Tổng quan nghiên cứu

Theo ước tính, mỗi năm có khoảng 110-120 triệu tấn vỏ trái cây nhóm citrus bị loại bỏ, gây lãng phí nguồn nguyên liệu quý giá. Riêng vùng đồng bằng sông Cửu Long, sản lượng trái cây và bưởi da xanh tăng trưởng đều đặn, tạo ra lượng lớn phụ phẩm vỏ bưởi cần được tận dụng hiệu quả. Vấn đề bảo quản nông sản sau thu hoạch, đặc biệt là trái cây và các sản phẩm chế biến giảm thiểu, đang được quan tâm nhằm kéo dài thời gian lưu trữ, vận chuyển mà không làm giảm chất lượng sản phẩm. Các phương pháp bảo quản truyền thống như bao bì tổng hợp và hóa chất bảo quản tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường. Do đó, màng sinh học từ polymer tự nhiên, kết hợp với các cao chiết giàu phenolics từ vỏ bưởi da xanh, được nghiên cứu như một giải pháp thân thiện môi trường, an toàn và hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển màng bảo quản từ pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi da xanh (Citrus maxima Burm.) nhằm tạo ra chế phẩm bảo quản có khả năng kháng oxy hóa, kháng khuẩn, đồng thời đáp ứng yêu cầu về tính cơ lý và an toàn thực phẩm. Nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu vỏ bưởi da xanh thu hoạch tại tỉnh Bến Tre và ứng dụng bảo quản mít Thái chế biến giảm thiểu từ tỉnh Tiền Giang trong năm 2021. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sử dụng phụ phẩm nông nghiệp, đồng thời phát triển công nghệ bảo quản nông sản bền vững, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

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:

  • Polymer sinh học và pectin: Pectin là polymer polysaccharide phức tạp, chủ yếu từ acid α-D-galacturonic, có khả năng tạo gel và màng sinh học. Pectin được chiết xuất từ vỏ bưởi da xanh, có tính kỵ nước và khả năng kết hợp với các hợp chất phenolic để tạo màng bảo quản ăn được.

  • Hoạt tính sinh học của phenolics: Các hợp chất phenolic trong cao chiết vỏ bưởi như naringin, hesperidin có tác dụng kháng oxy hóa và kháng khuẩn, giúp kéo dài thời gian bảo quản nông sản.

  • Tính chất cơ lý và vật lý của màng sinh học: Độ bền kéo, độ giãn dài, độ trương nở, độ hòa tan và khả năng thẩm thấu hơi nước là các chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng màng bảo quản.

  • Phương pháp chiết xuất hỗ trợ vật lý: Siêu âm và vi sóng được áp dụng để tăng hiệu quả chiết xuất các hợp chất hoạt tính từ vỏ bưởi, tối ưu hóa hàm lượng phenolics và hoạt tính kháng oxy hóa.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu vỏ bưởi da xanh thu hoạch tại tỉnh Bến Tre (20-25 quả, kích thước đồng đều), mít Thái chín kỹ thuật từ tỉnh Tiền Giang. Các hóa chất và thiết bị phân tích được sử dụng tại Viện Kỹ thuật Công nghệ cao, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành và Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng.

  • Phương pháp chiết xuất: Sử dụng ethanol 96º làm dung môi, tỷ lệ vỏ bưởi: dung môi 1:35 (w/v), chiết siêu âm công suất 120W, nhiệt độ 60℃ trong 20 phút. Phương pháp này tối ưu cho hàm lượng tổng phenolics (TPC đạt 11,67 mgGAE/g DW), flavonoid (TFC 12,02 mgQE/g DW) và hoạt tính kháng oxy hóa (DPPH 1,81 mgAA/g DW).

  • Chế tạo màng bảo quản: Pectin được hòa tan ở 70℃ trong 24 giờ, phối trộn với glycerol, gelatin và cao chiết vỏ bưởi theo tỷ lệ khảo sát. Hỗn hợp được xử lý siêu âm 30 phút ở 60℃, đổ khuôn và sấy ở 45℃ trong 24 giờ để tạo màng ăn được.

  • Đánh giá tính chất màng: Xác định hàm lượng nước, độ hòa tan, độ trương nở, độ bền kéo, độ giãn dài, độ thấm hơi nước, góc tiếp xúc, cấu trúc bề mặt bằng SEM và phổ FTIR. Hoạt tính kháng oxy hóa được đo bằng phương pháp DPPH và ABTS, hoạt tính kháng khuẩn đánh giá qua vòng kháng khuẩn và giảm số lượng vi khuẩn (CFU/mL).

  • Ứng dụng bảo quản: Màng pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi được phun lên mít Thái chế biến giảm thiểu, theo dõi các chỉ số chất lượng như giảm khối lượng, thay đổi màu sắc, tổng số vi sinh vật hiếu khí (TAM) và nấm men, nấm mốc (TYM) trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng.

  • Phân tích số liệu: Dữ liệu được xử lý bằng phân tích phương sai một chiều (ANOVA) với mức ý nghĩa 5%, sử dụng phần mềm Statgraphics và Microsoft Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc tính nguyên liệu vỏ bưởi da xanh: Vỏ xanh chiếm 21,10% trọng lượng quả, vỏ trắng 27,63%, thịt quả 42,23%. Hàm lượng tổng phenolics (TPC) trong vỏ xanh đạt 13,43 mg/g khối lượng khô, cao hơn thịt quả (6,71 mg/g). Hoạt tính kháng oxy hóa DPPH trong vỏ xanh là 2,46 mg/g DW, thể hiện tiềm năng làm nguyên liệu chiết xuất.

  2. Điều kiện chiết xuất tối ưu: Chiết siêu âm ở 60℃, công suất 120W, thời gian 20 phút với ethanol 96º và tỷ lệ 1:35 (w/v) đạt TPC 10,58 mgGAE/g DW, TFC 0,69 mgQE/g DW, hoạt tính DPPH 1,91 mgAA/g DW. So với phương pháp ngâm chiết truyền thống, siêu âm tăng hiệu quả chiết khoảng 20%.

  3. Tính chất màng bảo quản: Màng pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi có độ bền kéo trung bình 20 ± 7 MPa, độ giãn dài gần 1%, độ thấm hơi nước giảm 15% so với màng pectin đơn thuần. Hàm lượng polyphenol trong màng đạt 304,20 mg/g, tăng khả năng kháng oxy hóa lên 46,86%. Màng có góc tiếp xúc lớn hơn, giảm khả năng thẩm thấu hơi nước, giúp bảo quản sản phẩm hiệu quả hơn.

  4. Hiệu quả bảo quản mít Thái: Màng phun lên mít giảm khối lượng mất nước trung bình 10% sau 7 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng, so với 18% ở mẫu đối chứng. Màu sắc giữ ổn định hơn với tổng số chênh lệch màu sắc (TCD) giảm 30%. Tổng số vi sinh vật hiếu khí (TAM) và nấm men, nấm mốc (TYM) giảm lần lượt 1,5 log CFU/g và 1,2 log CFU/g so với mẫu không xử lý.

Thảo luận kết quả

Việc sử dụng màng pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi tận dụng hiệu quả nguồn phụ phẩm nông nghiệp, đồng thời phát huy tính năng kháng oxy hóa và kháng khuẩn của phenolics trong vỏ bưởi. Các phương pháp chiết xuất hỗ trợ vật lý như siêu âm và vi sóng giúp tăng hàm lượng hoạt chất, cải thiện tính chất màng bảo quản. Kết quả bảo quản mít Thái cho thấy màng sinh học này có khả năng giảm mất nước, duy trì màu sắc và kiểm soát vi sinh vật hiệu quả, phù hợp với yêu cầu bảo quản nông sản tươi và chế biến giảm thiểu.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về màng pectin và các polymer sinh học khác, màng kết hợp cao chiết vỏ bưởi có ưu điểm vượt trội về hoạt tính sinh học và tính cơ lý ổn định. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hàm lượng TPC, TFC và hoạt tính DPPH giữa các phương pháp chiết xuất, cũng như bảng thống kê giảm khối lượng và vi sinh vật trong quá trình bảo quản mít.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng quy trình chiết xuất siêu âm và vi sóng để tối ưu hóa thu hồi phenolics từ vỏ bưởi, nâng cao hiệu quả sản xuất màng bảo quản sinh học trong công nghiệp chế biến nông sản, thực hiện trong vòng 6-12 tháng, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp thực phẩm phối hợp thực hiện.

  2. Phát triển sản phẩm màng bảo quản ăn được từ pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi để ứng dụng bảo quản trái cây tươi và các sản phẩm chế biến giảm thiểu, tập trung vào các loại quả có múi và mít Thái, triển khai thử nghiệm quy mô pilot trong 12 tháng.

  3. Xây dựng hướng dẫn kỹ thuật phun màng bảo quản cho các cơ sở chế biến và bảo quản nông sản nhằm giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch, nâng cao chất lượng sản phẩm, áp dụng trong 6 tháng tới, do các trung tâm kỹ thuật nông nghiệp và doanh nghiệp thực hiện.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng màng bảo quản cho các loại nông sản khác như xoài, chuối, dâu tây nhằm đa dạng hóa sản phẩm và tăng giá trị gia tăng, tiến hành trong 1-2 năm tiếp theo, phối hợp giữa các trường đại học và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm chi tiết về chiết xuất phenolics và phát triển màng sinh học bảo quản, hỗ trợ phát triển đề tài và luận văn liên quan.

  2. Doanh nghiệp chế biến và bảo quản nông sản: Áp dụng quy trình và công nghệ màng bảo quản sinh học để nâng cao chất lượng sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản, giảm tổn thất sau thu hoạch, tăng lợi nhuận.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Tham khảo để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ bảo quản thân thiện môi trường, thúc đẩy sử dụng phụ phẩm nông nghiệp hiệu quả, góp phần phát triển bền vững ngành nông nghiệp.

  4. Người tiêu dùng và các tổ chức bảo vệ sức khỏe, môi trường: Hiểu rõ về lợi ích của màng bảo quản sinh học an toàn, không gây hại sức khỏe và thân thiện với môi trường, từ đó lựa chọn sản phẩm phù hợp và thúc đẩy tiêu dùng xanh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Màng bảo quản từ pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi có an toàn khi ăn không?
    Màng được chế tạo từ pectin tự nhiên và cao chiết vỏ bưởi có nguồn gốc thực vật, không chứa hóa chất độc hại, đã được kiểm tra tính an toàn và có thể ăn trực tiếp cùng sản phẩm bảo quản, phù hợp với tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.

  2. Phương pháp chiết xuất nào hiệu quả nhất để thu hồi phenolics từ vỏ bưởi?
    Chiết xuất hỗ trợ siêu âm ở 60℃, công suất 120W, thời gian 20 phút với ethanol 96º và tỷ lệ 1:35 (w/v) cho hiệu quả cao nhất về hàm lượng tổng phenolics và hoạt tính kháng oxy hóa, vượt trội so với phương pháp ngâm chiết truyền thống.

  3. Màng bảo quản này có thể áp dụng cho những loại nông sản nào?
    Nghiên cứu đã ứng dụng thành công trên mít Thái chế biến giảm thiểu và có tiềm năng mở rộng cho các loại trái cây có múi như bưởi, cam, quýt, cũng như các loại trái cây tươi dễ hư hỏng như xoài, chuối, dâu tây.

  4. Tính chất cơ lý của màng bảo quản có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm không?
    Màng có độ bền kéo khoảng 20 MPa và độ giãn dài gần 1%, đủ linh hoạt và bền chắc để bảo vệ sản phẩm, đồng thời giảm thẩm thấu hơi nước giúp hạn chế mất nước và duy trì màu sắc, góp phần nâng cao chất lượng bảo quản.

  5. Làm thế nào để triển khai công nghệ màng bảo quản này trong sản xuất thực tế?
    Cần xây dựng quy trình chiết xuất và chế tạo màng quy mô công nghiệp, đào tạo kỹ thuật phun màng cho các cơ sở chế biến, đồng thời phối hợp với các viện nghiên cứu để tối ưu hóa và kiểm soát chất lượng sản phẩm trước khi thương mại hóa.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình chiết xuất phenolics từ vỏ bưởi da xanh bằng phương pháp siêu âm và vi sóng, đạt hàm lượng hoạt chất cao và hoạt tính kháng oxy hóa hiệu quả.
  • Phát triển màng bảo quản ăn được từ pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi với tính chất cơ lý và vật lý phù hợp, có khả năng giảm thẩm thấu hơi nước và tăng cường kháng khuẩn.
  • Ứng dụng màng bảo quản trên mít Thái chế biến giảm thiểu giúp kéo dài thời gian bảo quản, giảm mất nước, duy trì màu sắc và kiểm soát vi sinh vật hiệu quả.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sử dụng phụ phẩm nông nghiệp, phát triển công nghệ bảo quản thân thiện môi trường và an toàn sức khỏe.
  • Đề xuất triển khai ứng dụng công nghệ trong sản xuất thực tế và mở rộng nghiên cứu cho các loại nông sản khác trong thời gian tới.

Hãy tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp bảo quản sinh học để nâng cao chất lượng nông sản và phát triển bền vững ngành nông nghiệp Việt Nam.