Chế tạo thành công dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động

Thực tế cho thấy, trong các sản phẩm chế biến tôm xuất khẩu thì tôm chiên Tempura là mặt hàng được ưa chuộng trên thị trường kể cả trong nước và nước ngoài và có giá trị gia tăng cao nhất khi trải qua nhiều công đoạn chế biến, cộng thêm việc áp dụng khoa học kỹ thuật để nâng cao năng suất. Đây là mặt hàng chủ lực của nhiều công ty chế biến tôm xuất khẩu tại Việt Nam nói chung và tại TP.HCM, các tỉnh thành khu vực Nam bộ nói riêng. Tuy nhiên, quá trình sản xuất và chế biến tôm chiên Tempura trong nước hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào sức người. Tại các nhà máy chế biến tôm chiên Tempura xuất khẩu, hầu hết việc chiên tôm Tempura đều được thực hiện thủ công bởi đông đảo đội ngũ công nhân. Việc này hiện tại tiêu tốn rất nhiều nguồn lực của đội ngũ công nhân và đôi khi chất lượng tôm chiên thành phẩm không đồng nhất. Do đó, dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động giúp sản xuất tôm chiên Tempura đạt năng suất cao chính là mục tiêu mà PGS.TS Võ Tường Quân và nhóm cộng sự tại Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ Cơ khí Bách Khoa (thuộc Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TPHCM) tập trung giải quyết thông qua nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Nghiên cứu, thiết kế chế tạo dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động".

Theo lời PGS. TS Võ Tường Quân, ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và  công nghệ, thì thiết bị - máy móc gần như có thể hoàn toàn thay thế một phần, hoặc toàn bộ quá  trình hoạt động sản xuất của con người, và đồng thời tăng năng suất lao động lên gấp nhiều lần. Vì vậy, việc phát triển hệ thống máy móc công nghệ hiện đại trong công nghiệp ở Việt Nam là nhu cầu tất yếu và cần thiết. Đặc biệt là việc ứng dụng dần các công nghệ, thiết bị tự động hóa từng phần, bán phần hoặc tự động hóa hoàn toàn vào các dây chuyền chế biến thủy sản nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm là điều cần thiết.

Trong khi đó, theo đánh giá của nhóm triển khai nhiệm vụ, phương thức chế biến tôm Tempura đông lạnh tại Việt Nam còn tồn đọng nhiều vấn đề cần giải quyết. Đơn cử, nếu như việc phân loại tôm và điều khiển nhiệt độ dầu đã đảm bảo được sự đồng bộ, chính xác nhờ ứng dụng công nghệ tự động hóa; hay như công đoạn lột vỏ tôm tuy còn thực hiện hoàn toàn thủ công nhưng vẫn đảm bảo năng suất và chất lượng; khâu chuẩn bị dung dịch bột chiên có thể đảm bảo tiêu chuẩn nhờ các hệ thống đo lường và khuấy trộn hiện đại; thì thao tác chiên tôm, rưới bột và lấy tôm ra khỏi khuôn chiên vẫn thực hiện thủ công và phụ thuộc hoàn toàn vào cảm quan, tay nghề của người lao động. Bên cạnh đó, môi trường chiên tôm là một môi trường làm việc khắc nghiệt và cũng gây ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của người lao động.

Các hệ thống dạng này tuy đơn giản, không tốn nhiều chi phí đầu tư, nhưng nếu xét trong dài dạn thì năng suất không cao, cũng như không đảm bảo được sự  đồng bộ, đáp ứng tiêu chuẩn cần có của các sản phẩm để xuất khẩu sang các thị trường "khó tính" như  Nhật Bản, Liên minh châu ÂU (EU)", đại diện nhóm nghiên cứu nhấn mạnh.

Ví dụ, bồn chiên tôm với nhiệt độ khoảng 175 độ C khiến môi trường làm việc rất nóng, có nhiều khói và hơi dầu trong không khí do hoạt động chiên tôm, môi trường làm việc này không tốt cho người lao động khi làm việc lâu dài, dễ khiến chất lượng sản phẩm đi xuống, còn người lao động dễ mắc các bệnh nghề nghiệp, suy giảm sức khỏe.  

"Vì thế, để đáp ứng nhu cầu  phát triển  của thị trường, khắc phục được những vấn đề nêu trên nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, các công ty chế biến tôm Tempura ở  Việt Nam đã có yêu cầu cấp bách, đó là  thiết kế, chế tạo dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự  động", PGS. TS Võ Tường Quân khẳng định. 

Về cơ bản, nhóm triển khai nhiệm vụ đã hoàn thiện việc thiết kế, chế tạo dây chuyền chiên tôm Tempura một mặt bán tự động bao gồm các cụm chức năng chính, đó là: Cụm chiên tôm lần 1 (định hình tôm); Cụm phun bột lên tôm; Cụm chiên tôm lần 2 (làm chín tôm); Cụm làm ráo bớt dầu trong tôm sau khi chiên; Hệ thống lọc dầu được sử dụng chung với hệ thống lọc dầu tổng của nhà máy; và cuối cùng là Hệ thống khí Oil free được sử dụng từ nguồn khí của nhà máy để đảm bảo nguồn khí nén sạch được sử dụng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm.

Vì đây là dây chuyền sử dụng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm nên toàn bộ nguyên liệu chế tạo và truyền động cho toàn bộ dây chuyền đều được sử dụng thép không rỉ (SUS 304).

Nguyên mẫu dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động được hoàn thiện

Đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ cho biết, phương án sử dụng băng tải dẫn động khuôn chiên đã được chọn, vì khi sử dụng hệ thống khuôn chiên được dẫn động bằng băng tải thì đơn vị sản xuất có thể đảm bảo được thời gian chiên tôm và chất lượng tôm sau khi chiên, cũng như xác định vị trí tôm để thực hiện các hoạt động mong muốn như phun bột lên các bề mặt, lật tôm, lấy tôm ra khỏi hệ thống. Ngoài ra, hệ thống khuôn chiên còn giúp tạo hình dáng bề ngoài cho tôm Tempura sau khi chiên, giúp món ăn trở nên bắt mắt và cuốn hút khách hàng hơn.

Theo thiết kế, dây chuyền được thiết kế để chiên tôm có kích cỡ thông dụng từ 12-20cm, và khuôn chiên có thể thay đổi theo các hình dạng khác nhau để tạo hình dáng tôm khác nhau đáp ứng nhiều yêu cầu từ khách hàng, đối tác.

Cụm chiên lần 1 (chiên định hình) và băng tải chuyển tiếp

Trong khi đó, vì là dây chuyền chiên tôm bán tự động nên vẫn cần công nhân vận hành, đồng thời hệ thống băng tải dẫn động khuôn chiên có thời gian giữa hai lần khuôn chiên liên tiếp là khoảng 3 giây với số lượng 4 khuôn chiên trên một dãy. Với đặc điểm này, nhóm triển khai nhiệm vụ đã chọn phương án sử dụng công nhân dùng thanh inox để đẩy tôm ra khỏi khuôn, bởi đây là lựa chọn hiệu quả hơn về cả năng suất lẫn chi phí.

"Hệ thống có thể hoạt động trơn tru với 3 công nhân phụ trách công việc này, trong đó 1 công nhân thực hiện việc bỏ tôm vào khuôn, 1 công nhân giám sát cụm chiên lần 1 và 1 công nhân giám sát cụm chiên lần 2", PGS. TS Võ Tường Quân chia sẻ thêm.

Đối với khâu nhúng tôm vào bột trước khi chiên, nhóm kỹ sư và chuyên gia tại Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ Cơ khí Bách Khoa xác định, hệ thống băng tải dẫn động khuôn chiên đã chọn cần cấp tôm liên tục với số lượng tôm mỗi lần cấp tương đối ít (4 khuôn chiên trên một dãy khuôn chiên và 2 khuôn chiên được bố trí ngược chiều nhau để  đảm bảo thao tác thuận tiện cho 2 công nhân thao tác). Vì thế, với đặc điểm này, phương án nhúng bột và cấp tôm thủ công là lựa chọn hiệu quả hơn về cả năng suất lẫn chi phí, bởi sự không đồng đều về thời gian chiên giữa các con tôm trên cùng một mẻ là không đáng kể. Hệ thống có thể hoạt động trơn  tru với 2 công nhân phụ trách công việc nhúng bột và cấp tôm trên mỗi máy.

Còn với khâu chiên tôm chín lần 2, vì đây là bước cuối cùng trong giai đoạn chiên nên cần phải đảm bảo hai bề mặt tôm được chiên chín, đồng thời phải đảm bảo màu sắc của lớp bột phủ bên ngoài của tôm đạt đủ yêu cầu để sản phẩm được đóng gói và xuất khẩu ra nước ngoài; nên phương án được chọn là sử dụng hệ thống băng tải dạng máng chiên để đảm bảo chiên tôm ngập dầu, tốc độ băng tải sẽ được quy định tùy theo màu sắc mong muốn trên tôm chiên tùy thuộc vào yêu cầu khách hàng. Ngoài ra, từ cụm chiên lần 2, tôm chiên thành phẩm sẽ được đưa qua cụm làm ráo dầu chủ động bằng máng liên kết để làm ráo bớt dầu trong tôm sau khi chiên nhằm mục đích tăng cao độ xốp, độ giòn của tôm sau khi chiên và đồng thời tránh hiện tượng đọng nhiều dầu bên trong lớp bột Tempura bao xung quanh tôm.

Cụm chiên lần 2 và băng tải chuyển tiếp

Bên cạnh đó, phương pháp phủ/phun bột (tôm đã bóc vỏ, được công nhân nhúng sẵn bột lần 1), làm ráo (tôm sau chiên) và thiết kế khuôn chiên tôm cũng đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và lựa chọn phù hợp. 

Thực tế triển khai tại Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ Cơ khí Bách Khoa cho thấy, với hệ thống điện được điều khiển bởi các nút nhấn đơn giản, thì việc vận hành hệ thống hoàn toàn đơn giản. Theo đó, công nhân chỉ cần bật công tắc và cài đặt nhiệt độ  cho các thanh điện trở  nhiệt 3 pha mắc hình sao để  gia nhiệt cho dầu. Khi dầu chiên đạt nhiệt độ  mong muốn, công nhân tiếp tục bật công tắc khởi động các động cơ 3 pha dẫn động băng tải và điều chỉnh tốc độ vừa phải. Sau đó, khi dây chuyền đã khởi động, tôm được công nhân nhúng sẵn vào bột và đặt vào khuôn chiên với tốc độ trung bình 4 giây/hàng. Trong khi đó, thùng chứa bột được giữ  ở  áp suất cố  định bằng máy bơm khí nén. Khi cảm biến tiệm cận được kích hoạt, hệ thống các xy lanh sẽ phun bột lên ngang thân dãy tôm tại vị trí đó. Sau một thời gian, lượng bột trong thùng chứa cạn, hệ thống sẽ  được cảnh báo bởi cảm biến mức bột đặt bên trong thùng. Ngoài ra, khí nén được cấp vô thùng chứa dầu là khí nén đã được đưa qua hệ thống lọc dầu oil free tại nhà máy.

Tiếp đó, sau khi tôm đã được định hình và lớp bột cứng lại, công nhân được bố trí tại cụm 1 sẽ sử dụng dụng cụ để đưa tôm ra khỏi khuôn, tôm khi đó sẽ trôi tự do theo dầu rồi được băng tải dẫn động đưa sang cụm 2. Tại cụm 2, sau khi được chiên ngập dầu ở băng tải thứ nhất, băng tải thứ 2 sẽ dẫn động tôm qua cụm 3. Đến cụm 3, tôm bán thành phẩm sẽ được băng tải đưa qua buồng làm ráo, tại đây hệ thống quạt sẽ thổi không khí được gia nhiệt bởi các điện trở xuống, giúp đẩy lượng dầu tồn dư ra khỏi tôm, rồi từ đó dầu sẽ thoát xuống băng tải lưới và chảy vào máng dẫn để tái sử dụng. Cuối cùng, khi ra khỏi cụm 3, tôm thành phẩm ráo dầu được chuyển vào kho đông lạnh, sẵn sàng cho khâu đóng gói phục vụ thương mại nội địa cũng như xuất khẩu.

Sơ đồ, quy trình thực hiện của hệ thống chiên tôm Tempura 1 mặt bán tự động

Được biết, hướng đến mục tiêu triển khai và chuyển giao dây chuyền sản xuất cho các đơn vị khác, nên dây chuyền được thiết kế với ưu điểm có thể điều chỉnh tốc độ từng cụm độc lập để phục vụ nhu cầu chiên đa dạng ở nhà máy.

Đánh giá về hiệu năng của giải pháp, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, tùy vào thời gian thao tác quen máy của công nhân trực tiếp vận hành tại đơn vị, năng suất dự kiến có thể ước đạt 20.000 con tôm/10 giờ trên 1 dây chuyền với số lượng nhân công vận hành là 3 người. Chưa dừng lại ở đó, so với các dây chuyên chiên tôm Tempura bán tự động có tính năng và hiệu suất tương tự nhập ngoại, thì giá thành của dây chuyền là sản phẩm của nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được Sở KH&CN TP.HCM nghiệm thu được xác định là thấp hơn rất nhiều, khoảng bằng 50% so với các dây chuyền nhập ngoại. Ngoài ra, lợi thế thứ hai của dây chuyền là các công việc AS (After Services) như bảo trì, bảo dưỡng sẽ được thực hiện nhanh chóng khi có sự cố xảy ra. Ngoài ra, do làm chủ được công nghệ của việc thiết kế, chế tạo dây chuyền chiên tôm Tempura nên hoàn toàn có thể linh hoạt thay đổi cấu hình, cấu trúc máy để có thể chiên được nhiều dạng sản phẩm của lĩnh vực thủy sản.

"Nhờ giá thành cạnh tranh và năng suất cao, ổn định, nên hiện đã có một đơn vị là công ty Stapimex là đơn vị đã hợp tác nghiên cứu khi triển khai thực hiện dây chuyền này và chủ động đề nghị với chúng tôi chuyển giao và lắp đặt dây chuyền hoàn chỉnh để nhanh chóng đưa vào sản xuất, góp phần năng cao năng suất lẫn chất lượng cho nhà máy", PGS. TS Võ Tường Quân cho biết, "Hay nói cách khác, sản phẩm của nhiệm vụ đã đáp ứng nhu cầu cấp thiết của thị trường, đồng thời khẳng định vai trò của tự động hóa trong các ngành sản xuất, đặc biệt là nhóm ngành chế biến thực phẩm chất lượng cao".

Về hướng phát triển trong thời gian tới, nhóm triển khai nhiệm vụ bày tỏ mong muốn tiếp tục nhận được sự hỗ trợ từ Sở KH&CN TP.HCM, các đơn vị liên quan cũng như từ phía cộng đồng doanh nghiệp để cải tiến một số tính năng cho dây chuyền vừa hoàn thiện, như nâng cấp hệ thống làm mát, hệ thống thu hồi nhiệt, và hệ thống bơm bột liên tục; hay bổ sung hệ thống phun bột để có thể phát triển dây chuyền chiên tôm 1 mặt như hiện này thành dây chuyền chiên 2 mặt hoặc có thể thay đổi cấu hình để có thể biến đổi dây chuyền này phục vụ cho nhiều sản phẩm chiên bán tự động hoặc tự động khác trong lĩnh vực thủy sản.