Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu hướng phát triển thực phẩm hiện đại, nhu cầu sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, giàu dinh dưỡng và hỗ trợ nâng cao sức khỏe ngày càng gia tăng. Lúa gạo là lương thực chính cung cấp hơn 20% tổng năng lượng hàng ngày của nhân loại và từ 60% đến 70% lượng calories cho hơn 2 tỷ người châu Á. So với gạo trắng thông thường, gạo lứt giữ nguyên lớp cám và phôi nên chứa hàm lượng cao các vitamin nhóm B, khoáng chất, chất xơ và các acid béo không no có lợi, hỗ trợ giảm cholesterol xấu, kiểm soát đường huyết và phòng ngừa các bệnh tim mạch. Bên cạnh đó, củ dền đỏ (Beta vulgaris) là nguồn nguyên liệu giàu chất xơ, vitamin A, B, C, folate, chất khoáng và đặc biệt chứa hàm lượng sắc tố anthocyanin tự nhiên dồi dào có hoạt tính chống oxy hóa cao.
Bánh Waffle (bánh kẹp/bánh tổ ong) có nguồn gốc truyền thống từ Bỉ và hiện đã trở thành món bánh phổ biến trên toàn cầu. Nhằm đa dạng hóa các dòng bánh kẹp dinh dưỡng và tận dụng nguồn nguyên liệu nông sản giá trị, tác giả Nguyễn Trần Khánh Tâm thực hiện chuyên đề tốt nghiệp "Nghiên cứu chế biến bánh Waffle gạo lứt củ dền" thuộc ngành Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học An Giang.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể qua 4 nội dung:
- Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn giữa bột gạo lứt và nước củ dền đến chất lượng hóa lý và cảm quan của sản phẩm.
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nướng bánh đến chất lượng thành phẩm.
- Khảo sát ảnh hưởng của các loại vật liệu bao bì đến chất lượng sản phẩm trong quá trình bảo quản.
- Khảo sát mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản phẩm bánh Waffle bột gạo lứt củ dền.
Đối tượng nghiên cứu trực tiếp là bột gạo lứt huyết rồng và dịch chiết nước củ dền tươi kết hợp các nguyên liệu phụ trợ (trứng gà, nước cốt dừa, bơ, đường, hạt chia). Toàn bộ quá trình thực nghiệm, phân tích và khảo sát được tiến hành tại Khu Thí nghiệm - Trường Đại học An Giang và khu vực nội ô thành phố Long Xuyên từ tháng 12/2020 đến tháng 05/2021.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở lý thuyết của khóa luận được xây dựng dựa trên nguyên lý hóa học thực phẩm, công nghệ chế biến và kỹ thuật bao gói thực phẩm:
- Đặc tính nguyên liệu: Cấu trúc tinh bột gạo (tỷ lệ amylose/amylopectin, nhiệt độ hồ hóa từ 55–70°C, khả năng tạo màng và phồng nở); giá trị dinh dưỡng của gạo lứt (chất đạm, chất xơ, lipid, khoáng chất Fe, Ca, P); thành phần hóa học của củ dền (chất khô hòa tan, chất xơ, folate, mangan, kali).
- Hợp chất sinh học Anthocyanin: Khung phân tử flavonoid dạng aglycone (anthocyanidin) và dạng glycosyl hóa; tính chất chuyển dịch cấu trúc và màu sắc theo thang pH (cation flavylium đỏ ở pH < 2, carbinol/chalcone không màu ở pH 4–5, anion quinonoid tím ở pH 6–7); độ bền nhiệt, ảnh hưởng của oxy, ánh sáng, acid ascorbic, đường và enzym oxy hóa (polyphenol oxidase, peroxidase).
- Nguyên lý các quá trình chế biến: Quá trình phối trộn cơ học, quá trình đánh bong tạo hệ nhũ tương bọt xốp từ protein trứng (albumin) và lecithin; quá trình nướng truyền nhiệt bức xạ tạo phản ứng Maillard, caramel hóa và hồ hóa tinh bột; động học biến đổi độ ẩm và độ cứng.
- Kỹ thuật bao bì: Đặc tính cơ lý và tính thẩm thấu khí/hơi nước của màng Polyamide (PA), Polyethylene terephthalate (PET) và Polyethylene (PE dạng túi ZIP).
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:
- Bố trí thí nghiệm: Áp dụng phương pháp bố trí thí nghiệm đơn yếu tố ngẫu nhiên, lặp lại 3 lần cho các khảo sát công nghệ (tỷ lệ phối trộn, thời gian nướng, vật liệu bảo quản).
- Phương pháp phân tích hóa lý và cấu trúc:
- Xác định hàm lượng protein tổng số: Phương pháp Kjeldahl trên hệ thống thiết bị Gerhardt (Đức).
- Định lượng Anthocyanin: Phương pháp đo quang phổ pH vi sai.
- Đo độ ẩm: Phương pháp sấy nhiệt ở 105°C đến khối lượng không đổi hoặc cân sấy ẩm hồng ngoại.
- Đo cấu trúc lực phá vỡ (độ cứng): Sử dụng máy đo cấu trúc Brookfield CT3-1000 (Mỹ).
- Đo màu sắc ($L^, a^, b^*$): Thiết bị so màu Konica Minolta CR-400.
- Đánh giá cảm quan và thị hiếu: Đánh giá điểm thị hiếu theo thang điểm 5 và thang Hedonic theo TCVN 3215-79; khảo sát thị hiếu người tiêu dùng thông qua bộ câu hỏi phỏng vấn trực tiếp mẫu $n = 50$.
- Xử lý số liệu: Phân tích phương sai (ANOVA) và so sánh trung bình bằng phép thử LSD ở mức ý nghĩa $p < 0{,}05$ trên phần mềm Statgraphics; biểu đồ hóa bằng Microsoft Excel.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu
Chương này trình bày tính cấp thiết của việc phát triển dòng bánh Waffle bổ sung gạo lứt và củ dền nhằm đáp ứng xu hướng thực phẩm có lợi cho sức khỏe. Tác giả xác định rõ ràng mục tiêu tổng quát, 4 nội dung nghiên cứu thực nghiệm cần giải quyết, đối tượng nghiên cứu và đóng góp thực tiễn của đề tài trong việc đa dạng hóa các mặt hàng bánh kẹp trên thị trường.
Chương 2: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2 tổng hợp hệ thống tư liệu khoa học về các nhóm vấn đề:
- Tổng quan về nguồn gốc, phân loại, thành phần hóa học và tác dụng sinh học của gạo lứt huyết rồng cùng củ dền đỏ; các nguyên liệu phụ trợ gồm trứng gà (vai trò tạo bọt và nhũ hóa của lecithin, albumin), nước cốt dừa tươi Cocoxim, bơ Tường An, hạt chia hữu cơ (Salvia hispanica giàu omega-3, khoáng chất) và đường kính (TCVN 6958:2001).
- Tổng quan cấu trúc hóa học, cơ chế đổi màu theo pH và các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của sắc tố anthocyanin tự nhiên.
- Tính chất vật lý, hóa học và tính cản khí của bao bì PA, PET, túi zipper PE.
- Bản chất vật lý, hóa học, hóa lý và biến đổi cảm quan (phản ứng Maillard, biến tính protein, thoái hóa tinh bột) trong các quá trình công nghệ phối trộn và nướng.
- Điểm luận các công trình nghiên cứu tiền nhiệm liên quan đến chế biến sản phẩm từ gạo lứt như trà gạo lứt đóng chai (Nguyễn Thị Thủy, 2010), bánh gạo giòn nguyên hạt (Tô Thị Ngọc Diệu, 2020) và sữa chua lên men từ gạo lứt huyết rồng (Hồ Thị Tuyết Nga, 2019).
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu
Chương 3 mô tả chi tiết phương tiện nghiên cứu, hóa chất, máy móc và quy trình thí nghiệm:
- Quy trình nghiên cứu dự kiến: Nguyên liệu (bột gạo lứt, nước củ dền sau khi rửa sạch, gọt vỏ, xay nhuyễn lọc bã) $\rightarrow$ Đánh bong hỗn hợp trứng gà, đường, nước cốt dừa $\rightarrow$ Phối trộn bột gạo lứt và nước củ dền $\rightarrow$ Đánh bong đồng nhất $\rightarrow$ Quét bơ lên khuôn nướng $\rightarrow$ Nướng bánh và rắc hạt chia ($1{-}2\text{ g}$) $\rightarrow$ Làm nguội $\rightarrow$ Bao gói $\rightarrow$ Thành phẩm.
- Bố trí 4 thí nghiệm chi tiết:
- Thí nghiệm 1: Khảo sát 4 tỷ lệ phối trộn bột gạo lứt : nước củ dền ($A_0 = 1:0$, $A_1 = 1:1/2$, $A_2 = 1:1$, $A_3 = 1:2$) với 3 lần lặp lại ($12\text{ mẫu}$).
- Thí nghiệm 2: Khảo sát 3 mức thời gian nướng ($B_1 = 75\text{ giây}$, $B_2 = 80\text{ giây}$, $B_3 = 85\text{ giây}$) với 3 lần lặp lại ($9\text{ mẫu}$).
- Thí nghiệm 3: Khảo sát 3 loại vật liệu bao bì ($C_1$: màng PA, $C_2$: hộp nhựa PET, $C_3$: túi ZIP PE) theo dõi định kỳ hàng tuần trong thời gian bảo quản 3 tuần ($9\text{ mẫu}$).
- Thí nghiệm 4: Khảo sát $50$ phiếu thăm dò thị hiếu người tiêu dùng tại TP. Long Xuyên về mức độ ưa chuộng màu sắc, mùi vị, cấu trúc, bao bì và giá thành.
Chương 4: Kết quả và thảo luận
Chương 4 phân tích chi tiết dữ liệu thực nghiệm thu được từ 4 nội dung nghiên cứu:
1. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bột gạo lứt và nước củ dền:
Kết quả phân tích hóa lý và cảm quan được thống kê tại bảng dưới đây:
| Tỷ lệ (gạo lứt : nước củ dền) |
Đạm tổng (% CK) |
Độ cứng (g lực) |
Anthocyanin (mg/L) |
Độ sáng $L^*$ |
Giá trị $a^*$ |
Giá trị $b^*$ |
Điểm cảm quan Cấu trúc |
Mức độ yêu thích |
| 1:0 |
$1{,}09^\text{b}$ |
$3786{,}67^\text{c}$ |
$0{,}53^\text{a}$ |
$56{,}36^\text{c}$ |
$-5{,}71^\text{a}$ |
$6{,}67^\text{a}$ |
$3{,}50^\text{b}$ |
$3{,}87^\text{b}$ |
| 1:1/2 |
$1{,}07^\text{b}$ |
$3788{,}67^\text{c}$ |
$4{,}09^\text{b}$ |
$43{,}45^\text{b}$ |
$1{,}13^\text{b}$ |
$9{,}48^\text{b}$ |
$3{,}60^\text{b}$ |
$4{,}70^\text{c}$ |
| 1:1 |
$0{,}99^\text{ab}$ |
$2585{,}00^\text{b}$ |
$9{,}79^\text{c}$ |
$43{,}16^\text{ab}$ |
$1{,}53^\text{b}$ |
$10{,}92^\text{c}$ |
$4{,}57^\text{c}$ |
$5{,}70^\text{d}$ |
| 1:2 |
$0{,}90^\text{a}$ |
$1642{,}67^\text{a}$ |
$12{,}87^\text{d}$ |
$38{,}99^\text{a}$ |
$2{,}14^\text{b}$ |
$14{,}93^\text{d}$ |
$1{,}93^\text{a}$ |
$2{,}63^\text{a}$ |
Ghi chú: Các chữ cái khác nhau trong cùng một cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ($p < 0{,}05$).
Khi tăng tỷ lệ dịch củ dền từ 1:0 lên 1:2, hàm lượng đạm tổng giảm từ $1{,}09%$ xuống $0{,}90%$, độ cứng giảm mạnh từ $3786{,}67\text{ g}$ xuống $1642{,}67\text{ g}$ do dịch củ dền làm loãng mạng lưới liên kết tinh bột, trong khi hàm lượng anthocyanin tăng tuyến tính từ $0{,}53\text{ mg/L}$ lên $12{,}87\text{ mg/L}$. Mẫu phối trộn ở tỷ lệ 1:1 đạt điểm cảm quan cao nhất về màu sắc ($4{,}40$), mùi ($4{,}37$), vị ($4{,}40$), cấu trúc giòn xốp ($4{,}57$) và mức độ yêu thích tổng thể ($5{,}70$).
2. Ảnh hưởng của thời gian nướng:
Thời gian nướng được khảo sát ở 75 giây, 80 giây và 85 giây. Mức thời gian 80 giây cho chất lượng tối ưu nhất; nướng 75 giây khiến bánh chưa đạt độ giòn cần thiết, ruột còn ẩm, trong khi nướng 85 giây làm bánh bị sẫm màu do phản ứng cháy sém và làm suy giảm hàm lượng anthocyanin nhạy cảm với nhiệt độ.
3. Ảnh hưởng của vật liệu bao bì trong quá trình bảo quản:
Theo dõi qua 3 tuần bảo quản cho thấy sự biến thiên độ ẩm, độ cứng và các chỉ tiêu cảm quan phụ thuộc vào loại vật liệu. Bao bì hộp nhựa PET duy trì độ giòn, hạn chế sự tăng ẩm và giữ được màu sắc, mùi vị của bánh tốt nhất so với túi ZIP PE và màng PA thông thường. Sản phẩm đóng gói trong hộp PET giữ chất lượng ổn định trong thời gian bảo quản 1 tháng.
4. Khảo sát mức độ chấp nhận của người tiêu dùng:
Kết quả xử lý 50 phiếu điều tra người tiêu dùng tại TP. Long Xuyên (phân nhóm theo độ tuổi, giới tính, nghề nghiệp) ghi nhận phản hồi tích cực. Người tiêu dùng đánh giá cao màu sắc đặc trưng của củ dền, vị ngọt béo hài hòa từ nước cốt dừa và độ giòn xốp của cấu trúc bánh waffle gạo lứt.
Chương 5: Kết luận và khuyến nghị
Tổng hợp toàn bộ các thông số kỹ thuật tối ưu đã xác lập để chuẩn hóa quy trình sản xuất bánh Waffle gạo lứt củ dền ở quy mô thực nghiệm, đồng thời đưa ra các đề xuất về việc hoàn thiện sản phẩm thương mại.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đã giải quyết các mục tiêu đặt ra và mang lại các kết quả công nghệ cụ thể:
- Thông số công nghệ tối ưu của quy trình chế biến:
- Tỷ lệ phối trộn: $100\text{ g}$ bột gạo lứt huyết rồng : $100\text{ ml}$ nước củ dền tươi ($1:1$).
- Thành phần phụ liệu: $3$ quả trứng gà, $100\text{ g}$ đường, $100\text{ ml}$ nước cốt dừa, bổ sung $1{-}2\text{ g}$ hạt chia trên bề mặt và quét bơ chống dính khuôn.
- Chế độ nướng: Thời gian nướng tối ưu là $80\text{ giây}$.
- Đóng gói và bảo quản: Hộp nhựa PET giúp duy trì cấu trúc giòn, giữ hàm lượng anthocyanin và bảo quản ổn định trong thời gian 1 tháng ở điều kiện thường.
- Đóng góp học thuật và thực tiễn:
- Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về tương quan giữa nồng độ dịch củ dền với độ cứng, độ màu ($L^, a^, b^*$), hàm lượng đạm tổng và hàm lượng anthocyanin trong hệ thực phẩm nướng từ bột gạo lứt.
- Xây dựng thành công quy trình công nghệ tạo ra sản phẩm bánh Waffle mới, tận dụng nguồn nông sản sẵn có tại địa phương (An Giang), nâng cao giá trị dinh dưỡng nhờ bổ sung chất xơ, hợp chất chống oxy hóa và khoáng chất.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Khóa luận ghi nhận một số giới hạn dựa trên phạm vi thực hiện:
- Các thí nghiệm mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm, thao tác chế biến và thiết bị nướng mang tính bán thủ công.
- Dung lượng mẫu khảo sát thị hiếu người tiêu dùng còn giới hạn ($n = 50$) và phạm vi khảo sát tập trung chủ yếu tại địa bàn nội ô thành phố Long Xuyên, chưa mở rộng ra các vùng thị trường khác.
- Nghiên cứu chưa đi sâu khảo sát biến thiên mật độ vi sinh vật tổng số theo các mốc thời gian chi tiết trong suốt hạn bảo quản.
Hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất:
- Thử nghiệm sản xuất trên dây chuyền thiết bị tự động hóa kiểm soát chính xác nhiệt độ hai mặt khuôn nướng.
- Bổ sung đánh giá các chỉ tiêu vi sinh vật và kiểm tra độ bền oxy hóa chất béo của sản phẩm trong thời gian lưu trữ dài hơn.
- Nghiên cứu đa dạng hóa khẩu vị (giảm độ ngọt, phối trộn thêm các loại hạt dinh dưỡng khác) và mở rộng quy mô thăm dò thị trường tiêu dùng.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích đối với:
- Sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Dinh dưỡng học và Chế biến nông sản khi thực hiện các đề tài nghiên cứu về sản phẩm bánh nướng, thực phẩm chức năng hoặc ứng dụng màu tự nhiên trong chế biến.
- Cán bộ nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) tại các cơ sở sản xuất bánh kẹo trong việc khai thác bột gạo lứt, nước củ dền và hạt chia để tạo các dòng sản phẩm bánh dinh dưỡng ăn liền.
- Phần phương pháp thực nghiệm xác định anthocyanin bằng pH vi sai, phân tích cấu trúc lực phá vỡ trên máy Brookfield CT3-1000 và quy trình phối trộn nhũ tương bánh kẹp là những nội dung có giá trị tham khảo kỹ thuật trực tiếp.
Câu hỏi thường gặp
1. Tỷ lệ phối trộn bột gạo lứt và nước củ dền tối ưu được xác định trong nghiên cứu là bao nhiêu?
Tỷ lệ phối trộn tối ưu là $1:1$ ($100\text{ g}$ bột gạo lứt : $100\text{ ml}$ nước củ dền), cho hàm lượng anthocyanin đạt $9{,}79\text{ mg/L}$, độ cứng đạt $2585{,}00\text{ g lực}$ và điểm đánh giá cảm quan về cấu trúc, màu sắc, mùi vị cao nhất ($5{,}70/7$ điểm mức độ yêu thích).
2. Thời gian nướng bánh thích hợp nhất trong điều kiện thí nghiệm là bao lâu?
Thời gian nướng tối ưu là $80\text{ giây}$. Mốc thời gian này đảm bảo bánh chín đều, cấu trúc giòn xốp, không bị mềm ẩm như ở $75\text{ giây}$ và không bị cháy sẫm hay phân hủy sắc tố như ở $85\text{ giây}$.
3. Loại bao bì nào bảo quản bánh Waffle gạo lứt củ dền hiệu quả nhất và thời hạn bảo quản là bao lâu?
Bao bì hộp nhựa PET cho hiệu quả bảo quản tốt nhất trong 3 loại bao bì được khảo sát (PA, PET, túi ZIP PE), giúp giữ vững độ giòn, hạn chế hút ẩm và duy trì giá trị cảm quan của sản phẩm trong thời gian 1 tháng.
4. Việc tăng tỷ lệ nước củ dền ảnh hưởng như thế nào đến độ cứng và hàm lượng đạm của bánh?
Khi tăng tỷ lệ nước củ dền từ 1:0 lên 1:2, hàm lượng đạm tổng giảm từ $1{,}09%$ xuống $0{,}90%$ và độ cứng giảm từ $3786{,}67\text{ g lực}$ xuống $1642{,}67\text{ g lực}$ do lượng nước củ dền cao làm loãng bột nhào và giảm độ bền liên kết cấu trúc tinh bột.
5. Khảo sát thị hiếu người tiêu dùng được thực hiện với quy mô và đối tượng nào?
Khảo sát được tiến hành bằng $50$ phiếu điều tra ngẫu nhiên tại khu vực nội ô TP. Long Xuyên, phỏng vấn các nhóm đối tượng gồm trẻ em, học sinh, sinh viên và người nội trợ.
Kết luận
Chuyên đề tốt nghiệp "Nghiên cứu chế biến bánh Waffle gạo lứt củ dền" của tác giả Nguyễn Trần Khánh Tâm đã hoàn thiện thành công quy trình công nghệ chế biến sản phẩm bánh kẹp dinh dưỡng ở quy mô phòng thí nghiệm. Đề tài đã xác định được các thông số kỹ thuật chuẩn xác: tỷ lệ phối trộn bột gạo lứt và nước củ dền $1:1$, thời gian nướng $80\text{ giây}$ và bao gói bảo quản trong hộp nhựa PET với hạn sử dụng 1 tháng. Kết quả nghiên cứu góp phần đa dạng hóa mặt hàng bánh Waffle, gia tăng giá trị sử dụng của nông sản gạo lứt huyết rồng và củ dền, tạo ra sản phẩm thực phẩm an toàn, giàu sắc tố tự nhiên và đáp ứng tốt thị hiếu người tiêu dùng.
