Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành thủy sản giữ vai trò mũi nhọn trong cơ cấu kinh tế Việt Nam với kim ngạch xuất khẩu đóng góp đáng kể cho ngân sách quốc gia. Theo số liệu thống kê năm 2019 được tác giả trích dẫn, tổng sản lượng thủy sản cả nước đạt 3,77 triệu tấn (tăng 6% so với năm 2018), trong đó sản lượng khai thác đạt 1,85 triệu tấn (tăng 5,2%). Mặc dù nguồn cung dồi dào, tỷ lệ nguyên liệu được đưa vào chế biến sâu chỉ chiếm khoảng 50%. Các loại cá tạp, cá nước ngọt kích cỡ nhỏ thường chỉ được dùng làm thức ăn chăn nuôi, ủ mắm truyền thống hoặc chế biến thô sơ, dẫn đến giá trị gia tăng thấp và gây lãng phí nguồn tài nguyên protein.

Chả cá là sản phẩm chế biến truyền thống phổ biến tại khu vực Đông Nam Á (mang các tên gọi bản địa như Bebola tại Malaysia/Brunei, Bakso tại Indonesia, Bola-bolax tại Philippines). Đây là dạng thực phẩm tiện dụng, giàu đạm, hàm lượng lipid thấp, không chứa cholesterol, phù hợp cho người có chế độ ăn kiêng, người mắc bệnh tiểu đường, béo phì hoặc người nhạy cảm với mùi tanh của cá tươi. Việc nghiên cứu công nghệ chế biến chả cá từ cá rô phi cỡ nhỏ nhằm đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế cho chuỗi nuôi trồng thủy sản. Đề tài khóa luận này là một hợp phần nằm trong khuôn khổ Đề tài cấp Quốc gia: "Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật, xây dựng mô hình nuôi thủy sản bền vững bảo vệ môi trường nước, phát triển sinh kế, nâng cao đời sống cư dân lòng hồ Hòa Bình, Sơn La, Núi Cốc góp phần xây dựng nông thôn mới" do TS. Lê Minh Châu làm chủ nhiệm.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể:

  1. Mục tiêu tổng quát: Xây dựng quy trình sản xuất sản phẩm chả cá rô phi với các thông số công nghệ được tối ưu hóa, đảm bảo chất lượng cảm quan, an toàn vệ sinh thực phẩm và có tính khả thi trong điều kiện sản xuất thực tế.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Khảo sát ảnh hưởng của các loại phụ gia và tỷ lệ phối trộn phụ gia đến cấu trúc, màu sắc, mùi vị của sản phẩm.
    • Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xay nghiền và thời gian hấp đến chất lượng sản phẩm chả cá.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cá rô phi (Oreochromis sp.) khối lượng 250 ± 20 g/con, được nuôi theo chuỗi giá trị thuộc khuôn khổ dự án tại các vùng lòng hồ Hòa Bình, Sơn La, Núi Cốc.
  • Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm, Khoa Chăn nuôi Thú y - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên; các chỉ tiêu vi sinh vật được phân tích tại Viện Khoa học sự sống - Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
  • Thời gian thực hiện: Từ tháng 03/2020 đến tháng 07/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về hóa sinh học cơ thịt cá và công nghệ chế biến thực phẩm dạng gel protein:

  • Hiện tượng Suvari và Modari: Sự tạo gel của chả cá hình thành từ quá trình trích ly và duỗi mạch của protein tơ cơ (chủ yếu là sợi myosin và actin) dưới tác động của lực cơ học và muối ăn. Hiện tượng Suvari (tạo mạng lưới gel đàn hồi bền vững) diễn ra thuận lợi ở các ngưỡng nhiệt độ: 10°C (24–48 giờ), 30°C (2 giờ) và 35°C (30 phút). Ngược lại, hiện tượng Modari (phá hủy cấu trúc gel) xuất hiện mạnh ở dải nhiệt độ 40–70°C làm giảm tính liên kết của khối chả, đòi hỏi quá trình gia nhiệt phải vượt nhanh qua khoảng nhiệt độ này.
  • Cơ chế phụ gia và gia vị: Carrageenan (polysaccharide chiết xuất từ tảo đỏ gồm các gốc D-galactose và 3,6-anhydro D-galactose) có khả năng tương tác với phân tử nước và cation tạo cấu trúc gel giòn dai, ổn định nhũ tương; tinh bột biến tính (bột năng, bột bắp) đóng vai trò chất độn, giữ nước và tạo liên kết hydro; Sodium Tripolyphosphate (STPP) hỗ trợ giữ ẩm, tăng khả năng giữ nước của mô cơ; muối ăn (NaCl) hỗ trợ hòa tan protein myofibrillar; đường saccharose điều vị, giảm hoạt độ của nước ($a_w$) và tham gia phản ứng tạo màu Maillard; bột tiêu tạo mùi thơm cay nồng đặc trưng nhờ piperin.
  • Hệ thống tiêu chuẩn chất lượng áp dụng: Muối ăn (NaCl >97%), bột tiêu (TCVN 5647-1992, piperin ≥4%, ẩm <13%), đường tinh luyện (TCVN 7270-2003, saccarose >99%), carrageenan (TCVN 10372:2014), thuỷ sản đông lạnh (TCVN 5289:2006).

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Bố trí thí nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố kế thừa gồm 4 nội dung thí nghiệm nối tiếp nhau; thông số tối ưu ở thí nghiệm trước được cố định làm điều kiện đầu vào cho thí nghiệm tiếp theo. Mỗi công thức thí nghiệm được lặp lại 3 lần.
  • Phương pháp đánh giá cảm quan: Đánh giá bằng phương pháp cho điểm thị hiếu theo tiêu chuẩn TCVN 3215-79 sử dụng thang điểm 20 (5 bậc điểm từ 0 đến 5). Hội đồng cảm quan gồm 7 thành viên đã qua huấn luyện. Hệ số trọng lượng (HSTL) cho các chỉ tiêu được ấn định gồm: Trạng thái (1,2), Màu sắc (1,2), Mùi (1,0), Vị (1,0). Sản phẩm đạt yêu cầu khi tổng điểm đã nhân hệ số trọng lượng (HSCTL) đạt từ 11,2 điểm trở lên.
  • Phương pháp phân tích vi sinh vật: Xác định tổng số vi sinh vật hiếu khí theo TCVN 4884-1:2015 / TCVN 4884-2:2015; xác định Escherichia coli theo TCVN 6846:2007; Staphylococcus aureus theo TCVN 4830-1:2005; Salmonella theo TCVN 10780-1:2017; Clostridium perfringens theo TCVN 4991:2005; đối chiếu theo giới hạn quy định tại TCVN 10734-15.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Thu thập dữ liệu và xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS 20; phân tích phương sai một chiều (One-way ANOVA) và kiểm định sâu sai khác giữa các giá trị trung bình bằng phép thử Duncan ở mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của việc tận dụng nguồn nguyên liệu cá rô phi nước ngọt giá rẻ nhằm đa dạng hóa sản phẩm chế biến thủy sản có giá trị gia tăng. Nêu rõ mối liên hệ giữa đề tài với dự án cấp Quốc gia về phát triển sinh kế lòng hồ tại các tỉnh miền núi phía Bắc, đồng thời xác lập hệ thống mục tiêu tổng quát, mục tiêu cụ thể và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của khóa luận.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tổng hợp các đặc điểm hình thái và giá trị dinh dưỡng của cá rô phi (hàm lượng protid 10,3–24,4%, lipid 0,1–54,0%, nước 48,0–85,1%, muối vô cơ 0,5–5,6%). Phân tích các tiêu chuẩn nguyên liệu phụ gia (muối ăn, hạt tiêu, đường cát trắng, carrageenan). Luận giải bản chất biến tính protein tơ cơ dưới tác động cơ học trong quá trình xay quết, ảnh hưởng của lực cắt ma sát và sự kiểm soát nhiệt độ khối chả dưới 35°C để tránh biến tính nhiệt. Phân tích hiện tượng hóa lý Suvari/Modari, các mối nguy vi sinh vật điển hình (Salmonella, Bacillus cereus, E. coli, Coliforms) và khảo sát các dòng sản phẩm chả cá hiện có trên thị trường.

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

Mô tả chi tiết nguồn gốc nguyên liệu cá rô phi tại hồ Hòa Bình, Sơn La, Núi Cốc và quy cách dụng cụ, thiết bị thí nghiệm. Trình bày sơ đồ khối quy trình dự kiến từ khâu xử lý nguyên liệu, phối trộn phụ gia, xay nghiền, tạo hình, hấp, chiên đến đóng gói bảo quản. Chi tiết hóa phương pháp bố trí 4 thí nghiệm đơn yếu tố (chọn loại phụ gia, tỷ lệ phụ gia, thời gian xay nghiền, thời gian hấp), quy định thành lập hội đồng cảm quan theo TCVN 3215-79 và quy trình phân tích mẫu vi sinh vật tại Viện Khoa học sự sống.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

Tác giả đã triển khai 4 thí nghiệm đơn yếu tố nối tiếp nhau để tối ưu hóa quy trình sản xuất:

1. Khảo sát ảnh hưởng của loại phụ gia (Thí nghiệm 1): Bổ sung đồng mức 2% các loại phụ gia: Bột năng (CT1), Bột bắp (CT2), STPP (CT3), Carrageenan (CT4) vào khối cá.

Công thức Loại phụ gia (2%) Màu sắc Trạng thái Mùi Vị Điểm HSCTL Xếp loại
CT1 Bột năng 3,13 3,00 3,06 3,06 10,42 Trung bình
CT2 Bột bắp 2,70 2,83 3,03 3,03 12,73 Trung bình
CT3 STPP 2,10 2,10 2,23 2,26 9,11 Kém/TB
CT4 Carrageenan 3,50 3,50 3,50 3,60 15,52 Khá

Nhận xét: CT4 bổ sung carrageenan cho điểm cảm quan cao nhất ở tất cả các chỉ tiêu, cấu trúc giòn dai, bóng mịn. CT1 và CT2 cho khối chả bị bở, ít kết dính; CT3 dùng STPP cho điểm thấp nhất, xuất hiện vị đắng nhẹ và bề mặt chả sau chiên có nhiều lỗ rỗ li ti. Phụ gia carrageenan được chọn cho các bước tiếp theo.

2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phụ gia carrageenan (Thí nghiệm 2): Khảo sát 3 tỷ lệ carrageenan: 1% (CT1), 2% (CT2), 3% (CT3).

Công thức Tỷ lệ phụ gia (%) Màu sắc Trạng thái Mùi Vị Điểm HSCTL Xếp loại
CT1 1 2,90 3,06 3,00 3,13 13,29 Trung bình
CT2 2 3,65 3,56 3,63 3,66 15,96 Khá
CT3 3 3,20 3,14 3,23 3,05 13,87 Trung bình

Nhận xét: Tỷ lệ 2% carrageenan (CT2) cho cấu trúc mềm dai hài hòa, vỏ và nhân không bị tách lớp. Ở tỷ lệ 1%, chả xuất hiện hiện tượng tách lớp giữa vỏ và ruột sau khi chiên. Ở tỷ lệ 3%, chả có trạng thái khô cứng và xốp (tương tự thoái hóa tinh bột). Tác giả chọn tỷ lệ 2% carrageenan.

3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xay nghiền (Thí nghiệm 3): Khảo sát thời gian xay tại mức tốc độ số 1 của máy xay: 1,0 phút (CT1), 1,5 phút (CT2), 2,0 phút (CT3).

Công thức Thời gian xay (phút) Màu sắc Trạng thái Mùi Vị Điểm HSCTL Xếp loại
CT1 1,0 3,53 3,56 3,60 3,63 15,75 Trung bình
CT2 1,5 4,10 4,10 3,93 4,00 17,75 Trung bình
CT3 2,0 4,36 4,36 4,36 4,43 19,26 Khá

Nhận xét: Thời gian xay 2 phút (CT3) đạt điểm đánh giá cao nhất (19,26 điểm), khối thịt nhuyễn đồng nhất, phụ gia phân tán đều, liên kết gel bền vững. Thời gian 1 và 1,5 phút khiến khối nguyên liệu chưa đạt độ mịn màng, mạng lưới gel lỏng lẻo làm tăng tỷ lệ hao hụt khi làm chín. Tác giả chọn thời gian xay 2 phút.

4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp (Thí nghiệm 4): Khảo sát thời gian hấp cách thủy: 2 phút (CT1), 4 phút (CT2), 6 phút (CT3).

Công thức Thời gian hấp (phút) Màu sắc Trạng thái Mùi Vị Điểm HSCTL Xếp loại
CT1 2 4,21 4,15 4,08 4,11 18,21 Trung bình
CT2 4 4,47 4,51 4,50 4,53 19,81 Khá
CT3 6 4,41 4,30 4,42 4,35 19,23 Khá

Nhận xét: Hấp trong 4 phút (CT2) giúp chả chín tới, bề mặt láng mịn, giữ được độ ẩm và màu sắc tươi sáng đặc trưng (19,81 điểm). Hấp 2 phút chả chưa đạt độ chín đồng đều, bề mặt khô; hấp 6 phút làm bề mặt chả bị sẫm màu vàng ngà và khô ráo quá mức. Tác giả chọn thời gian hấp 4 phút.

5. Hoàn thiện quy trình và đánh giá chất lượng thành phẩm:

  • Quy trình công nghệ chuẩn hóa gồm các bước: Nguyên liệu cá tươi sống (250–300 g) $\rightarrow$ Xử lý sơ bộ (rửa nước lạnh 0–5°C, phi lê bỏ da, xương, khử tanh bằng nước vo gạo/rượu gừng) $\rightarrow$ Phối trộn gia vị và phụ gia $\rightarrow$ Xay nghiền (2 phút) $\rightarrow$ Định hình $\rightarrow$ Hấp cách thủy (4 phút) $\rightarrow$ Chiên dầu sôi (3–5 phút) $\rightarrow$ Làm nguội (trữ lạnh <5°C nếu chưa đóng gói) $\rightarrow$ Bao gói kín trong bao PE hút chân không $\rightarrow$ Bảo quản.
  • Công thức phối trộn gia vị/phụ gia (tính theo tỷ lệ % khối lượng thịt cá): Muối 0,5%, Đường 1,0%, Bột ngọt 1,0%, Carrageenan 2,0%.
  • Kiểm tra thành phẩm: Độ ẩm đạt 59,03%; Tổng số vi sinh vật hiếu khí đạt $4,7 \times 10^6$ CFU/g; Salmonella không phát hiện (0 CFU/g), đáp ứng yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm.
  • Chi phí nguyên liệu trực tiếp: Ước tính chi phí cá nguyên liệu là 35.650 VNĐ cho 1 kg chả cá sản xuất thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết 4 thông số kỹ thuật cốt lõi đã đạt được và nêu các kiến nghị nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ cho các đối tượng cá nước ngọt khác, đồng thời khuyến nghị nghiên cứu sâu hơn về thời hạn bảo quản sản phẩm.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã xác lập bộ thông số kỹ thuật hoàn chỉnh cho quy trình sản xuất chả cá rô phi ở quy mô phòng thí nghiệm:

  • Thông số công nghệ tối ưu: Sử dụng phụ gia carrageenan với tỷ lệ phối trộn 2,0%; thời gian xay nghiền 2,0 phút (ở nấc tốc độ 1); thời gian hấp cách thủy 4,0 phút; thời gian chiên hoàn thiện 3–5 phút trong dầu sôi.
  • Tỷ lệ phối chế gia vị chuẩn: 0,5% muối ăn; 1,0% đường cát trắng; 1,0% bột ngọt; 2,0% carrageenan tính trên tổng khối lượng thịt cá phi lê.
  • Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm: Độ ẩm đạt 59,03%; không phát hiện vi khuẩn Salmonella (0 CFU/g); tổng số vi sinh vật hiếu khí đạt $4,7 \times 10^6$ CFU/g; điểm đánh giá cảm quan tổng hợp đạt loại Khá theo TCVN 3215-79.
  • Đóng góp thực tiễn: Khóa luận đã cung cấp một quy trình công nghệ cụ thể giúp tận dụng nguồn cá rô phi thương phẩm kích thước nhỏ (250–300 g) từ các hồ chứa thủy điện, góp phần nâng cao giá trị gia tăng cho ngành nuôi trồng thủy sản nước ngọt và phục vụ trực tiếp cho mục tiêu tạo sinh kế của Đề tài cấp Quốc gia tại vùng hồ Hòa Bình, Sơn La, Núi Cốc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo trình bày của tác giả trong văn bản:

  • Hạn chế nghiên cứu: Thí nghiệm mới thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với thiết bị máy xay sinh tố gia đình (mới kiểm soát thời gian xay, chưa đo và kiểm soát được chính xác vận tốc vòng quay của trục dao xay); chưa tiến hành theo dõi và đánh giá chất lượng sản phẩm biến đổi theo từng công đoạn trung gian; chưa thực nghiệm xác định thời hạn bảo quản tối ưu của sản phẩm ở các điều kiện nhiệt độ và bao gói khác nhau; hạch toán kinh tế mới dừng lại ở việc tính toán chi phí nguyên liệu thô trực tiếp, chưa tính chi phí năng lượng, khấu hao máy móc và quản lý sản xuất.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Thử nghiệm ứng dụng quy trình trên các đối tượng cá nước ngọt khác có giá trị kinh tế thấp để nâng cao hiệu quả và đa dạng hóa sản phẩm; nghiên cứu chế độ bao gói, bổ sung chất chống oxy hóa tự nhiên và theo dõi biến thiên chất lượng để xác định thời hạn bảo quản chính xác của sản phẩm khi thương mại hóa.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên và học viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Chế biến Thủy sản; kỹ thuật viên tại các cơ sở chế biến thực phẩm; các nhà nghiên cứu về chuỗi giá trị thủy sản nội địa và sinh kế nông thôn.
  • Nội dung giá trị: Phương pháp thiết kế chuỗi thí nghiệm đơn yếu tố kế thừa trong công nghệ thực phẩm; kỹ thuật đánh giá cảm quan thực phẩm theo TCVN 3215-79 kết hợp phân tích phương sai ANOVA và kiểm định Duncan trên phần mềm SPSS 20; quy trình xử lý mùi tanh và tạo gel cho cơ thịt cá rô phi bằng carrageenan.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao phụ gia carrageenan được lựa chọn thay thế cho STPP, bột năng và bột bắp? Trong thí nghiệm 1 với tỷ lệ bổ sung 2%, carrageenan cho điểm cảm quan cao nhất (15,52 điểm - loại Khá), giúp chả cá có cấu trúc giòn dai, đàn hồi và bề mặt mịn màng. Trong khi đó, bột năng và bột bắp làm chả bị bở, ít kết dính (lần lượt đạt 10,42 và 12,73 điểm); STPP đạt điểm thấp nhất (9,11 điểm) do tạo vị đắng nhẹ và làm xuất hiện các lỗ rỗ nhỏ sau khi chiên.

2. Hiện tượng gì xảy ra khi bổ sung carrageenan sai tỷ lệ tối ưu 2%? Khi bổ sung ở tỷ lệ thấp (1%), khối chả có độ liên kết kém, xuất hiện hiện tượng tách lớp giữa phần vỏ và phần nhân sau khi chiên. Khi bổ sung ở tỷ lệ cao (3%), khối chả bị khô cứng và xốp (tương tự như hiện tượng thoái hóa tinh bột trong bánh mì sau bảo quản), làm giảm giá trị cảm quan.

3. Khối lượng nguyên liệu cá rô phi đầu vào được khuyến nghị là bao nhiêu? Quy trình khuyến nghị sử dụng cá rô phi tươi sống có khối lượng cá thể đạt từ 250 đến 300 gram (trong thí nghiệm là 250 ± 20 g/con), thịt cá chắc, mang đỏ tươi, không có dấu hiệu ươn hỏng.

4. Các thông số gia nhiệt (thời gian xay, hấp, chiên) được chốt trong quy trình là gì? Thời gian xay nghiền nguyên liệu là 2,0 phút (ở nấc số 1 của máy xay); thời gian hấp cách thủy làm chín sơ bộ là 4,0 phút; thời gian chiên chín vàng trong dầu sôi là từ 3 đến 5 phút.

5. Kết quả phân tích độ ẩm và vi sinh vật của sản phẩm chả cá thành phẩm đạt mức nào? Sản phẩm chả cá sau khi hoàn thiện quy trình có độ ẩm đạt 59,03%; chỉ tiêu Salmonella đạt 0 CFU/g (không phát hiện, phù hợp quy định cấm); tổng số vi sinh vật hiếu khí ghi nhận là $4,7 \times 10^6$ CFU/g.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thu Hoài đã nghiên cứu và chuẩn hóa thành công quy trình công nghệ chế biến chả cá từ nguồn nguyên liệu cá rô phi kích thước nhỏ thuộc chuỗi nuôi trồng thủy sản lòng hồ. Bằng phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố kế thừa kết hợp phân tích cảm quan TCVN 3215-79 và kiểm định SPSS, nghiên cứu đã xác định được các thông số kỹ thuật tối ưu gồm 2% carrageenan, 2 phút xay nghiền và 4 phút hấp cách thủy. Kết quả nghiên cứu đáp ứng các tiêu chuẩn về an toàn vi sinh, góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho nguồn nguyên liệu thủy sản nước ngọt và tạo tiền đề kỹ thuật cho việc triển khai sản xuất thực tế.