Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu hướng phát triển của ngành công nghệ thực phẩm hiện đại, nhu cầu của người tiêu dùng đã chuyển dịch từ việc đáp ứng dinh dưỡng và năng lượng cơ bản sang các dòng sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, có khả năng tăng cường thể lực, hỗ trợ phòng và điều trị bệnh. Giảo cổ lam (Gynostemma pentaphyllum (Thunb.) Makino) thuộc họ Bầu bí (Cucurbitaceae) là nguồn dược liệu quý chứa hàm lượng cao saponin và flavonoid. Cây phân bố tự nhiên tại một số tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam như Lào Cai, Hà Giang, Cao Bằng, Tuyên Quang.
Tại tỉnh Cao Bằng, Công ty Cổ phần Giống và Thức ăn Chăn nuôi Cao Bằng (CABACO) đã đưa giảo cổ lam vào chế biến dưới dạng trà túi lọc. Tuy nhiên, chất lượng cảm quan và hàm lượng hoạt chất sinh học của sản phẩm phụ thuộc chặt chẽ vào các thông số kỹ thuật trong quá trình sấy, nghiền và phối trộn. Nhằm cung cấp cơ sở khoa học để chuẩn hóa quy trình công nghệ, sinh viên Phạm Ngọc Hải (lớp K46 Công nghệ thực phẩm, Khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên) đã thực hiện đề tài: "Khảo sát quy trình sản xuất trà túi lọc giảo cổ lam tại Công ty Cổ phần Giống và Thức ăn Chăn nuôi Cao Bằng (CABACO)".
Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể trong văn bản:
- Tìm hiểu về nhà máy (Công ty Cổ phần Giống và Thức ăn Chăn nuôi Cao Bằng).
- Khảo sát quy trình sản xuất trà giảo cổ lam tại Công ty Cổ phần Giống và Thức ăn Chăn nuôi Cao Bằng.
Mục đích nghiên cứu:
- Nắm được quy trình công nghệ sản xuất trà túi lọc giảo cổ lam tại đơn vị thực tập.
- Đánh giá được một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm trà túi lọc giảo cổ lam tại CABACO.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ sản xuất và chất lượng cảm quan, hóa lý của sản phẩm trà túi lọc giảo cổ lam tại CABACO.
- Phạm vi không gian: Nhà xưởng và phòng thí nghiệm tại Công ty Cổ phần Giống và Thức ăn Chăn nuôi Cao Bằng (Xã Hưng Đạo, Thành phố Cao Bằng, Tỉnh Cao Bằng).
- Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 12 năm 2017 đến tháng 5 năm 2018.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận thuộc lĩnh vực công nghệ thực phẩm, áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp khảo nghiệm dây chuyền sản xuất thực tế tại doanh nghiệp.
Cơ sở lý thuyết
- Đặc điểm nguyên liệu chính: Cây giảo cổ lam (Gynostemma pentaphyllum), loài dây leo sống nhiều năm. Thành phần hóa học chính bao gồm saponin khung dammaran (gypenosid tương tự saponin trong nhân sâm) và flavonoid có hoạt tính sinh học, chống oxy hóa, hỗ trợ điều hòa huyết áp và giảm cholesterol máu.
- Nguyên liệu phụ gia phối trộn: Cỏ ngọt (Stevia rebaudiana, chứa steviosid có độ ngọt cao, không sinh năng lượng, hỗ trợ hạ đường huyết) và Cam thảo bắc (Glycyrrhiza uralensis hoặc Glycyrrhiza glabra, chứa saponin glycyrrhizin có độ ngọt gấp 60 lần đường saccharose) được sử dụng để điều hòa hương vị cho sản phẩm trà túi lọc.
- Tiêu chuẩn đánh giá cảm quan: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3215-79 về đánh giá cảm quan sản phẩm thực phẩm theo phương pháp cho điểm hệ 20 trên thang 6 bậc (từ 0 đến 5 điểm). Hệ số trọng lượng quy định cho sản phẩm trà túi lọc gồm: Trạng thái (1,0), Màu sắc (0,6), Mùi (1,2), Vị (1,2).
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Thu thập tài liệu chuyên ngành về thực vật học, dược lý học, tài liệu giới thiệu và hồ sơ kỹ thuật tại CABACO.
- Phương pháp tham gia sản xuất và khảo nghiệm dây chuyền: Theo dõi trực tiếp các công đoạn chuẩn bị nguyên liệu, làm sạch, sấy, nghiền, phối trộn, đóng gói tại xưởng sản xuất.
- Phương pháp bố trí thí nghiệm thực nghiệm: Thực hiện thí nghiệm đơn yếu tố (mỗi công thức lặp lại 3 lần với khối lượng mẫu 100 g):
- Thí nghiệm 1 - Xác định nhiệt độ sấy lần 1: Khảo sát 3 mức nhiệt độ 70°C, 90°C và 110°C; sấy đến khi nguyên liệu đạt độ ẩm an toàn 9%.
- Thí nghiệm 2 - Xác định thời gian sấy lần 2 (sấy giữ hương): Cố định nhiệt độ 160°C, khảo sát ở 3 mốc thời gian gồm 1 phút, 2 phút và 4 phút.
- Thí nghiệm 3 - Xác định kích thước nguyên liệu nghiền: Nghiền và sàng phân loại nguyên liệu thành 3 dải kích thước: 1,0 mm; 1,5 mm; 2,0 mm; đóng gói 2 g/túi lọc và pha nước sôi trong 5 phút để đánh giá cảm quan.
- Phương pháp hóa nghiệm và phân tích:
- Hàm lượng Tanin: Định lượng bằng phương pháp chuẩn độ Lowenthal; nguyên tắc oxy hóa tanin bằng dung dịch thuốc tím KMnO4 với chất chỉ thị màu sulfo indigo (indigocacmin 0,1%), mẫu đối chứng loại tanin bằng than hoạt tính, tính theo hệ số k = 0,00582.
- Hàm lượng Flavonoid: Phương pháp cân; chiết Soxhlet bằng ete dầu hỏa để loại chlorophyll, chiết kiệt flavonoid bằng cồn 70°, loại tanin bằng gelatin 3%, chiết kiệt flavonoid bằng ethyl acetat, bốc hơi dung môi và sấy cắn đến khối lượng không đổi.
- Độ ẩm: Sấy mẫu trong tủ sấy chuyên dụng ở nhiệt độ 103 ± 2°C (hoặc 120 ± 2°C) đến khối lượng không đổi, cân trên cân phân tích độ chính xác ±0,001 g.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Tác giả nêu bật lý do chọn đề tài dựa trên nhu cầu sử dụng thực phẩm chức năng có nguồn gốc thảo dược để bảo vệ sức khỏe. Phần này xác định hệ thống mục tiêu, mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học trong việc bổ sung số liệu thực nghiệm về công nghệ chế biến giảo cổ lam, cùng ý nghĩa thực tiễn khi chuyển giao kết quả áp dụng trực tiếp tại CABACO.
Phần 2: Tổng quan tài liệu
Chương này tổng thuật 4 nội dung lớn:
- Tổng quan về CABACO: Tiền thân là Nông trường chăn nuôi lợn Cao Bằng thành lập ngày 02/01/1973; đổi tên thành Công ty Giống và Thức ăn Chăn nuôi tỉnh Cao Bằng năm 1982; chuyển đổi thành công ty cổ phần hoạt động từ ngày 01/01/2005 (vốn nhà nước chiếm trên 51%). Địa chỉ tại xã Hưng Đạo, TP Cao Bằng.
- Tổng quan về giảo cổ lam: Khái quát vị trí phân loại học thuộc chi Gynostemma, họ Cucurbitaceae; phân biệt 4 loài theo hình thái lá: giảo cổ lam 3 lá (G. laxum), 5 lá (G. pentaphyllum), 7 lá (G. pubescens) và 9 lá (Gynostemma sp.). Mô tả đặc điểm thực vật, thành phần hóa học chủ yếu là saponin triterpenoid và flavonoid; tổng hợp các kết quả dược lý quốc tế về bảo vệ gan, hạ huyết áp, ức chế tế bào khối u và chống oxy hóa.
- Tình hình nghiên cứu: Điểm lại các công trình trong nước (Phạm Thanh Kỳ năm 2002, Nguyễn Tiến Dẫn năm 1999 xác định hàm lượng saponin và flavonoid dao động từ 0,01 đến 0,36%) và tài liệu nước ngoài.
- Nguyên liệu phụ: Phân tích đặc tính sinh học, dược tính và độc tính của Cỏ ngọt (Stevia rebaudiana) và Cam thảo bắc (Glycyrrhiza uralensis / G. glabra).
Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trình bày chi tiết địa điểm, thời gian, đối tượng nghiên cứu cùng sơ đồ bố trí 3 thí nghiệm công nghệ. Tác giả diễn giải cụ thể quy trình hóa nghiệm xác định tanin bằng phương pháp Lowenthal, flavonoid bằng phương pháp cân Soxhlet, đo độ ẩm bằng phương pháp sấy khô và hệ thống tiêu chí chấm điểm cảm quan 6 bậc theo TCVN 3215-79.
Phần 4: Dự kiến kết quả nghiên cứu
Đây là phần thực nghiệm trọng tâm của khóa luận (dù tên chương dùng chữ "Dự kiến" theo đề cương ban đầu nhưng văn bản thể hiện kết quả nghiên cứu hoàn chỉnh), gồm 3 nội dung:
1. Khảo sát và mô tả quy trình công nghệ sản xuất:
Quy trình công nghệ tại CABACO gồm 5 công đoạn liên hoàn:
- Chuẩn bị nguyên liệu: Đối với nguyên liệu tươi, sấy 3 giai đoạn (40–50°C; 50–60°C; 60–70°C). Đối với nguyên liệu khô thu mua, tiến hành sấy lại 2 lần: Sấy lần 1 ở 70°C (hoặc theo nhiệt độ tối ưu khảo sát) đến độ ẩm an toàn 9%; Sấy lần 2 ở 160°C trong 2–3 phút nhằm giữ hương.
- Nghiền nguyên liệu và sàng: Làm nhỏ nguyên liệu qua máy nghiền và phân loại qua lưới sàng.
- Phối trộn: Phối trộn đều giảo cổ lam cùng các nguyên liệu phụ (cỏ ngọt, cam thảo) theo tỷ lệ công thức.
- Đóng gói chè túi lọc: Định lượng 2 g/túi lọc chuyên dụng bằng máy đóng gói.
- Bọc bao bì sản phẩm: Đóng gói túi nilon bên trong và hoàn thiện bao bì giấy bên ngoài.
2. Xác định các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng:
- Nhiệt độ sấy lần 1: Sấy ở 70°C, 90°C và 110°C. Kết quả cho thấy nhiệt độ càng cao, hàm lượng hoạt chất càng suy giảm:
| Công thức nhiệt độ |
Hàm lượng Tanin (mg/g) |
Hàm lượng Flavonoid (mg/g) |
Điểm cảm quan trung bình có trọng lượng |
Xếp loại cảm quan |
| 70°C |
27,66 |
74,51 |
9,21 |
Kém |
| 90°C |
27,32 |
74,38 |
14,49 |
Trung bình |
| 110°C |
27,11 |
74,12 |
13,06 |
Trung bình |
Nhiệt độ 70°C cho điểm cảm quan rất kém (màu sắc nhạt, mùi vị không rõ). Mức nhiệt 90°C và 110°C cải thiện rõ rệt tính chất cảm quan; trong đó mức 90°C cho điểm cảm quan cao nhất (14,49), hao hụt hoạt chất thấp hơn mức 110°C và tiết kiệm năng lượng, nên được chọn làm thông số tối ưu.
- Thời gian sấy lần 2 (sấy ở 160°C): Khảo sát 3 mốc thời gian 1 phút, 2 phút và 4 phút:
| Thời gian sấy |
Hàm lượng Tanin (mg/g) |
Hàm lượng Flavonoid (mg/g) |
Điểm cảm quan trung bình có trọng lượng |
Xếp loại cảm quan |
| 1 phút |
27,62 |
74,43 |
12,55 |
Trung bình |
| 2 phút |
27,74 |
74,38 |
16,22 |
Khá |
| 4 phút |
27,56 |
74,21 |
15,15 |
Khá |
Sấy trong 2 phút đạt chất lượng cảm quan vượt trội (điểm mùi 4,11; điểm vị 4,19; trạng thái 4,26), hàm lượng tanin và flavonoid duy trì ở mức cao. Mốc 4 phút làm giảm điểm mùi vị do nguy cơ quá nhiệt.
- Kích thước nguyên liệu nghiền: Khảo sát các kích thước 1,0 mm; 1,5 mm và 2,0 mm:
| Kích thước hạt |
Màu sắc |
Mùi |
Vị |
Trạng thái |
Điểm trung bình có trọng lượng |
Xếp loại cảm quan |
| 1,0 mm |
4,25 |
4,46 |
4,56 |
3,82 |
17,09 |
Khá |
| 1,5 mm |
4,21 |
4,39 |
4,42 |
5,58 |
18,60 |
Tốt |
| 2,0 mm |
4,13 |
4,26 |
4,52 |
3,84 |
16,75 |
Khá |
Kích thước 1,0 mm khiến nước trà bị đục khi pha. Kích thước 2,0 mm làm nước trà nhạt màu và vị trích ly chậm. Kích thước 1,5 mm cho độ trong tốt, trích ly hài hòa, đạt tổng điểm cảm quan 18,60 (xếp loại Tốt).
3. Phân tích chỉ tiêu chất lượng thành phẩm:
Thành phẩm chế biến theo các thông số tối ưu có các chỉ tiêu sau:
| Chỉ tiêu phân tích |
Giá trị đo được |
| Độ ẩm |
7,8% |
| Hàm lượng Tanin |
26,3 mg/g |
| Hàm lượng Flavonoid |
73,5 mg/g |
| Phụ gia / Hóa chất bảo quản |
Không sử dụng |
Độ ẩm 7,8% nằm trong giới hạn an toàn ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc và vi sinh vật.
Phần 5: Kết luận và kiến nghị
Tóm tắt các thông số công nghệ đã xác lập và đề xuất 4 giải pháp nghiên cứu tiếp theo để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đã khảo sát toàn diện dây chuyền sản xuất trà túi lọc giảo cổ lam tại CABACO, đồng thời xác lập thực nghiệm các thông số kỹ thuật tối ưu:
| Thông số công nghệ |
Giá trị tối ưu được xác lập |
Hiệu quả đạt được |
| Nhiệt độ sấy lần 1 |
90°C (sấy đến độ ẩm 9%) |
Giữ hàm lượng flavonoid 74,38 mg/g, tanin 27,32 mg/g; cảm quan đạt 14,49 điểm |
| Thời gian sấy lần 2 |
2 phút (ở 160°C) |
Dậy mùi thơm đặc trưng, cảm quan đạt 16,22 điểm (loại Khá) |
| Kích thước hạt nghiền |
1,5 mm |
Nước trà trong, không bị vẩn cặn túi lọc, cảm quan đạt 18,60 điểm (loại Tốt) |
| Chất lượng thành phẩm |
Độ ẩm: 7,8%; Tanin: 26,3 mg/g; Flavonoid: 73,5 mg/g |
Đảm bảo an toàn vi sinh, duy trì hoạt tính sinh học của dược liệu |
Đóng góp thực tiễn:
- Cung cấp số liệu thực nghiệm khoa học giúp doanh nghiệp (CABACO) điều chỉnh chế độ sấy và kiểm soát kích thước nghiền hạt trong dây chuyền sản xuất thực tế.
- Khẳng định khả năng tận dụng nguồn dược liệu giảo cổ lam tại Cao Bằng để sản xuất dòng thực phẩm bảo vệ sức khỏe tiện dụng, không chứa chất bảo quản nhân tạo.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài
- Phạm vi nghiên cứu bị giới hạn về thời gian (thực hiện trong 6 tháng từ 12/2017 đến 05/2018) tại một cơ sở sản xuất duy nhất.
- Phương pháp định lượng hoạt chất sinh học (tanin bằng chuẩn độ oxy hóa permanganat, flavonoid bằng phương pháp cân chiết dung môi Soxhlet) là các phương pháp hóa học cổ điển, chưa áp dụng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) để định danh và định lượng riêng lẻ từng hợp chất saponin (gypenosid).
- Khóa luận chưa tiến hành khảo sát tối ưu hóa đa biến về tỷ lệ phối trộn giữa giảo cổ lam với các nguyên liệu phụ (cỏ ngọt, cam thảo).
Hướng nghiên cứu tiếp (theo kiến nghị của tác giả)
- Nghiên cứu phân tích hàm lượng flavonoid bằng các phương pháp hiện đại và chính xác hơn.
- Thử nghiệm phối trộn thêm các nguyên liệu phụ khác để làm đa dạng hóa hương vị và danh mục sản phẩm trà túi lọc.
- Phân tích, định lượng và định danh chi tiết các thành phần có hoạt tính sinh học chuyên sâu trong giảo cổ lam.
- Nghiên cứu giải pháp công nghệ thu hồi và tận dụng lượng bột mịn giảo cổ lam phát sinh trong quá trình sàng phân loại để chế biến các sản phẩm phụ trợ khác.
Giá trị tham khảo
Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học và Quản lý chất lượng: Cung cấp mẫu quy trình hoàn chỉnh về khảo nghiệm quy trình chế biến thực phẩm nguồn gốc dược liệu thảo mộc.
- Kỹ sư R&D và cán bộ kỹ thuật tại các cơ sở chế biến trà dược liệu: Cung cấp thông số vận hành thực tế về nhiệt độ, thời gian sấy hai giai đoạn và kích thước nghiền phù hợp cho bao bì túi lọc.
- Phần giá trị chuyên môn cao:
- Quy trình phân tích định lượng tanin bằng phương pháp Lowenthal và định lượng flavonoid bằng phương pháp cân chiết Soxhlet.
- Phương pháp xây dựng thang điểm đánh giá cảm quan 6 bậc và tính điểm có hệ số trọng lượng cho sản phẩm trà túi lọc theo TCVN 3215-79.
Câu hỏi thường gặp
1. Giảo cổ lam được CABACO sấy lại qua mấy lần và mục đích của từng lần sấy là gì?
Đối với nguyên liệu khô thu mua, quy trình tại CABACO thực hiện sấy lại 2 lần:
- Sấy lần 1: Sấy ở nhiệt độ 90°C (theo thông số tối ưu xác lập qua thực nghiệm) nhằm đưa nguyên liệu về độ ẩm an toàn 9% và đồng nhất chất lượng nguyên liệu.
- Sấy lần 2: Sấy nhanh ở nhiệt độ 160°C trong thời gian 2 phút nhằm mục đích lấy hương và giữ hương thơm đặc trưng cho sản phẩm.
2. Vì sao tác giả chọn nhiệt độ sấy lần 1 là 90°C thay vì 70°C hay 110°C?
Ở mức 70°C, hàm lượng hoạt chất còn lại cao nhất (tanin 27,66 mg/g; flavonoid 74,51 mg/g) nhưng chất lượng cảm quan rất kém (chỉ đạt 9,21 điểm, xếp loại Kém) do màu nhạt và mùi vị không dậy lên được. Ở mức 110°C, điểm cảm quan đạt 13,06 điểm nhưng hoạt chất bị suy giảm nhanh (tanin giảm xuống 27,11 mg/g; flavonoid giảm xuống 74,12 mg/g) và tiêu tốn năng lượng. Mức nhiệt 90°C cân bằng tốt nhất: điểm cảm quan đạt cao nhất (14,49 điểm, xếp loại Trung bình) và bảo tồn tốt hàm lượng hoạt chất dinh dưỡng.
3. Kích thước nghiền nguyên liệu ảnh hưởng như thế nào đến độ trong và cảm quan của trà túi lọc?
- Với kích thước 1,0 mm: Điểm mùi và vị cao nhưng điểm trạng thái thấp (3,82/5) do bột quá mịn lọt qua túi lọc làm nước trà bị đục.
- Với kích thước 2,0 mm: Nước trong nhưng chất hòa tan trích ly chậm, màu sắc và mùi vị đều nhạt, điểm cảm quan thấp (16,75 điểm).
- Với kích thước 1,5 mm: Cho trạng thái nước trong, màu sắc và mùi vị hài hòa, đạt điểm cảm quan trạng thái 5,58 và tổng điểm 18,60 (loại Tốt).
4. Thành phẩm trà túi lọc giảo cổ lam sau tối ưu có các chỉ tiêu hóa sinh như thế nào?
Theo kết quả phân tích chất lượng thành phẩm tại Bảng 4.3 trong khóa luận, sản phẩm đạt:
- Độ ẩm: 7,8% (đảm bảo ngưỡng an toàn bảo quản chống nấm mốc).
- Hàm lượng Tanin: 26,3 mg/g.
- Hàm lượng Flavonoid: 73,5 mg/g.
- Sản phẩm không sử dụng hóa chất bảo quản và không chứa phụ gia độc hại.
5. Phương pháp phân tích Tanin và Flavonoid được tác giả sử dụng là gì?
- Tanin: Phân tích bằng phương pháp Lowenthal thông qua phản ứng oxy hóa tanin bằng dung dịch thuốc tím KMnO4 với chất chỉ thị indigocacmin 0,1%, sử dụng than hoạt tính để chuẩn bị mẫu đối chứng, tính toán qua hệ số k = 0,00582.
- Flavonoid: Phân tích bằng phương pháp cân sau khi chiết Soxhlet loại bỏ diệp lục bằng este dầu hỏa, chiết flavonoid bằng cồn 70°, kết tủa loại tanin bằng dung dịch gelatin 3%, chiết kiệt flavonoid bằng ethyl acetat và sấy cắn đến khối lượng không đổi.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Phạm Ngọc Hải đã khảo sát thành công quy trình công nghệ chế biến trà túi lọc giảo cổ lam tại Công ty Cổ phần Giống và Thức ăn Chăn nuôi Cao Bằng (CABACO). Nghiên cứu đã xác lập thực nghiệm các thông số kỹ thuật tối ưu bao gồm nhiệt độ sấy lần 1 ở 90°C, thời gian sấy lần 2 ở 160°C trong 2 phút và kích thước nghiền nguyên liệu 1,5 mm. Sản phẩm trà túi lọc tạo thành đạt độ ẩm an toàn 7,8%, bảo tồn được hàm lượng cao flavonoid (73,5 mg/g) và tanin (26,3 mg/g), đạt xếp loại cảm quan Tốt theo tiêu chuẩn TCVN 3215-79.
