Tổng quan nghiên cứu

Quả dâu tằm (Morus alba) là nguồn nguyên liệu giàu các hợp chất chống oxy hóa như vitamin C, anthocyanin và các hợp chất phenolic, đóng vai trò quan trọng trong chế biến thực phẩm và y học. Tại Việt Nam, diện tích trồng dâu tằm đạt khoảng 17.653 ha, phân bố chủ yếu ở Tây Nguyên, Đông bằng sông Hồng, Bắc Trung Bộ và Duyên hải Nam Trung Bộ. Anthocyanin là thành phần phenolic có hàm lượng cao nhất trong quả dâu tằm, góp phần tạo màu sắc và hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, chống ung thư. Tuy nhiên, anthocyanin rất nhạy cảm với nhiệt độ, dễ bị biến đổi trong quá trình xử lý nhiệt như thanh trùng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến hàm lượng anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch ép dâu tằm, xây dựng phương trình động học mô tả sự biến đổi anthocyanin theo nhiệt độ và thời gian. Đồng thời, nghiên cứu khả năng tiêu diệt vi sinh vật của các chế độ thanh trùng khác nhau và ảnh hưởng của việc bổ sung các loại đường (glucose, trehalose, saccharose) đến sự biến đổi anthocyanin. Cuối cùng, khảo sát các thông số công nghệ trong quá trình sấy phun nhằm tối ưu hiệu suất thu hồi bột và anthocyanin trong sản phẩm bột dâu tằm hòa tan.

Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2017, với các thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ chế biến sản phẩm từ dâu tằm, nâng cao giá trị dinh dưỡng và bảo quản chất lượng anthocyanin, góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp thực phẩm chức năng và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Phản ứng động học bậc nhất: Sự suy giảm hàm lượng anthocyanin trong dịch dâu tằm dưới tác động của nhiệt độ tuân theo phản ứng bậc nhất, được mô tả bằng phương trình động học Arrhenius. Hằng số tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ xử lý.
  • Hoạt tính chống oxy hóa: Được đánh giá bằng hai phương pháp phổ biến là DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) và FRAP (Ferric ion Reducing Antioxidant Power). Phương pháp DPPH đo khả năng khử gốc tự do, trong khi FRAP đo khả năng khử ion Fe3+ thành Fe2+.
  • Vi bao bằng kỹ thuật sấy phun: Sấy phun là phương pháp vi bao hiệu quả, trong đó dịch lỏng được phun thành các hạt nhỏ tiếp xúc với khí nóng để tạo thành bột. Maltodextrin được sử dụng làm chất bao chính do khả năng hòa tan tốt, độ nhớt thấp và bảo vệ anthocyanin hiệu quả khi kết hợp với các chất hoạt động bề mặt khác.
  • Ảnh hưởng của đường bổ sung: Các loại đường như glucose, trehalose và saccharose có thể ảnh hưởng đến sự biến đổi anthocyanin trong quá trình xử lý nhiệt, giúp hạn chế sự suy giảm anthocyanin.

Các khái niệm chính bao gồm: anthocyanin, phản ứng động học bậc nhất, hoạt tính chống oxy hóa, kỹ thuật sấy phun, maltodextrin, và ảnh hưởng của đường bổ sung.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dịch ép dâu tằm được thu nhận từ quả dâu tằm chín, phân loại, rửa sạch, lạnh đông bảo quản và ép lấy dịch. Dịch sau đó được ly tâm để loại bỏ bã, chuẩn bị cho các thí nghiệm xử lý nhiệt và sấy phun.
  • Phương pháp phân tích: Hàm lượng anthocyanin được xác định bằng phương pháp đo hấp thụ quang học dựa trên sự thay đổi màu sắc theo pH, tính theo mg cyanidin-3-glucoside/L. Hoạt tính chống oxy hóa được đo bằng phương pháp DPPH và FRAP. Các chỉ tiêu khác như nồng độ chất khô, hàm lượng đường tổng và đường khử, pH, vitamin C cũng được xác định.
  • Thiết bị sử dụng: Thiết bị quang phổ hấp thụ, cân phân tích, cân sấy m, thiết bị đo pH, tủ điều nhiệt, thiết bị sấy phun MOBILE MINOR (Đan Mạch).
  • Thiết kế thí nghiệm:
    • Khảo sát biến đổi anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa dưới các nhiệt độ xử lý 50°C đến 90°C theo thời gian từ 0 đến 80 phút.
    • Kiểm tra hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật ở các chế độ thanh trùng 60°C-20 phút, 70°C-20 phút, 80°C-20 phút và 90°C-30 giây.
    • So sánh ảnh hưởng của việc bổ sung 10% các loại đường glucose, trehalose, saccharose đến sự biến đổi anthocyanin sau thanh trùng.
    • Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô (6%-18%), nhiệt độ sấy phun (150°C-180°C) và áp suất đầu phun ly tâm (2-3.5 bar) đến hiệu suất thu hồi bột và anthocyanin.
  • Cỡ mẫu và lặp lại: Mỗi thí nghiệm được thực hiện với 3 lần lặp lại để đảm bảo độ tin cậy. Kết quả được xử lý thống kê bằng phân tích phương sai (ANOVA) và so sánh ý nghĩa bằng Multiple Range Tests với mức ý nghĩa p < 0,05.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong năm 2017, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thực hiện thí nghiệm xử lý nhiệt, thanh trùng, sấy phun và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Biến đổi hàm lượng anthocyanin dưới tác động nhiệt:
    • Hàm lượng anthocyanin tổng trong dịch dâu tằm không bổ sung đường giảm theo thời gian và nhiệt độ xử lý, tuân theo phản ứng bậc nhất với hệ số tương quan R² > 0,95.
    • Hằng số tốc độ phản ứng k tăng theo nhiệt độ, ví dụ tại 50°C k thấp hơn đáng kể so với 90°C.
  2. Hoạt tính chống oxy hóa:
    • Hoạt tính chống oxy hóa đo bằng phương pháp FRAP giảm nhanh hơn so với phương pháp DPPH khi tăng nhiệt độ và thời gian xử lý.
    • Sự suy giảm hoạt tính chống oxy hóa tương ứng với sự giảm hàm lượng anthocyanin.
  3. Ảnh hưởng của đường bổ sung:
    • Việc bổ sung 10% glucose, trehalose hoặc saccharose trước khi thanh trùng giúp hạn chế sự suy giảm anthocyanin so với mẫu không bổ sung đường.
    • Mẫu có đường bổ sung duy trì hàm lượng anthocyanin cao hơn khoảng 10-15% sau xử lý nhiệt.
  4. Hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật:
    • Chế độ thanh trùng 80°C trong 20 phút và 90°C trong 30 giây đạt hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật cao, đảm bảo an toàn vi sinh cho dịch dâu tằm.
  5. Ảnh hưởng các thông số công nghệ sấy phun:
    • Nồng độ chất khô 15%, nhiệt độ sấy phun 170°C và áp suất đầu phun 3 bar cho hiệu suất thu hồi bột đạt 76,17% và hiệu suất thu hồi anthocyanin đạt 72,69%.
    • Nồng độ chất khô thấp hơn 6% hoặc cao hơn 18% làm giảm hiệu suất thu hồi do độ nhớt và độ ẩm bột không tối ưu.
    • Nhiệt độ sấy phun trên 180°C làm giảm hàm lượng anthocyanin do nhiệt độ cao phá hủy hợp chất.
    • Áp suất đầu phun thấp hơn 2 bar hoặc cao hơn 3.5 bar làm giảm hiệu suất thu hồi do ảnh hưởng đến kích thước hạt và quá trình sấy.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm anthocyanin theo phản ứng bậc nhất phù hợp với các nghiên cứu trước đây về biến đổi anthocyanin trong dịch quả dưới tác động nhiệt. Hằng số tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ cho thấy nhiệt độ là yếu tố quyết định chính ảnh hưởng đến sự ổn định của anthocyanin. Hoạt tính chống oxy hóa giảm nhanh hơn theo phương pháp FRAP so với DPPH có thể do FRAP đo khả năng khử ion sắt, nhạy cảm hơn với sự biến đổi cấu trúc anthocyanin.

Việc bổ sung đường giúp bảo vệ anthocyanin khỏi sự phân hủy nhiệt có thể do đường tạo môi trường bảo vệ, giảm sự tiếp xúc trực tiếp của anthocyanin với nhiệt độ cao và oxy. Điều này đồng nhất với các báo cáo về vai trò của đường trong bảo vệ các hợp chất phenolic trong quá trình xử lý nhiệt.

Chế độ thanh trùng được lựa chọn vừa đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật vừa hạn chế tổn thất anthocyanin, phù hợp với yêu cầu bảo quản và an toàn thực phẩm. Kết quả khảo sát công nghệ sấy phun cho thấy sự cân bằng giữa nồng độ chất khô, nhiệt độ và áp suất đầu phun là yếu tố then chốt để tối ưu hiệu suất thu hồi bột và anthocyanin, đồng thời đảm bảo độ ẩm và tính chất vật lý của bột phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến đổi hàm lượng anthocyanin theo thời gian và nhiệt độ, bảng so sánh hiệu suất thu hồi bột và anthocyanin dưới các điều kiện sấy phun khác nhau, cũng như biểu đồ so sánh hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp DPPH và FRAP.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. **Áp dụng chế