Tổng quan nghiên cứu

Xoài là loại trái cây nhiệt đới có giá trị kinh tế cao, được trồng phổ biến tại nhiều tỉnh ở Việt Nam như Tiền Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ, Đồng Nai và Khánh Hòa. Với sản lượng lớn hàng năm, việc bảo quản và chế biến xoài thành các sản phẩm có giá trị gia tăng như xoài sấy dẻo là rất cần thiết nhằm giảm thiểu tổn thất do dư thừa, hư hỏng và tăng thu nhập cho người nông dân. Tuy nhiên, quá trình sấy truyền thống thường kéo dài, làm giảm chất lượng sản phẩm về màu sắc, mùi vị và cấu trúc. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng công nghệ sóng siêu âm hỗ trợ thẩm thấu kết hợp với sấy chân không nhằm cải thiện chất lượng xoài sấy dẻo.

Mục tiêu chính của luận văn là phân tích ảnh hưởng của sóng siêu âm hỗ trợ thẩm thấu và động học của quá trình sấy chân không đến chất lượng sản phẩm xoài sấy dẻo. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 9/2016 đến tháng 8/2017 tại phòng thực hành chuyên ngành thực phẩm của Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai và Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm giảm nước, tăng chất rắn hòa tan, màu sắc, mùi vị, cấu trúc và độ ẩm sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển quy trình công nghệ sản xuất xoài sấy dẻo chất lượng cao, góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho ngành chế biến thực phẩm và hỗ trợ phát triển nông nghiệp bền vững tại các vùng trồng xoài lớn của Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Công nghệ siêu âm hỗ trợ thẩm thấu: Sóng siêu âm với tần số trên 20 kHz tạo ra các chu trình nén và giãn, làm phá vỡ màng tế bào, tạo vi kênh giúp tăng khả năng khuếch tán nước và chất hòa tan trong quá trình thẩm thấu. Quá trình này giúp giảm thời gian thẩm thấu và tăng hiệu quả truyền khối, đồng thời giữ được màu sắc và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

  2. Phương pháp sấy chân không: Sấy trong môi trường áp suất thấp giúp giảm nhiệt độ sấy, hạn chế oxy hóa và biến đổi chất dinh dưỡng, đồng thời tăng tốc độ bay hơi nước. Quá trình này giúp giữ nguyên cấu trúc, màu sắc và hương vị của sản phẩm sấy.

Các khái niệm chính bao gồm: thẩm thấu, giảm nước, tăng chất rắn hòa tan, độ ẩm, màu sắc (L*, a*, b*), cấu trúc sản phẩm (độ cứng), và đánh giá cảm quan (màu, mùi, vị, cấu trúc).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu xoài bưởi được thu hoạch tại xã Phú Ngọc, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai, chọn lựa kỹ càng để đảm bảo đồng nhất về kích thước, độ chín và không bị dập úng. Dung dịch ngâm sử dụng đường Biên Hòa với các nồng độ khác nhau.

  • Thiết bị: Bể siêu âm GT2120QTS, tủ sấy chân không DZ-1A II, máy đo màu Minolta CR 400, máy đo cấu trúc Zwick Roell 1.0, cân sấy ẩm hồng ngoại Ohaus MB23.

  • Phương pháp phân tích: Đo độ ẩm bằng cân sấy ẩm, xác định tổng chất rắn hòa tan bằng khúc xạ kế, đo màu sắc theo hệ Lab*, đánh giá cấu trúc bằng máy Zwick Roell, đánh giá cảm quan theo thang điểm 5.

  • Thiết kế thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên với các yếu tố khảo sát gồm nồng độ dung dịch ngâm (30-70 oBrix), nhiệt độ siêu âm (40-60°C), thời gian siêu âm (10-50 phút), và nhiệt độ sấy chân không (55-75°C). Mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần với khối lượng mẫu 150g.

  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 9/2016 đến tháng 8/2017, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thực hiện thí nghiệm thẩm thấu siêu âm, sấy chân không, phân tích kết quả và đánh giá cảm quan.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ngâm đến thẩm thấu: Khi tăng nồng độ chất hòa tan tổng số từ 30 đến 50 oBrix, hàm lượng nước giảm từ khoảng 20,7% lên đến 45,7%, trong khi hàm lượng đường thẩm thấu tăng từ 5,07% lên 13,05%. Tuy nhiên, ở nồng độ 60 và 70 oBrix, hiệu quả giảm nước và tăng đường có xu hướng giảm nhẹ do hiện tượng tạo màng bao quanh nguyên liệu và tăng độ nhớt dung dịch.

  2. Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm và thẩm thấu: Nhiệt độ siêu âm và thẩm thấu tối ưu là 49°C, giúp đạt hiệu quả thẩm thấu cao nhất với giảm nước 45% và tăng chất rắn 14% trong thời gian 3 giờ.

  3. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm tiền xử lý: Thời gian siêu âm 32 phút được xác định là tối ưu, giúp tăng khả năng thẩm thấu và giữ màu sắc sản phẩm tốt nhất. Thời gian dài hơn không cải thiện đáng kể hiệu quả và có thể gây tổn thương mô.

  4. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy chân không: Sấy ở 60°C, áp suất 0,01 MPa trong 420 phút cho sản phẩm xoài sấy dẻo đạt độ ẩm 16%, với giá trị cảm quan tốt nhất về màu sắc, mùi vị và cấu trúc. Nhiệt độ sấy cao hơn làm giảm chất lượng cảm quan do phản ứng Maillard và oxy hóa.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sóng siêu âm hỗ trợ thẩm thấu làm tăng hiệu quả truyền khối, giảm thời gian thẩm thấu và giữ được màu sắc, cấu trúc của xoài sấy dẻo. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây trên các loại trái cây khác như dứa, táo và dâu tây, khi sóng siêu âm giúp tăng khả năng mất nước và hấp thu chất rắn hòa tan.

Nồng độ dung dịch ngâm quá cao gây ra hiện tượng tạo màng trên bề mặt nguyên liệu, làm giảm hiệu quả thẩm thấu, tương tự như báo cáo của các nghiên cứu về thẩm thấu trên đu đủ và táo. Nhiệt độ siêu âm và thẩm thấu được tối ưu ở mức vừa phải để tránh tổn thương mô và giữ được các hợp chất màu carotenoid, giúp sản phẩm có màu vàng sáng tự nhiên.

Sấy chân không ở nhiệt độ thấp giúp hạn chế các phản ứng oxy hóa và Maillard, giữ được vitamin và cấu trúc sản phẩm, đồng thời giảm thời gian sấy so với sấy thông thường. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ Pareto thể hiện ảnh hưởng các yếu tố đến giảm nước và tăng đường, cũng như bảng so sánh các chỉ tiêu cảm quan và cấu trúc ở các điều kiện sấy khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ siêu âm hỗ trợ thẩm thấu trong sản xuất xoài sấy dẻo nhằm tăng hiệu quả truyền khối, giảm thời gian chế biến và nâng cao chất lượng sản phẩm. Thời gian siêu âm nên duy trì khoảng 32 phút, nhiệt độ 49°C, nồng độ dung dịch ngâm 50 oBrix.

  2. Sử dụng phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ 60°C, áp suất 0,01 MPa trong 420 phút để đạt độ ẩm sản phẩm khoảng 16%, đảm bảo giữ màu sắc, mùi vị và cấu trúc tốt nhất.

  3. Đào tạo kỹ thuật cho công nhân và cán bộ kỹ thuật trong ngành chế biến thực phẩm về quy trình siêu âm thẩm thấu và sấy chân không, nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

  4. Khuyến khích các doanh nghiệp chế biến trái cây áp dụng quy trình này trong vòng 1-2 năm tới để tăng giá trị gia tăng cho sản phẩm xoài sấy dẻo, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các loại trái cây sấy dẻo khác.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về ứng dụng sóng siêu âm và sấy chân không trong chế biến trái cây, giúp phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  2. Doanh nghiệp chế biến trái cây và thực phẩm sấy: Tham khảo quy trình công nghệ tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí năng lượng và thời gian sản xuất.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển ngành chế biến trái cây, góp phần nâng cao giá trị nông sản và thu nhập cho nông dân.

  4. Các tổ chức đào tạo và tư vấn kỹ thuật: Áp dụng nội dung luận văn để thiết kế chương trình đào tạo, tư vấn kỹ thuật cho các cơ sở sản xuất thực phẩm nhằm nâng cao năng lực công nghệ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Sóng siêu âm hỗ trợ thẩm thấu có tác dụng gì trong quá trình chế biến xoài sấy dẻo?
    Sóng siêu âm tạo ra các vi kênh trong tế bào xoài, giúp tăng khả năng khuếch tán nước và chất hòa tan, giảm thời gian thẩm thấu và giữ được màu sắc, cấu trúc sản phẩm. Ví dụ, thời gian thẩm thấu giảm 35% so với phương pháp truyền thống.

  2. Nồng độ dung dịch ngâm ảnh hưởng thế nào đến chất lượng xoài sấy dẻo?
    Nồng độ dung dịch ngâm tối ưu là khoảng 50 oBrix, giúp giảm nước 45% và tăng chất rắn hòa tan 14%. Nồng độ quá cao có thể tạo màng bao quanh nguyên liệu, làm giảm hiệu quả thẩm thấu và ảnh hưởng đến màu sắc.

  3. Tại sao chọn sấy chân không thay vì sấy thông thường?
    Sấy chân không giúp giảm nhiệt độ sấy, hạn chế oxy hóa và biến đổi chất dinh dưỡng, giữ được màu sắc và cấu trúc sản phẩm tốt hơn. Thời gian sấy cũng được rút ngắn, tiết kiệm năng lượng.

  4. Độ ẩm cuối cùng của xoài sấy dẻo nên đạt bao nhiêu để bảo quản tốt?
    Độ ẩm khoảng 16% được xác định là phù hợp để bảo quản lâu dài, giữ được độ dẻo và hương vị tự nhiên của xoài sấy.

  5. Quy trình này có thể áp dụng cho các loại trái cây khác không?
    Có, kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ siêu âm hỗ trợ thẩm thấu và sấy chân không có thể ứng dụng cho nhiều loại trái cây sấy dẻo khác như dứa, táo, dâu tây, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định được các thông số tối ưu cho quá trình siêu âm hỗ trợ thẩm thấu (nồng độ dung dịch 50 oBrix, nhiệt độ 49°C, thời gian 32 phút) và sấy chân không (60°C, 0,01 MPa, 420 phút) để sản xuất xoài sấy dẻo chất lượng cao.
  • Quá trình siêu âm giúp tăng hiệu quả truyền khối, giảm thời gian thẩm thấu và giữ được màu sắc, cấu trúc sản phẩm.
  • Sấy chân không ở nhiệt độ thấp giúp bảo toàn dinh dưỡng, màu sắc và hương vị, đồng thời giảm thời gian sấy so với phương pháp truyền thống.
  • Quy trình công nghệ này có thể ứng dụng rộng rãi trong ngành chế biến trái cây sấy dẻo, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm và thu nhập cho người nông dân.
  • Đề xuất triển khai đào tạo và áp dụng quy trình trong vòng 1-2 năm tới để phát huy hiệu quả nghiên cứu.

Quý độc giả và các đơn vị quan tâm được khuyến khích nghiên cứu sâu hơn và ứng dụng công nghệ này nhằm phát triển ngành công nghiệp chế biến trái cây tại Việt Nam.