Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Mì tươi là sản phẩm thực phẩm truyền thống có lịch sử lâu đời, đóng vai trò quan trọng trong khẩu phần ăn hàng ngày của người tiêu dùng tại châu Á và nhiều khu vực trên thế giới. Bên cạnh tính tiện dụng và giá trị năng lượng cơ bản, xu hướng phát triển thực phẩm hiện đại đòi hỏi nâng cao giá trị dinh dưỡng và đặc tính sinh học của sợi mì. Việc bổ sung các nguồn nguyên liệu giàu vi chất và chất xơ như rau củ vào công thức sản xuất mì sợi đang nhận được sự quan tâm rộng rãi. Tuy nhiên, việc thay thế một phần bột mì bằng các loại bột thực vật thường dẫn đến sự gián đoạn mạng gluten, làm suy giảm độ dai, độ đàn hồi và chất lượng cấu trúc tổng thể của sản phẩm.

Kế thừa công trình của Nguyễn Thị Phương (2018) về việc bổ sung 8% bột cà rốt nhằm tăng cường hàm lượng beta-caroten, chất xơ và cải thiện màu sắc tự nhiên cho mì tươi nhưng gặp hạn chế về độ dai và độ bền cấu trúc, khóa luận tốt nghiệp "Ảnh hưởng của các loại muối kiềm đến tính chất hóa lý bột nhào và chất lượng mì tươi cà rốt" của sinh viên Lê Thị Trang Diễm (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, 2019) được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề cấu trúc nêu trên thông qua việc sử dụng các muối kiềm phụ gia.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

  1. Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung muối kiềm kansui và sodium tripolyphosphate (STPP) với hàm lượng cho phép theo tiêu chuẩn Codex đến tính chất hóa lý của khối bột nhào (độ ẩm, chất lượng và hàm lượng gluten, đặc tính cấu trúc qua phân tích TPA).
  2. Khảo sát ảnh hưởng của các loại muối kiềm đến chất lượng sợi mì tươi cà rốt thành phẩm (đặc tính nấu, độ bền kéo đứt, hệ màu sắc $L^, a^, b^*$ và mức độ ưa thích cảm quan của người tiêu dùng).
  3. Đề xuất loại muối kiềm tối ưu nhằm cải thiện cấu trúc, nâng cao giá trị cảm quan và hỗ trợ kéo dài thời hạn bảo quản cho mì tươi bổ sung bột cà rốt.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Khối bột nhào và sợi mì tươi được phối trộn 8% bột cà rốt, có bổ sung muối kansui (hỗn hợp $\text{Na}_2\text{CO}_3$ và $\text{K}_2\text{CO}_3$) hoặc muối phosphate (STPP).
  • Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 01 năm 2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ sở khoa học

Nghiên cứu dựa trên các nguyên lý hóa sinh và công nghệ chế biến lương thực:

  • Cơ chế hình thành mạng gluten: Mạng gluten được tạo thành từ hai phân đoạn protein chính của bột mì là gliadin (tạo tính dẻo, liên kết qua cầu nối disulfide) và glutenin (tạo tính đàn hồi và co dãn). Quá trình hydrate hóa và các tác nhân oxy hóa khử đóng vai trò quyết định đến độ bền của liên kết $-S-S-$.
  • Cơ chế tác động của muối kiềm Kansui: Muối kansui tạo môi trường kiềm (pH từ 8,5 đến 12), giúp phân tách các hợp chất flavone tự nhiên khỏi polysaccharide để làm sợi mì có màu vàng sáng đặc trưng, đồng thời củng cố tương tác giữa các chuỗi protein, ức chế enzyme nội tại và ức chế vi sinh vật gây hỏng.
  • Cơ chế tác động của Sodium Tripolyphosphate (STPP): STPP có khả năng điều chỉnh và ổn định pH, tăng cường khả năng giữ nước, hỗ trợ quá trình hồ hóa tinh bột, củng cố tương tác giữa protein và hạt tinh bột, giúp hạn chế rò rỉ chất khô trong quá trình nấu.
  • Dinh dưỡng bột cà rốt (Daucus carota L. Sativus): Chứa hàm lượng chất xơ dồi dào, khoáng chất và $0,1385\text{ g } \beta\text{-caroten}/100\text{ g}$ bột, mang lại hoạt tính chống oxy hóa cao và tạo màu vàng cam tự nhiên.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm công nghệ thực phẩm kết hợp phân tích hóa lý, cơ lý và đánh giá cảm quan:

  • Quy trình chế biến bột cà rốt: Cà rốt tươi được làm sạch, cắt lát mỏng, chần ở $70^\circ\text{C}$ trong 8 phút, sấy đối lưu ở $70^\circ\text{C}$ trong 300 phút đến khi hoạt độ nước $a_w < 0,34$ và độ ẩm $< 12%$, sau đó nghiền mịn và rây qua rây kích thước 150 mesh.
  • Quy trình chế biến mì tươi: Phối trộn bột mì đa dụng Bakers' Choice số 11 (đạt TCVN 4359:2008) với 8% bột cà rốt, nước và muối kiềm; tiến hành nhào trộn tạo khối đồng nhất, cán mỏng qua trục cán và cắt tạo sợi.
  • Bố trí thí nghiệm: Khảo sát 3 công thức mẫu với khối lượng nền gồm $92\text{ g}$ bột mì, $8\text{ g}$ bột cà rốt và $45\text{ g}$ nước:
    • Mẫu 1 (Mẫu đối chứng): Không bổ sung muối ($0\text{ g}$).
    • Mẫu 2: Bổ sung 1% muối kansui ($1\text{ g}$, tỷ lệ $65% \text{ Na}_2\text{CO}_3 : 35% \text{ K}_2\text{CO}_3$).
    • Mẫu 3: Bổ sung 0,2% muối STPP ($0,2\text{ g}$).
  • Phương pháp phân tích:
    • Đánh giá bột nhào: Xác định độ ẩm khối bột, hàm lượng và chất lượng gluten, phân tích trắc diện cấu trúc TPA (Texture Profile Analysis) đo độ cứng, độ đàn hồi, độ dính và độ dai.
    • Đánh giá sợi mì tươi: Xác định độ bền kéo đứt, đo màu sắc theo hệ màu Hunter/CIELAB, xác định tính chất nấu (độ hấp thụ nước, hiệu suất nấu, tỷ lệ hao hụt chất khô vào nước nấu) và đánh giá cảm quan thị hiếu người tiêu dùng.
    • Xử lý số liệu: Phân tích thống kê các giá trị trung bình và phương sai thực nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về mì

Chương 1 hệ thống hóa lịch sử phát triển của mì sợi từ hơn 6000 năm trước tại Trung Quốc, lan truyền sang Đông Nam Á và châu Âu (phát triển thành dòng sản phẩm pasta từ lúa mì cứng). Tác giả tổng hợp các tiêu chí phân loại mì sợi:

  • Theo thành phần nguyên liệu: Mì từ bột lúa mì cứng, bột lúa mì mềm, tinh bột (đậu xanh, khoai tây), bột kiều mạch (soba Nhật Bản) và bột gạo (bún, bánh phở).
  • Theo loại muối: Mì muối ăn thông thường ($\text{NaCl}$) phổ biến ở miền Bắc Trung Quốc và mì muối kiềm có nguồn gốc từ miền Nam Trung Quốc (như mì Ramen, Chukamen, mì Phúc Kiến, mì Quảng Đông).
  • Theo kích thước sợi: Các loại mì truyền thống của Nhật Bản gồm So-men ($0,7 - 1,2\text{ mm}$), Hiya-mugi ($1,3 - 1,7\text{ mm}$), Udon ($1,9 - 3,8\text{ mm}$) và Hira-men ($5,0 - 6,0\text{ mm}$).
  • Theo phương pháp chế biến: Mì tươi (độ ẩm $32 - 40%$), mì khô (độ ẩm $< 14%$), mì hấp (độ ẩm $28 - 65%$), mì luộc, mì luộc đông lạnh và mì ăn liền.

Chương này cũng phân tích sâu về vai trò của các nguyên liệu chính (protein, gluten, tinh bột làm chất độn, nước nhào từ $28 - 35%$) và các chất phụ gia cải thiện cấu trúc (muối $\text{NaCl}$, ester PGA, hydrocolloid, enzyme $\alpha$-amylase, muối kansui và muối phosphate STPP). Đồng thời, tác giả trình bày cơ sở bổ sung $8%$ bột cà rốt theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Phương (2018), nêu rõ thành phần dinh dưỡng của sợi mì thành phẩm chứa: lipid $0,852%$, carbohydrate $52,8%$, chất xơ tiêu hóa $3,2%$, protein $7,38%$ và độ ẩm $37,26%$.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp

Chương 2 trình bày chi tiết về thông số kỹ thuật của nguyên vật liệu, thiết bị và quy trình thực nghiệm:

  • Nguyên liệu: Bột mì Bakers' Choice số 11 (Interflour Việt Nam) có hàm lượng dinh dưỡng: protein $\ge 9,5%$, carbohydrate $\ge 60%$, chất béo $\le 3%$, đường $\le 15%$, năng lượng $300 - 450\text{ kcal}/100\text{ g}$. Cà rốt tươi thu mua tại chợ Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh. Muối tinh khiết $\text{Na}_2\text{CO}_3$, $\text{K}_2\text{CO}_3$ (Công ty TNHH Bách Khoa) và STPP (Công ty Hóa Nam).
  • Quy trình công nghệ chế biến bột cà rốt và mì tươi: Mô tả chi tiết từng công đoạn từ rây bột (kích thước lỗ $212\text{ }\mu\text{m}$ / N70), hòa tan muối vào nước, nhào trộn phân tán liên kết khối bột, cán nhiều lần để đuổi bọt khí và sắp xếp mạng protein, đến cắt tạo hình sợi mì.
  • Quy trình kiểm tra, đo đạc: Thiết lập phương pháp đo đạc các chỉ tiêu hóa lý, cơ lý của bột nhào và mì sợi, cùng hệ thống chuẩn bị mẫu cho thử nghiệm cảm quan.
Thành phần nguyên liệu Mẫu 1 (Đối chứng) Mẫu 2 (Bổ sung Kansui) Mẫu 3 (Bổ sung STPP)
Bột mì Bakers' Choice số 11 $92\text{ g}$ $92\text{ g}$ $92\text{ g}$
Bột cà rốt (sấy, rây 150 mesh) $8\text{ g}$ $8\text{ g}$ $8\text{ g}$
Nước bổ sung $45\text{ g}$ $45\text{ g}$ $45\text{ g}$
Muối Kansui ($65% \text{Na}_2\text{CO}_3 + 35% \text{K}_2\text{CO}_3$) $0\text{ g}$ ($0%$) $1\text{ g}$ ($1%$) $0\text{ g}$ ($0%$)
Muối STPP (Sodium tripolyphosphate) $0\text{ g}$ ($0%$) $0\text{ g}$ ($0%$) $0,2\text{ g}$ ($0,2%$)

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và phân tích tác động của hai loại muối kiềm:

  • Tính chất hóa lý của bột nhào: Việc bổ sung 1% kansui và 0,2% STPP làm giảm độ ẩm tự do của khối bột nhào so với mẫu đối chứng do tăng cường mức độ liên kết nước trong cấu trúc gel. Chất lượng mạng gluten được cải thiện rõ nét. Phân tích cấu trúc TPA cho thấy các chỉ số cơ lý như độ đàn hồi (springiness), độ dính (gumminess) và độ nhai (chewiness) của khối bột nhào đều tăng khi có mặt muối kiềm.
  • Chất lượng sợi mì tươi:
    • Tính chất nấu: Cả hai loại muối kiềm giúp sợi mì tăng khả năng hấp thụ nước trong quá trình nấu, dẫn đến hiệu suất nấu tăng. Mẫu chứa 1% muối kansui ghi nhận tỷ lệ hao hụt chất khô vào nước nấu là $5,367%$, nguyên nhân do các tương tác ưa nước và sự phân tán của một số phần tử vào môi trường nước sôi kiềm nhẹ.
    • Màu sắc và độ kéo đứt: Sự hiện diện của muối kiềm giúp cố định sắc vàng tươi của $\beta$-caroten từ cà rốt, màu sắc sợi mì đồng nhất và sáng hơn. Lực kéo đứt của sợi mì tăng lên rõ rệt so với mẫu không bổ sung muối, chứng minh mạng lưới liên kết sợi đã được gia cố.
    • Đánh giá cảm quan: Mẫu bổ sung 1% kansui đạt điểm đánh giá cao nhất từ hội đồng cảm quan về mùi, vị, màu sắc và cấu trúc sợi mì sau khi nấu chín.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về việc cải thiện cấu trúc bột nhào và chất lượng thành phẩm mì tươi cà rốt; đưa ra các đề xuất ứng dụng thực tiễn và định hướng mở rộng đề tài.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  1. Cải thiện cấu trúc bột nhào và sợi mì: Bổ sung 1% muối kansui hoặc 0,2% STPP vào công thức chứa 8% bột cà rốt giúp khắc phục hiện tượng bở, đứt đoạn của sợi mì; làm tăng độ đàn hồi, độ dai dẻo (gumminess, chewiness) và lực kéo đứt của sợi mì tươi.
  2. Đặc tính nấu và cảm quan: Cả hai loại muối kiềm đều nâng cao khả năng hấp thụ nước và hiệu suất nấu của mì. Trong đó, mẫu sử dụng 1% kansui tạo ra sản phẩm có màu vàng cam bắt mắt, cấu trúc dai giòn đặc trưng của mì kiềm và đạt mức độ ưa thích cảm quan cao nhất trong các mẫu khảo sát, dù lượng chất khô hao hụt khi nấu đạt mức $5,367%$.
Chỉ tiêu khảo sát Mẫu đối chứng (0% muối) Mẫu bổ sung 1% Kansui Mẫu bổ sung 0,2% STPP
Độ ẩm bột nhào Cao nhất (nước tự do nhiều) Giảm so với đối chứng Giảm so với đối chứng
Chất lượng mạng gluten Yếu do sợi xơ cà rốt cản trở Cải thiện mạnh, mạng liên kết chặt Cải thiện, tăng tính nhớt dẻo
Đặc tính cấu trúc TPA Độ đàn hồi và độ nhai thấp Tăng độ đàn hồi, gumminess, chewiness Tăng độ đàn hồi, kết cấu dẻo dai
Tính chất nấu Hiệu suất hấp thụ nước cơ bản Tăng hấp thụ nước, hao hụt chất khô $5,367%$ Tăng hấp thụ nước, giảm tổn thất chất khô
Độ kéo đứt sợi mì Thấp, dễ đứt khi nấu Tăng cao, sợi dai và bền chắc Tăng, sợi có độ dãn dẻo tốt
Mức độ ưa thích cảm quan Trung bình Cao nhất (vị, mùi, màu vàng cam sáng, dai) Tốt

Giải pháp và khuyến nghị công nghệ

  • Xác lập quy trình công nghệ ổn định để sản xuất bột cà rốt giàu $\beta$-caroten (chần $70^\circ\text{C}$/8 phút, sấy đối lưu $70^\circ\text{C}$/300 phút đến $a_w < 0,34$, rây 150 mesh).
  • Khuyến nghị sử dụng công thức phối trộn 1% kansui ($65% \text{Na}_2\text{CO}_3 : 35% \text{K}_2\text{CO}_3$) trên tổng khối lượng bột để sản xuất mì tươi cà rốt đạt chất lượng thương phẩm cao nhất về mặt cảm quan và cấu trúc.

Đóng góp khoa học và thực tiễn

  • Khóa luận đã giải quyết trực tiếp điểm hạn chế về cấu trúc sợi mì trong nghiên cứu trước đó của Nguyễn Thị Phương (2018), cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm về ảnh hưởng của muối kiềm lên nền bột mì phối trộn rau củ giàu chất xơ.
  • Mở ra hướng sản xuất thực phẩm chức năng và mì sợi dinh dưỡng ở quy mô thương mại, đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng và hỗ trợ tăng thời hạn bảo quản nhờ khả năng ức chế vi sinh vật của môi trường kiềm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô thực nghiệm phòng thí nghiệm với cỡ mẫu nhỏ, chưa đánh giá trên dây chuyền sản xuất công nghiệp liên tục.
  • Đề tài chỉ khảo sát ở hai mức tỷ lệ cố định theo giới hạn Codex (1% kansui và 0,2% STPP), chưa thực hiện khảo sát dải nồng độ biến thiên rộng hơn hoặc kết hợp đồng thời cả hai loại muối.
  • Chưa có số liệu theo dõi chi tiết về thời hạn bảo quản thực tế và biến đổi chỉ tiêu vi sinh vật của mì tươi theo thời gian lưu trữ ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Khảo sát tối ưu hóa tỷ lệ kết hợp giữa muối kansui và muối phosphate STPP nhằm giảm thiểu tỷ lệ hao hụt chất khô khi nấu ($< 5,367%$) mà vẫn giữ được độ dai giòn tối ưu.
  • Đánh giá thời hạn sử dụng, biến đổi chỉ tiêu hóa lý, vi sinh và lựa chọn quy cách bao bì bảo quản thích hợp cho sản phẩm mì tươi cà rốt ở quy mô bán công nghiệp.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn đối với:

  • Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học, Dinh dưỡng: Nguồn tài liệu thực nghiệm hữu ích về công nghệ chế biến lương thực, kỹ thuật kiểm soát mạng gluten và cơ chế tương tác của phụ gia kiềm/phosphate trên nền tinh bột phối trộn xơ thực vật.
  • Cán bộ nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) tại các doanh nghiệp mì sợi: Cung cấp thông số công nghệ cụ thể về quy trình sấy nghiền bột cà rốt giữ màu và công thức phối trộn phụ gia nhằm nâng cao chất lượng mì sợi bổ sung rau củ tự nhiên.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao việc bổ sung 8% bột cà rốt vào mì tươi lại làm suy giảm độ dai của sợi mì?

Bột cà rốt chứa hàm lượng chất xơ tiêu hóa cao ($3,2%$) và không chứa các protein tạo mạng như gliadin và glutenin. Khi bổ sung vào bột mì, các hạt chất xơ xen vào giữa các chuỗi protein, cản trở quá trình hydrate hóa đồng đều và phá vỡ tính liên tục của mạng lưới liên kết disulfide ($-S-S-$), dẫn đến khối bột nhào bị yếu và sợi mì dễ đứt gãy sau khi cán cắt.

2. Thành phần và tỷ lệ phối trộn của muối kansui trong nghiên cứu này được xác định như thế nào?

Muối kansui sử dụng trong nghiên cứu là hỗn hợp muối kiềm khan được phối trộn từ $65% \text{ Na}_2\text{CO}_3$ (Natri cacbonat) và $35% \text{ K}_2\text{CO}_3$ (Kali cacbonat). Muối được bổ sung vào công thức với hàm lượng 1% tính trên tổng khối lượng bột khô.

3. Quy trình chế biến bột cà rốt nguyên liệu được thực hiện qua các thông số kỹ thuật nào?

Cà rốt tươi sau khi rửa sạch và gọt vỏ được cắt lát mỏng, chần ở nhiệt độ $70^\circ\text{C}$ trong thời gian 8 phút. Sau đó, nguyên liệu được sấy đối lưu ở $70^\circ\text{C}$ trong 300 phút để đưa độ ẩm về dưới $12%$ và hoạt độ nước $a_w < 0,34$. Cuối cùng, cà rốt khô được nghiền mịn và rây qua rây kích thước 150 mesh.

4. Mức độ hao hụt chất khô khi nấu của mẫu mì bổ sung 1% muối kansui là bao nhiêu và do nguyên nhân gì?

Tỷ lệ hao hụt chất khô khi nấu của mẫu mì bổ sung 1% kansui là $5,367%$. Nguyên nhân là do môi trường kiềm làm tăng tương tác ưa nước và thúc đẩy sự hòa tan, phân tán một số phần tử tinh bột và chất hòa tan từ sợi mì vào nước sôi trong quá trình nấu.

5. Loại muối nào cho kết quả cảm quan tổng thể tốt nhất trong các mẫu khảo sát?

Mẫu mì tươi bổ sung 1% muối kansui đạt mức độ ưa thích cao nhất từ người đánh giá cảm quan. Muối kansui giúp sợi mì có màu vàng cam sáng bắt mắt (nhờ tách flavone và bảo toàn $\beta$-caroten), mùi vị đặc trưng và cấu trúc dai giòn đàn hồi tốt hơn so với mẫu đối chứng và mẫu bổ sung 0,2% STPP.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Lê Thị Trang Diễm đã nghiên cứu thực nghiệm thành công giải pháp sử dụng muối kiềm (kansui 1% và STPP 0,2%) để khắc phục sự suy giảm cấu trúc của mì tươi bổ sung 8% bột cà rốt. Kết quả cho thấy việc bổ sung 1% kansui ($65% \text{Na}_2\text{CO}_3 : 35% \text{K}_2\text{CO}_3$) giúp cải thiện mạng gluten, gia tăng độ đàn hồi, độ dai và mang lại chất lượng cảm quan vượt trội cho sợi mì thành phẩm. Đây là công trình thực nghiệm có giá trị khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn cao trong lĩnh vực phát triển các sản phẩm mì sợi dinh dưỡng có nguồn gốc tự nhiên.