Tổng quan nghiên cứu

Táo xanh Ziziphus mauritiana, hay còn gọi là táo ta, là loại quả nhiệt đới phổ biến, được trồng nhiều tại tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam. Với hàm lượng dinh dưỡng phong phú như polyphenol, flavonoid, vitamin C và các acid amin, táo xanh mang lại nhiều lợi ích sức khỏe như chống oxy hóa, kháng viêm, bảo vệ gan và phòng ngừa ung thư. Tuy nhiên, hạn chế lớn của táo xanh là thời gian bảo quản ngắn, chỉ khoảng 1 tuần ở nhiệt độ thường và 2 tuần trong tủ lạnh. Do đó, nghiên cứu quá trình tự phân giải tế bào của táo xanh nhằm tạo ra sản phẩm táo đen khô giàu polyphenol có giá trị dinh dưỡng và cảm quan cao là cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết lập quy trình công nghệ sản xuất táo đen khô từ táo xanh Ziziphus mauritiana, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, thời gian ủ và chần đến hàm lượng đường khử, polyphenol tổng, hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH, độ ẩm và tính chất cảm quan của sản phẩm. Ngoài ra, nghiên cứu còn so sánh hiệu quả của hai phương pháp sấy hồng ngoại có đối lưu không khí và sấy đối lưu truyền thống nhằm tối ưu hóa thời gian sấy và bảo toàn hoạt chất.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm 1, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian từ tháng 02 đến tháng 07 năm 2022. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển sản phẩm táo đen khô có giá trị gia tăng về dinh dưỡng và kinh tế, đồng thời góp phần nâng cao thời gian bảo quản và chất lượng sản phẩm trên thị trường Việt Nam.

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:

  • Phản ứng thủy phân polysaccharide và protein nội bào: Quá trình ủ ở nhiệt độ cao kích thích enzyme nội tại như endo-1,4-β-D-glucanase, pectin methyl esterase, protease phân giải cellulose, hemicellulose, pectin và protein thành các sản phẩm hòa tan như đường khử và acid amin, làm mềm quả và tăng hàm lượng chất khô hòa tan.

  • Phản ứng Maillard: Chuỗi phản ứng hóa học giữa nhóm amin và carbonyl tạo thành melanoidin, góp phần tạo màu đen đặc trưng, mùi vị và tăng hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm táo đen.

  • Phản ứng oxy hóa polyphenol bởi enzyme polyphenol oxidase (PPO): Polyphenol bị oxy hóa thành quinones, sau đó tạo thành các polyme melanin màu nâu đen, ảnh hưởng đến màu sắc và hoạt tính sinh học.

  • Quá trình chần: Là bước xử lý nhiệt nhanh nhằm bất hoạt enzyme gây hại, loại bỏ vi sinh vật, tăng khả năng thoát hơi nước và tăng hiệu quả chiết xuất các hợp chất hoạt tính sinh học.

  • Phương pháp sấy hồng ngoại và sấy đối lưu: Sấy hồng ngoại cung cấp nhiệt qua bức xạ, giúp giảm thời gian sấy và tổn thất hoạt chất so với sấy đối lưu truyền thống dựa trên đối lưu không khí nóng.

Các khái niệm chính bao gồm: polyphenol tổng, hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH, đường khử, phản ứng Maillard, enzyme thủy phân, chần, sấy hồng ngoại, sấy đối lưu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính là táo xanh Ziziphus mauritiana thu hoạch tại tỉnh Ninh Thuận, được lựa chọn kỹ lưỡng về kích thước, độ chín và không có tổn thương. Hóa chất và thiết bị phân tích chuẩn được sử dụng để xác định các chỉ tiêu hóa học và cảm quan.

  • Phương pháp phân tích: Độ ẩm được xác định bằng phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi (TCVN 1867:2001). Hàm lượng đường khử và đường tổng được đo bằng phương pháp quang phổ so màu với thuốc thử DNS. Hàm lượng polyphenol tổng được xác định theo phương pháp Folin-Ciocalteu. Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp DPPH. Đánh giá cảm quan sử dụng phép thử thị hiếu cho điểm theo thang 9 điểm.

  • Thiết kế thí nghiệm: Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ (50℃, 60℃, 70℃, 80℃) và thời gian ủ đến các chỉ tiêu hóa học và cảm quan. So sánh quy trình ủ đơn thuần và quy trình ủ có bổ sung bước chần (nước sôi 96℃ trong 1 phút). Khảo sát thời gian chần tối ưu dựa trên hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa. Thí nghiệm sấy khảo sát các chế độ sấy hồng ngoại có đối lưu không khí và sấy đối lưu truyền thống với các thông số nhiệt độ và thời gian sấy khác nhau.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi thí nghiệm sử dụng khoảng 25-30 quả táo/kg, đồng đều về kích thước và độ chín. Đánh giá cảm quan với 60 người thử, độ tuổi chủ yếu từ 18-30.

  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 02/2022 đến tháng 07/2022 tại phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm 1, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ đến độ ẩm và thời gian ủ: Độ ẩm của táo giảm nhanh hơn khi nhiệt độ ủ tăng. Để đạt độ ẩm 20-25% – mức độ lý tưởng cho cảm quan và bảo quản, thời gian ủ cần thiết lần lượt là 14 ngày (50℃), 10 ngày (60℃), 6 ngày (70℃) và 4 ngày (80℃).

  2. Hàm lượng đường khử tăng rõ rệt trong quá trình ủ: Sau 6 ngày ủ ở 70℃, hàm lượng đường khử tăng từ 32,46 ± 0,08 g/100g chất khô lên 48,25 ± 0,40 g/100g chất khô, cao hơn 1,5 lần so với nguyên liệu ban đầu. Ở 80℃, đường khử tăng nhanh trong 2 ngày đầu nhưng giảm mạnh sau đó do phản ứng Maillard diễn ra mạnh.

  3. Hàm lượng polyphenol tổng và hoạt tính chống oxy hóa tăng đáng kể: Ủ ở 70℃ trong 6 ngày làm tăng polyphenol tổng từ 1028 ± 5,86 mg GAE/100g chất khô lên 3329 ± 61,57 mg GAE/100g chất khô, hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH tăng từ 2138 ± 62,83 µmol TAE/100g chất khô lên 4124 ± 116,94 µmol TAE/100g chất khô.

  4. Bổ sung bước chần trước ủ làm tăng các chỉ tiêu trên: Sau chần và ủ, tại độ ẩm 24,94 ± 0,91%, đường khử đạt 50,68 ± 0,95 g/100g chất khô, polyphenol tổng 4023 ± 125,57 mg GAE/100g chất khô, hoạt tính chống oxy hóa 4971 ± 48,58 µmol TAE/100g chất khô, cao hơn đáng kể so với quy trình ủ đơn thuần.

  5. Đánh giá cảm quan: Điểm cảm quan thị hiếu của sản phẩm táo đen khô đạt 6,73 ± 0,90 (ủ đơn thuần) và 7,45 ± 1,08 (có chần) trên thang điểm 9, cho thấy sản phẩm được người tiêu dùng đánh giá ở mức yêu thích và hài lòng tương đối.

  6. Hiệu quả sấy: Phương pháp sấy hồng ngoại có đối lưu không khí giảm thời gian sấy xuống còn 7 giờ 30 phút, thấp hơn 35% so với sấy đối lưu truyền thống (11 giờ 30 phút). Hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa của táo sấy hồng ngoại lần lượt là 1829 mg GAE/100g và 2331 mg TEAC/100g chất khô, cao hơn so với sấy đối lưu (1539 mg GAE/100g và 2005 mg TEAC/100g).

Thảo luận kết quả

Sự giảm độ ẩm nhanh hơn ở nhiệt độ cao giúp rút ngắn thời gian ủ, tuy nhiên nhiệt độ quá cao (80℃) làm tăng tốc độ phản ứng Maillard quá mức, gây giảm hàm lượng đường khử và có thể ảnh hưởng tiêu cực đến cảm quan. Nhiệt độ 70℃ được xác định là tối ưu, cân bằng giữa tăng hàm lượng đường khử, polyphenol và duy trì cấu trúc mềm dẻo của sản phẩm.

Phản ứng thủy phân polysaccharide và protein nội bào dưới tác động nhiệt làm tăng hàm lượng đường khử và polyphenol hòa tan, đồng thời làm mềm cấu trúc quả táo, tương tự quá trình chín tự nhiên. Bổ sung bước chần giúp bất hoạt enzyme gây hại, phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng khả năng chiết xuất polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa, đồng thời loại bỏ vi sinh vật, nâng cao chất lượng sản phẩm.

Phương pháp sấy hồng ngoại với đối lưu không khí không chỉ rút ngắn thời gian sấy mà còn giảm tổn thất hoạt chất so với sấy đối lưu truyền thống, phù hợp để sản xuất táo đen khô chất lượng cao. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong giảm độ ẩm theo thời gian ủ và sấy, bảng so sánh hàm lượng đường khử, polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa giữa các quy trình.

Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về táo tàu đen và các sản phẩm trái cây ủ khác, đồng thời mở rộng ứng dụng cho táo xanh Ziziphus mauritiana tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình ủ ở nhiệt độ 70℃ trong 6 ngày để tạo ra sản phẩm táo đen khô có hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao, đồng thời đảm bảo cảm quan mềm dẻo, vị ngọt tự nhiên. Chủ thể thực hiện: các doanh nghiệp chế biến trái cây; Thời gian áp dụng: ngay sau khi hoàn thiện quy trình.

  2. Bổ sung bước chần nước sôi 96℃ trong 1 phút trước khi ủ nhằm tăng hiệu quả chiết xuất polyphenol, nâng cao chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất; Thời gian áp dụng: song song với quy trình ủ.

  3. Ưu tiên sử dụng phương pháp sấy hồng ngoại có đối lưu không khí để giảm thời gian sấy khoảng 35%, đồng thời bảo toàn hàm lượng hoạt chất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Chủ thể thực hiện: nhà máy chế biến; Thời gian áp dụng: trong vòng 1 năm tới để nâng cấp thiết bị.

  4. Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng và hướng dẫn kỹ thuật sản xuất táo đen khô dựa trên kết quả nghiên cứu nhằm hỗ trợ các cơ sở sản xuất nhỏ và vừa phát triển sản phẩm ổn định, đồng nhất. Chủ thể thực hiện: cơ quan quản lý nhà nước và viện nghiên cứu; Thời gian áp dụng: 6-12 tháng.

  5. Tăng cường đào tạo kỹ thuật và truyền thông về lợi ích của táo đen khô để nâng cao nhận thức người tiêu dùng và mở rộng thị trường tiêu thụ sản phẩm. Chủ thể thực hiện: các tổ chức ngành hàng và doanh nghiệp; Thời gian áp dụng: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm và trái cây: Nghiên cứu cung cấp quy trình công nghệ chi tiết, giúp doanh nghiệp phát triển sản phẩm táo đen khô chất lượng cao, tăng giá trị gia tăng và mở rộng thị trường.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về quá trình tự phân giải tế bào, phản ứng Maillard, và kỹ thuật sấy hiện đại, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển ngành nông nghiệp: Thông tin về quy trình chế biến và bảo quản táo xanh giúp xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển sản phẩm đặc sản vùng Ninh Thuận, nâng cao giá trị kinh tế.

  4. Người tiêu dùng và các tổ chức y tế, dinh dưỡng: Hiểu rõ lợi ích dinh dưỡng và hoạt tính sinh học của táo đen khô, từ đó khuyến khích sử dụng sản phẩm có lợi cho sức khỏe, phòng chống bệnh tật.

Câu hỏi thường gặp

  1. Quá trình ủ táo đen có tác dụng gì đối với chất lượng sản phẩm?
    Quá trình ủ kích thích phản ứng thủy phân polysaccharide và protein, làm tăng hàm lượng đường khử và polyphenol, đồng thời tạo màu đen đặc trưng và mùi vị thơm ngon nhờ phản ứng Maillard. Ví dụ, ủ ở 70℃ trong 6 ngày làm tăng polyphenol tổng lên gấp hơn 3 lần so với táo tươi.

  2. Tại sao cần bổ sung bước chần trước khi ủ?
    Chần giúp bất hoạt enzyme gây hại, loại bỏ vi sinh vật và phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng khả năng chiết xuất các hợp chất hoạt tính sinh học. Kết quả cho thấy sản phẩm có hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao hơn đáng kể so với quy trình ủ đơn thuần.

  3. Phương pháp sấy nào hiệu quả hơn cho táo đen khô?
    Sấy hồng ngoại có đối lưu không khí được đánh giá cao hơn vì giảm thời gian sấy 35% so với sấy đối lưu truyền thống, đồng thời bảo toàn hàm lượng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa tốt hơn.

  4. Độ ẩm tối ưu của táo đen khô là bao nhiêu để đảm bảo chất lượng?
    Độ ẩm từ 20% đến 25% được xác định là mức lý tưởng để sản phẩm có cấu trúc mềm dẻo, màu sắc đen đặc trưng và thời gian bảo quản lâu dài, tránh bị ẩm mốc hoặc quá khô cứng.

  5. Sản phẩm táo đen khô có lợi ích sức khỏe gì?
    Táo đen khô giàu polyphenol và các hợp chất chống oxy hóa giúp bảo vệ cơ thể khỏi gốc tự do, tăng cường miễn dịch, phòng ngừa viêm nhiễm và các bệnh mãn tính như tim mạch và ung thư.

Kết luận

  • Quá trình ủ táo xanh ở 70℃ trong 6 ngày là điều kiện tối ưu để tạo ra táo đen khô với hàm lượng đường khử, polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất.
  • Bổ sung bước chần nước sôi 96℃ trong 1 phút trước khi ủ giúp tăng đáng kể các chỉ tiêu hoạt tính sinh học và cải thiện cảm quan sản phẩm.
  • Phương pháp sấy hồng ngoại có đối lưu không khí rút ngắn thời gian sấy 35% so với sấy đối lưu, đồng thời bảo toàn hàm lượng hoạt chất tốt hơn.
  • Sản phẩm táo đen khô đạt điểm cảm quan thị hiếu từ 6,7 đến 7,5 trên thang 9, được người tiêu dùng đánh giá cao về màu sắc, mùi vị và độ mềm dẻo.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển sản phẩm táo đen khô giàu dinh dưỡng, có giá trị kinh tế cao, phù hợp với điều kiện sản xuất và thị trường Việt Nam.

Next steps: Triển khai áp dụng quy trình công nghệ tại các cơ sở sản xuất, nâng cấp thiết bị sấy, xây dựng tiêu chuẩn chất lượng và đào tạo kỹ thuật cho người sản xuất.

Call to action: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích hợp tác để phát triển sản phẩm táo đen khô, góp phần nâng cao giá trị nông sản Việt Nam trên thị trường trong nước và quốc tế.