Tổng quan nghiên cứu

Sữa dừa là nguyên liệu phổ biến trong ẩm thực Đông Nam Á, tuy nhiên sản phẩm bột sữa dừa hòa tan trên thị trường còn hạn chế do chất béo trong sữa dừa dễ bị oxy hóa và biến đổi trong quá trình bảo quản. Theo ước tính, hàm lượng chất béo trong sữa dừa dao động từ 32-40%, chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần, dẫn đến nguy cơ hư hỏng cao nếu không được bảo quản đúng cách. Nghiên cứu này nhằm khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện vi bao chất béo bằng phương pháp sấy phun đến sự biến đổi chất lượng bột sữa dừa trong quá trình bảo quản gia tốc ở nhiệt độ 60°C trong 30 ngày.

Mục tiêu cụ thể là xác định ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy (150-180°C) và áp suất khí nén làm quay đầu phun li tâm (2.5-3.5 bar) đến hiệu suất thu hồi chất khô, hiệu quả vi bao chất béo, chỉ số acid (AV), chỉ số peroxide (POV), hàm lượng béo bề mặt và hình thái hạt bột sau quá trình bảo quản. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào bột sữa dừa được vi bao bằng hỗn hợp gelatin và maltodextrin tại Trường Đại học Bách Khoa, TP. Hồ Chí Minh, trong năm 2013.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa công nghệ vi bao chất béo nhằm kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm bột sữa dừa, giảm thiểu quá trình oxy hóa chất béo, từ đó nâng cao chất lượng và giá trị thương mại của sản phẩm. Các chỉ số như hiệu suất vi bao đạt đến 83%, hiệu quả vi bao lên đến 74%, chỉ số peroxide tăng từ 0.02 lên đến 5.49 meq/kg chất béo tùy điều kiện, được sử dụng làm thước đo đánh giá chất lượng sản phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết vi bao (microencapsulation) chất béo bằng phương pháp sấy phun, trong đó chất béo (lõi) được bao bọc bởi lớp màng bảo vệ (vỏ) nhằm hạn chế tiếp xúc với oxy và nhiệt độ cao, giảm quá trình oxy hóa. Hai chỉ tiêu quan trọng đánh giá hiệu quả vi bao là hiệu suất vi bao (MEY) và hiệu quả vi bao (MEE). MEY phản ánh tỷ lệ thu hồi chất béo trong sản phẩm so với nguyên liệu ban đầu, còn MEE đánh giá khả năng bảo vệ chất béo khỏi oxy hóa dựa trên hàm lượng béo tự do trên bề mặt hạt.

Hỗn hợp gelatin (protein) và maltodextrin (carbohydrate) được sử dụng làm chất bao, tận dụng đặc tính nhũ hóa và tạo màng của gelatin cùng khả năng hòa tan và tạo độ nhớt thấp của maltodextrin. Gelatin có cấu trúc bậc 1 đến bậc 3 phức tạp, có khả năng tạo màng mỏng và ổn định hệ nhũ tương. Maltodextrin với chỉ số DE 18 hỗ trợ tạo màng bao hiệu quả, giảm lượng béo bề mặt và tăng độ bền của hạt vi bao.

Quá trình sấy phun gồm ba giai đoạn chính: phun sương tạo giọt lỏng kích thước 10-200 µm, bốc hơi nước nhanh tạo lớp vỏ bao, và tách sản phẩm bột khô. Nhiệt độ tác nhân sấy và áp suất khí nén làm quay đầu phun là các yếu tố công nghệ quan trọng ảnh hưởng đến cấu trúc hạt và hiệu quả vi bao.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các mẫu bột sữa dừa được vi bao bằng hỗn hợp gelatin và maltodextrin, sử dụng cơm dừa tươi nghiền nhuyễn phối trộn với nước theo tỷ lệ 1:1 (w/w). Quá trình trích ly thực hiện ở 95°C trong 15 phút nhằm vô hoạt enzyme lipoxygenase, giảm oxy hóa chất béo. Hệ nhũ tương sau đó được đồng hóa áp suất cao 250 atm để phân tán đều chất béo và chất bao.

Sấy phun được tiến hành trên thiết bị Mobile Minor – Model E (Niro A/S, Đan Mạch) với đầu phun dạng đĩa ly tâm, dòng nguyên liệu và tác nhân sấy cùng chiều. Các thông số khảo sát gồm nhiệt độ tác nhân sấy 150, 160, 170, 180°C; áp suất khí nén 2.5, 3.0, 3.5 bar; lưu lượng dòng nhập liệu cố định 26 ml/phút; nồng độ chất khô 26%; hàm lượng chất béo 14%.

Phân tích chất lượng sản phẩm bao gồm: độ ẩm (độ âm), hàm lượng béo tổng và béo bề mặt, chỉ số acid (AV), chỉ số peroxide (POV), hiệu suất vi bao (MEY), hiệu quả vi bao (MEE), phân bố kích thước hạt bằng thiết bị nhiễu xạ laser, và quan sát hình thái hạt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Mẫu được bảo quản gia tốc ở 60°C trong 30 ngày, phân tích định kỳ mỗi 5 ngày.

Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần, dữ liệu được xử lý thống kê ANOVA với mức ý nghĩa P<0.05, sử dụng phần mềm Statgraphic Centurion phiên bản 15.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy đến hiệu quả vi bao và chất lượng bột:

    • Hiệu suất thu hồi chất khô (DY) và hiệu suất vi bao (MEY) đạt cực đại khoảng 83% và 74% tại 160°C.
    • Hiệu quả vi bao (MEE) giảm từ 74.21% (160°C) xuống còn 61.03% (180°C), giảm gần 20%.
    • Độ ẩm bột giảm khi tăng nhiệt độ sấy, dao động từ 2% đến 3%, phù hợp tiêu chuẩn bảo quản.
    • Chỉ số peroxide (POV) tăng mạnh khi nhiệt độ sấy tăng, từ 1.2 meq/kg (150°C) lên 5.49 meq/kg (180°C).

  2. Ảnh hưởng của áp suất khí nén làm quay đầu phun li tâm:

    • Áp suất 3.5 bar cho hiệu quả vi bao cao nhất, MEE đạt trên 80%, giảm oxy hóa chất béo trong quá trình bảo quản.
    • Áp suất thấp 2.5 bar làm tăng hàm lượng béo bề mặt và chỉ số AV, POV cao hơn, chứng tỏ lớp màng bao không hoàn chỉnh.

  3. Biến đổi hàm lượng béo bề mặt và chỉ số oxy hóa trong bảo quản gia tốc:

    • Sau 30 ngày bảo quản ở 60°C, hàm lượng béo bề mặt tăng 9% (160°C) đến 26% (180°C).
    • Chỉ số acid (AV) tăng mạnh nhất ở mẫu sấy 180°C, phản ánh quá trình thủy phân triglyceride diễn ra mạnh.
    • Chỉ số peroxide (POV) tăng lên đến 20.19 meq/kg ở mẫu 180°C, trong khi mẫu 160°C chỉ tăng đến 11.79 meq/kg.

  4. Hình thái và kích thước hạt bột:

    • Kích thước trung bình hạt bột giảm nhẹ từ 37.2 µm (160°C) xuống 34 µm (180°C) sau sấy.
    • Sau bảo quản, hạt bột có hiện tượng teo tóp, nứt gãy bề mặt rõ rệt ở mẫu 180°C, trong khi mẫu 160°C chỉ có hiện tượng teo tóp nhẹ, không có vết nứt.
    • Hiện tượng kết dính hạt và vón cục xuất hiện ở nhiệt độ sấy cao, làm giảm hiệu suất thu hồi sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Nhiệt độ tác nhân sấy là yếu tố quyết định đến cấu trúc màng bao và khả năng bảo vệ chất béo trong bột sữa dừa. Ở 160°C, quá trình bay hơi nước diễn ra cân bằng, lớp màng gelatin-maltodextrin hình thành hoàn chỉnh, hạn chế thất thoát béo bề mặt và oxy hóa. Khi nhiệt độ vượt quá 170°C, tốc độ bay hơi nước quá nhanh gây nứt vỡ màng bao, làm tăng béo bề mặt và thúc đẩy oxy hóa.

Áp suất khí nén làm quay đầu phun ảnh hưởng đến kích thước giọt lỏng và phân bố hạt, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả vi bao. Áp suất cao giúp tạo hạt đồng đều, màng bao bền vững hơn, giảm oxy hóa trong bảo quản.

Kết quả tương đồng với các nghiên cứu trước đây về vi bao dầu cá, dầu tảo và dầu hướng dương, khẳng định vai trò quan trọng của điều kiện công nghệ trong bảo vệ chất béo. Biểu đồ phân bố kích thước hạt và hình ảnh SEM minh họa rõ sự khác biệt về cấu trúc bề mặt hạt bột giữa các điều kiện sấy, hỗ trợ giải thích các chỉ số oxy hóa và hiệu quả vi bao.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu nhiệt độ tác nhân sấy ở 160°C nhằm đạt hiệu quả vi bao cao nhất, giảm oxy hóa chất béo, kéo dài thời gian bảo quản bột sữa dừa. Thời gian áp dụng: ngay trong quy trình sản xuất. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất bột sữa dừa.

  2. Điều chỉnh áp suất khí nén làm quay đầu phun ở mức 3.5 bar để tạo hạt đồng đều, tăng hiệu suất thu hồi chất khô và hiệu quả vi bao. Thời gian áp dụng: trong quá trình vận hành thiết bị sấy phun. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên vận hành.

  3. Sử dụng hỗn hợp gelatin và maltodextrin làm chất bao với tỷ lệ phù hợp để tận dụng đặc tính nhũ hóa và tạo màng bảo vệ chất béo hiệu quả, đồng thời giảm chi phí nguyên liệu. Thời gian áp dụng: trong nghiên cứu phát triển sản phẩm mới. Chủ thể thực hiện: phòng R&D.

  4. Kiểm soát nghiêm ngặt quá trình bảo quản, tránh nhiệt độ cao và ánh sáng trực tiếp để hạn chế quá trình oxy hóa chất béo trong bột sữa dừa. Thời gian áp dụng: trong kho bảo quản và vận chuyển. Chủ thể thực hiện: bộ phận kho vận và quản lý chất lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà sản xuất thực phẩm và đồ uống: Áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu công nghệ sản xuất bột sữa dừa hòa tan, nâng cao chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản.

  2. Chuyên gia công nghệ thực phẩm: Nắm bắt kiến thức về vi bao chất béo bằng sấy phun, lựa chọn vật liệu bao và điều kiện công nghệ phù hợp cho các sản phẩm giàu chất béo.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích dữ liệu và ứng dụng kỹ thuật vi bao trong bảo quản thực phẩm.

  4. Bộ phận quản lý chất lượng và kho vận: Hiểu rõ ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến chất lượng sản phẩm, từ đó xây dựng quy trình bảo quản phù hợp, giảm thiểu hao hụt và biến đổi chất lượng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi bao chất béo là gì và tại sao cần thiết trong sản xuất bột sữa dừa?
    Vi bao là kỹ thuật bao bọc chất béo trong lớp màng bảo vệ nhằm ngăn ngừa oxy hóa và biến đổi chất lượng. Trong bột sữa dừa, vi bao giúp bảo vệ chất béo khỏi nhiệt độ cao và oxy trong quá trình sấy phun và bảo quản, kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm.

  2. Nhiệt độ tác nhân sấy ảnh hưởng thế nào đến chất lượng bột sữa dừa?
    Nhiệt độ sấy quá cao (>170°C) làm lớp màng bao không hoàn chỉnh, tăng béo bề mặt và thúc đẩy oxy hóa, giảm hiệu quả vi bao. Nhiệt độ tối ưu khoảng 160°C giúp tạo màng bao bền vững, giảm oxy hóa và duy trì chất lượng bột.

  3. Tại sao áp suất khí nén làm quay đầu phun lại quan trọng?
    Áp suất khí nén ảnh hưởng đến kích thước giọt lỏng phun ra, từ đó ảnh hưởng đến kích thước hạt bột và độ đồng đều của lớp màng bao. Áp suất phù hợp (3.5 bar) giúp tạo hạt đồng đều, tăng hiệu quả vi bao và giảm oxy hóa.

  4. Gelatin và maltodextrin có vai trò gì trong vi bao?
    Gelatin có khả năng nhũ hóa và tạo màng bảo vệ tốt, maltodextrin hỗ trợ tạo độ nhớt thấp và giảm lượng béo bề mặt. Sự kết hợp hai chất này tạo lớp màng bao hiệu quả, bảo vệ chất béo khỏi oxy hóa.

  5. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả vi bao chất béo?
    Hiệu quả vi bao được đánh giá qua tỷ lệ chất béo được bảo vệ trong hạt (MEE), hàm lượng béo bề mặt, chỉ số acid (AV) và chỉ số peroxide (POV). Các chỉ số này phản ánh khả năng bảo vệ chất béo khỏi oxy hóa và biến đổi trong quá trình bảo quản.

Kết luận

  • Nhiệt độ tác nhân sấy 160°C và áp suất khí nén 3.5 bar là điều kiện tối ưu cho quá trình vi bao chất béo trong bột sữa dừa bằng phương pháp sấy phun.
  • Hiệu suất thu hồi chất khô đạt khoảng 83%, hiệu quả vi bao đạt trên 74%, giảm thiểu oxy hóa chất béo trong quá trình bảo quản gia tốc.
  • Nhiệt độ sấy cao (>170°C) làm tăng hàm lượng béo bề mặt, gây nứt vỡ màng bao, thúc đẩy quá trình oxy hóa và giảm chất lượng sản phẩm.
  • Hình thái hạt bột và phân bố kích thước thay đổi rõ rệt theo điều kiện sấy, ảnh hưởng đến tính ổn định và chất lượng bột.
  • Khuyến nghị áp dụng điều kiện công nghệ tối ưu và kiểm soát bảo quản nghiêm ngặt để nâng cao chất lượng bột sữa dừa hòa tan.

Tiếp theo, nghiên cứu có thể mở rộng khảo sát ảnh hưởng của các loại chất bao khác và điều kiện bảo quản thực tế nhằm hoàn thiện quy trình sản xuất. Các nhà sản xuất và chuyên gia công nghệ thực phẩm được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến sản phẩm và quy trình bảo quản.