Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Cây cam (Citrus sinensis) là một trong những loại cây ăn quả có giá trị kinh tế và dinh dưỡng cao, được trồng phổ biến tại nhiều vùng chuyên canh của Việt Nam như cam Vinh (Nghệ An, Bắc Giang, Hà Giang), cam sành (Hà Giang, Tuyên Quang), cam đường canh (Hà Nội, Hưng Yên). Quả cam tươi cung cấp hàm lượng vitamin C dồi dào, chất xơ, khoáng chất, acid hữu cơ cùng các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên; đồng thời vỏ quả chứa hàm lượng lớn tinh dầu với thành phần chính là D-limonene (chiếm khoảng 90%). Tuy nhiên, do các hoạt động sinh lý, sinh hóa và sự xâm nhiễm của vi sinh vật sau thu hoạch, quả cam tươi rất dễ hư hỏng, với tỷ lệ tổn thất dao động từ 20% đến 30%, và tiếp tục gia tăng trong quá trình phân phối, lưu trữ.

Trên thị trường, phần lớn các sản phẩm chế biến từ cam tập trung vào nước ép, rượu vang, kẹo cam hoặc trích ly tinh dầu. Dòng sản phẩm cam cắt lát sấy dẻo vẫn còn hạn chế và chưa được nghiên cứu hoàn thiện do độ phức tạp trong việc kiểm soát chất gây đắng (naringin) trong vỏ và màng múi, cũng như việc duy trì cấu trúc lát cam trong quá trình thẩm thấu đường và sấy nhiệt. Việc nghiên cứu chế biến mứt cam sấy dẻo không chỉ giúp kéo dài thời gian bảo quản lên đến 1 năm so với quả tươi mà còn tận dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu cam loại 3, loại 4, nâng cao giá trị gia tăng và tăng thu nhập cho người trồng cam.

Khóa luận xác lập hệ thống mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

  1. Mục tiêu tổng quát: Xây dựng được quy trình sản xuất sản phẩm mứt cam sấy dẻo có giá trị dinh dưỡng cao, thuận tiện, an toàn trong sử dụng và góp phần đa dạng hóa sản phẩm mứt trên thị trường.
  2. Mục tiêu cụ thể (4 nhiệm vụ):
    • Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp khử đắng tới chất lượng sản phẩm.
    • Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn cam với đường tới chất lượng sản phẩm.
    • Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới chất lượng sản phẩm.
    • Xây dựng quy trình chế biến sản phẩm mứt cam sấy dẻo hoàn chỉnh ở quy mô hộ gia đình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quả cam Vinh (thuộc nhóm giống cam chanh) chín đạt độ chín kỹ thuật, vỏ vàng đều, không thối hỏng hay dập nát, thu mua tại khu vực thành phố Thái Nguyên; kết hợp với các nguyên liệu phụ trợ gồm đường vàng tinh khiết (Công ty Cổ phần Mía đường Lam Sơn), muối tinh (Công ty Cổ phần Muối Bạc Liêu), vôi tôi (Công ty TNHH Khoáng sản xanh) và mật ong nguyên chất.
  • Phạm vi không gian: Phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Sinh học - Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 12/2019 đến tháng 05/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nguyên lý chế biến mứt quả sấy dẻo (hàm lượng chất khô đạt từ 70% đến 80%), kết hợp cơ chế thẩm thấu đường nhằm tạo áp suất thẩm thấu cao gây co nguyên sinh tế bào vi sinh vật, kết hợp xử lý nhiệt làm giảm hoạt độ nước ($a_w$) và ức chế enzyme. Các tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) được áp dụng làm căn cứ kỹ thuật và kiểm tra chất lượng bao gồm:

  • TCVN 1873:2014: Yêu cầu kỹ thuật đối với quả cam tươi nguyên liệu.
  • TCVN 6959:2001: Yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu cảm quan của đường kính.
  • TCVN 9639:2013: Yêu cầu chất lượng đối với muối tinh (natri clorua).
  • TCVN 12605:2019: Yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu cảm quan của mật ong.
  • TCVN 3215-79: Phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm thực phẩm bằng hệ điểm 20.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Tác giả áp dụng phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố để lần lượt tối ưu hóa từng thông số công nghệ:

  • Thí nghiệm 1 (Khử đắng vỏ cam): Khảo sát 4 công thức nồng độ dung dịch muối ($0,0%$; $2,5%$; $5,0%$; $7,5%$) với thời gian ngâm 10 giờ, cố định thời gian ngâm nước vôi trong 10 giờ, tỷ lệ cam:đường là $2,0:1,0$ và sấy ở $45^\circ\text{C}$ trong 22 giờ.
  • Thí nghiệm 2 (Tỷ lệ phối trộn đường): Khảo sát 3 tỷ lệ khối lượng cam : đường ($2,5:1,0$; $2,0:1,0$; $1,5:1,0$), bổ sung $20\text{ ml}$ mật ong ở giai đoạn cuối cô đặc; các thông số khử đắng và sấy giữ cố định theo kết quả thí nghiệm trước.
  • Thí nghiệm 3 (Nhiệt độ sấy): Khảo sát 3 mức nhiệt độ sấy trong tủ sấy chuyên dụng ($40^\circ\text{C}$, $45^\circ\text{C}$, $50^\circ\text{C}$) đến khi sản phẩm đạt độ ẩm an toàn.

Phương pháp đánh giá cảm quan và phân tích hóa lý

  • Đánh giá cảm quan: Đánh giá theo TCVN 3215-79 bằng phương pháp cho điểm thị hiếu của hội đồng gồm 5 thành viên; cho điểm 4 chỉ tiêu (màu sắc, mùi, vị, trạng thái cấu trúc) trên thang điểm từ 0 đến 5, tổng hợp điểm theo hệ 20 điểm và phân loại chất lượng (Khá, Trung bình, Kém).
  • Xác định độ ẩm: Sấy mẫu ở $105^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi theo TCVN 10788:2015.
  • Xác định chất khô hòa tan: Sử dụng khúc xạ kế phòng thí nghiệm (Hand Refractometer) theo TCVN 4414:1987 với công thức quy đổi $X = 9a$.
  • Xác định hàm lượng vitamin C: Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử bằng dung dịch Iod $0,01\text{N}$, chất chỉ thị hồ tinh bột $0,5%$ ($1\text{ ml } \text{I}_2\ 0,01\text{N} \equiv 0,00088\text{ g}$ vitamin C).
  • Xác định acid hữu cơ tổng số: Chuẩn độ trực tiếp bằng $\text{NaOH } 0,1\text{N}$ với chỉ thị phenolphtalein theo TCVN 4589:1988 (tính chuyển theo acid malic với hệ số $K = 0,0067$).
  • Xác định đường tổng số: Phương pháp Bertrand theo TCVN 4074:2009 dựa trên phản ứng khử dung dịch Fehling A và Fehling B, hòa tan kết tủa $\text{Cu}_2\text{O}$ bằng $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$ và chuẩn độ bằng $\text{KMnO}_4\ 0,02\text{M}$.
  • Xử lý số liệu thống kê: Phân tích phương sai một chiều (One-way ANOVA) trên phần mềm SPSS 20.0 để kiểm định sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức ở mức xác suất $\alpha = 0,05$.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần này trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ thực trạng hao hụt sau thu hoạch của cam tươi tại Việt Nam ($20 - 30%$). Tác giả chỉ ra tiềm năng của dòng sản phẩm mứt cam cắt lát sấy dẻo trong việc kéo dài thời gian bảo quản lên đến 1 năm và đa dạng hóa thị trường bánh mứt truyền thống. Chương này xác định rõ mục tiêu tổng quát, 4 mục tiêu cụ thể cùng ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của công trình đối với công tác đào tạo và ứng dụng công nghệ thực phẩm.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về phân loại mứt quả (mứt đông, mứt dẻo, mứt sấy), nguồn gốc và đặc điểm sinh học của cây cam (Citrus sinensis). Nội dung phân tích chi tiết đặc điểm hình thái và chất lượng của các giống cam chính tại Việt Nam như cam Xã Đoài, cam Sông Con, cam Vân Du, cam Navel, cam Hải Dương, cam sành Hà Giang, cam đường Canh. Phân tích thành phần hóa học chỉ ra rằng vỏ quả chứa tinh dầu giàu D-limonene ($90%$) cùng hợp chất gây đắng naringin; tép quả giàu acid hữu cơ và acid ascorbic. Tổng quan cũng phân tích tiêu chuẩn chất lượng của các nguyên liệu phụ trợ (đường saccharose, muối ăn, nước vôi trong $\text{Ca(OH)}_2$, mật ong) và điểm luận các nghiên cứu chế biến rượu vang cam, trích ly tinh dầu và sản xuất mứt quả trên thế giới và tại Việt Nam.

Phần 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết danh mục thiết bị (máy sấy Mactech, máy đo độ Brix, bể ổn nhiệt, cân điện tử) và các hóa chất phân tích tinh khiết ($\text{HCl}$, $\text{NaOH}$, $\text{KMnO}_4$, $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$, $\text{ZnSO}_4$, $\text{CuSO}_4$, dung dịch Fehling). Tác giả thiết lập sơ đồ bố trí 3 nội dung thí nghiệm công nghệ và chi tiết hóa các công thức tính toán, quy trình phân tích hóa lý (độ ẩm, chất khô hòa tan, vitamin C, acid tổng số, đường tổng số) và phương pháp đánh giá cảm quan theo TCVN 3215-79 kết hợp phân tích phương sai ANOVA trên SPSS 20.0.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 trình bày các số liệu thực nghiệm và thảo luận khoa học:

Chỉ tiêu nghiên cứu Công thức tối ưu Điểm cảm quan trung bình Xếp loại cảm quan Đặc điểm sản phẩm
Biện pháp khử đắng CT3 (Muối $5,0%$) $17,54 / 20$ Khá Vị the nhẹ, màu sắc tươi, giữ mùi thơm đặc trưng, không bị mặn hay nát.
Tỷ lệ phối trộn cam : đường CT6 ($2,0 : 1,0$) $17,78 / 20$ Khá Vị ngọt hài hòa, the dịu, màu vàng cam sáng, không bị bám dính đường bề mặt.
Nhiệt độ sấy CT9 ($45^\circ\text{C}$) $17,96 / 20$ Khá Sản phẩm dẻo dai, giữ màu sắc tự nhiên, thời gian sấy 22 giờ đạt độ ẩm an toàn.

Tác giả hoàn thiện sơ đồ quy trình công nghệ chế biến mứt cam sấy dẻo 10 bước cho mẻ $10\text{ kg}$ cam nguyên liệu và tiến hành phân tích thành phần dinh dưỡng của sản phẩm hoàn thiện.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ các thông số công nghệ tối ưu đã đạt được từ thực nghiệm và đề xuất 2 kiến nghị cụ thể nhằm hoàn thiện quá trình theo dõi chất lượng bảo quản và hướng tới thương mại hóa sản phẩm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm và số liệu chất lượng

Khóa luận đã xác định được bộ thông số công nghệ chuẩn cho quy trình sản xuất mứt cam sấy dẻo quy mô hộ gia đình:

  1. Thông số khử đắng: Ngâm lát cam trong dung dịch nước muối nồng độ $5,0%$ (tỷ lệ $1\text{ kg}$ muối pha trong $20\text{ lít}$ nước cho $10\text{ kg}$ cam) trong thời gian từ 8 đến 10 giờ; sau đó ngâm nước vôi trong ($20\text{ lít}$ nước vôi trong cho $10\text{ kg}$ cam) trong 8 đến 10 giờ giúp tạo độ cứng giòn và dẻo dai cho cấu trúc lát mứt.
  2. Thông số phối trộn: Tỷ lệ phối trộn khối lượng thịt quả cam : đường là $2,0 : 1,0$ ($10\text{ kg}$ cam : $5\text{ kg}$ đường), thời gian ngâm ướp từ 10 đến 12 giờ cho đường tan hoàn toàn thành dịch; bổ sung $20\text{ ml}$ mật ong ở giai đoạn cuối quá trình cô đặc (sên mứt) trên lửa nhỏ.
  3. Thông số sấy và bảo quản: Sấy bán thành phẩm bằng tủ sấy ở nhiệt độ $45^\circ\text{C}$ trong thời gian 22 giờ; làm nguội cưỡng bức bằng quạt hoặc làm nguội tự nhiên; bao gói kín trong túi PE hoặc lọ thủy tinh/nhựa và bảo quản lạnh ở nhiệt độ $3 - 7^\circ\text{C}$.

Chất lượng hóa lý và giá trị dinh dưỡng của mứt cam sấy dẻo thành phẩm được phân tích với các kết quả cụ thể:

Chỉ tiêu hóa lý / Dinh dưỡng Hàm lượng Ý nghĩa kỹ thuật
Độ ẩm $14,0%$ Đạt ngưỡng thủy phần an toàn, kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật gây hỏng.
Hàm lượng chất khô tổng số $81,0%$ Đảm bảo cấu trúc dẻo dai đặc trưng của mứt sấy.
Hàm lượng đường tổng số $42,28%$ Tạo vị ngọt hài hòa, tăng áp suất thẩm thấu hỗ trợ bảo quản sản phẩm.
Hàm lượng acid hữu cơ tổng số $203,0\text{ mg}%$ Duy trì vị chua thanh tự nhiên của quả cam tươi.
Hàm lượng Vitamin C $22,0\text{ mg}%$ Cung cấp $24,5%$ nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày theo khuyến nghị của FDA.

Đóng góp của đề tài

  • Đóng góp kỹ thuật: Giải quyết được khó khăn trong việc xử lý vị đắng gắt của hợp chất naringin trong vỏ cam bằng giải pháp ngâm muối $5%$ kết hợp ngâm nước vôi trong, giữ lại vị the thanh nhẹ và mùi thơm đặc trưng của tinh dầu vỏ cam.
  • Đóng góp ứng dụng: Xây dựng thành công quy trình công nghệ hoàn chỉnh với định lượng rõ ràng cho mẻ $10\text{ kg}$ nguyên liệu, sử dụng trang thiết bị đơn giản (bếp gas, chảo, tủ sấy khay), phù hợp ứng dụng trực tiếp tại các cơ sở chế biến nhỏ lẻ hoặc hộ gia đình tại vùng trồng cam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở việc đánh giá các chỉ tiêu hóa lý và cảm quan của sản phẩm ngay sau khi chế biến; chưa tiến hành theo dõi biến động chất lượng thực nghiệm (độ ẩm, sự suy giảm vitamin C, chỉ tiêu vi sinh vật) trong suốt chu kỳ bảo quản dài hạn ở các điều kiện nhiệt độ và bao bì khác nhau.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiếp tục theo dõi, kiểm nghiệm và đánh giá chất lượng sản phẩm trong suốt thời gian bảo quản thực tế để xác định chính xác hạn sử dụng (shelf-life).
    • Hoàn thiện thủ tục đăng ký tiêu chuẩn chất lượng, thiết kế bao bì và nhãn mác thương hiệu mang tên Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên nhằm đưa sản phẩm thương mại hóa ra thị trường.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng đào tạo và nghiên cứu: Khóa luận là tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch, Bảo quản và Chế biến Nông sản. Các nội dung đáng tham khảo gồm:
    • Phương pháp bố trí thí nghiệm thực nghiệm đơn yếu tố và kỹ thuật đánh giá cảm quan thực phẩm theo TCVN 3215-79.
    • Quy trình phân tích hóa nghiệm định lượng đường tổng số theo Bertrand (TCVN 4074:2009), định lượng acid hữu cơ (TCVN 4589:1988) và định lượng vitamin C bằng phương pháp chuẩn độ Iod.
  • Đối tượng sản xuất thực tiễn: Các hợp tác xã nông nghiệp, cơ sở chế biến thực phẩm quy mô vừa và nhỏ, các nhà vườn trồng cam tại các vùng chuyên canh có thể áp dụng trực tiếp quy trình để tận dụng nguồn cam dư thừa hoặc cam loại 3, loại 4 nhằm đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao quy trình sản xuất phải kết hợp cả hai công đoạn ngâm nước muối 5% và ngâm nước vôi trong?

Trong vỏ cam có chứa hợp chất naringin tạo vị đắng gắt. Việc ngâm dung dịch nước muối $5%$ trong thời gian 8 - 10 giờ có tác dụng chiết rút và khử bớt lượng naringin dư thừa, giúp miếng cam chỉ còn giữ lại vị the nhẹ dễ chịu. Công đoạn ngâm tiếp theo trong nước vôi trong ($\text{Ca(OH)}_2$) trong 8 - 10 giờ cung cấp ion $\text{Ca}^{2+}$ liên kết với pectin tạo thành canxi pectat, làm tăng độ cứng, giúp lát cam giữ nguyên hình dạng, không bị nát hay gãy vụn khi đảo trộn trong quá trình sên mứt ở nhiệt độ cao.

2. Tỷ lệ phối trộn cam : đường tối ưu là bao nhiêu và tại sao không sử dụng tỷ lệ đường cao hơn (1,5 : 1,0)?

Tỷ lệ phối trộn tối ưu được xác định là $2,0 : 1,0$ theo khối lượng ($10\text{ kg}$ cam phối trộn với $5\text{ kg}$ đường), đạt điểm cảm quan $17,78 / 20$. Khi sử dụng tỷ lệ đường cao hơn ($1,5 : 1,0$), sản phẩm tạo ra vị ngọt sắc lấn át hương thơm và vị the thanh đặc trưng của cam tươi; đồng thời lượng đường dư bám dính dày trên bề mặt lát mứt, làm giảm chất lượng cảm quan và tính tự nhiên của sản phẩm.

3. Nhiệt độ và thời gian sấy tối ưu của sản phẩm được xác lập ở thông số nào?

Nhiệt độ sấy tối ưu là $45^\circ\text{C}$ với thời gian sấy 22 giờ trong tủ sấy chuyên dụng, đạt điểm cảm quan $17,96 / 20$ (xếp loại Khá). Sấy ở $40^\circ\text{C}$ làm kéo dài thời gian sấy và màu sắc sản phẩm bị nhạt; trong khi sấy ở $50^\circ\text{C}$ làm sản phẩm bị sẫm màu (nâu sẫm) và cấu trúc trở nên khô cứng do phản ứng caramen hóa và sấy quá nhiệt.

4. Thành phần dinh dưỡng chính của sản phẩm mứt cam sấy dẻo sau khi hoàn thiện gồm những gì?

Thành phẩm đạt độ ẩm an toàn $14,0%$, hàm lượng chất khô tổng số $81,0%$, đường tổng số $42,28%$, acid hữu cơ tổng số $203,0\text{ mg}%$ và hàm lượng vitamin C đạt $22,0\text{ mg}%$. Với hàm lượng vitamin C này, sản phẩm cung cấp khoảng $24,5%$ nhu cầu khuyến nghị hàng ngày theo tiêu chuẩn của FDA Hoa Kỳ.

5. Điều kiện bảo quản nào được khuyến nghị để mứt cam sấy dẻo không bị chảy nước?

Mặc dù sản phẩm có hàm lượng chất khô cao ($81%$) và đường tổng số ($42,28%$), lát mứt vẫn có nguy cơ hút ẩm và chảy nước nếu tiếp xúc với không khí. Do đó, sản phẩm cần được bao gói kín trong túi PE hàn miệng hoặc lọ thủy tinh/nhựa vặn chặt nắp, bảo quản trong môi trường mát hoặc ngăn mát tủ lạnh ở nhiệt độ từ $3^\circ\text{C}$ đến $7^\circ\text{C}$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Trà đã nghiên cứu thực nghiệm và xây dựng thành công quy trình sản xuất mứt cam sấy dẻo từ nguyên liệu cam chanh (cam Vinh) ở quy mô hộ gia đình. Nghiên cứu đã xác lập các thông số công nghệ tối ưu: khử đắng bằng nước muối $5%$ trong 10 giờ, ngâm nước vôi trong 10 giờ, tỷ lệ phối trộn cam : đường là $2,0 : 1,0$ bổ sung mật ong, và sấy ở $45^\circ\text{C}$ trong 22 giờ. Sản phẩm thành phẩm đạt độ ẩm an toàn $14,0%$, hàm lượng vitamin C đạt $22,0\text{ mg}%$, có chất lượng cảm quan tốt, góp phần giảm tổn thất sau thu hoạch và nâng cao giá trị thương phẩm cho nông sản Việt Nam.