Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Chế độ ăn chay hiện nay đang trở thành xu hướng dinh dưỡng trên toàn cầu và tại Việt Nam, vượt ra khỏi các khuôn khổ tôn giáo hay mục đích chữa bệnh thông thường. Theo số liệu thống kê được tác giả dẫn chứng, tại Việt Nam có khoảng 10% dân số thường xuyên ăn chay, trong khi tại châu Âu tỷ lệ này đạt mức 20%. Sự gia tăng mối quan tâm của người tiêu dùng đối với sức khỏe và các vấn đề môi trường đã thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ thực phẩm có nguồn gốc thực vật. Mặc dù nguồn nguyên liệu rau củ và ngũ cốc tự nhiên rất phong phú, các nghiên cứu và sản phẩm thương mại dành cho người ăn chay hiện nay vẫn còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào kỹ thuật canh tác hoặc sấy khô đơn lẻ.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Thử nghiệm phối chế bột dinh dưỡng từ gạo lứt và rau củ cho người ăn chay" được thực hiện nhằm xây dựng quy trình chế biến sản phẩm bột dinh dưỡng ăn liền tiện lợi, có giá trị cảm quan cao và cân đối về mặt dinh dưỡng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Mục tiêu tổng quát: Xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu nhằm tạo ra sản phẩm bột dinh dưỡng có giá trị năng lượng cao, đầy đủ các thành phần dinh dưỡng thiết yếu, tiện lợi, thơm ngon, đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng và đảm bảo an toàn vi sinh vật theo tiêu chuẩn Việt Nam.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Xây dựng hệ khái niệm và xác định các yêu cầu của người tiêu dùng đối với sản phẩm.
    • Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bột củ dền và bột hạt sen đến chất lượng sản phẩm.
    • Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bắp Mỹ và cà rốt đến chất lượng sản phẩm.
    • Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn sườn non chay và rong biển đến chất lượng sản phẩm.
    • Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn giữa bột thành phẩm và nước đến chất lượng cảm quan.
    • Phân tích thành phần dinh dưỡng và đánh giá chất lượng của sản phẩm hoàn thiện.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Sản phẩm bột dinh dưỡng phối chế từ nguyên liệu chính là bột gạo lứt kết hợp với bột hạt sen, bột củ dền, cà rốt, bắp Mỹ, sườn chay, rong biển và các phụ liệu gia vị.
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu được thực hiện tại Khu thí nghiệm trung tâm, Khoa Nông nghiệp - Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học An Giang.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình thực nghiệm diễn ra từ tháng 12/2023 đến tháng 05/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và nguyên liệu nghiên cứu

Đề tài dựa trên cơ sở khoa học về giá trị dinh dưỡng và hoạt tính sinh học của các nguồn nguyên liệu thực vật:

  • Bột gạo lứt: Nguồn cung cấp glucid (72,8 g/100g), protein (7,5 g/100g), chất xơ (3,4 g/100g) cùng các khoáng chất (Ca, P, Mg, Fe) và vitamin nhóm B.
  • Củ dền đỏ (Beta vulgaris): Giàu sắc tố betalain (betacyanin và betaxanthin), polyphenol, flavonoid và các khoáng chất (K, P, Mg, Ca), có tác dụng chống oxy hóa.
  • Hạt sen (Nelumbo nucifera): Cung cấp hàm lượng protein thực vật cao (albumin, globulin), chất xơ, oligosaccharide và các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên.
  • Cà rốt và bắp Mỹ (Zea mays L.): Bổ sung carotenoid (tiền vitamin A), lutein, chất xơ hòa tan và không hòa tan, cùng đường tự nhiên.
  • Sườn chay và rong biển: Sườn chay (từ đậu nành, lúa mì) bổ sung hàm lượng protein cao; rong biển cung cấp iod, canxi, kali, magiê và chất xơ alginate.
  • Lý thuyết phối trộn và bảo quản: Ứng dụng nguyên lý phối trộn vật liệu rời trong công nghệ thực phẩm nhằm đạt độ đồng nhất cao; sử dụng bao bì Polyamide (PA) kết hợp màng Polyethylene (PE) và công nghệ bao gói hút chân không nhằm hạn chế quá trình oxy hóa chất béo và sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí.

Phương pháp nghiên cứu và phân tích

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm công nghệ thực phẩm với các mô hình bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD):

  • Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm 1, 2, 3 được thiết kế theo mô hình 2 nhân tố với 3 lần lặp lại ($n=3$, tổng cộng 48 mẫu cho mỗi thí nghiệm). Thí nghiệm 4 được thiết kế đơn nhân tố với 3 lần lặp lại ($n=15$).
  • Phương pháp phân tích hóa học và hoạt chất sinh học:
    • Acid tổng: Chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N.
    • Đường tổng: Xác định bằng phương pháp phenol-sulfuric (Patil & Gaikwad, 2011).
    • Protein tổng: Phương pháp Bradford (Mahre et al., 2018).
    • Polyphenol tổng: Phương pháp Folin-Ciocalteau (Hossain et al., 2013), biểu thị bằng mgGAE/g.
    • Flavonoid tổng: Phương pháp đo màu nhôm clorua $\text{AlCl}_3$ (Eswari et al., 2013), biểu thị bằng mgQE/100g.
    • Tannin: Phương pháp Folin-Denis (Laitonjam et al., 2013), biểu thị bằng mgTAE/g.
    • Sắc tố Carotenoid, Betalain, Chlorophyll: Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-VIS.
    • Đo màu sắc: Đo các thông số $L^, a^, b^*$ và tính độ lệch màu tổng thể $\Delta E$ trên thiết bị Konica Minolta Chroma Meter CR-400.
    • Đánh giá cảm quan: Đánh giá theo phương pháp mô tả cho điểm (Hà Duyên Tư, 2010) và thang điểm thị hiếu Hedonic.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Dữ liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phân tích phương sai ANOVA, kiểm định sai biệt có ý nghĩa LSD ở mức xác suất $P < 0,05$. Mô hình hóa toán học bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology) bậc hai dạng đa thức: $$Z = aX + bY + cX^2 + dY^2 + eXY$$ với hệ số xác định $R^2 > 0,80$ để dự báo biến thiên của các chỉ tiêu hóa học và hoạt tính sinh học.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh xu hướng ăn chay mở rộng, nhấn mạnh vai trò của việc đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm chay chế biến sẵn giàu dinh dưỡng từ nguồn nông sản nội địa. Tác giả xác định rõ 1 mục tiêu tổng quát, 6 mục tiêu cụ thể, nội dung nghiên cứu thực nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm và tính mới trong việc phối hợp đa nguyên liệu (gạo lứt, hạt sen, củ dền, bắp Mỹ, cà rốt, sườn chay, rong biển).

Chương 2: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 tổng hợp cơ sở lý luận và các công bố khoa học liên quan đến nguồn nguyên liệu, kỹ thuật bao bì và quy trình công nghệ:

  • Trình bày đặc điểm hình thái, thành phần hóa học của gạo lứt, cà rốt, bắp Mỹ, củ dền, hạt sen, rong biển, sườn chay và các gia vị (đường, muối, bột ngọt, tiêu đen).
  • Phân tích cơ chế bảo quản thực phẩm dạng bột bằng bao bì PA ghép màng hút chân không nhằm giảm thiểu sự tiếp xúc với oxy và độ ẩm.
  • Phân tích bản chất, các biến đổi vật lý, hóa lý của nguyên liệu trong quá trình phối trộn hạt rời và bột.
  • Tổng thuật các công trình nghiên cứu trước đây trong và ngoài nước về chế biến bột rau ngót ăn liền (Lưu Hồng Sơn và cộng sự, 2022), bột khoai lang tím - chuối xiêm (Nguyễn Duy Tân và cộng sự, 2019), bột dinh dưỡng giàu chất chống oxy hóa (Phạm Thị Bích, 2021), bột khoai lang ruột vàng (Đàm Thị Bích Phượng & Hoàng Quang Bình, 2020), súp ăn liền từ nấm sò (Srivastava et al., 2019).

Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 mô tả chi tiết phương tiện, hóa chất, thiết bị sử dụng (máy so màu UV-VIS SP-1920, máy đo màu CR-400, cân phân tích Ohaus, máy sấy thăng hoa) và tiến trình thực nghiệm:

  • Quy trình chế biến dự kiến: Chuẩn bị nguyên liệu (bột gạo lứt, bột hạt sen, bột củ dền được rây mịn; cà rốt, bắp Mỹ hấp và sấy thăng hoa; sườn chay ngâm mềm, để ráo; rong biển, gia vị) $\rightarrow$ Phối trộn $\rightarrow$ Bao gói.
  • Bố trí 5 nội dung thí nghiệm cụ thể:
    1. Thí nghiệm 1: Khảo sát 4 mức bột củ dền (5, 10, 15, 20%) và 4 mức bột hạt sen (15, 20, 25, 30%) bổ sung vào bột gạo lứt.
    2. Thí nghiệm 2: Khảo sát 4 mức cà rốt (5, 10, 15, 20%) và 4 mức bắp Mỹ (10, 15, 20, 25%) bổ sung vào công thức tối ưu từ TN1.
    3. Thí nghiệm 3: Khảo sát 4 mức sườn chay (5, 10, 15, 20%) và 4 mức rong biển (3, 6, 9, 12%) bổ sung vào công thức tối ưu từ TN2.
    4. Thí nghiệm 4: Khảo sát 5 tỷ lệ pha nước sôi 100°C (1/5, 1/6, 1/7, 1/8, 1/9 w/v).
    5. Thí nghiệm 5: Phân tích thành phần dinh dưỡng và khoáng chất của sản phẩm thành phẩm.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 phân tích chi tiết dữ liệu thực nghiệm thu được từ các thí nghiệm phối chế:

  • Ảnh hưởng của bột củ dền và hạt sen (Thí nghiệm 1):
    • Khi tăng tỷ lệ bột củ dền từ 5% lên 20%, hàm lượng flavonoid tăng từ 262,17 lên 362,28 mgQE/100g; polyphenol tăng từ 6,85 lên 11,74 mgGAE/g; tanin tăng từ 16,62 lên 36,73 mgTAE/g; betalain tăng từ 3,82 lên 7,05 mg/kg.
    • Khi tăng tỷ lệ bột hạt sen từ 15% lên 30%, hàm lượng protein tăng từ 61,30 lên 68,31 mg/100g; đường tổng tăng từ 28,63 lên 36,22 mg/g.
    • Về cảm quan, mẫu bổ sung 5% bột củ dền và 30% bột hạt sen đạt điểm cảm quan tối ưu về mùi, vị (3,98 điểm), trạng thái (4,13 điểm) và màu sắc hài hòa, không bị nồng gắt.
  • Ảnh hưởng của cà rốt và bắp Mỹ (Thí nghiệm 2):
    • Tăng tỷ lệ cà rốt và bắp Mỹ làm tăng hàm lượng carotenoid tổng và flavonoid. Tại mức cà rốt 20%, bắp Mỹ 25%, carotenoid đạt 25,48 mg/100g.
    • Tỷ lệ phối trộn được lựa chọn tối ưu về mặt cảm quan và cân bằng dinh dưỡng là 15% cà rốt và 15% bắp Mỹ.
  • Ảnh hưởng của sườn chay và rong biển (Thí nghiệm 3):
    • Bổ sung sườn chay làm tăng hàm lượng protein thực vật, trong khi rong biển cung cấp chất chống oxy hóa, chlorophyl và khoáng chất. Tỷ lệ tối ưu được xác định là 15% sườn chay và 12% rong biển.
  • Ảnh hưởng của tỷ lệ nước hoàn nguyên (Thí nghiệm 4):
    • Tỷ lệ bột/nước sôi $1/5$ (w/v) cho cấu trúc sệt đặc trưng, độ sánh mịn đồng đều và đạt điểm cảm quan cao nhất ở cả 4 chỉ tiêu: màu sắc (4,1 điểm), mùi vị (4,1 điểm), vị (3,9 điểm), trạng thái (4,0 điểm).
  • Phân tích chất lượng dinh dưỡng thành phẩm (Thí nghiệm 5):
    • Thành phẩm chứa đầy đủ các nhóm chất dinh dưỡng đa lượng, vi lượng và chất xơ.
Chỉ tiêu dinh dưỡng / Khoáng chất Giá trị công bố trong nghiên cứu
Protein tổng số 12,3%
Lipid 4,6%
Glucid 35,1%
Chất xơ hòa tan 1,1%
Chất xơ không hòa tan 6,61%
Canxi (Ca) 1872 mg/kg
Sắt (Fe) 37,2 mg/kg
Kali (K) 6227 mg/kg
Magiê (Mg) 1997 mg/kg
Phospho (P) 3492 mg/kg

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương 5 tóm tắt các thông số công nghệ của quy trình chế biến bột dinh dưỡng từ gạo lứt và rau củ đề nghị, đồng thời đưa ra các kiến nghị nghiên cứu tiếp theo về thời hạn bảo quản và mở rộng quy mô.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

Nghiên cứu đã xác định được công thức phối chế tối ưu cho sản phẩm bột dinh dưỡng thuần chay:

  • Bột gạo lứt làm nền nguyên liệu chính.
  • Tỷ lệ bột củ dền bổ sung: 5% (w/w so với bột gạo lứt).
  • Tỷ lệ bột hạt sen bổ sung: 30% (w/w so với bột gạo lứt).
  • Tỷ lệ cà rốt bổ sung: 15% (w/w).
  • Tỷ lệ bắp Mỹ bổ sung: 15% (w/w).
  • Tỷ lệ sườn non chay bổ sung: 15% (w/w).
  • Tỷ lệ rong biển bổ sung: 12% (w/w).
  • Tỷ lệ hoàn nguyên thích hợp với nước sôi 100°C: 1/5 (w/v).
Chỉ tiêu cảm quan (Tỷ lệ nước 1/5) Điểm số trung bình
Màu sắc 4,1
Mùi vị 4,1
Vị 3,9
Trạng thái 4,0

Đóng góp của đề tài

  • Về mặt khoa học: Xây dựng thành công các phương trình hồi quy đa biến ($R^2 > 0,80$) mô tả tương quan giữa tỷ lệ các nguyên liệu thực vật phối trộn với sự biến thiên của các hoạt chất sinh học (polyphenol, flavonoid, tannin, betalain, carotenoid) và các chỉ tiêu hóa học (protein, đường tổng, acid tổng, màu sắc $L^, a^, b^*$).
  • Về mặt thực tiễn: Thiết lập một quy trình công nghệ hoàn chỉnh từ khâu xử lý nguyên liệu thô (hấp, sấy thăng hoa, rây bột), phối trộn đồng nhất đến đóng gói bảo quản, tạo ra sản phẩm bột ăn liền có nguồn gốc tự nhiên, giàu chất xơ (7,71% tổng xơ) và khoáng chất vi lượng (Fe, Ca, Mg, K, P).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Các thí nghiệm mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm với cỡ mẫu nhỏ.
  • Nghiên cứu chưa tiến hành thử nghiệm theo dõi biến đổi chất lượng và thời hạn sử dụng thực tế của sản phẩm theo thời gian bảo quản dài hạn trong các điều kiện nhiệt độ và bao bì khác nhau.
  • Nguồn nguyên liệu rau củ phụ thuộc vào quy trình sấy thăng hoa, đòi hỏi chi phí thiết bị cao nếu triển khai công nghiệp.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tiến hành khảo sát động học biến đổi chất lượng, chỉ tiêu vi sinh vật và độ ẩm của bột dinh dưỡng trong quá trình bảo quản thực tế bằng túi PA hút chân không.
  • Thử nghiệm sản xuất trên hệ thống thiết bị quy mô pilot hoặc bán công nghiệp để đánh giá tính khả thi kinh tế - kỹ thuật.
  • Nghiên cứu bổ sung hoặc vi bao các hoạt chất nhạy cảm nhiệt nhằm tăng độ bền của vitamin và sắc tố trong quá trình hoàn nguyên với nước sôi.

Giá trị tham khảo

Báo cáo chuyên đề tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo có giá trị cho:

  • Sinh viên và học viên thuộc các chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Dinh dưỡng và Khoa học Thực phẩm, Kỹ thuật Chế biến Nông sản khi thực hiện các đồ án nghiên cứu về thực phẩm chức năng, thực phẩm chay hoặc kỹ thuật phối chế sản phẩm dạng bột.
  • Các cán bộ nghiên cứu và doanh nghiệp chế biến thực phẩm muốn tìm hiểu thông số công nghệ sấy thăng hoa, tỷ lệ phối trộn rau củ quả, cũng như phương pháp xây dựng mô hình toán học hồi quy bề mặt đáp ứng trong phát triển sản phẩm mới.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Hệ thống bảng số liệu thực nghiệm chi tiết ở Chương 4 và phương pháp phân tích hoạt chất sinh học (polyphenol, flavonoid, tannin, betalain) trình bày tại Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lại chọn tỷ lệ bột củ dền 5% và bột hạt sen 30% thay vì tỷ lệ củ dền cao hơn?

Mặc dù ở tỷ lệ bột củ dền 20%, hàm lượng hoạt chất sinh học (betalain, polyphenol) đạt mức cao nhất, nhưng điểm đánh giá cảm quan về mùi vị và trạng thái lại giảm do vị nồng hăng đặc trưng của củ dền. Tỷ lệ 5% bột củ dền kết hợp với 30% bột hạt sen cho sản phẩm có màu đỏ hồng hài hòa, mùi thơm bùi đặc trưng của hạt sen, hàm lượng protein đạt 68,31 mg/100g và đạt điểm cảm quan cao nhất.

2. Nguyên liệu cà rốt và bắp Mỹ trong nghiên cứu được xử lý qua những công đoạn công nghệ nào?

Cà rốt tươi được gọt vỏ, rửa sạch, cắt hạt lựu kích thước $0,5\text{ cm}$, sau đó đem hấp và sấy thăng hoa. Bắp Mỹ được tách hạt, rửa sạch, hấp chín và tiến hành sấy thăng hoa trước khi phối trộn nhằm giữ được cấu trúc, màu sắc tự nhiên và hàm lượng carotenoid cao.

3. Hàm lượng protein và chất xơ trong sản phẩm hoàn thiện đạt bao nhiêu phần trăm?

Theo kết quả phân tích chất lượng thành phẩm tại Chương 4 (Bảng 24), sản phẩm bột dinh dưỡng hoàn thiện đạt hàm lượng protein tổng là 12,3%, hàm lượng lipid là 4,6%, glucid là 35,1%, chất xơ hòa tan là 1,1% và chất xơ không hòa tan là 6,61% (tổng hàm lượng chất xơ đạt 7,71%).

4. Tỷ lệ hoàn nguyên bột với nước sôi được đề xuất là bao nhiêu và đạt điểm cảm quan như thế nào?

Tỷ lệ phối chế thích hợp nhất là $1/5$ (khối lượng bột / thể tích nước sôi 100°C). Ở tỷ lệ này, sản phẩm đạt điểm đánh giá cảm quan cao nhất: màu sắc đạt 4,1 điểm, mùi vị đạt 4,1 điểm, vị đạt 3,9 điểm và trạng thái đạt 4,0 điểm nhờ tạo được độ sánh mịn đồng nhất, không bị quá đặc hay quá loãng.

5. Bao bì nào được đề xuất để bảo quản sản phẩm bột dinh dưỡng sau phối chế?

Nghiên cứu sử dụng và đề xuất bao bì màng ghép Polyamide (PA) kết hợp màng Polyethylene (PE) đóng gói bằng phương pháp hút chân không (hoặc túi zip phủ bạc trong thử nghiệm) nhằm chống thấm khí, ngăn cản sự xâm nhập của oxy, độ ẩm và ánh sáng, từ đó hạn chế hiện tượng ôi hóa chất béo và biến màu sản phẩm.

Kết luận

Chuyên đề tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Văn Minh đã hoàn thành việc xây dựng công thức và quy trình công nghệ phối chế sản phẩm bột dinh dưỡng ăn liền từ gạo lứt và rau củ dành cho người ăn chay. Nghiên cứu đã xác định chính xác tỷ lệ phối trộn tối ưu của 7 thành phần nguyên liệu chính cùng tỷ lệ hoàn nguyên $1/5$ (w/v) với nước sôi, tạo ra sản phẩm có giá trị cảm quan tốt và cân đối về mặt dinh dưỡng (protein 12,3%, lipid 4,6%, glucid 35,1%, giàu chất xơ và khoáng chất Ca, Fe, K, Mg, P). Các mô hình hồi quy đa biến được thiết lập trong đề tài cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm tin cậy cho việc kiểm soát chất lượng hoạt chất sinh học trong chế biến thực phẩm từ nông sản.