Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng tiêu dùng hiện đại, các sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên và có lợi cho sức khỏe ngày càng được quan tâm. Trà thảo mộc túi lọc là dạng sản phẩm tiện dụng, đáp ứng nhu cầu sử dụng nhanh chóng mà vẫn giữ được dược tính của nguyên liệu. Rau cần tây (Apium graveolens) là loại thực phẩm quen thuộc, chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học như flavonoid, tannin, apigenin, 3-n-butylphthalide, vitamin và khoáng chất, có tác dụng hỗ trợ hạ huyết áp, lợi tiểu, giảm mỡ máu và kiểm soát cân nặng. Tuy nhiên, mùi vị hăng nồng tự nhiên của cần tây thường gây khó khăn cho việc tiếp nhận của người dùng nếu không qua quá trình chế biến và phối chế phù hợp. Lá nếp (Pandanus amaryllifolius) chứa hợp chất tạo mùi thơm đặc trưng 2-acetyl-1-pyrroline cùng nhiều chất chống oxy hóa, thường được ứng dụng trong ẩm thực nhằm gia tăng hương vị và hỗ trợ ổn định đường huyết.

Xuất phát từ thực tiễn nguồn nguyên liệu cần tây và lá nếp dồi dào, giá thành thấp tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nhưng chưa có nhiều sản phẩm trà túi lọc kết hợp hai loại thảo mộc này, đề tài "Nghiên cứu chế biến trà cần tây (Apium graveolens) túi lọc bổ sung lá nếp (Pandanus amaryllifolius)" được thực hiện nhằm xây dựng quy trình công nghệ hoàn chỉnh để tạo ra dòng trà túi lọc thảo dược mới.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Xác định các thông số công nghệ thích hợp cho quá trình sấy cần tây (nhiệt độ sấy và độ ẩm dừng) nhằm bảo toàn tối đa hàm lượng các hoạt chất sinh học (tannin, flavonoid) và đảm bảo chất lượng cảm quan.
  2. Xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa lá nếp và cần tây nhằm tạo ra sản phẩm có màu sắc, mùi vị hài hòa và điểm cảm quan cao.
  3. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lỗ rây nguyên liệu sau nghiền đến độ trong, màu sắc và hàm lượng chất hòa tan của dịch trích trà.
  4. Đánh giá mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản phẩm trà cần tây túi lọc bổ sung lá nếp thành phẩm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ chế biến và các biến đổi hóa lý, sinh hóa của nguyên liệu cần tây (Apium graveolens) và lá nếp (Pandanus amaryllifolius) trong các công đoạn sấy, nghiền, rây, phối trộn và trích ly.
  • Phạm vi không gian: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp – Tài nguyên thiên nhiên, Trường Đại học An Giang. Nguyên liệu được thu mua tại chợ Mỹ Xuyên, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang.
  • Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được triển khai thực hiện từ tháng 11/2021 đến tháng 05/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về động học quá trình sấy nông sản, kỹ thuật trích ly hợp chất tự nhiên và công nghệ chế biến trà thảo mộc túi lọc theo tiêu chuẩn chất lượng Việt Nam.

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

  • Lý thuyết quá trình sấy và nghiền: Cơ chế khuếch tán ẩm từ tâm ra bề mặt nguyên liệu dưới tác dụng của nhiệt độ và sự biến đổi hóa sinh của các chất nhạy nhiệt (tannin, flavonoid); cơ chế phá vỡ tế bào cơ học trong quá trình nghiền nhằm tăng diện tích tiếp xúc pha phục vụ trích ly.
  • Tiêu chuẩn chất lượng: Áp dụng Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7975:2008 đối với chè thảo mộc túi lọc (quy định về các chỉ tiêu cảm quan, độ ẩm ≤ 10,0%, hàm lượng tro tổng số ≤ 8,0%, tro không tan trong axit ≤ 1,0%, giới hạn kim loại nặng và vi sinh vật), cùng các yêu cầu kỹ thuật đối với giấy lọc túi trà.
Danh mục chỉ tiêu kiểm soát Tiêu chuẩn / Phương pháp phân tích Thiết bị / Hóa chất chính
Độ ẩm nguyên liệu Sấy ở 105°C đến khối lượng không đổi Tủ sấy HN101, cân sấy hồng ngoại AND MS-50
Hàm lượng chất hòa tan tổng TCVN 5610:2007 Cân phân tích (±0,0001g), bếp đun cách thủy
Màu sắc dịch trích (L*, a*, b*) Đo màu trên hệ không gian màu CIE Lab Máy đo màu Minolta CR-400
Hàm lượng Tannin Phương pháp Folin-Denis Máy quang phổ UV-Vis SPVS, acid tannic chuẩn (mg TAE/g)
Hàm lượng Flavonoid Phương pháp Folin-Ciocalteu Máy quang phổ UV-Vis SPVS, quercetin chuẩn (mg QE/g)
Đánh giá cảm quan TCVN 5090-90 và phép thử thị hiếu Hedonic Bảng mô tả cảm quan và thang điểm thị hiếu

Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu

Nghiên cứu được thiết kế theo phương pháp thực nghiệm ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại cho mỗi nghiệm thức:

  • Thí nghiệm 1: Bố trí 2 nhân tố (3x3) với 27 mẫu thí nghiệm; khảo sát nhiệt độ sấy cần tây ở 3 mức (60°C, 70°C, 80°C) và độ ẩm dừng ở 3 mức (8%, 10%, 12%).
  • Thí nghiệm 2: Bố trí 1 nhân tố với 4 mức tỷ lệ phối trộn lá nếp : cần tây (1:1, 1:2, 1:3, 1:4 w/w), khối lượng túi trà 1,5 g, trích ly với 300 ml nước sôi (100°C) trong 10 phút.
  • Thí nghiệm 3: Bố trí 1 nhân tố khảo sát 2 kích thước lỗ rây (0,25 mm và 0,05 mm).
  • Thí nghiệm 4: Khảo sát thị hiếu người tiêu dùng với cỡ mẫu n = 50 sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm tại Trường Đại học An Giang thông qua phiếu điều tra cấu trúc.
  • Xử lý số liệu: Dữ liệu thực nghiệm được tính toán giá trị trung bình, độ lệch chuẩn bằng Microsoft Excel và phân tích phương sai (ANOVA) một nhân tố/hai nhân tố, kiểm định sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các giá trị trung bình bằng phép thử LSD ở độ tin cậy 95% ($P < 0,05$) trên phần mềm Statgraphics Plus.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này làm rõ tính cấp thiết của việc nghiên cứu đa dạng hóa các sản phẩm trà thảo mộc có nguồn gốc tự nhiên. Đề tài xác định cần tây và lá nếp là hai nguồn nguyên liệu có giá trị dinh dưỡng và dược tính cao nhưng chưa được phối hợp để chế biến trà túi lọc. Mục tiêu chính là hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất, tối ưu hóa các thông số kỹ thuật (nhiệt độ sấy, độ ẩm dừng, tỷ lệ phối trộn, độ mịn nguyên liệu) nhằm bảo toàn hoạt tính sinh học và đạt chất lượng cảm quan tối ưu, đóng góp dữ liệu thực nghiệm cho ngành chế biến thực phẩm thảo dược tại địa phương.

Chương 2: Tổng quan về nghiên cứu

Tác giả tổng hợp toàn diện các cơ sở lý luận và tài liệu khoa học liên quan:

  • Lịch sử và xu hướng phát triển: Quá trình hình thành trà túi lọc từ phát minh của Thomas Sullivan và Joseph Krieger; tình hình phát triển thị trường trà thảo dược tại Việt Nam (thương hiệu Cozy và các dạng trà thảo mộc đơn thành phần).
  • Nguyên liệu cần tây (Apium graveolens): Phân loại học thuộc họ Hoa tán (Apiaceae), chứa 90,5% nước, 1,95% hợp chất nitơ, 2-3% tinh dầu và các hoạt chất có hoạt tính sinh học cao (3-n-butylphthalide, apigenin, flavonoid, vitamin A, B, C, khoáng chất).
  • Nguyên liệu lá nếp (Pandanus amaryllifolius): Thuộc họ Dứa dại (Pandanaceae), hương thơm chủ đạo tạo bởi 2-acetyl-1-pyrroline (3,15%) và 3-metyl-2(5H)-furanon (83,82%), có tác dụng hỗ trợ hạ đường huyết và chống oxy hóa.
  • Cơ sở các quá trình công nghệ: Động học quá trình sấy (hoạt độ nước $a_w = 0,25 - 0,35$ để ức chế vi sinh vật); biến đổi cơ lý, hóa sinh trong quá trình nghiền, rây và nguyên lý phối trộn để cân bằng hương vị.
  • Yêu cầu bao bì và quy chuẩn: Phân tích chi tiết quy chuẩn TCVN 7975:2008 về định lượng giấy lọc ($12 - 21\text{ g/m}^2$), độ bền kéo và giới hạn an toàn vi sinh vật, kim loại nặng trong chè thảo mộc túi lọc.
Quy trình công nghệ dự kiến:
Cần tây / Lá nếp -> Phân loại -> Rửa sạch -> Để ráo -> Cắt khúc (3-4 cm) -> Sấy -> Để nguội -> Nghiền -> Rây -> Phối trộn (theo tỷ lệ) -> Đóng gói túi lọc (1,5 g/túi) -> Bảo quản -> Thành phẩm

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết điều kiện thực nghiệm, thông số thiết bị và quy trình bố trí 4 nội dung thí nghiệm chính:

  • Thí nghiệm 1 khảo sát sấy cần tây ở 60°C, 70°C, 80°C và xác định độ ẩm dừng 8%, 10%, 12% (lá nếp sấy chuẩn hóa ở 70°C về độ ẩm 10%).
  • Thí nghiệm 2 khảo sát tỷ lệ phối trộn lá nếp : cần tây (1:1, 1:2, 1:3, 1:4 w/w).
  • Thí nghiệm 3 đánh giá kích thước hạt qua rây 0,25 mm và 0,05 mm.
  • Thí nghiệm 4 thiết kế phiếu khảo sát đánh giá thị hiếu với các câu hỏi về màu sắc, mùi vị, thói quen tiêu dùng và mức độ sẵn lòng chi trả.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 phân tích chi tiết dữ liệu thực nghiệm thu được từ các thí nghiệm:

  • Động học sấy cần tây: Xây dựng đường cong sấy và phương trình hồi quy mô tả sự biến đổi ẩm theo thời gian ở từng nhiệt độ:
    • 60°C: Phương trình $y = 54,536 e^{-0,008x}$ với $R^2 = 0,9909$; thời gian sấy từ 50,52% xuống 4,8% mất 300 phút.
    • 70°C: Phương trình $y = 58,800 e^{-0,009x}$ với $R^2 = 0,9841$; thời gian sấy xuống 3,39% mất 270 phút.
    • 80°C: Phương trình $y = 53,957 e^{-0,011x}$ với $R^2 = 0,9900$; thời gian sấy xuống 3,3% mất 240 phút.
  • Biến đổi hoạt chất sinh học:
    • Nhiệt độ sấy ảnh hưởng rõ rệt đến độ bền của tannin và flavonoid. Sấy ở 60°C và 70°C cho hàm lượng hoạt chất cao hơn rõ rệt so với 80°C. Cụ thể, hàm lượng tannin ở 60°C đạt 12,90 mg TAE/g và 70°C đạt 13,34 mg TAE/g (không có sự khác biệt thống kê), trong khi ở 80°C giảm mạnh còn 6,54 mg TAE/g. Flavonoid ở 60°C đạt 69,27 mg QE/g, ở 70°C đạt 68,25 mg QE/g, và giảm xuống 55,96 mg QE/g ở 80°C.
    • Độ ẩm dừng 12% giữ lại hàm lượng hoạt chất cao nhất (tannin 14,38 mg TAE/g; flavonoid 76,94 mg QE/g) so với độ ẩm dừng 8% (tannin 10,02 mg TAE/g; flavonoid 62,75 mg QE/g).
    • Tương tác giữa nhiệt độ sấy 60°C và độ ẩm dừng 12% đạt giá trị tối ưu: hàm lượng tannin là 16,27 mg TAE/g và flavonoid đạt 83,11 mg QE/g.
  • Tỷ lệ phối trộn và kích thước rây: Tỷ lệ phối trộn lá nếp : cần tây là 1:3 (w/w) mang lại màu sắc vàng sáng, vị thanh dịu, che bớt vị nồng ngái của cần tây. Kích thước lỗ rây 0,05 mm giúp dịch trích ly trong, không bị lắng cặn bột mịn, màu sắc sáng và hàm lượng chất hòa tan đạt chuẩn.
  • Khảo sát thị hiếu (n = 50): Phần lớn người tiêu dùng đánh giá cao màu sắc và hương vị hài hòa của sản phẩm, thể hiện mức độ sẵn lòng tiếp nhận sản phẩm thương mại mới.

Chương 5: Kết luận và khuyến nghị

Tổng hợp toàn bộ các thông số kỹ thuật tối ưu đã chứng minh bằng thực nghiệm và đề xuất các khuyến nghị nghiên cứu tiếp theo về thời hạn bảo quản và tối ưu hóa quy mô sản xuất.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến trà cần tây túi lọc bổ sung lá nếp với các thông số kỹ thuật cụ thể:

Công đoạn công nghệ Thông số kỹ thuật tối ưu xác định từ thực nghiệm Chỉ tiêu chất lượng / Hoạt chất thu được
Sấy cần tây Nhiệt độ sấy 60°C, độ ẩm dừng 12% Tannin: $16,27\text{ mg TAE/g}$; Flavonoid: $83,11\text{ mg QE/g}$
Sấy lá nếp Nhiệt độ sấy 70°C, độ ẩm dừng 10% Giữ được mùi thơm 2-acetyl-1-pyrroline đặc trưng
Phối trộn nguyên liệu Tỷ lệ Lá nếp : Cần tây = 1:3 (w/w) Nước trà màu vàng sáng, vị thanh dịu, khử mùi hăng
Nghiền và rây Kích thước lỗ rây 0,05 mm Dịch trích trong, không lắng cặn, trích ly chất hòa tan tốt
Đóng gói và pha chế 1,5 g/túi lọc; pha với 300 ml nước sôi (100°C) Đạt các yêu cầu cảm quan theo TCVN 5090-90

Đóng góp thực tiễn và khoa học

  • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về động học sấy và các phương trình hồi quy đường cong sấy của rau cần tây ở các dải nhiệt độ 60°C, 70°C, 80°C ($R^2 \ge 0,984$).
  • Xác định được sự tương quan giữa nhiệt độ sấy, độ ẩm dừng với mức độ suy giảm các hợp chất polyphenol (tannin) và flavonoid trong rau cần tây.
  • Tạo ra công thức phối chế cân bằng giữa cần tây và lá nếp (tỷ lệ 3:1), khắc phục được nhược điểm vị ngái và mùi nồng của cần tây tươi mà không cần sử dụng chất phụ gia hay hương liệu nhân tạo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung thực hiện được trình bày trong văn bản:

  • Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (mẻ sấy nhỏ 50 g/mẫu); chưa tiến hành theo dõi sự biến đổi chất lượng và hoạt tính sinh học theo thời gian bảo quản thực tế trong các loại bao bì thương phẩm khác nhau; đối tượng khảo sát cảm quan thị hiếu còn tập trung chủ yếu ở nhóm sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm (n = 50), chưa mở rộng ra các phân khúc người tiêu dùng đa dạng ngoài xã hội.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu khảo sát thời hạn bảo quản sản phẩm và sự biến đổi các chỉ tiêu vi sinh, kim loại nặng, hoạt chất sinh học theo thời gian lưu trữ.
    • Nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất thử nghiệm trên thiết bị sấy công nghiệp (sấy tầng sôi, sấy bơm nhiệt hoặc sấy thăng hoa) nhằm nâng cao năng suất và chất lượng.
    • Khảo sát mở rộng thị hiếu người tiêu dùng ở nhiều độ tuổi và khu vực địa lý khác nhau để hoàn thiện chiến lược bao bì và giá thành.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch: Tham khảo phương pháp bố trí thí nghiệm thực phẩm dạng túi lọc, kỹ thuật xây dựng đường cong sấy, phương pháp phân tích định lượng tannin (Folin-Denis) và flavonoid (Folin-Ciocalteu).
  • Cán bộ nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) tại các doanh nghiệp trà thảo mộc: Kế thừa trực tiếp các thông số kỹ thuật (nhiệt độ sấy 60°C, độ ẩm dừng 12%, tỷ lệ phối trộn 1:3, cỡ rây 0,05 mm) để phát triển dòng sản phẩm trà thảo dược hỗ trợ sức khỏe từ nguồn nông sản sẵn có.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lại chọn nhiệt độ sấy cần tây ở 60°C thay vì 70°C hoặc 80°C?
Kết quả thực nghiệm tại Bảng 9 và Bảng 11 cho thấy sấy ở 60°C bảo tồn hàm lượng hoạt chất sinh học tốt nhất (tannin đạt 12,90 mg TAE/g, flavonoid đạt 69,27 mg QE/g), không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê so với mẫu sấy ở 70°C nhưng cao hơn rõ rệt so với mẫu sấy ở 80°C (tannin giảm còn 6,54 mg TAE/g, flavonoid còn 55,96 mg QE/g). Ngoài ra, sấy ở 60°C giúp mẫu giữ được độ giòn thích hợp, thuận lợi cho quá trình xay nghiền và tiết kiệm chi phí năng lượng.

2. Độ ẩm dừng tối ưu khi sấy cần tây là bao nhiêu và ảnh hưởng thế nào đến hoạt chất sinh học?
Độ ẩm dừng tối ưu được xác định là 12%. Kết quả phân tích tại Bảng 10 cho thấy độ ẩm dừng càng thấp thì hoạt chất sinh học càng bị tổn thất do thời gian chịu nhiệt kéo dài. Tại độ ẩm dừng 12%, hàm lượng tannin đạt 14,38 mg TAE/g và flavonoid đạt 76,94 mg QE/g, cao hơn có ý nghĩa so với độ ẩm dừng 8% (tannin 10,02 mg TAE/g, flavonoid 62,75 mg QE/g). Khi kết hợp sấy ở 60°C đến độ ẩm dừng 12%, hàm lượng tannin và flavonoid đạt giá trị cực đại lần lượt là 16,27 mg TAE/g và 83,11 mg QE/g.

3. Tỷ lệ phối trộn giữa lá nếp và cần tây được lựa chọn là bao nhiêu?
Tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa lá nếp và cần tây là 1:3 (w/w) (tương ứng 1 phần lá nếp và 3 phần cần tây). Tỷ lệ này giúp dịch trích ly đạt màu vàng sáng đẹp, mùi thơm đặc trưng của lá nếp át được mùi hăng ngái của cần tây, tạo vị hài hòa và đạt điểm đánh giá cảm quan cao nhất trong các tỷ lệ khảo sát (1:1, 1:2, 1:3, 1:4).

4. Kích thước lỗ rây bột nguyên liệu ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng dịch trà?
Nghiên cứu khảo sát 2 kích thước lỗ rây là 0,25 mm và 0,05 mm. Kết quả cho thấy kích thước lỗ rây 0,05 mm cho chất lượng dịch trích ly tốt nhất: nước trà có màu vàng sáng, dịch trong, hạn chế hiện tượng cặn mịn lọt qua màng túi lọc, hàm lượng chất hòa tan tổng đạt yêu cầu và nhận được điểm cảm quan cao nhất.

5. Sản phẩm trà túi lọc thành phẩm được quy định đóng gói và pha chế với tỷ lệ như thế nào?
Mỗi gói trà túi lọc được đóng gói với khối lượng 1,5 g hỗn hợp bột nguyên liệu (đã rây qua cỡ 0,05 mm và phối trộn tỷ lệ lá nếp : cần tây = 1:3 w/w). Khi sử dụng, 1 gói trà (1,5 g) được trích ly trong 300 ml nước sôi ở nhiệt độ 100°C trong thời gian 10 phút để thu được dịch trà đạt tiêu chuẩn cảm quan và hoạt tính sinh học.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Mỹ Ngà đã giải quyết thành công bài toán công nghệ chế biến trà cần tây túi lọc bổ sung lá nếp ở quy mô thực nghiệm. Nghiên cứu đã xác lập các thông số kỹ thuật tối ưu bao gồm nhiệt độ sấy cần tây 60°C với độ ẩm dừng 12%, tỷ lệ phối trộn lá nếp : cần tây là 1:3 (w/w) và kích thước rây nguyên liệu 0,05 mm, giúp bảo toàn hàm lượng tannin (16,27 mg TAE/g) và flavonoid (83,11 mg QE/g) ở mức cao. Kết quả đạt được cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy cho việc phát triển các sản phẩm trà thảo mộc tiện dụng, góp phần gia tăng giá trị kinh tế cho nguồn nông sản địa phương.