Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghệ thực phẩm và chế biến đồ uống, xu hướng nghiên cứu khai thác các nguồn nguyên liệu tự nhiên giàu hoạt chất sinh học đang ngày càng được chú trọng. Quả sơ ri (Malpighia glabra L.) là loại quả mọng có nguồn gốc từ Tây Ấn và miền bắc Nam Mỹ, nổi tiếng với hàm lượng vitamin C rất cao (đạt khoảng 1200 ÷ 2000 mg%), cùng pectin (0,55 ÷ 0,65%), acid hữu cơ và khoáng chất. Mặc dù sơ ri cho năng suất khá cao (bình quân 500 - 700 kg/vụ/công, khi trúng mùa có thể đạt 1 tấn/công), nhưng đầu ra thị trường tiêu thụ vẫn chưa ổn định, chủ yếu tiêu thụ dạng quả tươi nội địa hoặc bán sang Campuchia trước giai đoạn dịch bệnh, giá trị kinh tế mang lại chưa tương xứng.

Bên cạnh sơ ri, thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) thuộc họ xương rồng là loại quả nhiệt đới được trồng phổ biến tại Nam Bộ (Bình Thuận, Long An, Tiền Giang). Quả chứa nhiều chất xơ (0,7 – 0,9 g/100g), carotene (0,005 – 0,012 mg/100g), vitamin C (8 – 9 mg/100g) và đặc biệt là sắc tố anthocyanin tự nhiên có khả năng chống oxy hóa mạnh, ngăn ngừa xơ vữa động mạch và hỗ trợ loại bỏ gốc tự do.

Thực trạng thị trường siro hiện nay cho thấy phần lớn sản phẩm lưu hành là dạng siro pha chế nhân tạo gồm đường hóa học, màu tổng hợp, hương liệu và chất bảo quản, gây tâm lý lo ngại cho người tiêu dùng. Đề tài "Nghiên cứu chế biến siro sơ ri và thanh long ruột đỏ" do sinh viên Nguyễn Thị Bích Thủy thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Diệp Kim Quyên tại Trường Đại học An Giang nhằm giải quyết vấn đề đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ hai loại nông sản này.

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

  1. Thiết lập quy trình chế biến siro sơ ri và thanh long ruột đỏ với các thông số kỹ thuật tối ưu ở quy mô phòng thí nghiệm.
  2. Khảo sát tỉ lệ phối chế dịch ép sơ ri và thanh long ruột đỏ ảnh hưởng đến giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng (anthocyanin, vitamin C).
  3. Khảo sát tỉ lệ bổ sung chất tạo ngọt (đường saccharose) và chất ổn định cấu trúc Carboxymethyl cellulose (CMC) đến độ nhớt và chất lượng cảm quan của siro.
  4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian cô đặc đến hàm lượng vitamin C, độ nhớt, màu sắc và cảm quan của sản phẩm.
  5. Khảo sát mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản phẩm siro hoàn thiện.

Đối tượng nghiên cứu là dịch ép từ quả sơ ri và thanh long ruột đỏ được thu mua tại chợ đầu mối Long Xuyên. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành từ tháng 12 năm 2021 đến tháng 5 năm 2022 tại Khu thí nghiệm Trường Đại học An Giang (TP. Long Xuyên, tỉnh An Giang).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và nguyên liệu sử dụng

Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết công nghệ chế biến các sản phẩm dạng lỏng sệt và đồ uống cô đặc từ rau quả:

  • Nguyên liệu thực vật: Phân tích cấu tạo, thành phần hóa học và đặc tính sinh hóa của quả sơ ri (Malpighia glabra L.) và quả thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus).
  • Phụ gia thực phẩm:
    • Đường saccharose: Sử dụng làm tác nhân tạo vị ngọt, tăng nồng độ chất khô, tăng độ nhớt, giảm hoạt độ của nước ($a_w$) nhằm ức chế vi sinh vật; tiêu chuẩn chất lượng áp dụng theo TCVN 1696 – 75.
    • Carboxymethyl cellulose (CMC): Polyme mạch thẳng dẫn xuất từ cellulose, có khả năng hòa tan trong nước, tạo độ nhớt cao, đóng vai trò là chất ổn định huyền phù, chống hiện tượng phân tầng và lắng cặn trong sản phẩm siro lỏng sệt.
  • Các quá trình công nghệ cơ bản: Cơ chế trích ly cơ học (ép - lọc), quá trình phối chế đồng nhất pha lỏng, quá trình biến đổi hóa lý và hóa sinh khi cô đặc bằng nhiệt (sự bay hơi nước, biến tính protein, tổn thất vitamin C, phản ứng sẫm màu) và quá trình thanh trùng nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật gây hại kết hợp bao bì thủy tinh silicat hẹp miệng.

Phương pháp nghiên cứu và bố trí thí nghiệm

Đề tài sử dụng phương pháp thực nghiệm công nghệ thực phẩm kết hợp phân tích hóa lý và đánh giá cảm quan:

  • Bố trí thí nghiệm: Áp dụng phương pháp bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) với 3 lần lặp lại cho mỗi công thức thí nghiệm. Số liệu phân tích được xử lý thống kê bằng phần mềm Excel và Statgraphics, kiểm định sự khác biệt giữa các nghiệm thức bằng phép thử LSD ở mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$.
  • Các phương pháp phân tích chỉ tiêu:
    • Đo thông số màu sắc ($L^, a^, b^*$) bằng máy so màu Spectrometer.
    • Đo độ nhớt dung dịch bằng nhớt kế.
    • Định phân hàm lượng vitamin C (mg%) và định lượng hàm lượng anthocyanin (mg/L).
    • Đánh giá cảm quan thị hiếu theo phương pháp cho điểm (thang điểm Hedonic) về các chỉ tiêu màu sắc, mùi, vị, trạng thái cấu trúc và mức độ ưa thích chung.
  • Phương pháp điều tra thị hiếu: Sử dụng phiếu điều tra cảm quan trực tiếp trên cỡ mẫu $N = 50$ người tiêu dùng tại TP. Long Xuyên, phân bổ theo các nhóm đối tượng: học sinh trung học (20 phiếu), phụ huynh có con dưới 10 tuổi (20 phiếu), người cao tuổi trên 60 tuổi (10 phiếu).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 xác định tính cấp thiết của việc phát triển các dòng sản phẩm đồ uống tự nhiên giàu dinh dưỡng, tận dụng nguồn nông sản dồi dào tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Tác giả trình bày rõ 5 mục tiêu/nội dung nghiên cứu, xác định đối tượng nghiên cứu là quả sơ ri và thanh long ruột đỏ, đồng thời nêu bật ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật của đề tài trong việc đa dạng hóa chuỗi giá trị chế biến quả tươi.

Chương 2: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương này tổng hợp các tài liệu khoa học về nguyên liệu và công nghệ chế biến:

  • Đặc điểm thực vật học, vùng trồng, năng suất thu hoạch và bảng thành phần hóa học của quả sơ ri (nước 87,50%, đường tổng 5,40%, độ Brix 5,67 ÷ 7,00, vitamin C 1200 ÷ 2000 mg%) và thanh long ruột đỏ (nước 82,5 – 83 g, chất xơ 0,7 – 0,9 g, canxi 6,3 – 8,8 mg, anthocyanin, carotene).
  • Công dụng dược lý, hỗ trợ miễn dịch, chống oxy hóa, hỗ trợ tiêu hóa và các khuyến cáo đối tượng sử dụng cho từng loại quả.
  • Tính chất hóa lý, cơ chế hoạt động và giới hạn sử dụng của đường saccharose và chất làm dày CMC trong công nghệ chế biến nước giải khát.
  • Cơ sở lý thuyết của 4 công đoạn chính: Trích ly (ép tách dịch quả), Phối chế (phối trộn tạo vị và đồng nhất cấu trúc), Cô đặc (nâng cao hàm lượng chất khô bằng bốc hơi nhiệt), Thanh trùng (xử lý nhiệt tiêu diệt vi sinh vật theo phương trình $A-B-C/T$ kết hợp áp suất đối kháng $P$).
  • Tổng quan các nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước về chế biến siro thảo mộc và siro quả (siro cây phong chống ung thư, siro atiso - kế sữa, siro tía tô, siro mít).

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Tác giả thiết lập quy trình sản xuất dự kiến và thuyết minh chi tiết từng bước:

  1. Tiếp nhận và xử lý nguyên liệu: Lựa chọn sơ ri cuống xanh, không dập úng; thanh long đạt độ chín tới; rửa sạch, tách hạt sơ ri và gọt vỏ thanh long.
  2. Ép và lọc: Ép cơ học, lọc qua rây 2 lần để thu nhận dịch quả trong.
  3. Phối trộn và phối chế: Trộn dịch quả theo tỉ lệ thí nghiệm, bổ sung CMC và saccharose.
  4. Cô đặc nhiệt: Thực hiện cô đặc trong thiết bị chuyên dụng ở dải nhiệt độ xác định.
  5. Rót bao bì và thanh trùng: Rót vào lọ thủy tinh, ghép nắp kín, thanh trùng nhiệt ở 90°C trong 10 phút, làm nguội.

Chương này cũng mô tả chi tiết thiết kế 4 nội dung thí nghiệm:

  • Thí nghiệm 1: 1 nhân tố (Tỉ lệ sơ ri : thanh long gồm 8:2, 7:3, 6:4, 5:5), 3 lần lặp = 12 mẫu.
  • Thí nghiệm 2: 2 nhân tố (Tỉ lệ CMC 0,1; 0,2; 0,3; 0,4% $\times$ Đường 10, 20, 30, 40%), 3 lần lặp = 48 mẫu.
  • Thí nghiệm 3: 2 nhân tố (Nhiệt độ cô đặc 80, 85, 90°C $\times$ Thời gian 10, 15, 20, 25 phút), 3 lần lặp = 36 mẫu.
  • Thí nghiệm 4: Khảo sát mức độ chấp nhận của 50 người tiêu dùng qua phiếu câu hỏi và thử nếm cảm quan.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 trình bày toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được qua các bảng biểu và phân tích thống kê:

1. Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch ép sơ ri và thanh long ruột đỏ (Thí nghiệm 1)

Kết quả kiểm tra màu sắc, hàm lượng hoạt chất sinh học và cảm quan cho thấy:

  • Tỉ lệ thanh long ruột đỏ tăng làm tăng giá trị sắc đỏ $a^*$ (từ 39,40 ở tỉ lệ 8:2 lên 49,65 ở tỉ lệ 5:5) và tăng hàm lượng anthocyanin (từ 33,02 mg/L lên 40,07 mg/L).
  • Ngược lại, tỉ lệ sơ ri càng cao thì hàm lượng vitamin C càng lớn (đạt cực đại 185,20 mg% ở tỉ lệ 8:2 và giảm xuống 103,68 mg% ở tỉ lệ 5:5).
  • Đánh giá cảm quan chỉ ra mẫu phối chế theo tỉ lệ 6:4 (sơ ri : thanh long) đạt điểm số cao nhất về vị (4,89/5), trạng thái (4,67/5), màu sắc hài hòa tươi sáng và mức độ ưa thích tổng quát đạt 6,89 điểm (vượt trội so với mẫu 8:2 đạt 3,00 điểm và mẫu 5:5 đạt 4,44 điểm).

2. Ảnh hưởng của tỉ lệ đường saccharose và CMC (Thí nghiệm 2)

  • Khi tăng nồng độ CMC từ 0,1% đến 0,4%, độ nhớt sản phẩm tăng mạnh từ 114,1 mPa.s lên đến trên 408,9 mPa.s. Việc tăng hàm lượng đường từ 10% đến 40% cũng làm tăng độ nhớt dung dịch (mẫu CMC 0,4% kết hợp 40% đường có độ nhớt cao nhất đạt 491,60 mPa.s).
  • Về cảm quan, nghiệm thức phối trộn 0,2% CMC và 30% đường saccharose cho sản phẩm có độ sánh mịn đồng nhất, vị chua ngọt hài hòa, màu sắc sáng đẹp, đạt điểm ưa thích cao nhất là 8,22 điểm (khác biệt có ý nghĩa thống kê so với các công thức còn lại).

3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian cô đặc (Thí nghiệm 3)

  • Nhiệt độ và thời gian cô đặc tỷ lệ thuận với sự biến đổi màu sắc ($L^$ tăng từ 19,64 lên 29,36; $a^$ tăng từ 31,54 lên 39,29) và độ nhớt do hàm lượng chất khô tăng lên theo lượng nước bốc hơi.
  • Tuy nhiên, nhiệt độ cao và thời gian kéo dài làm phân hủy mạnh vitamin C. Chế độ cô đặc ở 85°C trong 10 phút được xác định là thông số tối ưu, giúp giữ lại hàm lượng hoạt chất sinh học cao, không làm sẫm màu sản phẩm và đạt điểm cảm quan tốt nhất.

4. Khảo sát thị hiếu người tiêu dùng (Thí nghiệm 4)

Khảo sát 50 người tiêu dùng cho thấy sự đánh giá tích cực về sản phẩm siro phối chế tự nhiên về các chỉ tiêu màu sắc, mùi thơm đặc trưng, vị hài hòa và sẵn sàng mua sản phẩm khi được thương mại hóa trên thị trường.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương cuối cùng tổng kết các thông số kỹ thuật tối ưu đã xác lập cho quy trình sản xuất siro và đưa ra các đề xuất nhằm hoàn thiện sản phẩm ở các giai đoạn tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Bảng tổng hợp số liệu thực nghiệm chính

Thí nghiệm / Chỉ tiêu khảo sát Nghiệm thức khảo sát Thông số tối ưu lựa chọn Giá trị thông số kỹ thuật đạt được
Thí nghiệm 1: Tỉ lệ phối chế dịch ép (Sơ ri : Thanh long) 8:2, 7:3, 6:4, 5:5 6 : 4 Anthocyanin: 38,02 mg/L; Vitamin C: 138,00 mg%; Màu sắc ($L^$: 44,06, $a^$: 49,31); Điểm ưa thích: 6,89
Thí nghiệm 2: Tỉ lệ phụ gia (CMC : Đường saccharose) CMC (0,1 ÷ 0,4%)
Đường (10 ÷ 40%)		 0,2% CMC + 30% Đường Độ nhớt đạt mức sánh mịn chuẩn; Vị hài hòa; Điểm ưa thích cảm quan: 8,22
Thí nghiệm 3: Chế độ cô đặc (Nhiệt độ : Thời gian) 80, 85, 90°C
10, 15, 20, 25 phút		 85°C trong 10 phút Giữ tối đa vitamin C và anthocyanin, hạn chế phản ứng sẫm màu; Trạng thái cảm quan tối ưu
Thanh trùng thành phẩm Cố định quy trình 90°C trong 10 phút Đảm bảo an toàn vi sinh, ổn định chất lượng bao bì thủy tinh

Quy trình công nghệ hoàn chỉnh đề xuất

Quy trình chế biến siro sơ ri và thanh long ruột đỏ hoàn chỉnh được xác lập tuần tự qua các công đoạn:

  1. Nguyên liệu quả sơ ri và thanh long ruột đỏ đạt độ chín thích hợp được rửa sạch, loại bỏ hạt sơ ri và bóc vỏ thanh long.
  2. Tiến hành ép cơ học và lọc qua rây 2 lần để thu hồi dịch quả nguyên chất.
  3. Phối trộn dịch ép sơ ri và dịch ép thanh long ruột đỏ theo tỉ lệ thể tích 6 : 4.
  4. Bổ sung phụ gia với tỉ lệ 30% đường saccharose và 0,2% CMC (tính theo khối lượng hỗn hợp dịch ép), khuấy trộn đều cho hòa tan hoàn toàn tạo hệ đồng nhất.
  5. Tiến hành cô đặc hỗn hợp ở nhiệt độ 85°C trong thời gian 10 phút.
  6. Rót sản phẩm vào bao bì thủy tinh chịu nhiệt, đóng kín nắp.
  7. Thanh trùng nhiệt ở nhiệt độ 90°C trong 10 phút, sau đó làm nguội từ từ về nhiệt độ thường để thu nhận thành phẩm.

Đóng góp của đề tài

  • Đề tài đã xây dựng thành công một quy trình công nghệ chế biến siro kết hợp giữa hai loại quả tự nhiên (sơ ri và thanh long ruột đỏ) ở quy mô phòng thí nghiệm với các thông số công nghệ rõ ràng, có căn cứ thực nghiệm.
  • Tạo ra sản phẩm siro có nguồn gốc hoàn toàn tự nhiên, giàu hoạt chất sinh học (vitamin C và anthocyanin), không sử dụng phẩm màu tổng hợp hay hương liệu hóa học, đáp ứng xu hướng tiêu dùng thực phẩm an toàn cho sức khỏe.
  • Đề xuất giải pháp kỹ thuật góp phần giải quyết bài toán tiêu thụ nông sản, nâng cao giá trị gia tăng cho cây sơ ri và thanh long ruột đỏ tại khu vực An Giang và các tỉnh lân cận.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ trên phạm vi và điều kiện thực hiện được trình bày trong văn bản:

  • Hạn chế: Các thí nghiệm mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (mẫu dung tích nhỏ), chưa tiến hành thử nghiệm trên dây chuyền thiết bị bán công nghiệp (pilot) hoặc công nghiệp; chưa khảo sát sự biến đổi chất lượng và hoạt độ vi sinh vật theo thời gian bảo quản dài hạn (shelf-life).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Khảo sát sự thay đổi các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh và hoạt tính sinh học của siro trong các điều kiện và thời gian bảo quản khác nhau.
    • Nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất và tính toán sơ bộ chi phí giá thành sản phẩm trên quy mô công nghiệp.
    • Thử nghiệm ứng dụng sản phẩm siro trong pha chế đồ uống (cocktail, trà quả, sữa chua) và làm nguyên liệu sốt cho ngành bánh ngọt.

Giá trị tham khảo

Báo cáo chuyên đề tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học, Bảo quản và Chế biến Nông sản khi thực hiện các đồ án, khóa luận về chế biến đồ uống cô đặc, nước quả lên men hoặc chiết xuất hợp chất tự nhiên.
  • Cán bộ kỹ thuật và nghiên cứu phát triển sản phẩm (R&D): Tại các doanh nghiệp chế biến rau quả và đồ uống giải khát đang tìm kiếm công thức phối chế tự nhiên tận dụng phụ gia hydrocolloid (CMC) và kỹ thuật xử lý nhiệt tối ưu hoạt chất sinh học (vitamin C, anthocyanin).
  • Phần giá trị nhất để tham khảo: Bố trí ma trận thực nghiệm 2 nhân tố (thí nghiệm đường - CMC và thí nghiệm nhiệt độ - thời gian cô đặc) cùng các dữ liệu phân tích tương quan giữa màu sắc ($L^, a^$), độ nhớt và hàm lượng vitamin C qua xử lý thống kê LSD.

Câu hỏi thường gặp

1. Tỉ lệ phối trộn dịch ép sơ ri và thanh long ruột đỏ nào cho chất lượng tốt nhất?

Tỉ lệ phối trộn tối ưu là 6 : 4 (6 phần dịch sơ ri : 4 phần dịch thanh long ruột đỏ). Ở tỉ lệ này, sản phẩm đạt điểm đánh giá cảm quan cao nhất về vị (4,89), trạng thái (4,67), mức độ ưa thích tổng quát (6,89), màu sắc đỏ tươi hài hòa ($L^* = 44,06; a^* = 49,31$) và giữ được hàm lượng dinh dưỡng cân bằng gồm 138,00 mg% vitamin C và 38,02 mg/L anthocyanin.

2. Vai trò và nồng độ tối ưu của phụ gia CMC và đường saccharose trong công thức là bao nhiêu?

Đường saccharose đóng vai trò tạo vị ngọt, tăng chất khô và ức chế vi sinh vật; CMC đóng vai trò chất làm dày, tạo độ sánh và ổn định huyền phù chống tách lớp. Nồng độ tối ưu được xác định qua thực nghiệm là 30% đường saccharose và 0,2% CMC so với khối lượng dịch quả, giúp siro có độ nhớt vừa phải, không quá lỏng hay quá đặc và đạt điểm ưa thích cảm quan cao nhất (8,22 điểm).

3. Thông số nhiệt độ và thời gian cô đặc nào giúp hạn chế tối đa sự suy giảm vitamin C?

Thông số cô đặc tối ưu là 85°C trong thời gian 10 phút. Chế độ nhiệt này làm bay hơi nước đạt nồng độ chất khô cần thiết nhưng hạn chế tối đa sự phân hủy nhiệt của vitamin C và anthocyanin, đồng thời tránh phản ứng sẫm màu Maillard làm giảm giá trị cảm quan.

4. Quy trình thanh trùng sản phẩm sau khi đóng chai được thực hiện như thế nào?

Sau khi rót vào chai thủy tinh chịu nhiệt và đóng nắp kín, siro được đưa vào thiết bị thanh trùng ở nhiệt độ 90°C trong thời gian 10 phút, sau đó làm nguội dần về nhiệt độ thường để đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật gây hại mà không gây sốc nhiệt làm vỡ chai thủy tinh hay làm biến tính sản phẩm.

5. Khảo sát thị hiếu người tiêu dùng được thực hiện trên quy mô và nhóm đối tượng nào?

Khảo sát thị hiếu được thực hiện trên 50 người tiêu dùng tại TP. Long Xuyên, bao gồm 20 học sinh trung học, 20 phụ huynh có con dưới 10 tuổi và 10 người cao tuổi trên 60 tuổi, thông qua phiếu đánh giá cảm quan trực tiếp về màu sắc, mùi, vị và mức độ sẵn sàng mua sản phẩm.

Kết luận

Chuyên đề tốt nghiệp đại học của tác giả Nguyễn Thị Bích Thủy đã thiết lập thành công quy trình công nghệ chế biến siro kết hợp từ dịch ép quả sơ ri và thanh long ruột đỏ ở quy mô phòng thí nghiệm. Các thông số kỹ thuật tối ưu được xác định gồm tỉ lệ dịch quả sơ ri : thanh long là 6:4, bổ sung 30% đường saccharose và 0,2% CMC, cô đặc ở 85°C trong 10 phút và thanh trùng ở 90°C trong 10 phút. Sản phẩm tạo thành có màu sắc đỏ sáng tự nhiên, độ sánh mịn đồng nhất, vị chua ngọt hài hòa, giữ được hàm lượng cao vitamin C và anthocyanin, đồng thời nhận được đánh giá cao về thị hiếu tiêu dùng.