Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Củ cải trắng (Raphanus sativus L.) là loại nông sản thuộc họ Thập tự (Brassicaceae) được canh tác và tiêu thụ phổ biến tại các quốc gia Đông Á và Đông Nam Á. Tại Nhật Bản, củ cải trắng (đặc biệt là giống Aokubi) chiếm khoảng 90% lượng tiêu thụ rau củ nội địa, với sản lượng bình quân giai đoạn 2006–2017 đạt 1.325.000 tấn/năm. Tuy nhiên, do đặc tính sinh học có hàm lượng nước rất cao (90–95%), cấu trúc mô tế bào xốp mềm và cường độ hô hấp sau thu hoạch mạnh, củ cải trắng rất dễ bị tổn thương cơ học, thoát hơi nước gây héo rũ, sinh nhiệt và nhiễm vi sinh vật thối hỏng trong quá trình thu hái, vận chuyển và tồn trữ.
Tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch của củ cải trắng ước tính trung bình lên đến 30% tại các nước châu Á (cụ thể: Nhật Bản là 19,2% năm 1992; Hàn Quốc là 27,4% năm 1992; Philippines dao động 20–34% trong thập niên 1980). Nhằm giảm thiểu tỷ lệ hao hụt, kéo dài thời gian thương phẩm và duy trì chất lượng dinh dưỡng, việc chuẩn hóa và kiểm soát chặt chẽ quy trình công nghệ xử lý sau thu hoạch là yêu cầu bắt buộc đối với các doanh nghiệp phân phối nông sản.
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Tình (Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, thực hiện năm 2019 dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Thị Tuyết Mai) tập trung vào các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:
- Mục tiêu nghiên cứu: Khảo sát quy trình bảo quản củ cải trắng và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng củ cải trắng trong quá trình bảo quản tại Công ty Cổ phần MT Nhật Bản.
- Yêu cầu và nhiệm vụ nghiên cứu (4 nhiệm vụ):
- Tìm hiểu quy trình bao gói và bảo quản củ cải trắng qua các công đoạn thực tế tại nhà xưởng.
- Tìm hiểu chi tiết các thao tác, thông số kỹ thuật của công đoạn bao gói củ cải.
- Tìm hiểu chi tiết công đoạn bảo quản lạnh củ cải nguyên liệu và thành phẩm.
- Đánh giá các yếu tố kỹ thuật (nhiệt độ, độ ẩm, bao bì, điều kiện vệ sinh) ảnh hưởng đến chất lượng củ cải trắng.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Củ cải trắng Nhật Bản (Raphanus sativus L., giống Aokubi), thân thẳng thuôn dài, khối lượng từ 0,8 đến 2,5 kg, chiều dài 300–500 mm, cuống lá xanh tươi.
- Phạm vi không gian: Toàn bộ dây chuyền tiếp nhận, sơ chế, cắt định hình, bao gói và kho lạnh tại Công ty Cổ phần MT (Thành phố Tsushima, Tỉnh Aichi, Nhật Bản).
- Phạm vi thời gian: Khảo sát liên tục trong 12 tháng, từ tháng 08/2018 đến tháng 07/2019.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và mô hình ứng dụng
Khóa luận xây dựng trên các cơ sở khoa học về sinh lý học và công nghệ sau thu hoạch nông sản:
- Sinh lý, hóa sinh nông sản sau thu hoạch: Sự thoát hơi nước qua khí khổng và lớp cutin (làm mất nước tự do); quá trình hô hấp hiếu khí và yếm khí; hiện tượng sinh nhiệt (2/3 tỏa ra môi trường, 1/3 dùng cho trao đổi chất); sự sản sinh hormone già hóa ethylene ($C_2H_4$) và tác động của nó ở nồng độ trên 5 ppm.
- Cơ chế hao hụt khối lượng tự nhiên: Phân tích tỷ lệ hao hụt gồm 75–85% do bốc hơi nước và 15–25% do tiêu hao chất khô trong hô hấp.
- Các phương pháp tồn trữ nông sản: Tồn trữ thường; bảo quản hóa chất (Topsin-M, $CO_2$, $SO_2$, $KMnO_4$, Benomyl 0,05%, $CaCl_2$, PAG); bảo quản lạnh (duy trì trên điểm đóng băng để tránh tổn thương lạnh); bảo quản kiểm soát khí quyển (Controlled Atmosphere - CA với chế độ 2% $O_2$ + 5% $CO_2$) và bao gói khí quyển cải biến (Modified Atmosphere Packaging - MAP sử dụng màng PE, PVC, HDPE).
- Hệ thống quản lý chất lượng tại doanh nghiệp: Tiêu chuẩn ISO 9001 (các phiên bản ISO 9001:2000, ISO 9001:2008 và ISO 9001:2015) kết hợp mô hình thực hành 5S (Seiri, Seiton, Seiso, Seiketsu, Shitsuke) trong điều hành xưởng bao gói thực phẩm.
Phương pháp nghiên cứu và thu thập dữ liệu
Tác giả sử dụng phương pháp khảo sát thực tế kết hợp kỹ thuật quan sát, đo đạc và thống kê:
- Phương pháp thu thập thông tin: Khai thác tài liệu thứ cấp, số liệu lưu trữ từ cán bộ quản lý (sổ nhật ký sản xuất, phiếu giao nhận hàng, dữ liệu doanh thu, chứng chỉ quản lý chất lượng); phỏng vấn trực tiếp cán bộ điều hành và công nhân dây chuyền.
- Phương pháp quan sát trực tiếp: Theo dõi liên tục từng mắt xích trong dây chuyền sản xuất: khâu nhập nguyên liệu từ xe lạnh, kiểm tra cảm quan tại kho tạm, chuyển nguyên liệu vào phòng sơ chế, thao tác cắt bỏ lá và lau rửa, cắt đôi định hình, vận hành máy đóng gói tự động, đóng thùng contena và tồn trữ kho lạnh.
- Phương pháp mô tả: Lập sơ đồ khối quy trình công nghệ, ghi nhận các thông số kỹ thuật (nhiệt độ kho, kích thước bao bì, quy cách đóng gói, khối lượng sản phẩm).
- Trang thiết bị và dụng cụ khảo sát: Cân định lượng, máy bao gói nông sản tự động, bàn xoay, xe nâng, xe đẩy, dao gọt, thớt, khăn lau, cồn sát khuẩn, thùng chứa contena, bao bì PE 520 mm, hệ thống đèn diệt côn trùng và trang phục bảo hộ chuyên dụng (tất cả có xuất xứ Nhật Bản).
Nội dung chính theo từng phần của khóa luận
Phần 1: Mở đầu
Trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tế của chuỗi cung ứng nông sản tại Nhật Bản và châu Á. Đặt ra mục tiêu, 4 yêu cầu nhiệm vụ cụ thể cùng ý nghĩa khoa học (củng cố kiến thức công nghệ sau thu hoạch, tiếp cận dây chuyền công nghiệp tiên tiến) và ý nghĩa thực tiễn (giảm thiểu tổn thất, nâng cao giá trị thương phẩm củ cải trắng).
Phần 2: Tổng quan tài liệu
- Tổng quan về Công ty Cổ phần MT: Thành lập năm 1945 (tiền thân là Công ty TNHH MT, hợp tác cùng Nagoya Kinen với vốn ban đầu 19,2 triệu Yên), trụ sở tại TP. Tsushima, Tỉnh Aichi. Tổng diện tích mặt bằng 14.345 $m^2$ (xưởng và văn phòng 11.912 $m^2$, trong đó kho lạnh tầng 1 chiếm 7.956 $m^2$). Doanh thu năm 2016 đạt 667.200 vạn Yên (tương đương 1.335 tỷ đồng). Công ty nhận nguyên liệu từ công ty mẹ Nagoya Seika và phân phối cho 4 tỉnh (Aichi 1, Aichi 2, Mie, Gifu) cùng các hệ thống bán lẻ như Tokai Coop, Aichi Coop, Yuni. Công ty áp dụng nghiêm ngặt hệ thống ISO 9001 và quy tắc 5S.
- Đặc điểm thực vật học và thành phần hóa sinh: Củ cải trắng chứa 92,1% nước; 1,5 g protein; 0,1 g lipid; 3,6 g glucid; 1,5 g chất xơ; 1,2 g tro; cung cấp 21 kcal/100 g củ tươi. Hàm lượng vitamin C đạt 30 mg/100 g (cao gấp 10 lần quả lê); các khoáng chất gồm Kali (242 mg), Canxi (40 mg), Phospho (41 mg), Sắt (1,1 mg), Natri (10 mg), Magie (15 mg), Đồng (150 mg) cùng các vitamin nhóm B ($B_1$, $B_2$, $B_5$, $B_6$, PP).
- Cơ sở khoa học về bảo quản và tình hình sản xuất: Phân tích các yếu tố môi trường tác động đến thời gian bảo quản (nhiệt độ tối ưu 0–1°C hoặc 7–10°C đối với phân phối ngắn ngày, độ ẩm không khí 85–95%, thông gió tích cực với vận tốc 0,10–0,15 m/s). Đánh giá số liệu FAO giai đoạn 2009–2014 về diện tích và sản lượng rau thế giới (Châu Á chiếm 80,37% diện tích nhưng năng suất đạt 155,09 tấn/ha, thấp hơn Châu Âu đạt 163,12 tấn/ha do mức độ cơ giới hóa).
Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp khảo sát
Xác định cụ thể quy chuẩn đối tượng củ cải trắng khảo sát, địa điểm tại nhà máy MT, mốc thời gian thực hiện từ 08/2018 đến 07/2019, danh mục 9 nhóm dụng cụ thiết bị phục vụ khảo sát và hệ thống 3 phương pháp nghiên cứu thực tiễn.
Phần 4: Kết quả nghiên cứu
- Quy trình công nghệ bảo quản tổng thể: Chuỗi quy trình gồm 6 công đoạn liên hoàn:
$$\text{Nguyên liệu củ cải tươi (0,8--2,5 kg)} \longrightarrow \text{Sơ chế} \longrightarrow \text{Phân loại, cắt định hình} \longrightarrow \text{Bao gói} \longrightarrow \text{Xếp thùng} \longrightarrow \text{Bảo quản lạnh}$$
- Phân tích chi tiết từng công đoạn:
- Tiếp nhận nguyên liệu: Nhập 400–500 kg/ngày từ các vùng trồng (Mie, Kanagawa, Aomori, Hokkaido) bằng xe lạnh chuyên dụng; kiểm tra ngoại quan (thân thẳng, dài 300–500 mm, nặng 0,8–2,5 kg, không dập thối) và nhãn mác; chuyển vào kho lạnh tạm giữ ở nhiệt độ $< 10^\circ\text{C}$ (7–10°C).
- Sơ chế: Di chuyển nguyên liệu sang phòng đệm (nhiệt độ 12–15°C), cắt bỏ 2/3 phần lá ngoài để hạn chế thoát hơi nước và lau bề mặt củ bằng khăn ướt để làm sạch bùn đất.
- Phân loại và cắt định hình: Loại bỏ củ bị sâu bệnh, thối hỏng, dập nát; dùng dao cắt đôi củ theo chiều ngang với mặt cắt phẳng nhằm đạt yêu cầu thẩm mỹ và khối lượng đóng gói.
- Bao gói và xếp thùng: Đưa củ cải và tem nhãn vào máy bao gói tự động sử dụng màng film PE kích thước 520 mm; xếp 8 túi sản phẩm vào 1 thùng contena; xếp chồng đủ 5 tầng thùng contena rồi dán phiếu nhật ký sản xuất.
- Tồn trữ và xuất hàng: Lưu kho bảo quản lạnh ở nhiệt độ 7–10°C trước khi xuất xưởng giao tới các siêu thị hoặc hộ gia đình.
- Khảo sát tỷ lệ phế phẩm: Tổng hợp biến động số lượng củ cải bị loại bỏ qua từng tháng trong năm khảo sát.
Phần 5: Kết luận và kiến nghị
Tóm tắt các phát hiện chính về tính hiệu quả của dây chuyền bảo quản tại Công ty MT và đưa ra các đề xuất về duy trì ổn định nhiệt độ vận chuyển mùa hè.
Kết quả và đóng góp
Kết quả khảo sát thực tế và số liệu thống kê
Trong thời gian 12 tháng theo dõi tại nhà xưởng, tác giả đã thu thập và phân tích dữ liệu trên tổng số 56.841 củ cải trắng nhập vào dây chuyền:
| Giai đoạn |
Tháng |
Số củ nhập vào (củ) |
Số củ bỏ đi (củ) |
Tỷ lệ bị loại bỏ (%) |
| Năm 2018 |
Tháng 8 |
-- |
-- |
-- |
|
Tháng 9 |
7.868 |
431 |
5,48 |
|
Tháng 10 |
6.979 |
321 |
4,60 |
|
Tháng 11 |
5.384 |
310 |
5,76 |
|
Tháng 12 |
4.866 |
245 |
5,03 |
| Năm 2019 |
Tháng 1 |
3.653 |
48 |
1,31 |
|
Tháng 2 |
3.833 |
43 |
1,12 |
|
Tháng 3 |
3.586 |
38 |
1,06 (thấp nhất) |
|
Tháng 4 |
3.875 |
63 |
1,63 |
|
Tháng 5 |
4.125 |
76 |
1,84 |
|
Tháng 6 |
5.326 |
638 |
11,98 |
|
Tháng 7 |
7.346 |
897 |
12,21 (cao nhất) |
| Tổng cộng |
12 tháng |
56.841 |
3.110 |
5,47 (trung bình) |
Số liệu trích xuất từ Bảng 4.1 trong khóa luận.
Dữ liệu cho thấy tỷ lệ củ cải bị loại bỏ dao động rõ rệt theo mùa vụ:
- Giai đoạn chất lượng ổn định nhất là từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2019, tỷ lệ loại bỏ chỉ ở mức 1,06% đến 1,84% (thấp nhất vào tháng 3/2019 với 1,06%).
- Giai đoạn tỷ lệ hao hụt tăng vọt là các tháng mùa hè (tháng 6/2019 đạt 11,98% và tháng 7/2019 đạt đỉnh 12,21%). Tác giả xác định nguyên nhân chính do nhiệt độ không khí bên ngoài thời điểm này rất cao (dao động 37–40°C), kết hợp với quãng đường vận chuyển nguyên liệu liên tỉnh xa khiến củ cải bị suy giảm chất lượng cơ lý trước khi đến kho tiếp nhận.
Đóng góp thực tiễn của đề tài
- Khóa luận cung cấp sơ đồ quy trình công nghệ chuẩn hóa từng bước, từ khâu nhận nguyên liệu đến kho thành phẩm, kèm theo định lượng thông số môi trường (kho tiếp nhận 7–10°C, phòng sơ chế/bao gói 12–15°C, kho tồn trữ 7–10°C, màng PE 520 mm, quy cách xếp 8 túi/contena và 5 contena/chồng).
- Đánh giá thực tế hiệu quả ứng dụng kết hợp giữa bao bì màng dẻo PE và bảo quản lạnh, đối chiếu với các nghiên cứu tiền nghiệm (như nghiên cứu của Dulal Chandra năm 2018 về màng HDPE/PC và nghiên cứu của Hadley năm 2003 về tiêu chuẩn kích thước nông sản).
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế được ghi nhận từ văn bản:
- Đề tài dừng lại ở mức độ khảo sát, mô tả và ghi nhận số liệu thực tế tại một doanh nghiệp (Công ty MT), chưa bố trí các lô thí nghiệm đối chứng nhân tạo để so sánh ảnh hưởng của các loại màng bao bì khác nhau (như HDPE, PVC, túi đục lỗ) hoặc các chế độ nhiệt độ kho lạnh khác nhau trên cùng một lô mẫu.
- Số liệu ghi nhận trong tháng 8/2018 chưa có đầy đủ do thời điểm bắt đầu tiếp nhận dây chuyền.
- Hướng nghiên cứu mở rộng:
- Tiếp tục theo dõi các giải pháp kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt hơn trong khâu vận chuyển bằng xe lạnh đường dài vào các tháng cao điểm mùa hè (tháng 6–7) để kéo giảm tỷ lệ hao hụt từ mức 12% xuống mức trung bình năm.
- Nghiên cứu ứng dụng màng bao gói khí quyển cải biến MAP có tính thấm chọn lọc nhằm kéo dài thời hạn bảo quản củ cải tươi sau khi cắt định hình.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo thực tế hữu ích cho:
- Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Bảo quản Sau thu hoạch, Quản lý Chuỗi cung ứng Nông sản: Tham khảo cấu trúc một bài báo cáo khảo sát nhà máy thực tế tại Nhật Bản; nắm bắt các công đoạn sơ chế, cắt định hình và đóng gói tự động đối với rau ăn củ.
- Kỹ sư vận hành và quản lý xưởng chế biến nông sản: Có thể tham khảo trực tiếp các quy chuẩn tiếp nhận nguyên liệu (kích thước, khối lượng, độ tươi), cách thức tổ chức mặt bằng nhà xưởng theo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm, hệ thống bẫy đèn diệt côn trùng, quy tắc 5S và biểu mẫu nhật ký ghi chép lô hàng.
Câu hỏi thường gặp
1. Khối lượng và kích thước tiêu chuẩn của củ cải trắng khi nhập vào Công ty Cổ phần MT là bao nhiêu?
Theo tiêu chuẩn cơ sở của công ty, củ cải trắng đạt yêu cầu phải có khối lượng từ 0,8 đến 2,5 kg, chiều dài củ từ 300 đến 500 mm, thân củ thẳng, vỏ màu trắng, cuống lá xanh tươi và không lẫn tạp chất lạ.
2. Nhiệt độ tại các khu vực bảo quản và khu vực sơ chế đóng gói của nhà máy được duy trì ở mức nào?
Kho lạnh tiếp nhận nguyên liệu và kho bảo quản lạnh thành phẩm được duy trì ở nhiệt độ 7–10°C (dưới 10°C). Riêng khu vực phòng sơ chế, phân loại và đóng gói được điều hòa ở nhiệt độ 12–15°C.
3. Quy cách sơ chế, cắt định hình và bao gói củ cải thành phẩm tại xưởng được thực hiện như thế nào?
Củ cải được cắt bỏ 2/3 phần lá ngoài, lau sạch đất bằng khăn ướt, sau đó cắt đôi theo chiều ngang (đảm bảo mặt cắt phẳng). Thành phẩm cùng tem nhãn được máy tự động đóng gói bằng bao bì màng PE kích thước 520 mm. Sau đó, công nhân xếp 8 túi sản phẩm vào một thùng contena và xếp chồng 5 thùng lên nhau kèm dán phiếu nhật ký sản xuất.
4. Tại sao tỷ lệ củ cải bị loại bỏ lại tăng cao đột biến trong tháng 6 và tháng 7 năm 2019 (lên tới trên 11–12%)?
Do thời tiết các tháng hè tại Nhật Bản có nhiệt độ môi trường rất cao (trung bình 37–40°C). Khi vận chuyển nguyên liệu từ các vùng trồng xa về nhà máy, điều kiện nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình hô hấp, sinh nhiệt và thoát nước, khiến tỷ lệ củ không đạt tiêu chuẩn tiếp nhận tăng vọt so với các tháng đầu năm (vốn chỉ từ 1,06% đến 1,84%).
5. Nguồn cung cấp củ cải trắng nguyên liệu của Công ty Cổ phần MT được nhập từ những địa phương nào?
Nguyên liệu củ cải trắng của công ty được vận chuyển bằng các xe lạnh chuyên dụng từ các tỉnh: Mie, Kanagawa, Aomori và Hokkaido thuộc Nhật Bản, với khối lượng xử lý bình quân 400–500 kg/ngày.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Tình đã phản ánh chi tiết và hệ thống toàn bộ quy trình công nghệ bao gói và bảo quản lạnh củ cải trắng tại Công ty Cổ phần MT Nhật Bản với công suất tiếp nhận 400–500 kg/ngày. Nghiên cứu cung cấp số liệu thực tế qua 12 tháng theo dõi trên 56.841 cá thể củ cải, xác định tỷ lệ hao hụt phế phẩm trung bình đạt 5,47% và làm rõ mối tương quan giữa nhiệt độ môi trường vận chuyển mùa hè với tỷ lệ hư hỏng nông sản. Đây là tài liệu khảo sát công nghệ sau thu hoạch có giá trị thực tiễn cao, minh chứng cho việc áp dụng hiệu quả quy chuẩn vệ sinh, quy trình 5S, tiêu chuẩn ISO 9001 và kỹ thuật bao gói PE kết hợp chuỗi lạnh trong công nghiệp phân phối thực phẩm hiện đại.
