Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thịt lợn và các sản phẩm chế biến từ thịt lợn là nguồn thực phẩm được tiêu thụ phổ biến hàng đầu trên thế giới và tại Việt Nam. Theo thống kê năm 2012, sản lượng của 10 quốc gia sản xuất thịt lợn lớn nhất thế giới đạt khoảng 85,67 triệu tấn, trong đó Trung Quốc dẫn đầu với 53,3 triệu tấn và Việt Nam đứng thứ 7 với sản lượng 2 triệu tấn. Tại thị trường nội địa, thịt lợn giữ vai trò chủ đạo, chiếm tới 71% tổng sản lượng ngành chăn nuôi và chiếm tỷ trọng chi tiêu lớn nhất (khoảng 40%) trong nhóm thực phẩm thịt của các hộ gia đình.

Về mặt dinh dưỡng, thịt lợn tươi cung cấp nguồn protein hoàn thiện với hàm lượng dao động từ 15% đến 20% (độ đồng hóa đạt 96–97%), hàm lượng lipid từ 0,5% đến 50% tùy loại mô, cùng các vitamin thiết yếu (A, B1, PP, C, B12) và khoáng chất (Ca, P, Mg, Zn, Cu, Fe, Se). Tuy nhiên, do có độ ẩm và hàm lượng dưỡng chất cao, thịt lợn sau giết mổ rất dễ bị vi sinh vật xâm nhập và phân hủy, dẫn đến ôi thối và mất giá trị thương phẩm. Phương pháp bảo quản lạnh đông truyền thống (ở nhiệt độ từ -12°C đến -20°C) tuy kéo dài được thời gian nhưng làm giảm chất lượng cảm quan và giá trị dinh dưỡng do hiện tượng biến tính protein và tổn thất dịch bào khi rã đông. Việc nghiên cứu ứng dụng màng bao mỏng sinh học chitosan kết hợp với bảo quản lạnh ở nhiệt độ thấp là giải pháp kỹ thuật nhằm kiểm soát vi sinh vật và duy trì chất lượng tươi sống của thịt.

Mục tiêu tổng quát của đề tài là nghiên cứu xử lý bảo quản thịt lợn tươi bằng chế phẩm chitosan để kéo dài thời gian bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp. Các nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu cụ thể được xác định gồm:

  1. Xác định độ dày thích hợp của miếng thịt lợn mông và thịt lợn thăn cho quá trình bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp kết hợp chế phẩm chitosan.
  2. Xác định nồng độ chitosan thích hợp cho bảo quản thịt lợn thăn ở nhiệt độ thấp.
  3. Xác định nồng độ chitosan thích hợp cho bảo quản thịt lợn mông ở nhiệt độ thấp.
  4. Hoàn thiện quy trình kỹ thuật bảo quản thịt lợn tươi bằng chế phẩm chitosan kết hợp màng bọc PE và nhiệt độ lạnh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Thịt lợn tươi (phần thịt thăn và thịt mông) và chế phẩm polyme sinh học chitosan.
  • 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: Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy, thực hiện và hoàn thành năm 2017.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài tập trung vào các biến đổi sinh hóa sau giết mổ của mô cơ động vật và đặc tính kháng khuẩn của polyme sinh học chitosan:

  • Các giai đoạn biến đổi của thịt sau giết mổ: Giai đoạn 1 (Sự tê cứng do glycogen chuyển hóa thành axit lactic); Giai đoạn 2 (Chín tới, độ đàn hồi tốt, pH giảm xuống 4–5); Giai đoạn 3 (Tự phân sâu do enzyme nội tại phân giải protein và lipid); Giai đoạn 4 (Thịt nhạt màu, mềm nát, rỉ dịch); Giai đoạn 5 (Thối rữa do vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí tiết enzyme proteinaza phân giải protein tạo NH3, H2S, indol, mercaptan).
  • Các dạng hư hỏng: Sinh nhớt bề mặt (Micrococcus, Pseudomonas, nấm men), lên men chua, ôi hóa lipid và biến đổi màu sắc từ myoglobin/oxymyoglobin thành metmyoglobin chứa Fe3+.
  • Polyme sinh học chitosan: Là sản phẩm deacetyl hóa của chitin có nguồn gốc từ vỏ giáp xác (tôm, cua, ghẹ chiếm 14–35% trọng lượng khô), mang công thức phân tử $[C_6H_{11}O_4N]_n$, phân tử lượng $M = (161,07)_n$, nhiệt độ nóng chảy 309–311°C. Cơ chế kháng khuẩn dựa trên tương tác tĩnh điện giữa đại phân tử tích điện dương của chitosan với màng tế bào vi sinh vật tích điện âm làm rách vách tế bào, biến đổi cấu trúc ADN/ARN, ngăn cản trao đổi chất và tạo phức chelat kìm hãm ion kim loại.
  • Tiêu chuẩn quy chiếu: Đánh giá chất lượng thịt dựa trên Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7046:2009 (Thịt tươi – Yêu cầu kỹ thuật) và TCVN 3215:1979 (Sản phẩm thực phẩm – Phân tích cảm quan bằng phương pháp cho điểm).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai thông qua các hệ thống thí nghiệm và kiểm nghiệm sau:

Nhóm nội dung Phương pháp và thông số thực nghiệm Chỉ tiêu và tiêu chuẩn đánh giá
Thí nghiệm 1: Xác định độ dày Cắt thịt thăn và thịt mông thành 3 mức độ dày: 1 cm, 2 cm, 3 cm; xử lý màng chitosan, bảo quản lạnh ở 0–4°C. - Điểm cảm quan (TCVN 3215:1979)
- Phản ứng H2S và NH3 (1, 2, 3 ngày)
- Tổng số vi sinh vật hiếu khí (CFU/g)
Thí nghiệm 2: Xác định nồng độ Nhúng mẫu thịt có độ dày tối ưu vào 3 công thức dung dịch chitosan: 0,5%, 1,0%, 1,5% (pha trong axit axetic loãng), để ráo, lặp lại 3 lần. - Cảm quan thịt tươi và thịt luộc (1–5 ngày)
- Xét nghiệm định tính H2S và NH3
- Mật độ vi sinh vật tổng số
Thí nghiệm 3: Hoàn thiện quy trình Kết hợp xử lý dung dịch chitosan tối ưu, bao gói màng bọc PE và duy trì nhiệt độ bảo quản lạnh 0–4°C. - Tổng hợp các chỉ tiêu an toàn và cảm quan thương phẩm.
Phương pháp kiểm nghiệm vi sinh Đồng nhất 10g mẫu trong 90ml nước pepton 1%, pha loãng thập phân, cấy gạt 0,1ml lên đĩa môi trường thạch PDA và MP, ủ ở 25°C trong 5–7 ngày. Giới hạn tổng vi sinh vật hiếu khí theo TCVN 7046:2009 ($10^5$ CFU/g đối với thịt miếng).
Phương pháp kiểm nghiệm hóa lý - Định tính H2S: Phản ứng với giấy tẩm chì axetat $Pb(CH_3COO)_2$ 6% trong môi trường NaOH 30%.
- Định tính NH3: Phản ứng bay hơi với thuốc thử Ebe (10ml HCl 25% + 50ml $C_2H_5OH$ 95% + 10ml ete etylic).		 - H2S: Âm tính (không đổi màu giấy lọc).
- NH3: Âm tính (không xuất hiện khói mù trắng $NH_4Cl$).

Dữ liệu thực nghiệm được thu thập, tính toán giá trị trung bình trên Microsoft Excel 2010 và xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS phiên bản 16.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài bảo quản thịt lợn tươi sống. Phân tích thực trạng thất thoát dinh dưỡng khi sử dụng phương pháp bảo quản đông lạnh sâu và tính cấp thiết của việc áp dụng màng bao sinh học tự nhiên. Xác lập hệ thống 1 mục tiêu chung và 4 yêu cầu công nghệ cụ thể cần đạt được.

Phần 2: Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống hóa toàn diện các kiến thức chuyên ngành:

  • Khái niệm và phân loại: Định nghĩa thịt tươi sống, phân loại 8 phần thịt lợn thương phẩm tại Việt Nam (thịt thủ, nạc vai, chân giò, móng, sườn non, thịt thăn, thịt ba chỉ, thịt mông) và giá trị sinh học của các hợp chất chứa nitơ, lipid, khoáng chất, vitamin.
  • Tình hình sản xuất, tiêu thụ và an toàn thực phẩm: Số liệu sản lượng thịt lợn toàn cầu (FAO), cơ cấu tiêu thụ nội địa tại khu vực đô thị và nông thôn Việt Nam, các nguy cơ mất an toàn thực phẩm do lạm dụng hóa chất và ô nhiễm vi sinh vật.
  • Động học biến đổi và hư hỏng của thịt: Chi tiết 5 giai đoạn biến đổi sau giết mổ và 7 dạng hư hỏng đặc trưng (sinh nhớt, chua, thối rữa, biến màu heme của myoglobin, phát quang do vi khuẩn Photobacterium, nấm mốc bề mặt, ôi hóa chất béo).
  • Tổng quan về chitosan: Nguồn gốc lịch sử từ chitin (Braconnot, 1821), cấu trúc hóa học poly(1-4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose, các đặc tính lý học, hóa học, sinh học, 4 cơ chế kháng vi sinh vật và ứng dụng thực tiễn trong công nghệ thực phẩm, y tế, xử lý môi trường.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Quy định danh mục nguyên vật liệu, hóa chất (chitosan, axit axetic, $Pb(CH_3COO)_2.3H_2O$, NaOH, HCl, $C_2H_5OH$, ete etylic, $CuSO_4$) và dụng cụ chuyên dụng. Mô tả chi tiết sơ đồ bố trí 3 thí nghiệm khảo sát độ dày lát cắt (1 cm, 2 cm, 3 cm) và nồng độ chế phẩm chitosan (0,5%, 1,0%, 1,5%). Trình bày chi tiết phương pháp đánh giá cảm quan thịt tươi và thịt luộc chín theo TCVN 3215:1979/TCVN 7046:2009; phương pháp đổ đĩa đếm khuẩn lạc vi sinh vật hiếu khí (CFU/g); nguyên tắc thử nghiệm hóa lý định tính H2S bằng giấy chì axetat và thử nghiệm NH3 bằng thuốc thử Ebe.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Trình bày các bảng số liệu thực nghiệm và biện luận chuyên môn:

  • Ảnh hưởng của độ dày miếng thịt: Phân tích diễn biến điểm cảm quan trạng thái, màu sắc, mùi vị của thịt thăn và thịt mông trong 3 ngày; đánh giá kết quả phản ứng hóa lý H2S và NH3; so sánh mật độ vi sinh vật tổng số giữa các kích thước cắt mẫu.
  • Ảnh hưởng của nồng độ chitosan: Phân tích sự thay đổi điểm chất lượng cảm quan thịt tươi và thịt sau luộc chín từ ngày 1 đến ngày 5 ở các nồng độ 0,5%, 1,0%, 1,5%; theo dõi khả năng kìm hãm vi sinh vật và ngăn chặn phản ứng thối rữa sinh khí độc.

Phần 5: Kết luận và đề nghị

Đưa ra kết luận tổng hợp về các thông số kỹ thuật tối ưu (độ dày lát cắt, nồng độ dung dịch chitosan) và đề xuất các kiến nghị nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng quy trình vào thực tiễn sản xuất.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã thu thập và xử lý các số liệu thực nghiệm cụ thể qua từng giai đoạn khảo sát:

  1. Kết quả xác định độ dày lát cắt miếng thịt (Thí nghiệm 1):
  • Về cảm quan: Điểm đánh giá cảm quan tổng hợp có trọng số (ĐTCTL) sau 3 ngày bảo quản lạnh cho thấy mẫu thịt có độ dày 3 cm duy trì cấu trúc và cảm quan tốt nhất (thịt thăn tươi đạt 17,08 điểm – xếp loại Khá; thịt mông tươi đạt 16,16 điểm – xếp loại Khá). Mẫu có độ dày 1 cm giảm điểm nhanh nhất (thịt thăn đạt 14,3 điểm; thịt mông đạt 14,16 điểm – đều xếp loại Trung bình). Thịt luộc chín ở độ dày 2 cm và 3 cm sau 3 ngày đạt mức từ 14,98 đến 16,72 điểm.
  • Về chỉ tiêu hóa lý: Kết quả thử nghiệm định tính H2S (giấy chì axetat) và thử nghiệm NH3 (thuốc thử Ebe) của cả thịt thăn và thịt mông ở cả 3 mức độ dày (1 cm, 2 cm, 3 cm) trong suốt 3 ngày bảo quản đều cho kết quả Âm tính (-), không xuất hiện vết màu hay khói trắng.
  • Về chỉ tiêu vi sinh vật: Sau 3 ngày bảo quản lạnh, mẫu thịt có độ dày 2 cm cho mật độ tổng vi sinh vật hiếu khí thấp nhất ở cả hai loại thịt, thấp hơn ngưỡng giới hạn cho phép của TCVN 7046:2009 ($10^5$ CFU/g). Mẫu thịt thăn độ dày 2 cm ghi nhận mật độ $43,6 \times 10^3$ CFU/g. Do đó, kích thước độ dày 2 cm được chọn làm thông số tối ưu cho các thí nghiệm tiếp theo.
  1. Kết quả xác định nồng độ dung dịch chitosan (Thí nghiệm 2):
  • Về cảm quan: Nồng độ chitosan 1,0% và 1,5% giúp duy trì chất lượng cảm quan thịt thăn và thịt mông ở mức Khá trong 3 ngày đầu. Điểm cảm quan giảm dần sang mức Trung bình ở ngày thứ 4 và thứ 5.
Mẫu khảo sát Nồng độ chitosan Điểm cảm quan thịt tươi ngày 1 Điểm cảm quan thịt tươi ngày 3 Điểm cảm quan thịt tươi ngày 5 Xếp loại ngày 5
Thịt thăn 0,5% 18,18 (Khá) 15,10 (Trung bình) 11,90 Trung bình
Thịt thăn 1,0% - 15,20 (Khá) 11,98 Trung bình
Thịt thăn 1,5% - 15,42 (Khá) 11,82 Trung bình
Thịt mông 0,5% - 14,54 (Trung bình) 11,46 Trung bình
Thịt mông 1,0% - 15,20 (Khá) 11,28 Trung bình
Thịt mông 1,5% - 15,34 (Khá) - -
  • Về kiểm soát phân hủy: Màng chitosan kết hợp nhiệt độ bảo quản thấp kìm hãm hiệu quả sự gia tăng của vi sinh vật hiếu khí và ngăn ngừa sự hình thành các gốc khí gây thối rữa ($H_2S$, $NH_3$).
  1. Quy trình đề xuất và đóng góp kỹ thuật:
  • Đề tài hoàn thiện quy trình bảo quản thịt lợn tươi: Phân loại cơ thịt thăn/mông, làm sạch bề mặt, tạo hình miếng thịt có độ dày 2 cm, nhúng ngập trong dung dịch chế phẩm chitosan nồng độ 1,0% – 1,5%, để ráo tự nhiên nhằm hình thành lớp màng bao sinh học, bao gói kín bằng màng bọc PE và bảo quản ổn định ở nhiệt độ lạnh 0–4°C.
  • Đóng góp khoa học: Chứng minh khả năng ứng dụng thực tế của màng sinh học chitosan tự nhiên trong bảo quản thịt đỏ tươi sống; cung cấp hệ thống dẫn liệu thực nghiệm về mối liên hệ giữa kích thước cơ học của lát cắt thịt, nồng độ polyme màng bao và tốc độ biến đổi sinh hóa - vi sinh trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Thời gian theo dõi thực nghiệm trong khuôn khổ khóa luận chỉ thực hiện trong phạm vi ngắn (từ 3 đến 5 ngày bảo quản).
  • Đối tượng khảo sát giới hạn trên hai phần cơ nạc là thịt thăn và thịt mông, chưa đánh giá trên các phần thịt có hàm lượng mô mỡ hoặc liên kết cao hơn (như ba chỉ, sườn, nạc vai).
  • Phân tích hóa lý chủ yếu dừng lại ở các phương pháp định tính sơ bộ (H2S, NH3), chưa phân tích định lượng các chỉ tiêu hóa sinh chuyên sâu như hàm lượng nitơ base bay hơi tổng số (TVB-N), chỉ số peroxide, chỉ số TBARS hay sự biến đổi nồng độ myoglobin.
  • Giá thành nguyên liệu chitosan thương phẩm còn tương đối cao so với thực tế sản xuất quy mô công nghiệp.

Hướng nghiên cứu mở rộng:

  • Kéo dài thời gian theo dõi chất lượng bảo quản lạnh lên các mốc thời gian dài hơn (7–14 ngày).
  • Mở rộng phạm vi nghiên cứu trên toàn bộ 8 phần thịt thương phẩm của lợn.
  • Bổ sung các phương pháp định lượng hóa sinh, phân tích cấu trúc cơ học (độ dai, độ đàn hồi) và định danh cụ thể các chủng vi sinh vật gây ôi thối trên mô thịt.
  • Tối ưu hóa công nghệ chiết xuất chitosan từ phế phụ liệu thủy sản để hạ giá thành chế phẩm màng bảo quản.

Giá trị tham khảo

Công trình là tài liệu tham khảo thực nghiệm cho sinh viên, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sau thu hoạch, Công nghệ sinh học và Quản lý chất lượng an toàn thực phẩm.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng trực tiếp gồm:

  • Quy trình chuẩn bị dung dịch và kỹ thuật tạo màng bao chitosan trên bề mặt thực phẩm tươi sống.
  • Phương pháp xây dựng thang điểm và tổ chức hội đồng đánh giá cảm quan thực phẩm theo TCVN 3215:1979 và TCVN 7046:2009.
  • Thao tác thực nghiệm kiểm tra nhanh chất lượng thịt tươi thông qua phản ứng định tính H2S bằng giấy chì axetat và phản ứng tạo khói trắng NH3 bằng thuốc thử Ebe.
  • Dữ liệu tham chiếu về động học phát triển của vi sinh vật hiếu khí trên thịt lợn tươi bảo quản lạnh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan đối với vi sinh vật gây hỏng thịt lợn tươi được giải thích như thế nào trong nghiên cứu?
    Chitosan là đại phân tử tích điện dương, tương tác tĩnh điện với màng tế bào vi sinh vật tích điện âm làm tổn thương màng và thoát dịch nội bào. Đồng thời, phân tử chitosan phân tán xung quanh tế bào gây biến đổi cấu trúc ADN/ARN, cản trở quá trình tổng hợp protein, tạo màng mỏng cản trở hấp thu dinh dưỡng và tạo phức liên kết chọn lọc với các ion kim loại vết để ức chế độc tố vi khuẩn.

  2. Vì sao tác giả lựa chọn độ dày miếng thịt 2 cm thay vì 1 cm hay 3 cm cho quy trình bảo quản?
    Mặc dù mẫu thịt dày 3 cm đạt điểm cảm quan trạng thái cao hơn sau 3 ngày, nhưng mẫu có độ dày 2 cm lại ghi nhận mật độ tổng số vi sinh vật hiếu khí thấp nhất ($43,6 \times 10^3$ CFU/g đối với thịt thăn), thấp hơn so với mẫu 3 cm và 1 cm, đảm bảo cân bằng tối ưu giữa cấu trúc cơ học và khả năng ức chế vi sinh vật theo TCVN 7046:2009.

  3. Hai phản ứng hóa lý định tính H2S và NH3 được tiến hành dựa trên nguyên tắc và hóa chất nào?
    Phản ứng H2S dựa trên nguyên tắc khí hydrosunfua thoát ra từ thịt hỏng phản ứng với giấy tẩm chì axetat $Pb(CH_3COO)_2$ 6% trong môi trường kiềm NaOH 30% để tạo kết tủa chì sunfua màu đen. Phản ứng NH3 dùng thuốc thử Ebe (hỗn hợp HCl 25%, etanol 95% và ete etylic) để khí amoniac tạo thành muối amon clorua dạng khói mù trắng quanh mẫu thử.

  4. Dung dịch chitosan được khảo sát ở những dải nồng độ nào và hiệu quả cảm quan ra sao?
    Nghiên cứu khảo sát 3 mức nồng độ gồm 0,5%, 1,0% và 1,5%. Trong 3 ngày đầu, các mẫu xử lý nồng độ 1,0% và 1,5% duy trì điểm cảm quan thịt tươi và thịt luộc ở mức Khá (15,2–18,38 điểm). Đến ngày thứ 5, điểm cảm quan của tất cả các nồng độ đều giảm xuống mức Trung bình (11,28–12,4 điểm), trong đó nồng độ 0,5% suy giảm chất lượng nhanh hơn.

  5. Các tiêu chuẩn Việt Nam nào được sử dụng làm căn cứ pháp lý và kỹ thuật trong khóa luận?
    Nghiên cứu áp dụng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7046:2009 để đối chiếu các yêu cầu kỹ thuật về chỉ tiêu cảm quan, lý hóa (H2S âm tính, NH3 không quá 35 mg/100g), dư lượng kim loại nặng, thuốc thú y, hormone và giới hạn vi sinh vật ($10^5$ CFU/g cho thịt miếng tươi); đồng thời sử dụng TCVN 3215:1979 để làm căn cứ cho điểm đánh giá cảm quan.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lại Hoàng Kiên đã nghiên cứu thực nghiệm thành công việc ứng dụng màng polyme sinh học chitosan để bảo quản thịt lợn tươi (thịt thăn và thịt mông) trong điều kiện nhiệt độ thấp (0–4°C). Kết quả xác định kích thước cắt miếng thịt tối ưu có độ dày 2 cm, kết hợp xử lý dung dịch chitosan nồng độ từ 1,0% đến 1,5% và bao gói màng PE giúp duy trì tốt chất lượng cảm quan và kiểm soát tổng số vi sinh vật hiếu khí đạt tiêu chuẩn TCVN 7046:2009 trong 3–5 ngày bảo quản. Đề tài cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm có giá trị cho việc phát triển các giải pháp bảo quản màng sinh học an toàn, thân thiện với môi trường trong ngành công nghệ thực phẩm.