Tổng quan nghiên cứu

Ngành khai thác và chế biến thủy hải sản đóng vai trò trụ cột trong nền kinh tế biển Việt Nam với trữ lượng nguồn lợi cá biển ước tính đạt trên 2.038 loài. Riêng vùng biển Đông Nam Bộ sở hữu trữ lượng cá tầng đáy và tầng nổi lên tới 1,1 triệu tấn, cho phép mức khai thác bền vững hàng năm khoảng 484.000 tấn. Trong đó, các mẻ lưới kéo tầng đáy ghi nhận họ cá Mối (Synodontidae) chiếm tỷ trọng áp đảo lên tới 54,43% tổng sản lượng đánh bắt. Mặc dù sản lượng khai thác cá Mối trung bình toàn quốc đạt khoảng 12.000 tấn mỗi năm với tỷ lệ cơ thịt fillet khả dụng chiếm 56,23% khối lượng nguyên con, loại cá này từ lâu vẫn bị xếp vào nhóm nguyên liệu có giá trị kinh tế thấp. Nguyên nhân cốt lõi bắt nguồn từ đặc tính cơ thịt mềm, cấu trúc liên kết lỏng lẻo và dễ bị biến tính sau thu hoạch, khiến phần lớn sản lượng chỉ được sử dụng làm thức ăn gia súc hoặc sản xuất bột cá thô.

Trước bối cảnh xu hướng tiêu dùng toàn cầu dịch chuyển mạnh mẽ sang các dòng thực phẩm lành mạnh giàu protein, ít chất béo và không chứa cholesterol xấu, công nghệ chế biến surimi và các sản phẩm mô phỏng mở ra hướng đi chiến lược nhằm nâng cao chuỗi giá trị thủy sản. Nghiên cứu này tập trung khảo sát quy trình công nghệ chế biến surimi bán thành phẩm từ cá Mối thường (Saurida tumbil) và nghiên cứu chế thử hai dòng sản phẩm mô phỏng giá trị gia tăng cao gồm Tôm viên surimi và Chạo tôm surimi. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm toàn diện tại Phân xưởng Chế biến Surimi thuộc Công ty Thủy sản và Xuất nhập khẩu Côn Đảo (COIMEX) trong giai đoạn từ tháng 08/2005 đến tháng 12/2005. Kết quả đạt được không chỉ giải quyết triệt để bài toán tận dụng nguồn cá tạp giá rẻ để nâng cao tỷ lệ thu hồi protein lên trên 50%, mà còn giúp hạ giá thành sản xuất thực phẩm mô phỏng từ 25% đến 40% so với các sản phẩm truyền thống chế biến từ nguyên liệu tôm tự nhiên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của hai học thuyết công nghệ sinh học và kỹ thuật thực phẩm then chốt:

Thứ nhất, thuyết biến tính và tạo gel protein sợi cơ (Myofibrillar Protein Gelling Theory). Khả năng tạo gel của protein thịt cá là đặc tính chức năng cốt lõi quyết định độ dai, độ bền cơ học và cảm quan của surimi. Khi cơ thịt cá được nghiền nhuyễn kết hợp xử lý cơ học liên tục và bổ sung muối natri clorua, các phân tử actomyosin bị biến tính một phần, duỗi mạch polypeptid và bộc lộ các nhóm chức kỵ nước bên trong. Quá trình gia nhiệt tiếp theo thúc đẩy các tương tác ưa béo, liên kết hydro và cầu nối disulfua (giữa các nhóm -SH của cystein) liên kết chéo lại với nhau, tạo thành mạng lưới không gian ba chiều có trật tự có khả năng bẫy giữ các phân tử nước tự do.

Thứ hai, lý thuyết tương tác phân tử và hydrat hóa chất bảo vệ lạnh (Cryoprotectant Hydration Theory). Trong môi trường bảo quản đông sâu, các phân tử nước có xu hướng kết tinh thành các tinh thể đá lớn phá vỡ cấu trúc bậc cao của protein. Việc bổ sung các chất đồng bảo vệ gồm sorbitol 4%, saccarose 3% và muối natripolyphosphate 0,3% làm giảm hoạt độ của nước, tạo liên kết hydro bền vững với chuỗi polypeptid và ức chế triệt để sự kết tụ biến tính của actomyosin.

Các khái niệm chính định hình nghiên cứu bao gồm: Surimi (chất nền protein tinh sạch từ cơ thịt cá đã loại bỏ mỡ, máu và protein tương bào), Sản phẩm mô phỏng (dòng thực phẩm tái cấu trúc từ nền surimi có hình dáng, kết cấu và hương vị tương đương hải sản cao cấp), và Độ đàn hồi cấu trúc gel (chỉ số đo lường biến dạng vật lý của liên kết protein dưới tác động lực cắt nén ở dải pH tối ưu 6,5 - 7,5).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp từ các lô nguyên liệu cá Mối tươi (Saurida tumbil) được bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4°C đến 5°C từ đội tàu khai thác có công suất 500 HP đến 700 HP của Công ty COIMEX. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo từng mẻ chế biến thực nghiệm với cỡ mẫu từ 5 kg đến 10 kg cho mỗi công thức phối trộn, lặp lại độc lập 3 lần để đảm bảo độ tin cậy thống kê cao nhất.

Hệ thống phương pháp phân tích bao gồm:

  • Đánh giá cảm quan: Sử dụng phương pháp cho điểm thị hiếu theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4410-87 trên thang điểm 5 cho 4 chỉ tiêu trọng yếu: trạng thái cấu trúc, màu sắc, mùi và vị sau khi hấp chín và chiên nhiệt.
  • Phân tích hóa lý: Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105°C theo TCVN 3700-90 và TCVN 4415-87; đo đạc độ dai và lực đàn hồi gel bằng máy đo biến dạng chuyên dụng REOH SD700.
  • Kiểm nghiệm vi sinh: Xác định tổng số vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí, Salmonella, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus, Escherichia coli và Vibrio parahaemolyticus tại Viện Vệ sinh Y tế Công cộng Thành phố Hồ Chí Minh.

Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là nhằm chuẩn hóa toàn diện quy trình công nghệ theo tiêu chuẩn thực phẩm quốc gia, đảm bảo khả năng ứng dụng trực tiếp vào dây chuyền sản xuất công nghiệp quy mô 400 tấn/tháng của nhà máy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm và chế thử sản phẩm mang lại các kết quả định lượng rõ nét:

Thứ nhất, kết quả phân tích thành phần khối lượng và hóa học của cá Mối (Saurida tumbil) ghi nhận tỷ lệ thịt fillet đạt 56,23%, đầu chiếm 18,46%, xương 12,30%, vây vảy 5,64% và nội tạng chiếm 4,98%. Cơ thịt cá Mối tươi chứa 3,15% đạm tổng quát, 0,104% đạm acid amin, độ ẩm 78,14% và hàm lượng lipid chỉ ở mức 1,40%. Tỷ lệ lipid thấp là điều kiện lý tưởng giúp hạn chế quá trình oxy hóa chất béo gây ôi thiu trong quá trình bảo quản lạnh.

Thứ hai, việc chuẩn hóa quy trình sản xuất surimi cá Mối qua 3 chu kỳ rửa ly tâm với tỷ lệ cá/nước lần lượt là 3/7, 4/6 và 5/5 ở nhiệt độ nước rửa duy trì dưới 10°C (tối ưu ở mức dưới 4°C) kết hợp nồng độ dung dịch muối tinh lọc 0,3% - 0,5% đã loại bỏ triệt để tạp chất. Surimi thành phẩm đạt độ ẩm chuẩn 78% đến 80%, độ dai đo được trên máy REOH SD700 đạt 200 g/cm, hàm lượng protein duy trì ở mức 16%, hàm lượng lipid giảm xuống chỉ còn 0,2% và hoàn toàn không chứa cholesterol. Khối surimi sau khi phối trộn phụ gia cryoprotectant và cấp đông sâu ở nhiệt độ -40°C đến -45°C trong 160 - 180 phút giữ vững cấu trúc nguyên vẹn khi lưu trữ ở nhiệt độ dưới -18°C.

Thứ ba, thực nghiệm chế biến Tôm viên surimi đã xác lập được tỷ lệ phối trộn tối ưu với tinh bột bắp ở mức 8% đến 10% khối lượng, giúp viên tôm đạt độ đàn hồi tốt nhất, mặt cắt mịn phẳng, không bị nứt vỡ hay rỗng xốp. Tỷ lệ bột hương liệu tôm 0,2% - 0,3% và bột màu thực phẩm 0,04% - 0,06% mang lại màu hồng bóng tự nhiên và mùi thơm tương đương tôm chín, đạt điểm cảm quan xuất sắc 4,8/5 điểm.

Thứ tư, đối với sản phẩm Chạo tôm surimi, việc phối trộn 20% đến 30% thịt tôm sú quết nhuyễn cùng 70% đến 80% surimi cá Mối, kết hợp 6% tinh bột bắp và 0,1% gelatin giúp khối thịt bao quanh mía lau đạt độ kết dính cơ học hoàn hảo, không bị bong tách khi hấp nhiệt ở 85°C - 90°C trong 10 - 12 phút. Giá trị chi phí nguyên liệu cho một đơn vị sản phẩm giảm tới 35% so với sản phẩm làm hoàn toàn từ thịt tôm tự nhiên. Kết quả kiểm nghiệm tại cơ quan y tế xác nhận cả hai sản phẩm đều âm tính với các vi sinh vật gây bệnh như Salmonella và Vibrio parahaemolyticus.

Thảo luận kết quả

Cơ chế giải thích cho sự thành công của quy trình nằm ở hiện tượng tái cấu trúc liên kết protein actomyosin trong môi trường kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt. Việc rửa tách triệt để protein tương bào tan trong nước và lipid đã giải phóng các tâm hoạt động của chuỗi sợi cơ, giúp chúng tương tác chặt chẽ với các hạt tinh bột bắp đã trương nở trong quá trình hồ hóa nhiệt. Tinh bột bắp hoạt động như một chất đồng tạo gel (co-gelling agent), lấp đầy các lỗ rỗng mao quản trong mạng lưới ba chiều của protein, gia tăng độ cứng chắc và hạn chế hiện tượng mất nước cấu trúc khi rã đông.

So sánh với các nghiên cứu chế biến surimi từ các loài cá tầng mặt khác như cá Trổng (tỷ lệ thu hồi surimi chỉ 24,7%) hay cá Rô phi (24,6%), cá Mối cho hiệu suất thu hồi và độ dẻo dai cao hơn hẳn nhờ hàm lượng myosin cơ thịt ổn định và cấu trúc sợi cơ đồng nhất. Khi thảo luận về các biến số nồng độ tinh bột bắp và tỷ lệ thịt tôm bổ sung, dữ liệu thực nghiệm có thể được biểu diễn trực quan thông qua biểu đồ cột thể hiện điểm số cảm quan trạng thái cấu trúc qua 5 mức nồng độ khảo sát (từ 4% đến 12%), kết hợp với bảng ma trận tương quan giữa độ ẩm sấy và độ biến dạng lực cắt nén. Cách trình bày trực quan này giúp làm sáng tỏ mối quan hệ tuyến tính giữa hàm lượng phụ gia liên kết và độ bền cơ học của hệ gel thực phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm và tiềm năng thương mại hóa, 4 giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm nâng cao năng lực sản xuất và tối ưu hóa chuỗi giá trị:

Thứ nhất, chuẩn hóa dây chuyền kiểm soát nhiệt độ chuỗi lạnh trong chế biến surimi. Các doanh nghiệp chế biến thủy sản cần đầu tư hệ thống cấp nước lạnh tự động duy trì liên tục nhiệt độ dưới 4°C ở mọi công đoạn rửa ly tâm và nghiền trộn phụ gia, hướng tới mục tiêu giảm tỷ lệ biến tính protein không mong muốn xuống dưới 3% trong vòng 6 tháng đầu năm 2026.

Thứ hai, ứng dụng hệ phụ gia đồng tạo gel sinh học thế hệ mới. Bộ phận nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các nhà máy cần phối hợp với các viện nghiên cứu thực phẩm để thử nghiệm bổ sung enzyme transglutaminase (TGase) ở tỷ lệ 0,1% - 0,2% kết hợp tinh bột biến tính, nhằm nâng chỉ số lực gel của surimi cá Mối lên trên 250 g/cm trong quý 3 năm 2026.

Thứ ba, mở rộng danh mục sản phẩm mô phỏng giá trị gia tăng cao. Doanh nghiệp sản xuất cần tận dụng công thức tôm viên và chạo tôm đã hoàn thiện để mở rộng thêm các dòng sản phẩm càng cua lăn bột, xúc xích surimi và chả cá định hình, phấn đấu đạt mục tiêu nâng tỷ trọng nhóm hàng ăn liền mô phỏng lên 45% tổng doanh thu chế biến nội địa trước năm 2027.

Thứ tư, hoàn thiện chuỗi liên kết khai thác và bảo quản sơ bộ trên tàu cá. Cơ quan quản lý thủy sản địa phương cùng các hợp tác xã đánh bắt cần trang bị công nghệ bảo quản bằng nước biển lạnh trên hệ thống tàu công suất từ 500 HP đến 700 HP, duy trì độ tươi sống và độ pH thịt cá ổn định ở mức 6,8 đến 7,2, giúp hạ tỷ lệ hao hụt nguyên liệu sau đánh bắt từ mức 18% xuống dưới 7% trong giai đoạn 2026 - 2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của công trình này mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

  • Doanh nghiệp và nhà máy chế biến thủy hải sản xuất khẩu: Tiếp cận quy trình công nghệ chuẩn hóa từ công đoạn tách xương, ép nước, rửa ly tâm 3 cấp đến cấp đông sâu ở nhiệt độ -45°C, hỗ trợ tối ưu hóa định mức nguyên liệu cá Mối và hạ giá thành vận hành công nghiệp.
  • Kỹ sư công nghệ thực phẩm và chuyên gia R&D: Vận dụng chi tiết các bảng công thức phối trộn phụ gia (sorbitol, tinh bột bắp, hương liệu tôm, gelatin) để ứng dụng trực tiếp vào phát triển sản phẩm mới như tôm viên, chạo tôm, càng cua surimi phục vụ hệ thống bán lẻ và siêu thị.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm: Khai thác làm tài liệu tham khảo học thuật chuyên sâu về cơ chế gel hóa protein actomyosin, phương pháp phân tích độ ẩm sấy theo TCVN 3700-90 và kỹ thuật kiểm nghiệm vi sinh vật chỉ thị an toàn thực phẩm.
  • Cơ quan quản lý kinh tế thủy sản và nhà hoạch định chính sách: Sử dụng số liệu thống kê trữ lượng 1,1 triệu tấn vùng biển Đông Nam Bộ để hoạch định chiến lược khai thác hải sản bền vững, thúc đẩy chuyển đổi mô hình từ xuất khẩu nguyên liệu thô sang chế biến sâu giá trị gia tăng cao.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cá Mối lại là đối tượng nguyên liệu tối ưu cho công nghệ sản xuất surimi? Cá Mối sở hữu sản lượng khai thác dồi dào, chiếm tới 54,43% mẻ cào tầng đáy tại vùng biển Đông Nam Bộ với khoảng 12.000 tấn/năm. Cơ thịt cá có màu trắng tự nhiên, tỷ lệ nạc fillet cao đạt 56,23% và hàm lượng chất béo rất thấp chỉ 1,40%, tạo điều kiện hoàn hảo để hình thành khối gel actomyosin dẻo dai mà không lo ngại nguy cơ ôi dầu hay mùi tanh khó chịu.

Hệ phụ gia Cryoprotectant gồm Sorbitol, Saccarose và Polyphosphate có vai trò cụ thể như thế nào? Hỗn hợp phụ gia gồm 4% sorbitol, 3% saccarose và 0,3% natripolyphosphate đóng vai trò như các phân tử bảo vệ lạnh. Chúng tạo liên kết hydro giữ chặt các phân tử nước tự do, ngăn ngừa sự kết tinh tinh thể đá lớn làm đứt gãy mạng lưới sợi cơ trong suốt quá trình cấp đông ở nhiệt độ -45°C và bảo quản đông dài hạn ở mức dưới -18°C.

Tỷ lệ tinh bột bắp ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng cảm quan của tôm viên surimi? Thực nghiệm chứng minh tỷ lệ tinh bột bắp tối ưu nằm trong khoảng 8% đến 10%. Ở tỷ lệ này, các hạt tinh bột trương nở liên kết chặt với mạng lưới protein cá, tạo độ đàn hồi cao và mặt cắt mịn màng sau khi hấp ở nhiệt độ 85°C - 90°C. Nếu sử dụng vượt quá 12%, viên tôm sẽ bị khô cứng và mất đi vị ngọt béo đặc trưng của thực phẩm mô phỏng.

Nhiệt độ nước rửa trong các chu kỳ ly tâm có tầm quan trọng sống còn ra sao đối với chất lượng surimi? Nhiệt độ nước rửa bắt buộc phải kiểm soát dưới 10°C, lý tưởng nhất là dưới 4°C qua cả 3 giai đoạn ly tâm. Nếu nhiệt độ nước tăng cao, protein myosin tan trong muối sẽ bị biến tính nhiệt sớm, làm mất hoàn toàn lực tạo gel đàn hồi tự nhiên và làm suy giảm độ dai thành phẩm xuống dưới ngưỡng tiêu chuẩn 200 g/cm.

Việc thay thế một phần thịt tôm tự nhiên bằng surimi cá Mối trong chạo tôm mang lại lợi ích kinh tế gì? Công thức phối trộn 70% - 80% surimi cá Mối kết hợp 20% - 30% thịt tôm sú tươi vẫn duy trì điểm cảm quan xuất sắc 4,8/5 điểm về cấu trúc và hương vị. Giải pháp này giúp cắt giảm từ 30% đến 40% chi phí nguyên liệu đầu vào, mang lại biên lợi nhuận vượt trội cho nhà sản xuất thực phẩm đóng gói.

Kết luận

  • Xác định hàm lượng nạc fillet cá Mối đạt 56,23% với hàm lượng đạm 3,15%, là nguồn chất nền protein trắng lý tưởng cho công nghệ thực phẩm.
  • Chuẩn hóa thành công quy trình sản xuất surimi công nghiệp với lực gel đạt độ dai 200 g/cm và độ ẩm ổn định trong khoảng 78% đến 80%.
  • Xác lập công thức phối trộn tối ưu cho Tôm viên surimi (8% - 10% tinh bột bắp) và Chạo tôm surimi (tỷ lệ 70% surimi kết hợp 30% tôm quết).
  • Tiết kiệm 30% đến 40% chi phí nguyên liệu so với sản phẩm truyền thống từ hải sản tươi sống mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn vi sinh theo quy định quốc gia.
  • Mở ra hướng đi mang tính bước ngoặt trong việc nâng cao giá trị thương mại cho nguồn cá Mối 12.000 tấn/năm tại vùng biển phía Nam.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp một giải pháp công nghệ sinh học thực phẩm hoàn chỉnh, khép kín từ nguyên liệu cá tạp giá rẻ đến các dòng sản phẩm mô phỏng ăn liền cao cấp. Kế hoạch triển khai tiếp theo trong giai đoạn quý 1 đến quý 4 năm 2026 sẽ tập trung vào việc chuyển giao quy trình cho các nhà máy chế biến thủy sản ven biển và tự động hóa công đoạn định hình sản phẩm. Doanh nghiệp và nhà nghiên cứu hãy chủ động ứng dụng ngay quy trình công nghệ này để đón đầu xu hướng tiêu dùng thực phẩm lành mạnh và bứt phá lợi nhuận trong chu kỳ kinh doanh mới.