Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong cơ cấu dinh dưỡng của con người, lương thực giữ vai trò đặc biệt quan trọng khi cung cấp trên 75% tổng năng lượng hàng ngày của cơ thể. Trong số các loại cây lương thực chủ đạo trên phạm vi toàn cầu, lúa mì là cây trồng đứng thứ ba về sản lượng với hơn 700 triệu tấn thu hoạch hàng năm trên diện tích gieo trồng vượt 216 triệu hecta. Tại Việt Nam, nguồn nguyên liệu bột mì hoàn toàn phụ thuộc vào việc nhập khẩu từ các thị trường như Australia, Hoa Kỳ, Canada hay Brazil. Bột mì hiện được ứng dụng phổ biến trong chế biến công nghiệp (mì ăn liền, bánh mì, bánh ngọt), tuy nhiên các sản phẩm mô phỏng thịt từ nguồn đạm thực vật này vẫn còn tương đối hạn chế.

Cùng với xu hướng tiêu dùng thực phẩm có nguồn gốc thực vật vì lý do sức khỏe và tôn giáo, các sản phẩm giò chả chay ngày càng được ưa chuộng. Mặc dù trên thị trường đã có một số sản phẩm giò chay chế biến từ nấm, váng đậu hoặc đậu nành, các nghiên cứu và sản phẩm giò lụa chay khai thác đặc tính tạo gel và cấu trúc dẻo dai từ gluten của bột mì vẫn chưa phổ biến. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đề tài "Nghiên cứu quy trình chế biến giò lụa chay" được tác giả Nguyễn Thị Thảo thực hiện nhằm làm chủ công nghệ chế biến sản phẩm giò lụa thuần chay có cấu trúc và hương vị phù hợp.

Mục tiêu chung của đề tài là xây dựng hoàn chỉnh quy trình sản xuất giò lụa chay ở quy mô phòng thí nghiệm, tạo tiền đề khoa học cho việc chuyển giao hoặc mở rộng sản xuất ở quy mô công nghiệp. Để đạt được mục tiêu này, đề tài xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Xác định tỉ lệ phối trộn giữa các nguyên liệu chính (gluten ướt, bột đậu xanh, bột đậu tương).
  2. Xác định tỉ lệ bổ sung các gia vị tạo vị cho sản phẩm (muối ăn, bột ngọt, hạt tiêu).
  3. Xác định thời gian xay nhuyễn nguyên liệu thích hợp.
  4. Xác định thời gian gia nhiệt (hấp) sản phẩm.
  5. Tính toán sơ bộ chi phí nguyên vật liệu và giá thành sản phẩm trên quy mô phòng thí nghiệm.
  6. Đề xuất quy trình công nghệ hoàn chỉnh sản xuất giò lụa chay.

Đối tượng nghiên cứu chính của khóa luận là gluten thu nhận từ bột mì kết hợp với bột đậu xanh, bột đậu tương và hệ gia vị. Phạm vi không gian nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm (Hoàng Mai, Hà Nội) và Công ty TNHH Sản xuất và Thương mại Thủy sản Quảng Ninh (Vân Đồn, Quảng Ninh). Phạm vi thời gian nghiên cứu thực nghiệm diễn ra từ ngày 01/12/2013 đến ngày 24/05/2014.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về hóa sinh thực phẩm, trọng tâm là hóa học protein và cơ chế tạo gel của protein thực vật:

  • Cơ chế tạo gel của protein: Quá trình gel hóa gồm 3 giai đoạn: giai đoạn 1 biến tính phân ly đưa protein từ cấu trúc bậc 4 về bậc 3; giai đoạn 2 biến tính sâu sắc làm tháo xoắn và duỗi mạch toàn phần; giai đoạn 3 tái sắp xếp và tập hợp các chuỗi polypeptide tạo mạng lưới không gian ba chiều giữ nước nhờ liên kết kỵ nước, liên kết hydro, liên kết tĩnh điện và cầu nối disulfide (–S–S–).
  • Hóa sinh protein bột mì: Hai phân đoạn protein không tan trong nước là prolamin (gliadin) và glutelin (glutenin) khi nhào với nước sẽ hấp thu nước, duỗi mạch và tương tác tạo thành khối gluten ướt có tính đàn hồi và nhớt dẻo vượt trội.
  • Vai trò của các loại bột họ đậu: Bột đậu xanh cung cấp dinh dưỡng, giảm độ ngấy và tạo hương vị; protein đậu tương cải thiện khả năng liên kết chất béo, nhũ hóa và giữ nước cho khối giò.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật nguyên liệu: Muối ăn kiểm tra theo TCVN 3974-84; đậu xanh đáp ứng giới hạn an toàn vệ sinh theo Quyết định 46/2007/QĐ-BYT; bột ngọt đạt hàm lượng natri glutamat $\ge 96%$; bột tương đạt chỉ tiêu protein $> 30%$ và lipid $> 15%$.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai theo các quy chuẩn hóa lý, vi sinh và cảm quan:

  • Phương pháp bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm đơn yếu tố khảo sát từng biến số công nghệ (tỷ lệ đậu xanh $0 - 20%$, tỷ lệ đậu tương $0 - 25%$, tỷ lệ muối $0 - 3\text{ g}/100\text{g}\text{ NL}$, tỷ lệ bột ngọt $0 - 0,8\text{ g}/100\text{g}\text{ NL}$, tỷ lệ tiêu $0 - 0,6\text{ g}/100\text{g}\text{ NL}$, thời gian xay $1 - 7\text{ phút}$, thời gian hấp $60 - 70\text{ phút}$).
  • Phương pháp phân tích hóa sinh:
    • Xác định độ ẩm: Sấy mẫu ở nhiệt độ $105^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi, tính theo công thức $W = \frac{m_1 - m_2}{m_1} \times 100%$.
    • Xác định protein tổng số: Phương pháp Kjeldahl (vô cơ hóa mẫu bằng $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc với xúc tác $\text{K}_2\text{SO}_4/\text{CuSO}_4$, cất đạm giải phóng $\text{NH}_3$ vào dung dịch acid boric 4%, chuẩn độ bằng $\text{H}_2\text{SO}_4$ 0,1N).
    • Xác định gluxit tổng số: Phương pháp Bertrand (thủy phân acid $\text{HCl}$, khử protit bằng chì acetat 10% và kali oxalat bão hòa, chuẩn độ kết tủa đồng oxit với dung dịch Fehling).
  • Phương pháp phân tích vi sinh vật: Đánh giá độ an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam gồm tổng số vi sinh vật hiếu khí (TCVN 4884:2005), Coliforms và E. coli (TCVN 6848:2007), Staphylococcus aureus (TCVN 4992:2005), tổng số bào tử nấm men - nấm mốc (TCVN 5166:1990), và Clostridium perfringens (TCVN 4991:2005).
  • Phương pháp đánh giá cảm quan: Sử dụng phép thử thị hiếu theo thang điểm Hedonic 9 mức độ (từ 1: Cực kỳ không thích đến 9: Cực kỳ ưa thích) với hội đồng đánh giá gồm 6 - 9 thành viên.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Thu thập và xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS 16.0 và Microsoft Excel để so sánh sai khác ý nghĩa giữa các nghiệm thức ở mức $\alpha = 0,05$.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu từ góc độ an ninh lương thực và xu hướng tiêu dùng thực phẩm nguồn gốc thực vật. Khóa luận xác lập mục tiêu nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế biến giò lụa chay tại phòng thí nghiệm, hệ thống hóa 6 yêu cầu kỹ thuật cần giải quyết và khẳng định ý nghĩa khoa học trong việc làm chủ kỹ thuật chế biến đạm thực vật cũng như ý nghĩa thực tiễn cung cấp sản phẩm dinh dưỡng mới cho thị trường.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng thuật toàn diện các nghiên cứu trong và ngoài nước về:

  • Cây lúa mì, sản lượng lúa mì toàn cầu (niên vụ 2012/2013 và dự báo 2014/2015 đạt trên 724 triệu tấn) cùng số liệu nhập khẩu lúa mì của Việt Nam 2 tháng đầu năm 2015 ($293.180\text{ tấn}$).
  • Cấu trúc thành phần hóa học của bột mì (nước 14%, glucid 66,6 - 68,7%, protid 12,0 - 13,8%), đặc tính lý hóa của tinh bột (tỷ lệ amylose và amylopectin) và cơ chế hình thành gluten ướt từ gliadin và glutenin.
  • Giá trị dinh dưỡng của bột đậu xanh (protein 23,9%, glucid 53%, khoáng và vitamin) và bột đậu tương ($41,3%\text{ protein}$ trong tử diệp, giàu acid béo không no linoleic $50 - 57%$).
  • Phân tích hiện trạng các sản phẩm giò chả chay thương mại tại Việt Nam như giò nấm Nấm Tươi Cười, chả lụa chay Vegan, giò chay Tứ Diễm, chả giò chay Vissan ($19.500\text{ VNĐ}/500\text{g}$), Cầu Tre ($19.200\text{ VNĐ}/500\text{g}$), và Việt Sin ($49.000\text{ VNĐ}/500\text{g}$).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày cụ thể địa điểm, thời gian thực tập và nguồn gốc nguyên liệu nghiên cứu. Tác giả mô tả chi tiết danh mục trang thiết bị sử dụng (máy xay Nation Gold, tủ sấy, tủ lạnh, bếp gas, cân điện tử, rây $0,5\text{ mm}$). Toàn bộ sơ đồ nghiên cứu và quy trình bố trí 5 thí nghiệm thành phần phối trộn, thí nghiệm thời gian xay, thí nghiệm thời gian gia nhiệt được thiết kế chi tiết cùng quy trình chuẩn bị hóa chất phân tích Kjeldahl, Bertrand và các quy chuẩn TCVN kiểm tra vi sinh vật.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

Chương thực nghiệm tập trung trình bày và thảo luận các phát hiện khoa học thu được:

  • Kết quả khảo sát dinh dưỡng gluten ướt sau khi rửa tách tinh bột: hàm lượng nước chiếm $66,83%$, protein đạt $32,1%$, gluxit chỉ còn $0,31%$.
  • Kết quả tối ưu hóa tỷ lệ bột đậu xanh: Nghiệm thức bổ sung $15%$ bột đậu xanh cho tổng điểm cảm quan cao nhất ($21,3\text{ điểm}$); nếu nâng lên $20%$ làm khối giò bở và gãy khi gập đôi.
  • Kết quả tối ưu hóa tỷ lệ bột đậu tương: Nghiệm thức bổ sung $20%$ bột đậu tương đạt điểm cảm quan vượt trội ($23,4\text{ điểm}$), giúp cải thiện rõ rệt cấu trúc và độ mịn; tỷ lệ $25%$ làm giảm độ đàn hồi và mùi đậu nành quá nồng.
  • Kết quả tối ưu hóa hệ gia vị: Tỷ lệ muối bổ sung thích hợp nhất là $2\text{ g}/100\text{g}\text{ NL}$ (đạt $26,2\text{ điểm}$ cảm quan); xác định các mức bổ sung bột ngọt, hạt tiêu phù hợp nhằm tạo vị hài hòa.
  • Kết quả thông số công nghệ: Xác định thời gian xay nhuyễn và thời gian gia nhiệt ở $100^\circ\text{C}$ đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật gây hại, hồ hóa và định hình khối gel protein hoàn chỉnh.
  • Kết quả kiểm tra chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, phân tích chỉ tiêu dinh dưỡng thành phẩm, hạch toán chi phí nguyên vật liệu cho cây giò $500\text{g}$ và đề xuất sơ đồ quy trình công nghệ hoàn chỉnh.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tác giả tổng kết toàn bộ các thông số kỹ thuật tối ưu đã xác lập được từ nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu ban đầu và đưa ra các kiến nghị về việc thử nghiệm bảo quản kéo dài thời hạn sử dụng cũng như mở rộng nghiên cứu sản xuất ở quy mô pilot.


Kết quả và đóng góp

1. Các thông số công nghệ và kết quả thực nghiệm chính

Quá trình thực nghiệm đã xác định được hệ công thức phối trộn nguyên liệu, phụ gia và thông số vận hành tối ưu cho sản phẩm giò lụa chay:

Yếu tố khảo sát Mức khảo sát Mức tối ưu lựa chọn Điểm cảm quan / Đặc tính đạt được
Hàm lượng dinh dưỡng gluten ướt Nguyên liệu sau khi rửa Nước 66,83%, Protein 32,1%, Gluxit 0,31% Đảm bảo tính dai, đàn hồi và khả năng tạo khung gel vững chắc
Tỷ lệ bột đậu xanh 0%, 10%, 15%, 20% 15% Đạt 21,3 điểm (Cấu trúc 5,0; Màu 5,2; Mùi 5,3; Vị 5,0); giò dẻo dai, màu vàng nhạt
Tỷ lệ bột đậu tương 0%, 15%, 20%, 25% 20% Đạt 23,4 điểm (Cấu trúc 6,4; Màu 5,8; Mùi 5,6; Vị 5,6); tạo cấu trúc mịn, giữ nước tốt
Hàm lượng muối ăn bổ sung 0; 1,0; 2,0; 3,0 g/100g NL 2,0 g/100g NL Đạt 26,2 điểm (Cấu trúc 7,0; Màu 6,4; Mùi 6,4; Vị 6,4); vị hài hòa, mặt cắt mịn
Hàm lượng bột ngọt bổ sung 0; 0,4; 0,6; 0,8 g/100g NL Khảo sát theo thang Hedonic Tạo vị ngọt đạm hài hòa tương tự sản phẩm truyền thống
Hàm lượng hạt tiêu bổ sung 0; 0,2; 0,4; 0,6 g/100g NL Khảo sát theo thang Hedonic Tạo mùi thơm đặc trưng, kích thích tiêu hóa
Thời gian xay nguyên liệu 1, 3, 5, 7 phút Tối ưu theo độ mịn Đảm bảo khối bột nhào đồng nhất, không bị tách pha
Thời gian gia nhiệt ($100^\circ\text{C}$) 60, 65, 70 phút Tối ưu theo mức chín Khối gel protein đông tụ hoàn toàn, diệt khuẩn an toàn

2. Đóng góp của đề tài

  • Về mặt công nghệ: Xây dựng thành công quy trình công nghệ chế biến giò lụa chay dựa trên việc tận dụng gluten bột mì làm chất tạo khung cấu trúc chính, kết hợp với đạm đậu tương và đậu xanh để hoàn thiện mặt cảm quan và dinh dưỡng.
  • Về mặt dữ liệu: Cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm đầy đủ về thành phần hóa học của gluten ướt, ảnh hưởng của các loại bột họ đậu và gia vị đến cấu trúc gel protein thực vật.
  • Về mặt ứng dụng: Hạch toán chi phí nguyên vật liệu trực tiếp cho $500\text{g}$ giò lụa chay, chứng minh tính khả thi về mặt kinh tế để có thể triển khai sản xuất ở quy mô lớn hơn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được thực hiện trong khuôn khổ nghiên cứu tốt nghiệp đại học nên còn một số giới hạn thực tiễn:

  • Phạm vi quy mô: Các thí nghiệm mới chỉ thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm và thiết bị bán công nghiệp nhỏ lẻ (máy xay gia dụng, nồi hấp thủ công), chưa khảo sát biến thiên chất lượng trên các thiết bị xay nhũ tương công nghiệp chuyên dụng.
  • Thời hạn bảo quản: Nghiên cứu tập trung vào việc thiết lập công thức và quy trình chế biến ban đầu, chưa khảo sát sâu sự biến đổi chất lượng cảm quan, chỉ số peroxide hoặc sự phát triển của vi sinh vật trong các điều kiện bao gói và nhiệt độ bảo quản lạnh dài ngày.
  • Hướng mở tiếp theo: Cần tiếp tục nghiên cứu kéo dài hạn sử dụng của sản phẩm bằng việc tối ưu hóa bao bì hút chân không kết hợp màng chống thẩm thấu, và thử nghiệm sản xuất thử nghiệm trên dây chuyền thiết bị công nghiệp liên tục.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho nhiều đối tượng:

  • Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch: Tham khảo phương pháp bố trí thí nghiệm đơn yếu tố, phương pháp đánh giá cảm quan thực phẩm bằng phép thử thị hiếu Hedonic, cùng kỹ thuật phân tích hàm lượng protein tổng số theo phương pháp Kjeldahl và gluxit theo phương pháp Bertrand.
  • Các kỹ sư phát triển sản phẩm (R&D) và cơ sở sản xuất thực phẩm chay: Ứng dụng trực tiếp công thức phối trộn (gluten ướt, $15%$ bột đậu xanh, $20%$ bột đậu tương, $2\text{ g}$ muối/$100\text{g}\text{ NL}$) cùng chế độ công nghệ xay - hấp để sản xuất các dòng giò chả chay thương mại có cấu trúc dai giòn tự nhiên không phụ thuộc vào hàn the hay phụ gia hóa chất độc hại.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lại lựa chọn gluten từ bột mì làm nguyên liệu chính để sản xuất giò lụa chay?
Gluten thu nhận sau khi rửa bột nhào có hàm lượng protein rất cao ($32,1%$), đặc tính đàn hồi và nhớt dẻo đặc trưng nhờ mạng lưới liên kết disulfide giữa gliadin và glutenin. Đây là thành phần tự nhiên lý tưởng nhất trong các loại protein ngũ cốc để tạo bộ khung gel, tạo độ dai giòn và mô phỏng cấu trúc cơ thịt cho giò lụa mà không cần sử dụng hóa chất tạo dai độc hại.

2. Việc bổ sung bột đậu xanh và bột đậu tương với tỷ lệ cao vượt mức tối ưu gây ảnh hưởng tiêu cực gì đến sản phẩm?
Nếu tăng tỷ lệ bột đậu xanh lên $20%$, giò sẽ bị bở, cấu trúc bị gãy khi gập đôi và mùi đậu xanh át mất mùi thơm đặc trưng. Nếu tăng tỷ lệ bột đậu tương lên $25%$, độ đàn hồi của khối gel bị suy giảm rõ rệt, màu sắc chuyển sang sẫm và mùi ngái nồng của đậu nành làm giảm độ ưa thích cảm quan của sản phẩm.

3. Thành phần dinh dưỡng của gluten ướt được phân tích trong nghiên cứu gồm những chỉ tiêu nào?
Kết quả phân tích mẫu gluten ướt thực nghiệm tại phòng thí nghiệm cho thấy hàm lượng nước chiếm $66,83%$, hàm lượng protein tổng số đạt $32,1%$, và hàm lượng gluxit sót lại chỉ chiếm $0,31%$.

4. Khóa luận sử dụng những phương pháp hóa nghiệm nào để xác định thành phần hóa sinh của sản phẩm?
Khóa luận sử dụng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi ở $105^\circ\text{C}$ để xác định độ ẩm, phương pháp Kjeldahl (vô cơ hóa, cất đạm và chuẩn độ $\text{H}_2\text{SO}_4$) để xác định protein tổng số, và phương pháp Bertrand (thủy phân acid kết hợp phản ứng khử đồng oxit với thuốc thử Fehling) để định lượng gluxit tổng số.

5. Sản phẩm giò lụa chay hoàn thiện được kiểm soát theo các chỉ tiêu vi sinh vật nào?
Sản phẩm được phân tích và đánh giá an toàn thực phẩm dựa trên 6 chỉ tiêu vi sinh theo TCVN: tổng số vi sinh vật hiếu khí (TCVN 4884:2005), Coliforms và E. coli (TCVN 6848:2007), Staphylococcus aureus (TCVN 4992:2005), tổng số bào tử nấm men - nấm mốc (TCVN 5166:1990), và Clostridium perfringens (TCVN 4991:2005).


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Thảo đã nghiên cứu thành công quy trình công nghệ chế biến giò lụa chay từ nguồn nguyên liệu đạm thực vật sẵn có. Đề tài đã xác lập được hệ thông số phối trộn tối ưu gồm gluten ướt kết hợp $15%$ bột đậu xanh, $20%$ bột đậu tương, $2\text{ g}$ muối/$100\text{g}\text{ NL}$ cùng chế độ xay và hấp ở $100^\circ\text{C}$ cho sản phẩm có chất lượng cảm quan và an toàn vi sinh đạt chuẩn. Kết quả nghiên cứu không chỉ làm phong phú nguồn thực phẩm chay giàu dinh dưỡng mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho việc ứng dụng công nghệ chế biến protein ngũ cốc ở quy mô công nghiệp.