Tổng quan nghiên cứu

Dầu hạt bí đỏ (Cucurbita pepo) là nguồn nguyên liệu giàu acid béo không no, chiếm trên 84% thành phần triglyceride, đặc biệt là linoleic và oleic acid, có nhiều lợi ích sức khỏe như bảo vệ tim mạch, chống viêm và kháng u. Tuy nhiên, dầu hạt bí đỏ dễ bị oxy hóa do hàm lượng acid béo không no cao, làm giảm chất lượng và thời gian bảo quản sản phẩm. Việc vi bao dầu hạt bí đỏ bằng phương pháp sấy phun được xem là giải pháp kỹ thuật hiệu quả nhằm bảo vệ dầu khỏi oxy hóa, kéo dài thời gian sử dụng và mở rộng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chất béo/chất bao và nồng độ chất khô trong nhũ tương đến hiệu suất và hiệu quả vi bao dầu hạt bí đỏ bằng phương pháp sấy phun. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2015 với các mẫu dầu hạt bí đỏ thu nhận từ nguồn phế phẩm công nghiệp tại TP. Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu góp phần tối ưu hóa quy trình vi bao dầu hạt bí đỏ, nâng cao chất lượng sản phẩm bột vi bao và khả năng bảo quản trong điều kiện gia tốc 60°C trong 30 ngày.

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:

  • Kỹ thuật vi bao (Microencapsulation): Là quá trình bao gói các nguyên liệu dạng lỏng hoặc rắn trong một lớp màng polymer nhằm bảo vệ thành phần bên trong khỏi các tác nhân bên ngoài như oxy, ánh sáng, nhiệt độ. Vi bao giúp cải thiện tính ổn định và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.

  • Phương pháp sấy phun (Spray drying): Là kỹ thuật vi bao phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, trong đó nhũ tương chứa nhân (dầu hạt bí đỏ) và chất bao (whey protein concentrate và maltodextrin) được phun thành giọt nhỏ trong buồng sấy với không khí nóng, nước bốc hơi nhanh tạo thành bột vi bao.

  • Khái niệm hiệu suất vi bao (Microencapsulation Yield - MEY): Tỷ lệ phần trăm hàm lượng chất béo thu được trong sản phẩm bột so với lượng chất béo ban đầu trong nhũ tương.

  • Khái niệm hiệu quả vi bao (Microencapsulation Efficiency - MEE): Tỷ lệ phần trăm lượng chất béo được bao bọc bên trong hạt vi bao so với tổng lượng chất béo trong sản phẩm bột.

  • Chỉ số peroxide (Peroxide Value - PoV): Chỉ số đánh giá mức độ oxy hóa của dầu, thể hiện lượng hydroperoxide có trong mẫu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dầu hạt bí đỏ được chiết xuất từ hạt bí đỏ thu gom tại TP. Hồ Chí Minh. Chất bao gồm whey protein concentrate (WPC) và maltodextrin (MD) với tỷ lệ 1:1.

  • Thiết bị: Sử dụng thiết bị đồng hóa cơ và áp lực cao để tạo nhũ tương, thiết bị sấy phun Niro A/S với nhiệt độ đầu vào 160°C, đầu ra 80°C, áp suất phun 3 bar.

  • Phương pháp phân tích: Xác định MEY, MEE, PoV, độ ẩm, độ hút ẩm, độ thấm ướt, chỉ số không hòa tan, tỷ trọng bột. Các chỉ tiêu được đo lặp lại 3 lần, xử lý số liệu bằng phần mềm Statgraphic Centurion với kiểm định ANOVA (p < 0,05).

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2015, bao gồm các bước chuẩn bị nguyên liệu, tạo nhũ tương, sấy phun, phân tích sản phẩm và bảo quản gia tốc 30 ngày ở 60°C.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của tỷ lệ chất béo/chất bao đến độ nhớt nhũ tương:
    Khi tăng tỷ lệ chất béo/chất bao từ 1/4 lên 1/1, độ nhớt nhũ tương giảm nhẹ từ 6,44 ± 0,12 cP xuống 5,43 ± 0,10 cP. Tuy nhiên, khi tăng tiếp lên 2,5/1, độ nhớt không thay đổi đáng kể (p > 0,05), cho thấy tỷ lệ này không ảnh hưởng lớn đến độ nhớt.

  2. Hiệu suất vi bao (MEY):
    MEY giảm từ 95,18 ± 3,43% (tỷ lệ 1/4) xuống còn 86,7% (tỷ lệ 1/1). Sự giảm này do lượng chất bao không đủ để bao phủ toàn bộ chất béo khi tỷ lệ chất béo/chất bao tăng, dẫn đến dầu bề mặt tăng và bám dính trong buồng sấy.

  3. Hiệu quả vi bao (MEE):
    MEE cao nhất đạt 97,3% ở tỷ lệ 1/4, giảm xuống khoảng 73-80% khi tỷ lệ chất béo/chất bao tăng lên 1/1 và cao hơn. Điều này tương ứng với sự gia tăng lượng dầu không được bao bọc trên bề mặt hạt.

  4. Chỉ số peroxide (PoV) sau sấy phun:
    PoV của dầu trong bột tăng so với dầu nguyên liệu ban đầu (17,8 meq/kg dầu), dao động quanh 21 meq/kg dầu, cho thấy quá trình đồng hóa và sấy phun gây oxy hóa nhẹ. Tuy nhiên, PoV ổn định trong 30 ngày bảo quản gia tốc ở 60°C, chứng tỏ vi bao hiệu quả trong bảo vệ dầu.

  5. Tính chất vật lý của bột vi bao:

    • Độ ẩm bột giảm khi tỷ lệ chất béo/chất bao tăng, dao động từ 3,58% (1/4) xuống 1,7% (2,5/1).
    • Độ hút ẩm giảm từ 8,04% xuống 3,03% khi tỷ lệ tăng, giúp giảm hiện tượng vón cục khi bảo quản.
    • Thời gian thấm ướt giảm từ 24,23 phút xuống 5,18 phút, phù hợp với khả năng tái hòa tan.
    • Chỉ số không hòa tan giảm từ 1,46% xuống 0,07%, cho thấy bột dễ hòa tan hơn khi tỷ lệ chất béo/chất bao tăng.
    • Tỷ trọng khối tăng theo tỷ lệ chất béo/chất bao, từ khoảng 200 kg/m³ lên 400 kg/m³, phản ánh hàm lượng dầu trong bột tăng.

Thảo luận kết quả

Sự giảm hiệu suất và hiệu quả vi bao khi tăng tỷ lệ chất béo/chất bao được giải thích do lượng chất bao không đủ để tạo lớp màng liên tục bao quanh các giọt dầu, dẫn đến dầu bề mặt tăng và giảm khả năng bảo vệ. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vi bao dầu cá và dầu đậu nành, cho thấy tỷ lệ chất béo/chất bao tối ưu thường nằm trong khoảng 1/4 đến 1/2.

Độ nhớt nhũ tương không thay đổi nhiều khi tăng tỷ lệ chất béo/chất bao, cho thấy kích thước hạt cầu béo không biến động lớn, điều này giúp duy trì tính ổn định của nhũ tương trước khi sấy.

Chỉ số peroxide tăng nhẹ sau sấy phun do quá trình đồng hóa và tiếp xúc với oxy, nhưng sự ổn định PoV trong bảo quản gia tốc chứng tỏ vi bao hiệu quả trong việc hạn chế oxy hóa tiếp tục. Các chỉ số vật lý của bột như độ ẩm, độ hút ẩm và độ thấm ướt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm bột vi bao, đảm bảo khả năng lưu trữ và tái sử dụng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tỷ lệ chất béo/chất bao với MEY, MEE, PoV và các chỉ số vật lý để minh họa rõ ràng xu hướng và sự khác biệt có ý nghĩa thống kê.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu tỷ lệ chất béo/chất bao trong khoảng 1/4 đến 1/2:
    Để đảm bảo hiệu suất và hiệu quả vi bao cao, đồng thời tiết kiệm chi phí nguyên liệu, nên duy trì tỷ lệ chất béo/chất bao trong khoảng này. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất và phòng nghiên cứu phát triển sản phẩm. Thời gian: áp dụng ngay trong quy trình sản xuất.

  2. Kiểm soát nồng độ chất khô trong nhũ tương khoảng 25%:
    Nồng độ chất khô này giúp tăng hiệu quả vi bao và ổn định sản phẩm bột, đồng thời tránh hiện tượng nghẹt đầu phun do độ nhớt quá cao. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên quy trình sản xuất. Thời gian: trong giai đoạn chuẩn bị nhũ tương.

  3. Sử dụng kết hợp whey protein concentrate và maltodextrin làm chất bao:
    Sự kết hợp này tạo màng bảo vệ hiệu quả, giảm oxy hóa và cải thiện tính chất vật lý của bột. Chủ thể thực hiện: nhà cung cấp nguyên liệu và phòng nghiên cứu. Thời gian: áp dụng trong nghiên cứu phát triển sản phẩm mới.

  4. Bảo quản sản phẩm bột vi bao trong điều kiện chân không, nhiệt độ thấp:
    Để duy trì chất lượng và hạn chế oxy hóa, cần đóng gói chân không và bảo quản ở nhiệt độ thích hợp, tránh ánh sáng và độ ẩm cao. Chủ thể thực hiện: bộ phận kho và phân phối. Thời gian: trong suốt quá trình lưu kho và vận chuyển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm:
    Cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật vi bao dầu thực vật, phương pháp sấy phun và các chỉ tiêu đánh giá sản phẩm.

  2. Doanh nghiệp sản xuất dầu thực vật và thực phẩm chức năng:
    Hỗ trợ tối ưu quy trình vi bao, nâng cao chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản dầu hạt bí đỏ.

  3. Chuyên gia phát triển sản phẩm mới trong ngành thực phẩm:
    Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế sản phẩm bột vi bao dầu hạt bí đỏ với tính năng bảo vệ dinh dưỡng và ứng dụng đa dạng.

  4. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm:
    Tham khảo các chỉ tiêu kỹ thuật và phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm vi bao dầu hạt bí đỏ phục vụ công tác kiểm tra, giám sát.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi bao dầu hạt bí đỏ bằng phương pháp sấy phun có ưu điểm gì?
    Vi bao giúp bảo vệ dầu khỏi oxy hóa, kéo dài thời gian bảo quản, giữ nguyên các thành phần dinh dưỡng và hoạt tính sinh học, đồng thời tạo sản phẩm dạng bột dễ sử dụng và bảo quản.

  2. Tỷ lệ chất béo/chất bao ảnh hưởng thế nào đến chất lượng sản phẩm?
    Tỷ lệ này quyết định hiệu suất và hiệu quả vi bao; tỷ lệ quá cao làm giảm hiệu quả do thiếu chất bao, tỷ lệ quá thấp làm tăng chi phí và giảm hàm lượng dầu trong bột.

  3. Nồng độ chất khô trong nhũ tương ảnh hưởng ra sao đến quá trình sấy phun?
    Nồng độ chất khô cao giúp tạo màng bao nhanh, giảm lỗ rỗng trong hạt, tăng hiệu quả vi bao nhưng nếu quá cao sẽ làm tăng độ nhớt, gây nghẹt đầu phun.

  4. Chỉ số peroxide (PoV) có ý nghĩa gì trong đánh giá sản phẩm?
    PoV đo mức độ oxy hóa dầu; giá trị thấp và ổn định trong bảo quản chứng tỏ sản phẩm được bảo vệ tốt, giữ được chất lượng và an toàn cho người tiêu dùng.

  5. Làm thế nào để bảo quản bột vi bao dầu hạt bí đỏ hiệu quả?
    Bảo quản trong bao bì chân không, nơi khô ráo, nhiệt độ thấp và tránh ánh sáng để hạn chế oxy hóa và duy trì tính ổn định của sản phẩm trong thời gian dài.

Kết luận

  • Dầu hạt bí đỏ giàu acid béo không no, có giá trị dinh dưỡng và hoạt tính sinh học cao nhưng dễ bị oxy hóa.
  • Vi bao bằng phương pháp sấy phun với chất bao whey protein concentrate và maltodextrin là giải pháp hiệu quả bảo vệ dầu.
  • Tỷ lệ chất béo/chất bao tối ưu khoảng 1/4 đến 1/2 giúp đạt hiệu suất vi bao trên 90% và hiệu quả vi bao trên 90%.
  • Nồng độ chất khô trong nhũ tương khoảng 25% cân bằng giữa độ nhớt và hiệu quả vi bao.
  • Sản phẩm bột vi bao có chỉ số peroxide ổn định trong 30 ngày bảo quản gia tốc, đảm bảo chất lượng và tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

Tiếp theo, nghiên cứu có thể mở rộng khảo sát ảnh hưởng của các loại chất bao khác nhau và điều kiện sấy phun để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Đề nghị các nhà sản xuất áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm bột vi bao dầu hạt bí đỏ chất lượng cao.