Tổng quan nghiên cứu

Trái nhàu (Morinda citrifolia) là một nguồn dồi dào các hợp chất sinh học có hoạt tính cao như polyphenol, flavonoid và triterpenoid saponin, với hơn 200 hợp chất phytochemical được xác định. Theo báo cáo ngành, trái nhàu chứa hàm lượng polyphenol tổng (TPC), flavonoid tổng (TFC) và triterpenoid saponin (TSC) rất lớn, góp phần vào các tác dụng sinh học như chống oxy hóa, kháng viêm và phòng ngừa nhiều bệnh mãn tính. Tuy nhiên, các hợp chất này rất dễ bị biến đổi và suy giảm hoạt tính trong quá trình chế biến và bảo quản do nhạy cảm với nhiệt độ, ánh sáng và oxy.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình công nghệ vi bao các hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch nhàu bằng phương pháp đồng hóa nhằm bảo tồn tối đa hàm lượng TPC, TFC và TSC, đồng thời nâng cao tính ổn định của sản phẩm trong quá trình bảo quản. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2021 tại Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, tập trung vào việc xác định công thức vỏ bao, điều kiện đồng hóa, thanh trùng và bảo quản thích hợp.

Việc phát triển quy trình vi bao này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao giá trị kinh tế của trái nhàu, mở rộng ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và thực phẩm chức năng, đồng thời góp phần bảo tồn các hợp chất sinh học quý giá vốn có trong nguyên liệu.

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:

  • Công nghệ vi bao (Microencapsulation): Là kỹ thuật bao phủ các hợp chất sinh học bằng một lớp vỏ bảo vệ nhằm ngăn ngừa sự tiếp xúc với các yếu tố môi trường gây hư hại như nhiệt độ, oxy và ánh sáng. Vi bao giúp duy trì hoạt tính sinh học và tăng tính ổn định của sản phẩm.

  • Phương pháp đồng hóa tốc độ cao (High-speed Homogenization - HSH): Sử dụng lực cắt mạnh từ rotor quay tốc độ cao để phân tán đồng đều các hạt trong dung dịch, giảm kích thước hạt và tăng tính ổn định của huyền phù. Phương pháp này ưu việt về chi phí và hiệu quả so với đồng hóa áp lực cao.

  • Các khái niệm chính:

    • Tổng hàm lượng polyphenol (TPC): Chỉ số đo hàm lượng các hợp chất polyphenol có trong mẫu, biểu thị bằng mg gallic acid tương đương trên gam mẫu (mg GAE/g).
    • Tổng hàm lượng flavonoid (TFC): Đo hàm lượng flavonoid, biểu thị bằng mg quercetin tương đương trên gam mẫu (mg QE/g).
    • Tổng hàm lượng triterpenoid saponin (TSC): Đo hàm lượng saponin, biểu thị bằng mg aescin tương đương trên gam mẫu (mg AE/g).
    • Hiệu suất vi bao (HS): Tỷ lệ phần trăm hàm lượng hợp chất sinh học được bảo vệ trong dịch vi bao so với tổng hàm lượng ban đầu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu trái nhàu tươi được thu mua tại Tiền Giang, xử lý sơ chế, trích ly các hợp chất sinh học và bảo quản lạnh. Vật liệu vỏ bao gồm maltodextrin, gum arabic và whey protein concentrate (WPC).

  • Thiết bị và dụng cụ: Máy đồng hóa tốc độ cao (Velp, Ý), máy thanh trùng, máy đo quang phổ UV-Vis, máy phân tích kích thước hạt Dynamic Light Scattering (Horiba LA-350), tủ bảo quản lạnh.

  • Phương pháp phân tích: Hàm lượng TPC, TFC và TSC được xác định bằng phương pháp quang phổ với các chuẩn axit gallic, quercetin và aescin. Kích thước hạt và phân bố kích thước hạt được đo bằng thiết bị phân tích ánh sáng tán xạ động.

  • Thiết kế thí nghiệm:

    • Xác định công thức vỏ bao bằng phương pháp bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố với 4 công thức khác nhau.
    • Thí nghiệm hai yếu tố ngẫu nhiên để xác định ảnh hưởng của tốc độ đồng hóa (8.000, 10.000, 12.000 vòng/phút) và thời gian đồng hóa (5, 10, 15, 20 phút).
    • Thí nghiệm hai yếu tố ngẫu nhiên để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ (70, 80, 90°C) và thời gian thanh trùng (5, 10, 15 phút).
    • Đánh giá sự ổn định và tính thất thoát các hợp chất sinh học trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ 10°C, 40°C và 50°C.

  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2021, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thí nghiệm vi bao, phân tích và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Công thức vỏ bao tối ưu: Hỗn hợp maltodextrin và gum arabic với tỷ lệ 1:1 cho hiệu suất vi bao cao nhất với HS-TPC đạt 79,85%, HS-TFC 80,5% và HS-TSC 85,4%. Kích thước hạt trung vị (D50) nhỏ nhất là 146,4 µm, đồng thời dịch vi bao có tính ổn định cao, ít bị lắng cặn so với các công thức khác.

  2. Điều kiện đồng hóa tối ưu: Tốc độ đồng hóa 10.000 vòng/phút trong 10 phút cho kích thước hạt nhỏ nhất (D50 = 89,5 µm) và hiệu suất vi bao cao nhất với HS-TPC 80,4%, HS-TFC 88,4% và HS-TSC 78,3%. Tăng tốc độ hoặc thời gian đồng hóa vượt mức này làm kích thước hạt tăng nhẹ do hiện tượng kết dính hạt.

  3. Điều kiện thanh trùng tối ưu: Thanh trùng ở 90°C trong 10 phút đạt hiệu suất vi bao cao nhất với HS-TPC 82,2%, HS-TFC 87,6% và HS-TSC 85,9%. Thời gian và nhiệt độ thanh trùng thấp hơn hoặc cao hơn đều làm giảm hiệu suất vi bao do ảnh hưởng đến cấu trúc vỏ bao và hoạt tính hợp chất.

  4. Tính ổn định và thời gian bảo quản: Sản phẩm vi bao dạng lỏng sau thanh trùng được bảo quản ở 10°C có thể giữ được hàm lượng TPC, TFC và TSC cao với thời gian bảo quản tối thiểu 10 tháng. Giá trị Q10 tính theo TPC là 2,52 và theo TFC là 2,40, cho thấy tốc độ suy giảm hợp chất tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10°C.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự phối hợp maltodextrin và gum arabic làm vật liệu vỏ bao tạo ra màng bảo vệ hiệu quả nhờ khả năng hòa tan tốt, tính nhũ hóa cao và liên kết mạnh với các hợp chất sinh học. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của gum arabic trong việc ổn định các hệ phân tán sinh học.

Phương pháp đồng hóa tốc độ cao giúp giảm kích thước hạt, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc và cải thiện sự phân bố đồng đều của các hạt vi bao, từ đó nâng cao hiệu suất bảo vệ hợp chất. Tuy nhiên, quá trình đồng hóa quá mức gây hiện tượng kết dính hạt, làm giảm hiệu quả vi bao.

Thanh trùng ở nhiệt độ 90°C trong 10 phút vừa đủ để diệt khuẩn mà không làm phá hủy cấu trúc vỏ bao và các hợp chất sinh học, đồng thời có thể làm tăng khả năng giải phóng hợp chất do phá vỡ ma trận polymer. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu về ảnh hưởng của xử lý nhiệt lên polyphenol và flavonoid trong thực phẩm.

Việc bảo quản ở nhiệt độ thấp giúp duy trì tính ổn định của sản phẩm vi bao trong thời gian dài, giảm thiểu sự oxy hóa và phân hủy các hợp chất sinh học. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự giảm hàm lượng TPC, TFC và TSC theo thời gian ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau, minh họa rõ ràng hiệu quả của quy trình vi bao.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công thức vỏ bao maltodextrin và gum arabic (1:1): Khuyến nghị sử dụng hỗn hợp này làm vật liệu vỏ bao trong sản xuất vi bao dịch nhàu để đạt hiệu suất bảo vệ hợp chất sinh học cao nhất. Thời gian thực hiện: ngay lập tức trong quy trình sản xuất.

  2. Tối ưu điều kiện đồng hóa: Thực hiện đồng hóa ở tốc độ 10.000 vòng/phút trong 10 phút để đảm bảo kích thước hạt nhỏ và đồng đều, nâng cao tính ổn định sản phẩm. Chủ thể thực hiện: bộ phận sản xuất và nghiên cứu phát triển.

  3. Thanh trùng sản phẩm ở 90°C trong 10 phút: Đảm bảo an toàn vi sinh và giữ nguyên hoạt tính sinh học. Thời gian áp dụng: trong quy trình chế biến cuối cùng trước khi đóng gói.

  4. Bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ 10°C: Để duy trì tính ổn định và kéo dài thời gian sử dụng tối thiểu 10 tháng. Chủ thể thực hiện: bộ phận kho vận và phân phối.

  5. Nghiên cứu mở rộng: Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu ứng dụng quy trình vi bao trong các sản phẩm thực phẩm chức năng và đồ uống dinh dưỡng từ trái nhàu, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện bảo quản khác nhau đến chất lượng sản phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Có thể áp dụng quy trình vi bao và phương pháp phân tích để phát triển các sản phẩm chứa hợp chất sinh học từ nguyên liệu thực vật.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và đồ uống dinh dưỡng: Nắm bắt công nghệ vi bao để nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm từ trái nhàu, mở rộng thị trường tiêu thụ.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để hỗ trợ phát triển vùng nguyên liệu nhàu, nâng cao giá trị kinh tế và bền vững ngành nông nghiệp.

  4. Các chuyên gia trong lĩnh vực bảo quản và chế biến thực phẩm: Tham khảo các điều kiện bảo quản và xử lý nhiệt tối ưu nhằm duy trì hoạt tính sinh học trong sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi bao là gì và tại sao cần thiết trong bảo quản hợp chất sinh học?
    Vi bao là kỹ thuật bao phủ các hợp chất sinh học bằng lớp vỏ bảo vệ nhằm ngăn ngừa sự tiếp xúc với các yếu tố gây hư hại như nhiệt độ, oxy và ánh sáng. Kỹ thuật này giúp duy trì hoạt tính và tăng tính ổn định của các hợp chất nhạy cảm trong quá trình chế biến và bảo quản.

  2. Tại sao chọn maltodextrin và gum arabic làm vật liệu vỏ bao?
    Maltodextrin có độ nhớt thấp, hòa tan tốt và giá thành rẻ, trong khi gum arabic có tính nhũ hóa cao và khả năng tạo màng bảo vệ hiệu quả. Sự kết hợp hai vật liệu này tận dụng ưu điểm của từng loại, tạo ra lớp vỏ bao ổn định và bảo vệ tốt các hợp chất sinh học.

  3. Điều kiện đồng hóa ảnh hưởng thế nào đến chất lượng sản phẩm?
    Tốc độ và thời gian đồng hóa ảnh hưởng đến kích thước hạt và hiệu suất vi bao. Đồng hóa ở tốc độ 10.000 vòng/phút trong 10 phút giúp tạo hạt nhỏ, phân bố đồng đều, tăng hiệu quả bảo vệ hợp chất. Quá mức đồng hóa có thể gây kết dính hạt, giảm hiệu quả.

  4. Thanh trùng có ảnh hưởng gì đến hoạt tính sinh học?
    Thanh trùng ở nhiệt độ 90°C trong 10 phút vừa đủ để diệt khuẩn mà không làm phá hủy cấu trúc vỏ bao và các hợp chất sinh học. Quá trình này còn có thể làm tăng khả năng giải phóng hợp chất do phá vỡ ma trận polymer, giúp duy trì hoạt tính.

  5. Thời gian bảo quản sản phẩm vi bao là bao lâu?
    Sản phẩm vi bao dịch nhàu có thể bảo quản tối thiểu 10 tháng ở nhiệt độ 10°C mà không làm giảm đáng kể hàm lượng polyphenol, flavonoid và saponin, đảm bảo chất lượng và hoạt tính sinh học trong suốt thời gian này.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình công nghệ vi bao các hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch nhàu bằng phương pháp đồng hóa tốc độ cao.
  • Công thức vỏ bao maltodextrin và gum arabic (1:1) cho hiệu suất vi bao cao nhất và tính ổn định tốt nhất.
  • Điều kiện đồng hóa tối ưu là 10.000 vòng/phút trong 10 phút, kết hợp với thanh trùng 90°C trong 10 phút.
  • Sản phẩm vi bao dạng lỏng có hàm lượng TPC, TFC và TSC cao, ổn định trong thời gian bảo quản tối thiểu 10 tháng ở 10°C.
  • Khuyến nghị áp dụng quy trình này trong sản xuất thực phẩm chức năng và đồ uống dinh dưỡng từ trái nhàu, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng và bảo quản sản phẩm.

Hãy bắt đầu áp dụng quy trình vi bao này để nâng cao giá trị và chất lượng sản phẩm từ trái nhàu, góp phần phát triển ngành công nghiệp thực phẩm chức năng bền vững và hiệu quả.