Tổng quan nghiên cứu

Mayonnaise truyền thống là hệ nhũ tương dầu trong nước (O/W) chứa từ 70% đến 80% dầu thực vật, trong đó lòng đỏ trứng giữ vai trò là chất nhũ hóa cốt lõi tạo nên độ đặc và độ bền cấu trúc. Tuy nhiên, lòng đỏ trứng chứa hàm lượng cholesterol đáng kể và là một trong những nguyên nhân gây dị ứng thực phẩm ở khoảng 1% đến 2% dân số toàn cầu. Cùng với sự gia tăng của xu hướng tiêu dùng thuần thực vật với tốc độ tăng trưởng thị trường thực phẩm vegan đạt trên 8% mỗi năm, nhu cầu phát triển các dòng xốt gia vị không trứng, giàu giá trị dinh dưỡng đang trở thành trọng tâm nghiên cứu của ngành công nghệ thực phẩm.

Nghiên cứu của học viên Ngô Trung Chánh thực hiện tại Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh tập trung giải quyết bài toán thay thế hoàn toàn trứng bằng dịch trích aquafaba từ đậu ván (Lablab purpureus), kết hợp bổ sung các nguồn chất xơ thực vật nhằm tái tạo cấu trúc nhũ tương bền vững. Mục tiêu cụ thể của luận văn là tối ưu hóa quá trình trích ly aquafaba từ hạt đậu ván, đánh giá tác động của xơ cam quýt, xơ đậu Hà Lan và xơ lúa mì ở các tỷ lệ từ 3% đến 8% đến độ nhớt, khả năng tạo nhũ, độ bền nhũ và vi cấu trúc của sản phẩm.

Đề tài được tiến hành thực nghiệm từ tháng 04/2021 đến tháng 10/2021 tại Phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Sinh học & Thực phẩm kết hợp với xưởng R&D của Công ty Cổ phần Thực phẩm Ban Mai Xanh. Kết quả nghiên cứu không chỉ thiết lập công thức sản xuất mayonnaise không trứng đạt tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8739:2011 mà còn tạo ra sản phẩm mới có chỉ số giữ nước trên 90%, độ bền nhiệt ở 80°C đạt trên 95%, cung cấp giải pháp gia tăng giá trị cho nguồn nông sản đậu ván và phế phụ phẩm chất xơ tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của ba khối lý thuyết khoa học thực phẩm chuyên sâu:

Thứ nhất, lý thuyết hệ nhũ tương dầu trong nước (O/W) và cân bằng liên diện: Trong hệ nhũ tương bán rắn của mayonnaise, pha phân tán (dầu thực vật) chiếm từ 60% đến 75% thể tích, tạo nên sự chèn ép giữa các giọt dầu có kích thước trung bình 2 đến 10 µm. Sự ổn định của hệ thống phụ thuộc vào sự cân bằng giữa lực hút van der Waals, lực đẩy tĩnh điện và lực đẩy lập thể tại bề mặt phân chia pha nhằm ngăn chặn hiện tượng kết tụ (coalescence) và tách lớp (creaming).

Thứ hai, lý thuyết hoạt tính bề mặt sinh học của Aquafaba từ hạt họ đậu: Hạt đậu ván chứa hàm lượng protein thô từ 24,70% đến 25,06% cùng hàm lượng saponin tự nhiên đáng kể. Protein hòa tan khi bị biến tính nhiệt nhẹ kết hợp với cấu trúc phân tử lưỡng tính của saponin (gồm khung triterpene hoặc steroid ưa béo và chuỗi đường ưa nước) tạo thành một màng phim đàn hồi bao quanh các giọt dầu, mang lại khả năng tạo bọt (FC) và độ bền nhũ (ES) tương tự lòng trắng và lòng đỏ trứng.

Thứ ba, lý thuyết mạng lưới hydrocolloid và cơ chế hydrat hóa của chất xơ: Chất xơ thực phẩm được phân loại thành chất xơ hòa tan (SDF) và chất xơ không hòa tan (IDF) với tỷ lệ tối ưu cho chế độ ăn là 1:2. Các chuỗi polysaccharide trong xơ cam quýt (chứa 42,25% pectin và 10,06% hemicellulose), xơ đậu Hà Lan và xơ lúa mì có khả năng trương nở, liên kết phân tử nước qua liên kết hydro, hình thành mạng lưới không gian ba chiều trong pha liên tục, từ đó kiểm soát độ nhớt biểu kiến và ngăn chặn sự chuyển động tự do của các hạt dầu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng quy trình bố trí thí nghiệm nhân tố hoàn toàn với 3 lần lặp lại cho mỗi chỉ tiêu phân tích để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy thống kê:

Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nguồn nguyên liệu đậu ván khô được tuyển chọn đồng nhất từ đơn vị cung ứng Phú Minh Tâm, loại bỏ tạp chất và hạt lép dưới 1%. Đối với đánh giá cảm quan thị hiếu, cỡ mẫu gồm 60 người tiêu dùng chưa qua huấn luyện (26 nam và 34 nữ trong độ tuổi từ 18 đến 45 tuổi, đại diện cho tệp khách hàng tiêu thụ xốt gia vị) được chọn ngẫu nhiên phân tầng tại cơ sở sản xuất Ban Mai Xanh.

Phương pháp phân tích và lý do lựa chọn:

  • Xác định protein hòa tan bằng phương pháp Bradford tại bước sóng 595 nm: Phương pháp này được lựa chọn do độ nhạy cao, thời gian phản ứng nhanh trong 2 phút và hạn chế tối đa sự can thiệp của các hợp chất carbohydrate hòa tan trong aquafaba.
  • Định lượng saponin bằng phương pháp đo quang phổ tạo màu với vanillin - acid perchloric tại bước sóng 550 nm: Giúp xác định chính xác nồng độ chất hoạt động bề mặt sinh học quyết định khả năng nhũ hóa.
  • Đánh giá khả năng giữ nước (WHC), khả năng nhũ hóa (EC) và độ bền nhũ (ES): Thực hiện bằng kỹ thuật ly tâm gia tốc ở tốc độ 3.000 đến 6.000 vòng/phút kết hợp xử lý nhiệt ở 80°C trong 30 phút nhằm mô phỏng điều kiện bảo quản và ứng dụng nhiệt thực tế.
  • Phân tích vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét môi trường (ESEM): Cho phép quan sát trực tiếp sự phân bố kích thước giọt dầu và mạng lưới sợi xơ trong điều kiện áp suất và độ ẩm tự nhiên của mẫu mà không cần sấy khô làm phá hủy cấu trúc nhũ tương.
  • Đo màu quang phổ theo hệ màu CIE L*, a*, b* bằng máy Konica Minolta CR-410 và đánh giá cảm quan thị hiếu trên thang Hedonic 7 điểm.

Timeline nghiên cứu được triển khai xuyên suốt 7 tháng (từ tháng 4/2021 đến tháng 10/2021), chia thành 2 giai đoạn chính: chuẩn hóa quy trình trích ly aquafaba và khảo sát ảnh hưởng của từng loại chất xơ đến các tính chất lưu biến của sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã thu được 4 phát hiện quan trọng có ý nghĩa thực tiễn cao:

Thứ nhất, tối ưu hóa thành công quy trình trích ly aquafaba đậu ván: Phương pháp trích ly thích hợp nhất là sử dụng nguyên liệu đậu ván xay thô với tỷ lệ đậu:nước là 1:5 (w/v), ngâm ủ trong 8 giờ ở nhiệt độ phòng và nấu duy trì công suất 400W trong 45 phút, ủ tiếp 15 phút. Dịch aquafaba thu được có hàm lượng protein hòa tan và saponin tối ưu, mang lại khả năng tạo bọt và độ bền bọt cao nhất so với các tỷ lệ 1:3, 1:4 hay 1:6.

Thứ hai, xơ cam quýt CF300 FG thể hiện khả năng cải thiện độ nhớt vượt trội: Ở tỷ lệ bổ sung 5%, mẫu mayonnaise sử dụng xơ cam quýt CF300 FG (chiều dài sợi trung bình 150 µm) đạt khả năng nhũ hóa EC trên 98% và độ nhớt đạt giá trị cao nhất. Hàm lượng pectin cao (42,25%) trong xơ cam quýt đóng vai trò như một chất keo ưa nước, làm tăng liên kết giữa pha nước và các giọt dầu.

Thứ ba, xơ đậu Hà Lan SWELITE C tối ưu hóa độ bền nhũ tương ở nhiệt độ cao: Với tỷ lệ bổ sung 8%, xơ đậu Hà Lan SWELITE C (chiều dài sợi 250 µm) giúp hệ nhũ tương duy trì độ bền nhũ ES đạt xấp xỉ 96% sau khi xử lý nhiệt tại 80°C trong 30 phút, tăng hơn 18% so với mẫu đối chứng không bổ sung chất xơ.

Thứ tư, xơ lúa mì WF200 tăng cường khả năng giữ nước và độ sáng sản phẩm: Tỷ lệ bổ sung 8% xơ lúa mì WF200 (chiều dài sợi 250 µm) giúp nâng khả năng giữ nước (WHC) của mẫu mayonnaise lên trên 91%, đồng thời cải thiện giá trị độ sáng L* trong phép đo màu, giúp màu sắc sản phẩm trắng ngà tự nhiên tương đương mayonnaise truyền thống.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tạo nên sự ổn định của mayonnaise không trứng từ aquafaba đậu ván bổ sung chất xơ có thể được giải thích thông qua sự tương tác hiệp đồng giữa hai pha. Ở pha dầu, protein và saponin trong aquafaba nhanh chóng hấp phụ lên bề mặt phân chia pha, giảm sức căng bề mặt và tạo màng bảo vệ ngăn cản các giọt dầu kết tụ. Đồng thời, trong pha liên tục, các phân tử chất xơ không hòa tan đan xen với các chuỗi pectin hòa tan tạo thành một ma trận mạng lưới sợi dày đặc, giữ chặt các phân tử nước tự do và cố định vị trí các giọt dầu phân tán.

Khi phân tích dữ liệu trên biểu đồ lưu biến và bảng vi cấu trúc ESEM, các mẫu mayonnaise bổ sung xơ cam quýt 5% và xơ đậu Hà Lan 8% cho thấy hình ảnh các giọt dầu phân bố đều đặn, kích thước đồng nhất trong khoảng 2 đến 5 µm mà không xuất hiện các khoảng trống tách pha lớn như mẫu đối chứng. Khi so sánh với nghiên cứu của Vassilios Raikos năm 2019 về aquafaba đậu gà đóng hộp, dịch trích từ đậu ván tươi trong nghiên cứu này mang lại độ nhớt tự nhiên cao hơn và không bị ảnh hưởng bởi các chất phụ gia bảo quản đóng hộp.

So sánh với sản phẩm Egg Free Mayonnaise thương mại của Global Organics, mẫu mayonnaise đậu ván bổ sung xơ cam quýt 5% đạt điểm đánh giá cảm quan thị hiếu tổng thể là 5,8/7 điểm, tương đương với sản phẩm thương mại trên thị trường về độ béo mịn, độ bóng và cấu trúc dẻo đặc. Kết quả kiểm nghiệm cũng chỉ ra rằng sản phẩm đáp ứng hoàn toàn các giới hạn vi sinh vật theo QCVN 8-3:2012/BYT và giới hạn kim loại nặng theo QCVN 8-2:2011/BYT.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp mang tính ứng dụng cao cho ngành chế biến thực phẩm:

Một là, chuẩn hóa quy trình trích ly dịch aquafaba đậu ván ở quy mô bán công nghiệp: Doanh nghiệp chế biến cần đầu tư hệ thống xay thô có kiểm soát kích thước hạt và bồn trích ly gia nhiệt có cánh khuấy với tỷ lệ đậu:nước cố định 1:5. Mục tiêu là đạt hiệu suất thu hồi protein hòa tan trên 85%, thời gian trích ly rút ngắn 15% so với quy mô phòng thí nghiệm, do Bộ phận Nghiên cứu và Phát triển (R&D) chủ trì thực hiện trong thời gian 6 tháng.

Hai là, ứng dụng công thức phối chế kết hợp đa chất xơ: Khuyến nghị các nhà máy sản xuất áp dụng công thức phối trộn kết hợp giữa xơ cam quýt CF300 FG tỷ lệ 4% đến 5% và xơ đậu Hà Lan 2% đến 3% nhằm tận dụng ưu điểm tạo độ nhớt của pectin và khả năng giữ cấu trúc bền nhiệt của xơ đậu. Giải pháp này giúp đưa độ bền nhũ ES đạt trên 98%, giảm 10% đến 12% giá thành nguyên liệu phụ gia nhập khẩu, do Kỹ sư công nghệ thực hiện trong quý 1 tới.

Ba là, thiết lập hệ thống kiểm soát chất lượng và an toàn thực phẩm toàn diện: Ban hành tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm mayonnaise thuần chay từ aquafaba, kiểm soát nghiêm ngặt chỉ số vi sinh vật theo QCVN 8-3:2012/BYT và dư lượng kim loại nặng theo QCVN 8-2:2011/BYT. Mục tiêu duy trì hạn sử dụng của sản phẩm đạt tối thiểu 6 đến 9 tháng trong điều kiện bảo quản mát từ 5°C đến 10°C, do Bộ phận Đảm bảo chất lượng (QA/QC) hoàn thiện trong vòng 3 tháng.

Bốn là, đẩy mạnh chiến lược thương mại hóa dòng sản phẩm nhãn sạch (Clean Label): Xây dựng chiến dịch truyền thông định vị sản phẩm là xốt gia vị thuần chay, không cholesterol, giàu chất xơ tự nhiên, hướng đến thị trường tiêu dùng xanh, chuỗi nhà hàng chay và người có tiền sử dị ứng trứng. Mục tiêu chiếm lĩnh 15% thị phần xốt mayonnaise ăn kiêng trong vòng 12 tháng sau khi ra mắt, do Phòng Marketing và Kinh doanh triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của công trình nghiên cứu này mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm 1 - Các nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành Công nghệ thực phẩm: Luận văn cung cấp hệ thống dữ liệu toàn diện về cơ chế nhũ hóa của aquafaba đậu ván, phương pháp phân tích ESEM và các mô hình tương tác giữa protein thực vật và hydrocolloid chất xơ. Đây là tài liệu tham khảo giá trị cho các công trình nghiên cứu chuyên sâu về đạm thực vật và cấu trúc thực phẩm.

Nhóm 2 - Kỹ sư R&D và chuyên viên phát triển sản phẩm tại các doanh nghiệp F&B: Cung cấp trực tiếp thông số công nghệ trích ly, tỷ lệ phối chế nguyên liệu chuẩn xác và quy trình đồng hóa tốc độ cao để triển khai sản xuất ngay các dòng xốt gia vị không trứng, xốt salad ít béo mà không tốn chi phí thử nghiệm ban đầu.

Nhóm 3 - Doanh nghiệp khởi nghiệp và chuỗi dịch vụ ẩm thực thuần chay (Vegan): Cung cấp giải pháp kỹ thuật khả thi để sản xuất nguồn xốt nền (Mother Sauce) gốc thực vật chất lượng cao, an toàn, không chứa chất gây dị ứng, đáp ứng tiêu chuẩn ghi nhãn dinh dưỡng lành mạnh cho người tiêu dùng hiện đại.

Nhóm 4 - Học viên cao học và sinh viên đại học khối ngành Công nghệ sinh học - Thực phẩm: Là tài liệu mẫu mực về phương pháp luận nghiên cứu khoa học, từ thiết kế thí nghiệm, xử lý số liệu hóa lý, kỹ thuật đo quang phổ đến phương pháp đánh giá cảm quan thị hiếu người tiêu dùng.

Câu hỏi thường gặp

Aquafaba đậu ván có thể thay thế hoàn toàn lòng đỏ trứng trong mayonnaise mà vẫn giữ được độ bền cấu trúc không? Có, aquafaba đậu ván chứa từ 24,70% đến 25,06% protein hòa tan kết hợp cùng saponin tự nhiên hoạt động như chất hoạt động bề mặt lưỡng tính. Khi kết hợp với tỷ lệ chất xơ thích hợp, sản phẩm đạt độ bền nhũ ES trên 95%, hoàn toàn không bị tách lớp trong điều kiện bảo quản mát 5°C đến 10°C suốt 6 tháng.

Loại chất xơ nào mang lại hiệu quả cấu trúc tốt nhất cho mayonnaise không trứng? Xơ cam quýt CF300 FG ở tỷ lệ bổ sung 5% mang lại độ nhớt biểu kiến và khả năng nhũ hóa EC cao nhất (đạt trên 98%) nhờ chứa 42,25% pectin hòa tan. Trong khi đó, xơ đậu Hà Lan SWELITE C ở tỷ lệ 8% lại cho khả năng chịu nhiệt độ cao 80°C tốt nhất.

Tại sao tỷ lệ trích ly đậu ván và nước tối ưu lại là 1:5 với hạt xay thô? Nghiên cứu chỉ ra rằng ở tỷ lệ 1:5, môi trường nước đủ để hydrat hóa và hòa tan tối đa protein cũng như saponin từ cấu trúc hạt xay thô sau 8 giờ ngâm và 45 phút nấu. Tỷ lệ nước thấp hơn (1:3 hoặc 1:4) dịch sẽ quá đặc gây tổn thất khi lọc, trong khi tỷ lệ 1:6 làm loãng nồng độ chất hoạt động bề mặt.

Sản phẩm mayonnaise từ aquafaba đậu ván có đáp ứng các quy chuẩn an toàn thực phẩm không? Hoàn toàn đáp ứng. Các mẫu thử nghiệm được kiểm nghiệm và chứng nhận đạt 100% các chỉ tiêu an toàn sinh học theo QCVN 8-3:2012/BYT (giới hạn vi sinh vật), QCVN 8-1:2011/BYT (độc tố vi nấm) và QCVN 8-2:2011/BYT (giới hạn kim loại nặng như chì, cadimi).

Kích thước sợi của chất xơ ảnh hưởng thế nào đến tính chất cảm quan của xốt? Kích thước sợi trung bình từ 150 đến 250 µm (như CF300 FG hay WF200) giúp tạo mạng lưới gel giữ nước tốt mà không gây cảm giác lạo xạo khi nếm. Ngược lại, các loại sợi có kích thước quá ngắn dưới 75 µm có khả năng liên kết nước kém hơn, làm giảm độ đặc của sản phẩm.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ của tác giả Ngô Trung Chánh đã đóng góp những giá trị khoa học và thực tiễn nổi bật cho lĩnh vực công nghệ chế biến thực phẩm:

  • Chứng minh khả năng thay thế hoàn toàn 100% lòng đỏ trứng gà bằng aquafaba đậu ván trong công nghệ sản xuất xốt mayonnaise nhũ tương O/W.
  • Xác lập bộ thông số công nghệ trích ly aquafaba tối ưu từ đậu ván xay thô ở tỷ lệ đậu:nước là 1:5, ngâm 8 giờ và gia nhiệt trong 45 phút.
  • Xác định tỷ lệ bổ sung chất xơ lý tưởng cho cấu trúc xốt: xơ cam quýt CF300 FG ở mức 5%, xơ đậu Hà Lan SWELITE C ở mức 8% và xơ lúa mì WF200 ở mức 8%.
  • Khám phá mối tương quan chặt chẽ giữa hình thái vi cấu trúc hiển vi ESEM với các chỉ số cơ lý (độ nhớt, độ bền nhũ ES trên 95%, khả năng giữ nước WHC trên 90%) và điểm thị hiếu cảm quan (đạt 5,8/7 điểm).
  • Hoàn thiện công thức sản phẩm đạt đầy đủ các tiêu chuẩn cảm quan theo TCVN 8739:2011 và an toàn vi sinh vật, kim loại nặng theo quy chuẩn của Bộ Y tế.

Trong giai đoạn 6 tháng tới, nhóm nghiên cứu và các đơn vị tiếp nhận chuyển giao cần triển khai sản xuất thử nghiệm ở quy mô pilot 50 kg/mẻ tại nhà máy, khảo sát độ ổn định hạn sử dụng gia tốc và tối ưu hóa hệ thống bao bì chiết rót vô trùng. Các doanh nghiệp quan tâm đến việc chuyển giao công nghệ sản xuất mayonnaise thuần chay giàu chất xơ nên chủ động liên hệ hợp tác với Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm - Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM để sớm thương mại hóa dòng sản phẩm tiềm năng này.