Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ ba, 27/02/2024 | 14:51

Thứ ba, 27/02/2024 | 14:51

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 08:10 ngày 14/03/2023

Nghiên cứu phát triển hệ thống chưng cất tinh dầu quế và thương mại hóa sản phẩm cho nông dân miền núi

Mở đầu
Việt Nam có đặc trưng khí hậu nhiệt đới, 3/4 diện tích là đồi núi, trên 2/3 dân cư sinh sống tại các vùng nông thôn. Các sản phẩm từ cây trồng hầu hết chưa được chế biến sâu để trở các sản phẩm thương mại hóa có giá trị gia tăng cao. Năm 2016, Viện Nghiên cứu Cơ khí đã thực hiện thành công đề tài cấp Bộ Công Thương “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống chưng cất tinh dầu quế phù hợp với điều kiện nông thôn với công suất 40 kg nguyên liệu/ ca 8 tiếng”. Tinh dầu quế được ứng dụng từ lâu trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, hóa mỹ phẩm và có giá trị gia tăng cao, nhiều nước trên thế giới sử dụng.
Sau khi nghiệm thu, để đưa kết quả của đề tài vào thực tiễn sản xuất tại các địa phương có trồng cây quế là một công việc thực sự khó khăn. Có nhiều lý do: các cơ chế chính sách chưa cụ thể, hệ thống liên kết từ người trồng và thu hoạch quế, các địa phương, niềm tin của bà con nông dân, nguồn vốn, cơ chế cho nhà khoa học… Tuy nhiên, nhóm thực hiện đề tài đã đặt quyết tâm khắc phục khó khăn đưa kết quả đề tài vào thực tiễn. Bước đầu, nhóm tác giả đã phát triển và lắp đặt thành công 01 hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu quế với công suất 360 kg nguyên liệu /ca 8 tiếng. Sản phẩm sau chưng cất là tinh dầu quế được thị trường chấp nhận. Hệ thống thiết bị chưng cất được lắp đặt tại xã miền núi ở huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày mô hình R&D đưa kết quả của đề tài nghiên cứu khoa học vào thực tiễn sản xuất trong điều kiện của Việt Nam.
1. Thực hiện và kết quả đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Công Thương
1.1. Lý do thực hiện đề tài
 Từ xưa, người Việt ta tại các vùng đồi núi đã biết tận dụng nguồn đất để trồng các loại cây lấy gỗ, cây ăn quả, cây làm thuốc…. Trong vài chục năm trở lại đây, cùng với đổi mới nền kinh tế, người nông dân ở các khu vực đồi núi đã được giao đất để trồng rừng, trồng các loại cây ăn quả, làm dược phẩm… Trong những loại cây trồng trên, cây quế được đầu tư và trồng nhiều tại các tỉnh Yên Bái, Lạng Sơn, Lào Cai, Quảng Nam, Thanh Hóa…. Tuy nhiên, nếu không đưa khoa học công nghệ chế biến sau thu hoạch, thương mại hoá sản phẩm vào để nâng cao giá trị gia tăng cho các sản phẩm nông nghiệp mà chỉ xuất thô thì giá trị thấp, nguồn tiêu thụ bấp bênh, nông dân không mặn mà.
 Đối với các nước như Trung Quốc, Ấn Độ… có qui hoạch vùng trồng tập trung quế, sản lượng lớn, do vậy đầu tư nhà máy chưng cất tinh dầu có hiệu quả cao. Khảo sát ở nước ta cho thấy, do quy hoạch vùng trồng, địa hình đồi núi có giao thông khó khăn cũng như tập quán canh tác còn manh mún cho nên nguồn nguyên liệu phân tán, khoảng cách từ nguồn nguyên liệu đến cơ sở chế biến xa, vận chuyển tốn kém (Hình 1). Nhóm tác giả đã xây dựng đề tài hướng đến việc thiết kế, chế tạo thiết bị chưng cất quy mô nhỏ, công nghệ phù hợp với bà con nông dân để chưng cất tinh dầu từ cành và lá quế, chi phí chế tạo thấp, giúp cho bà nông dân vùng trồng quế nâng cao thu nhập.
Hình 1. Thu hoạch và vận chuyển cành lá quế tại Yên Bái.  
Chúng tôi đã khảo sát một số dây chuyền chưng cất tinh dầu quế quy mô công nghiệp tại các tỉnh Yên Bái, Lào Cai... Kết quả cho thấy, cành và lá quế được thu mua rồi sơ chế và chưng cất. Tuy nhiên, chi phí đầu tư 1 dây chuyền lên tới hàng chục tỉ đồng nên rất khó khăn cho đồng bào miền núi. Do vậy, nghiên cứu chế tạo hệ thống chưng cất tinh dầu quế quy mô nhỏ, dễ vận hành, phù hợp cho khoảng 10 hộ dân có thể sử dụng 1 hệ thống, cành và lá quế không phải vận chuyển xa là điều rất cần thiết, giúp thu nhập của bà con nông dân tăng.
1.2. Kết quả của đề tài
Nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu lựa chọn công nghệ chưng cất lôi cuốn theo hơi nước để chưng cành và lá quế; Đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm 1 hệ thống thiết bị với dung tích nồi chưng 250 lít tại Viện Nghiên cứu Cơ khí (Hình 2).
   
Hình 2. Hệ thống thiết bị 250L của đề tài và sản phẩm tinh dầu quế sau chưng.
Sau nhiều mẻ chưng thử nghiệm, lượng tinh dầu quế thu hồi đạt 3-3,5 lít/tấn nguyên liệu, với tỉ trọng 1,035 g/ml. Chất lượng tinh dầu đã được kiểm định tại Viện Hoá học các hợp chất thiên nhiên thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam. Về lượng tinh dầu thu hồi/ 1 tấn cành lá quế và các thông số cơ bản như tỉ trọng, màu sắc, một số chất hữu cơ… đã đạt tương đương số liệu của các doanh nghiệp chưng cất bằng nồi hơi tại Việt Nam.
2. Mô hình R&D để đưa kết quả đề tài vào thực tiễn sản xuất và thương mại hoá sản phẩm
Từ kết quả của đề tài, để đưa vào thực tiễn sản xuất là khó khăn rất lớn, phải làm hệ thống pilot để thử nghiệm, tìm nơi lắp đặt thử nghiệm, xác định quy mô thiết bị phù hợp với từng đối tượng nông dân… Nhóm tác giả đã khảo sát tại huyện Thường Xuân - Thanh Hoá khi tiếp xúc với Hội trồng quế và bà con nông dân. Diện tích trồng quế tại Thường Xuân lên tới hàng nghìn héc ta, đã có vài dây chuyền chưng cất, tuy nhiên công nghệ chưng lạc hậu, thiết bị sơ sài làm từ vật liệu thép thường nên hiệu suất thu hồi và chất lượng tinh dầu quế còn hạn chế. Nhóm thực hiện đề tài đã bàn bạc và quyết định tự bỏ vốn đầu tư 1 hệ thống chưng cất tinh dầu quế lắp đặt tại địa phương. 
Cũng thời gian này, Ban quản lý Vườn quốc gia Xuân Liên thuộc huyện Thường Xuân được giao Dự án “Ứng dụng tiến bộ kỹ thuật xây dựng mô hình nhân giống, trồng, chế biến và tiêu thụ sản phẩm cây quế ngọc theo chuỗi giá trị tại huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá” thuộc Chương trình “Xây dựng mô hình ứng dụng và chuyển giao KH&CN phục vụ phát triển kinh tế xã hội nông thôn và miền núi giai đoạn 2016-2025”. Sau khi bàn bạc với với Ban quản lý dự án, nhóm tác giả quyết định chế tạo và lắp đặt thử nghiệm 1 hệ thống cưng cất tinh dầu quế tại nhà ông Minh ở xã Xuân Cẩm, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá (Hình 3). 
Hình 3. Hệ thống chưng cất tinh dầu quế 1000L tại huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá, được chuyển giao vào tháng 6 năm 2021.  
Hệ thống thiết bị được chế tạo bằng thép không gỉ cho toàn bộ phần tiếp xúc tới cành, lá quế và hỗn hợp tinh dầu quế, phần phụ trợ chế tạo bằng thép thường. Dung tích của nồi chưng là 1000 lít; năng lượng dùng chưng cất là củi và tận dụng luôn cành lá quế sau khi đã chưng cất. Hệ thống thiết bị đã chưng cất thử nghiệm: mỗi mẻ nạp được 180 kg cành lá quế khô, thời gian chưng 4-5 giờ, lượng tinh dầu thu hồi 3-3,5 lít/1 tấn cành lá quế.
Sau một số mẻ chưng cất thử nghiệm, nhóm đề tài đã xem xét chỉnh sửa và nâng cấp kết cấu thiết bị để phù hợp hơn với điều kiện thực tế. Qua thuyết trình với Ban quản lý dự án và một số hội viên Hội trồng quế, một thành viên của Hội đã đồng ý kết hợp với Ban quản lý dự án cùng nhóm thực hiện đề tài, chế tạo lắp đặt một hệ thống hoàn chỉnh tại địa phương để đưa vào sản xuất. Hệ thống chưng cất mới được lắp đặt tại xã Xuân Cẩm, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá (Hình 4).
Hình 4. Hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu quế 1200L (hoàn thiện) và tinh dầu sau chưng, được chuyển giao vào tháng 10 năm 2021.  
Hệ thống chưng cất sau khi hoàn thiện có dung tích buồng chưng 1200 lít, đã đưa vào thử nghiệm và sản xuất với năng suất chưng 200 kg cành lá quế/ 4-5 giờ; Hiệu suất thu hồi tinh dầu được nâng lên đạt 3,5-4 lít tinh dầu/ 1 tấn cành lá quế khô. Nguyên liệu đốt là cành lá quế sau khi chưng cất, chất lượng tinh dầu được thị trường chấp nhận.
Sau khi hệ thống chưng cất trên đi vào sản xuất với kết quả khả quan, các hội viên Hội trồng quế tại huyện Thường Xuân đăng ký hợp tác lắp đặt trên 10 hệ thống chưng cất tại địa phương. Như vậy, giai đoạn đưa kết quả đề tài vào sản xuất đã đạt được thành công ban đầu. Tuy nhiên, qua đối thoại với Hội trồng quế huyện Thường Xuân và Ban quản lý dự án, nhóm thực hiện đề tài nhận thấy, nếu chỉ dừng lại ở mức chưng cất ra tinh dầu thô rồi bán ra thị trường thì sản phẩm chỉ có giá trị gia tăng thấp. 
Nhóm tiến hành nghiên cứu xử lý các sản phẩm làm ra từ tinh dầu quế để tăng giá trị khi thương mại hoá. Bước đầu, nhóm đã chế được dung dịch khử trùng, làm sạch môi trường trong gia đình và các phương tiện giao thông, đã đưa ra thử nghiệm trên thị trường được thị trường chấp nhận (Hình 5). Với những sản phẩm này, giá trị của tinh dầu quế được tăng lên 3-4 lần. 
Với mục đích xây dựng hệ thống R&D từ trồng cây đến chưng cất và tạo ra các sản phẩm từ tinh dầu quế thương mại hoá, nhóm tác giả đã tư vấn cho Hội trồng quế huyện Thường Xuân xây dựng mô hình Hợp tác xã, gồm một chuỗi liên kết Các nông dân trồng quế - Các cơ sở chưng cất - Hệ thống chế biến - Hệ thống thương mại hóa các sản phẩm từ tinh dầu quế, có thể kết hợp thêm với các nhà khoa học khi cần. Mô hình này sẽ phát triển bền vững, người trồng cây có thu nhập ổn định yên tâm chăm lo trồng cây quế, các sản phẩm có giá trị gia tăng tốt, tạo công ăn việc làm cho địa phương, đóng góp cho ngân sách địa phương.
Hình 5. Một số sản phẩm từ tinh dầu quế đã đưa ra thị trường  
3. Kết luận và kiến nghị
Mô hình R&D do nhóm thực hiện đề tài xây dựng hiện đang được triển khai áp dụng tại huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá. Giai đoạn đầu còn gặp khó khăn. Tuy nhiên, mô hình tạo ra giá trị gia tăng cho sản phẩm và các thành phần tham gia đều được hưởng lợi. Sản xuất phát triển bền vững phù hợp với các chủ trương chính sách của Đảng và Chính phủ. Qua trao đổi với một số huyện miền núi tại các tỉnh Hà Giang, Lạng Sơn, Quảng Ninh, Lào Cai, lãnh đạo các huyện đều mong muốn được triển khai mô hình tại địa phương mình.
Hiện nay, đa số các sản phẩm từ nông nghiệp của Việt Nam chưa được chế biến sâu để tạo giá trị gia tăng và thương hiệu bền vững. Tinh dầu quế sau chưng ở nước ta được các doanh nghiệp Trung Quốc nhập về rồi tinh chế sử dụng hoặc xuất khẩu với giá trị tăng gấp 8-10 lần so với nhập khẩu ban đầu, do vậy đang đặt ra cho các nhà khoa học trong nước về đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu. Để các nhà khoa học kết hợp tốt với các doanh nghiệp tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cao, phát triển bền vững, Nhà nước cần có các chính sách cụ thể, đặc biệt về bản quyền, về tự chủ khi triển khai các đề tài nghiên cứu khoa học. Nên có các quỹ đầu tư mạo hiểm để khuyến khích đưa các kết quả nghiên cứu vào sản xuất. 
Lời cảm ơn: Nhóm tác giả chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các doanh nghiệp, các hộ nông dân và các cá nhân đã ủng hộ trong quá trình thực hiện. 
KS. CVC Nhữ Hoàng Giang, PGS.TS Lê Thu Quý, GS.TS Đinh Văn Chiến, ThS Ngô Xuân Cường, KS Lê Văn Triệu
Viện Nghiên cứu Cơ khí
(Nguồn: Tập san Viện Nghiên cứu Cơ khí 60 năm lớn mạnh cùng đất nước)
lên đầu trang