Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quả Sơn Tra (hay còn gọi là Táo Mèo, tên khoa học: Fructus Crataegus) là loại cây gỗ nhỏ đặc trưng của vùng núi cao phía Bắc Việt Nam, phân bố chủ yếu tại các tỉnh Sơn La, Yên Bái, Lào Cai, Lai Châu, Hà Giang. Tại tỉnh Sơn La, diện tích quy hoạch trồng Sơn Tra đạt khoảng 10.000 ha, trong đó diện tích cho thu hoạch khoảng 6.000 ha với sản lượng ước tính 30.000 tấn/năm. Tại huyện Mù Cang Chải (Yên Bái), diện tích đạt khoảng 1.200 ha với sản lượng thu hái hàng năm khoảng 1.000 tấn. Mặc dù có nguồn nguyên liệu dồi dào và giá trị dược liệu cao, thời gian thu hoạch Sơn Tra lại ngắn, mang tính mùa vụ cao và hiện tại chủ yếu phụ thuộc vào thị trường tiêu thụ quả tươi hoặc chế biến thủ công quy mô nhỏ (ngâm rượu, làm giấm, ô mai), chiếm chưa đến một nửa tổng sản lượng.

Để giải quyết vấn đề hao hụt sau thu hoạch và nâng cao giá trị kinh tế cho nông sản vùng cao, đề tài "Nghiên cứu quy trình sản xuất mứt dẻo từ quả Sơn Tra" được thực hiện nhằm xây dựng một quy trình công nghệ ổn định ở quy mô phòng thí nghiệm.

Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể trong khóa luận gồm:

  1. Nghiên cứu xác định thành phần hóa lý của nguyên liệu quả Sơn Tra.
  2. Nghiên cứu xác định độ chín kỹ thuật của nguyên liệu phù hợp cho chế biến mứt dẻo.
  3. Nghiên cứu xác định độ dày lát thái phù hợp cho chế biến mứt dẻo.
  4. Nghiên cứu xác định nồng độ, tỷ lệ và thời gian ngâm của dung dịch muối để xử lý sẫm màu và giảm độ chát cho sản phẩm.
  5. Nghiên cứu xác định chế độ chần lát Sơn Tra (nhiệt độ và thời gian chần).
  6. Nghiên cứu xác định chế độ sấy tạo sản phẩm mứt dẻo (nhiệt độ và thời gian sấy).
  7. Nghiên cứu xác định tỷ lệ phối trộn chất điều vị (đường, gừng, mật ong) thích hợp cho sản phẩm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu chính: Quả Sơn Tra tươi thu hái tại vùng Tà Xùa, huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La vào thời điểm tháng 8 - tháng 9.
  • Nguyên liệu phụ: Đường saccharose (độ tinh khiết > 99,8%), gừng tươi và mật ong.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm tại Bộ môn Bảo quản và Chế biến, Viện Nghiên cứu Rau quả (Trâu Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội) trong thời gian từ tháng 11/2015 đến tháng 05/2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết

Đề tài dựa trên cơ sở khoa học về phân loại thực vật học của chi Crataegus thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae), bộ Rosales. Các nghiên cứu sinh hóa chứng minh quả Sơn Tra chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học cao gồm flavonoid, triterpene, polyphenol, oligomeric procyanidins, catechin, epicatechin gallate (ECG) và epigallocatechin (EGC), có tác dụng kháng khuẩn đối với Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA), hỗ trợ tim mạch và hệ tiêu hóa.

Về mặt công nghệ thực phẩm, khóa luận phân tích các dòng sản phẩm mứt truyền thống (mứt đông, mứt miếng đông, mứt rim, mứt nhuyễn, mứt khô, mứt dẻo). Trong đó, mứt dẻo là dạng sản phẩm có cấu trúc tương tự mứt khô nhưng không có lớp đường kết tinh màu trắng bao phủ bề mặt. Cơ chế chính của quá trình sản xuất bao gồm: quá trình thẩm thấu đường vào tế bào quả kết hợp với sự thoát ẩm có kiểm soát; ứng dụng nhiệt độ để chuyển hóa protopectin không tan thành pectin hòa tan giúp tạo trạng thái dẻo; sử dụng chất chống oxy hóa và giảm chát để khống chế hàm lượng tannin và ức chế enzyme polyphenol oxidase gây sẫm màu.

Phương pháp nghiên cứu và phân tích hóa lý

Đề tài áp dụng các phương pháp phân tích tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) và phương pháp hóa nghiệm chuẩn độ:

  • Xác định độ ẩm: Phương pháp sấy đến khối lượng không đổi theo TCVN 1867:2001.
  • Xác định hàm lượng chất khô hòa tan tổng số: Đo bằng Brix kế có hiệu chỉnh nhiệt độ theo TCVN 5610-1991.
  • Xác định hàm lượng axit tổng số: Chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N với chỉ thị phenolphthalein theo TCVN 4589:1988.
  • Xác định hàm lượng vitamin C: Phương pháp chuẩn độ bằng dung dịch Iốt 0,01N với chỉ thị hồ tinh bột theo TCVN 4715:1989.
  • Xác định hàm lượng đường tổng số: Phương pháp Graxianop (Ferixianua) theo TCVN 4594:1988 (thủy phân đường kép bằng HCl 15% ở 70 - 80°C, định phân bằng dung dịch Ferixianua 1% trong môi trường kiềm với chỉ thị xanh metylen).
  • Xác định hàm lượng tannin: Phương pháp chuẩn độ oxy hóa bằng dung dịch thuốc tím KMnO4 0,05N trong môi trường axit H2SO4 với chỉ thị màu indigocarmin, so sánh giữa mẫu dịch phân tích và mẫu đối chứng đã loại bỏ tannin bằng than hoạt tính.
  • Đánh giá cảm quan: Phương pháp cho điểm chất lượng tổng hợp theo TCVN 3215-79 trên thang điểm 20 (thang 6 bậc 5 điểm có nhân hệ số quan trọng) do hội đồng từ 6 - 10 thành viên thực hiện.
  • Xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS, kiểm định sự khác biệt có ý nghĩa ở mức xác suất $\alpha = 0,05$.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1. Đặt vấn đề

Trình bày tính cấp thiết của việc đa dạng hóa các sản phẩm chế biến từ nông sản Sơn Tra tại vùng Tây Bắc. Nêu rõ mâu thuẫn giữa sản lượng thu hoạch lớn (trên 30.000 tấn tại Sơn La) với sự hạn chế về công nghệ bảo quản chế biến sau thu hoạch, từ đó xác lập mục tiêu nghiên cứu quy trình chế biến mứt dẻo Sơn Tra.

Phần 2. Tổng quan tài liệu

  • Giới thiệu đặc điểm sinh học và phân loại 5 loài thuộc chi Crataegus (Fructus crataegus, Crataegus pinnafidata, Crataegus cuneate, Crataegus laevigata, Crataegus monogyna).
  • Tổng hợp các công dụng dược học và công trình nghiên cứu trong và ngoài nước (nghiên cứu của ICRAF phối hợp với Viện Dược liệu Hà Nội; nghiên cứu hợp chất catechin/ECG kháng vi khuẩn MRSA; các dự án chuyển giao công nghệ rượu vang Sơn Tra của JICA và Viện Công nghiệp Thực phẩm).
  • Phân tích nguyên lý sản xuất các dạng mứt quả (mứt đông, mứt rim, mứt nhuyễn, mứt khô, mứt dẻo) và vai trò của nồng độ đường trong việc tạo áp suất thẩm thấu nhằm bảo quản sản phẩm mà không cần thanh trùng nhiệt độ cao.

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

Xây dựng sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến gồm các công đoạn: Nguyên liệu $\rightarrow$ Phân loại, làm sạch $\rightarrow$ Cắt tạo hình $\rightarrow$ Xử lý làm sạch/chống thâm $\rightarrow$ Chần $\rightarrow$ Ngâm/ướp đường $\rightarrow$ Sên mứt $\rightarrow$ Sấy $\rightarrow$ Phối trộn chất điều vị $\rightarrow$ Bao gói sản phẩm. Thiết lập bố trí 11 thí nghiệm đơn yếu tố để tối ưu hóa từng thông số kỹ thuật.

Phần 4. Kết quả và thảo luận

1. Thành phần hóa học của nguyên liệu

Phân tích thành phần dinh dưỡng của quả Sơn Tra tươi thu hái tại Tà Xùa - Sơn La làm căn cứ đối chứng:

Thành phần phân tích Hàm lượng
Hàm lượng nước (%) 85,44
Hàm lượng đường tổng số (%) 5,30
Hàm lượng axit tổng số (%) 0,84
Hàm lượng tannin (%) 1,66
Hàm lượng vitamin C (mg%) 40,52
Độ pH 2,74

2. Xác định độ chín kỹ thuật của nguyên liệu

Khảo sát 3 mức độ chín: CT1 (chín 1/3, 20 - 30% vỏ vàng), CT2 (chín 2/3, 50 - 60% vỏ vàng), CT3 (chín hoàn toàn, 100% vỏ vàng).

Công thức Độ cứng ($kg/cm^2$) Cường độ màu ($E$) Tannin (%) Đường (%) Axit tổng (%) Vitamin C ($mg%$)
CT1 10,47 63,78 1,55 4,43 0,76 43,15
CT2 8,45 65,10 1,39 5,17 0,70 35,85
CT3 8,13 73,00 1,12 5,84 0,63 37,21

Kết quả chọn CT3 (quả chín 100% vỏ màu vàng) do có hàm lượng đường cao nhất (5,84%), tannin giảm xuống thấp nhất (1,12%), quả có hương thơm đặc trưng, vị chua dịu và chát nhẹ.

3. Xác định độ dày lát thái

Thí nghiệm với 3 độ dày: 2 mm (CT4), 4 mm (CT5), 6 mm (CT6). Kết quả sau khi sấy ở 60°C trong 1 giờ cho thấy:

  • CT4 (2 mm): Độ ẩm 39,10%, đường 22,92%, màu vàng nhạt, bề mặt khô hơi cứng.
  • CT5 (4 mm): Độ ẩm 51,66%, đường 16,50%, màu vàng rơm sáng, cấu trúc dẻo đạt yêu cầu mứt dẻo (độ ẩm 30 - 60%).
  • CT6 (6 mm): Độ ẩm 67,02%, đường 15,42%, màu sậm, bên trong bị nhão mềm. $\rightarrow$ Lựa chọn độ dày lát thái 4 mm (CT5).

4. Xử lý sẫm màu và giảm độ chát

  • Nồng độ muối NaCl: Khảo sát từ 0,5% đến 2,0%. Nồng độ 1,5% (CT9) cho điểm cảm quan màu sắc (4,5) và mùi vị (4,2) cao nhất.
  • Tỷ lệ ngâm (nguyên liệu : dung dịch muối 1,5%): Khảo sát các tỷ lệ 1:2 (CT11), 1:1 (CT12), 2:1 (CT13). Tỷ lệ 1:2 cho cường độ biến màu thấp nhất ($E = 15,87$ sau 5 phút) và hàm lượng tannin thấp nhất (1,04%).
  • Thời gian ngâm: Khảo sát 10, 15, 20, 30 phút. Thời gian 20 phút (CT16) giúp hàm lượng tannin giảm xuống 0,99% và giữ màu sáng ($E = 16,03$), không để lại vị mặn như mẫu ngâm 30 phút.

5. Chế độ chần lát Sơn Tra

  • Nhiệt độ chần (trong 2 phút): Khảo sát ở 80°C (CT18), 90°C (CT19), 100°C (CT20). Chần ở 80°C làm giảm mạnh hàm lượng tannin xuống 0,07%, bảo tồn vitamin C ở mức 30,78 mg% và hàm lượng đường đạt 6,85%.
  • Thời gian chần (ở 80°C): Khảo sát 1 phút (CT21), 2 phút (CT22), 3 phút (CT23). Chần 2 phút (CT22) giúp lát quả đạt độ dẻo mong muốn ($E = 28,47$), không bị mềm nhũn như mẫu chần 3 phút ($E = 37,39$).

6. Chế độ sấy tạo sản phẩm

  • Nhiệt độ sấy (thời gian cố định 1 giờ): Khảo sát 55°C (CT24), 60°C (CT25), 65°C (CT26), 70°C (CT27). Nhiệt độ 60°C cho sản phẩm có độ ẩm 40,54%, màu vàng rơm sáng, cấu trúc dẻo tốt.
  • Thời gian sấy (ở 60°C): Khảo sát 30 phút (CT28 - độ ẩm 54,39%), 1 giờ (CT29 - độ ẩm 41,14%), 1,5 giờ (CT30 - độ ẩm 25,63%). Nghiên cứu lựa chọn thời gian sấy ban đầu 30 phút để chuẩn bị cho công đoạn tẩm ướp điều vị.

7. Tỷ lệ phối trộn chất điều vị

Thử nghiệm trên đơn vị mẫu 300 g lát Sơn Tra đã xử lý:

  • CT31: Ngâm dịch đường 40°Bx trong 2 giờ, sên đến 60°Bx, phối trộn 24 g gừng + 12 ml mật ong $\rightarrow$ Độ ẩm 22,18%, đường 29,14%, sản phẩm hơi khô và còn vị chát nhẹ.
  • CT32: Ngâm dịch đường 40°Bx trong 3 giờ, sên đến 60°Bx, phối trộn 24 g gừng + 12 ml mật ong $\rightarrow$ Độ ẩm 34,74%, đường 43,19%, bề mặt bóng sáng, cấu trúc dẻo dai, vị gừng và mật ong hài hòa.
  • CT33: Ngâm dịch đường 50°Bx trong 3 giờ, sên đến 70°Bx, phối trộn 24 g gừng + 12 ml mật ong $\rightarrow$ Độ ẩm 28,67%, đường 45,00%, vị quá ngọt. $\rightarrow$ Lựa chọn công thức phối trộn CT32.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

Khóa luận đã xác lập được toàn bộ thông số kỹ thuật cho quy trình sản xuất mứt dẻo Sơn Tra:

  • Tiêu chuẩn nguyên liệu: Quả Sơn Tra đạt độ chín 100% vỏ màu vàng, thịt quả còn chắc, không sâu bệnh.
  • Quy cách tạo hình: Cắt lát tròn với độ dày 4 mm.
  • Thông số xử lý chống biến màu và giảm chát: Ngâm trong dung dịch muối NaCl 1,5% theo tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch là 1:2 trong thời gian 20 phút (giảm tannin từ 1,66% xuống 0,99%).
  • Thông số chần tạo trạng thái dẻo: Chần trong nước ở nhiệt độ 80°C trong thời gian 2 phút (giảm tannin tiếp tục xuống 0,07%, giữ hàm lượng vitamin C ở mức 30,78 mg%).
  • Chế độ thẩm thấu và sên mứt: Ngâm trong dịch đường 40°Bx trong 3 giờ, tiến hành rim/sên mứt đến khi nồng độ chất khô của dịch đạt 60°Bx.
  • Chế độ sấy và phối trộn chất điều vị: Sấy sơ bộ ở 60°C trong 15 phút, phối trộn với hỗn hợp 24 g gừng tươi xay nhỏ và 12 ml mật ong (tính trên 300 g nguyên liệu quả), ủ 20 phút, sau đó sấy hoàn thiện ở 60°C trong 15 phút. Sản phẩm thành phẩm đạt độ ẩm 34,74% và hàm lượng đường 43,19%.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm toàn diện về sự biến đổi các thành phần sinh hóa (tannin, axit tổng số, vitamin C, đường tổng số) của quả Sơn Tra vùng Tà Xùa - Sơn La qua các giai đoạn xử lý nhiệt và thẩm thấu.
  • Giải quyết được nhược điểm cố hữu của quả Sơn Tra là vị chát gắt do hàm lượng tannin cao và hiện tượng sẫm màu nhanh sau khi gọt/thái lát bằng giải pháp kết hợp ngâm muối loãng 1,5% và chần nhiệt 80°C.
  • Tạo ra công thức mứt dẻo Sơn Tra kết hợp gừng và mật ong có giá trị cảm quan tốt, góp phần đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ quả Táo Mèo ngoài các sản phẩm truyền thống như rượu vang và nước quả ép.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Toàn bộ các thử nghiệm mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm với khối lượng mẫu nhỏ (300 g/mẻ); chưa tiến hành khảo sát thời gian bảo quản dài hạn và đánh giá chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm theo thời gian.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu ứng dụng các loại bao bì màng ghép và công nghệ đóng gói hút chân không để đánh giá hạn sử dụng của mứt dẻo trong các điều kiện nhiệt độ bảo quản khác nhau.
    • Thử nghiệm nâng cấp quy mô sản xuất lên pilot và bán công nghiệp để tính toán định mức tiêu hao nguyên vật liệu và chi phí năng lượng thực tế.

Giá trị tham khảo

  • Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch và Bảo quản Nông sản.
  • Cung cấp các thông số công nghệ và quy trình thao tác chuẩn độ hóa lý (xác định tannin bằng KMnO4, chuẩn độ vitamin C, định lượng đường Ferixianua) cho các nghiên cứu chế biến quả có hàm lượng axit và tannin cao.
  • Cung cấp căn cứ kỹ thuật cho các hợp tác xã, doanh nghiệp chế biến nông sản tại các tỉnh miền núi phía Bắc (Sơn La, Yên Bái) trong việc nghiên cứu phát triển sản phẩm mứt dẻo đặc sản địa phương.

Câu hỏi thường gặp

1. Quả Sơn Tra nguyên liệu thu hái tại Tà Xùa - Sơn La có những đặc tính hóa lý nổi bật nào? Theo kết quả phân tích tại Bảng 4.1 của khóa luận, quả Sơn Tra tươi có độ ẩm 85,44%, độ pH 2,74, hàm lượng đường tổng số là 5,30%, hàm lượng axit tổng số là 0,84%, hàm lượng vitamin C đạt 40,52 mg% và hàm lượng tannin chiếm 1,66%.

2. Tại sao tác giả lại chọn quả có độ chín 100% vỏ vàng (CT3) thay vì quả chín 1/3 hay 2/3? Ở độ chín 100% vỏ vàng (CT3), quả có hàm lượng đường cao nhất (5,84%), hàm lượng tannin giảm xuống thấp nhất (1,12%), độ cứng giảm xuống 8,13 $kg/cm^2$, cường độ màu đạt 73,00 và hình thành hương thơm đặc trưng, giúp vị chua chát của quả dịu đi rõ rệt, thuận lợi cho việc tạo vị mứt dẻo.

3. Khóa luận sử dụng giải pháp nào để khắc phục hiện tượng biến màu sẫm và giảm vị chát cho lát Sơn Tra? Tác giả sử dụng phương pháp ngâm lát Sơn Tra (độ dày 4 mm) trong dung dịch muối ăn (NaCl) nồng độ 1,5% với tỷ lệ nguyên liệu : dung dịch là 1:2 trong thời gian 20 phút. Quá trình này giúp giảm hàm lượng tannin từ 1,66% xuống 0,99% và hạn chế quá trình oxy hóa gây sẫm màu khi tiếp xúc với không khí.

4. Chế độ chần tối ưu cho lát Sơn Tra được xác định như thế nào? Chế độ chần tối ưu là chần trong nước ở nhiệt độ 80°C trong thời gian 2 phút. Chế độ này giúp giảm mạnh hàm lượng tannin xuống còn 0,07%, giữ được 30,78 mg% vitamin C và 6,85% đường, đồng thời tạo cho mô quả độ dẻo mềm thích hợp mà không bị nhũn nát.

5. Tỷ lệ các thành phần phối trộn chất điều vị trong sản phẩm mứt dẻo hoàn thiện là bao nhiêu? Trong công thức được lựa chọn (CT32), cứ 300 g lát Sơn Tra đã chần được ngâm trong dịch đường nồng độ 40°Bx trong 3 giờ, sên đến khi dịch đạt 60°Bx, sau đó phối trộn với 24 g gừng tươi xay nhỏ và 12 ml mật ong trước khi sấy hoàn thiện ở 60°C.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Chu Thị Hồng Hạnh đã hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến mứt dẻo từ quả Sơn Tra Tà Xùa ở quy mô phòng thí nghiệm. Bằng việc kết hợp ngâm dung dịch muối 1,5%, chần nhiệt 80°C trong 2 phút, ngâm đường 40°Bx và phối trộn phụ liệu gừng - mật ong, nghiên cứu đã xử lý triệt để vị chát của tannin và giữ được màu sắc vàng sáng tự nhiên cho sản phẩm. Kết quả thu được cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng, mở ra tiềm năng ứng dụng sản xuất mứt đặc sản nhằm nâng cao giá trị chuỗi nông sản vùng núi phía Bắc.