Tổng quan nghiên cứu

Theo ước tính, tỷ lệ thừa cân béo phì trên toàn cầu đã tăng gấp ba lần kể từ năm 1975, với khoảng 1,9 tỷ người trưởng thành bị thừa cân hoặc béo phì vào năm 2016 (WHO). Tại Việt Nam, bánh quy là sản phẩm bánh kẹo phổ biến, chiếm 54% thị phần ngành bánh kẹo năm 2018. Tuy nhiên, bánh quy truyền thống thường chứa nhiều đường và chất béo, không phù hợp với nhóm người cần kiêng khem hoặc quan tâm đến sức khỏe. Nhu cầu bổ sung chất xơ vào thực phẩm hàng ngày được khuyến nghị khoảng 25-30g/ngày, trong khi mức tiêu thụ thực tế chỉ khoảng 11g/ngày.

Bã nho, phụ phẩm từ quá trình ép nho, chiếm khoảng 20% khối lượng nho ban đầu và là nguồn giàu chất xơ và hợp chất phenolic có hoạt tính chống oxy hóa cao. Tuy nhiên, việc sử dụng bã nho trong công nghiệp thực phẩm còn hạn chế, chủ yếu dùng làm phân bón. Nghiên cứu này tập trung vào việc xử lý bã nho bằng enzyme cellulase nhằm cải thiện tính chất chất xơ, phenolic và hoạt tính chống oxy hóa, từ đó ứng dụng vào công thức sản xuất bánh quy giàu chất xơ, mang lại lợi ích kinh tế, môi trường và sức khỏe người tiêu dùng.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xác định điều kiện xử lý enzyme tối ưu cho bã nho, đánh giá thành phần hóa học, hoạt tính chống oxy hóa của bã nho và bánh quy sau khi bổ sung bã nho đã xử lý enzyme, đồng thời khảo sát các tính chất vật lý và cảm quan của sản phẩm bánh quy. Nghiên cứu được thực hiện tại Thành phố Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 9/2020 đến tháng 1/2021.

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 về chất xơ thực phẩm: Chất xơ được chia thành hai loại chính là chất xơ hòa tan (SDF) và không hòa tan (IDF). Chất xơ hòa tan có khả năng lên men trong ruột, giúp giảm đường huyết và cholesterol, trong khi chất xơ không hòa tan có vai trò trong việc tăng khối lượng phân và cải thiện chức năng tiêu hóa.

  • Mô hình xử lý enzyme cellulase: Enzyme cellulase (Celluclast® 1.5L) xúc tác thủy phân cellulose trong bã nho, làm tăng tỷ lệ chất xơ hòa tan và giải phóng các hợp chất phenolic liên kết với thành tế bào, từ đó nâng cao hoạt tính chống oxy hóa.

  • Khái niệm hoạt tính chống oxy hóa: Đánh giá qua các chỉ số như tổng phenolic, anthocyanin và các phương pháp đo hoạt tính chống oxy hóa như DPPH, FRAP.

  • Mô hình ứng dụng phụ phẩm nông nghiệp trong thực phẩm: Sử dụng bã nho như một nguyên liệu bổ sung chất xơ và hợp chất sinh học vào sản phẩm bánh quy nhằm cải thiện giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Bã nho thu thập từ quy trình ép nho tại Ninh Thuận, Việt Nam, được xử lý enzyme cellulase trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.

  • Phương pháp xử lý enzyme: Pha loãng enzyme Celluclast® 1.5L với nước theo tỷ lệ 7,5g nước/g bã nho khô, nồng độ enzyme 6 U/g bã khô, thời gian thủy phân 1 giờ ở 50°C, khuấy đều 75 vòng/phút. Kết thúc thủy phân, enzyme được bất hoạt ở 95°C.

  • Chuẩn bị bột bã nho: Bã nho sau xử lý enzyme được sấy ở 55-60°C trong 10-14 giờ đến độ ẩm khoảng 10%, nghiền và sàng qua các cỡ lưới 30, 40 và 70 mesh.

  • Sản xuất bánh quy: Thay thế bột mì bằng bột bã nho ở các tỷ lệ 0%, 10%, 20%, 30% và 40%. Các thành phần khác gồm trứng gà, isomalt, muối, bột nở, hương vani, được trộn và nhào theo quy trình chuẩn, cán mỏng 4 mm, cắt khuôn đường kính 35 mm, nướng ở 175°C trong 4 phút.

  • Phân tích thành phần hóa học: Xác định protein, lipid, tro, tinh bột, carbohydrate tổng, chất xơ hòa tan, không hòa tan và tổng chất xơ theo tiêu chuẩn AOAC.

  • Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa: Đo tổng phenolic bằng phương pháp Folin-Ciocalteu, anthocyanin, hoạt tính DPPH và FRAP.

  • Đánh giá tính chất vật lý và cảm quan: Đo kích thước, độ dày, hệ số lan rộng (Spread Factor), độ cứng, màu sắc (CIE Lab), và khảo sát cảm quan bằng thang điểm 5 mức với nhóm người tiêu dùng.

  • Phân tích số liệu: Sử dụng phân tích phương sai (ANOVA) và kiểm định nhiều khoảng cách (Multiple range tests) với mức ý nghĩa p < 0.05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tăng tỷ lệ chất xơ hòa tan sau xử lý enzyme: Bã nho chưa xử lý có tỷ lệ chất xơ hòa tan khoảng 8%, tỷ lệ IDF/SDF là 5. Sau xử lý enzyme cellulase, tỷ lệ chất xơ hòa tan tăng 20%, tỷ lệ IDF/SDF giảm còn 4, cho thấy enzyme hiệu quả trong việc chuyển đổi chất xơ không hòa tan thành hòa tan.

  2. Tăng hàm lượng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa: Tổng phenolic của bã nho chưa xử lý là 4967.7 mg GAE/100g khô. Sau xử lý enzyme, tổng phenolic tăng từ 10% đến 40%, hoạt tính chống oxy hóa cũng tăng tương ứng. Bánh quy bổ sung 20% bột bã nho xử lý enzyme có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn so với bánh quy truyền thống.

  3. Ảnh hưởng đến tính chất vật lý bánh quy: Bánh quy chứa 20% bột bã nho có độ dày tăng, hệ số lan rộng giảm nhẹ, độ cứng tăng nhưng vẫn trong giới hạn chấp nhận được. Màu sắc bánh quy có xu hướng sẫm hơn theo tỷ lệ bột bã nho bổ sung.

  4. Đánh giá cảm quan: Mẫu bánh quy bổ sung 4-6% bột bã nho được người tiêu dùng chấp nhận cao nhất về màu sắc, mùi vị và kết cấu. Tỷ lệ bổ sung quá cao (trên 30%) làm giảm độ chấp nhận do thay đổi kết cấu và màu sắc quá mức.

Thảo luận kết quả

Việc xử lý bã nho bằng enzyme cellulase giúp phá vỡ cấu trúc cellulose, giải phóng các polysaccharide hòa tan và các hợp chất phenolic liên kết, làm tăng giá trị dinh dưỡng và hoạt tính sinh học của nguyên liệu. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ứng dụng enzyme trong xử lý phụ phẩm nông nghiệp để nâng cao chất lượng thực phẩm.

Sự gia tăng chất xơ hòa tan và phenolic góp phần cải thiện chức năng sinh học của bánh quy, đồng thời hỗ trợ kiểm soát đường huyết và cholesterol, phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng của nhóm người thừa cân, béo phì. Mặc dù có sự thay đổi về tính chất vật lý và cảm quan, tỷ lệ bổ sung 20% bột bã nho xử lý enzyme là tối ưu, cân bằng giữa giá trị dinh dưỡng và sự chấp nhận của người tiêu dùng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ chất xơ hòa tan, tổng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa giữa các mẫu bã nho và bánh quy, cùng bảng phân tích cảm quan và tính chất vật lý để minh họa rõ ràng sự khác biệt.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình xử lý enzyme cellulase cho bã nho trong công nghiệp bánh quy: Khuyến nghị các nhà sản xuất bánh quy bổ sung 20% bột bã nho đã xử lý enzyme để nâng cao giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học sản phẩm trong vòng 6-12 tháng tới.

  2. Phát triển sản phẩm bánh quy chức năng dành cho nhóm người thừa cân, béo phì: Tập trung quảng bá và nghiên cứu thêm về tác dụng kiểm soát đường huyết và cholesterol của bánh quy giàu chất xơ từ bã nho, nhằm mở rộng thị trường và nâng cao nhận thức người tiêu dùng.

  3. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng bã nho trong các sản phẩm thực phẩm khác: Khuyến khích nghiên cứu ứng dụng bã nho xử lý enzyme trong bánh mì, bánh ngọt, sữa chua để đa dạng hóa sản phẩm và tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu phụ phẩm.

  4. Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng và an toàn thực phẩm cho bột bã nho xử lý enzyme: Thiết lập quy trình kiểm soát chất lượng, an toàn vi sinh và hóa học nhằm đảm bảo tính ổn định và an toàn khi ứng dụng trong sản xuất thực phẩm.

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 khoa học về xử lý enzyme phụ phẩm nông nghiệp và ứng dụng trong sản xuất bánh quy chức năng.

  2. Doanh nghiệp sản xuất bánh kẹo và thực phẩm chức năng: Tham khảo để phát triển sản phẩm mới giàu chất xơ, có hoạt tính chống oxy hóa, đáp ứng nhu cầu thị trường về thực phẩm lành mạnh.

  3. Chuyên gia dinh dưỡng và y tế cộng đồng: Hiểu rõ hơn về vai trò của chất xơ và phenolic từ bã nho trong kiểm soát bệnh lý liên quan đến thừa cân, béo phì.

  4. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành nông nghiệp và thực phẩm: Đánh giá tiềm năng tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, thúc đẩy phát triển bền vững và kinh tế tuần hoàn trong ngành thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bã nho là gì và tại sao lại được sử dụng trong sản xuất bánh quy?
    Bã nho là phụ phẩm từ quá trình ép nho, giàu chất xơ và hợp chất phenolic có hoạt tính chống oxy hóa. Sử dụng bã nho trong bánh quy giúp tăng giá trị dinh dưỡng, bổ sung chất xơ và cải thiện hoạt tính sinh học của sản phẩm.

  2. Xử lý enzyme cellulase có tác dụng gì đối với bã nho?
    Enzyme cellulase thủy phân cellulose trong bã nho, làm tăng tỷ lệ chất xơ hòa tan và giải phóng các hợp chất phenolic, từ đó nâng cao hoạt tính chống oxy hóa và cải thiện tính chất vật lý của nguyên liệu.

  3. Tỷ lệ bổ sung bã nho tối ưu trong bánh quy là bao nhiêu?
    Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ 20% bột bã nho xử lý enzyme là tối ưu, cân bằng giữa cải thiện dinh dưỡng và giữ được tính chất vật lý, cảm quan của bánh quy, được người tiêu dùng chấp nhận cao.

  4. Bánh quy bổ sung bã nho có lợi ích sức khỏe gì?
    Bánh quy giàu chất xơ và phenolic giúp hỗ trợ kiểm soát đường huyết, giảm cholesterol, tăng cường hoạt tính chống oxy hóa, phù hợp với người thừa cân, béo phì và nhóm người quan tâm đến sức khỏe.

  5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các sản phẩm thực phẩm khác không?
    Có, công nghệ xử lý enzyme bã nho có thể mở rộng ứng dụng trong bánh mì, bánh ngọt, sữa chua và các sản phẩm thực phẩm chức năng khác nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học.

Kết luận

  • Xử lý bã nho bằng enzyme cellulase làm tăng 20% chất xơ hòa tan và 10-40% tổng phenolic, nâng cao hoạt tính chống oxy hóa.
  • Bánh quy bổ sung 20% bột bã nho xử lý enzyme có tính chất vật lý và cảm quan phù hợp, được người tiêu dùng chấp nhận.
  • Sản phẩm bánh quy giàu chất xơ từ bã nho góp phần cải thiện dinh dưỡng, hỗ trợ kiểm soát các bệnh liên quan đến thừa cân, béo phì.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển bền vững, tận dụng phụ phẩm nông nghiệp trong công nghiệp thực phẩm.
  • Đề xuất triển khai ứng dụng công nghệ trong sản xuất công nghiệp và nghiên cứu mở rộng các sản phẩm thực phẩm chức năng.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích doanh nghiệp và viện nghiên cứu phối hợp phát triển sản phẩm thương mại, đồng thời tiến hành các nghiên cứu lâm sàng đánh giá tác động sức khỏe của bánh quy giàu chất xơ từ bã nho.