Tổng quan nghiên cứu

Chôm chôm (Nephelium lappaceum L.) là loại cây ăn trái nhiệt đới phổ biến tại Đông Nam Á, trong đó Việt Nam có diện tích trồng khoảng 35.500 ha với sản lượng gần 162.000 tấn/năm, tập trung chủ yếu ở Đồng Nai, Bến Tre, Vĩnh Long. Hạt chôm chôm chiếm khoảng 5,6 - 6,3% khối lượng quả, chứa hàm lượng lipid cao (khoảng 33,4%), tương đương với hạt hướng dương hay hạt cọ dầu. Lipid trong hạt chôm chôm giàu acid béo không no (~50%), đặc biệt có acid oleic và các acid béo nhóm omega-3, omega-6 có lợi cho sức khỏe. Tuy nhiên, lipid này dễ bị oxy hóa, dẫn đến giảm chất lượng trong bảo quản.

Nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật vi bao bằng sấy phun nhằm bảo quản chất béo từ hạt chôm chôm, tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp, nâng cao giá trị quả chôm chôm. Mục tiêu chính là khảo sát ảnh hưởng của áp suất đồng hóa (200, 300, 400 bar) và nhiệt độ sấy phun (140, 160, 180, 200°C) đến hiệu suất vi bao (MEY), hiệu quả vi bao (MEE) và chất lượng lipid sau bảo quản gia tốc 30 ngày ở 60°C. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM trong năm 2014-2015.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn thông số công nghệ tối ưu cho quá trình vi bao lipid hạt chôm chôm, góp phần phát triển công nghệ thực phẩm và bảo quản lipid nhạy cảm, đồng thời khai thác hiệu quả nguồn nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Kỹ thuật vi bao bằng sấy phun (Spray Drying Microencapsulation): Quá trình chuyển đổi nguyên liệu lỏng thành dạng bột khô, trong đó chất béo được bao bọc bởi lớp màng polymer nhằm bảo vệ khỏi oxy hóa và biến đổi chất lượng. Các chỉ tiêu đánh giá gồm hiệu suất vi bao (MEY) và hiệu quả vi bao (MEE).

  • Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa: Áp suất đồng hóa cao giúp giảm kích thước hạt phân tán trong hệ nhũ tương, tăng diện tích bề mặt pha dầu - nước, từ đó cải thiện sự phân tán và ổn định hệ nhũ, ảnh hưởng tích cực đến hiệu quả vi bao.

  • Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun: Nhiệt độ đầu vào sấy phun ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi nước, hình thành lớp màng bao và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Nhiệt độ quá cao có thể gây phá hủy cấu trúc vỏ bao, làm giảm hiệu quả vi bao.

Các khái niệm chính bao gồm: hiệu suất vi bao (MEY), hiệu quả vi bao (MEE), chỉ số acid (AV), chỉ số peroxide (PoV), độ ẩm bột, hàm lượng béo bề mặt, và phân bố kích thước hạt.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Chất béo được trích ly từ hạt chôm chôm Java thu nhận từ phụ phẩm Công ty TNHH Gia Kiệm (Đồng Nai). Chất bao gồm whey protein concentrate (WPC) và maltodextrin (MD) với tỷ lệ 1:3.

  • Thiết kế thí nghiệm: Hai thí nghiệm chính được thực hiện:

    1. Khảo sát ảnh hưởng áp suất đồng hóa (200, 300, 400 bar) ở nhiệt độ sấy phun cố định 160°C.

    2. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ sấy phun (140, 160, 180, 200°C) ở áp suất đồng hóa cố định 300 bar.

  • Quy trình: Hệ nhũ tương được chuẩn bị bằng đồng hóa cơ (8000 rpm, 5 phút) và đồng hóa áp lực cao. Sản phẩm sau đó được sấy phun bằng thiết bị Mobile Minor - Model E (hãng Niro A/S, Đan Mạch) với lưu lượng 1,4 L/h, áp suất đầu phun 3 bar.

  • Phân tích: Đo độ nhớt hệ nhũ tương (Brookfield), xác định MEY, MEE, hàm lượng béo bề mặt, độ ẩm bột, chỉ số AV, PoV, phân bố kích thước hạt (máy LA920 - Horiba). Sản phẩm được bảo quản gia tốc 30 ngày ở 60°C trong môi trường bão hòa hơi nước, lấy mẫu định kỳ 5 ngày để đánh giá biến đổi chất lượng.

  • Cỡ mẫu: Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy số liệu.

  • Phân tích thống kê: Sử dụng phần mềm STATGRAPHICS với mức ý nghĩa 95% để đánh giá sự khác biệt giữa các mẫu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa đến độ nhớt và hiệu quả vi bao:

    • Độ nhớt hệ nhũ tương giảm khi tăng áp suất đồng hóa: 38,15 cp (200 bar), 36,65 cp (300 bar), 35,35 cp (400 bar).

    • MEY và MEE tăng theo áp suất, đạt giá trị cao nhất tại 300 bar với MEY 96,27% và MEE 99,49%.

    • Kích thước hạt phân tán giảm khi áp suất tăng, giúp tăng diện tích bề mặt và cải thiện sự bao bọc lipid.

  2. Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa đến chất lượng lipid sau bảo quản:

    • Chỉ số acid (AV) và peroxide (PoV) thấp nhất ở áp suất 300 bar, cho thấy lipid được bảo quản tốt hơn, ít bị oxy hóa.

    • Độ ẩm bột duy trì ở mức khoảng 2,7%, phù hợp cho bảo quản lâu dài.

  3. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến hiệu quả vi bao:

    • MEY và MEE tăng khi nhiệt độ sấy tăng từ 140°C đến 180°C, đạt tối ưu tại 180°C (MEY 96,27%, MEE 99,49%).

    • Ở 200°C, hiệu quả vi bao giảm nhẹ, có thể do lớp màng bao bị phá hủy bởi nhiệt độ cao.

  4. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến chất lượng lipid sau bảo quản:

    • AV và PoV thấp nhất ở 180°C, tăng nhẹ khi nhiệt độ lên 200°C, phản ánh sự oxy hóa lipid tăng do nhiệt độ cao.

    • Phân bố kích thước hạt đồng đều nhất ở 180°C, giúp cải thiện tính ổn định sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy áp suất đồng hóa và nhiệt độ sấy phun là hai yếu tố công nghệ quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả vi bao và chất lượng lipid hạt chôm chôm. Áp suất đồng hóa cao giúp tạo hệ nhũ tương đồng nhất với kích thước hạt nhỏ, giảm độ nhớt, thuận lợi cho quá trình sấy phun và tạo màng bao hiệu quả. Nhiệt độ sấy phun tối ưu ở 180°C giúp hình thành lớp màng bao nhanh, ngăn chặn sự khuếch tán lipid ra bề mặt, giảm oxy hóa.

So sánh với các nghiên cứu về vi bao lipid khác, kết quả tương đồng với xu hướng tăng hiệu quả vi bao khi tăng áp suất đồng hóa và nhiệt độ sấy trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao gây phá hủy cấu trúc vỏ bao, làm giảm hiệu quả bảo quản lipid. Biểu đồ phân bố kích thước hạt và đồ thị biến đổi AV, PoV theo thời gian bảo quản gia tốc minh họa rõ ràng sự ảnh hưởng của các yếu tố này.

Nghiên cứu góp phần làm rõ quy luật ảnh hưởng của áp suất đồng hóa và nhiệt độ sấy phun đến vi bao lipid hạt chôm chôm, mở ra hướng ứng dụng công nghệ vi bao trong bảo quản lipid nhạy cảm từ nguồn nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng áp suất đồng hóa 300 bar trong quy trình vi bao lipid hạt chôm chôm: Động từ hành động "áp dụng" nhằm tối ưu kích thước hạt phân tán, tăng hiệu quả vi bao (MEE đạt gần 99,5%), giảm độ nhớt hệ nhũ, cải thiện chất lượng sản phẩm. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn chuẩn bị nhũ tương.

  2. Chọn nhiệt độ sấy phun 180°C làm điều kiện chuẩn cho quá trình sấy: Giúp tăng hiệu suất vi bao (MEY đạt 96,27%), bảo vệ lipid khỏi oxy hóa, duy trì độ ẩm bột thấp (~2,7%). Chủ thể thực hiện: nhà máy chế biến thực phẩm, thời gian áp dụng trong quy trình sấy phun.

  3. Theo dõi và kiểm soát chỉ số acid (AV) và peroxide (PoV) trong quá trình bảo quản: Động từ "giám sát" nhằm đảm bảo chất lượng lipid ổn định trong suốt thời gian bảo quản gia tốc 30 ngày ở 60°C, giảm thiểu biến đổi oxy hóa. Chủ thể: bộ phận kiểm soát chất lượng.

  4. Kết hợp sử dụng whey protein và maltodextrin với tỷ lệ 1:3 làm chất bao: Tăng khả năng tạo màng bao, cải thiện tính ổn định hệ nhũ và hiệu quả vi bao. Thời gian áp dụng: trong giai đoạn chuẩn bị nhũ tương.

  5. Khuyến nghị nghiên cứu tiếp theo mở rộng khảo sát các yếu tố công nghệ khác như lưu lượng nhập liệu, áp suất đầu phun: Để hoàn thiện quy trình vi bao lipid hạt chôm chôm, nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm. Thời gian: nghiên cứu tiếp theo trong 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm: Nắm bắt kiến thức về kỹ thuật vi bao bằng sấy phun, ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến bảo quản lipid, áp dụng trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

  2. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm và dầu thực vật: Áp dụng quy trình vi bao lipid hạt chôm chôm để tận dụng nguồn nguyên liệu phụ phẩm, nâng cao giá trị sản phẩm, cải thiện chất lượng và thời gian bảo quản.

  3. Chuyên gia kiểm soát chất lượng và bảo quản thực phẩm: Sử dụng các chỉ số AV, PoV, MEY, MEE làm tiêu chuẩn đánh giá chất lượng lipid vi bao, giám sát quá trình bảo quản và ổn định sản phẩm.

  4. Nhà hoạch định chính sách và phát triển nông nghiệp bền vững: Khai thác hiệu quả nguồn phụ phẩm nông nghiệp, thúc đẩy công nghệ chế biến tiên tiến, góp phần phát triển kinh tế nông thôn và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi bao bằng sấy phun là gì và tại sao lại quan trọng trong bảo quản lipid?
    Vi bao bằng sấy phun là kỹ thuật chuyển đổi nguyên liệu lỏng thành dạng bột khô, trong đó chất béo được bao bọc bởi lớp màng polymer nhằm ngăn chặn oxy hóa và biến đổi chất lượng. Kỹ thuật này giúp kéo dài thời gian bảo quản lipid nhạy cảm, giữ nguyên tính chất dinh dưỡng và cảm quan.

  2. Áp suất đồng hóa ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả vi bao?
    Áp suất đồng hóa cao giúp giảm kích thước hạt phân tán trong hệ nhũ tương, tăng diện tích bề mặt pha dầu - nước, từ đó cải thiện sự phân tán và ổn định hệ nhũ, nâng cao hiệu quả vi bao. Nghiên cứu cho thấy áp suất 300 bar là tối ưu cho lipid hạt chôm chôm.

  3. Tại sao nhiệt độ sấy phun cần được kiểm soát chặt chẽ?
    Nhiệt độ sấy phun ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi nước và hình thành lớp màng bao. Nhiệt độ quá thấp làm giảm hiệu quả vi bao, quá cao có thể phá hủy cấu trúc vỏ bao, làm tăng lượng lipid khuếch tán ra bề mặt, giảm chất lượng sản phẩm. Nhiệt độ 180°C được khuyến nghị tối ưu.

  4. Chỉ số acid (AV) và peroxide (PoV) phản ánh điều gì về chất lượng lipid?
    AV đo lượng acid béo tự do, phản ánh mức độ phân hủy lipid; PoV đo lượng peroxide, chỉ số oxy hóa ban đầu của lipid. Giá trị thấp của AV và PoV cho thấy lipid được bảo quản tốt, ít bị oxy hóa và phân hủy.

  5. Lợi ích của việc sử dụng whey protein kết hợp maltodextrin làm chất bao là gì?
    Whey protein có khả năng tạo màng và nhũ hóa tốt, maltodextrin hỗ trợ tạo màng bao kín và giảm tốc độ phản ứng Maillard. Sự kết hợp này giúp tăng hiệu quả vi bao, bảo vệ lipid khỏi oxy hóa và duy trì chất lượng sản phẩm lâu dài.

Kết luận

  • Áp suất đồng hóa 300 bar và nhiệt độ sấy phun 180°C là điều kiện tối ưu cho quá trình vi bao chất béo hạt chôm chôm, đạt MEY 96,27% và MEE 99,49%.
  • Tăng áp suất đồng hóa giúp giảm độ nhớt hệ nhũ tương, kích thước hạt phân tán nhỏ, nâng cao hiệu quả vi bao và chất lượng lipid sau bảo quản.
  • Nhiệt độ sấy phun quá cao (200°C) làm giảm hiệu quả vi bao và tăng oxy hóa lipid, do phá hủy cấu trúc lớp màng bao.
  • Chỉ số acid và peroxide thấp trong sản phẩm vi bao chứng tỏ lipid được bảo quản hiệu quả trong điều kiện bảo quản gia tốc 30 ngày ở 60°C.
  • Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng công nghệ vi bao trong bảo quản lipid nhạy cảm từ nguồn nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp, góp phần phát triển ngành công nghệ thực phẩm bền vững.

Hành động tiếp theo: Áp dụng quy trình vi bao với thông số tối ưu trong sản xuất thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu các yếu tố công nghệ khác để hoàn thiện quy trình. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích hợp tác phát triển sản phẩm từ lipid hạt chôm chôm.