Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Xu hướng bổ sung các hợp chất có hoạt tính sinh học vào thực phẩm đang ngày càng phổ biến trên phạm vi toàn cầu, trong đó polyphenol — nhóm chất với hơn 8.000 hợp chất khác nhau — thu hút đặc biệt sự quan tâm nhờ khả năng chống oxy hóa, hỗ trợ giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch và nhiều tác động tích cực khác đối với sức khỏe con người. Lá ổi rừng (Psidium guajava L.) được sử dụng lâu đời trong y học dân gian với các tác dụng chữa tiêu chảy, kháng viêm, kháng khuẩn, và được xác định có hàm lượng polyphenol cao, khoảng 233 mgGAE/g. Kẹo dẻo là sản phẩm thực phẩm phổ biến, dễ tiếp cận với người tiêu dùng ở mọi lứa tuổi, song lại chứa nhiều đường và calo, tiềm ẩn nguy cơ gây béo phì, tiểu đường và sâu răng nếu tiêu thụ quá mức. Từ thực tiễn đó, việc bổ sung các hợp chất có hoạt tính sinh học vào kẹo dẻo nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng và hạn chế một phần tác động không mong muốn trở thành định hướng nghiên cứu có cơ sở khoa học và thực tiễn rõ ràng.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm ba hướng chính:

  1. So sánh chất lượng kẹo dẻo bổ sung cao chiết và kẹo dẻo bổ sung hạt bao cao chiết lá ổi rừng.
  2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hạt bao cao chiết bổ sung đến chất lượng kẹo dẻo.
  3. Đề xuất hướng sản xuất kẹo dẻo bổ sung cao chiết lá ổi rừng dựa trên kết quả thu được.

Đối tượng nghiên cứu là kẹo dẻo gelatin có bổ sung cao chiết và hạt bao cao chiết lá ổi rừng (Psidium guajava). Lá ổi được thu hái tại tỉnh Đắk Lắk, chọn lá tươi không bị sâu bệnh. Phạm vi không gian: phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Thời gian: hoàn thành tháng 8 năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và khái niệm nền tảng

Đề tài dựa trên nền tảng lý thuyết về:

  • Kẹo dẻo: sản phẩm có cấu trúc gel được tạo bởi sự kết hợp giữa đường, hydrocolloid (chủ yếu là gelatin bloom 250) và các chất phụ gia. Gelatin đóng vai trò tạo mạng lưới polymer thuận nghịch nhiệt, quyết định độ dẻo, độ đàn hồi và độ cứng của sản phẩm.
  • Polyphenol: nhóm hợp chất thực vật phân loại theo cấu trúc hóa học aglycone thành bốn nhóm: flavonoid, axit phenolic, lignans và stilbenes (theo phân loại của Manach, 2004). Hoạt tính sinh học của polyphenol — đặc biệt khả năng chống oxy hóa thông qua cơ chế thu dọn gốc tự do DPPH và ABTS — là trọng tâm đánh giá trong nghiên cứu này.
  • Vi bao (microencapsulation): kỹ thuật bao bọc vật liệu nhân (cao chiết) trong dung dịch nền chất mang (Maltodextrin và Gum arabic) nhằm bảo vệ hoạt chất sinh học, cải thiện khả năng phân tán và kiểm soát giải phóng trong sản phẩm thực phẩm (Desai và Park, 2005).

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài áp dụng phương pháp thực nghiệm phòng thí nghiệm với hai thí nghiệm chính:

  • Thí nghiệm 1: So sánh song song mẫu kẹo dẻo bổ sung 7% cao chiết và mẫu kẹo dẻo bổ sung 7% hạt bao cao chiết lá ổi rừng.
  • Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hạt bao cao chiết bổ sung ở bốn mức: 5%, 7%, 9% và 11% đến các chỉ tiêu chất lượng kẹo dẻo.

Các phương pháp phân tích được sử dụng:

Chỉ tiêu Phương pháp/Thiết bị
Hàm lượng polyphenol tổng (TPC) Folin–Ciocalteu, đường chuẩn acid gallic
Hàm lượng flavonoid tổng (TFC) Phương pháp so màu
Khả năng kháng oxy hóa Dập tắt gốc tự do DPPH và ABTS
Cấu trúc (độ cứng, độ dẻo, độ đàn hồi, độ gắn kết) Máy đo cấu trúc texture
Màu sắc Đo chỉ số màu (bảng kết quả Bảng 4.1)
Cảm quan Phép thử thị hiếu cho điểm
Độ ẩm Sấy – cân

Nguồn dữ liệu: hoàn toàn từ thực nghiệm gốc của tác giả tại phòng thí nghiệm. Xử lý số liệu bằng phần mềm thống kê, đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này xác lập tính cấp thiết của đề tài dựa trên hai luận điểm: (1) xu hướng toàn cầu về bổ sung polyphenol vào thực phẩm chức năng; (2) tiềm năng chưa được khai thác của lá ổi rừng trong sản phẩm kẹo dẻo. Tác giả trình bày đầy đủ mục tiêu, nội dung nghiên cứu, ý nghĩa khoa học (tạo cơ sở cho các nghiên cứu về tính chất kẹo dẻo) và ý nghĩa thực tiễn (ứng dụng sản xuất và giảng dạy tại các cơ sở đào tạo).

Chương 2: Tổng quan

Chương tổng quan cung cấp nền tảng lý thuyết theo ba mảng lớn:

  • Kẹo dẻo: định nghĩa, lịch sử (phát minh năm 1845 bởi Thomas Adams), nguyên liệu chính (sucrose chiếm 40–50% chất rắn tạo ngọt; glucose syrup chiếm 50–60%; gelatin bloom 250 dùng ở mức 5–10%; axit citric 1–2%), cơ chế tạo cấu trúc gel polymer và các vấn đề sức khỏe liên quan (béo phì, sâu răng, tiểu đường type 1 và type 2).
  • Lá ổi rừng (Psidium guajava): nguồn gốc từ Trung Mỹ và Nam Mỹ, phân bố rộng tại các vùng nhiệt đới; thành phần tinh dầu (54 hợp chất, chiếm 98,172% tổng lượng dầu, thành phần chính: iso-caryophyllene 33,53%, veridiflorene 13,00%, farnesene 11,65%, dl-limonene 9,84%); các hoạt tính sinh học gồm chống co thắt, kháng khuẩn, chống ký sinh trùng amip, chống tiêu chảy, chống oxy hóa và hỗ trợ hạ đường huyết.
  • Polyphenol: phân loại theo Manach (2004) thành flavonoid, axit phenolic (dẫn xuất axit gallic và ellagic), lignans và stilbenes (resveratrol); vai trò sinh học và tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Tác giả xác nhận chưa có công trình trong nước nghiên cứu có hệ thống về bổ sung polyphenol lá ổi vào kẹo dẻo, trong khi một số nghiên cứu nước ngoài (Iqbal và cộng sự, 2016; Hassan và cộng sự, 2020; Jamilah và cộng sự, 2019) đã ứng dụng trong trà, nước giải khát, sữa chua và bánh mì.

Chương 3: Vật liệu và Phương pháp Nghiên cứu

Chương trình bày chi tiết nguồn nguyên liệu (đường Biên Hòa, glucose syrup DGF xuất xứ Pháp, gelatin Rousselot bloom 250 xuất xứ Pháp, axit citric monohydrate Xilong xuất xứ Trung Quốc), hóa chất (Folin–Ciocalteu, acid gallic, DPPH — đều từ Sigma-Aldrich, USA) và thiết bị (cân phân tích Precisa Thụy Sỹ, hệ thống cô quay chân không Yamamoto Nhật Bản, máy đo UV-Vis Hitachi Nhật Bản, bể siêu âm Elma S60H Đức).

Hai quy trình công nghệ trọng tâm được mô tả đầy đủ:

  • Trích ly cao chiết: sấy lá ổi ở 50°C trong 8 giờ đến độ ẩm khoảng 8%, nghiền mịn, trích ly bằng bể siêu âm với dung môi ethanol 50%, tỉ lệ nguyên liệu:dung môi = 1:10 (g/mL), nhiệt độ 50°C, thời gian 15 phút, trích ly 2 lần; ly tâm 5000 vòng/phút trong 15 phút; cô quay chân không ở 45°C.
  • Vi bao cao chiết: hòa tan chất mang Maltodextrin và Gum arabic, ủ lạnh 4°C trong 14 giờ, phối trộn cao chiết, đồng hóa 10.000 vòng/phút trong 12 phút, cấp đông -80°C trong 14 giờ, sấy thăng hoa ở áp suất 20 Pa nâng nhiệt từ -80°C lên -50°C trong khoảng 34 giờ, nghiền và bảo quản ở -40°C.

Chương 4: Kết quả và Bàn luận

Chương trình bày kết quả của hai nhóm thí nghiệm theo từng chỉ tiêu phân tích, bao gồm các đồ thị so sánh về độ ẩm, TPC, TFC, hoạt tính kháng oxy hóa (DPPH, ABTS), cấu trúc (độ cứng, độ dẻo, độ đàn hồi, độ gắn kết) và đánh giá cảm quan, cũng như bảng kết quả phân tích màu sắc (Bảng 4.1). Nội dung bàn luận đối chiếu giữa mẫu bổ sung cao chiết và hạt bao cao chiết, đồng thời phân tích xu hướng biến đổi chất lượng theo nồng độ hạt bao.

Chương 5: Kết luận — Kiến nghị

Chương tổng kết toàn bộ kết quả, rút ra nhận định về nồng độ bổ sung phù hợp và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Mẫu kẹo dẻo bổ sung 7% hạt bao cao chiết có hàm lượng TPC, TFC và hoạt tính kháng oxy hóa cao hơn mẫu bổ sung 7% cao chiết ở cùng nồng độ, cho thấy vi bao giúp bảo vệ hoạt chất tốt hơn trong quá trình chế biến kẹo.
  • Không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về cấu trúc giữa mẫu bổ sung 7% cao chiết và mẫu bổ sung 7% hạt bao cao chiết.
  • Khi tăng nồng độ hạt bao cao chiết từ 5% lên 11%: TPC, TFC tăng; khả năng bắt gốc tự do DPPH và ABTS tăng; độ cứng tăng; độ dẻo giảm; độ đàn hồi và độ gắn kết không có sự khác biệt có ý nghĩa giữa các mẫu.
  • Về màu sắc và cảm quan: các mẫu có xu hướng tối màu và điểm đánh giá cảm quan giảm khi tăng nồng độ hạt bao cao chiết.

Giải pháp đề xuất

Tác giả kiến nghị bổ sung 9% hạt bao cao chiết là nồng độ cân bằng giữa chất lượng dinh dưỡng (hàm lượng chống oxy hóa) và chất lượng cảm quan, tốt hơn so với các mẫu ở nồng độ cao hơn (11%).

Đóng góp khoa học

Đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam ứng dụng kỹ thuật vi bao bằng sấy thăng hoa với chất mang Maltodextrin và Gum arabic để đưa polyphenol lá ổi rừng vào sản phẩm kẹo dẻo, lấp đầy khoảng trống mà tác giả xác nhận chưa có công trình trong nước đề cập có hệ thống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Trong phạm vi được trình bày, đề tài thực hiện trên quy mô phòng thí nghiệm và chỉ khảo sát một dải nồng độ hạt bao cao chiết (5–11%), chưa mở rộng sang các nồng độ thấp hơn hay tối ưu hóa theo mô hình thống kê. Kỹ thuật sấy thăng hoa đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và thời gian dài (khoảng 34 giờ), có thể tạo ra rào cản khi chuyển đổi sang quy mô công nghiệp. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm: tối ưu hóa tỉ lệ Maltodextrin/Gum arabic trong quá trình vi bao, khảo sát thêm chỉ tiêu thời hạn bảo quản và khả dụng sinh học của polyphenol trong kẹo sau tiêu hóa, cũng như thử nghiệm với các chất mang thay thế phù hợp sản xuất đại trà hơn.

Giá trị tham khảo

Đề tài có giá trị tham khảo trước tiên cho sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm đang nghiên cứu về thực phẩm chức năng, kẹo dẻo bổ sung chiết xuất thực vật hoặc kỹ thuật vi bao. Phần mô tả chi tiết quy trình trích ly bằng siêu âm (Chương 3) và quy trình vi bao sấy thăng hoa là tư liệu thực hành phù hợp cho sinh viên tiếp cận lần đầu với hai kỹ thuật này.

Người làm đề tài tương tự về bổ sung polyphenol từ nguồn thực vật khác vào kẹo dẻo có thể dùng khung thí nghiệm của đề tài này (so sánh cao chiết vs. hạt bao, sau đó khảo sát dải nồng độ) như một thiết kế tham chiếu. Bảng tổng hợp chỉ tiêu phân tích chất lượng nguyên liệu glucose syrup DGF và phiếu đánh giá cảm quan cũng là tài liệu thực hành hữu ích. Nghiên cứu còn phù hợp với giảng viên và nhà nghiên cứu quan tâm đến hướng phát triển sản phẩm kẹo dẻo lành mạnh hơn tại thị trường Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu chọn nồng độ 7% để so sánh cao chiết và hạt bao cao chiết trong thí nghiệm 1? Cả hai dạng bổ sung đều được giữ ở cùng nồng độ 7% nhằm đảm bảo so sánh trực tiếp và công bằng về hiệu quả bảo vệ hoạt chất của kỹ thuật vi bao so với bổ sung cao chiết thô trong cùng điều kiện chế biến kẹo dẻo.

2. Chất mang nào được dùng trong quá trình vi bao và vai trò của từng chất là gì? Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp Maltodextrin và Gum arabic làm chất mang. Hai chất này được hòa tan và ủ lạnh ở 4°C trong 14 giờ để tăng khả năng hình thành mạng lưới liên kết hydro giữa các phân tử hydrophilic, tạo nền bao bọc hiệu quả cho cao chiết.

3. Kết quả cụ thể về sự thay đổi cấu trúc kẹo khi tăng nồng độ hạt bao cao chiết là gì? Khi nồng độ hạt bao cao chiết tăng từ 5% đến 11%, độ cứng của kẹo tăng và độ dẻo giảm. Ngược lại, độ đàn hồi và độ gắn kết giữa các mẫu không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê.

4. Tại sao tác giả đề xuất 9% là nồng độ hạt bao cao chiết phù hợp thay vì 11% — dù 11% có hàm lượng chống oxy hóa cao hơn? Ở nồng độ cao hơn (11%), màu sắc kẹo tối hơn và điểm đánh giá cảm quan giảm, cho thấy mức độ chấp nhận của người tiêu dùng sụt giảm. Mẫu 9% đạt được sự cân bằng tốt hơn giữa hàm lượng hoạt chất chống oxy hóa và các chỉ tiêu cảm quan, màu sắc so với các mẫu ở nồng độ cao hơn.

5. Quy trình sấy thăng hoa trong vi bao có những thông số kỹ thuật cụ thể nào? Mẫu được cấp đông ở -80°C trong 14 giờ, sau đó sấy thăng hoa ở áp suất 20 Pa, nâng nhiệt từ -80°C lên -50°C để nước chuyển trực tiếp từ trạng thái rắn sang hơi. Tổng thời gian khử nước kéo dài khoảng 34 giờ. Bột vi bao sau đó được bảo quản ở -40°C trong túi PE hút chân không có gói hút ẩm.

Kết luận

Đề tài khảo sát có hệ thống ảnh hưởng của cao chiết và hạt bao cao chiết lá ổi rừng đến các tính chất hóa lý và cảm quan của kẹo dẻo gelatin, thông qua thiết kế thực nghiệm hai giai đoạn rõ ràng. Kết quả cho thấy kỹ thuật vi bao bằng sấy thăng hoa với chất mang Maltodextrin và Gum arabic giúp bảo tồn hoạt chất polyphenol hiệu quả hơn so với bổ sung cao chiết trực tiếp ở cùng nồng độ. Nồng độ 9% hạt bao cao chiết được xác định là điểm cân bằng phù hợp giữa hàm lượng chống oxy hóa và chất lượng cảm quan sản phẩm. Đề tài góp phần lấp đầy khoảng trống nghiên cứu về ứng dụng polyphenol lá ổi rừng trong kẹo dẻo tại Việt Nam, đồng thời cung cấp quy trình công nghệ có thể ứng dụng trong giảng dạy và nghiên cứu phát triển sản phẩm.