Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu công nghệ chế biến puree và nước chuối từ quả chuối tiêu hồng

• Tác giả: Phạm Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
• Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế biến puree và nước chuối từ chuối tiêu hồng
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.3. Đóng góp mới của luận án
• 1.4. Tổng quan về cây chuối và sản phẩm sau thu hoạch
• 1.5. Nguồn gốc, phân bố và phân loại giống chuối
• 1.5.1. Nguồn gốc và phân bố
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp công nghệ
• 2.3.2. Quy trình thực nghiệm chế biến puree chuối
• 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu phân tích đặc tính cơ lý, hóa học và cấu trúc của nguyên liệu chuối tiêu hồng
• 3.2. Ảnh hưởng của độ chín đến mật số tiêu hóa của thịt chuối tiêu hồng
• 3.3. Kết quả nghiên cứu công nghệ sản xuất puree chuối chất lượng cao
• 3.4. Kết quả nghiên cứu công nghệ tách chiết nước chuối trong từ sản phẩm puree chưa tách hạt
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về công nghệ chế biến thực phẩm

Công nghệ chế biến thực phẩm là lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các phương pháp nhằm nâng cao chất lượng và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Trong bối cảnh hiện nay, việc chế biến các sản phẩm từ chuối, đặc biệt là puree chuối và nước chuối, đang trở thành xu hướng quan trọng. Chuối tiêu hồng là một trong những loại chuối phổ biến tại Việt Nam, với giá trị dinh dưỡng cao và tiềm năng lớn trong ngành chế biến thực phẩm. Quy trình chế biến chuối không chỉ giúp bảo quản lâu dài mà còn tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng, đáp ứng nhu cầu thị trường. Theo nghiên cứu, giá trị dinh dưỡng của chuối rất cao, chứa nhiều vitamin và khoáng chất cần thiết cho sức khỏe con người. Việc ứng dụng công nghệ chế biến tiên tiến sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1. Đặc điểm của chuối tiêu hồng

Chuối tiêu hồng có đặc điểm nổi bật về hình dáng và hương vị. Loại chuối này thường có màu vàng sáng khi chín, với vị ngọt thanh và mùi thơm đặc trưng. Đặc tính sinh lý của quả chuối sau thu hoạch rất quan trọng, ảnh hưởng đến quá trình chế biến. Sự chín của chuối tiêu hồng diễn ra nhanh chóng, do đó cần có các biện pháp bảo quản và chế biến kịp thời để tránh lãng phí. Nghiên cứu cho thấy, chuối tiêu hồng có hàm lượng đường tự nhiên cao, cùng với các chất dinh dưỡng như vitamin C, vitamin B6 và kali. Những yếu tố này không chỉ làm tăng giá trị dinh dưỡng mà còn tạo ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm chế biến từ chuối, như puree chuối và nước chuối.

II. Quy trình chế biến chuối

Quy trình chế biến chuối bao gồm nhiều bước quan trọng, từ thu hoạch đến chế biến thành sản phẩm cuối cùng. Đầu tiên, chuối được thu hoạch ở giai đoạn chín thích hợp để đảm bảo chất lượng. Sau đó, chuối được rửa sạch và loại bỏ các phần không đạt yêu cầu. Tiếp theo, chuối được chế biến thành puree chuối thông qua các công nghệ như xay nhuyễn và xử lý nhiệt. Công nghệ sản xuất puree hiện đại giúp giữ lại hương vị và giá trị dinh dưỡng của chuối. Sau khi chế biến, sản phẩm được đóng gói và bảo quản trong điều kiện thích hợp để đảm bảo độ tươi ngon và an toàn thực phẩm. Việc áp dụng công nghệ bảo quản chuối cũng rất quan trọng, giúp kéo dài thời gian sử dụng và giảm thiểu lãng phí thực phẩm.

2.1. Công nghệ chế biến puree chuối

Công nghệ chế biến puree chuối bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, từ truyền thống đến hiện đại. Một trong những phương pháp phổ biến là sử dụng máy xay nhuyễn kết hợp với xử lý nhiệt để tiêu diệt vi khuẩn và enzyme gây hư hỏng. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng enzyme pectinase trong quá trình chế biến có thể cải thiện độ nhuyễn và chất lượng của puree. Ngoài ra, việc điều chỉnh pH và thêm các chất chống oxy hóa như axit ascorbic cũng giúp bảo quản màu sắc và hương vị của sản phẩm. Các sản phẩm puree chuối có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm, từ sản xuất bánh kẹo đến chế biến đồ uống.

III. Giá trị dinh dưỡng và ứng dụng của chuối

Chuối không chỉ là một loại trái cây phổ biến mà còn mang lại nhiều lợi ích dinh dưỡng cho sức khỏe. Giá trị dinh dưỡng của chuối rất cao, với hàm lượng vitamin, khoáng chất và chất xơ phong phú. Việc chế biến chuối thành nước chuối và puree chuối không chỉ giúp bảo quản lâu dài mà còn tạo ra các sản phẩm tiện lợi cho người tiêu dùng. Các sản phẩm này có thể được sử dụng trong chế biến thực phẩm, làm nguyên liệu cho các món ăn và đồ uống. Nghiên cứu cho thấy, việc tiêu thụ chuối thường xuyên có thể giúp cải thiện sức khỏe tim mạch, hỗ trợ tiêu hóa và cung cấp năng lượng cho cơ thể. Do đó, việc phát triển công nghệ chế biến chuối là rất cần thiết để nâng cao giá trị dinh dưỡng và đáp ứng nhu cầu thị trường.

3.1. Ứng dụng của chuối trong thực phẩm

Chuối có thể được sử dụng trong nhiều sản phẩm thực phẩm khác nhau. Ứng dụng của chuối trong thực phẩm rất đa dạng, từ các món tráng miệng đến đồ uống. Nước chuối là một sản phẩm phổ biến, có thể được sử dụng như một loại nước giải khát bổ dưỡng. Ngoài ra, puree chuối cũng được sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều món ăn như bánh, kem và các loại đồ uống khác. Việc phát triển các sản phẩm chế biến từ chuối không chỉ giúp tăng giá trị kinh tế cho nông sản mà còn đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao của thị trường. Sự kết hợp giữa công nghệ chế biến hiện đại và nguyên liệu tự nhiên sẽ tạo ra những sản phẩm chất lượng cao, an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.

Tổng quan nghiên cứu

Chuối (Musa sinensis) là loại quả có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp năng lượng, vitamin A, vitamin C và các khoáng chất thiết yếu như kali, canxi, natri và magiê. Tại Việt Nam, sản lượng chuối đạt khoảng 2.194 triệu tấn/năm với diện tích trồng 150.000 ha, chiếm gần 19% tổng diện tích cây ăn quả và đứng thứ 8 thế giới về sản lượng (FAO, 2020). Chuối tiêu Hồng là giống phổ biến nhất, chiếm 90% diện tích trồng tại vùng ven sông Hồng và trung du miền núi phía Bắc. Tuy nhiên, chuối là loại quả chín sau thu hoạch, dễ bị hư hỏng do quá trình hô hấp mạnh, chín nhanh không đồng đều, gây tổn thất lớn trong bảo quản và vận chuyển.

Để giảm thiểu thất thoát sau thu hoạch và nâng cao giá trị chuối, nghiên cứu phát triển công nghệ chế biến các sản phẩm sau thu hoạch như puree chuối và nước chuối trong là rất cần thiết. Puree chuối là bán thành phẩm dạng nhuyễn từ thịt chuối chín, có thể bảo quản kéo dài 12-18 tháng, được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành bánh kẹo, kem, nước giải khát. Nước chuối trong là sản phẩm tách chiết từ puree chuối, khác với nước chuối đục truyền thống, có chất lượng cảm quan và dinh dưỡng cao hơn.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng, hiệu quả và an toàn thực phẩm trong quy trình công nghệ chế biến puree và nước chuối trong từ nguyên liệu chuối tiêu Hồng, đồng thời đề xuất quy trình công nghệ tiên tiến, phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam. Nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu chuối tiêu Hồng chín ở các mức độ chín khác nhau, trong điều kiện phòng thí nghiệm và quy mô thử nghiệm tại công ty thực phẩm Đông Giao. Kết quả nghiên cứu góp phần đa dạng hóa sản phẩm chuối, nâng cao giá trị gia tăng và đáp ứng yêu cầu thị trường trong nước và quốc tế.

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 sinh lý và hóa học của quả chuối chín sau thu hoạch: phân tích biến đổi thành phần hóa học (tinh bột, đường, axit, tanin, vitamin C) và cấu trúc mô tế bào theo các mức độ chín, ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu chế biến.
• Mô hình enzyme Polyphenol Oxidase (PPO) và quá trình nâu hóa enzymatic: cơ chế hình thành sắc tố melanin do hoạt động của PPO, ảnh hưởng đến màu sắc và cảm quan sản phẩm.
• Lý thuyết công nghệ chế biến sau thu hoạch: các phương pháp xử lý nhiệt, enzyme, biến đổi khí, áp suất cao nhằm ức chế hoạt động enzyme, kéo dài thời gian bảo quản và nâng cao chất lượng sản phẩm.
• Khái niệm về puree chuối và nước chuối trong: đặc điểm vật lý, hóa học, tiêu chuẩn chất lượng và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: nguyên liệu chuối tiêu Hồng được thu hoạch và xử lý ở các mức độ chín từ 3 đến 7, được xử lý bằng khí ethylene để đồng đều độ chín. Dữ liệu thu thập bao gồm phân tích thành phần hóa học, đặc tính cảm quan, hoạt tính enzyme PPO, hiệu suất tách chiết nước chuối.
• Phương pháp phân tích: sử dụng các phương pháp hóa học (đo TSS, pH, axit, vitamin C), phân tích vi sinh, kính hiển vi quang học và SEM để quan sát cấu trúc tế bào, đo hoạt tính enzyme PPO bằng phương pháp quang phổ, đánh giá màu sắc bằng hệ màu Hunter L*, a*, b* và chỉ số nâu hóa (BI).
• Phương pháp xử lý công nghệ: thử nghiệm các phương pháp xử lý nhiệt (hơi nước bão hòa 86,4°C trong 3,1 phút), xử lý enzyme pectinase Ultra SP-L (nồng độ 0,02%, 50°C, 60 phút), xử lý siêu âm (2W/g, 6 phút), xử lý biến đổi khí (môi trường N2), kết hợp các phương pháp nhằm tối ưu hóa chất lượng puree và nước chuối trong.
• Timeline nghiên cứu: nghiên cứu được thực hiện trong vòng 12 tháng, bao gồm giai đoạn thu thập nguyên liệu, thử nghiệm xử lý, phân tích kết quả và đề xuất quy trình công nghệ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định độ chín phù hợp cho chế biến: Chuối tiêu Hồng ở độ chín 7 thích hợp nhất để chế biến puree chuối, trong khi độ chín 6,5 phù hợp cho tách chiết nước chuối trong. Độ chín ảnh hưởng rõ rệt đến hàm lượng kali (584 mg/100g), magie (58 mg/100g), đường tổng (5,2 g/100g) và tinh bột (1,8 g/100g), đảm bảo chất lượng nguyên liệu đầu vào.

2. Hiệu quả xử lý nhiệt và enzyme trong ức chế hoạt tính PPO: Xử lý hơi nước bão hòa ở 86,4°C trong 3,1 phút kết hợp điều chỉnh pH 4,3 bằng axit citric và bổ sung axit ascorbic 0,06% trong môi trường khí N2 đã giảm hoạt tính PPO trên 99,35%, giữ màu sắc và chất lượng cảm quan puree chuối tăng từ 19,15 điểm lên 19,52 điểm.

3. Tăng hiệu suất tách chiết nước chuối trong bằng enzyme và siêu âm: Sử dụng enzyme pectinase Ultra SP-L với nồng độ 0,03%, nhiệt độ 50°C, thời gian 180 phút kết hợp siêu âm công suất 2W/g trong 6 phút nâng cao hiệu suất thu hồi nước chuối trong đạt 53,87%, độ trong 98,52%T và hàm lượng chất rắn hòa tan (TSS) 28,9°Bx.

4. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng sản phẩm: Thời gian xử lý enzyme, nhiệt độ, nồng độ enzyme và điều kiện bảo quản ảnh hưởng đến màu sắc, hoạt tính enzyme còn lại, hàm lượng vitamin C và cảm quan sản phẩm. Kết quả cho thấy sự kết hợp các biện pháp xử lý giúp kéo dài thời gian bảo quản trên 12 tháng mà không làm giảm chất lượng.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo trong ngành về ảnh hưởng của độ chín và xử lý ethylene đến thành phần hóa học và cấu trúc mô tế bào chuối, từ đó ảnh hưởng đến khả năng chế biến. Việc xử lý nhiệt kết hợp điều chỉnh pH và bổ sung chất chống oxy hóa như axit ascorbic đã được chứng minh là hiệu quả trong việc ức chế hoạt tính enzyme PPO, giảm thiểu quá trình nâu hóa enzymatic, tương tự các nghiên cứu về xử lý nhiệt và hóa chất trong bảo quản sản phẩm trái cây.

Hiệu quả của enzyme pectinase và siêu âm trong tách chiết nước chuối trong cũng đồng nhất với các nghiên cứu về enzyme trong công nghệ chế biến trái cây, giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng khả năng giải phóng nước và cải thiện độ trong của sản phẩm. Việc kết hợp các phương pháp xử lý đa yếu tố đã tạo ra quy trình công nghệ tiên tiến, phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế tại Việt Nam, góp phần nâng cao giá trị gia tăng cho chuối tiêu Hồng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi hoạt tính PPO theo thời gian xử lý, biểu đồ so sánh hiệu suất tách chiết nước chuối giữa các phương pháp, bảng phân tích thành phần hóa học và điểm cảm quan của sản phẩm sau xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình xử lý nhiệt hơi nước bão hòa 86,4°C trong 3,1 phút kết hợp điều chỉnh pH 4,3 bằng axit citric và bổ sung 0,06% axit ascorbic trong môi trường khí N2 nhằm ức chế hoạt tính enzyme PPO, giảm nâu hóa, nâng cao chất lượng puree chuối. Thời gian thực hiện: ngay sau thu hoạch; Chủ thể: doanh nghiệp chế biến.

2. Sử dụng enzyme pectinase Ultra SP-L với nồng độ 0,02-0,03%, nhiệt độ 50°C, thời gian 60-180 phút kết hợp xử lý siêu âm công suất 2W/g trong 6 phút để tăng hiệu suất tách chiết nước chuối trong, cải thiện độ trong và hàm lượng chất rắn hòa tan. Thời gian thực hiện: trong quy trình chế biến; Chủ thể: nhà máy chế biến.

3. Xây dựng hệ thống kiểm soát độ chín đồng đều bằng xử lý khí ethylene ở nồng độ 100 ppm trong 24 giờ để đảm bảo nguyên liệu chuối đạt độ chín tối ưu cho chế biến puree và tách chiết nước. Thời gian thực hiện: trước chế biến; Chủ thể: nhà vườn và doanh nghiệp thu mua.

4. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân về quy trình công nghệ mới, kiểm soát chất lượng và an toàn thực phẩm nhằm đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn quốc tế, đáp ứng yêu cầu thị trường trong và ngoài nước. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể: doanh nghiệp và cơ sở đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp quy trình công nghệ tiên tiến để sản xuất puree và nước chuối trong chất lượng cao, giúp nâng cao giá trị sản phẩm và mở rộng thị trường.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, nông nghiệp: Tài liệu tham khảo chi tiết về đặc tính sinh lý, hóa học của chuối, cơ chế enzyme PPO và các phương pháp xử lý công nghệ sau thu hoạch.

3. Nhà quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp: Cơ sở khoa học để phát triển ngành chế biến chuối, đa dạng hóa sản phẩm, tăng giá trị nông sản và giảm tổn thất sau thu hoạch.

4. Nông dân và hợp tác xã trồng chuối: Hiểu rõ về độ chín, xử lý ethylene và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chuối phục vụ cho thu hoạch và cung cấp nguyên liệu chế biến.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải xử lý khí ethylene cho chuối trước khi chế biến?
   Xử lý khí ethylene giúp đồng đều độ chín, kích thích quá trình chín nhanh và đều, từ đó nâng cao chất lượng nguyên liệu, giảm tỷ lệ hư hỏng và tăng hiệu quả chế biến.

2. Làm thế nào để kiểm soát quá trình nâu hóa enzymatic trong puree chuối?
   Kết hợp xử lý nhiệt hơi nước bão hòa, điều chỉnh pH thấp, bổ sung axit ascorbic và sử dụng môi trường khí biến đổi (N2) giúp ức chế hoạt tính enzyme PPO, giảm nâu hóa hiệu quả.

3. Phương pháp nào giúp tăng hiệu suất tách chiết nước chuối trong?
   Sử dụng enzyme pectinase Ultra SP-L kết hợp xử lý siêu âm làm phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng khả năng giải phóng nước, nâng cao hiệu suất tách chiết và cải thiện độ trong của nước chuối.

4. Puree chuối có thể bảo quản được bao lâu?
   Puree chuối được chế biến theo quy trình tiên tiến có thể bảo quản từ 12 đến 18 tháng trong điều kiện bảo quản lạnh và đóng gói phù hợp, giữ nguyên chất lượng và an toàn thực phẩm.

5. Nước chuối trong khác gì so với nước chuối đục truyền thống?
   Nước chuối trong là sản phẩm tách chiết từ puree chuối qua xử lý enzyme và siêu âm, có độ trong cao, ít cặn, chất lượng cảm quan và dinh dưỡng tốt hơn so với nước chuối đục thường được pha loãng từ puree.

Kết luận

• Xác định độ chín chuối tiêu Hồng phù hợp cho chế biến puree (độ chín 7) và tách chiết nước chuối trong (độ chín 6,5) là cơ sở quan trọng để nâng cao chất lượng sản phẩm.
• Quy trình xử lý nhiệt hơi nước bão hòa kết hợp điều chỉnh pH và bổ sung axit ascorbic trong môi trường khí N2 hiệu quả trong việc ức chế hoạt tính enzyme PPO, giảm nâu hóa enzymatic.
• Sử dụng enzyme pectinase Ultra SP-L và siêu âm giúp tăng hiệu suất tách chiết nước chuối trong, cải thiện độ trong và hàm lượng chất rắn hòa tan.
• Kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng thử nghiệm thành công tại công ty thực phẩm Đông Giao, góp phần đa dạng hóa sản phẩm chuối và nâng cao giá trị gia tăng.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất, tối ưu hóa quy trình và phát triển các sản phẩm chế biến từ chuối phù hợp với thị trường trong nước và quốc tế.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai áp dụng quy trình công nghệ đã đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.