Tổng quan nghiên cứu

Cam Sành (Citrus nobilis) là một loại quả có giá trị dinh dưỡng cao, đặc biệt chứa nhiều hợp chất chống oxy hóa như polyphenol trong vỏ và nước cam, có lợi cho sức khỏe con người. Sản lượng cam toàn cầu năm 2018 đạt khoảng 78,6 triệu tấn, trong đó Việt Nam đóng góp khoảng 1 triệu tấn năm 2019. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch của quả cam lên đến trên 20%, gây ảnh hưởng lớn đến giá trị kinh tế và nguồn nguyên liệu. Vỏ cam Sành, mặc dù ít được sử dụng, lại chứa nhiều hợp chất sinh học quý giá như flavonoid, polyphenol và tinh dầu, có tác dụng kháng khuẩn, chống oxy hóa và phòng chống ung thư. Một trong những thách thức trong chế biến vỏ cam là vị đắng do hợp chất naringin gây ra, làm giảm chất lượng cảm quan và khả năng chấp nhận của người tiêu dùng.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chế biến và tỷ lệ phụ gia bổ sung đến chất lượng sản phẩm marmalade cam Sành, bao gồm: (i) nồng độ muối NaCl và thời gian ngâm đến chất lượng vỏ cam, (ii) độ Brix phối chế đến chất lượng mứt đông, (iii) tỷ lệ xanthan gum và gellan gum đến các chỉ tiêu vật lý, hóa học và cảm quan của sản phẩm. Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Trường Đại học Cần Thơ từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2023.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tận dụng phụ phẩm vỏ cam, giảm tổn thất sau thu hoạch, đa dạng hóa sản phẩm từ cam Sành và ứng dụng các phụ gia hydrocolloid mới nhằm nâng cao chất lượng và giá trị dinh dưỡng của marmalade cam Sành. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm độ ẩm, hoạt độ nước (aw), hàm lượng polyphenol, hoạt tính kháng oxy hóa TEAC, độ cứng, độ bền gel và giá trị cảm quan, góp phần phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng và thực phẩm bảo vệ sức khỏe.

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:

  • Lý thuyết thẩm thấu và tách nước thẩm thấu: Quá trình ngâm muối NaCl tạo môi trường ưu trương, thúc đẩy sự khuếch tán nước ra khỏi mô vỏ cam, làm giảm vị đắng do naringin và cải thiện cấu trúc vật lý của nguyên liệu.

  • Mô hình tạo gel của hydrocolloid: Xanthan gum và gellan gum là các polysaccharide có khả năng tạo gel và làm đặc, ảnh hưởng đến cấu trúc, độ nhớt và độ bền gel của sản phẩm marmalade. Gellan gum có hai dạng Low acyl (LA) và High acyl (HA) với đặc tính gel khác nhau, trong khi xanthan gum có tính ổn định cao trong nhiều điều kiện pH, nhiệt độ và nồng độ muối.

  • Khái niệm polyphenol và hoạt tính kháng oxy hóa (TEAC): Polyphenol là hợp chất chống oxy hóa quan trọng trong vỏ cam, ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng và bảo quản sản phẩm. Hoạt tính kháng oxy hóa được đo bằng chỉ số TEAC phản ánh khả năng trung hòa gốc tự do.

Các khái niệm chính bao gồm: naringin (flavanone glycoside gây vị đắng), độ Brix (độ ngọt của dung dịch), hoạt độ nước (aw), độ cứng và độ bền gel (đặc trưng cấu trúc vật lý), và giá trị cảm quan (màu sắc, mùi vị, cấu trúc).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu cam Sành được thu mua tại các chợ thành phố Cần Thơ, đảm bảo đồng đều về kích thước và màu sắc vỏ. Các hóa chất và phụ gia như NaCl, xanthan gum, gellan gum, acid citric, đường saccharose được chuẩn bị theo tiêu chuẩn thực phẩm.

  • Phương pháp phân tích: Đo các chỉ tiêu vật lý (độ ẩm, hoạt độ nước, độ cứng, độ bền gel) bằng thiết bị chuyên dụng; phân tích hàm lượng naringin, polyphenol tổng số (TPC) bằng phương pháp Folin-Ciocalteu; đo hoạt tính kháng oxy hóa TEAC bằng phương pháp Trolox Equivalent Antioxidant Capacity; đánh giá cảm quan theo thang điểm chuẩn.

  • Thiết kế thí nghiệm:

    1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaCl (5%, 10%, 15%) và thời gian ngâm (1, 2, 3 giờ) đến chất lượng vỏ cam Sành.

    2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của độ Brix phối chế (40, 45, 50) đến chất lượng mứt đông cam Sành.

    3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ xanthan gum (0,2%; 0,4%; 0,6%) và gellan gum (0,2%; 0,4%; 0,6%) đến các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi thí nghiệm được thực hiện với ít nhất 3 lần lặp lại để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.

  • Xử lý số liệu: Sử dụng phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá sự khác biệt giữa các nhóm, phân tích tương quan giữa các nhân tố và chỉ tiêu sản phẩm.

  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2023, bao gồm giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thực hiện thí nghiệm, phân tích dữ liệu và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và thời gian ngâm đến chất lượng vỏ cam Sành: Vỏ cam đạt chất lượng tối ưu khi ngâm trong dung dịch 10% NaCl trong 2 giờ. Ở điều kiện này, độ ẩm vỏ cam giảm còn khoảng 75%, hoạt độ nước (aw) duy trì ở mức 0,85, độ cứng đạt 3,5 N, hàm lượng naringin giảm đáng kể từ 35 ppm xuống còn khoảng 10 ppm, polyphenol tổng số đạt 12 mg GAE/g, và hoạt tính kháng oxy hóa TEAC đạt 8 mg TE/g. So với các điều kiện khác, chất lượng vỏ cam được cải thiện rõ rệt về mặt cảm quan với vị đắng giảm, màu sắc giữ được độ tươi sáng và cấu trúc dai dẻo ổn định.

  2. Ảnh hưởng của độ Brix phối chế đến chất lượng mứt đông cam Sành: Mứt đông đạt chất lượng tốt nhất ở độ Brix 50, với độ ẩm khoảng 25%, aw khoảng 0,75, độ cứng gel đạt 4,2 N, hàm lượng polyphenol tổng số 10 mg GAE/g, TEAC đạt 7,5 mg TE/g. Giá trị cảm quan về màu sắc, mùi vị và cấu trúc được đánh giá cao hơn so với độ Brix 40 và 45, cho thấy độ ngọt và độ đặc phù hợp giúp sản phẩm hấp dẫn người tiêu dùng.

  3. Ảnh hưởng của tỷ lệ xanthan gum và gellan gum đến chất lượng sản phẩm: Tỷ lệ xanthan gum 0,6% kết hợp với gellan gum 0,4% tạo ra sản phẩm mứt có độ ẩm 24%, aw 0,72, độ cứng gel 4,5 N và độ bền gel cao nhất trong các tổ hợp thử nghiệm. Hàm lượng polyphenol và TEAC cũng được duy trì ở mức cao, lần lượt là 11 mg GAE/g và 8 mg TE/g. Giá trị cảm quan đạt điểm tối đa về độ đồng nhất, độ dẻo và vị ngọt dịu, giảm vị đắng hiệu quả.

  4. Mối tương quan giữa các nhân tố và chỉ tiêu sản phẩm: Phân tích thống kê cho thấy nồng độ muối và thời gian ngâm có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng naringin (p < 0,05), trong khi độ Brix và tỷ lệ phụ gia ảnh hưởng mạnh đến độ cứng và độ bền gel (p < 0,01). Hoạt tính kháng oxy hóa TEAC có mối tương quan tích cực với hàm lượng polyphenol tổng số (r = 0,89), chứng tỏ sự duy trì các hợp chất sinh học trong quá trình chế biến.

Thảo luận kết quả

Việc ngâm vỏ cam Sành trong dung dịch 10% NaCl trong 2 giờ tạo ra môi trường ưu trương giúp giảm vị đắng do naringin, đồng thời giữ được màu sắc và cấu trúc dai dẻo của vỏ cam. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về xử lý vỏ quả họ Citrus nhằm giảm vị đắng và tăng giá trị cảm quan sản phẩm. Sự giảm naringin cũng góp phần làm tăng khả năng chấp nhận của người tiêu dùng.

Độ Brix phối chế 50 giúp cân bằng giữa độ ngọt và độ đặc của mứt đông, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo gel và bảo quản sản phẩm. Độ Brix thấp hơn làm sản phẩm bị nhão, trong khi độ Brix cao hơn có thể gây lại đường và giảm chất lượng cảm quan.

Tỷ lệ xanthan gum và gellan gum ảnh hưởng đến cấu trúc gel và độ nhớt của sản phẩm. Xanthan gum với đặc tính ổn định pH và nhiệt độ, kết hợp với gellan gum tạo gel có độ bền cao, giúp sản phẩm có cấu trúc đồng nhất, giữ ẩm tốt và kéo dài thời gian bảo quản. Sự phối hợp này cũng giúp duy trì hàm lượng polyphenol và hoạt tính kháng oxy hóa, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự thay đổi hàm lượng naringin, polyphenol và TEAC theo các điều kiện ngâm muối, độ Brix và tỷ lệ phụ gia, cũng như bảng so sánh các chỉ tiêu vật lý và cảm quan giữa các mẫu thử nghiệm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình ngâm vỏ cam Sành trong dung dịch 10% NaCl trong 2 giờ để giảm vị đắng và giữ chất lượng vỏ cam, làm nguyên liệu đầu vào cho sản xuất marmalade. Thời gian thực hiện: ngay trong quy trình sơ chế nguyên liệu. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất và cơ sở chế biến.

  2. Phối chế mứt đông với độ Brix 50 để đạt được độ ngọt và độ đặc tối ưu, nâng cao giá trị cảm quan và bảo quản sản phẩm lâu dài. Thời gian áp dụng: trong giai đoạn phối trộn nguyên liệu. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên sản xuất.

  3. Sử dụng phụ gia xanthan gum 0,6% kết hợp gellan gum 0,4% để cải thiện cấu trúc gel, độ nhớt và độ bền sản phẩm, đồng thời duy trì hàm lượng polyphenol và hoạt tính kháng oxy hóa. Thời gian áp dụng: trong quá trình phối chế mứt đông. Chủ thể thực hiện: nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên sản xuất.

  4. Đào tạo và hướng dẫn kỹ thuật cho các cơ sở sản xuất mứt cam Sành về quy trình xử lý nguyên liệu và phối chế phụ gia nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và giá trị kinh tế. Thời gian: trong vòng 6 tháng đầu sau nghiên cứu. Chủ thể thực hiện: Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Trường Đại học Cần Thơ.

  5. Nghiên cứu tiếp tục về bảo quản và mở rộng ứng dụng các phụ gia hydrocolloid khác nhằm đa dạng hóa sản phẩm marmalade cam Sành và nâng cao giá trị dinh dưỡng. Thời gian: 1-2 năm tiếp theo. Chủ thể thực hiện: các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp thực phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất và doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Áp dụng quy trình và công nghệ chế biến marmalade cam Sành để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất nguyên liệu và đa dạng hóa sản phẩm.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật phân tích và ứng dụng phụ gia hydrocolloid trong sản xuất thực phẩm gel đông.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các chương trình hỗ trợ chế biến sau thu hoạch, nâng cao giá trị nông sản và phát triển sản phẩm đặc trưng vùng miền.

  4. Người tiêu dùng quan tâm đến thực phẩm chức năng và dinh dưỡng: Hiểu rõ về lợi ích của sản phẩm marmalade cam Sành giàu polyphenol và hoạt tính kháng oxy hóa, lựa chọn sản phẩm an toàn, chất lượng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải ngâm vỏ cam trong dung dịch muối NaCl?
    Ngâm vỏ cam trong dung dịch NaCl tạo môi trường ưu trương giúp giảm vị đắng do naringin, đồng thời giữ được màu sắc và cấu trúc dai dẻo của vỏ cam, nâng cao chất lượng nguyên liệu cho sản xuất marmalade.

  2. Độ Brix ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng mứt đông?
    Độ Brix thể hiện hàm lượng đường trong sản phẩm, ảnh hưởng đến độ ngọt, độ đặc và khả năng tạo gel. Độ Brix 50 được xác định là tối ưu giúp mứt có cấu trúc tốt, vị ngọt hài hòa và bảo quản lâu dài.

  3. Xanthan gum và gellan gum có vai trò gì trong sản phẩm marmalade?
    Hai loại phụ gia này là hydrocolloid giúp tạo gel, làm đặc, giữ ẩm và cải thiện cấu trúc sản phẩm, đồng thời duy trì hoạt tính sinh học và giá trị cảm quan của marmalade cam Sành.

  4. Làm thế nào để đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa của sản phẩm?
    Hoạt tính kháng oxy hóa được đo bằng chỉ số TEAC, phản ánh khả năng trung hòa gốc tự do của sản phẩm, liên quan mật thiết đến hàm lượng polyphenol tổng số trong marmalade.

  5. Quy trình nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại quả khác không?
    Quy trình và phương pháp nghiên cứu có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các loại quả có múi khác hoặc các sản phẩm mứt đông tương tự nhằm nâng cao chất lượng và giá trị dinh dưỡng.

Kết luận

  • Vỏ cam Sành đạt chất lượng cao nhất khi ngâm trong dung dịch 10% NaCl trong 2 giờ, giảm vị đắng và giữ được hàm lượng polyphenol, TEAC cao.
  • Mứt đông cam Sành có chất lượng tốt nhất ở độ Brix 50, với cấu trúc gel ổn định và giá trị cảm quan cao.
  • Tỷ lệ xanthan gum 0,6% kết hợp gellan gum 0,4% tối ưu cho việc tạo gel, giữ ẩm và duy trì hoạt tính sinh học của sản phẩm.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để hoàn thiện quy trình sản xuất marmalade cam Sành giàu dinh dưỡng và hấp dẫn người tiêu dùng.
  • Đề xuất áp dụng quy trình và phối hợp phụ gia trong sản xuất thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng và bảo quản sản phẩm.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở sản xuất và nhà nghiên cứu nên triển khai áp dụng quy trình và phối hợp phụ gia đã được xác định, đồng thời phát triển các sản phẩm mới từ phụ phẩm cam Sành nhằm nâng cao giá trị kinh tế và sức khỏe cộng đồng.