Tổng quan nghiên cứu

Phụ phẩm gốc măng tây, bao gồm phần gốc trắng và thân cứng bị loại bỏ trong quá trình thu hoạch, chiếm khoảng 30-50% tổng sản lượng măng tây và thường bị bỏ phí hoặc sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, phân bón. Tuy nhiên, các phụ phẩm này giàu chất xơ, polyphenols và các hợp chất sinh học có hoạt tính kháng oxy hóa cao, có tiềm năng ứng dụng trong thực phẩm bảo vệ sức khỏe, dược phẩm và mỹ phẩm. Quá trình sấy nhiệt được lựa chọn phổ biến để bảo quản và chế biến phụ phẩm nhằm kéo dài thời gian sử dụng và giữ lại các hoạt chất quý giá.

Nghiên cứu này tập trung khảo sát ảnh hưởng của các thông số quá trình sấy gồm nhiệt độ (50-90°C) và tốc độ gió (5-11 m/s) đến chất lượng bột phụ phẩm gốc măng tây. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm hàm lượng phenolic tổng, hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH và FRAP, màu sắc, khả năng hút nước và hút dầu. Động học quá trình sấy và sự phân hủy phenolic cũng được mô hình hóa theo các mô hình Henderson-Pabis và Eyring-Stearn.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định điều kiện sấy tối ưu để thu được bột phụ phẩm gốc măng tây có chất lượng cao, giữ lại hàm lượng phenolic và hoạt tính kháng oxy hóa, đồng thời đánh giá đặc tính hóa lý của sản phẩm. Nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu thu hoạch từ tỉnh Ninh Thuận, trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2022. Kết quả có ý nghĩa quan trọng trong việc tận dụng phụ phẩm măng tây, giảm lãng phí nguyên liệu, đồng thời phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng và bổ sung chất xơ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Mô hình động học sấy Henderson-Pabis: Mô hình này mô tả tỷ số ẩm (MR) của vật liệu theo thời gian sấy với công thức MR = a.exp(-kt), trong đó k là hằng số tốc độ sấy, a là hệ số mô hình. Mô hình phù hợp với quá trình sấy lớp mỏng của rau củ quả, giúp xác định tốc độ và thời gian sấy tối ưu.

  • Mô hình nhiệt động học Eyring-Stearn: Áp dụng để mô tả quá trình phân hủy phenolic trong quá trình sấy, với các thông số hằng số tốc độ vô hoạt kin và thời gian bán hủy t1/2. Mô hình giúp đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự mất mát hoạt chất sinh học.

  • Khái niệm phenolic tổng và hoạt tính kháng oxy hóa: Phenolic là nhóm hợp chất quan trọng góp phần vào khả năng chống oxy hóa của thực vật. Hoạt tính kháng oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp DPPH (bắt gốc tự do) và FRAP (khả năng khử sắt), phản ánh tiềm năng bảo vệ sức khỏe của sản phẩm.

  • Chỉ số màu sắc CIE Lab: Đánh giá màu sắc bột phụ phẩm theo các chỉ số L* (độ sáng), a* (đỏ-lục), b* (vàng-xanh), giúp xác định ảnh hưởng của quá trình sấy đến đặc tính cảm quan.

  • Khả năng hút nước và hút dầu: Các chỉ tiêu vật lý quan trọng phản ánh tính chất chức năng của bột trong ứng dụng thực phẩm, ảnh hưởng đến cấu trúc và độ ổn định sản phẩm cuối cùng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu phụ phẩm gốc măng tây tươi được thu hoạch từ một nông hộ tại tỉnh Ninh Thuận, được sơ chế, cắt lát mỏng 2 mm và bảo quản lạnh trước khi thí nghiệm.

  • Thiết kế thí nghiệm: Quá trình sấy được thực hiện trong tủ sấy nhiệt với các mức nhiệt độ 50, 60, 70, 80, 90°C và tốc độ gió 5, 7, 9, 11 m/s. Mẫu được lấy định kỳ 15 phút để xác định độ ẩm, hàm lượng phenolic, hoạt tính kháng oxy hóa, màu sắc, khả năng hút nước và hút dầu.

  • Phân tích hóa học và vật lý: Hàm lượng phenolic tổng được xác định bằng phương pháp Folin-Ciocalteu, hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH và FRAP được đo bằng phương pháp quang phổ. Màu sắc được đo bằng thiết bị Konica Minolta theo hệ CIE Lab. Khả năng hút nước và hút dầu được xác định bằng phương pháp ly tâm và cân trọng lượng.

  • Mô hình hóa động học: Dữ liệu tỷ số ẩm được mô hình hóa theo Henderson-Pabis để tính hằng số tốc độ sấy k. Quá trình phân hủy phenolic được mô hình hóa theo Eyring-Stearn để xác định hằng số vô hoạt kin và thời gian bán hủy t1/2.

  • Xử lý số liệu: Mỗi thí nghiệm lặp lại ba lần, kết quả trình bày dưới dạng trung bình ± độ lệch chuẩn. Phân tích phương sai ANOVA được sử dụng để đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa thống kê với mức ý nghĩa 5% (p < 0.05).

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2022, bao gồm giai đoạn thu thập nguyên liệu, thí nghiệm sấy, phân tích mẫu và xử lý số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sấy và độ ẩm sản phẩm

    • Độ ẩm ban đầu của phụ phẩm khoảng 91-92%.
    • Thời gian sấy để đạt độ ẩm bảo quản (11 ± 1%) giảm từ 133 phút ở 50°C xuống còn 81 phút ở 80°C và 64 phút ở 90°C, tương ứng giảm 40-51%.
    • Hằng số tốc độ sấy k tăng gấp 2.1 lần khi tăng nhiệt độ từ 50°C lên 90°C, cho thấy quá trình sấy diễn ra nhanh hơn đáng kể.

  2. Hàm lượng phenolic tổng và động học phân hủy phenolic

    • Hàm lượng phenolic tổng ban đầu là 7896 mg GAE/kg chất khô.
    • Sau sấy đến độ ẩm bảo quản, hàm lượng phenolic còn lại dao động từ 3346 mg GAE/kg (50°C) đến 4916 mg GAE/kg (90°C).
    • Ở nhiệt độ 80°C và 90°C, hàm lượng phenolic giữ lại cao nhất, khoảng 61% so với mẫu tươi, không có sự khác biệt ý nghĩa thống kê giữa hai mức nhiệt này.
    • Hằng số vô hoạt phenolic kin cao nhất tại 90°C (0.007 phút⁻¹), thời gian bán hủy t1/2 thấp nhất (99.1 phút), cho thấy nhiệt độ cao làm tăng tốc độ phân hủy phenolic.
    • Mô hình Eyring-Stearn phù hợp với dữ liệu thực nghiệm với hệ số tương quan R² đạt đến 0.991 ở 90°C.

  3. Hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH và FRAP

    • Hoạt tính kháng oxy hóa DPPH của mẫu tươi là 15401 µmolTE/kg chất khô, giảm xuống còn 4441 µmolTE/kg ở 50°C và giữ lại cao nhất 7649 µmolTE/kg ở 80°C.
    • Hoạt tính kháng oxy hóa FRAP giảm từ 19448 µmolTE/kg (mẫu tươi) xuống 13103 µmolTE/kg ở 50°C, các mức nhiệt từ 60-90°C giữ lại khoảng 16000-17000 µmolTE/kg, không khác biệt nhiều về mặt thống kê.
    • Hoạt tính kháng oxy hóa có mối tương quan tuyến tính chặt chẽ với hàm lượng phenolic tổng (R² > 0.9), chứng tỏ phenolic là thành phần chính đóng góp vào khả năng chống oxy hóa.

  4. Ảnh hưởng của tốc độ gió đến quá trình sấy và chất lượng bột

    • Tăng tốc độ gió từ 5 m/s lên 9 m/s giúp rút ngắn thời gian sấy và giữ lại hàm lượng phenolic cũng như hoạt tính kháng oxy hóa tốt hơn.
    • Ở tốc độ gió 9 m/s, bột thu được có độ ẩm bảo quản khoảng 11 ± 1%, hàm lượng phenolic tổng 4858 ± 189 mg GAE/kg chất khô, hoạt tính DPPH 7522 ± 289 µmolTE/kg và FRAP 16849 ± 184 µmolTE/kg.
    • Tốc độ gió cao hơn 11 m/s không cải thiện đáng kể chất lượng và có thể gây tổn hại cơ học cho mẫu.

  5. Đặc tính hóa lý của bột phụ phẩm gốc măng tây

    • Bột giàu chất xơ đạt 23.1%, khả năng hút nước 9.3 g nước/g chất khô, hút dầu 4.2 g dầu/g chất khô.
    • Màu sắc bột theo hệ CIE Lab đạt giá trị L* = 68.5 ở điều kiện sấy tối ưu, cho màu sáng và hấp dẫn.
    • Các đặc tính này phù hợp để ứng dụng làm nguyên liệu bổ sung trong thực phẩm chức năng và thực phẩm giàu chất xơ.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy nhiệt độ và tốc độ gió là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả sấy và chất lượng bột phụ phẩm gốc măng tây. Nhiệt độ sấy cao giúp rút ngắn thời gian sấy, giảm thiểu sự mất mát phenolic do thời gian tiếp xúc nhiệt ngắn hơn, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về sấy rau củ quả. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao (trên 90°C) có thể làm tăng tốc độ phân hủy phenolic và giảm hoạt tính kháng oxy hóa.

Tốc độ gió tăng giúp tăng tốc độ truyền nhiệt và loại bỏ hơi ẩm nhanh hơn, cải thiện hiệu quả sấy và giữ lại hoạt chất sinh học. Tuy nhiên, tốc độ gió quá cao có thể gây tổn hại vật lý cho nguyên liệu, làm giảm chất lượng bột.

Mối tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng phenolic và hoạt tính kháng oxy hóa khẳng định vai trò quan trọng của phenolic trong việc bảo vệ sản phẩm khỏi oxy hóa, đồng thời nâng cao giá trị dinh dưỡng và chức năng của bột phụ phẩm.

Đặc tính hóa lý của bột như khả năng hút nước, hút dầu và màu sắc phù hợp với các ứng dụng trong thực phẩm bổ sung chất xơ, thực phẩm chức năng, giúp tận dụng hiệu quả phụ phẩm măng tây, giảm lãng phí và tăng giá trị kinh tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường cong tỷ số ẩm theo thời gian, biểu đồ hàm lượng phenolic và hoạt tính kháng oxy hóa theo nhiệt độ và tốc độ gió, bảng so sánh đặc tính hóa lý bột ở các điều kiện sấy khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình sấy ở nhiệt độ 80°C và tốc độ gió 9 m/s

    • Mục tiêu: Tối ưu giữ lại hàm lượng phenolic và hoạt tính kháng oxy hóa, đồng thời rút ngắn thời gian sấy.
    • Thời gian thực hiện: 80-90 phút cho mỗi mẻ sấy.
    • Chủ thể thực hiện: Các cơ sở chế biến măng tây và sản xuất bột phụ phẩm.

  2. Phát triển sản phẩm bột phụ phẩm gốc măng tây làm nguyên liệu bổ sung chất xơ

    • Mục tiêu: Tăng giá trị sử dụng phụ phẩm, đa dạng hóa sản phẩm thực phẩm chức năng, bánh, nước giải khát.
    • Thời gian thực hiện: 6-12 tháng để nghiên cứu công thức và thử nghiệm sản phẩm.
    • Chủ thể thực hiện: Doanh nghiệp thực phẩm, viện nghiên cứu công nghệ thực phẩm.

  3. Xây dựng hướng dẫn kỹ thuật sấy và bảo quản phụ phẩm măng tây cho nông dân và nhà máy chế biến

    • Mục tiêu: Giảm lãng phí nguyên liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra.
    • Thời gian thực hiện: 3-6 tháng để biên soạn tài liệu và đào tạo.
    • Chủ thể thực hiện: Các tổ chức đào tạo, hợp tác xã nông nghiệp, doanh nghiệp chế biến.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng bột phụ phẩm măng tây trong các ngành dược phẩm và mỹ phẩm

    • Mục tiêu: Khai thác tiềm năng hoạt chất phenolic và saponin trong phụ phẩm.
    • Thời gian thực hiện: 1-2 năm nghiên cứu phát triển sản phẩm.
    • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, doanh nghiệp dược mỹ phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình động học sấy, kỹ thuật phân tích hoạt chất sinh học.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu liên quan đến bảo quản và chế biến phụ phẩm nông nghiệp.

  2. Doanh nghiệp chế biến măng tây và thực phẩm chức năng

    • Lợi ích: Áp dụng quy trình sấy tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm, tận dụng phụ phẩm hiệu quả.
    • Use case: Sản xuất bột phụ phẩm măng tây làm nguyên liệu bổ sung trong thực phẩm.

  3. Nông dân và hợp tác xã trồng măng tây

    • Lợi ích: Hiểu rõ giá trị kinh tế của phụ phẩm, áp dụng kỹ thuật sơ chế và bảo quản phù hợp.
    • Use case: Giảm lãng phí, tăng thu nhập từ phụ phẩm măng tây.

  4. Cơ quan quản lý và tổ chức đào tạo nông nghiệp, thực phẩm

    • Lợi ích: Xây dựng chương trình đào tạo, hướng dẫn kỹ thuật bảo quản sau thu hoạch.
    • Use case: Nâng cao năng lực sản xuất và chế biến nông sản bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Quá trình sấy ảnh hưởng như thế nào đến hàm lượng phenolic trong bột phụ phẩm măng tây?
    Quá trình sấy làm giảm hàm lượng phenolic do nhiệt độ và thời gian tiếp xúc nhiệt. Tuy nhiên, sấy ở nhiệt độ 80-90°C với thời gian ngắn giúp giữ lại khoảng 61% phenolic so với mẫu tươi, nhờ giảm thời gian tiếp xúc nhiệt và hạn chế hoạt động enzyme phân hủy.

  2. Tại sao tốc độ gió lại quan trọng trong quá trình sấy?
    Tốc độ gió ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt và loại bỏ hơi ẩm. Tăng tốc độ gió giúp rút ngắn thời gian sấy và giữ lại hoạt chất sinh học tốt hơn. Tuy nhiên, tốc độ quá cao có thể gây tổn hại vật lý cho nguyên liệu.

  3. Hoạt tính kháng oxy hóa được đánh giá bằng những phương pháp nào?
    Hoạt tính kháng oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp DPPH (bắt gốc tự do) và FRAP (khả năng khử sắt). Hai phương pháp này phản ánh khả năng chống oxy hóa của mẫu và có mối tương quan chặt chẽ với hàm lượng phenolic.

  4. Bột phụ phẩm gốc măng tây có thể ứng dụng trong những sản phẩm nào?
    Bột có thể được sử dụng làm nguyên liệu bổ sung chất xơ trong bánh, nước giải khát, trà, sữa chua, mì, bánh quy và các sản phẩm thực phẩm chức năng nhờ đặc tính hút nước, hút dầu và hàm lượng chất xơ cao.

  5. Làm thế nào để bảo quản bột phụ phẩm măng tây sau khi sấy?
    Bột nên được bảo quản trong túi PE hàn kín, ở nhiệt độ mát khoảng 20°C để hạn chế hút ẩm và biến đổi chất lượng. Mẫu chưa khô hoàn toàn cần bảo quản lạnh ở -20°C để giữ hoạt chất sinh học.

Kết luận

  • Quá trình sấy phụ phẩm gốc măng tây ở nhiệt độ 80°C và tốc độ gió 9 m/s là điều kiện tối ưu để giữ lại hàm lượng phenolic và hoạt tính kháng oxy hóa cao, đồng thời rút ngắn thời gian sấy xuống còn khoảng 82 phút.
  • Hàm lượng phenolic tổng giữ lại đạt khoảng 4858 mg GAE/kg chất khô, hoạt tính kháng oxy hóa DPPH và FRAP lần lượt là 7522 và 16849 µmolTE/kg chất khô.
  • Bột phụ phẩm giàu chất xơ (23.1%), có khả năng hút nước và hút dầu tốt, phù hợp ứng dụng trong thực phẩm bổ sung và chức năng.
  • Mô hình động học Henderson-Pabis và mô hình nhiệt động học Eyring-Stearn phù hợp để mô tả quá trình sấy và phân hủy phenolic.
  • Đề xuất áp dụng quy trình sấy tối ưu và phát triển sản phẩm bột phụ phẩm măng tây nhằm tận dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu, giảm lãng phí và nâng cao giá trị kinh tế.

Next steps: Triển khai ứng dụng quy trình sấy trong sản xuất công nghiệp, nghiên cứu mở rộng ứng dụng bột phụ phẩm trong thực phẩm và dược mỹ phẩm.

Call-to-action: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên hợp tác để phát triển sản phẩm từ phụ phẩm măng tây, góp phần phát triển bền vững ngành