CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Bánh quy được mọi người biết đến là một loại bánh ngọt phổ biến, được sản xuất và tiêu thụ ở nhiều nơi trên toàn thế giới. Đây là sản phẩm giàu năng lượng do chứa hàm lượng đường cao, tiện lợi để sử dụng, giá cả hợp lý, đa dạng về chủng loại và phù hợp với nhiều đối tượng tiêu dùng. Expert Market Research đã phân tích rằng thị trường bánh kẹo được định giá 361.22 tỷ USD vào năm 2022 và dự kiến sẽ đạt giá trị 473.50 tỷ USD vào năm 2028, với giá trị CAGR (tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm) là 4.60% trong suốt giai đoạn dự báo, trong đó bánh quy chiếm hơn 60% các mặt hàng bánh kẹo có trên thị trường. Như vậy, thị trường bánh quy là một thị trường tiềm năng.
Tuy nhiên, bánh quy chứa nhiều đường và nghèo chất xơ nên không phù hợp cho những người có chỉ số đường huyết cao [1]. Cùng với sự phát triển của xã hội, con người đang có xu hướng sống lành mạnh hơn. Vì vậy, món ăn không những phải ngon mà còn cần phải có tác dụng tốt cho sức khỏe. Thực phẩm giàu chất xơ, chỉ số đường huyết thấp, ít năng lượng là một trong những xu hướng nổi bật hiện nay.
Việc sử dụng các chất ngọt không cung cấp năng lượng trong công thức làm bánh quy hiện nay được nhiều người quan tâm, đặc biệt là các bệnh nhân béo phì, đái tháo đường loại 2 và những người kiêng ăn thực phẩm giàu năng lượng. Chất xơ bao gồm cellulose, hemicellulose, lignin, pectin, gum, chất nhầy có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật, chúng không được tiêu hóa và hấp thụ ở ruột non, nhưng lại được ruột già lên men một phần hoặc hoàn toàn [1]. Việc ăn đủ chất xơ sẽ làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, đột quỵ, tăng huyết áp, béo phì, đái tháo đường và một số bệnh về rối loạn tiêu hóa [3] đồng thời góp phần giảm cân và cải thiện hệ thống miễn dịch [4]. Bã mía chiếm khoảng 30 - 33% trọng lượng cây mía và được coi là phụ phẩm trong quá trình sản xuất mía đường và đồ uống (nước mía).
Thành phần chính của bã mía là nước và chất xơ. Theo Hiệp hội Mía đường Việt Nam (VSSA), sản lượng mía cung cấp cho ngành mía đường hàng năm xấp xỉ 12,2 triệu tấn. Cả nước có 28 1 nhà máy đường với vùng nguyên liệu tương đối lớn trải dài khắp đất nước. Lượng bã mía thải ra là rất lớn nhưng hiện nay việc sử dụng phụ phẩm này trong ngành thực phẩm còn rất hạn chế.
Theo Martinez-Hernandez và cộng sự (2017), cứ 1000 tấn mía được sử dụng để sản xuất saccharose sẽ tạo ra xấp xỉ 270 tấn bã mía [5]. Loại bã mía này có chứa phần vỏ cây mía và chủ yếu được sử dụng để sản xuất giấy, phân bón, thức ăn chăn nuôi trên quy mô toàn cầu. Với tiềm năng của thị trường bánh quy giàu chất xơ, cùng với nguồn bã mía dồi dào sẵn có ở Việt Nam, trong nghiên cứu trước đây tại phòng thí nghiệm công nghê thưc phẩm của Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, bã mía đã được sử dụng như một nguồn chất xơ bổ sung vào bánh quy. Bã mía đã được xử lý vi sóng kết hợp với thủy phân để tạo ra bánh quy giàu xơ.
Mục đích của quá trình xử lý bã mía là để làm tăng hàm lượng xơ tan và giảm lượng xơ không tan trong bột bã mía nguyên liệu và trong bánh thành phẩm. Tuy nhiên, viêc bổ sung xơ vào bánh quy đã làm cho cấu trúc của bánh quy giàu xơ trở nên cứng hơn bánh quy thông thường. Trong nghiên cứu này, bánh quy sẽ được cải thiện cấu trúc bằng cách thay đổi độ ẩm bột nhào và bổ sung các phụ gia thực phẩm. Mục đích của nghiên cứu này là cải thiện chất lượng của sản phẩm bánh quy giàu xơ có nguyên liệu được tận dụng từ phụ phẩm của quá trình chế biến thực phẩm, để được nhiều người tiêu dùng chấp nhận.
2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Chất xơ thực phẩm và tính chất kỹ thuật 2. Định nghĩa Chất xơ (Fiber) là thuật ngữ do Hipsley sử dụng vào năm 1953 [6]. Ông coi chất xơ là thành phần không thể phá hủy của thành tế bào thực vật.
Sau này, chất xơ có nhiều định nghĩa khác nhau. Phân loại Hiện nay, có nhiều cơ sở để phân loại chất xơ như dựa vào nguồn gốc của chất xơ (tự nhiên hay tổng hợp), cấu trúc phân tử (thẳng hay phân nhánh), vai trò trong giới thực vật, loại polysaccharide, dựa vào khả năng hòa tan trong hệ tiêu hóa, hoặc dựa vào sản phẩm sau quá trình tiêu hóa. Tuy nhiên, các loại phân loại trên không được coi là thỏa đáng vì các giới hạn không thể được xác định một cách tuyệt đối. Cách phân loại chất xơ được chấp nhận rộng rãi nhất là sự khác biệt về khả năng hòa tan của chúng trong nước và/hoặc khả năng lên men của chúng trong điều kiện in-vivo.
Do đó, hầu hết các chất xơ được phân thành hai loại: chất xơ không hòa tan trong nước/lên men thấp trong ruột kết và chất xơ hòa tan trong nước/lên men tốt [2]. Thành phần chính của nhóm chất xơ không hòa tan bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin. Trong khi các phân đoạn chính của nhóm chất xơ hòa tan bao gồm: Pectin, gum và chất nhầy nói chung [2]. Cellulose: Cellulose là thành phần chính của thành tế bào thực vật.
Về mặt hóa học, cellulose là một homopolyme không phân nhánh, mạch thẳng, với monome gồm các phân tử D-glucose liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 glycoside. Mỗi phân tử cellulose có thể chứa từ 6000 - 12000 gốc glucose, tương ứng với phân tử lượng 106 - 2. Trong tự nhiên, cellulose tồn tại ở dạng bó sợi và giữa các 3 phân tử cellulose có liên kết hydro. Trong trường hợp các phân tử cellulose sắp xếp song song và số lượng liên kết hydro giữa chúng tăng lên, cấu trúc của bó sợi sẽ trở nên chặt chẽ, được gọi là cellulose tinh thể.
Ngược lại, khi các phân tử cellulose sắp xếp không theo trật tự và số lượng liên kết hydro được hình thành giữa các phân tử giảm đi, cấu trúc bó sợi trở nên kém chặt chẽ hơn, dẫn đến cellulose có cấu trúc vô định hình. Do có nhiều liên kết hydro giữa các bó sợi và cấu trúc chắc chắn nên cellulose có độ bền cơ học cao, độ hòa tan trong nước thấp và khả năng chống phân hủy sinh học tốt. Cellulose không hòa tan trong nước và dung dịch kiềm, chỉ một phần nhỏ cellulose thuộc nhóm vô định hình dễ bị thủy phân hơn trong axit [8]. Tuy nhiên, cellulose không được tiêu hóa ở bất kỳ mức độ nào bởi các enzyme tiêu hóa trong cơ thể con người [2].
Hemicellulose: Cùng với cellulose, hemicellulose cũng là thành phần không thể thiếu của thành tế bào thực vật. Nhưng khác với cellulose, hemicellulose có kích thước phân tử nhỏ hơn, cấu trúc có cả dạng thẳng và dạng phân nhánh. Hemicellulose là heteropolyme vì ngoài monomer D-glucose, hemicellulose còn bao gồm nhiều loại đường monomer pentose khác (D-xylose, L-arabinose) và đường hexose (D-glucose, D-galactose, D-mannose, D-galacturonic và axit D- glucuronic) [9]. Do đó, tùy theo thành phần polysaccharid mà các loại hemicellulose sẽ có tên gọi khác nhau như glucan, manan, galactan, xylan.
Mỗi loại hemicellulose có các tính chất khác nhau không chỉ do sự hình thành các monome khác nhau mà còn do cấu trúc nhánh. Ngoài liên kết chính β-1,4 glycoside, các đơn phân còn có thể liên kết với nhau bằng liên kết β-1,3 glycoside nên phân tử có độ phức tạp và phân nhánh cao. Ngoài ra do hemicellulose có nhiều mạch nhánh nên chúng tồn tại ở dạng vô định hình và dễ bị thủy phân hơn cellulose. Hầu hết hemicellulose không tan trong nước, tan trong kiềm loãng.
Nếu càng nhiều nhánh thì hemicellulose có thể hòa tan một phần trong nước. Hemicellulose liên kết chặt chẽ với cellulose, nằm trong khoảng không gian giữa các sợi cellulose, cùng với lignin và pectin là chất kết dính các bó sợi, tạo thành tế bào chắc. 4 Lignin: Lignin không phải là một polysacaride mà là một polymer hữu cơ phức tạp chứa khoảng 40 đơn vị phenylpropane bị oxy hóa, bao gồm các rượu coniferyl, sinapyl và p-coumaryl đã trải qua quá trình trùng hợp khử hydro phức tạp. Các lignin khác nhau về trọng lượng phân tử và hàm lượng methoxyl [2].
Lignin có nhiều nhóm chức khác nhau (phenolic, methoxyl, carboxyl, p-hydroxy-phenyl, aliphatic hidroxyl) [9], cấu trúc phân nhánh cao và vô định hình. Do có các liên kết liên phân tử bền chặt, bao gồm liên kết carbon-carbon, carbon-oxy nên lignin rất trơ, không tan trong nước, khó thủy phân. Lignin thể hiện độ bền cao hơn bất kỳ polymer tự nhiên nào khác [6]. Trong tế bào thực vật, lignin liên kết chặt chẽ với hemicellulose và cellulose, đóng vai trò là chất kết dính, tạo thành tế bào bền vững.
Pectin: Pectin là một nhóm polysaccharid phức tạp, trong đó axit D- galacturonic là thành phần chính, xen kẽ với các đơn vị rhamnose rải rác và được phân nhánh bởi chuỗi các đơn vị pentose và hexose khác. Pectin là thành phần cấu tạo nên thành tế bào thực vật và cũng đóng vai trò là chất liên kết trong tế bào. Khác với lignin, pectin hòa tan tốt trong nước, có khả năng tạo gel tốt và được chuyển hóa hoàn toàn bởi vi khuẩn đường ruột [2]. Gum và chất nhầy: Đây là những chất xơ không phải là một phần của thành tế bào nhưng được hình thành trong các tế bào thực vật đặc biệt.
Chúng là hỗn hợp của các polysacaride phân nhánh cao tạo thành gel, liên kết với nước và các chất hữu cơ khác. Gum là chất tiết dính được hình thành khi tế bào thực vật bị thương. Chất nhầy được tiết vào nội nhũ của hạt nơi chúng hoạt động để ngăn ngừa mất nước quá mức. Chúng được thủy phân một phần bởi các enzyme và do đó được coi là chất xơ hòa tan.
Tính chất kỹ thuật Chất xơ là một hỗn hợp phức tạp của polysaccharide với nhiều chức năng và hoạt động khác nhau khi chúng đi qua hệ thống tiêu hóa. Các chức năng và hoạt động này phụ thuộc vào tính chất vật lý và hóa học của xơ. Một số tính chất vật lý và hóa học của chất xơ bao gồm khả năng hòa tan, độ nhớt, khả năng tạo gel, khả 5 năng giữ nước, khả năng hấp thụ các ion và các phân tử hữu cơ và khả năng lên men. Độ hòa tan: Độ hòa tan là đặc điểm chính để phân loại chất xơ thành cả chất xơ hòa tan và không hòa tan.
Độ hòa tan có ảnh hưởng sâu sắc đến chức năng công nghệ và tác dụng sinh lý của chúng.
