Đồ án phát triển sản phẩm sữa hạt điều - ĐH Công nghệ Thực phẩm TP.HCM

Đồ án phát triển sản phẩm quy trình công nghệ sản xuất sữa hạt điều chi tiết. Nghiên cứu nguyên liệu, công thức chế biến và tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Thị Tường Vân
• Người hướng dẫn: Trần Quyết Thắng
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Phát triển sản phẩm sữa hạt điều
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án phát triển sản phẩm sữa hạt điều

Đồ án phát triển sản phẩm sữa hạt điều tập trung nghiên cứu quy trình sản xuất sản phẩm dinh dưỡng từ hạt điều nguyên chất. Sữa hạt điều là sản phẩm thay thế sữa động vật, phù hợp xu hướng tiêu dùng lành mạnh. Quy trình bao gồm lựa chọn nguyên liệu, xử lý nhiệt, chiết xuất, phối trộn và đóng gói. Sản phẩm cung cấp protein thực vật, chất béo không bão hòa, vitamin E và khoáng chất. Mục tiêu hướng tới đối tượng người ăn chay, người dị ứng lactose và người quan tâm sức khỏe. Đề tài nghiên cứu đánh giá tính khả thi về công nghệ, kinh tế và thị trường. Kết quả thử nghiệm cho thấy sản phẩm đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm theo quy định Việt Nam. Sữa hạt điều có tiềm năng phát triển thành sản phẩm chủ lực trong ngành thực phẩm chức năng.

1.1. Đặc điểm nguyên liệu hạt điều

Hạt điều chứa 21% protein, 47% chất béo không bão hòa và 25% carbohydrate. Hạt giàu vitamin E (7,8 mg/100g), magie (292 mg/100g) và kẽm. Đặc tính sinh học bao gồm hoạt tính chống oxy hóa cao nhờ polyphenol. Hạt điều có hàm lượng calo thấp (553 kcal/100g) so với hạt óc chó hay hạnh nhân. Độ ẩm tiêu chuẩn là 5-7% để tránh nấm mốc. Nhiệt độ bảo quản tối ưu là 15-20°C, độ ẩm dưới 65%. Nguyên liệu đạt tiêu chuẩn phải không nhiễm sâu bệnh, không lẫn tạp chất kim loại nặng.

1.2. Ứng dụng công nghệ sản xuất sữa hạt

Công nghệ sản xuất sữa hạt điều sử dụng phương pháp nghiền ướt kết hợp đồng hóa. Quy trình bắt đầu bằng ngâm hạt 6-8 giờ, rửa sạch, xay nhuyễn với tỷ lệ nước 1:8. Hỗn hợp được gia nhiệt 80-85°C trong 15 phút để diệt khuẩn. Sau đó tiến hành lọc qua màng 100-150 micron. Bước đồng hóa ở 200 bar loại bỏ kết tụ protein. Cuối cùng là tiệt trùng UHT 135-140°C trong 4 giây. Công nghệ này đảm bảo sản phẩm có độ ổn định cao, hạn sử dụng 6 tháng.

II. Phân tích vấn đề trong sản xuất sữa hạt điều

Sản xuất sữa hạt điều đối mặt nhiều thách thức kỹ thuật và kinh tế. Vấn đề chính là tỷ lệ chiết xuất thấp (chỉ 40-50%), gây lãng phí nguyên liệu. Hương vị đắng đặc trưng của hạt điều ảnh hưởng cảm quan. Độ nhớt cao gây khó khăn trong quá trình lọc và đồng hóa. Chi phí đầu tư thiết bị tiệt trùng UHT và đóng gói vô trùng khá lớn. Rủi ro biến động giá hạt điều trên thị trường do phụ thuộc nguồn cung. Sản phẩm dễ bị phân tầng nếu không sử dụng chất ổn định phù hợp. Thách thức tiếp theo là xây dựng thương hiệu mới trong phân khúc sữa thực vật cạnh tranh khốc liệt. Việc tuân thủ tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm Việt Nam (QCVN 8-3:2012) cũng đòi hỏi chi phí kiểm nghiệm cao.

2.1. Khảo sát nhu cầu thị trường

Nghiên cứu khảo sát 500 người tiêu dùng tại TP.HCM cho thấy 68% quan tâm sản phẩm sữa hạt điều. Nhóm khách hàng mục tiêu là phụ nữ 25-40 tuổi (chiếm 52%) có thu nhập trung bình khá trở lên. Họ sẵn sàng chi trả 15.000-25.000 VND/sản phẩm. Yếu tố quyết định mua là hàm lượng dinh dưỡng (89%), nguồn gốc nguyên liệu (82%) và giá cả (76%). Kênh phân phối ưa thích là siêu thị (45%) và cửa hàng tiện lợi (35%). Điểm yếu cạnh tranh chính là nhận thức thương hiệu còn thấp (chỉ 12% biết đến sữa hạt điều).

2.2. Đánh giá rủi ro sản xuất

Rủi ro lớn nhất là nhiễm khuẩn do không tuân thủ quy trình vệ sinh (tỷ lệ 15%). Chi phí nguyên liệu chiếm 60% tổng chi phí sản xuất. Giá hạt điều biến động ±20% theo mùa vụ. Thiết bị nghiền có tuổi thọ trung bình 2 năm, chi phí thay thế 120 triệu đồng. Rủi ro pháp lý bao gồm thay đổi tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm. Giải pháp quản trị rủi ro bao gồm ký hợp đồng nguyên liệu dài hạn, đầu tư hệ thống giám sát nhiệt độ tự động, và xây dựng quy trình vệ sinh tiêu chuẩn (SSOP).

III. Giải pháp quy trình công nghệ sản xuất sữa hạt điều

Quy trình sản xuất sữa hạt điều được tối ưu hóa theo phương pháp chiết xuất enzyme kết hợp siêu âm. Bước đầu tiên là tuyển chọn hạt điều đạt tiêu chuẩn (không mốc, không sâu bệnh). Hạt được ngâm trong dung dịch kiềm nhẹ (pH 8-9) 4-6 giờ để loại bỏ vỏ lụa. Sau đó nghiền ướt ở tốc độ 12.000 vòng/phút trong 3 phút. Hỗn hợp được bổ sung enzyme cellulase (0,1%) để phá vỡ thành tế bào, tăng tỷ lệ chiết xuất lên 65%. Siêu âm ở tần số 20 kHz trong 5 phút giúp phân tán đều protein. Quá trình tiệt trùng kết hợp UHT 140°C trong 4 giây tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật. Đóng gói trong bao bì multilayer chống oxy hóa, kéo dài hạn sử dụng 12 tháng. Chi phí sản xuất ước tính 12.500 VND/sản phẩm 250ml.

3.1. Công nghệ chiết xuất tiên tiến

Công nghệ chiết xuất siêu âm tăng cường sử dụng sóng siêu âm 20-50 kHz tạo ra vi bọt khí phá vỡ thành tế bào. Phương pháp này tăng hiệu suất chiết xuất lên 30% so với phương pháp truyền thống. Nhiệt độ chiết xuất được kiểm soát ở 50-60°C, tránh biến tính protein. Thời gian chiết xuất rút ngắn xuống còn 15 phút. Sản phẩm thu được có độ ổn định cao, không bị phân tầng. Công nghệ này phù hợp sản xuất quy mô công nghiệp, đáp ứng tiêu chuẩn GMP.

3.2. Kiểm soát chất lượng sản phẩm

Quy trình kiểm soát chất lượng bao gồm kiểm tra nguyên liệu đầu vào (hàm lượng aflatoxin < 10 ppb), kiểm tra vi sinh (E. coli < 10 CFU/ml), kiểm tra cảm quan (màu sắc vàng nhạt, mùi thơm đặc trưng). Sử dụng máy đo độ nhớt Brookfield để kiểm soát độ đồng nhất. Đo độ ổn định bằng phương pháp ly tâm 3.000 vòng/phút trong 15 phút. Kiểm tra hạn sử dụng bằng phương pháp gia tốc (45°C, 75% độ ẩm). Tất cả dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống quản lý chất lượng ISO 22000.

IV. Kết luận và ứng dụng đồ án phát triển sản phẩm

Đồ án đã thành công xây dựng quy trình sản xuất sữa hạt điều đạt tiêu chuẩn chất lượng. Sản phẩm cung cấp 120 kcal/100ml, 4g protein, 7g chất béo không bão hòa. Hạn sử dụng đạt 12 tháng nhờ công nghệ tiệt trùng UHT kết hợp bao bì multilayer. Chi phí sản xuất ước tính 12.500 VND/sản phẩm, giá bán đề xuất 22.000 VND. Đề tài đã giải quyết được vấn đề tỷ lệ chiết xuất thấp nhờ ứng dụng enzyme cellulase. Kết quả khảo sát thị trường cho thấy sản phẩm được người tiêu dùng đánh giá cao về hương vị và giá trị dinh dưỡng. Đề xuất ứng dụng quy trình này vào sản xuất thương mại tại các nhà máy chế biến thực phẩm. Sản phẩm có tiềm năng xuất khẩu sang các thị trường châu Âu và Mỹ.

4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế

Quy mô sản xuất 5.000 sản phẩm/ngày yêu cầu vốn đầu tư 2,5 tỷ đồng. Doanh thu ước tính 3,3 tỷ đồng/tháng. Lợi nhuận sau thuế ước tính 420 triệu đồng/tháng. Thời gian hoàn vốn là 18 tháng. Tỷ suất lợi nhuận gộp đạt 38%. Điểm hòa vốn ở mức 3.200 sản phẩm/ngày. Rủi ro tài chính bao gồm biến động giá nguyên liệu (chiếm 60% chi phí) và cạnh tranh giá sản phẩm. Giải pháp giảm rủi ro là ký hợp đồng nguyên liệu dài hạn và xây dựng thương hiệu mạnh.

4.2. Triển vọng phát triển sản phẩm

Sữa hạt điều có tiềm năng mở rộng sang các sản phẩm biến thể như sữa hạt điều matcha, sữa hạt điều việt quất. Thị trường mục tiêu là người tiêu dùng quan tâm sức khỏe (chiếm 15% dân số Việt Nam). Dự báo nhu cầu tăng 25%/năm trong 3 năm tới. Chiến lược marketing tập trung vào kênh online (30%) và siêu thị (45%). Đề xuất nghiên cứu bổ sung probiotic để tăng giá trị chức năng. Sản phẩm phù hợp xu hướng tiêu dùng toàn cầu về thực phẩm lành mạnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Điều hay còn gọi là Đào lộn hột, tên khoa học là Anacardium occidentale L là cây công nghiệp dài ngày thuộc họ Xoài (Anacardiaceae), có nguồn gốc từ vùng Đông Bắc Brasil [ 1 ]. Ngày nay được trồng khắp các khu vực khí hậu nhiệt đới để lấy nhân chế biến thực phẩm. Điều loại cây công nghiệp lâu năm phổ biến ở Việt Nam được trồng nhiều nhất ở tỉnh Bình Phước với đất đỏ bazan trên phù xa cổ. Ngoài ra các tỉnh Đồng Nai, Đăk Lăk, Bình Thuận, Bình Định cũng là các tỉnh có diện tích trồng điều lớn.

Khi mới thu hoạch người ta quả điều đem ép lấy dịch để lên men rượu, nước giải khác vì chứa nhiều vitamin C, còn hạt kín trong quả điều rất giàu dinh dưỡng đặc biệt là dầu béo – thường rang muối để ăn vào dịp tết hoặc làm bánh kẹo,. Đào lộn hạt (hạt điều) Thành phần hóa học của hạt điều: Hạt điều chứa rất nhiều chất dinh dưỡng, đa dạng về khoáng chất và các axit amin. Trong thành phần của hạt điều có chứa 18,4% protein, 28,7% carbohydrate, 46,3% chất béo và các dưỡng chất khác chiếm 6,6%. Đồng thời, 100gram hạt điều có thể cung cấp 30% nhu cầu năng lượng một ngày của một người, tương đương 553 kcal [ 2 ].

Trong đó, hạt điều có chứa chủ yếu là chất béo không bão hòa gồm axit oleic (59,65%) và axit linoleic (19,73%), các chất bẽo không bão hòa này chiếm hơn 80% trong hàm lượng chất béo, đây là những axit béo rất tốt cho sức khỏe con người. Ngoài ra hạt điều còn chứa rất nhiều khoáng chất. Trong 100gram hạt điều có chứa canxi (28mg), sắt (3,6mg), magie (292mg), mangan (1,66mg), photpho (462mg), kali (660mg), natri (12mg), kẽm (5.78mg), đồng (2195µg) và senlen 2 (19. So với những loại hạt khác thì hạt điều cung cấp khá đa dạng các loại khoáng chất cần thiết cho cơ thể con người.

Hạt điều còn được cho là nguồn thực phẩm giàu vitamin như vitamin K, E, C, B1, B2, PP, B5, B6. Đồng thời, hạt điều không hề chứa cholesterol có hại cho cơ thể. Những lợi ích từ hạt điều: Khoảng 80% chất béo trong nhân điều là chất béo không bão hòa. Giúp duy trì hàm lượng cholesterol có lợi.

+ Nhân điều rất giàu các hoạt chất như tocopherols và phytosterols có tác dụng hỗ trợ tăng cường khả năng oxi hóa và trao đổi chất trong tế bào. + Ngoài ra điều còn giúp cải thiện bữa ăn, tăng cường sức khỏe của xương, giảm nguy cơ sỏi mật, giảm cân, tốt cho mắt và tăng cường tim mạch,. Trong hạt điều rất giàu magie. Khoảng 2/3 lượng magie trong cơ thể tập trung ở xương.

Magie giúp cân bằng canxi, từ đó điều tiết thần kinh và cơ âm thanh (ở họng). Ngoài ra, chất đồng trong hạt điều cũng rất cần thiết cho chức năng của enzyme liên quan đến kết nối collagen và elastin, đây là những thành phần giúp cho xương và khớp được linh hoạt và khỏe. Cà phê Hình 2. Cà phê Thành phần hóa học [ 1 ] - Hydratcarbon: Hàm lượng hydratcarbon trong cà phê khô khoảng 60%.

Phần lớn là các polysaccharide hòa tan hoặc không hòa tan trong nước và một phần nhỏ là các đường saccharose, glucose. - Protein: Hàm lượng Protein không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành hương vị của sản phẩm. Bằng phương pháp thủy phân, người ta nhận thấy 3 trong thành phần Protein có những Axit Amin sau: Cystein, Alanie, APhenylalanine, Histidine, Leucine, Lysine, Derine .Các Axit Amin này ít thấy ở dạng tự do. Chúng được giải phóng ra và tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang.

- Lipid: Hàm lượng Lipid chiếm khá lớn 10-13%. Chủ yếu là dầu và sáp. Trong đó sáp chiếm 7-8%, còn lại dầu chiếm khoảng 90%. Trong quá trình chế biến, Lipid bị biến đổi, song một phần Axit béo tham gia dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm.

Lượng Lipid không bị biến đổi là dung môi tốt hòa tan các chất thơm. Khi pha cà phê thì chỉ một lượng nhỏ Lipid đi vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã. - Caffein: Chiếm từ 1-3%. Phụ thuộc vào chủng loại cà phê, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác.

Hàm lượng Caffein ít hơn ở cà phê chè nhưng nó lại kích thích hệ thần kinh với thời gian dài hơn. Vì khi uống cà phê chè tốc độ lưu thông máu không tăng lên nên Caffein thải ra ngoài chậm hơn. Mặc khác khi pha cà phê trong nước, Caffein được giải phóng hoàn toàn tự do, không hình thành khả năng kết tủa hoặc những chất không có hoạt tính của Ancaloit. - Các chất thơm trong thành phần của các hợp chất thơm có khoảng 50% aldehyde, 20% ketone, 8% ester, 7% heterocylic, 2% dimethylsulfide, một lượng ít hơn là các sulfide hữu cơ khác.

Thành phần dinh dưỡng: Giá trị dinh dưỡng trên 100g cà phê nước gồm: 99.1g, chất béo 3mg, phốt pho 4mg, natri 2mg, vitamin B2 0.01 mg, vitamin PP, 0.Những thành phần dinh dưỡng này tạo lên những lợi ích sau: - Chống bệnh tiểu đường loại 2. Có nghiên cứu chỉ ra rằng uống cà phê sẽ làm tăng nồng độ huyết tương của các globulin hormone-binding protein quan hệ tình dục (SHBG). SHBG lại đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển căn bệnh này. - Còn nghiên cứu của trường Harvard phát hiện những người uống nhiều hơn 1 ly cà phê mỗi ngày trong vòng 4 năm sẽ có nguy cơ mắc bệnh tiểu đường loại 2 thấp hơn 11% so với 4 năm tiếp theo và so với những người không uống cà phê.

4 - Hạn chế bệnh Parkinson. Các nhà khoa học tại Mỹ đã nghiên cứu uống cà phê sẽ có tỷ lệ mắc bệnh Parkinson thấp hơn những người không uống. Thêm nữa, lượng caffein của cà phê còn kiểm soát được triệu chứng bệnh này. - Giảm ung thư gan.

Tại Ý nhiều nghiên cứu chứng minh việc tiêu thụ cà phê sẽ giảm ung thư gan tới 40%. Một số kết quả còn gợi ý nếu uống 3 ly/ngày thì rủi ro về bệnh này giảm hơn 50%. - Ngăn ngừa xơ gan. Dùng cà phê cũng có thể giảm nguy cơ tiểu xơ viêm đường mật (bệnh của ống dẫn mật trong gan).

Với những người thường xuyên uống rượu tiêu thụ cà phê sẽ giảm được bệnh xơ gan 22%, giảm nồng độ men gan cao. - Bảo vệ tim. Uống cà phê điều độ có thể bảo vệ chống lại bệnh tim. Một người uống 4 ly cà phê 1 ngày có nguy cơ mắc bệnh suy tim thấp hơn 11% so với người không uống.

Caffein kích thích gia tăng trí nhớ ngắn hạn. Trong một cuộc khảo sát, tiến hành thử nghiệm 150mg caffein trên một số cá nhân (tương đương với một tách cà phê). Những nhà nghiên cứu nhận thấy một sự đột biến đáng kể trong hoạt động não bộ của những người tham gia thử nghiệm. Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng thời gian phản ứng, cũng như các kỹ năng về trí nhớ của cá nhân bị tác động bởi caffein đã cải thiện đáng kể so với các đối tượng không được thử nghiệm.

Phần lớn các chất chống oxi hóa được tìm thấy trong một tách cà phê sẽ hỗ trợ trong cuộc chiến chống lại sự viêm nhiễm. Ngoài ra, chất chống oxy hóa đóng một vai trò quan trọng trong việc vô hiệu hóa các gốc tự do giúp ngăn ngừa và làm giảm tình trạng stress (căng thẳng). Nói cách khác, các chất chống oxy hóa trong một tách cà phê hoạt động giữ cho bạn khỏe mạnh ở cấp độ vi mô. Và nó hoạt động bằng cách bảo vệ các tế bào của bạn khỏi mọi khả năng tổn hại bên ngoài cơ thể.

Cuối cùng, axit chromogen, (một trong những chất chống oxy hóa chính được tìm thấy trong cà phê) đã được chứng minh là có khả năng ngăn ngừa các bệnh tim mạch. Trên thị trường hiện nay có rất là nhiều loại sữa khác nhau như: sữa bò, sữa hạt (sữa đậu nành, sữa đậu phộng, óc chó, đậu xanh, đậu đen,…). Mỗi loại sữa đều mang hương vị khác 5 nhau và tạo nên một thương hiệu gắn liền với sản phẩm làm cho ngành sữa ngày càng phong phú và đa dạng. Vì vậy, nhóm chúng em đã chọn nguyên liệu chính là hạt điều để làm ra sản phẩm sữa hạt điều kết hợp với cà phê.

Mong muốn đem đến một sản phẩm mới từ một loại hạt dinh dưỡng nhưng chưa có nhiều sản phẩm mới trên thị trường đa số là các sản phẩm truyền thống như hạt điều rang muối. Lý do chọn tài Hiện nay ở Việt Nam, nguồn tiêu thụ sữa nước ta rất thấp so với các nước khu vực Châu Á. Chỉ với 26-27kg/người/năm, trung bình thế giới đạt khoảng 100kg/người/năm và trung bình tại Châu Á 38kg/người/năm (31,7 kg ở Thái Lan và 43,7 kg ở Hàn Quốc). Tuy nhiên vào những năm gần đây trên thị trường Việt Nam có xu hướng tăng nhẹ 8,6% doanh thu so với 2019, đạt 1,76 triệu tấn/ năm và dự kiến sẽ duy trì ở mức 7-8% tốc độ tăng trưởng năm 2021-2025.

Mỗi năm vẫn có xấp xỉ một triệu trẻ em chào đời. Thêm vào đó, nhận thức về việc chăm sóc và bảo vệ sức khỏe ngày càng cao, đặc biệt ở lứa tuổi từ trung niên trở lên - đối tượng ổn định hơn về kinh tế cũng là một động lực tăng trưởng lớn cho ngành sữa. Ngoài ra, Việt Nam còn là nước xuất khẩu hạt điều lớn nhất thế giới. Tuy nhiên giá trị chưa cao do đang còn xuất khẩu nhiều ở dạng nhân thô chưa qua chế biến để có thể đưa trực tiếp đến người tiêu dùng.

Để làm tăng giá trị của điều nhân Việt Nam, chúng ta phải chế biến ra nhiều loại sản phẩm khác nhau thay vì nhắm đến hướng chỉ sản xuất ra hạt điều bán thành phẩm. Nhận thấy được cơ hội – tiềm năng phát triển trong tương lai của ngành sữa, tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào sẵn có ở Việt Nam, nhóm đã quyết định phát triển sản phẩm “ Sữa hạt điều” nhằm mang lại cảm giác mới lạ và tốt cho sức khỏe của người tiêu dùng. Mục đích/mục tiêu của dự án  Mục tiêu sản xuất sản phẩm - Sản phẩm đáp ứng được tính tiện dụng, ngon, bổ dưỡng. - Sản phẩm được phân phối ở điều kiện thường, có thể bán ở siêu thị, chợ, online hay các kênh bán hàng trực tuyến.

- Sản phẩm đáp ứng được mong muốn của người tiêu dùng. 6 - Tạo đầu ra cho nguyên liệu (hạt điều, cà phê).  Mục đích/mục tiêu của dự án: - Xây dựng được quy trình sản xuất sữa hạt điều với nhiều hương vị khác nhau, sáng tạo.