Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ thực phẩm giàu dinh dưỡng và có lợi cho sức khỏe ngày càng tăng, việc phát triển các sản phẩm mứt từ rau củ như củ dền trở thành xu hướng mới trong ngành công nghệ thực phẩm. Củ dền (Beta vulgaris L.) được xem là siêu thực phẩm nhờ hàm lượng cao các hợp chất chống oxy hóa như betalain, flavonoid và phenolic, đồng thời có sản lượng lớn và dễ bảo quản quanh năm với ước tính sản lượng toàn cầu đạt khoảng 275 triệu tấn năm 2018. Tuy nhiên, việc sử dụng pectin thương mại làm chất tạo gel trong mứt củ dền vẫn còn hạn chế do chi phí và nguồn nguyên liệu. Trong khi đó, phụ phẩm vỏ chanh dây tím, với hàm lượng pectin cao (16,42 – 18,43%) và các hợp chất sinh học quý giá như anthocyanin và flavonoid, được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng để thay thế pectin trong sản xuất mứt.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá tính chất của bột vỏ chanh dây nguyên vỏ (WP) và bột albedo (AP) – phần vỏ mềm bên trong – cũng như khảo sát khả năng thay thế pectin thương mại bằng WP và AP trong sản phẩm mứt củ dền với các tỷ lệ 0,5 – 3%. Nghiên cứu cũng tập trung đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chất lượng của mứt trong quá trình bảo quản 60 ngày ở nhiệt độ phòng (30℃). Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, sử dụng nguyên liệu củ dền và chanh dây mua tại hệ thống siêu thị Co.opmart.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, giảm thiểu lãng phí và chi phí nguyên liệu, đồng thời tạo ra sản phẩm mứt củ dền mới lạ, giàu dinh dưỡng và có tính cạnh tranh cao trên thị trường thực phẩm chức năng và thực phẩm bảo vệ sức khỏe.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về cấu trúc và tính chất của pectin, đặc biệt là pectin có chỉ số methoxyl cao (HMP) và thấp (LMP), cùng với các khái niệm về khả năng tạo gel, độ ester hóa (DE), và các đặc tính lưu biến của gel. Pectin là polysaccharide phức tạp, chủ yếu gồm galacturonic acid (GalA) được methyl hóa một phần, có khả năng tạo gel trong môi trường acid và đường cao. Mức độ ester hóa ảnh hưởng trực tiếp đến cơ chế tạo gel và ứng dụng trong thực phẩm.

Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng các khái niệm về các hợp chất sinh học như anthocyanin, flavonoid và betalain – các sắc tố tự nhiên có khả năng chống oxy hóa cao, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng và cảm quan sản phẩm. Mô hình "hộp trứng" được sử dụng để giải thích sự tạo gel của pectin với ion Ca2+ trong môi trường ít đường.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Pectin và mức độ ester hóa (DE)
  • Khả năng tạo gel của pectin (HMP và LMP)
  • Các hợp chất sinh học trong vỏ chanh dây và củ dền (anthocyanin, flavonoid, betalain)
  • Đặc tính lưu biến và kết cấu gel trong sản phẩm mứt

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu bột vỏ chanh dây tím gồm bột nguyên vỏ (WP) và bột albedo (AP), cùng với sản phẩm mứt củ dền được chế biến trong phòng thí nghiệm. Cỡ mẫu gồm các mẫu bột và mứt với tỷ lệ thay thế pectin từ 0,5% đến 3%. Phương pháp chọn mẫu là lấy nguyên liệu đồng đều, không bị hư hại, đảm bảo tính đại diện.

Phân tích thành phần hóa học bao gồm xác định độ ẩm, carbohydrate, chất khoáng, chất béo, hàm lượng pectin, anthocyanin, flavonoid và betalain bằng các phương pháp chuẩn như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), quang phổ FTIR, và phân tích nhiệt DSC. Khả năng giữ nước và dầu của bột được đo bằng phương pháp chuẩn.

Chất lượng mứt được đánh giá qua các chỉ tiêu: tổng chất rắn hòa tan (°Brix), độ pH, hàm lượng betalain, flavonoid, khả năng kháng oxy hóa (Trolox equivalent), đặc tính lưu biến (mô đun lưu trữ G’, mô đun tổn thất G”), kết cấu (độ cứng, độ dính, tính đàn hồi), độ tách nước và đánh giá cảm quan bởi người tiêu dùng.

Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian bảo quản 60 ngày ở nhiệt độ phòng (30℃) để khảo sát sự biến đổi các chỉ tiêu chất lượng.

Phân tích số liệu sử dụng phương pháp thống kê mô tả và phân tích phương sai (ANOVA) để xác định sự khác biệt có ý nghĩa giữa các mẫu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tính chất của bột vỏ chanh dây: WP và AP có độ ẩm thấp (6,29 – 6,47%), giàu carbohydrate (78,98%) và chất khoáng (7,06%). Hàm lượng pectin cao lần lượt là 16,42% (WP) và 18,43% (AP), tương đương với pectin thương mại HMP. Khả năng giữ nước của WP và AP đạt 16,49 và 18,04 g/g, trong khi khả năng giữ dầu thấp (3,33 và 2,94 g/g). Bột có màu tối với sắc đỏ và vàng nhẹ, phù hợp cho sản phẩm mứt củ dền màu đỏ sẫm.

  2. Ảnh hưởng của việc thay thế pectin bằng WP và AP trong mứt củ dền: Các mẫu mứt chứa WP (WJ) và AP (AJ) không khác biệt đáng kể về thành phần dinh dưỡng, tổng chất rắn hòa tan và pH so với mẫu chuẩn (PJ) dùng pectin thương mại. Tuy nhiên, hàm lượng betalain giảm từ 2,97% đến 29,94% khi sử dụng WP và AP, trong khi hàm lượng flavonoid tăng mạnh từ 142,00% đến 404,09%, khả năng kháng oxy hóa tăng 101,99% – 127,23% so với mẫu chuẩn.

  3. Đặc tính lưu biến và kết cấu: Việc bổ sung WP và AP giúp hình thành mạng lưới gel ổn định hơn, tăng tính đàn hồi, độ cứng và độ dính của mứt. Độ sáng giảm, trong khi cường độ màu đỏ và vàng tăng so với mẫu chuẩn. Mứt chứa 0,5 – 1% WP và AP nhận được điểm cảm quan cao nhất về độ phết và kết cấu, trong khi tỷ lệ 2 – 3% làm giảm điểm yêu thích.

  4. Sự ổn định trong quá trình bảo quản 60 ngày: Hàm lượng betalain giảm dần trong tất cả các mẫu, với tốc độ phân hủy nhanh hơn ở mẫu WJ và AJ so với PJ. Màu sắc mứt chuyển từ đỏ sang vàng, độ sáng tăng, đặc biệt rõ ở các mẫu chứa WP và AP. Tuy nhiên, các mẫu WJ và AJ duy trì độ bền gel tốt hơn và ít hiện tượng tách nước hơn mẫu PJ trong suốt thời gian bảo quản.

Thảo luận kết quả

Sự giảm hàm lượng betalain khi sử dụng bột vỏ chanh dây có thể do các phản ứng oxy hóa hoặc tương tác với các thành phần trong bột vỏ, ảnh hưởng đến tính ổn định sắc tố betalain. Tuy nhiên, sự gia tăng flavonoid và khả năng kháng oxy hóa cho thấy bột vỏ chanh dây bổ sung các hợp chất sinh học có lợi, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng và chức năng của mứt.

Đặc tính lưu biến và kết cấu cải thiện nhờ khả năng tạo gel của pectin trong bột vỏ chanh dây, tương tự pectin thương mại, giúp sản phẩm có kết cấu ổn định và cảm quan tốt. Mức độ chấp nhận cao ở tỷ lệ 0,5 – 1% cho thấy khả năng ứng dụng thực tế của WP và AP trong sản xuất mứt.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về chất thay thế pectin, kết quả này phù hợp với xu hướng sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm nguyên liệu tạo gel tự nhiên, góp phần giảm chi phí và tăng giá trị gia tăng cho sản phẩm.

Biểu đồ mô đun lưu trữ (G’) và mô đun tổn thất (G”) theo tần số có thể minh họa sự ổn định gel của các mẫu mứt, trong khi bảng phân tích cảm quan thể hiện sự ưu tiên của người tiêu dùng đối với các mẫu chứa WP và AP ở mức thấp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng bột vỏ chanh dây làm chất tạo gel thay thế pectin trong sản xuất mứt củ dền: Khuyến nghị sử dụng WP và AP ở tỷ lệ 0,5 – 1% để đảm bảo chất lượng sản phẩm và sự chấp nhận của người tiêu dùng. Thời gian áp dụng trong vòng 1 năm để đánh giá mở rộng quy mô sản xuất.

  2. Phát triển công nghệ chế biến bột vỏ chanh dây quy mô công nghiệp: Đầu tư thiết bị sấy và nghiền hiện đại nhằm đảm bảo chất lượng bột ổn định, kích thước hạt đồng đều, phục vụ sản xuất thực phẩm chức năng và mứt. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp chế biến nông sản.

  3. Nghiên cứu cải tiến công thức mứt để tăng cường ổn định betalain: Kết hợp các chất chống oxy hóa tự nhiên hoặc điều chỉnh pH nhằm giảm thiểu sự phân hủy betalain trong quá trình bảo quản. Thời gian nghiên cứu 6 – 12 tháng, do các viện nghiên cứu và trường đại học thực hiện.

  4. Mở rộng ứng dụng bột vỏ chanh dây trong các sản phẩm thực phẩm khác: Khuyến khích nghiên cứu và phát triển các sản phẩm bánh kẹo, nước giải khát, sữa chua bổ sung bột vỏ chanh dây nhằm tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu phụ phẩm. Doanh nghiệp và nhà nghiên cứu phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm và đồ uống: Có thể ứng dụng bột vỏ chanh dây làm chất tạo gel tự nhiên, giảm chi phí nguyên liệu và tạo sản phẩm mới lạ, đáp ứng xu hướng tiêu dùng lành mạnh.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Tài liệu cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu chi tiết về pectin, các hợp chất sinh học và ứng dụng trong sản phẩm mứt, hỗ trợ phát triển đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Tham khảo để xây dựng chính sách khuyến khích tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thúc đẩy kinh tế tuần hoàn.

  4. Nhà sản xuất nguyên liệu và phụ gia thực phẩm: Nghiên cứu tiềm năng phát triển bột vỏ chanh dây như một nguyên liệu thay thế pectin thương mại, mở rộng thị trường và đa dạng hóa sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bột vỏ chanh dây có thể thay thế hoàn toàn pectin trong mứt củ dền không?
    Nghiên cứu cho thấy bột vỏ chanh dây có thể thay thế pectin ở tỷ lệ 0,5 – 3%, tuy nhiên hiệu quả tốt nhất và được người tiêu dùng chấp nhận cao nhất là ở mức 0,5 – 1%. Việc thay thế hoàn toàn cần cân nhắc ảnh hưởng đến màu sắc và hàm lượng betalain.

  2. Ảnh hưởng của bột vỏ chanh dây đến màu sắc mứt củ dền như thế nào?
    Bột vỏ chanh dây làm tăng cường sắc đỏ và vàng, tạo màu sắc đậm đà hơn nhưng cũng làm giảm hàm lượng betalain, sắc tố chính tạo màu đỏ tự nhiên của củ dền, đặc biệt khi tỷ lệ bột cao.

  3. Khả năng kháng oxy hóa của mứt thay thế pectin bằng bột vỏ chanh dây ra sao?
    Mứt chứa bột vỏ chanh dây có khả năng kháng oxy hóa tăng từ 101,99% đến 127,23% so với mứt dùng pectin thương mại, nhờ hàm lượng flavonoid và anthocyanin cao trong bột vỏ chanh dây.

  4. Bột vỏ chanh dây có ảnh hưởng đến kết cấu và cảm quan mứt không?
    Bột vỏ chanh dây giúp tạo mạng lưới gel ổn định, tăng độ cứng, độ dính và tính đàn hồi, cải thiện kết cấu. Tuy nhiên, tỷ lệ cao (2 – 3%) có thể làm giảm điểm cảm quan về độ phết và kết cấu.

  5. Sản phẩm mứt có thể bảo quản trong bao lâu khi sử dụng bột vỏ chanh dây?
    Mứt có thể bảo quản ít nhất 60 ngày ở nhiệt độ phòng (30℃), tuy nhiên betalain giảm dần theo thời gian, màu sắc thay đổi. Bột vỏ chanh dây giúp duy trì độ bền gel và hạn chế tách nước trong quá trình bảo quản.

Kết luận

  • Bột vỏ chanh dây nguyên vỏ (WP) và albedo (AP) có hàm lượng pectin cao, khả năng giữ nước tốt và chứa nhiều hợp chất sinh học có lợi như anthocyanin và flavonoid.
  • Việc thay thế pectin thương mại bằng WP và AP trong mứt củ dền ở tỷ lệ 0,5 – 3% ảnh hưởng tích cực đến đặc tính lưu biến, kết cấu và khả năng kháng oxy hóa của sản phẩm.
  • Hàm lượng betalain và màu sắc mứt giảm nhẹ khi sử dụng bột vỏ chanh dây, đặc biệt ở tỷ lệ cao, nhưng vẫn được người tiêu dùng chấp nhận ở mức thấp.
  • Trong quá trình bảo quản 60 ngày, mứt chứa WP và AP duy trì độ bền gel tốt hơn và hạn chế tách nước so với mứt dùng pectin thương mại.
  • Đề xuất áp dụng bột vỏ chanh dây làm chất tạo gel thay thế pectin trong sản xuất mứt củ dền, đồng thời nghiên cứu cải tiến công thức để nâng cao tính ổn định sắc tố và mở rộng ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm khác.

Tiếp theo, các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai thử nghiệm quy mô lớn, đồng thời phát triển công nghệ chế biến bột vỏ chanh dây để ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, quý độc giả và doanh nghiệp có thể liên hệ với nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.