Nghiên cứu tách chiết dầu vỏ hạt điều và ứng dụng làm nhiên liệu sinh học

Hiện nay, việc khai thác tiềm năng của vỏ hạt điều là chưa triệt để, bởi cho đến thời điểm này vỏ hạt điều chỉ được dùng để đốt, ép lấy dầu hay thu lấy dịch hạt điều CNSL sử dụng làm ngu

-o0o -

NGUYỄN THỊ THANH HIẾU

NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT DẦU VỎ HẠT ĐIỀU VÀ

ỨNG DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU SINH HỌC

-o0o -

NGUYỄN THỊ THANH HIẾU

NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT DẦU VỎ HẠT ĐIỀU VÀ

ỨNG DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU SINH HỌC

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực tập ở phòng thí nghiệm, được sự hướng dẫn và giúp

đỡ tận tình của thầy cô, gia đình và bạn bè, cùng với những kiến thức tích lũy được trong 4 năm học đến nay em đã hoàn thành đề tái tốt nghiệp của mình

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn:

Thầy PGS.TS Ngô Đăng Nghĩa, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình hoàn thành đề tài này

Quý thầy cô Viện Công nghệ sinh học và Môi trường, trường Đại học Nha Trang đã dạy bảo em trong suốt thời gian học tại trường, và nhiệt tình chỉ bảo em trong thời gian làm đề tài

Cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm công nghệ môi trường, phòng công nghệ sinh học, phòng hóa – vi sinh, phòng sắc ký đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em trong thí nghiệm nghiên cứu

Cảm ơn anh Huy, giám đốc công ty Casanco đã nhiệt tình giúp đỡ

Cảm ơn gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn!

Nha trang, tháng 06 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thanh Hiếu

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Đặc điểm sinh học cây điều 3

1.1.1 Phân loại và nguồn gốc 3

1.1.2 Đặc điểm thực vật 4

1.1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ điều ở Việt Nam 7

1.2 Nhân hạt điều 10

1.2.1 Quy trình sản xuất nhân điều 11

1.2.2 Các phương pháp xử lý tách nhân điều 14

1.2.2.1 Phương pháp dùng nhiệt 14

1.2.2.2 Các phương pháp chế biến khác 15

1.2.3 Vấn đề môi trường trong sản xuất hạt điều 15

1.3 Tổng quan về vỏ và dầu vỏ hạt điều 17

1.3.1 Vỏ hạt điều và hướng sử dụng vỏ hạt điều 17

1.3.2 Thành phần, tính chất dầu vỏ hạt điều 18

1.3.3 Ứng dụng dầu vỏ hạt điều 22

1.3.4 Tình hình sản xuất, tiềm năng và triển vọng của dầu vỏ hạt điều ở nước ta 23

1.4 Tổng quan về quá trình tách dầu điều 25

1.4.1 Giới thiệu về phương pháp ép 25

1.5 Tổng quan về nhiên liệu sinh học 27

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Đối tượng nghiên cứu: 30

2.2 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 30

2.3 Quy trình thí nghiệm 31

2.4 Phương pháp tiến hành 34

2.4.1 Chuẩn bị nguyên liệu 34

2.4.2 Chiết tách dầu vỏ hạt điều bằng phương pháp ép cơ học 34

2.4.3 Trích ly dầu vỏ hạt điều bằng phương pháp chiết Soxhlet 36

2.4.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết 38

2.4.5 Xác định các chỉ số hóa - lý của dầu vỏ hạt điều 40

2.4.6 Phương pháp xử lý số liệu 41

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42

3.1 Kết quả khảo sát độ ẩm nguyên liệu 42

3.2 Kết quả tách chiết dầu vỏ hạt điều 42

3.2.1 Kết quả hàm lượng CNSL thu được từ phương pháp ép 42

3.2.2 Chiết dầu vỏ hạt điều bằng dung môi 44

3.3 Thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết CNSL với dung môi n-hexan 47

3.3.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly 47

3.3.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiết 49

3.4 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của dầu vỏ hạt điều 50

3.4.1 Hàm lượng nước 51

3.4.2 Hàm lượng tro 51

3.4.3 Tỷ trọng 52

3.4.4 Xác định độ nhớt 52

3.4.5 Xác định chỉ số Acid: 53

3.4.6 Nhiệt độ chớp cháy cốc hở 54

3.4.7 Nhiệt trị 54

3.5 So sánh với các dầu thực vật được ứng dụng làm nhiên liệu sinh học khác 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

Kết luận 56

Kiến nghị 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CNSL: Cashew nut shell liquid

DVHĐ : Dầu vỏ hạt điều

NL/DM: Nguyên liệu/dung môi

NN & PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Thị trường xuất khẩu hạt điều của Việt Nam 11 tháng đầu năm 2012

(ĐVT: USD) 8

Bảng 1 2 Đặc tính một số loại dầu vỏ hạt điều thương phẩm 19

Bảng 1 3 Thành phần các chất có trong DVHĐ 21

Bảng 1 4 Các nghiên cứu và các ứng dụng chính của DVHĐ 23

Bảng 1 5 Sử dụng dầu thực vật các loại trên thế giới, năm 2011 29

Bảng 3 1 Độ ẩm nguyên liệu vỏ hạt điều 42

Bảng 3 2 Kết quả hàm lượng dầu trong vỏ hạt điều bằng phương pháp ép 42

Bảng 3 3 Kết quả hàm lượng dầu trong vỏ hạt điều thu được bằng phương pháp chiết dung môi 44

Bảng 3 4 Hàm lượng dầu vỏ hạt điều thu được khi chiết bằng n-hexan theo tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (g/ml) 47

Bảng 3 5 Hàm lượng CNSL khi chiết trong n-hexan theo thời gian 49

Bảng 3 6 Một số chỉ tiêu hóa lý của CNSL 50

Bảng 3 7 Kết quả đo độ nhớt ở các tốc độ quay 53

Bảng 3 8 Bảng so sánh các chỉ tiêu của một số loại dầu thực vật được ứng dụng làm nhiên liệu sinh học 55

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Cây điều và quả điều 4

Hình 1 2 Cấu tạo quả điều 6

Hình 1 3 Sự thay đổi diện tích trồng điều ở nước ta giai đoạn 2000-2013 7

Hình 1 4 Nhân hạt điều 10

Hình 1 5 Quy trình sản xuất nhân hạt điều 12

Hình 1 6 Cấu tạo vỏ hạt điều 17

Hình 1 7 Thành phần vỏ hạt điều 17

Hình 1 8 Cấu tử chính trong dầu vỏ hạt điều 20

Hình 1 9 Ép dầu vỏ hạt điều tại công ty Donafoods 24

Hình 1 10 Tỷ lệ sử dụng dầu thực vật để sản xuất nhiên liệu sinh học ở một số nước 28

Hình 2 1 Vỏ hạt điều sau chao dầu và tách nhân 30

Hình 2 2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 32

Hình 2 3 Máy ép thủy lực 34

Hình 2 4 Cối ép 35

Hình 2 5 Bộ chiết Soxhlet 36

Hình 2 6 Quy trình chiết dung môi 37

Hình 2 7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát tỷ lệ NL/DM 38

Hình 2 8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát điều kiện thời gian chiết 39

Hình 2 9 Máy đo độ nhớt 40

Hình 3 1 Vỏ hạt điều trước và sau khi ép lấy dầu 43

Hình 3 2 Hiệu suất thu hồi dầu của phương pháp ép 43

Hình 3 3 Dầu vỏ hạt điều thu được bằng phương pháp chiết dung môi hexan 45

Hình 3 4 Vỏ hạt điều trước và sau khi chiết bằng dung môi hexan 45

Hình 3 5 Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu suất trích ly 46

Hình 3 6 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng dầu 48

Hình 3 7 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng dầu 49

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nhóm cây công nghiệp đang ngày càng nổi bật trong cơ cấu kinh tế Việt Nam Một trong số đó, nhân hạt điều với kim ngạch xuất khẩu đứng đầu thế giới và không ngừng tăng lên hằng năm

Năm 2013, Việt Nam xuất khẩu hạt điều đạt 261,0 nghìn tấn với kim ngạch gần 1,7 tỷ USD, tăng 17,9 % về lượng và tăng 12,0 % về kim ngạch so với năm 2012 Giá xuất khẩu bình quân năm 2013 của hạt điều đạt 6.305 USD/tấn, tăng 31,9 % so với năm 2012 Nếu tính cả mặt hàng dầu vỏ hạt điều và các sản phẩm hạt điều chế biến sâu thì cả năm 2013, kim ngạch xuất khẩu của ngành điều vào khoảng 1,8 - 1,9 tỷ USD.Riêng trong tháng 2/2014, xuất khẩu hạt điều cả nước ước đạt 9.000 tấn, với kim ngạch là 57 triệu USD Tính chung 2 tháng đầu năm nay, khối lượng xuất khẩu đạt 28.000 tấn với giá trị 169 triệu USD, giảm 0,1 % về khối lượng, nhưng tăng hơn 2

% về giá trị so với cùng kỳ năm 2013 Khối lượng hạt điều xuất khẩu tháng 5/2014 ước đạt 23 nghìn tấn với giá trị đạt 151 triệu USD, đưa khối lượng xuất khẩu năm tháng đầu năm 2014 đạt 98 nghìn tấn với 618 triệu USD Nhờ đó, Việt Nam tiếp tục

là nước xuất khẩu nhân điều số một thế giới và đóng góp không nhỏ vào GDP quốc gia, cây điều trở thành một trong nhưng cây công nghiệp trọng điểm [3]

Với một lượng lớn nhân điều được xuất khẩu hằng năm, một vấn đề tồn tại song song là lượng vỏ hạt điều phế thải rất lớn, gây ô nhiễm môi trường nếu không xử lý đúng cách Hiện nay, việc khai thác tiềm năng của vỏ hạt điều là chưa triệt để, bởi cho đến thời điểm này vỏ hạt điều chỉ được dùng để đốt, ép lấy dầu hay thu lấy dịch hạt điều (CNSL) sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất sơn cao cấp, sơn phủ bề mặt, vecni… Một số cơ sở đốt bỏ vỏ hạt điều gây nên một số vấn đề môi trường nghiêm trọng

Thực tế hàm lượng vỏ hạt chiếm khoảng 60% toàn bộ hạt thu hoạch, tương ứng lượng vỏ thải ra hàng năm rất lớn vào khoảng 330.000 tấn/năm Trong khi đó, vấn đề năng lượng đang là vấn đề cấp bách của toàn cầu Việc tìm ra những nguồn nguyên nhiên liệu xanh, sạch, thay thế cho nguồn nhiên

liệu hóa thạch gây ô nhiễm môi trường, đang dần cạn kiệt không chỉ là mục tiêu, còn là trách nhiệm của toàn cầu

Một trong những giải pháp xử lý là nghiên cứu tái sử dụng, tận dùng vỏ hạt

điều trong trong công nghiệp sẽ đem lại lợi nhuận lớn Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu tách chiết dầu vỏ hạt điều và ứng dụng làm nhiên liệu sinh học” là vấn đề rất

cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn

Đề tài bao gồm các nội dung nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu chiết tách dầu từ vỏ hạt điều

- Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của dầu vỏ hạt điều

- Xác định đặc tính nhiên liệu của dầu vỏ hạt điều

Mục đích nghiên cứu:

- Nghiên cứu các phương pháp tách chiết DVHĐ và xác định các đặc tính hóa

lý, nhiệt trị để đánh giá khả năng ứng dụng làm nhiên liệu sinh học của DVHĐ

Ý nghĩa đề tài:

- Kết quả nghiên cứu có thể xem là cơ sở bước đầu của việc xây dựng quy trình sản xuất DVHĐ trên quy mô công nghiệp cũng như cung cấp những dẫn liệu về tính chất, đặc tính của DVHĐ

Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế cũng như khó khăn về điều kiện thực nghiệm nên mặc dù rất cố gắng song không tránh khỏi mắc những sai sót trong

đề tài Rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô để đề tài hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặc điểm sinh học cây điều

1.1.1 Phân loại và nguồn gốc

Cây điều có tên khoa học là Anacardium occidentale L, thuộc Bộ Rutales, họ thực vật Anacardiaceae (họ Xoài), chi Anacardium, loài Occidentale, tên Tiếng anh

là Cashew nut tree

Ở các nước, tên gọi của cây điều và các sản phẩm của cây điều cũng khác nhau, như: Anacardio (Ý), Caju (Bồ Đào Nha), Cajou (Pháp), Acajuban (Đức), Kasoy (Philippines), Kaju (Ấn Độ), Jambumente (Indonesia) Ở Việt Nam có tên là cây điều hay đào lộn hột Căn cứ vào màu sắc của quả thịt khi chín người ta phân biệt thành hai giống là điều đỏ và điều vàng

Cây điều có nguồn gốc từ vùng đảo Ăngti, miền Đông Bắc Brazil và lưu vực sông Amazon ở Nam Mỹ, dần dần cây điều được phân tán đến Châu Phi, Châu Á, Châu

Úc Người đầu tiên đã mô tả cây điều trong một chuyên khảo có tựa đề “The oddities of Antarctic France otherwise known as America and of many lands and islands discovered in outtimes” (1958) là tu sĩ kiêm nhà tự nhiên học người Pháp tên Thevet

Người Bồ Đào Nha là những người đầu tiên đưa cây điều từ Brazil đến châu Á và châu Phi Ở châu Á, điều được đưa tới Goa (Ấn Độ) vào năm 1550 và tới Cochin 1578 Cây điều chịu được điều kiện khí hậu đa dạng và khắc nghiệt, là cây ưa nhiệt

độ cao nhạy cảm với giá lạnh, khí hậu nhiệt đới một mùa khô rõ rệt là điều kiện thích hợp để cây phát triển tốt Theo FAO, có 32 nước xuất khẩu điều thương mại, nhưng chỉ có 10 nước trồng điều nhiều nhất thế giới hiện nay là: Ấn Độ, Việt Nam, Brazil, Nigenia, Tanzania, Indonesia, Guinea Bissau, Cotolvore, Monzambique và Benin

Ở các tỉnh miền bắc và miền Trung nước ta, cây điều còn có tên là đào lộn hột Điều du nhập vào nước ta từ thế kỷ 18, nhưng mãi đến năm 1975 mới chính thức là loại cây trồng có trong danh mục, khắc phục những rừng đồi bị phá hoại do chiến tranh gây nên Diện tích điều từ đó tăng lên đến đầu năm 1990, cây điều trở thành loại cây

công ngiệp cho kinh tế cao, vừa phủ xanh đất trống đồi trọc vừa là cây xóa đói giảm nghèo Hiện nay, Việt Nam được coi là nước xuất khẩu hạt điều lớn trên thế giới [4]

1.1.2 Đặc điểm thực vật

Hình 1 1 Cây điều và quả điều

Cây điều sinh trưởng và phát triển từ vĩ độ 250 Bắc đến 250 Nam nhưng vùng sản xuất chủ yếu từ vĩ độ 150 Bắc đến 150 Nam Cây điều được trồng ở 4 vùng sinh thái nông nghiệp: Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, Duyên hải Trung Bộ, Đông bằng sông Cửu Long; trong đó, vùng Đông Nam Bộ chiếm khoảng 70% diện tích điều toàn quốc Độ cao so với mặt nước biển của vùng đất trồng phụ thuộc vĩ độ, địa hình và tiểu vùng khí hậu Độ cao thích hợp là dưới 600m so với mặt nước biển Độ dài ngày và thời gian chiếu sáng không ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển cây điều Cây điều có thể sống từ 50C - 450C nhưng nhiệt độ thích hợp nhất khoảng

270C Điều thích nghi với lượng mưa dao động từ 400 mm – 5000 mm, thích hợp nhất là từ 1000 mm – 200 mm Đối với cây điều , sự phân bố lượng mưa (mùa) quan trọng hơn lượng mưa vì cây điều cần ít nhất 2 tháng khô hạn hoàn toàn để phân hóa mầm hoa Ẩm độ ít ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển cây điều, tuy nhiên trong thời kỳ ra hoa ẩm độ cao có thể làm bệnh thán thư và bọ xit gia tăng gây

khô bông và rụng quả non Đất trồng thích hợp giàu chất hữu cơ, pH từ 6,3 – 7,3 và thoát nước tốt [5]

Cây điều có tuổi thọ lên tới 30-40 năm, thuộc lớp cây hai lá mầm, thân mộc,

Lá đơn nguyên, mọc so le, thường tập trung ở đầu cành, lá hình trứng đuôi lá nhọn, dài 15-20cm, rộng 8-12cm Khi non, lá có màu xanh nhạt hoặc màu đỏ, già có màu xanh sậm

Hoa nhỏ màu vàng, mọc thành từng chùm Trong một chùm có đến hàng ngàn hoa gồm hoa đực, hoa lưỡng tính và hoa cái thoái hóa, trong đó phần lớn là hoa đực, hoa lưỡng tính chiếm khoảng 14%, tỷ lệ này thay đổi theo điều kiện ngoại cảnh Bao hoa có 5 cánh đều nhau, các nhị đực thẳng đứng trong đó chỉ có 1 – 2 nhị lớn là có khả năng thụ phấn Nhụy cái là bầu đơn Thời gian cây trổ hoa thường kéo dài trung bình 85,2 ngày Hoa thụ phấn chéo nhờ gió và côn trùng, thời gian ra hoa kết trái là từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau Ngay sau khi được thụ phấn hoa điều có những biến đổi: noãn biến đổi thành hạt (nhân), bầu chuyển thành vỏ bao bọc quanh nhân để bảo vệ hạt Nhân và vỏ quả tạo ra quả thật (hạt lộn ra ngoài) của cây điều, cuống và đế bông phồng lên phát triển thành quả giả [7]

Quả giả có hình trái lê, nặng 45 – 60 g, màu đỏ hồng hay vàng, cơm mềm và nhiều nước, vị thơm, ngọt, hơi chua và chát, ăn gắt cổ Loại điều vàng thường có quả lớn hơn, nhiều nước và vị ngọt hơn giống điều đỏ Hạt điều hình quả thận, khi còn tươi có màu xanh, khi khô chuyển thành màu nâu xám; có chiều dài trung bình

2,5 – 3,5 cm, rộng 2 cm, dày 1 – 1,5 cm, trọng lượng 5 – 6 g, gồm vỏ và nhân điều Trong đó:

Phần vỏ ngoài, chiếm 70% trọng lượng hạt, có ba lớp Vỏ ngoài dai, cứng, vỏ giữa xốp có cấu tạo hình tổ ong, trong chứa dầu Trọng lượng dầu vỏ hạt điều khoảng 21% trọng lượng hạt Vỏ trong rất cứng

Phần vỏ lụa bao quanh nhân, chiếm 5% trọng lượng hạt

Phần nhân điều chiếm 25% trọng lượng hạt, nhân màu trắng, chứa nhiều dầu,

ăn bùi béo và thơm [7]

Hình 1 2 Cấu tạo quả điều

Các bộ phận của quả điều bao gồm: Cashew apple (quả giả), testa skin (vỏ lụa), nut shell (vỏ cứng), kernel (nhân điều) [5]

Sản phẩm của cây điều gồm:

Trái điều: chứa nhiều vitamin B và C, có thể ăn sống, chế biến làm nước giải khát, mứt, làm thức ăn gia súc…

Nhân hạt điều: có giá trị dinh dưỡng cao, dùng để ăn, sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm (chocolate, bánh kẹo, ), làm dầu thực vật

Dầu vỏ hạt điều: trích ly từ vỏ hạt điều trong quá trình chế biến tách nhân hạt điều, được sử dụng để điều chế Verni, sơn chống thấm, dầu sơn mài,… phần vỏ còn lại sau trích ly dùng làm chất đốt

Lá và thân: được sử dụng làm dược liệu, hóa chất

Gỗ: thân điều dùng làm gỗ mộc và nguyên liệu giấy [5]

1.1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ điều ở Việt Nam

Ở Việt Nam ta trước đây, nông dân trồng điều hoàn toàn không chăm sóc, bón phân, tưới nước Chỉ từ những năm 90 thế kỷ XX trở lại đây, khi sản phẩm hạt điều xuất khẩu được và trở nên có giá trị cao thì cây điều mới được coi là cây trồng nông nghiệp, có vai trò, vị trí tương tự như cây cà phê, cao su

Năm 2008, diện tích gieo trồng điều của Việt Nam là 421.498 ha, giảm 15.502

ha, tương đương giảm 3,55 % so với năm 2007 Trong đó, diện tích điều ở miền Nam đạt 420.098 ha, giảm 7 %; còn diện tích ở miền Bắc là 1400 ha, giảm 51 % so với 2007 Tuy giảm đáng kể trong năm 2008, nhưng xét trong vòng 10 năm trở lại đây, diện tích gieo trồng Điều ở Việt Nam vẫn tăng, trung bình khoảng 23.000 ha/năm, tốc độ tăng trưởng đạt 8 % năm [1]

Sự thay đổi diện tích trồng điều ở nước ta trong giai đoạn 2000 – 2013 thể hiện ở hình 1.3 (Bảng số liệu Phụ lục 4)

Hình 1 3 Sự thay đổi diện tích trồng điều ở nước ta giai đoạn 2000-2013

Theo thống kê của Cục Trồng trọt thuộc Bộ NN & PTNT cho thấy diện tích trồng điều giảm mạnh gần 107.392 ha trong vòng 7 năm qua xuống còn 326.037 ha

năm 2012 Kết quả là nguồn cung cấp trong nước chỉ đáp ứng 30m% khả năng chế biến và hiện đang giảm Nguyên nhân là do nông dân đang có xu hướng chặt bỏ cây điều để trồng rừng, hoặc trồng những cây công nghiệp khác như cao su, hồ tiêu…Điều này đòi hỏi cần có một chiến lược phát triển để ngành điều Việt Nam phát triển một cách bền vững trong những năm tới

Điều được trồng ở 23 tỉnh (thành phố), trong đó ít nhất là tỉnh Long An (75 ha) và nhiều nhất là tỉnh Bình Phước (196.029 ha), tiếp đến là tỉnh Đồng Nai (50.092 ha)

Thị trường xuất khẩu chủ lực của nhân điều Việt Nam là Mỹ: 42 %, Trung Quốc: 17 %, EU: 20 %, Australia, Canada, Nhật,… và đang tiếp tục mở rộng Ngoài sản phẩm chính là nhân điều, mỗi năm ta còn xuất khẩu 15.000 tấn dầu vỏ hạt điều tạo thêm 6.45 triệu USD [1]

Bảng 1 1 Thị trường xuất khẩu hạt điều của Việt Nam 11 tháng đầu năm

% tăng, giảm 11T/2012 so với cùng kỳ

2 % về giá trị so với cùng kỳ năm 2013 Khối lượng hạt điều xuất khẩu tháng 5/2014 ước đạt 23 nghìn tấn với giá trị đạt 151 triệu USD, đưa khối lượng xuất khẩu năm tháng đầu năm 2014 đạt 98 nghìn tấn với 618 triệu USD

Song song với sự phát triển của ngành điều, các nhà khoa học cũng cần đầu tư nghiên cứu để tìm ra những giống điều có năng suất cao, quy trình chăm sóc và

phòng trừ sâu bệnh góp phần tăng năng suất cây trồng Đồng thời tăng thêm các chương trình khuyến nông từ Trung ương đến địa phương với các biện pháp tập huấn, chyển giao kỹ thuật và đầu tư hỗ trợ vốn các mô hình đầu tư thâm canh, cải tạo diện tích điều giống cũ và trồng mới giống điều cao sản

Với những ưu thế và kết quả đạt được trong những năm qua, cây điều đã hoàn toàn khẳng định được tiềm năng và triển vọng tốt trong hệ thống giống cây trồng Việt Nam

1.2 Nhân hạt điều

Hình 1 4 Nhân hạt điều

Thành phần của nhân hạt điều bao gồm:

- Các chất khoáng như: P (0,88 %), K (0,57 %), Ca (0,04 %), Mg (0,28 %),

Fe, Na, Zn, Cu, Mn

- Các chất đạm: chứa trên 20 % các chất đạm thực vật, về số lượng tương đương đậu nành và đậu phộng nhưng về chất thì tương đương với thịt, trứng sữa Bao gồm nhiều loại acid amin như: glutamic acid (20,0 %), leucine (11,93 %), arginine (10,30 %), tyrosine (3,2%), lysine (3,32 %), threonine (2,78 %), …

- Chất béo: các acid béo hỗ trợ việc điều chỉnh sự cân bằng của các chất béo bão hòa và cholesterol trong các tế bào EFAs , gồm các acid béo của nhân

điều như: acid oleic (73,3 %), acid linoleic (7,67 %), acid palmitic (0,89

%), stearic acid (11,24 %), Lignoseric acid (0,15 %)

- Cacbohydrat : hàm lượng đường khử từ 1 - 3 %, các loại đường không khử từ 2,4 – 8,7 % Hàm lượng tinh bột 23,49 %

- Vitamin: chứa nhiều vitamin, đặc biệt là vitamin B1, vitamin E

Năng lượng nhân điều cung cấp là 6000 calo/1kg thực phẩm

Trong nhân điều, thành phần đến 80 % chất béo chưa bão hòa có tác dụng điều hòa và làm giảm lượng cholesterol trong máu giúp tránh được các bệnh về tim mạch Thành phần xơ trong nhân điều có tác dụng chữa táo bón, bảo vệ cơ thể khỏi bệnh ung thư, thận và viêm ruột thừa Nhân hạt điều là một sản phẩm

có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao

Nhân điều có thể làm thực phẩm ăn liền, hoặc làm nguyên liệu cho dầu điều, khô dầu điều có thể làm bột dinh dưỡng mang lại nhiều công dụng lớn

1.2.1 Quy trình sản xuất nhân điều

Sấy

Bóc vỏ lụa

Phân loại Hun trùng

Thuyết minh quy trình sản xuất:

Tiếp nhận nguyên liệu: Mục đích tiếp nhận những lô nguyên liệu đạt yêu cầu cho sản xuất đó là những lô hạt điều không sâu mọt, màu sắc đạt yêu cầu, không lẫn cát sạn…Tiến hành đánh giá theo phương pháp cảm quan và phương pháp đo độ ẩm sao cho không có màu sắc và mùi lạ, tỷ lệ sâu mọt và nấm mốc cho phép, kiểm tra

độ ẩm, đếm số lượng hạt/kg

Sàng phân loại: Mục đích nhằm phân cỡ hạt điều phù hợp cho công đoạn ngâm ủ, hấp, cắt tách, loại bỏ các tạp chất cơ học Dung thiết bị kiểu sang lồng quay hình lục giác có lưới để phân loại

Ngâm ủ, hấp: Mục đích làm cho khối lượng đạt độ ẩm 15 – 16 % tạo điều kiện cho quá trình hấp đồng thời tiêu diệt vi sinh vật, làm sạch bụi bám trên bề mặt hạt Nguyên liệu được chuyển lên bồn chứa nhờ gầu tải, nước ấm có nhiệt độ 40 – 450C được phun thành tia đều lên lớp nguyên liệu với tần suất 10 phút/lần sau 15 phút lại phun Tổng thời gian ủ từ 12 – 15 giờ Sau đó đưa nguyên liệu lên thiết bị hấp nhờ vít tải

Cắt tách: Mục đích lấy vỏ ra khỏi nhân để thu lại nhân điều mang lại giá trị kinh tế cao hơn Công đoạn này được thực hiện nhờ sử dụng máy cắt tách vỏ, mỗi công nhân điều khiển một máy cắt tách vỏ thủ công

Phân cỡ nhân điều: được thực hiện nhờ máy phân cỡ kiểu trục để tạo điều kiện cho công đoạn sấy sau này

Sấy: Mục đích làm bay hơi nước để sản phẩm đạt đến độ khô theo yêu cầu, thuận tiện cho quá trình bảo quản và lưu kho, tạo điều kiện cho quá trình bóc vỏ lụa

và tiêu diệt vi sinh vật Sử dụng không khí nóng để sấy thường nhiệt độ là 750C Bóc vỏ lụa: Mục đích loại bỏ lớp vỏ lụa bên ngoài vì lớp ngày chứa nhiều chất đắng chát và không có giá trị dinh dưỡng Dùng mũi dao khẩy nhẹ phần cong lõm của hạt và dùng dao gạt nhẹ quanh hạt, không để xướt nhân và làm vỡ nhân

Phân loại: Điều sau bóc vỏ lụa được đem đi phân loại theo cỡ nhằm tăng giá trị sản phẩm

Hun trùng: Mục đích tiêu diệt vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản

Sau đó đong vào khay nhựa hay bao PP, PE cân tịnh, đem vào phòng hun trùng trong khoảng thời gian 7 ngày đối với khay 22,68kg, và 3 tháng đối với túi PE 48,36 kg

1.2.2 Các phương pháp xử lý tách nhân điều [10], [20]

Hiện nay, quá trình tách nhân và dầu đang tiến hành tại các nhà máy chế biến nhân điều với 2 giai đoạn chính: Giai đoạn 1 gia nhiệt hạt điều trong dầu vỏ hạt điều

để tách dầu và làm chín nhân điều; giai đoạn 2 tách vỏ hạt thu hồi nhân

1.2.2.1 Phương pháp dùng nhiệt

Với phương pháp này nguyên tắc kỹ thuật là dùng nhiệt để làm cho vỏ hạt vỡ

ra để dầu bên trong vỏ chảy ra, làm chín nhân, giòn vỏ để chuẩn bị cho giai đoạn tách vỏ hạt, thu hồi nhân

- Phương pháp rang đơn giản:

Rang hạt điều trực tiếp trong một chảo hở hoặc trong một thùng rang hình ống

có đục lỗ Trong quá trình rang vỏ hạt điều cháy xém lại, vỡ ra để dầu trong vỏ chảy

ra ngoài Phương pháp này dầu bị trùng hợp một phần và có lẫn một số tạp chất khác nên dầu thu được chất lượng kém và hiệu suất thấp Nhân hạt dễ bị cháy xém

và vỡ vụn Điều kiện lao động của công nhân vất vả, kém an toàn lao động Phương pháp này hiện không sử dụng trong công nghiệp

- Phương pháp dùng chính dầu vỏ hạt điều để rang:

Đây là một phương pháp chế biến phổ biến vẫn được ưa chuộng cho đến nay mặc dù phương pháp này đã được áp dụng ở Ấn Độ từ năm 1935, bao gồm các giai đoạn:

Xử lý nước: ngâm hạt điều vào nước để hạt đạt độ ẩm 15 – 17%, mục đích của công đoạn này là để khi rang vỏ hạt vỡ, dầu chảy nhanh, nhiều, dễ tách vỏ

Xử lý nhiệt (rang): dùng chính dầu vỏ hạt điều để rang, đun dầu vỏ tới nhiệt

độ 1800C – 1900C, cho hạt đã xử lý nước vào, giữ trong dầu 2 – 4 phút rồi vớt ra Dầu trong vỏ chảy ra sẽ được lấy dần theo lớp trên mặt

Phương pháp này có ưu điểm là nhân đạt tỷ lệ nguyên vẹn cao, dầu vỏ đạt chất lượng tốt, đáp ứng được các tiêu chuẩn xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp, thiết bị đơn giản, điều kiện lao động của công nhân được cải thiện và đảm bảo an toàn lao động Có thể áp dụng cho mọi qui mô sản xuất

Tuy vậy phương pháp này còn có một số hạn chế như nếu không cơ giới hóa được khâu đập hạt thì năng suất bóc nhân thấp

- Phương pháp dùng hơi nước quá nhiệt:

Cho hạt vào nồi hấp dùng hơi nước quá nhiệt đun nóng tới nhiệt độ 3000C để làm cho vỏ vỡ ra dầu trong vỏ sẽ chảy ra Phương pháp này có ưu điểm chất lượng nhân hạt và dầu đều cao nhưng thiết bị tương đối phức tạp, chỉ thích hợp trong các nhà máy có công suất lớn

1.2.2.2 Các phương pháp chế biến khác

- Phương pháp đông lạnh:

Làm lạnh hạt điều tới nhiệt độ đủ làm cho dầu ở trong vỏ hạt đông cứng lại rồi đập hạt tách lấy nhân còn dầu trong vỏ được lấy ra bằng cách ép hoặc dùng dung môi trích ly ra Phương pháp này được áp dụng ở Tandania

- Phương pháp dùng dòng điện cao tần:

Dưới tác dụng của dòng điện cao tần dầu trong vỏ sẽ chảy ra khi đã lấy hết dầu khỏi vỏ mới đập hạt lấy nhân Phương pháp này đã được áp dụng ở Môdămbich

- Phương pháp dùng dung môi:

Dùng dung môi thích hợp để trích ly dầu ra khỏi vỏ, phương pháp này cho phép trích xuất tối đa lượng dầu trong vỏ hạt nhưng tốn kém và đòi hỏi kỹ thuật cao nên ít phổ biến Các dung môi có thể dùng như hexan, benzene, toluene, ancol

- Phương pháp rang hạt dùng hợp kim nóng chảy:

Dùng một hợp kim có nhiệt độ nóng chảy ở 2000C để rang hạt làm cho vỏ vỡ

ra và dầu trong vỏ chảy ra nổi lên trên bề mặt hợp kim và được lấy ra Phương pháp này chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học, chưa được sử dụng trong sản xuất

1.2.3 Vấn đề môi trường trong sản xuất hạt điều

Công nghệ sản xuất để tạo nhân hạt điều từ hạt điều thô được áp dụng chính hiện nay là công nghệ chao dầu hoặc hấp

Ở phương pháp chao dầu, ô nhiễm môi trường là do khí thải và nước thải Khí thải chính là khói bụi, acid anacardic và các dẫn suất sản phẩm cháy không

hoàn toàn của của nó từ lò đốt hơi và từ chảo chao Trong quá trình ngâm ẩm trước khi chao dầu, lượng nước thải ra trung bình của một nhà máy chế biến hạt điều công suất 35 tấn/ngày là khoảng 3 – 5 m3/ngày Do chỉ tiếp xúc với vỏ ngoài của hạt điều nên nước thải sản xuất chỉ chứa chất rắn lơ lửng (đất cát) và một phần dầu vỏ hạt điều Ngoài ra, một lượng nước nhỏ (30 lít/giờ) nước thải phát sinh từ cửa buồng đốt hạt điều thô có chứa dầu điều và tro Loại nước thải này có lưu lượng ít nhưng nồng độ các chất ô nhiễm rất cao

Ở phương pháp hấp, ô nhiễm môi trường do khí thải và chất rắn gây ra Công nghệ hấp bằng nhiệt hơi nước sử dụng hệ thống lò hơi với nhiên liệu chủ yếu

là than đá Trong trường hợp công suất chế biến trung bình 30 – 35 tấn/ngày thì 1 lò hơi sử dụng khoảng 2 tấn nguyên liệu, mức tiêu hao nhiên liệu của lò hơi là 300 kg/giờ đối với than antraxit Tại công đoạn hấp sản phẩm, lượng nước thải phát sinh chủ yếu là nước ngưng tụ từ hơi lò hơi và nước hấp hạt điều Trong hai nguồn thải này thì nguồn nước thải hấp hạt điều có mức độ ô nhiễm cao nhất Nếu không có biện pháp xử lý triệt để thì sẽ gây tác động tiêu cực đến nguồn tiếp nhận

Trong quá trình sản xuất hạt điều, khối lượng chất thải rắn (sinh ra chủ yếu

từ vỏ hạt) là rất lớn chiếm 60 % sau quá trình tách nhân hạt điều Từ lâu các cơ sở chế biến hạt điều xuất khẩu đều coi vỏ hạt điều là rác, đa số bị loại bỏ hoặc đem đốt gây lãng phí và ô nhiễm môi trường Nhưng vỏ, bã và dầu vỏ hạt điều là chất dễ cháy, cung cấp nhiều nhiệt lượng, vì vậy hiện nay các nhà máy, xí nghiệp thường sử dụng làm nhiên liệu đốt trong quá trình sản xuất hoặc bán cho các lò gạch làm nguyên liệu đốt Tuy nhiên, khí thải phát sinh từ quá trình đốt vỏ, bã và dầu vỏ hạt Điều chứa nhiều chất độc hại tồn tại trong môi trường không khí và khó xử lý.Kết quả nghiên cứu từ các nhà máy cho thấy, hàm lượng tro trung bình của vỏ hạt điều sau đốt chiếm khoảng 6,5% Như vậy, lượng chất thải phát sinh hằng ngày rất lớn,

là nguyên nhân tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường Ô nhiễm nhất vẫn là khí thải, trong đó đặc trưng nhất vẫn là mùi hôi

1.3 Tổng quan về vỏ và dầu vỏ hạt điều

1.3.1 Vỏ hạt điều và hướng sử dụng vỏ hạt điều

Vỏ hạt điều thường dày 0,4 cm, chiếm 60 % trọng lượng hạt, gồm 3 lớp: lớp vỏ ngoài màu xanh dai, nhẵn cứng; lớp giữa xốp có cấu trúc tổ ong, trong chứa dịch dầu phenolic gọi là CNSL; lớp vỏ trong màu nâu xám, rất cứng bao bọc nhân và lớp vỏ lụa

Hình 1 6 Cấu tạo vỏ hạt điều

Thành phần hóa học vỏ hạt điều được thể hiện ở hình 1.6 bao gồm các thành phần cellulose, chất khoáng, carbon và đường, chất chứa protein, tro, chất trích ly (CNSL) Tổng giá trị calo là 5056 Kcal/Kg, có tỷ trọng 0,4430 g/cc

Vỏ ngoài

Lớp vỏ giữa

Lớp vỏ trong

Nhân điều

Vỏ hạt điều hiện nay của các công ty sản xuất điều đa phần bị thải bỏ, hoặc bán như phụ phẩm với giá rẻ, các nơi thu mua dùng vỏ hạt điều để đốt, hoặc ép lấy dầu (CNSL) thô để bán Việc sản xuất dầu vỏ hạt điều không những đem lại hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp, mà còn giải quyết các vấn đề về lao động, ô nhiễm môi trường Thị trường xuất khẩu gần đây cũng mở rộng hơn, ngoài Trung Quốc còn có EU, Nhật Bản

Vỏ hạt điều được sử dụng để sản xuất các sản phẩm tinh chế như: các mặt hàng dầu tinh luyện, dầu cardanol, than, than hoạt tính và sản xuất bột ma sát; trong

vỏ hạt điều có chứa các chất có thể sản xuất được sơn chống rỉ dùng trong công nghiệp tàu biển, keo dẫn đặc biệt trong linh kiện điện tử [19], [20]

1.3.2 Thành phần, tính chất dầu vỏ hạt điều

1.3.2.1 Tính chất và các chỉ tiêu của dầu vỏ hạt điều

Dầu vỏ hạt điều thương phẩm trên thế giới có màu nâu, mùi hăng, không tan trong nước; tan trong acetone, n-hexan, toluene,… Một số đặc tính lý hóa của DVHĐ thể hiện trong bảng 1.4 [2], [10]

Các đặc tính DVHĐ thương phẩm có trên thị trường được nghiên cứu đối với giống điều ở tỉnh Bình Phước với các chỉ tiêu cơ bản được đánh giá qua các phương pháp tách DVHĐ Bao gồm độ nhớt, tỷ trọng, chỉ số acid, chỉ số Iod, chỉ số xà phòng hóa, độ tro, độ ẩm và chỉ số khúc xạ của DVHĐ thu được từ phương pháp xử

lý nhiệt, phương pháp trích ly dung môi và phương pháp ép lạnh

Bảng 1 2 Đặc tính một số loại dầu vỏ hạt điều thương phẩm

Độ nhớt (cps, max) 800 (250C) 550 (300C) -

(250C)

0,95 – 0,97 (300C)

0,9668 – 1,0131 (260C)

Các chỉ tiêu hóa lý của dầu vỏ hạt điều:

Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất so với khối lượng riêng của chất đối chứng, thường là nước Là đại lượng đặc trưng cho độ nặng nhẹ, độ chắc của nhiên liệu

Độ nhớt là đại lượng đặc trưng cho trở lực ma sát nội tại sinh ra giữa các phân

tử khi có sự chuyển động trượt lên nhau Độ nhớt động lực là số đo lực cần thiết để làm trượt một lớp dầu trên một lớp dầu khác Đơn vị thường dùng là centiPoise (cP

= mPa.s)

Hàm lượng nước hay nói cách khác là độ ẩm của dầu, là phần trăm lượng nước tồn tại trong dầu; hàm lượng nước của dầu sẽ ảnh hưởng đến thông số nhiệt trị, tỷ trọng dầu gây trở ngại cho quá trình cháy

Hàm lượng tro là phần trăm các chất rắn còn lại sau khi đốt ở nhiệt độ cao (550

- 6000C) Hàm lượng tro của nhiên liệu ảnh hưởng đến độ bền của động cơ

Chỉ số acid của dầu là số mg KOH cần dùng để trung hòa những acid béo tự

do có trong dầu

Điểm chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất dưới áp suất khí quyển mà hơi dầu sẽ chớp cháy khi gặp ngọn lửa Điểm chớp cháy cốc hở dùng để đánh giá nguy cơ

cháy của dầu nhớt khi tồn trữ, đong rót; điểm chớp cháy cốc kín dùng để đánh giá tình trạng của dầu nhớt khi đang sử dụng trong máy móc Đối với cùng một loại dầu, điểm chớp cháy cốc hở cao hơn điểm chớp cháy cốc kín

Nhiệt trị là lượng nhiệt giải phóng ra khi cháy hoàn toàn với oxi và ngưng tụ các sản phẩm tới một nhiệt độ xác định Đơn vị của nhiệt trị được tính theo Kcal/Kg, hoặc KJ/Kg Ta có hệ số chuyển đổi giữa 2 đơn vị như sau:

1Kcal/kg = 4,19 KJ/Kg

1.3.2.2 Thành phần của dầu vỏ hạt điều

Trong hạt, dầu có tác dụng bảo vệ nhân khỏi bị sâu hại Thành phần hóa học của dầu thay đổi theo phương pháp tách dầu và nhiệt độ sử dụng Trong dầu vỏ hạt điều tự nhiên có hai thành phần chính là axit anacardic 80,9 % và cardol 10 – 15 %, còn lại là dẫn xuất methyl của cardol

Công thức cấu tạo của các thành phần cấu tử chính trong dầu vỏ hạt điều được

mô tả ở hình 1.7 Cấu tạo gồm các phenol có vòng benzene và mạch nhánh hydrocarbon dài

Hình 1 8 Cấu tử chính trong dầu vỏ hạt điều

Cardol (2), chất lỏng, màu vàng, không bay hơi, nhanh sẫm màu khi gặp không khí và là thành phần có tính ăn da, làm rộp da tay

Axit anacardic (1) là lipid phenolic có công thức C22H32O3 có mùi nồng và thơm, dễ bị khử nhóm cacboxyl khi đun nóng tạo thành cardanol Công dụng diệt khuẩn, diệt nấm mốc

Cardanol (3) là chất quan trọng nhất, quyết định giá trị dầu vỏ hạt điều thương mại, khi tỷ lệ chất này cao thì dầu càng có giá trị Các thành phần của Cardanol thương mại khác ở mức độ chưa bão hòa của các chuỗi bên, nhưng cho các mục đích thực tế, nó có thể được đại diện bởi công thức sau đây

Để thu nhận nhân hạt, trước hết phải tách dầu ra khỏi vỏ, phương pháp thông dụng nhất được sử dụng là gia nhiệt tới 1800C Trong quá trình gia nhiệt, thành phần chính của dầu là axit anacardic chuyển hóa thành cardanol Do vậy, dầu thương mại chứa khoảng 60 – 65 % Cardanol, 15 – 20 % cardol còn lại gồm axit anacardic và các hợp chất đã bị trùng hợp [2], [11], [16]

Dầu vỏ hạt điều được thu chủ yếu từ quá trình tách nhân điều, qua quá trình chao dầu, CNSL sẽ thoát ra ngoài, gần 50% số dầu vỏ hạt điều có trong hạt được thu theo cách này, bã vỏ sau tách nhân chứa một lượng dầu khá lớn, để thu dầu triệt

để người ta thường sử dụng các phương pháp như ép, hay trích ly bằng dung môi,…

1.3.3 Ứng dụng dầu vỏ hạt điều

Hiện nay, với 219 cơ sở chế biến, tổng công suất thiết kế của ngành chế biến điều đã đạt 674.200 tấn điều nguyên liệu/năm Việc nghiên cứu các ứng dụng của DVHĐ có ý nghĩa thực tiễn cao DVHĐ có rất nhiều ứng dụng, đã có khoảng hơn

200 phát minh nghiên cứu về ứng dụng của DVHĐ DVHĐ có thể tham gia các phản ứng ngưng tụ với formaldehyde qua nhân phenol tạo nhựa cardanol formandehyde hoặc trùng hợp qua mạch nhánh chưa bão hòa để tạo thành các sản phẩm nhựa có các đặc tính sau:

Nhựa sau khi đóng rắn vẫn giữ được độ dẻo cao hơn so với các nhựa phenol khác nhất là ở nhiệt độ cao, có thể hòa tan hoặc tương hợp với các hydrocacbua tương tự như các nhựa trên cơ sở alkylphenol, có thể chống được axit, kiềm do bản chất kỵ nước của các mạch hydrocacbon

Do tính chất của acid anacardic DVHĐ được ứng dụng làm thuốc diệt hay xua đuổi côn trùng, bảo vệ gỗ chống mối mọt

Trùng hợp cardanol làm bột ma sát, sơn hà chống dính cho tàu biển

Làm vecni, dầu cho tranh sơn mài nhờ tính chất màu sắc của DVHĐ

Mới gần đây, DVHĐ được nghiên cứu phối trộn với dầu F.O làm nhiên liệu đốt, một vài thử nghiệm phối trôi dầu D.O làm nhiên liệu cho động cơ diesel

Theo nghiên cứu, trên 90 % lượng DVHĐ trên thế giới được nhập khẩu bởi

Mỹ, Anh và Nhật Bản với các ứng dụng thể hiện ở bảng [2], [11], [18], [19], [20]

Bảng 1 4 Các nghiên cứu và các ứng dụng chính của DVHĐ

Bảo vệ gỗ, chống mối mọt Wolcott (1944)

Nhựa ép chống ma sát Dhamaney et al (1979), Hughes

Xi măng bền hóa chất, sơn, vecni Evans (1955)

Thuốc trừ sâu, diệt côn trùng Ramaiah (1976)

Thuốc chống ung thư Duke, Kubo et al, Muroi et al (1993) Phối trộn CNSL với ethanol trong

nhiên liệu động cơ diesel

A.Velmurugan, M.loganathan (2012)

Trong việc ứng dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu, chủ yếu là nhiên liệu đốt thay thế cho dầu F.O trong các nhà máy sản xuất Silicat, gạch Cramit, luyện nhôm, lò hơi công nghiệp… vì các ưu điểm về nhiệt trị và độ nhớt thấp, và do đặc tính của dầu vỏ điều không đông đặc

Dầu vỏ hạt điều được phối trộn với dầu và băng phiến trong động cơ diesel làm giảm khí thải và hiệu suất đốt cháy [16]

Trong khi đó vấn đề thu hồi và sử dụng dầu vỏ điều hiện nay ở nước ta chưa được quan tâm đúng mức Do đó, cần có thêm nhiều nghiên cứu ứng dụng dầu vỏ hạt điều

1.3.4 Tình hình sản xuất, tiềm năng và triển vọng của dầu vỏ hạt điều ở nước ta

Dầu vỏ hạt điều (DVHĐ) có giá trị sử dụng rất cao trong các ngành công nghiệp sơn, hóa dầu, và lĩnh vực nhiên liệu

Năm 2002 công ty Chế biến xuất nhập khẩu nông sản thực phẩm Đồng Nai (Donafoods) đã xuất khẩu 1.000 tấn dầu vỏ hạt điều sang thị trường các nước châu

Âu Giá dầu vỏ hạt điều dao động từ 280 đến 360 USD/tấn đã mang lại lợi nhuận cao cho Công ty Công trình chế biến dầu từ vỏ hạt điều là đề tài nghiên cứu của trường Đại học Bách khoa TP.HCM phối hợp với Công ty Donafoods đưa vào ứng dụng từ năm 1999 nhằm tận dụng vỏ hạt điều để sản xuất dầu xuất khẩu thay vì

dùng vỏ hạt điều làm chất đốt như trước đây Đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng chế biến dầu từ vỏ hạt điều lần đầu tiên được áp dụng thành công ở Việt Nam, mở ra khả năng chế biến phế phẩm vỏ hạt điều ở tất cả các doanh nghiệp chế biến hạt điều trong nước Công ty Donafoods đã xây dựng xưởng sản xuất dầu với các máy móc thiết bị sản xuất trong nước có khả năng tiêu thụ 40 tấn nguyên liệu vỏ hạt điều/ngày và cho ra lò từ 6 đến 8 tấn dầu Ngoài ra, Công ty đang cùng Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM tiếp tục nghiên cứu các chế phẩm từ vỏ hạt điều như gỗ dán, sơn chống ồn cho tàu biển, vecni [8]

Hình 1 9 Ép dầu vỏ hạt điều tại công ty Donafoods

Năm 2007, nước ta đã có trên mười cơ sở chế biến dầu điều từ vỏ hạt điều với sản lượng dao động từ 12.000 -15.000 tấn/năm Giá xuất khẩu đạt 425 – 450 USD/tấn Sản lượng dầu ước tính nếu chế biến toàn bộ hơn 310 ngàn tấn vỏ hạt điều

là 46,4 ngàn tấn

Theo ông Nguyễn Thái Học, Chủ tịch Hiệp hội Điều Việt Nam, hiện tại ngành sản xuất DVHĐ đã phát triển mạnh với vị trí độc lập riêng Năm 2011, ngành sản xuất DVHĐ cả nước đạt sản lượng khoảng 80 ngàn tấn, trong đó xuất khẩu 60 ngàn tấn, thu về 50 triệu USD

Ngành dầu vỏ hạt điều đang thu hút đầu tư về công nghệ, kỹ thuật, hứa hẹn phát triển một nhàng công nghiệp mơi, có khae năng mang lại giá trị kinh tế cao và giải quyết việc làm cho lao động trong nước

1.4 Tổng quan về quá trình tách dầu điều

Vỏ hạt điều sau tách nhân còn lượng lớn dầu trong vỏ, do đó nhất thiết phải tách dầu ra khỏi nguyên liệu càng triệt để càng tốt Điều này không chỉ có ý nghĩa

về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa về mặt kỹ thuật

1.4.1 Giới thiệu về phương pháp ép

Nguyên lý của phương pháp ép

Bản chất là quá trình tác động lực cơ học vào nguyên liệu, dưới tác dụng của lực nén cấu trúc vỏ bị biến dạng, khoảng trống chứa dầu bị thu dẹp lại, khi lớp dầu

có chiều dày nhất định, dầu bắt đầu thoát ra

Quá trình ép ở nhiệt độ cao gọi là ép nóng, còn ép ở nhiệt độ vừa phải gọi là

ép nguội (ép sống)

Phương pháp ép (Expression hay Cold Pressing) áp dụng cho các loại thực vật

có hàm lượng tinh dầu cao và tế bào chứa tinh dầu ở phần vỏ thuộc họ Citrus

Hiệu suất ép dầu phụ thuộc vào đặc tính của nguyên liệu và điều kiện tiến hành trong quá trình ép: cơ cấu máy ép, áp lực, nhiệt độ, thời gian ép…

Thời gian ép phải đủ lớn, nếu thời gian ép quá ngắn sẽ làm dầu chảy ra chưa hết, ngược lại nếu thời gian ép quá dài sẽ ảnh hưởng đến năng suất máy ép

Nhiệt độ ép ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu, nhiệt độ cao và ổn định sẽ làm độ nhớt của dầu bé giúp quá trình ép dễ dàng hơn

Có thể dùng máy ép thủy lực hoặc ép vít cho quá trình ép dầu vỏ hạt điều

chất rắn nhờ vào hệ thống hồi lưu Phương pháp này dùng để chiết các sản phẩm thiên nhiên từ nguồn nguyên liệu sinh học như lá, hạt

Nguyên tắc hoạt động của bộ chiết Soxhlet: Dung môi trong bình cầu được đun sôi trên bếp Hơi dung môi theo ống dẫn lên trên trụ chiết tới ống sinh hàn Tại đây dung môi được làm lạnh ngưng tụ lại và chảy về trụ chiết Khi lượng dung môi trong trụ chiết vượt lên độ cao của ống xifong thì toàn bộ dung môi hòa tan mẫu trong trụ chiết sẽ tràn về bình cầu Hơi dung môi lại tiếp tục bay lên và chu trình chiết lại tiếp diễn

Yêu cầu của dung môi chiết:

- Hòa tan hoàn toàn và nhanh chóng các cấu tử trong nguyên liệu

- Hòa tan kém các cấu tử sáp, nhựa dầu

- Không có tác dụng hóa học với tinh dầu

- Không biến chất khi sử dụng lại nhiều lần

- Hoàn toàn tinh khiết, không có mùi lạ, không độc, không ăn mòn thiết bị, không tạo thành hỗn hợp nổ với không khí và có độ nhớt kém

- Nhiệt độ sôi thấp, tránh làm ảnh hưởng đến tinh dầu

Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết:

- Đặc tính nguyên liệu: độ ẩm, hình dạng, kích thước ảnh hưởng đến vận tốc chuyển động cũng như quá trình khuếch tán

- Nhiệt độ trích ly: nhiệt độ tăng thì lượng chất khuếch tán vào dung môi tăng

và độ nhớt của dầu giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly Tuy nhiên nhiệt độ quá cao sẽ gây bất lợi đối với những hợp chấp kém bền với nhiệt, tăng tạp chất và hao hụt dung môi

- Tỷ lệ giữa dung môi và nguyên liệu: tỷ lệ DM/NL thấp sẽ không trích ly triệt

để dầu, thời gian trích ly tăng và chất lượng dầu giảm; khi tỷ lệ này tăng sẽ tạo điều kiện trích ly tốt nhưng nếu quá cao sẽ gây lãng phí dung môi, giảm hiệu quả kinh tế

- Thời gian trích ly: thời gian trích ly ngắn sẽ không chiết hết cấu tử trong nguyên liệu, nếu thời gian chiết quá dài, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp chất, không đạt yêu cầu và lãng phí thời gian, năng lượng

Tìm hiểu một số dung môi sử dụng trong nghiên cứu:

Ethanol hay còn gọi là ethyl alcohol, công thức phân tử CH3CH2OH là một trong những hợp chất hữu cơ có nhiều ứng dụng như: dung môi, chất sát trùng, chất chống đông, nhiên liệu Ethanol ở điều kiện thường là một chất dễ bay hơi, dễ cháy, trong suốt không màu Ethanol trong đề tài được sử dụng là cồn tuyệt đối hàm lượng 99,5 % v/v

Hexan là một hydrocacbon nhóm ankan có công thức CH3(CH2)4CH3 Hexan

là một hóa chất được sản xuất từ dầu thô, là chất lỏng không màu có mùi khó chịu, rất dễ bay hơi, dễ cháy nổ và ít tan trong nước Hexan dùng làm dung môi trích ly hoặc chất tẩy trong ngành dệt…

1.5 Tổng quan về nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học theo nghĩa rộng là những nhiên liệu rắn, lỏng hay khí được chuyển hóa từ sinh khối, có thể thay thế nhiên liệu khoáng và có tính năng tương đương

Nhiên liệu sinh học mang lại những lợi ích như: giảm khí thải nhà kính, giảm gánh nặng lên nhiên liệu hóa thạch, tăng sự an toàn về năng lượng quốc gia, góp phần phát triển đất nước và là nguồn nguyên liệu bền vững trong tương lai Tuy nhiên, nhiên liệu cũng còn một số hạn chế như: nguồn nguyên liệu cần được tái tạo nhanh, công nghệ sản xuất phải được thiết kế và vận hành sao cho cung cấp lượng nhiên liệu nhiều nhất với kinh phí thấp nhất và lợi ích về môi trường nhất

Nhiên liệu sinh học và những dạng nhiên liệu tái tạo khác nhắm đến tính chất trung tính về carbon Điều này có nghĩa là carbon được thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu để cung cấp năng lượng được tái hấp thụ và cân bằng với lượng carbon hấp thụ bởi cây cối Sau đó thu hoạch cây cối về tiếp tục sản xuất nhiên liệu Những nhiên liệu trung tính về carbon không gây ra sự tăng carbon trong khí quyển,

vì thế không làm trái đất nóng lên Có nhiều dạng nhiên liệu sinh học, nhưng chủ

yếu là Biodiesel, xăng ethanol, biomass Người ta phân chia thành ba thế hệ nhiên liệu sinh học:

Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất: là nguồn nguyên liệu được sản xuất từ nguồn nguyên liệu liên quan đến lương thực thực phẩm như đường (mía, củ cải, trái cây); tinh bột (ngô, khoai, sắn); dầu thực vật (dầu đậu tương, dầu dừa, dầu lạc); mỡ động vật (mỡ bò, mỡ cá, ) Nguồn nhiên liệu này đã được hoàn thiên song lại ảnh hưởng đến an ninh lương thực nên bị phản đối

Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai: được sản xuất từ các phụ phẩm và phế thải trong sản xuất và sinh hoạt như: rơm, bã trấu, mùn cưa, rác thải hữu cơ, dầu ăn thải, dầu hạt cao su… Ưu điểm của loại này là sử dụng nguồn sinh khối không ảnh hưởng đến an ninh lương thực, và giảm ô nhiễm môi trường; tuy nhiên nguồn nguyên liệu ít khó đáp ứng cho sản xuất và tiêu tốn nhiều năng lượng

Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba: được sản xuất từ các loại tảo biển, cây jatropha, là loại thực vật dễ trồng lại cho hiệu suất dầu cao

Để đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường phát triển bền vững, nhiều quốc gia và các tổ chức quốc tế trong thập kỷ qua đã tập trung nghiên cứu nhiên liệu sinh học, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, tiến tới xây dựng ngành nhiên liệu sạch Các nước đã có thành công nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học là Brazil, Mỹ, Canada, Mexico; châu Âu có Anh, Pháp, Đúc, Tây Ban Nha, Bỉ, Áo, châu Á có Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Nhật [6], [7]

Hình 1 10 Tỷ lệ sử dụng dầu thực vật để sản xuất nhiên liệu sinh học ở một số nước

Dầu thực vật được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, phổ biến là làm thực phẩm, kế đến dùng làm nhiên liệu sinh học, trong công nghiệp hóa chất hoặc một số ngành công nghiệp khác (Bảng 1.6) Nhu cầu dầu thực vật tăng trưởng mạnh trong 10 năm gần đây do nhu cầu thực phẩm và nhiên liệu sinh học gia tăng Sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu là xu hướng phát triển trong tương lai với kỳ vọng thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt Tuy nhiên đây bài toán cần cân nhắc thận trọng [12]

Bảng 1 5 Sử dụng dầu thực vật các loại trên thế giới, năm 2011 [12]

Loại dầu Nhiên liệu

sinh học (%)

Thực phẩm (%)

Hóa chất (%)

Ứng dụng khác (%)

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu:

Vỏ hạt điều sau chao dầu và tách nhân điều được thu gom từ xí nghiệp điều của công ty chế biến nông sản Casanco Khánh Hòa

Bảo quản ở điều kiện tự nhiên trong túi nilon, trọng lượng mỗi túi là 10kg phục vụ mục đích nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nha Trang

Hình 2 1 Vỏ hạt điều sau chao dầu và tách nhân

- Dung môi trích ly dầu: n-hexan, ethanol (99,5% v/v)

- Hóa chất để xác định chỉ tiêu dầu: dung dịch KOH 0.1N, ete etylic, cồn (99,5% v/v), chỉ thị phenolphthalein 1%

2.3 Quy trình thí nghiệm