Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong cơ cấu tiêu thụ thực phẩm chế biến sẵn tại Việt Nam, các sản phẩm dạng nhũ tương và thịt sấy truyền thống như lạp xưởng chiếm tỷ trọng đáng kể. Theo số liệu khảo sát thị trường của AC Nielsen (2016) và báo cáo từ Bộ Công Thương, người tiêu dùng trong nước tiêu thụ khoảng 5,4 triệu tấn thịt các loại mỗi năm. Tuy nhiên, lạp xưởng truyền thống chủ yếu được chế biến từ thịt heo và mỡ heo với hàm lượng chất béo chiếm tới 55,0%, là yếu tố làm tăng nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch và béo phì. Xu hướng dinh dưỡng hiện đại thúc đẩy việc tìm kiếm nguồn nguyên liệu thay thế có hàm lượng protein cao, ít cholesterol và giàu vi chất, trong đó nguồn lợi thủy hải sản là hướng tiếp cận phù hợp.

Việt Nam sở hữu nguồn lợi thủy sản đa dạng với khoảng 2.000 loài cá đã được định danh. Trong nhóm cá nổi lớn, các loài cá ngừ nhỏ có tổng trữ lượng đạt khoảng 760.000 tấn, riêng loài cá ngừ vằn (Katsuwonus pelamis) tại vùng biển miền Trung đạt trữ lượng ước tính 406.000 tấn cùng khả năng khai thác cho phép là 165.000 tấn. Mặc dù chiếm kim ngạch xuất khẩu thủy sản lớn (đạt hơn 526 triệu USD vào năm 2013), phần lớn cá ngừ nhỏ trong nước mới chỉ được tiêu thụ tươi hoặc xuất khẩu thô. Về mặt công nghệ, thịt cá ngừ có ưu điểm giữ nước, giữ dầu tốt nhưng cấu trúc mô cơ lại bở, kém liên kết khi gia nhiệt, gây khó khăn lớn trong việc định hình các sản phẩm sấy khô như lạp xưởng. Để khắc phục hiện tượng này mà không phụ thuộc vào phụ gia phosphate, enzyme transglutaminase (TG-ase) được đưa vào nghiên cứu như một chất xúc tác tạo liên kết chéo giữa các phân tử protein.

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Vũ Thu Hà (ngành Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam) xác định rõ 5 nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Phân tích, đánh giá chất lượng nguyên liệu đầu vào (cá ngừ, thịt nạc heo, mỡ heo).
  2. Xác định phương pháp ủ enzyme transglutaminase thích hợp trong quy trình sản xuất lạp xưởng cá ngừ.
  3. Xác định tỷ lệ phối trộn enzyme transglutaminase tối ưu vào khối nguyên liệu.
  4. Xác định thời gian ủ enzyme transglutaminase thích hợp nhằm đạt cấu trúc tốt nhất.
  5. Đánh giá chất lượng sản phẩm thành phẩm (cơ lý, hóa lý, cảm quan), sơ bộ tính toán chi phí sản xuất và đề xuất quy trình công nghệ hoàn chỉnh.

Đối tượng nghiên cứu bao gồm: cá ngừ (cá ngừ vằn Katsuwonus pelamis hoặc cá ngừ chù Auxis thazard), thịt nạc mông/đùi heo, mỡ khổ heo, vỏ nhồi collagen nhân tạo, chế phẩm enzyme transglutaminase thương mại cùng hệ phụ gia và gia vị thực phẩm. Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm thuộc Khoa Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam trong thời gian từ tháng 12/2021 đến tháng 06/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Đề tài được xây dựng trên nền tảng hóa sinh thực phẩm và kỹ thuật chế biến thịt - thủy sản. Trọng tâm lý thuyết xoay quanh enzyme transglutaminase (EC 2.13 - protein-glutamine $\gamma$-glutamyltransferase), thuộc nhóm enzyme transferase. TG-ase xúc tác phản ứng chuyển nhóm acyl giữa nhóm $\gamma$-carboxyamide của gốc glutamine (chất cho) và nhóm $\varepsilon$-amino của gốc lysine (chất nhận), tạo liên kết đồng hóa trị chéo isopeptide $\varepsilon$-($\gamma$-Glu)-Lys nội phân tử hoặc gian phân tử giữa các chuỗi myosin trong mô cơ thịt. Phản ứng này giúp hình thành mạng lưới gel protein bền vững, cải thiện độ đàn hồi, độ dai và khả năng giữ nước của khối sản phẩm. Chế phẩm TG-ase sử dụng có nguồn gốc vi sinh vật (Streptomyces mobaraense), kết hợp chất mang maltodextrin, hoạt động tối ưu ở khoảng pH 6 - 7 và dải nhiệt độ dưới 40°C, bị mất hoạt tính hoàn toàn khi xử lý nhiệt trên 75°C.

Về hệ phụ gia và gia vị, nghiên cứu áp dụng quy định tại Thông tư 24/2019/TT-BYT đối với hàm lượng muối nitrite tối đa cho phép là 80 mg/kg nhằm ổn định màu đỏ hồng tự nhiên của thịt và kìm hãm vi sinh vật kỵ khí. Các gia vị phối trộn gồm có muối ăn (1 - 3%), đường (1,5 - 2,5%), mì chính (0,7%), hạt tiêu (0,3%) và rượu Mai Quế Lộ nồng độ cồn 40 - 45% (30 ml/kg) phục vụ mục đích khử tanh của cá và định hình hương vị đặc trưng.

Phương pháp bố trí thí nghiệm được thiết kế theo 3 giai đoạn thực nghiệm liên hoàn:

  • Thí nghiệm 1: Khảo sát phương pháp ủ enzyme TG-ase ở mức tỷ lệ cố định 1,015%, so sánh giữa hai chế độ: Ủ nóng ($55 \pm 5^\circ\text{C}$ trong 38 phút) và Ủ lạnh ($3 \pm 1^\circ\text{C}$ trong 21 giờ), sau đó sấy ở 60°C trong 11 giờ.
  • Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn enzyme TG-ase với 5 mức nồng độ: 0,03%, 0,53%, 1,03%, 1,53% và 2,00% tính trên tổng khối lượng nguyên liệu; thí nghiệm lặp lại 3 lần.
  • Thí nghiệm 3: Khảo sát thời gian ủ lạnh ($3 \pm 1^\circ\text{C}$) với 5 mức thời gian: 18 giờ, 19,5 giờ, 21 giờ, 22,5 giờ và 24 giờ; thí nghiệm lặp lại 3 lần.

Hệ thống phương pháp phân tích chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm:

  • Phân tích cơ lý: Xác định độ cứng sản phẩm bằng máy Mark-10 ESM/M5-500 (độ sâu đâm kim 10 mm, tốc độ rơi 50 mm/phút, đầu đo hình trụ đường kính 10 mm); xác định độ dai (lực cắt) bằng máy MECMESIN; đo thông số màu sắc ($L^, a^, b^*$) bằng máy quang phổ cầm tay Konica Minolta CM-2500d/CR-410.
  • Phân tích hóa lý: Đo pH trực tiếp bằng máy đo pH-STAR; xác định độ ẩm theo phương pháp sấy đối lưu ở $105 \pm 2^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi; xác định hàm lượng lipid tổng số theo TCVN 4295:2009 qua trích ly dung môi n-hexane từ 3 đến 5 ngày; định lượng protein tổng số theo phương pháp Kjeldahl chuẩn hóa theo TCVN 8125:2015 (ISO 20483:2006).
  • Đánh giá cảm quan: Áp dụng phương pháp cho điểm thị hiếu theo TCVN 3215-79 trên thang điểm từ 0 đến 5 cho các chỉ tiêu trạng thái cấu trúc, màu sắc và mùi vị, thực hiện bởi hội đồng gồm 12 thành viên được đào tạo.

Nội dung chính theo từng chương

Tổng quan tài liệu

Chương này tổng hợp cơ sở lý luận về lịch sử phát triển, phân loại lạp xưởng (dạng tươi và khô), quy trình công nghệ chế biến tổng quát và hiện trạng thị trường tiêu thụ tại Việt Nam. Tác giả dẫn chứng số liệu hoạt động của Công ty Cổ phần Việt Nam Kỹ nghệ Súc sản (VISSAN) - đơn vị chiếm tới 70% thị phần nội địa với doanh thu hàng năm vượt 4.000 tỷ đồng và tỷ suất lợi nhuận mặt hàng chế biến khô/lạp xưởng đạt trên 20%.

Chương tổng quan làm rõ nguồn lợi cá ngừ đại dương và cá ngừ nhỏ tại vùng biển Việt Nam, phân tích thành phần sinh hóa của các loài cá ngừ phổ biến và chứng minh cá ngừ vằn có hàm lượng đạm vượt trội (24,13%), lượng mỡ thấp (0,41%), giàu axit béo omega-3 (DHA, EPA) cùng các nguyên tố vi lượng (sắt, đồng, kẽm, selen). Cấu trúc mô cơ, tính chất công nghệ của thịt heo, mỡ heo và vai trò của màng nhồi collagen nhân tạo cũng được hệ thống hóa chi tiết. Phần cuối chương trình bày sâu về cơ chế enzyme transglutaminase (cơ chế phân tử, các nhóm gen, nhiệt độ, pH tối ưu và ảnh hưởng của ion muối/canxi), làm tiền đề cho việc thay thế phụ gia phosphate vô cơ trong tái cấu trúc thịt cá.

Nhóm nguyên liệu / Thành phần Hàm lượng protein (%) Hàm lượng lipid (%) Hàm lượng ẩm (%) Hàm lượng tro / khoáng (%)
Cá ngừ vằn (Katsuwonus pelamis) $24,13 \pm 2,01$ $0,41 \pm 0,56$ $73,28 \pm 0,89$ $1,43 \pm 0,22$
Cá ngừ chấm (Euthynnus affinis) $22,73 \pm 0,58$ $0,93 \pm 0,11$ $75,38 \pm 0,46$ $1,03 \pm 0,06$
Cá ngừ chù (Auxis thazard) $21,18 \pm 0,57$ $1,04 \pm 0,09$ $77,04 \pm 0,62$ $0,88 \pm 0,12$
Thịt nạc heo 19,00 6,60 72,00 1,10
Lạp xưởng truyền thống (100g) 20,80 55,00 18,80 3,70

Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương trình bày chi tiết về thông số kỹ thuật của nguyên liệu, hóa chất, thiết bị máy móc sử dụng trong phòng thí nghiệm. Tác giả mô tả tường tận quy trình công nghệ đề xuất gồm 11 bước kế tiếp: Rã đông $\rightarrow$ Xử lý nguyên liệu (ngâm cá trong dung dịch giấm $CH_3COOH$ 5 phút để khử tanh do amin bay hơi, rửa mỡ heo bằng nước nóng) $\rightarrow$ Cắt nhỏ/xay thô (thịt heo xay 10 mm, mỡ thái hạt lựu 5 mm, thịt cá xé nhỏ) $\rightarrow$ Xay mịn ở nhiệt độ thấp $\rightarrow$ Phối trộn hỗn hợp với gia vị và phụ gia $\rightarrow$ Bổ sung enzyme TG-ase và ủ $\rightarrow$ Nhồi định lượng vào vỏ collagen $\rightarrow$ Châm thoát khí và chần rửa nước ấm $\rightarrow$ Sấy gián đoạn đa cấp nhiệt độ (Giai đoạn 1: $25 - 30^\circ\text{C}$ trong 3 - 4 giờ; Giai đoạn 2: $30 - 45^\circ\text{C}$ trong 4 giờ; Giai đoạn 3: $45 - 65^\circ\text{C}$ trong 16 giờ đến $a_w$ đạt 0,25 - 0,35) $\rightarrow$ Hút chân không $\rightarrow$ Thành phẩm.

Đồng thời, chương này thiết lập công thức phối trộn cơ sở cho 100 kg hỗn hợp nguyên liệu chính: 45 kg thịt fillet cá ngừ, 40 kg thịt nạc heo, 15 kg mỡ heo kết hợp với 10% đường kính, 3% muối ăn, 7,5% bột ngọt, 0,5% hạt tiêu, 0,5% bột điều màu, 8 mg/kg muối nitrite và 3% rượu Mai Quế Lộ. Toàn bộ các công thức toán học tính toán độ ẩm, lipid trích ly bằng n-hexane, hàm lượng đạm theo thể tích chuẩn độ axit sulfuric $H_2SO_4$ 0,1N cùng tiêu chí cho điểm cảm quan TCVN 3215-79 đều được thể hiện chuẩn xác.

Kết quả và thảo luận

Chương Kết quả và thảo luận trình bày dữ liệu đo đạc thực nghiệm theo từng giai đoạn bố trí:

  • Đánh giá thành phần khối lượng cơ học của cá ngừ nguyên liệu (tỷ lệ thịt fillet, xương, da, vây, nội tạng, đầu và tỷ lệ hao hụt cơ học).
  • Khảo sát các chỉ tiêu hóa lý nguyên liệu đầu vào.
  • Dữ liệu so sánh hai phương pháp ủ enzyme TG-ase: Kết quả thực nghiệm tại Thí nghiệm 1 xác nhận phương pháp ủ lạnh ($3 \pm 1^\circ\text{C}$, thời gian 21 giờ) vượt trội hơn phương pháp ủ nóng ($55^\circ\text{C}$, 38 phút) về độ đồng đều cấu trúc, giữ được độ ẩm thích hợp và bảo toàn giá trị cảm quan màu sắc lạp xưởng sau khi sấy ở 60°C trong 11 giờ.
  • Kết quả khảo sát 5 dải tỷ lệ bổ sung enzyme TG-ase (từ 0,03% đến 2,00%) lên các chỉ số biến dạng: độ dai (lực cắt từ máy MECMESIN), độ bền nén đâm xuyên (độ cứng từ máy Mark-10) và điểm cảm quan trạng thái.
  • Kết quả khảo sát dải thời gian ủ lạnh (18 giờ đến 24 giờ) xác định ngưỡng thời gian tối ưu để enzyme xúc tác hoàn chỉnh mạng lưới gel liên kết giữa myosin thịt cá và đạm thịt heo.
  • Kết quả phân tích chất lượng thành phẩm lạp xưởng cá ngừ tối ưu về các chỉ tiêu: pH, độ ẩm, hàm lượng protein tổng số, hàm lượng lipid và tổng điểm cảm quan theo TCVN 3215-79.
  • Bảng tính sơ bộ định mức chi phí nguyên vật liệu cho 1 kg thành phẩm và sơ đồ quy trình công nghệ hoàn chỉnh được hiệu chỉnh theo kết quả thực nghiệm.

Kết luận và kiến nghị

Tóm lược các thông số công nghệ cốt lõi đã đạt được trong quá trình nghiên cứu ứng dụng enzyme transglutaminase trong sản xuất lạp xưởng cá ngừ; đưa ra kiến nghị về việc mở rộng thử nghiệm đánh giá sự biến đổi chất lượng trong quá trình bảo quản dài hạn ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau và thử nghiệm sản xuất ở quy mô bán công nghiệp.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả kỹ thuật và dữ liệu thực nghiệm quan trọng:

  1. Thiết lập tỷ lệ phối trộn nguyên liệu tối ưu: Xác định công thức kết hợp hài hòa giữa nguồn đạm thủy sản và động vật gồm 45% thịt cá ngừ, 40% thịt nạc heo và 15% mỡ khổ heo. Công thức này giúp giảm thiểu lượng mỡ bão hòa so với lạp xưởng truyền thống (vốn có lipid lên tới 55,0%), đồng thời tận dụng nguồn đạm dồi dào từ cá ngừ vằn ($24,13 \pm 2,01%$).
  2. Xác lập chế độ ủ enzyme transglutaminase: Khẳng định phương pháp ủ lạnh ở $3 \pm 1^\circ\text{C}$ mang lại hiệu quả tái cấu trúc khối thịt cá - thịt heo tốt hơn so với ủ nóng ở $55^\circ\text{C}$, hạn chế hiện tượng rỉ dịch và chảy lỏng chất béo trước công đoạn sấy.
  3. Chuẩn hóa thông số công nghệ: Xác định ngưỡng bổ sung enzyme TG-ase nằm trong khoảng khảo sát 0,03% - 2,00% và thời gian ủ lạnh từ 18 - 24 giờ, giải quyết triệt để vấn đề cơ thịt cá ngừ bị bở, rời rạc khi xử lý nhiệt.
  4. Quy trình chế biến toàn diện: Hoàn thiện sơ đồ công nghệ từ khâu xử lý khử mùi tanh bằng axit axetic hữu cơ tự nhiên (ngâm giấm 5 phút), định lượng gia vị khử tanh (rượu Mai Quế Lộ 3%), sấy gián đoạn 3 pha nhằm kiểm soát hoạt độ nước $a_w$ về ngưỡng bảo quản an toàn (0,25 - 0,35), tới đóng gói hút chân không.

Đóng góp của khóa luận thể hiện ở việc ứng dụng thành công chế phẩm sinh học transglutaminase vào nhóm sản phẩm thịt cá tái cấu trúc, cung cấp giải pháp kỹ thuật thay thế phụ gia phosphate tổng hợp. Đề tài mở ra hướng đi mới nhằm nâng cao giá trị thương phẩm cho nguồn cá ngừ nhỏ tại miền Trung, vốn trước đây chỉ tiêu thụ dưới dạng thô hoặc tươi sống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được triển khai trong phạm vi phòng thí nghiệm với quy mô mẻ thử nghiệm nhỏ (cân đo bằng dụng cụ nhồi cầm tay thủ công). Các hạn chế và định hướng tiếp theo bao gồm:

  • Thời hạn bảo quản và độ ổn định sinh hóa: Văn bản tập trung vào đánh giá chất lượng cơ lý, hóa lý và cảm quan ngay sau khi hoàn thiện sản phẩm; chưa khảo sát biến đổi chất lượng vi sinh, chỉ số peroxide hoặc sự ôi hóa chất béo trong thời gian lưu trữ dài ngày.
  • Quy mô thiết bị: Công đoạn nhồi định lượng thực hiện bằng dụng cụ cầm tay và sấy trong tủ sấy tĩnh phòng thí nghiệm, cần tiếp tục nghiên cứu chuyển giao trên hệ thống nhồi đùn chân không công nghiệp và lò sấy công nghiệp đối lưu cưỡng bức.
  • Tối ưu hóa chi phí: Cần tiếp tục tính toán hoàn chỉnh bài toán kinh tế, khấu hao máy móc và biến phí năng lượng khi mở rộng sản xuất ở quy mô pilot.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư công nghệ thực phẩm, đặc biệt trong các chuyên ngành:

  • Công nghệ chế biến thủy sản và thịt: Tham khảo quy trình công nghệ khử mùi tanh nguyên liệu cá ngừ đông lạnh và phương pháp tái tạo cấu trúc gel protein cá xay.
  • Ứng dụng phụ gia và enzyme trong thực phẩm: Cung cấp thông số vận hành thực tế đối với enzyme transglutaminase (chế độ nhiệt độ, thời gian ủ, nồng độ) thay thế phụ gia phosphate.
  • Kỹ thuật phân tích thực phẩm: Tài liệu hữu ích về phương pháp thực nghiệm cơ lý (vận hành máy đo độ cứng Mark-10, máy đo độ dai MECMESIN, hệ màu CIE $L^*a^b^$ trên Konica Minolta) và các phương pháp phân tích hóa lý chuẩn quốc gia (Kjeldahl TCVN 8125:2015, Soxhlet/n-hexane TCVN 4295:2009, cảm quan TCVN 3215-79).

Câu hỏi thường gặp

1. Enzyme transglutaminase liên kết khối cơ thịt cá ngừ và thịt heo theo cơ chế hóa sinh nào?
Enzyme transglutaminase (EC 2.13) xúc tác phản ứng chuyển gốc acyl giữa nhóm $\gamma$-carboxyamide của glutamine và nhóm $\varepsilon$-amino của lysine tự do hoặc liên kết trong chuỗi polypeptide, tạo liên kết chéo đồng hóa trị isopeptide $\varepsilon$-($\gamma$-Glu)-Lys. Phản ứng này liên kết các phân tử myosin trong cơ thịt cá và thịt nạc heo thành mạng lưới gel không gian ba chiều chắc chắn mà không cần sử dụng phụ gia phosphate.

2. Công thức phối trộn nguyên liệu chính trong nghiên cứu lạp xưởng cá ngừ được quy định với tỷ lệ nào?
Khối nguyên liệu chính gồm 45% thịt fillet cá ngừ, 40% thịt nạc heo và 15% mỡ heo. Hệ gia vị và phụ gia phối trộn đi kèm tính trên khối lượng nguyên liệu gồm 10% đường kính, 3% muối ăn, 7,5% bột ngọt, 0,5% hạt tiêu, 0,5% bột điều màu, 8 mg/kg muối nitrite và 3% rượu Mai Quế Lộ.

3. Nghiên cứu đã so sánh những phương pháp ủ enzyme nào và kết quả lựa chọn ra sao?
Nghiên cứu khảo sát 2 phương pháp ở tỷ lệ enzyme 1,015%: Ủ nóng ở $55 \pm 5^\circ\text{C}$ trong 38 phút và Ủ lạnh ở $3 \pm 1^\circ\text{C}$ trong 21 giờ. Kết quả thực nghiệm xác định phương pháp ủ lạnh cho chất lượng lạp xưởng cá ngừ tốt hơn, giúp sản phẩm giữ cấu trúc dai giòn và màu sắc ổn định hơn sau khi sấy ở 60°C trong 11 giờ.

4. Cá ngừ vằn có thành phần dinh dưỡng khác biệt như thế nào so với thịt heo và lạp xưởng truyền thống?
Cá ngừ vằn chứa hàm lượng protein rất cao ($24,13 \pm 2,01%$), cao hơn thịt nạc heo (19,00%) và lạp xưởng thông thường (20,80%). Đồng thời, hàm lượng chất béo của cá ngừ vằn rất thấp, chỉ $0,41 \pm 0,56%$ (so với 6,60% ở thịt nạc heo và 55,00% ở lạp xưởng heo truyền thống), giúp cải thiện giá trị dinh dưỡng và giảm nguy cơ tim mạch cho người sử dụng.

5. Độ dai và độ cứng của sản phẩm lạp xưởng cá ngừ được đo đạc bằng những thiết bị nào?
Độ cứng của lạp xưởng được đo bằng máy đo độ cứng Mark-10-ESM/M5-500 với đầu đo hình trụ đường kính 10 mm, độ đâm sâu 10 mm và tốc độ rơi 50 mm/phút. Độ dai (lực cắt đứt mẫu) được xác định bằng máy đo độ dai chuyên dụng MECMESIN của Đức.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Vũ Thu Hà đã nghiên cứu và hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất lạp xưởng từ cá ngừ kết hợp thịt heo ứng dụng enzyme transglutaminase. Bằng phương pháp thực nghiệm khoa học kết hợp các phép đo cơ lý, hóa lý và cảm quan chuẩn hóa, đề tài đã xác lập được chế độ ủ lạnh thích hợp ($3 \pm 1^\circ\text{C}$), giải quyết hiệu quả hạn chế bở cơ của thịt cá và thay thế phụ gia phosphate vô cơ. Kết quả nghiên cứu không chỉ mang lại sản phẩm thực phẩm tiện lợi có giá trị dinh dưỡng cao, ít béo mà còn góp phần mở rộng hướng khai thác, gia tăng giá trị kinh tế cho nguồn cá ngừ nhỏ dồi dào tại Việt Nam.