Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ như: Nhiệt độ nước ngâm, bề dày lớp liệu, và độ ẩm của nguyên liệu đến năng suất và tỷ lệ nảy mầm trong hệ thống sản xuất thức ăn xanh quy mô công nghiệp.
BÀI BÁO KHOA HỌC KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ TỶ LỆ NẢY MẦM TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT MẠ MẦM SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH HÓA THỰC NGHIỆM Nguyễn Đình Tùng1 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng yếu tố công nghệ như: nhiệt độ nước ngâm, bề dày lớp liệu, độ ẩm nguyên liệu đến suất tỷ lệ nảy mầm hệ thống sản xuất thức ăn xanh quy mô công nghiệp Kết khảo sát yếu tố với giá trị khảo sát: nhiệt độ nước ngâm (30-40oC); bề dày lớp liệu (30-50mm); độ ẩm nguyên liệu (80-90%) Kết tìm giá trị tối ưu công nghệ để đạt suất lớn (9,708 tấn/ngày), tỷ lệ nảy mầm (99,8%) ứng với giá trị là: độ ẩm nguyên liệu (83,72%); nhiệt độ nước ngâm (36,5oC); bề dày lớp liệu (46,7mm) Từ khóa: Thức ăn xanh thủy canh, hệ thống công nghệ mạ mầm, quy hoạch thực nghiệm ĐẶT VẤN ĐỀ * Đối với thức ăn xanh cho gia súc/gia cầm trồng theo kiểu thủy canh ưu điểm trồng quanh năm sản xuất với số lượng lớn Cây thức ăn gia súc thường trồng theo phương pháp Ngơ, lúa mạch, lúa mì, Sau hạt phát triển rễ chồi xanh tạo thành “thảm” dày đặc, chồi xanh “thảm” thực vật dài 200 250mm thu hoạch sẵn sàng cho gia súc ăn sau 7-12 ngày tuổi (Triple J., 2018 Premiumfodder, 2019) Thảm xanh mầm xanh cho ăn “lành mạnh” cung cấp hàm lượng dinh dưỡng cao Mật độ hợp lý trồng, ví dụ nguyên liệu từ hạt ngô cho thấy khoảng 208 kg cho 25m khay (Triple J., 2018) Ưu điểm thức ăn thủy canh: i- giàu vitamin, khoáng chất, enzyme; ii- thức ăn thủy canh 85% đến 90% tiêu hóa được; iii- thức ăn thủy canh chứa protein chất lượng cao; iv- hàm lượng lượng cao, Hệ thống hồn tồn phù hợp nước nhiệt đới (Triple J., 2018 Premiumfodder, 2019) Hiện Việt Nam công nghiệp chăn ni bị lấy thịt (bị thương phẩm) chăn ni bò sữa phát triển theo xu hướng nhanh, quy mô, minh chứng cụ thể dự án chăn ni bị giống bị Viện nghiên cứu Thiết kế chế tạo máy Nông nghiệpBộ Công Thương thịt công nghệ cao với tổng vốn đầu tư lên tới 4.500 tỉ đồng khánh thành tỉnh Hà Tĩnh (Hoàng Kim Giao, 2017; Tổng Cục Thống Kê, 2017) Tuy nhiên Việt Nam chưa có sở sản xuất, chế biến thức ăn xanh cho bò mà sử dụng phương pháp truyền thống trồng cỏ tự nhiên, tốn diện tích canh tác, đất đai ngày khan hiếm, thu hẹp Từ nhu cầu thực tiễn vậy, năm gần số doanh nghiệp lớn nước trú trọng đến sản xuất mạ mầm làm thức ăn xanh cho bò từ nguyên liệu lúa mì/lúa mạch theo phương thức thủy canh Xuất phát từ cần thiết sản xuất nêu tác giả sâu tập trung nghiên cứu công nghệ/thiết bị tạo mầm làm thức ăn xanh cho bò để chủ động nguyên liệu đảm bảo nguồn nguyên liệu sạch, nhiều dinh dưỡng Vì báo tác giả trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến suất tỷ lệ nảy mầm hệ thống sản xuất mạ mầm tự động làm thức ăn cho bị cần thiết có ý nghĩa thực tiễn VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Vật liệu nghiên cứu: Vật liệu nghiên cứu lúa khơ ngâm nước nóng, sau đổ nước đưa vào hệ thống sản xuất mạ mầm điều chỉnh yếu tố công nghệ KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 133 - Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu nhóm tác giả sử dụng phương pháp qui hoạch hóa thực nghiệm dựa phần mềm máy tính chuyên dụng để khảo sát xác định hàm tối ưu yếu tố công nghệ ảnh hưởng như: i)- độ ẩm nguyên liệu; ii)- nhiệt độ nước ngâm; iii)- bề dày lớp liệu Bài toán tối ưu với hàm mong đợi giải thơng qua mơ hình minh họa thuật tốn ma trận Box Benhken yếu tố đầu vào hình 1sau: thí nghiệm tâm miền quy hoạch thí nghiệm lặp Với số lượng thí nghiệm ma trận Box-Benken yếu tố tiến hành tối ưu hóa để lựa chọn hàm hồi quy mong đợi đạt kết cao KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1 Xây dựng mô hình hồi quy thực nghiệm Tác giả tham khảo cơng trình nghiên cứu giới tác giả (Triple J., 2018 Premiumfodder, 2019) để tiến hành nghiên cứu lý thuyết, công nghệ xem xét ảnh hưởng nhiều thông số, rút miền giá trị tối ưu chúng Để kiểm chứng xác định cụ thể giá trị tối ưu số thơng số chính, dựa thực nghiệm đa yếu tố Kết nghiên cứu, ảnh hưởng thơng số phi tuyến Vì chọn kế hoạch thực nghiệm bậc Box-Benken yếu tố Các yếu tố ảnh hưởng là: khối lượng thóc khơ; độ ẩm ngun liệu, nhiệt độ nước ngâm, bề dày lớp liệu Bằng cách sử dụng quy hoạch trực giao đối xứng, yếu tố tiến hành mức (-1, 0, +1) bảng Hình Minh họa thiết kế ma trận Box-Benken yếu tố (M Manohar; J Joseph, et al, 2013) Quan sát hình nhận thấy ma trận Box-Benken yếu tố đầu vào thiết lập với 16 thí nghiệm quy hoạch trực giao cấp I (thí nghiệm đơn yếu tố), Bảng Giá trị mã hóa giá trị thực nghiệm yếu tố thực nghiệm Biến số Ký hiệu giá trị mã hóa -1 +1 Kí hiệu Đơn vị Khối lượng thóc khơ X1 kg 800 900 1000 Độ ẩm nguyên liệu Nhiệt độ nước ngâm Bề dày lớp liệu X2 X3 X4 % C mm 80 30 30 85 35 40 90 40 50 Từ thí nghiệm sơ thấy rằng, điều kiện tối ưu nằm miền biến đổi thông số Ở tác giả sử dụng quy hoạch trực giao cấp 2, tiến hành lập bảng thí nghiệm đầy đủ với k =4 tổng số thí nghiệm (bảng 1): N= 2k + n0 + 2k = 25 (Phạm Văn Lang, 1998) Trong đó: N- số lượng thí nghiệm; k- số yếu tố ảnh hưởng; hoạch trực giao cấp I; 2k - thí nghiệm quy n0 - thí nghiệm tâm miền quy hoạch; 2k- số thí nghiệm lặp Qui hoạch thực nghiệm đưa 25 thí nghiệm với 134 hàm mục tiêu suất tỷ lệ nảy mầm Từ 25 thí nghiệm tác giả lựa chọn thí nghiệm có ảnh hưởng lớn đến kết tính tốn hàm hồi quy tối ưu (Bảng 2) Mối tương quan giá trị mã hóa lựa chọn Bảng phương trình (1) (Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang, 1998; Bùi Minh Trí, 2011) Bảng gồm thí nghiệm tương ứng giá trị khác yếu tố đầu vào yếu tố đầu nêu Ảnh hưởng tương tác yếu tố đầu vào đến hàm mục tiêu (2 thông số đầu ra) tiến KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC hành xây dựng hàm hồi quy bậc cho hàm mục tiêu sau (phương trình 1) (Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang, 1998; Bùi Minh Trí, 2011): k Yi i i xi ii xi2 ij xi x j Trong đó: Yi hàm mục tiêu, (1) i , ii , ij véc tơ tham số mơ hình xác định qua thực nghiệm Mơ hình thống kê có ý nghĩa sử dụng thỏa mãn tiêu chuẩn thống kê (Fisher) 0 hệ số tự do, Bảng Ma trận kế hoạch Box-Benken kết thí nghiệm Số Khối lượng thóc Độ ẩm ngun Nhiệt độ nước Bề dày lớp khô X1 (kg) liệu X2 (%) ngâm X3 (0C) liệu X4 (mm) TN Tỷ lệ nảy mầm Y1(%) Năng suất Y2 (kg) 1000.00 80.00 30.00 50.00 99.5 10000 800.00 80.00 40.00 50.00 96.7 7940 900.00 85.00 35.00 40.00 97.3 8360 15 1000.00 90.00 30.00 30.00 98.8 9240 17 1000.00 90.00 30.00 50.00 98.9 9890 3.2 Phân tích có ý nghĩa mơ hình với thực nghiệm Phân tích phù hợp mơ hình có ý nghĩa mơ hình đánh giá qua phân tích ANOVA số tương quan (bảng 3) Sự có ý nghĩa hệ số hồi quy kiểm định chuẩn F, với giá trị p 0,05 cho biết hệ số hồi quy có nghĩa Như vậy, bảng cho thấy giá trị “Model-F-value” hàm đánh giá tỷ lệ nảy mầm 8,24 mơ hình hồn tồn có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 99,99% (p