Tổng quan nghiên cứu

Bưởi là loại quả có tiềm năng kinh tế cao, được trồng phổ biến tại nhiều vùng nhiệt đới, trong đó có Việt Nam. Theo ước tính, mỗi vụ mùa có khoảng 1 triệu tấn bưởi được thu hoạch, trong đó phần vỏ bưởi thường bị bỏ đi, gây lãng phí nguồn nguyên liệu quý và ô nhiễm môi trường. Vỏ bưởi chứa nhiều thành phần có lợi như flavonoid, vitamin C, pectin và tinh dầu, có giá trị dinh dưỡng và ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và y học. Nghiên cứu này tập trung khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch và điều kiện nhiệt độ lên quá trình sấy dẻo vỏ bưởi nhằm tối ưu hóa chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là xác định các thông số nồng độ dung dịch thẩm thấu (40, 50, 60 Brix) và nhiệt độ (30, 40, 50 °C) ảnh hưởng đến hàm lượng chất rắn hòa tan (SG), lượng nước mất (WL) trong vỏ bưởi, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy (40, 50, 60 °C) lên tốc độ sấy và đặc tính cảm quan của sản phẩm. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 12/2018 đến tháng 10/2019 tại Trường Đại học Nguyễn Tất Thành, TP. Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển sản phẩm vỏ bưởi sấy dẻo chất lượng cao, góp phần nâng cao giá trị sử dụng của nguyên liệu phụ phẩm và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết mất nước thẩm thấu (Osmotic Dehydration - OD), một quá trình loại bỏ một phần nước từ mô thực phẩm bằng cách ngâm trong dung dịch đường đậm đặc. Quá trình này giúp giảm thiểu biến đổi vật lý và hóa học trong quá trình sấy, đồng thời cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng. Các yếu tố ảnh hưởng chính bao gồm nồng độ dung dịch thẩm thấu, nhiệt độ dung dịch, thời gian thẩm thấu, kích thước và cấu trúc mô nguyên liệu.

Ngoài ra, mô hình đường cong sấy được áp dụng để mô tả quá trình giảm độ ẩm trong nguyên liệu theo thời gian, chia thành ba giai đoạn: đốt nóng nguyên liệu, sấy đẳng tốc và sấy giảm tốc. Các phương pháp sấy đối lưu được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, với các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ dòng không khí.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Hàm lượng chất rắn hòa tan (Solid Gain - SG)
  • Lượng nước mất (Water Loss - WL)
  • Nồng độ dung dịch thẩm thấu (Brix)
  • Nhiệt độ sấy và nhiệt độ dung dịch thẩm thấu
  • Tốc độ sấy và đường cong sấy

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Nguyễn Tất Thành. Nguyên liệu là vỏ bưởi được thu mua đồng nhất về màu sắc, cắt lát mỏng 1 mm, kích thước 1x1 cm. Dung dịch thẩm thấu sử dụng là dung dịch đường saccharose với các nồng độ 40, 50, 60 Brix. Quá trình thẩm thấu được tiến hành ở nhiệt độ 30, 40, 50 °C trong thời gian từ 20 đến 100 phút, tỷ lệ dung dịch và nguyên liệu là 5:1.

Sau thẩm thấu, mẫu được sấy đối lưu ở nhiệt độ 40, 50, 60 °C trong khoảng thời gian tương ứng. Các chỉ tiêu phân tích gồm hàm lượng chất rắn hòa tan (SG), lượng nước mất (WL), tốc độ sấy, màu sắc và các chỉ số dinh dưỡng như vitamin C, tổng đường, năng lượng và chất xơ.

Phương pháp phân tích số liệu sử dụng phần mềm Excel và Origin để xử lý và biểu diễn dữ liệu. Mỗi thí nghiệm được lặp lại nhiều lần để lấy giá trị trung bình, đảm bảo độ tin cậy. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên và thiết kế thí nghiệm bố trí ngẫu nhiên nhằm giảm thiểu sai số.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thẩm thấu lên SG và WL:
    Ở cùng thời gian ngâm 40 phút, SG đạt khoảng 60% với 40 Brix, 70% với 50 Brix và 87% với 60 Brix. Lượng nước mất tương ứng là -18%, -12,5% và trên 4%. Nồng độ dung dịch càng cao thì SG càng tăng, tuy nhiên hiện tượng hút nước ngược vào nguyên liệu cũng xuất hiện, đặc biệt ở nồng độ cao, dẫn đến WL âm ban đầu. (Hình 4.1)

  2. Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch thẩm thấu lên SG và WL:
    Nhiệt độ dung dịch từ 30 đến 50 °C không ảnh hưởng đáng kể đến SG (dao động 70-80%) nhưng làm tăng nhẹ WL từ -9% đến -1%. Nhiệt độ cao hơn giúp tăng tốc độ thẩm thấu nước ra ngoài, tuy nhiên cần cân nhắc để tránh mất màu sắc sản phẩm. (Hình 4.2)

  3. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy lên tốc độ sấy:
    Nhiệt độ sấy càng cao (40, 50, 60 °C) thì tốc độ sấy càng nhanh, lượng ẩm mất đi theo thời gian tăng rõ rệt. Thời gian sấy khoảng 90 phút ở 50 °C được xác định là tối ưu để cân bằng giữa tốc độ sấy và bảo toàn chất lượng sản phẩm. (Hình 4.3)

  4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thẩm thấu lên tốc độ sấy:
    Nồng độ dung dịch càng cao thì tốc độ sấy càng chậm. Ở 20 phút ngâm, lượng ẩm mất đạt khoảng 90% với 40 Brix, 75% với 50 Brix và 55% với 60 Brix. Thời gian ngâm không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ sấy. (Hình 4.4)

  5. Phân tích hàm lượng dinh dưỡng:
    Ở nồng độ 50 và 60 Brix, hàm lượng vitamin C lần lượt là 15,4 và 15,1 mg/kg; tổng đường 71,1% và 72,2%; năng lượng 326 và 330 Kcal/100g; chất xơ 2,43% và 2,1%. Sự khác biệt không đáng kể, cho thấy quá trình xử lý không làm mất nhiều dưỡng chất quan trọng. (Bảng 5.1)

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy nồng độ dung dịch thẩm thấu là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hàm lượng chất rắn hòa tan và lượng nước mất trong vỏ bưởi. Hiện tượng hút nước ngược ở nồng độ cao có thể do cấu trúc xốp của vỏ bưởi, tạo điều kiện cho dung dịch thẩm thấu vào mô. Nhiệt độ dung dịch ảnh hưởng nhẹ đến quá trình này, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về mất nước thẩm thấu.

Nhiệt độ sấy ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sấy và chất lượng sản phẩm, trong đó nhiệt độ 50 °C được xác định là tối ưu để giữ màu sắc và dưỡng chất, đồng thời rút ngắn thời gian sấy. Nồng độ dung dịch cao làm tăng độ nhớt, làm chậm quá trình thẩm thấu và sấy, ảnh hưởng đến cấu trúc mềm dẻo của sản phẩm.

Phân tích dinh dưỡng cho thấy sản phẩm giữ được hàm lượng vitamin C và chất xơ tương đối ổn định, phù hợp với mục tiêu phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng từ vỏ bưởi. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong sấy, biểu đồ SG và WL theo thời gian, giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa quy trình thẩm thấu: Áp dụng nồng độ dung dịch 50 Brix và nhiệt độ 30 °C trong thời gian ngâm 60 phút để đạt được cân bằng giữa hàm lượng chất rắn hòa tan và lượng nước mất, đảm bảo vị ngọt chấp nhận được và hạn chế hiện tượng hút nước ngược. Thực hiện tại các cơ sở sản xuất trong vòng 6 tháng.

  2. Kiểm soát nhiệt độ sấy: Sử dụng nhiệt độ sấy 50 °C trong khoảng 90 phút để tối ưu tốc độ sấy, giữ màu sắc và dưỡng chất sản phẩm. Chủ thể thực hiện là nhà máy chế biến thực phẩm, áp dụng trong quy trình sản xuất công nghiệp.

  3. Nâng cao chất lượng nguyên liệu: Lựa chọn vỏ bưởi đồng nhất về màu sắc và kích thước, xử lý tiền thẩm thấu bằng cyclodextrin để giảm vị đắng, nâng cao cảm quan sản phẩm. Thời gian thực hiện trong giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu.

  4. Nghiên cứu bổ sung về vi sinh và bảo quản: Tiến hành khảo sát vi sinh vật và thời gian bảo quản sản phẩm sau chế biến để đảm bảo an toàn thực phẩm và kéo dài thời gian sử dụng. Đề xuất thực hiện trong 12 tháng tiếp theo bởi các viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Áp dụng quy trình thẩm thấu và sấy tối ưu để phát triển sản phẩm vỏ bưởi sấy dẻo chất lượng cao, tăng giá trị nguyên liệu phụ phẩm và đa dạng hóa sản phẩm.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích dữ liệu và ứng dụng lý thuyết mất nước thẩm thấu trong thực phẩm.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Sử dụng kết quả để khuyến khích tận dụng nguồn nguyên liệu phụ phẩm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thúc đẩy phát triển kinh tế nông thôn.

  4. Nhà sản xuất nguyên liệu và thiết bị chế biến: Căn cứ vào các thông số kỹ thuật để thiết kế và cải tiến thiết bị sấy, thẩm thấu phù hợp với đặc tính nguyên liệu vỏ bưởi.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nồng độ dung dịch thẩm thấu ảnh hưởng thế nào đến chất lượng sản phẩm?
    Nồng độ dung dịch càng cao làm tăng hàm lượng chất rắn hòa tan (SG) trong sản phẩm, nhưng cũng có thể gây hiện tượng hút nước ngược, ảnh hưởng đến lượng nước mất (WL). Nồng độ 50 Brix được đánh giá là phù hợp để cân bằng vị ngọt và cấu trúc sản phẩm.

  2. Tại sao nhiệt độ dung dịch thẩm thấu không ảnh hưởng nhiều đến SG và WL?
    Nhiệt độ dung dịch trong khoảng 30-50 °C chỉ làm tăng nhẹ lượng nước mất do tăng tốc độ khuếch tán, nhưng không làm thay đổi đáng kể hàm lượng chất rắn hòa tan, giúp tiết kiệm năng lượng khi không cần gia nhiệt cao.

  3. Nhiệt độ sấy ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ sấy và chất lượng?
    Nhiệt độ sấy cao giúp rút ngắn thời gian sấy và tăng tốc độ mất nước, nhưng nếu quá cao sẽ làm giảm chất lượng cảm quan và dinh dưỡng. Nhiệt độ 50 °C là mức tối ưu để giữ màu sắc và dưỡng chất.

  4. Thời gian ngâm thẩm thấu có quan trọng không?
    Thời gian ngâm từ 20 đến 100 phút không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ sấy, nhưng thời gian ngâm 60 phút được khuyến nghị để đạt được sự thẩm thấu tối ưu, cân bằng giữa vị ngọt và cấu trúc sản phẩm.

  5. Sản phẩm vỏ bưởi sấy dẻo có giữ được vitamin C không?
    Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng vitamin C trong sản phẩm giữ ổn định ở mức khoảng 15 mg/kg, không bị giảm đáng kể sau quá trình thẩm thấu và sấy, đảm bảo giá trị dinh dưỡng cho người tiêu dùng.

Kết luận

  • Quá trình chuyển khối trong vỏ bưởi bị ảnh hưởng rõ rệt bởi nồng độ dung dịch thẩm thấu và điều kiện nhiệt độ.
  • Nồng độ dung dịch 50 Brix và nhiệt độ 30 °C là điều kiện tối ưu cho quá trình thẩm thấu, cân bằng giữa hàm lượng chất rắn hòa tan và lượng nước mất.
  • Nhiệt độ sấy 50 °C trong khoảng 90 phút giúp tối ưu tốc độ sấy, giữ màu sắc và dưỡng chất sản phẩm.
  • Sản phẩm vỏ bưởi sấy dẻo giữ được hàm lượng vitamin C và chất xơ ổn định, phù hợp với yêu cầu dinh dưỡng và cảm quan.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển sản phẩm từ nguyên liệu phụ phẩm, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và bảo vệ môi trường.

Hành động tiếp theo: Áp dụng quy trình nghiên cứu vào sản xuất quy mô công nghiệp và mở rộng nghiên cứu về vi sinh, bảo quản để hoàn thiện sản phẩm. Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích hợp tác để phát triển sản phẩm thương mại chất lượng cao.