Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng phát triển của ngành công nghiệp đồ uống hiện đại, nhận thức của người tiêu dùng về vai trò của các sản phẩm có nguồn gốc từ rau quả tự nhiên đối với sức khỏe ngày càng được nâng cao. Nước quả tươi không chỉ cung cấp nguồn glucid, khoáng chất và các vitamin thiết yếu mà còn chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học hỗ trợ tăng cường hệ miễn dịch. Tuy nhiên, tính chất mùa vụ và giới hạn vùng sinh thái của các loại cây ăn trái khiến việc cung ứng nước quả tươi quanh năm gặp nhiều trở ngại.

Cây chúc (Citrus hystrix), thuộc họ Cửu Lý Hương (Rutaceae), là loài cây bản địa đặc hữu của vùng Bảy Núi (tỉnh An Giang), tập trung chủ yếu tại hai huyện Tri Tôn và Tịnh Biên. Quả chúc có vỏ ngoài xù xì, chứa hàm lượng tinh dầu cao với hương thơm nồng nàn, dịch quả có vị chua thanh và hậu the đặc trưng, rất giàu vitamin C và acid hữu cơ. Cây chúc mỗi năm chỉ cho quả một lần vào mùa mưa với sản lượng hạn chế, giá bán thương phẩm cao gấp 5 đến 6 lần so với chanh thông thường. Mặc dù tiềm năng thương mại lớn, quả chúc hiện nay chủ yếu được tiêu thụ ở dạng ăn tươi hoặc làm gia vị ẩm thực, các sản phẩm chế biến sâu có giá trị gia tăng cao vẫn còn rất hạn chế.

Bên cạnh đó, mật ong là nguồn nguyên liệu tạo ngọt tự nhiên giàu năng lượng, chứa nhiều đường đơn (fructose, glucose), acid amin, khoáng chất, vitamin và các hợp chất kháng khuẩn tự nhiên. Sự kết hợp giữa vị chua thanh đặc trưng của quả chúc và vị ngọt dịu cùng hương thơm tự nhiên của mật ong tạo cơ sở khoa học để phát triển dòng sản phẩm nước quả cô đặc. Việc nghiên cứu chế biến nước quả chúc – mật ong cô đặc giúp đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ cây chúc, kéo dài thời gian sử dụng, thuận tiện trong vận chuyển và phân phối trên thị trường nội địa cũng như hướng tới xuất khẩu.

Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng quy trình công nghệ chế biến sản phẩm nước quả chúc – mật ong cô đặc nhằm tạo ra sản phẩm mới có giá trị dinh dưỡng cao, chất lượng cảm quan tốt và ổn định về mặt vi sinh.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối chế dịch chúc (5%, 10%, 15%) và mật ong (1,5%, 2,0%, 2,5%) đến chất lượng cảm quan, độ Brix và pH của sản phẩm.
  2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô sau cô đặc (55, 60, 65, 70 °Bx) đến chất lượng cảm quan và hàm lượng vitamin C của sản phẩm.
  3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thanh trùng (65°C, 75°C, 85°C) và thời gian thanh trùng (5 phút, 10 phút, 15 phút) đến giá trị thanh trùng F và chất lượng sản phẩm.
  4. Khảo sát tỷ lệ pha loãng sản phẩm cô đặc với nước (1/3, 1/4, 1/5) thích hợp nhất đối với người tiêu dùng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quả chúc tươi thu mua tại Chợ Mỹ Bình (thành phố Long Xuyên) và xã Phước Hưng (huyện An Phú, tỉnh An Giang); mật ong rừng nguyên chất; đường saccharose thương phẩm; nước tinh khiết; bao bì thủy tinh nắp kín.
  • Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học An Giang.
  • Thời gian thực hiện: Từ tháng 11 năm 2020 đến tháng 05 năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đề tài vận dụng các nguyên lý chuyển khối, truyền nhiệt và biến đổi hóa lý trong công nghệ chế biến đồ hộp nước quả:

  • Đặc tính quả chúc (Citrus hystrix): Dịch quả giàu acid citric, vitamin C và các hợp chất flavonoid (hesperetin, rutinosid, neohesperidin). Vỏ quả chứa 0,5% tinh dầu với thành phần chính là limonene (82%), a- và $\beta$-pinen (6%), terpinen (4,5%).
  • Đặc tính mật ong: Tỷ lệ chất khô chiếm khoảng 80%, độ ẩm 15–19%, đường fructose (36–50%), glucose (28–36%), saccharose (0,8–5,0%), cùng hệ enzyme (diastase, invertase, catalase) và các vitamin nhóm B, C, E, PP.
  • Biến đổi trong quá trình công nghệ: Quá trình cô đặc gia nhiệt làm tăng nồng độ chất khô và độ nhớt, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ xảy ra phản ứng caramel hóa đường và phản ứng Maillard làm sẫm màu sản phẩm; quá trình thanh trùng nhiệt ở nhiệt độ dưới 100°C đối với sản phẩm có tính acid cao (pH < 4,6) nhằm ức chế vi sinh vật gây hại và vô hoạt enzyme mà không làm tổn biến sâu sắc hàm lượng vitamin C và cấu tử hương.
  • Tiêu chuẩn chất lượng: Áp dụng TCVN 1682:1994 về đồ hộp nước quả và TCVN 5167-90 (theo Quyết định số 867/1998/QĐ-BYT) quy định về giới hạn chỉ tiêu cảm quan, hóa lý, vi sinh vật đối với thực phẩm đóng hộp.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Bố trí thí nghiệm: Áp dụng phương pháp bố trí thí nghiệm hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) với 3 lần lặp lại cho tất cả các nghiệm thức. Kết quả tối ưu của thí nghiệm trước được cố định làm thông số đầu vào cho thí nghiệm kế tiếp.
  • Phương pháp phân tích chỉ tiêu:
    • Hàm lượng vitamin C: Xác định bằng phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử với dung dịch Iod ($I_2$ 0,01 N), chất chỉ thị dung dịch hồ tinh bột 5%.
    • Độ Brix: Đo trực tiếp bằng chiết quang kế (Brix kế).
    • Giá trị pH: Đo bằng máy đo pH điện tử chuyên dụng.
    • Đánh giá cảm quan: Đánh giá các thuộc tính màu sắc, mùi, vị, trạng thái theo phương pháp cho điểm và khảo sát mức độ ưa thích chung bằng phép thử thị hiếu theo thang điểm Hedonic.
    • Giá trị thanh trùng F: Xác định từ đường cong biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ tâm sản phẩm theo thời gian thực tế tại các chế độ thanh trùng khác nhau.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được thu thập, tính toán giá trị trung bình bằng phần mềm Microsoft Excel và xử lý phương sai (ANOVA), so sánh sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các giá trị trung bình thông qua phép thử LSD (Least Significant Difference) ở mức ý nghĩa $p < 0,05$ bằng phần mềm Statgraphics.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này thiết lập tính cấp thiết của đề tài, nêu bật giá trị kinh tế và dinh dưỡng của cây chúc vùng Bảy Núi – An Giang. Tác giả chỉ rõ thực trạng quả chúc chủ yếu dùng ăn tươi, dễ bị hư hỏng sau thu hoạch và thị trường thiếu vắng các sản phẩm chế biến tiện lợi. Đề tài xác lập mục tiêu nghiên cứu quy trình chế biến nước quả chúc – mật ong cô đặc, nêu 4 nội dung thí nghiệm cần thực hiện và khẳng định tính mới trong việc tạo ra sản phẩm đồ uống đặc sản an toàn, có giá trị thương phẩm cao.

Chương 2: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2 tổng hợp cơ sở lý luận và tài liệu chuyên ngành về các đối tượng và quá trình công nghệ liên quan:

  • Giới thiệu thực vật học, thành phần hóa học của cây chúc và mật ong; phân tích vai trò của đường saccharose và chất lượng nguồn nước trong sản xuất nước giải khát.
  • Phân tích đặc tính bao bì thủy tinh: độ bền hóa học đối với môi trường acid, khả năng chịu áp lực và độ truyền nhiệt kém, từ đó đặt ra yêu cầu kiểm soát chênh lệch nhiệt độ khi gia nhiệt và làm nguội.
  • Tổng quan nguyên lý và yếu tố kỹ thuật của các quá trình: rửa nguyên liệu, ép tách dịch quả, lọc trong, xử lý vỏ chúc (ngâm muối và chần nước nóng để khử đắng), kỹ thuật phối chế, cơ chế bốc hơi nước khi cô đặc và các phương pháp thanh trùng nhiệt hở cho đồ hộp có pH < 4,6.
  • Trích dẫn các nghiên cứu tiền đề về chế biến nước quả cô đặc và nước quả phối chế mật ong (nghiên cứu nước măng cụt cô đặc của Nguyễn Thị Ngọc Lệ, 2008; nước khóm cô đặc của Nguyễn Minh Thủy, 2014; nước cam ép mật ong của Bùi Tấn Tài, 2009; nước chanh dây mật ong của Phạm Thùy Trang, 2007).

Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết điều kiện thực nghiệm, trang thiết bị (cân phân tích AND GF-6100, thiết bị thanh trùng ALP, brix kế, pH kế...) và hóa chất sử dụng. Tác giả thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến và mô tả chi tiết phương pháp bố trí 4 thí nghiệm:

  • Thí nghiệm 1: Bố trí 2 nhân tố gồm Tỷ lệ dịch chúc (5%, 10%, 15%) và Tỷ lệ mật ong (1,5%, 2,0%, 2,5%), cố định tỷ lệ đường 26,5%, nước 56,5% và vỏ chúc sơ chế 5% (tính trên tổng khối lượng sản phẩm trước cô đặc).
  • Thí nghiệm 2: Bố trí 1 nhân tố là nồng độ chất khô sau cô đặc (55, 60, 65, 70 °Bx), khống chế nhiệt độ cô đặc ở mức 80 – 90°C.
  • Thí nghiệm 3: Bố trí 2 nhân tố gồm Nhiệt độ thanh trùng (65°C, 75°C, 85°C) và Thời gian giữ nhiệt (5, 10, 15 phút).
  • Thí nghiệm 4: Bố trí 1 nhân tố là Tỷ lệ pha loãng thành phẩm với nước (1/3, 1/4, 1/5) để đánh giá cảm quan người dùng.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 phân tích toàn bộ kết quả thực nghiệm thu được:

  • Đánh giá thành phần nguyên liệu dịch chúc ban đầu với hàm lượng chất khô hòa tan 11,9 °Bx, pH 2,55, vitamin C 0,14% và độ acid chung 1,33%.
  • Phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ dịch chúc và mật ong đến cảm quan màu sắc và mùi: Mẫu phối chế 10% dịch chúc và 2% mật ong đạt điểm cảm quan cao nhất (màu sắc 4,7; mùi 4,7), độ Brix hỗn hợp đạt 45 °Bx và pH đạt 3,68.
  • Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ chất khô sau cô đặc: Nồng độ 65 °Bx cho sản phẩm có độ sánh hài hòa, màu vàng sáng đẹp và hạn chế tối đa tổn thất vitamin C so với mức 70 °Bx.
  • Đánh giá chế độ thanh trùng và giá trị F: Chế độ thanh trùng ở 75°C trong thời gian 15 phút đáp ứng yêu cầu tiêu diệt vi sinh vật chỉ thị, giữ màu sắc tự nhiên và hạn chế biến đổi mùi vị do nhiệt.
  • Đánh giá tỷ lệ pha loãng: Tỷ lệ pha 1 phần nước cô đặc với 5 phần nước (1/5) đạt điểm ưa thích cảm quan cao nhất.

Chương 5: Kết luận và khuyến nghị

Tổng hợp các thông số kỹ thuật tối ưu đã được xác định qua thực nghiệm để đưa ra quy trình công nghệ hoàn chỉnh cho sản phẩm nước quả chúc – mật ong cô đặc. Đồng thời, tác giả đề xuất các kiến nghị nhằm phát triển và hoàn thiện đề tài trong tương lai.


Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

Dựa trên các phân tích thực nghiệm và xử lý thống kê, đề tài đã xác lập các thông số kỹ thuật tối ưu qua từng công đoạn chế biến:

Công đoạn / Thông số Thông số tối ưu xác định Kết quả đạt được
Thành phần dịch quả nguyên liệu Ép cơ học và lọc sạch Độ Brix: 11,9 °Bx; pH: 2,55; Hàm lượng Vitamin C: 0,14%; Độ acid: 1,33%
Tỷ lệ phối chế trước cô đặc Dịch chúc 10%, Mật ong 2%, Vỏ chúc 5%, Đường 26,5%, Nước 56,5% Điểm cảm quan màu sắc: 4,7/5; Mùi: 4,7/5; Độ Brix hỗn hợp: 45 °Bx; pH hỗn hợp: 3,68
Chế độ cô đặc Nhiệt độ khống chế: 80 – 90°C; Điểm dừng: 65 °Bx Trạng thái sánh đặc mịn màng, màu vàng sáng, vị chua ngọt hài hòa, bảo tồn tốt vitamin C
Chế độ thanh trùng Nhiệt độ: 75°C; Thời gian: 15 phút (thanh trùng hở, làm nguội nhanh) Đảm bảo an toàn vi sinh vật theo TCVN, giá trị F đạt chuẩn, không làm biến tính mùi thơm
Tỷ lệ pha loãng sử dụng 1 phần sản phẩm : 5 phần nước (1/5) Mức độ ưa thích cảm quan cao nhất, hương thơm chúc và mật ong hòa quyện

Bảng tổng hợp kết quả đánh giá cảm quan theo tỷ lệ phối chế dịch chúc và mật ong:

Dịch chúc (%) Mật ong (%) Điểm cảm quan Màu sắc Điểm cảm quan Mùi
5 1,5 3,3 3,0
5 2,0 3,7 3,3
5 2,5 2,0 2,0
10 1,5 3,3 4,0
10 2,0 4,7 4,7
10 2,5 2,7 2,7
15 1,5 3,0 3,3
15 2,0 2,7 3,3
15 2,5 2,3 3,3

Quy trình công nghệ đề xuất

Quy trình sản xuất nước quả chúc – mật ong cô đặc hoàn chỉnh gồm các bước liên tục:

  1. Nguyên liệu quả chúc: Rửa sạch bằng nước -> Cắt ngang quả -> Ép lấy dịch quả -> Lọc qua vải lọc sạch -> Thu hồi dịch chúc.
  2. Xử lý vỏ chúc: Vỏ quả sau ép được rửa sạch -> Cắt sợi mỏng -> Ngâm nước muối 30 phút (khử đắng, giữ màu) -> Rửa lại bằng nước sạch -> Chần trong nước nóng 80 – 85°C trong 5 phút -> Vớt ra để ráo.
  3. Phối chế: Phối trộn dịch chúc (10%), mật ong (2%), sợi vỏ chúc (5%), đường saccharose (26,5%) và nước (56,5%).
  4. Cô đặc: Tiến hành gia nhiệt cô đặc ở nhiệt độ 80 – 90°C, khuấy đảo liên tục đến khi dung dịch đạt nồng độ chất khô 65 °Bx.
  5. Rót bao bì & Thanh trùng: Rót nóng vào keo/hũ thủy tinh đã vô trùng -> Đóng nắp kín -> Thanh trùng ở nhiệt độ 75°C trong 15 phút -> Làm nguội nhanh bằng dòng nước lạnh -> Bảo ôn và bảo quản thành phẩm.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm có hệ thống về tính chất hóa lý của dịch quả chúc vùng Bảy Núi – An Giang.
  • Xây dựng thành công quy trình công nghệ hoàn chỉnh chế biến nước quả chúc – mật ong cô đặc ở quy mô phòng thí nghiệm, giải quyết bài toán đa dạng hóa sản phẩm từ nông sản đặc thù có tính mùa vụ cao.
  • Đề xuất phương pháp xử lý vỏ chúc cắt sợi làm tăng giá trị cảm quan và cấu trúc cho sản phẩm mà không gây vị đắng khó chịu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Quá trình cô đặc trong nghiên cứu được tiến hành bằng phương pháp cô đặc hở ở áp suất khí quyển (nhiệt độ 80 – 90°C), dẫn đến thời gian gia nhiệt kéo dài và có thể gây tổn thất một phần các hợp chất mẫn cảm với nhiệt như vitamin C và các hợp chất thơm bay hơi.
  • Đề tài chưa khảo sát dài hạn sự thay đổi các chỉ tiêu hóa lý, cảm quan và độ ổn định vi sinh vật của sản phẩm trong các điều kiện nhiệt độ bảo quản và thời gian tồn trữ thực tế (chưa xác định hạn sử dụng chính xác).

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nghiên cứu ứng dụng thiết bị cô đặc chân không nhằm hạ thấp nhiệt độ sôi của khối dịch quả, rút ngắn thời gian xử lý nhiệt, giúp bảo tồn tối đa hàm lượng vitamin C và tinh dầu tự nhiên.
  • Thực hiện khảo sát theo dõi chất lượng sản phẩm theo thời gian thực tế ở các điều kiện bảo quản khác nhau (nhiệt độ thường, nhiệt độ lạnh) để xác định thời hạn bảo quản tối ưu.
  • Nghiên cứu giải pháp thu hồi và tái bổ sung tinh dầu hương chúc vào sản phẩm sau công đoạn cô đặc để tăng cường hương vị tự nhiên.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Sau thu hoạch: Tham khảo phương pháp bố trí thí nghiệm đa nhân tố trong chế biến đồ uống; phương pháp tính toán giá trị nhiệt thanh trùng F và kỹ thuật đánh giá cảm quan thực phẩm.
  • Kỹ sư và nhà nghiên cứu công nghệ đồ uống: Ứng dụng quy trình xử lý vỏ quả họ Cam chanh (Citrus) nhằm khử vị đắng gắt, kết hợp hài hòa vị ngọt tự nhiên của mật ong với dịch quả có độ acid cao.
  • Cơ sở chế biến và doanh nghiệp nông đặc sản: Cung cấp thông số kỹ thuật thực nghiệm nền tảng để phát triển, chuyển giao và thương mại hóa các sản phẩm đồ uống đóng hộp từ đặc sản quả chúc vùng Bảy Núi – An Giang.

Câu hỏi thường gặp

1. Dịch ép nguyên liệu quả chúc trong nghiên cứu có những chỉ tiêu hóa lý đặc trưng nào? Dịch ép quả chúc nguyên liệu có hàm lượng chất khô hòa tan đạt 11,9 °Bx, giá trị pH đạt 2,55, hàm lượng vitamin C đạt 0,14% và độ acid tổng số đạt 1,33% (chủ yếu là acid citric). Độ acid cao tạo điều kiện thuận lợi cho việc ức chế vi sinh vật và giảm nhiệt độ thanh trùng đồ hộp.

2. Vì sao tỷ lệ phối chế 10% dịch chúc và 2% mật ong lại được lựa chọn là tối ưu? Ở tỷ lệ 10% dịch chúc và 2% mật ong, sản phẩm đạt điểm cảm quan cao nhất về cả màu sắc (4,7/5) và mùi (4,7/5) với sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ($p < 0,05$). Mẫu này tạo được màu vàng sáng hài hòa, hương thơm quả chúc và mật ong quyện lẫn tự nhiên mà không bị mật ong lấn át (như ở tỷ lệ mật ong 2,5%) hoặc mùi chúc quá nồng (như ở tỷ lệ dịch chúc 15%).

3. Vỏ quả chúc được xử lý như thế nào để đưa vào sản phẩm mà không bị đắng? Vỏ quả chúc sau khi rửa sạch được cắt thành sợi nhỏ, ngâm trong dung dịch nước muối trong thời gian 30 phút để khử bớt vị đắng và giữ màu, sau đó rửa lại nhiều lần bằng nước sạch và tiến hành chần trong nước nóng ở nhiệt độ 80 – 85°C trong 5 phút trước khi để ráo và đem phối chế.

4. Chế độ cô đặc và thanh trùng nào được xác định là phù hợp nhất cho sản phẩm? Quá trình cô đặc được khống chế ở nhiệt độ 80 – 90°C cho đến khi nồng độ chất khô đạt 65 °Bx. Chế độ thanh trùng tối ưu sau khi đóng bao bì thủy tinh kín là xử lý nhiệt ở 75°C trong thời gian 15 phút và làm nguội nhanh, giúp tiêu diệt vi sinh vật gây hại theo tiêu chuẩn mà không làm biến tính chất lượng cảm quan và dinh dưỡng.


Kết luận

Chuyên đề tốt nghiệp đã nghiên cứu và xây dựng thành công quy trình công nghệ chế biến sản phẩm nước quả chúc – mật ong cô đặc từ nguồn nông sản đặc trưng của vùng Bảy Núi – An Giang. Các thông số kỹ thuật tối ưu gồm tỷ lệ phối chế dịch chúc 10%, mật ong 2%, vỏ chúc xử lý 5%, nồng độ chất khô dừng cô đặc 65 °Bx, chế độ thanh trùng 75°C trong 15 phút và tỷ lệ pha loãng sử dụng 1/5. Kết quả nghiên cứu không chỉ tạo ra sản phẩm đồ uống tiện lợi, giàu dinh dưỡng, an toàn vệ sinh thực phẩm mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho việc chế biến sâu các nguồn gen cây ăn trái đặc hữu tại địa phương.