Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa, là vùng đất thuận lợi cho phát triển đa dạng các loại cây ăn quả, trong đó táo ta (Ziziphus mauritiana) là một loại quả có sản lượng lớn và vai trò kinh tế quan trọng, đặc biệt tại tỉnh Ninh Thuận. Tuy nhiên, táo ta chủ yếu được tiêu thụ dưới dạng tươi, dẫn đến hạn chế về thời gian bảo quản và vận chuyển. Theo dự báo của ngành chế biến trái cây toàn cầu, thị trường trái cây sấy sẽ đạt khoảng 346 tỷ USD vào năm 2022, với tốc độ tăng trưởng lũy kế khoảng 7%/năm, phản ánh tiềm năng phát triển mạnh mẽ của sản phẩm này. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển quy trình công nghệ sấy mứt táo bằng phương pháp bức xạ hồng ngoại kết hợp đối lưu không khí nhằm tối ưu hóa các chỉ tiêu về giá trị cảm quan, hàm lượng phenolic tổng và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM, với nguyên liệu chính là táo ta thu hoạch tại Ninh Thuận. Mục tiêu cụ thể là khảo sát ảnh hưởng của các quá trình chần, thẩm thấu dung dịch đường và sấy đến sự biến đổi các chỉ tiêu hóa học và cảm quan của mứt táo sấy. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao giá trị gia tăng cho sản phẩm táo ta, góp phần phát triển ngành công nghệ thực phẩm và mở rộng thị trường tiêu thụ sản phẩm trái cây sấy trong nước và xuất khẩu.

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:

  • Lý thuyết về quá trình sấy: Bao gồm phương pháp sấy đối lưu và sấy bức xạ hồng ngoại có đối lưu không khí. Sấy đối lưu sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy, trong khi sấy bức xạ hồng ngoại cung cấp nhiệt qua bức xạ, giúp rút ngắn thời gian sấy và giữ lại các hợp chất sinh học tốt hơn.

  • Lý thuyết về polyphenol và cơ chế kháng oxy hóa: Polyphenol là nhóm hợp chất có khả năng bắt gốc tự do, ngăn ngừa quá trình oxy hóa nhờ các cơ chế HAT (hydrogen atom transfer), SET-PT (single electron transfer followed by proton transfer) và SPLET (sequential proton loss electron transfer). Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao giá trị dinh dưỡng và bảo vệ sức khỏe.

  • Khái niệm chính:

    • Hàm lượng phenolic tổng: chỉ số đo tổng lượng hợp chất phenolic trong sản phẩm.
    • Khả năng chống oxy hóa: khả năng trung hòa các gốc tự do, được đánh giá bằng phương pháp DPPH.
    • Giá trị cảm quan: đánh giá màu sắc, mùi vị, cấu trúc của sản phẩm theo tiêu chuẩn TCVN 3215:1979.
    • Quy trình chần và thẩm thấu: các bước xử lý nguyên liệu nhằm làm mềm, vô hoạt enzyme và tăng hàm lượng đường trong sản phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính là táo ta tươi thu hoạch tại Ninh Thuận, được bảo quản ở nhiệt độ 10-15°C trong 3 ngày trước khi xử lý. Dữ liệu thu thập bao gồm các chỉ tiêu hóa học (độ ẩm, đường tổng, phenolic tổng, khả năng chống oxy hóa), chỉ tiêu cảm quan và các thông số quá trình sấy.

  • Phương pháp phân tích:

    • Hàm lượng phenolic tổng được xác định bằng phương pháp Folin-Ciocalteu.
    • Khả năng chống oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp DPPH.
    • Hàm lượng đường tổng và đường khử được phân tích bằng phương pháp DNS.
    • Đánh giá cảm quan theo thang điểm 9 cho thị hiếu và thang điểm 5 theo TCVN 3215:1979 với 50 người tham gia khảo sát và 7 chuyên gia đánh giá.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 2/2020 đến tháng 1/2021, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, khảo sát các thông số chần, ngâm, sấy và phân tích kết quả.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu táo được chọn đồng nhất về kích thước, hình dạng, không bị tổn thương, với khối lượng trung bình 20-25 quả/kg. Các thí nghiệm được bố trí theo các yếu tố thay đổi như nhiệt độ chần (60-100°C), thời gian chần (0-15 phút), nồng độ dịch ngâm (40-60°Bx), thời gian ngâm (4-6 giờ), nhiệt độ sấy (60-80°C) và phương pháp sấy (đối lưu và bức xạ hồng ngoại có đối lưu).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của phương pháp sấy đến hàm lượng phenolic tổng và khả năng chống oxy hóa:

    • Mẫu táo sấy bằng bức xạ hồng ngoại có đối lưu không khí có hàm lượng phenolic tổng đạt 18,29 ± 0,41 mg GAE/g chất khô, cao hơn 18,8% so với mẫu sấy đối lưu (15,39 ± 0,23 mg GAE/g chất khô).
    • Khả năng chống oxy hóa của mẫu sấy bức xạ hồng ngoại là 23,31 ± 1,10 mg TEAC/g chất khô, cao hơn 16,2% so với mẫu sấy đối lưu (20,05 ± 0,83 mg TEAC/g chất khô).
    • Thời gian sấy giảm từ 11 giờ 30 phút (đối lưu) xuống còn 7 giờ 30 phút (bức xạ hồng ngoại), góp phần giảm tổn thất các hợp chất sinh học.

  2. Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến các chỉ tiêu:

    • Hàm lượng phenolic tổng đạt giá trị cao nhất 19,79 ± 0,07 mg GAE/g chất khô khi chần ở 70°C, giảm dần khi tăng nhiệt độ lên 80-100°C.
    • Khả năng chống oxy hóa cũng đạt đỉnh tại 70°C với 25,44 ± 0,91 mg TEAC/g chất khô, giảm khi nhiệt độ vượt quá mức này.
    • Nhiệt độ chần 70°C giúp vô hoạt enzyme polyphenoloxydase hiệu quả, hạn chế mất mát phenolic.

  3. Ảnh hưởng của thời gian chần, nồng độ dịch ngâm và thời gian ngâm:

    • Thời gian chần 5 phút là tối ưu để giữ lại hàm lượng phenolic và khả năng chống oxy hóa.
    • Nồng độ dịch ngâm 40°Bx và thời gian ngâm 5 giờ giúp tăng hàm lượng đường tổng và cải thiện giá trị cảm quan sản phẩm.
    • Các thông số này góp phần làm tăng độ ngọt, giữ màu sắc và cấu trúc giòn của mứt táo.

  4. Kết quả cảm quan:

    • Mẫu sấy bức xạ hồng ngoại có đối lưu không khí đạt điểm cảm quan trung bình 7,02 ± 1,41, cao hơn so với mẫu sấy đối lưu (6,42 ± 1,3).
    • Sản phẩm có màu sắc tươi, vị ngọt nhẹ hài hòa và cấu trúc giòn, đáp ứng yêu cầu thị hiếu người tiêu dùng.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp đối lưu không khí vượt trội hơn so với sấy đối lưu truyền thống về cả mặt chất lượng và hiệu quả thời gian. Việc giảm thời gian sấy giúp hạn chế sự phân hủy các hợp chất phenolic và các chất chống oxy hóa nhạy cảm với nhiệt độ cao và thời gian dài. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về sấy hồng ngoại trên các loại thực phẩm khác như gừng, dâu và lá oliu, khi phương pháp này giúp giữ lại hàm lượng phenolic và màu sắc tốt hơn.

Nhiệt độ chần 70°C được xác định là điểm tối ưu để vô hoạt enzyme polyphenoloxydase, từ đó giảm thiểu sự oxy hóa phenolic trong quá trình chế biến. Việc lựa chọn nồng độ dịch ngâm và thời gian ngâm phù hợp cũng góp phần tăng hàm lượng đường và cải thiện cảm quan sản phẩm, đồng thời hỗ trợ quá trình sấy hiệu quả hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh hàm lượng phenolic tổng và khả năng chống oxy hóa giữa các phương pháp sấy, cũng như bảng điểm cảm quan thị hiếu để minh họa sự khác biệt rõ ràng giữa các mẫu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại có đối lưu không khí trong sản xuất mứt táo nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng hàm lượng phenolic tổng và khả năng chống oxy hóa, đồng thời rút ngắn thời gian sấy xuống còn khoảng 7 giờ 30 phút. Chủ thể thực hiện: các doanh nghiệp chế biến trái cây; Thời gian áp dụng: ngay sau khi hoàn thiện quy trình.

  2. Kiểm soát nhiệt độ chần ở mức 70°C trong 5 phút để tối ưu hóa hàm lượng phenolic và khả năng chống oxy hóa, đồng thời vô hoạt enzyme gây biến đổi chất lượng. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất và kỹ thuật viên công nghệ thực phẩm; Thời gian áp dụng: trong giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu.

  3. Sử dụng dung dịch ngâm đường với nồng độ 40°Bx trong 5 giờ để tăng hàm lượng đường tổng, cải thiện vị ngọt và cấu trúc sản phẩm, giúp sản phẩm mứt táo đạt giá trị cảm quan cao. Chủ thể thực hiện: bộ phận sản xuất; Thời gian áp dụng: trong quy trình ngâm trước sấy.

  4. Đào tạo nhân viên kỹ thuật và nâng cấp thiết bị sấy bức xạ hồng ngoại để đảm bảo vận hành hiệu quả, đồng thời xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt nhằm duy trì ổn định các chỉ tiêu sản phẩm. Chủ thể thực hiện: doanh nghiệp và cơ sở đào tạo; Thời gian áp dụng: trong vòng 6 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp quy trình công nghệ sấy mứt táo tối ưu, giúp doanh nghiệp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí và tăng sức cạnh tranh trên thị trường.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại, ảnh hưởng của các bước xử lý nguyên liệu đến chất lượng sản phẩm, cũng như kỹ thuật phân tích phenolic và khả năng chống oxy hóa.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Thông tin về tiềm năng phát triển sản phẩm táo ta chế biến, góp phần xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp chế biến trái cây tại các vùng trồng táo.

  4. Nhà sản xuất thiết bị công nghệ thực phẩm: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về hiệu quả của thiết bị sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp đối lưu không khí, làm cơ sở để cải tiến và phát triển thiết bị phù hợp với nhu cầu thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại có ưu điểm gì so với sấy đối lưu?
    Phương pháp này rút ngắn thời gian sấy khoảng 35%, giữ lại hàm lượng phenolic tổng cao hơn 18,8% và khả năng chống oxy hóa cao hơn 16,2% so với sấy đối lưu. Ngoài ra, sản phẩm có giá trị cảm quan tốt hơn với màu sắc tươi và cấu trúc giòn.

  2. Nhiệt độ chần ảnh hưởng thế nào đến chất lượng mứt táo?
    Nhiệt độ chần 70°C trong 5 phút là tối ưu để giữ lại hàm lượng phenolic và khả năng chống oxy hóa cao nhất, do nhiệt độ này giúp vô hoạt enzyme polyphenoloxydase mà không làm phân hủy các hợp chất sinh học.

  3. Tại sao cần ngâm táo trong dung dịch đường trước khi sấy?
    Quá trình ngâm giúp loại bỏ nước tự do, tăng hàm lượng đường trong quả, cải thiện vị ngọt và cấu trúc sản phẩm, đồng thời hỗ trợ quá trình sấy hiệu quả hơn, giúp sản phẩm đạt giá trị cảm quan cao.

  4. Làm thế nào để đánh giá khả năng chống oxy hóa của mứt táo?
    Khả năng chống oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp DPPH, đo lượng hợp chất có khả năng trung hòa gốc tự do, thể hiện bằng mg TEAC/g chất khô. Giá trị cao cho thấy sản phẩm có khả năng bảo vệ sức khỏe tốt hơn.

  5. Quy trình nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại trái cây khác không?
    Có thể áp dụng tương tự cho các loại trái cây có cấu trúc và thành phần hóa học tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh các thông số chần, ngâm và sấy phù hợp với đặc tính từng loại để đạt hiệu quả tối ưu.

Kết luận

  • Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp đối lưu không khí giúp giữ lại hàm lượng phenolic tổng (18,29 ± 0,41 mg GAE/g chất khô) và khả năng chống oxy hóa (23,31 ± 1,10 mg TEAC/g chất khô) cao hơn so với sấy đối lưu truyền thống.
  • Nhiệt độ chần 70°C trong 5 phút là điều kiện tối ưu để bảo toàn các hợp chất sinh học và nâng cao giá trị cảm quan sản phẩm.
  • Nồng độ dịch ngâm 40°Bx và thời gian ngâm 5 giờ giúp tăng hàm lượng đường và cải thiện vị ngọt, cấu trúc mứt táo.
  • Sản phẩm mứt táo sấy đạt điểm cảm quan trung bình 7,02 ± 1,41, đáp ứng yêu cầu thị hiếu người tiêu dùng.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai quy trình sản xuất quy mô công nghiệp, đào tạo nhân sự và nâng cấp thiết bị để thương mại hóa sản phẩm.

Hành động khuyến nghị: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên áp dụng quy trình sấy bức xạ hồng ngoại có đối lưu không khí để nâng cao chất lượng sản phẩm mứt táo, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các loại trái cây khác nhằm phát triển ngành công nghiệp chế biến trái cây Việt Nam.