Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Màu sắc là một thuộc tính cảm quan quan trọng chi phối trực tiếp đến sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với thực phẩm, đồng thời là tiêu chí phản ánh chất lượng, giá trị dinh dưỡng và độ an toàn của sản phẩm. Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, các chất màu tổng hợp từng được sử dụng phổ biến nhờ ưu thế về giá thành thấp, khả năng tạo màu mạnh và độ bền nhiệt, ánh sáng cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu độc học và y tế đã chỉ ra rằng việc sử dụng phẩm màu tổng hợp tiềm ẩn rủi ro sức khỏe, có thể gây dị ứng, ảnh hưởng đến hệ hô hấp và góp phần làm gia tăng chứng rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD) ở trẻ em. Do đó, xu hướng công nghệ thực phẩm hiện đại đang chuyển dịch mạnh mẽ sang khai thác các nguồn màu tự nhiên như anthocyanin, curcumin, betalain và betacyanin nhằm thay thế phụ gia tổng hợp.

Thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) là loại cây nhiệt đới được canh tác phổ biến tại các tỉnh phía Nam của Việt Nam như Long An, Tiền Giang, Bình Thuận, Trà Vinh và Cà Mau. Trong quy trình chế biến công nghiệp các sản phẩm từ thịt quả như rượu vang, nước ép, mứt jam hay thanh long sấy, phần vỏ quả chiếm tỷ lệ từ 18% đến 24% tổng khối lượng quả tươi thường bị loại bỏ như một dạng chất thải nông nghiệp. Lượng phụ phẩm sinh học khổng lồ này khi thải ra môi trường sẽ trải qua quá trình phân hủy kỵ khí, làm phát sinh khí nhà kính và gây ô nhiễm vi sinh vật. Tuy nhiên, các phân tích hóa học cho thấy vỏ thanh long ruột đỏ chứa hàm lượng sắc tố betacyanin cao, đạt tới 35,12 mg/g mẫu, vượt trội hơn so với hàm lượng betacyanin có trong phần thịt quả (khoảng 30 mg/g). Do đó, việc tận dụng vỏ quả để trích ly betacyanin vừa mở ra nguồn nguyên liệu tạo màu tự nhiên có giá trị sinh học, vừa giải quyết bài toán môi trường trong chuỗi chế biến nông sản.

Về mặt công nghệ, betacyanin là sắc tố có cấu trúc kém bền, rất nhạy cảm với nhiệt độ, oxy và ánh sáng. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu sử dụng công nghệ sấy phun với dải nhiệt độ không khí sấy cao từ 120 °C đến 180 °C, dẫn đến hiện tượng nhiệt phân và làm tổn thất nghiêm trọng hàm lượng hoạt chất. Nhằm khắc phục nhược điểm này, phương pháp sấy thăng hoa ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất chân không được lựa chọn để bảo toàn tối đa các liên kết hóa học của sắc tố. Tuy nhiên, dịch trích sau khi sấy dễ rơi vào trạng thái vô định hình với nhiệt độ chuyển thủy tinh ($T_g$) thấp, khiến bột thành phẩm có xu hướng hút ẩm nhanh, dính bết và đông vón trong quá trình bảo quản. Do đó, việc nghiên cứu bổ sung các hệ chất mang carbohydrate cao phân tử kết hợp với chất chống đông vón là yêu cầu kỹ thuật tất yếu để tạo khung cấu trúc, nâng cao giá trị $T_g$ và duy trì độ ổn định của sản phẩm bột màu.

Khóa luận xác định hai nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng các chất mang và chất chống đông vón đến khả năng bảo quản của bột betacyanin.
  2. Khảo sát ảnh hưởng của các chất mang và chất chống đông vón đến động học phân hủy betacyanin.

Đối tượng nghiên cứu là dịch trích betacyanin thu nhận từ vỏ quả thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) thu mua tại chợ đầu mối nông sản Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh, phối chế cùng 4 loại chất mang carbohydrate (maltodextrin, maltodextrin kết hợp xanthan gum, maltodextrin kết hợp arabic gum, tinh bột sắn) và chất chống đông vón tricalcium phosphate (TCP). Phạm vi bảo quản thực nghiệm được khảo sát trong 35 ngày ở điều kiện nhiệt độ 6 °C (ngăn mát tủ lạnh) bên trong túi zip có túi hút ẩm, lấy mẫu phân tích định kỳ mỗi 5 ngày.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống lý thuyết dựa trên các cơ sở hóa sinh thực phẩm và kỹ thuật quá trình:

  • Cấu tạo và con đường tổng hợp betacyanin: Sắc tố đỏ - tím betacyanin thuộc họ betalain, được sinh tổng hợp từ amino acid thơm tyrosine thông qua con đường shikimate. Tyrosine bị hydroxyl hóa thành L-DOPA, sau đó bị oxy hóa và đóng vòng tạo cyclo-DOPA để ngưng tụ tự phát với betalamic acid tạo thành tiền chất betanidin. Quá trình glucosyl hóa tại vị trí C-5 tạo ra betanin hoặc tại vị trí C-6 tạo ra gomphrenin, tiếp tục trải qua các phản ứng acyl hóa với các acid hữu cơ để hình thành các dẫn xuất đặc trưng trong vỏ thanh long ruột đỏ như phyllocactin, hylocerenin, isobetanin và isophyllocactin.
  • Đặc tính hóa lý và phản ứng thoái hóa: Phân tử betacyanin mang nhiều nhóm chức phân cực (-OH, -COOH, -NH) nên hòa tan tốt trong nước và ethanol. Sắc tố này tương đối bền trong khoảng pH từ 3 đến 7 (vùng tối ưu từ 4 đến 6). Ở nhiệt độ cao trên 50 °C hoặc môi trường bất lợi, betacyanin bị phân hủy theo phương trình động học bậc 1 qua các phản ứng khử carboxyl hóa, khử hydro hóa và thủy phân liên kết aldimine tạo thành cyclo-DOPA và betalamic acid.
  • Nguyên lý sấy thăng hoa và nhiệt độ chuyển thủy tinh ($T_g$): Quá trình sấy thăng hoa diễn ra qua ba giai đoạn gồm lạnh đông sản phẩm, sấy thăng hoa ở áp suất dưới điểm ba thể của nước (dưới 4,58 mmHg) và sấy chân không nhiệt độ thấp để khử ẩm liên kết đưa độ ẩm về dưới 6%. Hiện tượng dính bết và đông vón của sản phẩm sấy vô định hình xảy ra khi nhiệt độ môi trường vượt quá giá trị $T_g$. Để tăng $T_g$, các chất trợ sấy carbohydrate khối lượng phân tử lớn như maltodextrin, arabic gum, xanthan gum và tinh bột sắn được đưa vào công thức phối chế. Đồng thời, muối vô cơ tricalcium phosphate (TCP, $Ca_3(PO_4)_2$) được sử dụng để tạo rào cản vật lý và cạnh tranh hút ẩm bề mặt.

Quy trình thực nghiệm được chuẩn hóa qua các công đoạn kỹ thuật:

  • Chuẩn bị nguyên liệu: Vỏ thanh long tươi được rửa sạch, loại bỏ phần tai xanh và lớp biểu bì bóng bên ngoài, cắt nhỏ kích thước 3x3 cm², sấy đối lưu ở 70 °C trong 9 giờ, nghiền mịn qua rây kích thước lỗ 0,4 mm và bảo quản kín ở -20 °C.
  • Trích ly hoạt chất: Bột vỏ thanh long được phối trộn với dung môi ethanol 50% theo tỷ lệ rắn:lỏng 1:25 (w/v), gia nhiệt khuấy đảo ở 40 °C trong 20 phút với tốc độ 200 rpm. Dịch hỗn hợp được ly tâm tách bã ở tốc độ 6000 rpm trong 10 phút, lọc qua giấy lọc Whatman No. 1 và cô quay chân không thu hồi dung môi cho đến khi đạt nồng độ chất khô hòa tan 45 °Brix.
  • Phối chế và sấy thăng hoa: Dịch cô đặc được bổ sung chất mang với tỷ lệ 70% (w/w) và chất chống đông vón TCP với tỷ lệ 1,5% (w/w) tính theo khối lượng dịch trích. Hỗn hợp sau khi đồng hóa được cấp đông và tiến hành sấy thăng hoa.
Ký hiệu mẫu Thành phần chất mang và phụ gia phối chế
M1 Maltodextrin (100%)
M2 Hỗn hợp Maltodextrin + Xanthan gum (tỷ lệ 9:1 w/w)
M3 Hỗn hợp Maltodextrin + Arabic gum (tỷ lệ 9:1 w/w)
T1 Tinh bột sắn (100%)
MT1 Maltodextrin + TCP (1,5% w/w)
MT2 Hỗn hợp Maltodextrin + Xanthan gum (9:1) + TCP (1,5% w/w)
MT3 Hỗn hợp Maltodextrin + Arabic gum (9:1) + TCP (1,5% w/w)
TT1 Tinh bột sắn + TCP (1,5% w/w)

Hệ thống phương pháp phân tích kiểm nghiệm bao gồm:

  • Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy đối lưu ở 105 °C đến khối lượng không đổi (tiêu chuẩn AOAC 981.10).
  • Đo hoạt độ nước ($a_w$) bằng thiết bị EZ-200 (Nhật Bản).
  • Đo màu sắc theo không gian màu CIE $L^, a^, b^*$ bằng máy đo màu quang phổ Konica Minolta CR-400.
  • Đo hàm lượng betacyanin trên máy quang phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis Hitachi UH-3500) ở bước sóng hấp thụ cực đại 538 nm, tính toán theo định luật Lambert-Beer với hệ số hấp thụ phân tử $\varepsilon = 65.000$ L/mol·cm, khối lượng mol phân tử $MW = 550$ g/mol và hệ số pha loãng $DF = 6$.
  • Khảo sát động học phân hủy dựa trên phương trình phản ứng bậc 1: $\ln(C/C_0) = -kt$, từ đó xác định hằng số tốc độ phân hủy $k$ ($ngày^{-1}$) và chu kỳ bán rã $t_{1/2} = 0,693/k$.
  • Định lượng hàm lượng polyphenol tổng số (TPC) bằng phản ứng so màu với thuốc thử Folin-Ciocalteu tại bước sóng 765 nm (đo ở ngày 0 và ngày 35), biểu thị theo miligram gallic acid tương đương (mg GAE/100 g chất khô).
  • Đánh giá khả năng kháng oxy hóa thông qua hoạt tính bắt gốc tự do DPPH, tính theo đương lượng ascorbic acid.
  • Quan sát hình thái vi cấu trúc của bột trước và sau nghiền bằng phương pháp ghi hình quang học.
  • Toàn bộ thí nghiệm được lặp lại 3 lần và xử lý số liệu bằng phương pháp thống kê mô tả.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Chương này thiết lập tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tiễn về việc thay thế chất màu tổng hợp bằng các sắc tố tự nhiên an toàn. Tác giả luận giải việc tận dụng nguồn phụ phẩm vỏ thanh long ruột đỏ trong công nghiệp chế biến trái cây tại Việt Nam nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, đồng thời khắc phục nhược điểm phân hủy nhiệt của phương pháp sấy phun truyền thống bằng kỹ thuật sấy thăng hoa nhiệt độ thấp. Chương này công bố mục tiêu nghiên cứu, cấu trúc nhiệm vụ khoa học và khẳng định ý nghĩa thực tiễn trong việc nâng cao giá trị chuỗi nông sản và phát triển công nghệ sản xuất bột màu tự nhiên.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Chương tổng quan cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học toàn diện về:

  • Phân loại học thực vật, thành phần hóa lý của thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) với các số liệu so sánh về khoáng chất, amino acid và hoạt chất chống oxy hóa giữa thịt quả và vỏ quả; dẫn chứng các nghiên cứu ứng dụng vỏ quả làm nguồn bổ sung chất xơ trong bánh màn thầu, mì sợi và chất thay thế chất béo trong kem dâu.
  • Cấu trúc hóa học, cơ chế sinh tổng hợp và các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của sắc tố betacyanin (nhiệt độ, pH, oxy, ánh sáng, hoạt độ nước).
  • Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy thăng hoa, phân tích giản đồ pha của nước và bản chất của hiện tượng chuyển dịch trạng thái thủy tinh sang trạng thái cao su trong vật liệu sấy vô định hình.
  • Tổng quan về các chất mang carbohydrate (tinh bột sắn, dextrin, maltodextrin, guar gum, arabic gum, xanthan gum) và cơ chế chống đông vón, giảm hút ẩm của phụ gia tricalcium phosphate (TCP).

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương này mô tả chi tiết nguồn gốc nguyên liệu, hóa chất đạt độ tinh khiết phân tích 99%, xây dựng lưu trình công nghệ gồm hai quy trình kỹ thuật chính:

  • Quy trình sản xuất bột vỏ thanh long (xử lý, sấy ở 70 °C trong 9 giờ, nghiền, rây 0,4 mm).
  • Quy trình trích ly betacyanin sử dụng dung môi ethanol 50% ở 40 °C trong 20 phút kết hợp ly tâm 6000 rpm và cô quay chân không thu hồi dung môi đến 45 °Brix. Chương 3 trình bày chi tiết cách bố trí hai thí nghiệm khảo sát tính chất bảo quản và động học phân hủy của 8 công thức mẫu bột (M1, M2, M3, T1, MT1, MT2, MT3, TT1) cùng đầy đủ nguyên tắc, quy trình thao tác và công thức tính toán của các chỉ tiêu hóa lý, hóa sinh theo các tiêu chuẩn phân tích thực phẩm.

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Chương 4 phân tích sâu các dữ liệu thực nghiệm thu được trong 35 ngày bảo quản:

  • Biến thiên độ ẩm và hoạt độ nước: Phân tích sự gia tăng độ ẩm và giá trị $a_w$ của các mẫu bột dưới tác động của môi trường bảo quản; đối chiếu độ ẩm nội tại của từng loại chất mang và làm rõ vai trò ngăn chặn hút ẩm của phụ gia TCP.
  • Biến động hàm lượng betacyanin và màu sắc: Trình bày số liệu suy giảm hàm lượng sắc tố theo thời gian; diễn giải sự dịch chuyển của các chỉ số tọa độ màu $L^$ (độ sáng), $a^$ (sắc đỏ) và $b^*$ (sắc vàng) tương ứng với sự phân giải phân tử màu.
  • Hàm lượng phenolic tổng và năng lực kháng oxy hóa: So sánh sự thay đổi của hàm lượng polyphenol (mg GAE/100 g chất khô) và khả năng trung hòa gốc tự do DPPH giữa ngày bắt đầu (ngày 0) và ngày kết thúc (ngày 35).
  • Động học phân hủy betacyanin: Khảo sát mối tương quan tuyến tính giữa $\ln(C/C_0)$ và thời gian $t$, từ đó tính toán chính xác hằng số tốc độ phân hủy $k$ và chu kỳ bán rã $t_{1/2}$ cho từng hệ chất mang khi có và không có TCP.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tổng kết các kết luận khoa học rút ra từ toàn bộ quá trình thực nghiệm; xác định hệ chất mang cho hiệu suất thu hồi sắc tố ban đầu tốt nhất cũng như hệ chất mang duy trì độ ổn định bảo quản tối ưu nhất; đánh giá hiệu quả của phụ gia TCP đối với chất lượng bột sấy; đồng thời đề xuất các định hướng nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện quy trình công nghệ và thử nghiệm ứng dụng trong sản phẩm thực phẩm.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả định lượng cụ thể:

  • Hiệu suất thu hồi sắc tố ban đầu: Sự kết hợp giữa các loại chất mang tạo ra sự khác biệt lớn về hàm lượng betacyanin thu nhận sau sấy thăng hoa. Hỗn hợp chất mang maltodextrin kết hợp xanthan gum (mẫu M2 và MT2) cho hiệu suất thu hồi betacyanin cao nhất. Hàm lượng sắc tố ở mẫu này cao hơn 22% so với mẫu sử dụng maltodextrin - arabic gum, cao hơn 32% so với mẫu chỉ dùng maltodextrin đơn lẻ, và cao hơn 39% so với mẫu dùng tinh bột sắn.
  • Tính ổn định trong quá trình tồn trữ: Trái ngược với hiệu suất thu hồi ban đầu, mẫu sử dụng hỗn hợp maltodextrin - xanthan gum lại kém bền nhất trong thời gian bảo quản 35 ngày; tốc độ phân hủy betacyanin thành các sản phẩm thoái hóa của mẫu này diễn ra nhanh nhất trong số các mẫu khảo sát.
  • Vai trò của chất chống đông vón: Việc bổ sung tricalcium phosphate (TCP) với tỷ lệ 1,5% (w/w) mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc làm giảm khả năng hút ẩm từ môi trường của khối bột, duy trì độ ẩm và hoạt độ nước ở mức an toàn, hạn chế sự vón cục và giúp gia tăng tính ổn định, kéo dài thời gian bán rã của sắc tố betacyanin trong quá trình bảo quản.
  • Mô hình động học: Quá trình phân hủy sắc tố của toàn bộ các mẫu bột trong điều kiện bảo quản ở 6 °C diễn ra tương thích hoàn toàn với mô hình động học bậc 1, cung cấp bộ dữ liệu về hằng số tốc độ $k$ và thời gian bán rã $t_{1/2}$ làm cơ sở dự báo hạn sử dụng của bột màu.

Về mặt đóng góp khoa học, đề tài là một trong những công trình thực nghiệm đầu tiên công bố dữ liệu toàn diện về sự tương tác giữa các hệ chất mang polysaccharide khác nhau với phụ gia chống đông vón vô cơ trong công nghệ sấy thăng hoa dịch chiết phụ phẩm vỏ thanh long ruột đỏ. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu về động học thoái hóa sắc tố, giúp các nhà nghiên cứu làm rõ cơ chế bảo vệ và tương tác cấu trúc của chất trợ sấy đối với hoạt chất betacyanin nhạy cảm nhiệt.

Về mặt giải pháp công nghệ, tác giả kiến nghị tùy thuộc vào mục tiêu sử dụng thực tế để lựa chọn hệ phụ gia: nếu ưu tiên hiệu suất thu hồi sắc tố cao nhất sau sấy thì lựa chọn hệ maltodextrin phối hợp xanthan gum; nếu ưu tiên thời gian bảo quản dài hạn và độ bền màu thì cần lựa chọn hệ chất mang có tốc độ phân giải thấp hơn, đồng thời bắt buộc phải phối trộn thêm chất chống đông vón TCP để kiểm soát ẩm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tồn tại một số giới hạn kỹ thuật được rút ra từ phạm vi thực nghiệm:

  • Thời gian theo dõi bảo quản dừng lại ở mốc 35 ngày, chưa đủ dài để đánh giá trọn vẹn sự biến đổi chất lượng sản phẩm trong vòng đời lưu thông thương mại kéo dài từ 6 tháng đến 1 năm.
  • Điều kiện thử nghiệm bảo quản chỉ được tiến hành đơn lẻ ở nhiệt độ 6 °C (ngăn mát tủ lạnh) bên trong túi zip có túi hút ẩm, chưa khảo sát đối chứng ở các mức nhiệt độ thực tế khác (như nhiệt độ phòng 25 - 30 °C hoặc điều kiện nhiệt đới ẩm) để đánh giá năng lượng hoạt hóa ($E_a$) theo phương trình Arrhenius.
  • Tỷ lệ phối trộn chất mang (70% w/w) và phụ gia TCP (1,5% w/w) được cố định theo một mức khảo sát tham chiếu, chưa được tối ưu hóa đa biến theo phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM).
  • Các hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất bao gồm: mở rộng dải nhiệt độ và độ ẩm tương đối trong thử nghiệm bảo quản nhằm xác định chính xác năng lượng hoạt hóa; khảo sát thêm các dạng bao bì chống thấm khí và cản quang; đồng thời đưa sản phẩm bột betacyanin vào thử nghiệm tạo màu thực tế trên các ma trận thực phẩm cụ thể (sữa chua, nước giải khát, thạch, kẹo) để đánh giá độ bền màu cảm quan và tương tác vi chất.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:

  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên các ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch, Công nghệ Kỹ thuật Hóa học trong việc tiếp cận phương pháp luận nghiên cứu thu nhận hoạt chất sinh học tự nhiên từ phụ phẩm nông nghiệp.
  • Cán bộ kỹ thuật và chuyên viên R&D tại các doanh nghiệp sản xuất phụ gia thực phẩm, nước giải khát, chế biến sữa và bánh kẹo đang tìm kiếm giải pháp kỹ thuật để tạo màu tự nhiên thay thế màu tổng hợp.
  • Những nội dung đáng tham khảo nhất trong tài liệu gồm: thông số công nghệ trích ly betacyanin tối ưu bằng dung môi cồn loãng 50% ở 40 °C; quy trình chuẩn bị và sấy thăng hoa tạo bột; công thức phối chế kết hợp phụ gia chống đông vón TCP; cùng quy trình chuẩn đo quang phổ UV-Vis và phương pháp dựng mô hình động học bậc 1 xác định hằng số phân hủy của sắc tố.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu này sử dụng phương pháp sấy thăng hoa thay vì kỹ thuật sấy phun phổ biến? Trong các nghiên cứu trước đây, kỹ thuật sấy phun thường yêu cầu không khí sấy ở nhiệt độ cao (dao động từ 120 °C đến 180 °C), điều này gây tổn thất lớn hàm lượng sắc tố betacyanin vốn là hoạt chất rất nhạy cảm với nhiệt độ. Sấy thăng hoa hoạt động ở nhiệt độ âm và áp suất chân không sâu, làm nước đá thăng hoa trực tiếp thành hơi mà không qua pha lỏng, giúp bảo toàn tối đa hoạt tính sinh học, màu sắc và cấu trúc xốp của bột màu.

2. Hàm lượng betacyanin trong vỏ thanh long ruột đỏ khác biệt như thế nào so với phần thịt quả? Theo các tài liệu và số liệu phân tích được trích dẫn trong khóa luận, vỏ thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) chứa hàm lượng betacyanin lên đến 35,12 mg/g mẫu, cao hơn đáng kể so với hàm lượng tìm thấy trong phần thịt quả (khoảng 30 mg/g). Điều này khẳng định vỏ thanh long ruột đỏ là nguồn nguyên liệu trích ly sắc tố tự nhiên rất tiềm năng chứ không đơn thuần là phế phụ phẩm hữu cơ.

3. Vì sao mẫu sử dụng chất mang maltodextrin kết hợp xanthan gum (M2/MT2) cho hiệu suất thu hồi cao nhất nhưng lại kém bền nhất trong bảo quản? Hỗn hợp maltodextrin và xanthan gum có khả năng tạo màng bao bọc và giữ sắc tố rất tốt trong quá trình kết tinh thăng hoa, giúp thu hồi lượng betacyanin ban đầu cao hơn từ 22% đến 39% so với các chất mang khác. Tuy nhiên, cấu trúc hydrocolloid của xanthan gum có đặc tính hút giữ ẩm và tương tác phân tử phức tạp, trong quá trình bảo quản đã thúc đẩy các phản ứng thủy phân và phân hủy sắc tố diễn ra nhanh hơn so với cấu trúc màng bao của maltodextrin đơn lẻ hay hỗn hợp với arabic gum.

4. Cơ chế hoạt động của phụ gia tricalcium phosphate (TCP) trong việc cải thiện độ bền của bột màu là gì? Tricalcium phosphate (TCP) là một muối vô cơ không tan có kích thước hạt từ 40 đến 100 μm, được bổ sung với tỷ lệ 1,5% (w/w). TCP đóng vai trò cạnh tranh hút ẩm trực tiếp với bột màu và phân bố trên bề mặt hạt bột để tạo rào cản vật lý ngăn chặn sự tiếp xúc của hơi ẩm không khí. Nhờ đó, TCP làm giảm hoạt độ nước, giữ cho bột tơi xốp, nâng cao nhiệt độ chuyển thủy tinh ($T_g$) và làm chậm tốc độ thoái hóa của betacyanin và polyphenol.

5. Động học phân hủy của betacyanin trong nghiên cứu được mô tả theo mô hình nào? Sự suy giảm nồng độ betacyanin trong 35 ngày bảo quản ở 6 °C được mô hình hóa theo phương trình động học bậc 1: $\ln(C/C_0) = -kt$. Dựa vào hệ số góc của đường hồi quy tuyến tính giữa $\ln(C/C_0)$ và thời gian $t$, nghiên cứu xác định được hằng số tốc độ phân hủy $k$ và chu kỳ bán rã $t_{1/2} = 0,693/k$, cho phép định lượng chính xác độ bền nhiệt động của từng hệ mẫu.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Hoàng Linh Giang và Nguyễn Hoàng Tấn Tài đã chứng minh tính khả thi của công nghệ sản xuất bột màu tự nhiên từ phụ phẩm vỏ thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) thông qua kỹ thuật trích ly dung môi cồn 50% và sấy thăng hoa. Kết quả thực nghiệm khẳng định việc lựa chọn loại chất mang carbohydrate và bổ sung phụ gia chống đông vón tricalcium phosphate (TCP) chi phối quyết định đến hiệu suất thu hồi sắc tố ban đầu cũng như tính ổn định trong suốt 35 ngày tồn trữ. Hệ mẫu chứa maltodextrin kết hợp xanthan gum mang lại hiệu suất thu hồi betacyanin cao nhất sau sấy, trong khi phụ gia TCP đóng vai trò cốt lõi trong việc kiểm soát hoạt độ nước và ngăn ngừa quá trình phân hủy hoạt chất sinh học theo động học bậc 1.