Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu bảo quản và sử dụng trái cây quanh năm ngày càng tăng, việc chuyển đổi nguyên liệu tươi thành dạng bột khô là giải pháp hiệu quả nhằm kéo dài thời gian sử dụng và thuận tiện trong vận chuyển, bảo quản. Nho đỏ giống Cardinal, được trồng phổ biến tại vùng Ninh Thuận với điều kiện khí hậu khô, nhiều nắng, là nguyên liệu giàu polyphenol và các hợp chất sinh học có lợi cho sức khỏe. Tuy nhiên, do độ ẩm cao và dễ hư hỏng, việc chế biến nho thành bột sấy phun là cần thiết để giữ lại các đặc tính dinh dưỡng và vật lý của sản phẩm.

Nghiên cứu tập trung khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện sấy phun, cụ thể là nhiệt độ sấy trong khoảng 130–160°C và nồng độ chất khô maltodextrin từ 25–35°Brix, lên các tính chất vật lý quan trọng của bột nho như độ ẩm, độ hòa tan và màu sắc. Mục tiêu nhằm tối ưu hóa quy trình sấy phun để tạo ra sản phẩm bột nho có chất lượng cao, ổn định về mặt vật lý, đáp ứng yêu cầu bảo quản và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm.

Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian ba tháng tại phòng thí nghiệm trường Đại học Nguyễn Tất Thành, với các chỉ tiêu đánh giá được đo lường chính xác bằng thiết bị chuyên dụng. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ chế biến bột nho, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và sức khỏe cộng đồng thông qua việc bảo tồn các thành phần hoạt tính sinh học trong nho.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết vi bao (microencapsulation) và công nghệ sấy phun (spray drying) trong công nghệ thực phẩm. Vi bao là quá trình bao bọc các thành phần hoạt tính trong một lớp màng bảo vệ nhằm ổn định và kiểm soát giải phóng các hoạt chất. Vi bao giúp bảo vệ các thành phần nhạy cảm như vitamin, polyphenol khỏi tác động của môi trường như oxy, nhiệt độ và ánh sáng, đồng thời cải thiện tính chất vật lý của sản phẩm.

Công nghệ sấy phun là phương pháp chuyển đổi dịch lỏng thành dạng bột khô bằng cách phun sương và sấy khô nhanh trong buồng sấy với không khí nóng. Các yếu tố ảnh hưởng chính đến chất lượng bột gồm nhiệt độ sấy, nồng độ chất khô và loại chất mang (maltodextrin trong nghiên cứu này). Các khái niệm chính bao gồm:

  • Độ ẩm: chỉ tiêu quan trọng phản ánh chất lượng và độ bền của bột.
  • Độ hòa tan (Water Solubility Index - WSI): khả năng bột hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến ứng dụng thực phẩm.
  • Chỉ số màu sắc (L*, a*, b*, Chroma, Hue, ΔE): đánh giá sự thay đổi màu sắc và độ sáng của bột, ảnh hưởng đến cảm quan người tiêu dùng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu bột nho sấy phun được chế biến từ nho đỏ Cardinal thu mua tại chợ An Phú Đông, Quận 12, TP. Hồ Chí Minh. Dịch nho được chuẩn bị bằng cách rửa sạch, tách hạt, xay nhuyễn và ly tâm để loại bỏ cặn. Dịch nho sau đó được phối trộn với maltodextrin DE 10 để đạt các nồng độ chất khô 25, 30 và 35°Brix.

Quá trình sấy phun được thực hiện trên thiết bị Labplant SD-06AG với tốc độ nhập liệu 300 mL/h, nhiệt độ đầu vào được khảo sát ở 130°C, 140°C, 150°C và 160°C. Các mẫu bột thu được được bảo quản ở 4°C trước khi phân tích.

Phân tích các chỉ tiêu vật lý gồm:

  • Độ ẩm: xác định bằng phương pháp sấy ở 105°C đến khối lượng không đổi.
  • Độ hòa tan (WSI): đo tỷ lệ khối lượng chất khô hòa tan trong nước sau khi ly tâm.
  • Màu sắc: đo bằng máy đo màu CR-400 theo hệ Hunter LAB, tính các chỉ số L*, a*, b*, Chroma, Hue và ΔE.

Dữ liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS 15, sử dụng phân tích phương sai một chiều (one-way ANOVA) và kiểm định Tukey’s Multiple Range Test với mức ý nghĩa 5%. Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ chất khô lên độ ẩm bột nho
    Độ ẩm bột giảm rõ rệt khi tăng nhiệt độ sấy từ 130°C đến 160°C, từ khoảng 2.985% xuống mức thấp hơn, với sự giảm không đáng kể khi nhiệt độ vượt quá 160°C. Tương tự, tăng nồng độ maltodextrin từ 25°Brix lên 35°Brix cũng làm giảm độ ẩm bột do tăng hàm lượng chất khô trong dịch nhập liệu.

  2. Ảnh hưởng đến màu sắc bột nho
    Độ sáng (L*) của bột tăng khi tăng nhiệt độ sấy và nồng độ maltodextrin, với giá trị L* cao nhất tại 35°Brix và 160°C. Các chỉ số a*/b*, sắc độ (Chroma) và góc màu (Hue) có sự thay đổi không đáng kể nhưng thể hiện xu hướng giảm màu đỏ và tăng màu vàng khi nhiệt độ tăng, do quá trình oxy hóa và phản ứng Maillard diễn ra mạnh hơn ở nhiệt độ cao.

  3. Ảnh hưởng đến độ hòa tan (WSI)
    Độ hòa tan của bột dao động trong khoảng 95%, không có sự thay đổi đáng kể khi tăng nhiệt độ sấy và nồng độ maltodextrin. Điều này cho thấy maltodextrin làm tăng độ hòa tan do tính chất hòa tan cao của nó, đồng thời nhiệt độ sấy trong phạm vi khảo sát không ảnh hưởng lớn đến khả năng hòa tan của bột.

Thảo luận kết quả

Sự giảm độ ẩm khi tăng nhiệt độ sấy và nồng độ chất khô phù hợp với các nghiên cứu trước đây trên các loại bột trái cây khác như bột dưa hấu, bột gấc và bột xoài. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ bay hơi nước, trong khi maltodextrin làm tăng hàm lượng chất rắn, giảm lượng nước cần bay hơi.

Màu sắc bột chịu ảnh hưởng bởi phản ứng Maillard và oxy hóa sắc tố, đặc biệt là các hợp chất carotenoid và lycopene. Việc tăng nhiệt độ sấy làm tăng độ sáng do mất màu đỏ, tương tự với các nghiên cứu trên bột amla và cà chua. Maltodextrin giúp bảo vệ màu sắc bằng cách tạo lớp màng bao bọc, giảm sự tiếp xúc oxy.

Độ hòa tan ổn định cho thấy maltodextrin là chất mang hiệu quả, giúp bột dễ dàng hòa tan trong nước, thuận tiện cho ứng dụng thực phẩm. Kết quả này đồng nhất với các báo cáo về bột betacyanin và bột xoài sấy phun.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ, nồng độ maltodextrin với các chỉ số độ ẩm, màu sắc và độ hòa tan, giúp trực quan hóa xu hướng và mức độ ảnh hưởng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa điều kiện sấy phun
    Khuyến nghị sử dụng nhiệt độ sấy khoảng 150–160°C và nồng độ maltodextrin 30–35°Brix để đạt độ ẩm thấp, màu sắc sáng và độ hòa tan cao, phù hợp cho sản xuất công nghiệp trong vòng 3 tháng.

  2. Mở rộng khảo sát vật liệu chất mang
    Nghiên cứu thêm các loại chất mang khác như gum arabic, inulin, konjac để so sánh hiệu quả bảo vệ màu sắc và tính chất vật lý, nhằm đa dạng hóa lựa chọn nguyên liệu trong 6–12 tháng tới.

  3. Khảo sát tính chất hóa học và hoạt tính sinh học
    Đề xuất phân tích sâu về thành phần polyphenol, anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa của bột nho để đánh giá toàn diện chất lượng sản phẩm trong các nghiên cứu tiếp theo.

  4. Ứng dụng và phát triển sản phẩm
    Khuyến khích phối hợp với doanh nghiệp thực phẩm để phát triển các sản phẩm bột nho như thực phẩm chức năng, đồ uống hòa tan, tận dụng đặc tính hòa tan và màu sắc ổn định, triển khai trong vòng 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm
    Học hỏi về ứng dụng công nghệ sấy phun và vi bao trong bảo quản thực phẩm, phương pháp phân tích tính chất vật lý của bột.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và đồ uống
    Áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm bột nho chất lượng cao, tối ưu quy trình sản xuất và bảo quản.

  3. Chuyên gia phát triển sản phẩm và kỹ sư công nghệ
    Tham khảo các thông số kỹ thuật, điều kiện sấy phun và lựa chọn chất mang phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất.

  4. Cơ quan quản lý và kiểm định chất lượng thực phẩm
    Sử dụng dữ liệu khoa học để xây dựng tiêu chuẩn chất lượng cho sản phẩm bột nho và các sản phẩm sấy phun tương tự.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần sử dụng maltodextrin trong quá trình sấy phun?
    Maltodextrin làm chất mang giúp tăng hàm lượng chất khô, giảm độ ẩm bột, bảo vệ màu sắc và tăng độ hòa tan, đồng thời cải thiện tính ổn định của sản phẩm.

  2. Nhiệt độ sấy phun ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng bột nho?
    Nhiệt độ cao giúp giảm độ ẩm nhanh, tăng độ sáng bột nhưng cũng có thể làm giảm màu đỏ do oxy hóa sắc tố và phản ứng Maillard.

  3. Độ hòa tan của bột nho có quan trọng không?
    Rất quan trọng vì ảnh hưởng đến khả năng sử dụng bột trong các sản phẩm hòa tan như đồ uống, giúp sản phẩm dễ dàng tan trong nước và giữ nguyên tính chất.

  4. Có thể sử dụng các chất mang khác ngoài maltodextrin không?
    Có thể, các chất mang như gum arabic, inulin, konjac cũng được nghiên cứu để cải thiện tính chất bột, tuy nhiên hiệu quả và chi phí cần được cân nhắc.

  5. Làm thế nào để bảo quản bột nho sau khi sấy phun?
    Bảo quản ở nhiệt độ thấp (khoảng 4°C), trong túi polyethylene kín để hạn chế ẩm và oxy, giúp duy trì chất lượng và màu sắc bột lâu dài.

Kết luận

  • Nhiệt độ sấy phun từ 130–160°C và nồng độ maltodextrin 25–35°Brix ảnh hưởng rõ rệt đến độ ẩm, màu sắc và độ hòa tan của bột nho.
  • Độ ẩm giảm khi tăng nhiệt độ và nồng độ chất khô, giúp sản phẩm ổn định hơn.
  • Màu sắc bột sáng hơn với nồng độ maltodextrin cao và nhiệt độ sấy lớn, do giảm oxy hóa sắc tố.
  • Độ hòa tan của bột duy trì trên 90%, phù hợp cho ứng dụng thực phẩm.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển sản phẩm bột nho chất lượng cao, đề xuất khảo sát thêm tính chất hóa học và các loại chất mang khác.

Tiếp theo, cần triển khai nghiên cứu mở rộng về tính chất hóa học và ứng dụng thực tế sản phẩm. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích áp dụng kết quả để phát triển sản phẩm bột nho đa dạng, đáp ứng nhu cầu thị trường.