Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Mận Tam Hoa (Prunus salicina) là một trong những cây ăn quả chủ lực được di thực và phát triển mạnh mẽ tại vùng cao nguyên Bắc Hà, tỉnh Lào Cai với diện tích canh tác lớn (khoảng 1.368 ha vào năm 2004). Mặc dù mang lại năng suất và sản lượng hàng năm cao, việc tiêu thụ mận tươi gặp phải nhiều trở ngại lớn mang tính mùa vụ và kỹ thuật:
- Đặc tính quả mận Tam Hoa có lớp vỏ mỏng, thịt quả nhiều nước và rất nhanh mềm nhũn sau khi thu hoạch.
- Thời gian chín rộ của mận tập trung trong khoảng thời gian rất ngắn (khoảng 2 tháng, từ cuối tháng 4 đến cuối tháng 6), dẫn đến tình trạng dư thừa cục bộ tại chính vụ khiến giá nông sản sụt giảm, trong khi các khâu bảo quản và vận chuyển đi xa còn hạn chế do tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch cao.
- Việc đầu tư công nghệ chế biến sâu nhằm đa dạng hóa sản phẩm từ mận Tam Hoa tại Việt Nam còn chưa được quan tâm đúng mức so với tiềm năng nguyên liệu.
Nhằm giải quyết bài toán tiêu thụ nông sản, kéo dài thời gian sử dụng và nâng cao giá trị gia tăng của quả mận Bắc Hà, đề tài thực hiện 3 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:
- Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu mận Tam Hoa trước và sau quá trình bảo quản cấp đông (-18°C).
- Khảo sát và xác lập các thông số kỹ thuật tối ưu trong quy trình sản xuất mứt mận sấy khô: tỷ lệ khối lượng đường thẩm thấu, thời gian thẩm thấu, nhiệt độ sấy và thời gian sấy.
- Khảo sát và xác lập các thông số kỹ thuật trong quy trình sản xuất nước mận đóng chai: tỷ lệ pha loãng dịch sau thẩm thấu, chế độ gia nhiệt kết tủa protein, hàm lượng vitamin C bổ sung để chống biến màu, chế độ thanh trùng; đồng thời phân tích chất lượng hóa lý, vi sinh và đánh giá cảm quan cho cả hai sản phẩm.
Đối tượng nghiên cứu là quả mận Tam Hoa tươi thu mua tại Bắc Hà (Lào Cai) vào vụ thu hoạch cuối tháng 5. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào quy trình công nghệ chế biến quy mô phòng thí nghiệm tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM (năm 2009).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng
Đề tài vận dụng các cơ sở lý thuyết về thực vật học, sinh hóa học và kỹ thuật chế biến thực phẩm:
- Đặc tính thực vật và sinh thái: Cây mận thuộc họ Hoa Hồng (Rosaceae). Giống mận trồng tại miền Bắc Việt Nam chủ yếu là giống mận Trung Quốc (Prunus salicina), có yêu cầu độ lạnh thấp hơn so với giống mận châu Âu (Prunus domestica), thích ứng với thổ nhưỡng cao nguyên đá vôi ẩm lạnh tại Bắc Hà.
- Biến đổi sinh lý - sinh hóa sau thu hoạch: Quá trình hô hấp (hiếu khí và yếm khí), sự sinh nhiệt, sự bay hơi nước làm giảm khối lượng tự nhiên, sự tổng hợp hormone ethylene thúc đẩy quá trình chín và lão hóa tế bào, cũng như các dạng tổn thương mô tế bào (tổn thương bên trong IB và tổn thương gel GB) trong điều kiện tồn trữ nhiệt độ thấp.
- Nguyên lý thẩm thấu và trích ly đường: Ứng dụng chênh lệch áp suất thẩm thấu khi cho mận tiếp xúc với saccharose, rút ẩm từ mô quả ra ngoài và thẩm thấu đường vào tế bào quả; nồng độ chất tan cao tạo trạng thái co nguyên sinh ở tế bào vi sinh vật, hỗ trợ bảo quản mứt.
- Nguyên lý xử lý nhiệt và thanh trùng đồ hộp: Biến tính nhiệt để làm đông tụ và kết tủa protein hòa tan trong dịch quả nhằm chống hiện tượng đục dịch trong quá trình bảo quản; xác lập chế độ thanh trùng đối với sản phẩm chua có pH ≤ 4,2 ở nhiệt độ dưới 100°C.
- Tiêu chuẩn nguyên liệu phụ:
- Đường tinh luyện Biên Hòa (Saccharose ≥ 99,8% chất khô, độ tro ≤ 0,03%, đạt chuẩn TCVN 6959:2001 đối với đường trắng loại A).
- Nước chế biến đạt giới hạn chỉ tiêu hóa học dùng cho sản xuất nước giải khát (độ cứng toàn phần ≤ 7 mg E/l, Clo ≤ 0,5 mg/l, Fe ≤ 0,3 mg/l, Pb ≤ 0,1 mg/l, As ≤ 0,05 mg/l, Cu ≤ 3 mg/l, Zn ≤ 5 mg/l).
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm công nghệ thực phẩm kết hợp phân tích kiểm nghiệm:
- Xử lý và chuẩn bị mẫu: Mận tươi được tuyển chọn, rửa nước sạch, ngâm khử trùng bằng dung dịch Clorin 100 ppm, hong khô, đóng bao PE và cấp đông ở -18°C. Khi chế biến, mận được rã đông về nhiệt độ thường và bóc vỏ.
- Phương pháp phân tích hóa lý:
- Đo độ ẩm bằng máy đo SCALTEC và phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi ở 105°C.
- Đo giá trị pH bằng máy đo điện tử JENCO.
- Định lượng hàm lượng đường tổng, acid tổng, protein, tro tổng số và vitamin C theo các phương pháp hóa lý tiêu chuẩn.
- Khảo sát sự đổi màu và hàm lượng chất chống oxy hóa qua phép đo mật độ quang (Optical Density - D) bằng máy quang phổ theo thời gian tồn trữ.
- Phương pháp vi sinh: Định lượng tổng số vi sinh vật hiếu khí, vi khuẩn Coliforms, nấm men và nấm mốc trong sản phẩm thành phẩm.
- Phương pháp đánh giá cảm quan: Sử dụng phương pháp cho điểm thị hiếu người tiêu dùng về các chỉ tiêu màu sắc, mùi vị, trạng thái; xử lý số liệu thực nghiệm bằng phương pháp phân tích phương sai ANOVA.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 hệ thống hóa toàn diện các tài liệu khoa học về cây mận và công nghệ sản xuất đồ hộp rau quả:
- Lịch sử, phân loại và phân bố: Mận du nhập vào Việt Nam từ cuối thế kỷ trước, mận Tam Hoa có nguồn gốc từ Trung Quốc nhập về từ năm 1978. Phân biệt hai nhóm mận chính trên thế giới là mận châu Âu (Prunus domestica) và mận Trung Quốc (Prunus salicina). Thống kê các giống mận nội địa tại Việt Nam: Mận chua, Mận thép, Mận Hậu (Thủy phì lí), Mận Tả Van, Mận Tả Hoàng Li và Mận Tam Hoa.
- Đặc tính nông học và sinh lý sau thu hoạch: Yêu cầu khí hậu lạnh (cần 700 - 1.000 giờ lạnh dưới 7,2°C để phân hóa mầm hoa), kỹ thuật nhân giống ghép mắt trên gốc mận chua, kỹ thuật đốn tỉa tạo hình, tỉa quả (duy trì khoảng cách 4 - 5 cm/quả). Các quá trình vật lý (bay hơi nước, giảm khối lượng tự nhiên, sinh nhiệt 2,52 cal/1 mg CO2) và sinh hóa (hô hấp, sinh tổng hợp ethylene, tổn thương IB và GB).
- Thành phần hóa học của mận: Mận Bắc Hà (vụ mùa 2003) chứa 77% nước, 0,6% protein, 1,3% acid hữu cơ, 3,9% glucid, 0,5% chất xơ; hàm lượng chất khô hòa tan đạt 13 - 15%, độ chua dao động từ 0,3 - 0,6%, thích hợp cho chế biến công nghiệp.
- Công nghệ sản xuất sản phẩm từ quả: Tổng quan về các dạng mứt quả (mứt đông, mứt nhuyễn, mứt miếng đông, mứt rim, mứt khô) và phân loại đồ hộp nước quả (nước quả tự nhiên, hỗn hợp, pha đường, cô đặc; dạng trong và dạng đục có thịt quả nectar).
Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 mô tả chi tiết nguồn nguyên liệu, thiết bị và xây dựng sơ đồ quy trình công nghệ tích hợp hai dòng sản phẩm từ một nguồn nguyên liệu đầu vào:
- Tiêu chuẩn nguyên liệu: Tiêu chuẩn quả mận Tam Hoa tươi thu hái đúng độ chín kỹ thuật; tiêu chuẩn đường tinh luyện Biên Hòa và tiêu chuẩn nước chế biến nước giải khát.
- Quy trình công nghệ chế biến tổng quát:
- Giai đoạn sơ chế chung: Mận đông lạnh (-18°C) $\rightarrow$ Rã đông $\rightarrow$ Bóc vỏ $\rightarrow$ Thẩm thấu và trích ly với đường.
- Dòng sản phẩm mứt mận: Mận sau thẩm thấu $\rightarrow$ Rửa bề mặt $\rightarrow$ Sấy khô (thiết bị sấy đối lưu 45 - 60°C) $\rightarrow$ Đóng bao PE hút chân không $\rightarrow$ Mứt mận sấy khô thành phẩm.
- Dòng sản phẩm nước mận: Dịch trích ly sau thẩm thấu $\rightarrow$ Pha loãng với nước $\rightarrow$ Lọc chân không $\rightarrow$ Gia nhiệt kết tủa protein (90 - 100°C) $\rightarrow$ Làm nguội $\rightarrow$ Lọc tách tủa $\rightarrow$ Bổ sung vitamin C, gia nhiệt sơ bộ $\rightarrow$ Rót chai, đóng nắp $\rightarrow$ Thanh trùng trong nồi hở $\rightarrow$ Làm nguội nhanh $\rightarrow$ Nước mận đóng chai thành phẩm.
- Bố trí thí nghiệm và phương pháp kiểm nghiệm: Quy định chi tiết các bước lấy mẫu phân tích thành phần hóa sinh (ẩm, tro, pH, acid, đường, vitamin C), đo mật độ quang D, kiểm nghiệm vi sinh và quy trình đánh giá cảm quan.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận
Chương 3 trình bày các số liệu thực nghiệm, phân tích tương quan và xác định bộ thông số kỹ thuật tối ưu:
- Đánh giá nguyên liệu trước và sau cấp đông: Xác định sự biến đổi các thành phần hóa học chủ yếu của mận Tam Hoa sau quá trình cấp đông và rã đông nhằm khẳng định khả năng duy trì chất lượng cho quá trình chế biến tiếp theo.
- Tối ưu hóa quy trình sản xuất mứt mận sấy khô:
- Khối lượng đường thẩm thấu: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ đường đến hàm lượng đường tổng của quả sau sấy; chọn tỷ lệ đường bổ sung là 50% so với khối lượng mận nguyên liệu.
- Thời gian thẩm thấu: Khảo sát động học dịch chuyển đường theo thời gian; chọn thời gian thẩm thấu tối ưu là 36 giờ để mận đạt độ ngấu đường đồng đều.
- Nhiệt độ và thời gian sấy: Khảo sát sự thay đổi hàm ẩm, màu sắc và trạng thái cấu trúc quả. Nhiệt độ sấy thích hợp nhất là 55°C trong thời gian 36 giờ, giúp sản phẩm đạt độ ẩm an toàn, giữ được màu đỏ tía tự nhiên và cấu trúc dẻo dai đặc trưng.
- Chất lượng mứt mận: Sản phẩm có hàm lượng chất khô cao, đạt yêu cầu an toàn vi sinh vật và nhận được điểm đánh giá cảm quan cao thông qua bảng phân tích phương sai ANOVA.
- Tối ưu hóa quy trình sản xuất nước mận đóng chai:
- Tỷ lệ pha loãng: Khảo sát tỷ lệ phối trộn giữa dịch trích ly sau thẩm thấu và nước theo độ Brix; tỷ lệ thích hợp nhất được xác định là 100 phần dịch : 227 phần nước (tỷ lệ 100:227).
- Quá trình kết tủa protein: Xác định nhiệt độ gia nhiệt 100°C trong 5 phút làm biến tính và lắng hoàn toàn protein, giúp dịch nước mận đạt độ trong ổn định, không bị vẩn đục trở lại trong quá trình bảo quản.
- Chống biến màu: Đánh giá mật độ quang (D) theo thời gian; xác định liều lượng vitamin C bổ sung là 0,3 g/200 ml giúp ngăn chặn hiệu quả phản ứng oxy hóa sẫm màu nước quả.
- Chế độ thanh trùng: Thiết lập chế độ thanh trùng ở 90°C trong thời gian 10 phút, đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật gây hư hỏng mà không làm suy giảm hương vị và màu sắc.
- Chất lượng nước mận: Sản phẩm có vị chua ngọt hài hòa, màu đỏ trong suốt, các chỉ tiêu vi sinh vật nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
Tổng hợp toàn bộ các thông số công nghệ đã được chứng minh qua thực nghiệm; khẳng định tính khả thi của quy trình sản xuất mứt mận và nước mận đóng chai ở quy mô phòng thí nghiệm; đề xuất định hướng nghiên cứu mở rộng quy mô pilot và nghiên cứu thời hạn sử dụng.
Kết quả và đóng góp
Kết quả thông số công nghệ thực nghiệm
Nghiên cứu đã xác lập bộ thông số kỹ thuật chuẩn cho quy trình sản xuất đồng thời hai sản phẩm từ mận Bắc Hà:
| Sản phẩm |
Thông số công nghệ |
Giá trị tối ưu xác lập |
| Mứt mận sấy khô |
Tỷ lệ đường thẩm thấu |
50% khối lượng mận |
|
Thời gian thẩm thấu |
36 giờ |
|
Nhiệt độ sấy |
55°C |
|
Thời gian sấy |
36 giờ |
| Nước mận đóng chai |
Tỷ lệ pha loãng (Dịch thẩm thấu : Nước) |
100 : 227 (thể tích/thể tích) |
|
Chế độ gia nhiệt kết tủa protein |
100°C trong 5 phút |
|
Hàm lượng vitamin C bổ sung |
0,3 g / 200 ml |
|
Chế độ thanh trùng |
90°C trong 10 phút |
Đóng góp thực tiễn và học thuật
- Giải pháp công nghệ tận dụng nguyên liệu: Thiết lập giải pháp công nghệ kết hợp khép kín: tận dụng phần bã quả sau ngâm đường để sấy mứt và sử dụng phần dịch đường trích ly giàu dinh dưỡng, sắc tố và hương vị để chế biến nước uống đóng chai, không phát sinh phụ phẩm lãng phí.
- Giải quyết bài toán mùa vụ: Đưa ra phương án sơ chế kết hợp xử lý Clorin 100 ppm và cấp đông sâu (-18°C) nhằm tồn trữ mận nguyên liệu vượt qua chu kỳ chín rộ 2 tháng ngắn ngủi của vùng mận Bắc Hà, phục vụ chế biến quanh năm.
- Đánh giá chất lượng toàn diện: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm có độ tin cậy cao về động học thẩm thấu đường, sự biến tính nhiệt của protein trong dịch quả mận, hiệu quả chống oxy hóa của vitamin C và kết quả kiểm định cảm quan thông qua mô hình phân tích phương sai ANOVA.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
Theo công bố của tác giả trong đồ án, nghiên cứu tồn tại một số hạn chế do điều kiện khách quan:
- Thời gian nghiên cứu của đề tài còn ngắn.
- Máy móc, thiết bị thí nghiệm chuyên dụng chưa thật sự đồng bộ và đầy đủ.
- Quy trình mới dừng lại ở việc khảo sát, thực hiện trên quy mô phòng thí nghiệm.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Tiến hành các khảo sát sâu hơn về các biến đổi hóa lý và dinh dưỡng nhằm hoàn thiện nâng cao chất lượng cảm quan của sản phẩm.
- Khảo sát biến thiên chất lượng và xác định chính xác thời hạn bảo quản (shelf-life) của mứt mận và nước mận đóng chai trong các điều kiện môi trường bao bì khác nhau.
- Thử nghiệm triển khai sản xuất trên quy mô bán công nghiệp (pilot) và quy mô công nghiệp để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật thực tế.
Giá trị tham khảo
Đồ án là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên và học viên chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch, Kỹ thuật Chế biến Nông sản khi nghiên cứu về công nghệ sản xuất đồ hộp rau quả, mứt quả và nước giải khát lên men/không cồn.
- Kỹ sư công nghệ và cán bộ R&D: Tham khảo thông số thực nghiệm về tỷ lệ thẩm thấu đường, chế độ sấy mứt dẻo, phương pháp gia nhiệt tách tủa protein trong dịch quả giàu polyphenol/axit và chế độ thanh trùng cho đồ hộp có tính acid cao.
- Doanh nghiệp và cơ sở chế biến nông sản: Định hướng giải pháp công nghệ chế biến sâu nông sản đặc sản vùng cao, giúp giải quyết bài toán tiêu thụ nông sản mùa vụ cho các tỉnh miền núi phía Bắc.
Câu hỏi thường gặp
1. Tỷ lệ đường và thời gian thẩm thấu thích hợp cho sản phẩm mứt mận được xác định là bao nhiêu?
Theo kết quả thực nghiệm tại Chương 3, khối lượng đường thích hợp để đem thẩm thấu là 50% so với khối lượng quả mận nguyên liệu và thời gian thẩm thấu tối ưu đạt 36 giờ để đường phân bố đều vào mô quả.
2. Nhiệt độ và thời gian sấy mứt mận tối ưu được lựa chọn dựa trên tiêu chí nào?
Chế độ sấy được xác định là 55°C trong thời gian 36 giờ. Chế độ này đảm bảo đưa hàm ẩm của mứt về mức an toàn bảo quản, giữ cho mứt có màu sắc đỏ tía tự nhiên và cấu trúc mềm dẻo, không bị cháy khét hay chai cứng bề mặt.
3. Tại sao cần gia nhiệt dịch nước mận ở 100°C trong 5 phút trước khi rót chai?
Quá trình gia nhiệt ở 100°C trong 5 phút nhằm mục đích làm biến tính và làm đông tụ/kết tủa toàn bộ lượng protein hòa tan có trong dịch quả. Sau khi làm nguội và lọc bỏ kết tủa, nước mận sẽ giữ được độ trong suốt ổn định, không bị hiện tượng tái đục hay lắng cặn trong thời gian bảo quản sau này.
4. Hàm lượng vitamin C bổ sung vào nước mận đóng chai là bao nhiêu và có tác dụng gì?
Hàm lượng vitamin C được xác định tối ưu là 0,3 g cho mỗi 200 ml nước mận. Bổ sung vitamin C đóng vai trò là chất chống oxy hóa, giúp ức chế quá trình sẫm màu, duy trì mật độ quang (D) và ổn định màu sắc tươi sáng đặc trưng của sản phẩm nước mận theo thời gian bảo quản.
5. Mận nguyên liệu được xử lý sơ bộ và bảo quản như thế nào trước khi đưa vào chế biến?
Quả mận Tam Hoa tươi sau khi thu hái được chọn lựa sơ bộ, rửa sạch bằng nước thường, sau đó ngâm rửa khử trùng bằng dung dịch Clorin nồng độ 100 ppm, hong khô ráo nước, đóng gói trong bao PE và bảo quản cấp đông trong tủ đông ở nhiệt độ -18°C. Khi chế biến, mận được rã đông về nhiệt độ phòng rồi tiến hành bóc vỏ.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu sản xuất thử mứt mận và nước mận Bắc Hà" đã xây dựng thành công quy trình công nghệ tích hợp chế biến mứt mận sấy khô và nước mận đóng chai ở quy mô phòng thí nghiệm. Bộ thông số kỹ thuật được xác lập chính xác qua thực nghiệm gồm: thẩm thấu đường 50% trong 36 giờ và sấy ở 55°C trong 36 giờ đối với mứt; pha loãng dịch 100:227, gia nhiệt kết tủa protein 100°C/5 phút, bổ sung vitamin C 0,3 g/200 ml và thanh trùng 90°C/10 phút đối với nước mận. Hai sản phẩm tạo thành đều đạt tiêu chuẩn về giá trị dinh dưỡng, an toàn vi sinh vật và có chất lượng cảm quan cao, đóng góp giải pháp thiết thực vào việc bảo quản và nâng cao giá trị thương phẩm cho nông sản mận Tam Hoa Bắc Hà.