệu quả lại thấp, chất lượng hạt không đều, độ ẩm không đảm bảo, hoàn toàn phụ thuộc vào thời tiết, tổn thất lớn do gãy vỡ, sản phẩm sau khi sấy thường bị nhiễm khuẩn như nấm, mốc hoặc chim, chuột xâm nhập phá hoại, khó khống chế nhiệt, nhiệt độ trên các sân

bê tông có thể quá cao gây rạn nứt ngầm cho hạt sen, không chủ động khi trời mưa đột xuất, tốn nhiều công lao động Vì vậy, yêu cầu cấp thiết là có những loại máy móc hay thiết bị sấy phù hợp, đảm bảo cho quá trình bảo quản hạt sen được lâu hơn Đối với phương pháp truyền thống thì hạt sen thường được chọn bởi người nông dân, bóc vỏ, lấy lõi, phơi khô lưu trữ và bán hàng Quá trình sen phơi khô truyền thống thường được bóc vỏ sau khi hạt sen tươi để lõi, sau đó hạt sen được phơi khô nhờ ánh nắng mặt trời (hình 1.7) Việc sử dụng các chế độ tiếp xúc ánh nắng mặt trời để làm khô hạt sen dẫn đến khả năng an toàn thấp, ảnh hưởng đến chất lượng của hạt và phụ thuộc nhiều vào thời tiết

Hình 1.7 Phơi khô hạt sen dưới ánh nắng mặt trời

1.5 TỔNG QUAN VỀ MÁY SẤY HẠT NÔNG SẢN Ở VIỆT NAM HIỆN NAY

Theo thống kê hiện nay, trên thị trường cũng như trong đời sống thì do điều kiện khí hậu cũng như tác động của môi trường nên việc phát triển đa dạng các thiết bị

sấy hạt nông sản ngày càng đang được sử dụng phố biển Khi mới thu hoạch, hạt

thường có độ ẩm cao, trung bình 20-22 % Một số loại hạt hay quả thu hoạch vào mùa

mưa ở nước ta, độ ẩm lúc đầu của chúng có thể tới 35-40 % Những hạt ẩm, nếu không

được sấy kịp thời có thể bị thâm, chua, thối thậm chí có thể hư hỏng hoàn toàn Một số

loại hạt như đỗ tương, vừng, hạt cải v.v phải phơi sấy tới độ khô nhất định mới tách,

lấy hạt ra khỏi vỏ thuận lợi Tất cả các loại hạt trước khi đưa vào kho bảo quản, nhất

thiết phải qua phơi sấy tới độ ẩm an toàn [6]

Các thiết bị sấy hạt nông sản trên thị trường hiện nay ngày càng phong phú và

đa dạng Cụ thể một số loại thiết bị được sử dụng như:

Thiết bị sấy kiểu hầm:

Hình 1.8 Thiết bị sấy kiểu hầm

1 Phểu cấp nguyên liệu; 2 Cửa thoát khí ẩm; 3 Nguyên liệu;4 Lưới sang; 5.Cửa lấy

nguyên liệu; 6 Quạt; 7.Buồng sấy; 8 Buồng đốt; 9 Van dẫn hướng

Nguyên lý hoạt động: Vật liệu ẩm được đưa vào buồng sấy qua phểu cấp liệu 1,

trong buồng sấy có bố trí đặt thêm một lưới sàng 4 Tác nhân sấy có thể là không khí

nóng hoặc khói lò, tác nhân sấy đi vào buồng sấy nhờ vào dòng khí thổi của quạt số 6

Tốc độ cũng như lưu lượng của tác nhân sấy được điều chỉnh qua van dẫn hướng và di

chuyển vào buồng sấy theo chiều từ dưới lên Hơi ẩm của vật liệu sấy được đưa ra

cùng với dòng khí nóng ở cửa số 2 Sau khoảng thời gian sấy cần thiết thì vật liệu sấy

sẽ được đưa ra ngoài môi trường theo cửa số 5

Đây là phương pháp sấy được sử dụng phố biển hiện nay, tuy nhiên với phương pháp sấy này thì độ đồng đều của nhiệt độ là không cao vì nhiệt độ đáy buồng sấy luôn lớn hơn nhiệt độ trên miệng buồng sấy

Thiết bị sấy theo phương pháp thăng hoa:

Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa của nước Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi Ở điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng nên để thăng hoa chúng cần được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông Chính vì thế nên sấy thăng hoa còn được gọi là phương pháp sấy lạnh đông hay làm khô bằng phương pháp cho đóng băng

Khi sấy thăng hoa, ẩm chuyển dời trong sản phẩm ở dạng hơi không kéo theo

nó những chất trích ly và những vi sinh vật Trong sản xuất vi sinh, sấy thăng hoa được ứng dụng cho các vi sinh vật, nấm men, vitamin, kháng sinh, các enzim không bền ở nhiệt độ cao

Thường quá trình sấy thăng hoa được bắt đầu từ lúc làm lạnh đông bề mặt sản phẩm đến nhiệt độ − 20, − 30

0

C Tốc độ làm lạnh đông các vật liệu không bền nhiệt ảnh hưởng tới việc bảo quản hoạt động sống của vi sinh vật và độ hoạt hoá của các chế phẩm sinh học, vì khi làm lạnh nhanh các sản phẩm tạo nên đá ở bên trong tế bào, xảy

ra biến đổi nhanh chóng thành phần các dung dịch sinh lý bên trong và bên ngoài tế bào và dẫn tới sự phá huỷ và làm chết tế bào

Tất cả các vật liệu sinh học đem sấy thăng hoa có độ ẩm khác nhau, cho nên chúng có những điểm ba Ơtecti khác nhau, khi đó có thể có sự cân bằng đá, pha lỏng

và pha hơi Cho nên đối với các vật liệu vi sinh, tốc độ lạnh đông của chúng được xác định bằng thực nghiệm Quá trình thăng hoa xảy ra ở những giá trị áp suất hơi trên bề mặt vật liệu và giá trị nhiệt độ trong các điểm nằm ở dưới điểm ba cân bằng pha của dung môi (nước) Các máy sấy thăng hoa có sự tác động tuần hoàn hay liên tục Hình 1.9 là một ứng dụng của sấy thăng hoa tác động tuần hoàn Thiết bị này gồm phòng sấy hình trụ kín (nồi thăng hoa) 1, ở trong có giàn ống rỗng 2, vật liệu sấy cho vào đây Nồi thăng hoa làm việc một cách tuần hoàn như một phòng lạnh Ở chế độ làm lạnh, bơm 5 đẩy tác nhân lạnh ở bên trong ống 2

Hình 1.9 Sơ đồ thiết bị sấy thăng hoa tác động tuần hoàn

Máy sấy tĩnh vỉ ngang:

Máy sấy tĩnh vỉ ngang hoạt động theo nguyên lý sấy đối lưu cưỡng bức Dòng khí nóng nhờ quạt thổi đi xuyên qua lớp hạt và mang hơi ẩm ra ngoài Thiết bị có kết cấu tương đối đơn giản, phù hợp quy mô hộ gia đình và được ứng dụng rộng rãi để sấy các loại hạt nông sản

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy sấy tĩnh vỉ ngang

1 Thành buống sấy; 2 Sàn sấy; 3 Quạt sấy; 4 Buồng hoà khí; 5 Lò đốt; 6 Quạt lò;

7 Đồng hồ đo nhiệt

Hạt nông sản được đổ trên sàn sấy, không khí từ lò đốt được quạt đẩy vào phía dưới buồng sấy, rồi xuyên qua lớp hạt làm hạt nóng lên, bay hơi ẩm và khô dần Không khí nóng bị mất nhiệt, nhận ẩm, giảm nhiệt độ và thoát lên trên để ra ngoài Nguồn nhiệt để sấy có được nhờ than đá hoặc phế thải nông nghiệp được đốt cháy trong lò đốt cung cấp Không khí nóng từ lò đốt có nhiệt độ cao nên được đi qua buồng hoà khí để hoà trộn với không khí môi trường, tạo ra một hỗn hợp không khí nóng có nhiệt độ phù hợp để sấy các nông sản khác nhau Nhiệt độ không khí nóng được thể hiện qua đồng hồ đo nhiệt độ đặt trên kênh dẫn khí nóng vào buồng sấy Nhiệt độ sấy được điều chỉnh theo yêu cầu công nghệ sấy của từng loại hạt nhờ điều chỉnh cửa ở buồng hoà khí

Máy sấy tĩnh vỉ ngang có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp; dễ thao tác phù hợp với trình độ lao động của các địa phương; chi phí sấy thấp Tuy nhiên, máy sấy tĩnh vỉ ngang có nhược điểm là độ đồng đều về độ ẩm của sản phẩm không cao nếu trong quá trình sấy sản phẩm không đảo trộn và khó cơ giới hoá

Máy sấy tĩnh vỉ đứng:

Máy sấy tĩnh vỉ đứng cũng là máy sấy cưỡng bức với hệ thống nhiệt trực tiếp hoặc gián tiếp nhưng khác với máy sấy tĩnh vỉ ngang là vật liệu sấy được nạp theo

chiều đứng của máy

Hình 1.11 Sơ đồ cấu tạo máy sấy tĩnh vỉ đứng

1 vật liệu đốt; 2 quạt lò; 3 quạt sấy; 4, 5 lò đốt; 6 vỉ sấy; 7 vật liệu sấy

Máy sấy thùng quay:

Bộ phận chính của máy là một thùng (trống) sấy hình trụ được đặt nằm ngang hay nghiêng một góc nhỏ, quay với tốc độ chậm (hình 1.12) Bên trong có gắn thêm các cánh dẫn để nâng hạt theo mặt trong chu vi thùng trước khi rơi trở lại đáy thùng Khi rơi tự do, hạt ẩm tiếp xúc với không khí sấy, dễ dàng truyền nhiệt và truyền ẩm

Hình 1.12 Máy sấy thùng quay

1 Buồng đốt; 2 Phểu nạp; 3 Băng tải (vít tải nạp liệu); 4 Thùng sấy;

5 Vít tải ra liệu; 6 Quạt; 7 Xyclon

Tùy theo cách bố trí vòng di chuyển của hạt nông sản qua thùng, ta phân biệt thành 2 loại:

- Máy sấy thùng quay làm việc theo mẻ: Thùng sấy được đặt nằm ngang, vật liệu sấy được đổ vào thùng với khối lượng bằng một mẻ sấy Thùng quay liên tục, không khí nóng được đưa vào một đầu thùng, thổi đều liên tục theo trục thùng và mang hơi ẩm thoát ra ở đầu kia hoặc không khí nóng được đưa vào bằng một ống đặt ở giữa đồng tâm với trục thùng, phân phối ra xung quanh qua các lỗ ở xung quanh ống Khí nóng sau khi trao đổi nhiệt và ẩm với hạt thoát xuyên qua các lỗ ở vỏ thùng và thoát ra ngoài Khi vật liệu khô, ta dừng máy để tháo vật liệu ra ngoài

- Máy sấy thùng quay làm việc liên tục: Thùng sấy được đặt nằm nghiêng một góc nhỏ 20 – 40 Vật liệu sấy được đưa vào một đầu và theo chiều nghiêng chuyển dần liên tục ra ngoài Không khí sấy vào một đầu thùng và thoát ra ở đầu kia Hướng

chuyển động của khí sấy có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu sấy Thời gian sấy là thời gian vật liệu di chuyển từ đầu vào đến đầu ra

Ưu điểm chính của máy sấy thùng quay là sấy được các hạt có độ ẩm cao, sản phẩm sau khi sấy có độ khô đồng đều Nhược điểm là hạt dễ bị tróc hoặc vỡ do bị đảo trộn nhiều lần trong máy

Sấy tầng sôi:

Nguyên lý làm việc của máy sấy tầng sôi thể hiện trên hình 1.13 Quạt gió (1) đưa không khí vào calorife (2) để được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết rồi thổi vào phần dưới của buồng sấy (4) với tốc độ thích hợp Vật liệu sấy từ phễu (3) rơi xuống buồng sấy, khí nóng thổi lên với tốc độ thích hợp làm cho vật liệu lơ lửng và xáo trộn cùng với khí nóng tạo thành lớp sôi Trong lớp sôi, khí nóng gia nhiệt và sấy khô vật liệu Những hạt vật liệu khô rơi vào cửa tháo liệu vào băng tải chuyển về kho Không khí thải cuốn theo một lượng bụi được dẫn vào thiết bị tách bụi xyclon (5), khi cần tách triệt để người ta lắp thêm xyclon tổ hợp hoặc lọc túi, khí thải được quạt hút (8) đẩy ra ngoài

Hình 1.13 Máy sấy tầng sôi

1 Quạt đẩy; 2 Calorife; 3 Phễu cấp liệu; 4 Buồng sấy; 5 Xyclon;

6 Băng tải; 7 Cửa tháo liệu; 8 Quạt hút

Máy có thể hoạt động theo mẻ hay liên tục Ở máy sấy tầng sôi dạng mẻ, sau thời gian sấy nhất định, hạt khô được tháo ra ngoài Ở máy sấy tầng sôi dạng liên tục, hạt ẩm

được cung cấp liên tục vào buồng sấy, đi dọc sàn sấy và thoát ra ở cuối sàn

Thiết bị sấy tầng sôi có ưu điểm hơn so với các thiết bị sấy khác là đảo trộn hạt nhanh nên hạt sấy đồng đều, khả năng truyền nhiệt và truyền ẩm cao trong vật liệu sấy Tuy nhiên, nhược điểm của thiết bị này là tốn năng lượng cao để tạo dòng khí, chi phí năng lượng riêng cao, gây nhiều bụi

1.6 TỔNG QUAN VỀ MÁY SẤY HẠT SEN

Hiện nay do nhu cầu tiêu dùng hạt sen khô nên các mô hình máy sấy hạt sen được ứng dụng rất phố biến ở Việt Nam Trong đó, máy sấy chủ yếu bao gồm một vỏ, buồng nướng và một màn hình Buồng nướng được cài đặt trong vỏ, các màn hình được đặt trong buồng nướng qua một rãnh kẹp cố định vào buồng nướng

Do vật liệu sấy là hạt sen nên máy sấy hạt sen được đặc trưng thêm các bộ phận gồm một buồng sưởi ấm, một thiết bị sưởi ấm và một thiết bị lưu thông không khí nóng, trong đó buồng sưởi ấm được đặt trong vỏ, bố trí bên cạnh buồng nướng và các thiết bị sưởi ấm Các thiết bị lưu thông không khí nóng được đặt trong buồng sưởi ấm Máy sấy hạt sen hiện nay rất đơn giản trong cấu trúc và tốt trong nướng hiệu ứng và làm khô hiệu lực

Một số thiết bị sấy hạt sử dụng phương pháp sấy khô, nướng nhanh, thổi tro gỗ

và không khí nóng đi trực tiếp vào kho nên sấy rất dễ dàng và nhanh Đồng thời, không khí sấy thường là đi vào từ một đầu, không thể làm tác nhân sấy lưu thông trong phòng sấy, do đó chỉ có một số vị trí trong kho hạt sen được sấy nướng tốt hơn Vì vậy, phương pháp sấy này gây ảnh hưởng đến chất lượng của mẻ sấy và chất lượng hạt sau khi sấy (hình 1.14)

Hình 1.14 Một loại máy sấy hạt trên thị trường

1.6.1 Tình hình nghiên cứu, chế tạo máy sấy hạt sen trên thị trường

Hiện nay trên thị trường trong nước, các mô hình về máy sấy hạt sen là rất ít, người dân chủ yếu sử dụng hình thức sấy tự nhiên bằng năng lượng mặt trời Ngoài ra, một số địa phương sử dụng các máy sấy hạt nông sản khác để sấy hạt sen Chính vì mục đích đó mà năng suất và chất lượng của hạt sen sau quá trình sấy không được cao Còn trên thế giới thì đã có một số mô hình sấy riêng cho hạt sen xuất hiện tại các nước

có công nghệ tiên tiến Cụ thể là mô hình sấy hạt sen bằng khí nóng trực tiếp ở hình 1.15

Hình 1.15 Một mô hình máy sấy phổ biến trên thị trường

1 Khung buồng sấy; 2 Buồng sấy; 3 Buồng trao đổi nhiệt; 4 Khay sấy; 5 Ống dẫn không khí nóng; 6 Buồng đốt; 7 Đáy buồng đốt; 8 Cửa không khí vào; 9 Ống khói;

10 Quạt thổi; 11 Cửa thoát ẩm; 12 Cửa không khí nóng vào buồng sấy

Với mô hình sấy tiện ích được thiết kế nhằm cung cấp một cấu trúc đơn giản, kết quả sấy nhanh, máy sấy hạt sen trên có tác dụng làm khô tốt Quá trình cấp tháo vật liệu cũng như quá trình điều chỉnh lưu lượng tác nhân sấy trong mô hình trên là rất dễ dàng Máy sấy hạt sen bao gồm: một nội các, phòng làm việc, màn hình theo dõi Ngoài ra còn có các bộ phận phụ như: quạt gió, kính chắn gió, hệ thống ống dẫn nhiệt…

Ưu điểm:

+ Hệ thống tuần hoàn không khí nóng lưu thông của nhiệt trong máy sấy

+ Dễ dàng cải thiện hiệu quả quá trình làm khô vật liệu sấy

+ Hạt sen sấy không bị ô nhiểm hay bị tác động của khói than làm ảnh hưởng chất lượng

Nhược điểm:

+ Bộ phận thu nhiệt chưa hiệu quả nên gây tổn thất nhiệt cao

+ Sự đồng đều độ ẩm hạt sau khi sấy tại các vị trí trong buồng sấy là không cao

1.6.2 Các loại máy và thiết bị sấy hạt sen tại Thừa Thiên Huế

Ở Thừa Thiên Huế, hiện nay các loại máy và thiết bị sấy hạt sen còn rất ít và không được sử dụng rộng rãi Chủ yếu người ta dùng phương pháp sấy thủ công ở quy

mô hộ gia đình với năng suất thấp, sản phẩm sau khi sấy có chất lượng thấp do hạt sen hấp thụ khí độc từ than (hình 1.16)

Hình 1.16 Buồng sấy thủ công

Cấu tạo buồng sấy than gồm: Tấm cót, bếp than và sào để treo chuỗi hạt sen Các tấm cót được xếp kín 4 góc, 1 tấm đậy trên cùng, số lượng các bếp than đặt trong buồng sấy tùy thuộc vào độ lớn của buồng sấy, số lượng sào được đặt theo số dây hạt sen treo sấy Ở Thừa Thiên Huế không có nhiều cơ sở sấy hạt sen, chủ yếu là nhập sen khô từ Quảng Nam ra, nhiều hộ kinh doanh còn mua sen tươi về sau đó gửi hàng vào Quảng Nam để sấy khô, số ít còn lại để hạt sen khô ở trên cây (còn gọi là sen già) rồi đem về bóc vỏ

Ưu điểm của việc để sen già rồi mới thu hoạch là giảm được chi phí nhiên liệu (than, củi), nhân công lao động đặc biệt trong quá trình sấy hạt, hạt sen sau khi thu hoạch vẫn đạt độ ẩm và thời gian bảo quản lâu Tuy nhiên nó cũng có khá nhiều nhược điểm như: thời gian thu hoạch lâu, chất lượng hạt không được như mong muốn do không kiểm soát được thời gian khô hạt dẫn đến nứt vỡ hạt, nhiều gương sen quá khô

làm hạt bị rụng hoặc rũ xuống thấm nước, hạt nguyên vỏ rất khó bóc, không thể xâu thành hạt nên đa số người dân ở Huế không ưa chuộng

Năm 2014 -2015, nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Nông Lâm Huế đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được mẫu máy sấy hạt sen SHS-50 với kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, sử dụng cho hộ và nhóm hộ gia đình kinh doanh và sản xuất hạt sen trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế năng suất 50 kg/mẻ (hình 1.17) Máy sấy hạt sen tươi SHS-

50 sử dụng nhiệt gián tiếp từ khói lò qua hệ thống calorifer Máy có thể tự động điều chỉnh nhiệt độ sấy nhờ hệ thống điều khiển đóng ngắt quạt lò nhằm tăng hay hạn chế quá trình cháy của lò đốt Máy sử dụng vật liệu sẵn có trên thị trường, hệ thống lò đốt

sử dụng các loại phụ phế phẩm nông nghiệp như củi, than, trấu, rơm…[5]

Hình 1.17 Máy sấy hạt sen SHS-50, khoa Cơ khí-Công nghệ, Đại học Nông Lâm Huế

(Nguồn: Trần Võ Văn May, 2016)

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Máy sấy hạt sen SHS-50 năng suất 50kg/mẻ tại khoa Cơ khí - Công nghệ - Đại học Nông Lâm Huế

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi không gian: Quá trình gia công cải tiến máy sấy được thực hiện tại xưởng thực hành nghề Vận hành máy thi công nền – trường Cao đẳng Cơ điện-Xây dựng và Nông Lâm Trung Bộ Hạt sen được thu mua ở Huế và thí nghiệm được thực hiện tại khoa Cơ khí - Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm Huế

Phạm vi thời gian: Gia công cải tiến được thực hiện từ 1/6/2018 đến 30/6/2018 Thí nghiệm khảo nghiệm máy được thực hiện từ 17/7/2018 đến 30/7/2018

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu kỹ thuật sấy hạt sen phổ biến ở Việt Nam

- Kiểm tra, đánh giá các thông số làm việc của máy sấy hạt sen tại khoa Cơ khí - Công nghệ Đại học Nông Lâm Huế

- Thiết kế cải tiến một số bộ phận làm việc của máy sấy hạt sen

- Tối ưu hoá một số thông số làm việc của máy bằng phương pháp thực nghiệm

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu

Nhằm thu thập các thông tin số liệu, các cơ sở lý thuyết liên quan tới hạt sen và sấy hạt sen Các kết quả nghiên cứu về sấy hạt nói chung và sấy hạt sen nói riêng của các tác giả đã công bố trên các sách báo, ấn phẩm Chủ trương, đường lối chính sách của Đảng, pháp luật của Nhà nước, của địa phương liên quan đến hạt sen

2.3.2 Phương pháp tính toán, thiết kế

Tính toán xác định các thông số của máy sấy hạt sen: chi phí nhiên liệu, tính toán năng lượng, tổn thất năng lượng; chi phí nhân công, chi phí khác…, phân tích để chỉ rõ những ưu nhược điểm của máy làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến

Thiết kế cải tiến một số bộ phận của máy sấy hạt sen tại khoa Cơ khí - Công nghệ Đại học Nông Lâm Huế nhằm nâng cao hiệu suất của máy

2.3.3 Phương pháp kiểm tra sự đồng đều độ ẩm hạt sen trong buồng sấy

Sử dụng phương pháp phân tích phương sai để kiểm tra sự đồng đều độ ẩm hạt sen sau khi sấy tại các vị trí khác nhau trong buồng sấy có phân phối chuẩn N (a,σ2) với số liệu phân bố bảng 2.1 [10]:

Sau khi phân tích phương sai 1 yếu tố cho ra kết quả bảng ANOVA như sau:

Bảng 2.2 Bảng phân tích phương sai 1 yếu tố

Nguồn sai số

Tổng các độ lệch bình phương (SS)

Bậc tự do (df)

Bình phương trung bình (MS)

Giá trị thống

kê (F)

Trong đó:

SSA: Tổng bình phương độ lệch riêng của các nhóm so với trung bình mẫu chung; SST: Tổng bình phương các độ lệch;

SSE: đặc trưng sự khác nhau trong nội bộ nhóm;

MSA: phương sai do các yếu tố nghiên cứu tạo ra;

MSE: phương sai do các yếu tố khác tạo ra;

Nếu giá trị thống kê F có phân phối Fisher bậc tự do k-1; n-k thì các số liệu đo được bằng nhau với mức ý nghĩa α

2.3.4 Phương pháp xác định độ ẩm hạt sen

Độ ẩm hạt sen được xác định bởi phương pháp sấy mẫu trong thời gian 5 giờ và ở nhiệt độ 1050C, khi đó lượng nước tự do có trong mẫu sẽ bốc hơi hết [17] Hạt sen sau khi sấy được lấy mẫu tại 6 vị trí khác nhau trong buồng sấy (hình 2.1) và đưa đi phân tích độ

ẩm hạt bằng máy sấy mẫu tại phòng thí nghiệm – khoa Cơ khí Công nghệ trường Đại Học Nông Lâm Huế

Công thức tính độ ẩm của hạt (W):

(2.1)

Trong đó:

M1: là khối lượng cốc sứ và mẫu trước khi sấy (g);

M2: là khối lượng cốc sứ và mẫu sau khi sấy (g);

M: là khối lượng mẫu đem sấy (g)

Hình 2.1 Lấy mẫu hạt sen để phân tích độ ẩm sau mỗi mẻ sấy

2.3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan hạt sen sau khi sấy

Chất lượng cảm quan hạt sen sau khi sấy được đánh giá dựa vào các tiêu chuẩn hình dáng, kích thước và màu sắc hạt so với mẫu chuẩn [6] Mẫu chuẩn dùng trong đánh giá là hạt sen sấy khô bằng máy đang bán trên thị trường Các yêu cầu đưa ra của sản phẩm sấy so với mẫu chuẩn bao gồm:

- Hình dáng: Hạt sen phải đồng nhất về hình dáng so với mẫu chuẩn Sản phẩm không bị co rút, nứt

- Màu sắc: Sản phẩm không có những vết đen trên bề mặt

Hình 2.2 Đánh giá cảm quan hạt sen so với mẫu chuẩn

2.3.6 Phương pháp thực nghiệm

Sử dụng phương pháp thực nghiệm [9] và phần mềm Modde 5.0 [18] để giải bài toán quy hoạch hóa thực nghiệm nhằm tối ưu hóa một số thông số làm việc của máy sấy hạt sen tại khoa Cơ khí - Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm Huế sau khi thực hiện cải tiến

2.3.6.1 Bài toán thí nghiệm

Hình 2.3 Bài toán thí nghiệm máy sấy hạt sen

Máy sấy hạt sen SHS-50

Nhiệt độ sấy

Vận tốc khí sấy

Thời gian đổi

chiều khí sấy

Độ ẩm hạt sen sau khi sấy

Chất lượng hạt sen về cảm quan

2.3.6.2 Bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu

a Chọn thông số nghiên cứu

Đối tượng của quy hoạch thực nghiệm là một quá trình hoặc hiện tượng nào đó

có những tính chất, đặc điểm chưa biết cần nghiên cứu Người nghiên cứu có thể chưa hiểu biết đầy đủ về đối tượng, nhưng đã có một số thông tin tiên nghiệm dù chỉ là sự liệt kê sơ lược những thông tin biến đổi, ảnh hưởng đến tính chất đối tượng Có thể hình dung chúng như một “hộp đen” trong hệ thống điều khiển gồm các tín hiệu đầu vào và đầu ra (hình 2.4)

Hình 2.4 Sơ đồ đối tượng nghiên cứu

Các biến kiểm tra được và điều khiển được, mà người nghiên cứu có thể điều chỉnh theo dự định, biểu diễn bằng vectơ: Z= [Z1, Z2, ,Zk]

Các biến kiểm tra được nhưng không điều khiển được, biểu diễn bằng vectơ:

b Quy hoạch hóa thực nghiệm và lập kế hoạch thực nghiệm

Để tính toán, phân tích và đánh giá ảnh hưởng của nhân tố đầu vào đã xác định trong bài toán thí nghiệm máy sấy hạt sen (hình 2.3), tôi sử dụng phần mềm máy tính Modde 5.0 (Modeling and Design) Đây là phần mềm hữu ích trợ giúp giải các bài toán mô hình hóa và tối ưu hóa thực nghiệm Phần mềm này được Fisher nghiên cứu

Z

T

E

Y

áp dụng từ năm 1926 và tiếp tục được Box Hunter, Scheffes, Tagushi và những người khác phát triển và hoàn thiện [18] Ưu điểm của phần mềm này là cung cấp cho người

sử dụng 1 công cụ tối ưu để thí nghiệm Modde 5.0 cho phép tính toán các hệ số của phương trình hồi quy, phân tích ảnh hưởng của các yếu tố trong phương trình hồi quy

Kế hoạch thực nghiệm:

Kế hoạch thực nghiệm bao gồm các điểm thí nghiệm gọi là điểm của kế hoạch

Đó là một bộ (còn gọi là phương án) kết hợp các giá trị cụ thể của các yếu tố vào Z, ứng với điều kiện tiến hành một thí nghiệm trong tập hợp các thí nghiệm của thực nghiệm Tại điểm thứ i của kế hoạch, bộ kết hợp các giá trị Zji bao gồm giá trị cụ thể của k yếu tố đầu vào :

Zji = [Z1i, Z2i, , Zki] (2.2) Trong đó:

i = 1, 2, , N: là điểm thí nghiệm thứ i của kế hoạch thứ i

N: là số điểm thí nghiệm của kế hoạch

j = 1, 2, , k: là yếu tố thứ j ; k là số yếu tố đầu vào

Các mức yếu tố

Các giá trị cụ thể của yếu tố vào Z được ấn định tại các điểm kế hoạch gọi là các mức yếu tố Khái niệm mức yếu tố dược sử dụng khi mô tả các điểm đặc trưng trong miền quy hoạch: mức trên, mức dưới, mức cơ sở, mức sao“*” Mức cơ sở Z0j của các yếu tố là điều kiện thí nghiệm được quan tâm đặc biệt Thông thường vectơ các yếu tố đầu vào tại mức cơ sở Z0=[Z0j,Z0j, , Z0j] chỉ ra trong không gian yếu tố một điểm đặc biệt nào đó gọi là tâm kế hoạch, mà trong vùng quanh nó phân bố toàn bộ các điểm

kế hoạch Các tọa độ Z0j của vectơ Z0 được chọn theo công thức:

(2.3)

(2.4)