Tổng quan nghiên cứu

Bưởi là loại trái cây nhiệt đới có giá trị dinh dưỡng cao, đặc biệt giàu vitamin C, góp phần giảm cholesterol, ngăn ngừa bệnh tim mạch và tiểu đường. Tuy nhiên, Việt Nam hiện chỉ chiếm khoảng 0,77% diện tích trồng bưởi trên thế giới với sản lượng khoảng 26.115 tấn năm 2011, thấp so với tiềm năng. Giá bưởi giảm mạnh trong năm 2021 do ảnh hưởng dịch COVID-19, chỉ còn khoảng 15 nghìn đồng/kg, gây khó khăn cho người trồng. Việc phát triển sản phẩm nước ép bưởi là hướng đi quan trọng nhằm gia tăng giá trị và ổn định đầu ra cho bưởi.

Tuy nhiên, nước ép bưởi thường có vị đắng do hàm lượng naringin và limonin cao, gây hạn chế trong tiêu thụ và sản xuất. Đặc biệt, bưởi lông cổ cò (Citrus maxima) – nguyên liệu chính nghiên cứu – có hàm lượng naringin ban đầu lên đến 12.336 mg/l trong nước ép chưa xử lý, gây vị đắng rõ rệt. Mục tiêu nghiên cứu là tối ưu hóa điều kiện sử dụng enzyme Naringinase để khử đắng nước ép bưởi, từ quy mô phòng thí nghiệm đến áp dụng thực tế tại Hợp tác xã nông nghiệp Bưởi da xanh Bến Tre, nhằm mở rộng quy mô sản xuất công nghiệp.

Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 10/2021 đến tháng 6/2022, tập trung vào tối ưu nhiệt độ và thời gian xử lý enzyme, đánh giá hiệu quả khử đắng qua hàm lượng naringin và cảm quan vị đắng, đồng thời đảm bảo an toàn vi sinh và bảo tồn vitamin C. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sản phẩm bưởi, thúc đẩy phát triển ngành công nghệ thực phẩm và mở rộng thị trường tiêu thụ nước ép bưởi tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Naringin và limonin là hai hợp chất chính gây vị đắng trong nước ép bưởi. Naringin là flavanone glycoside có vị đắng mạnh, tồn tại chủ yếu trong vỏ, cùi và tép bưởi. Limonin là limonoid, ban đầu không đắng nhưng chuyển hóa thành dạng đắng trong quá trình bảo quản. Enzyme Naringinase, gồm hai hoạt tính σ-rhamnosidase và ß-glucosidase, thủy phân naringin thành các hợp chất ít đắng hơn như naringenin, giúp giảm vị đắng hiệu quả.

Mô hình nghiên cứu dựa trên tối ưu hóa các thông số công nghệ (nhiệt độ, thời gian) để đạt hiệu quả thủy phân naringin tối ưu. Phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) được sử dụng để thiết kế thí nghiệm và phân tích dữ liệu, nhằm xác định điều kiện tối ưu cho enzyme hoạt động.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Naringin và limonin: hợp chất gây đắng
  • Enzyme Naringinase: enzyme thủy phân naringin
  • Phương pháp bề mặt đáp ứng: kỹ thuật tối ưu hóa đa biến
  • Đánh giá cảm quan vị đắng: thang điểm từ 1 đến 7
  • An toàn vi sinh: tiêu chuẩn QCVN 06-2:2010 cho đồ uống không cồn

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu gồm nước ép bưởi lông cổ cò thu mua tại Tiền Giang, enzyme Naringinase thương mại từ nhà cung cấp Amano (Nhật Bản), và mẫu sản xuất thực tế tại Hợp tác xã nông nghiệp Bưởi da xanh Bến Tre. Nghiên cứu gồm hai giai đoạn:

  1. Quy mô phòng thí nghiệm (tháng 01-05/2022):

    • Chuẩn bị mẫu nước ép bưởi, loại bỏ hạt và màng múi.
    • Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ enzyme (60, 90, 120 phút) ở nhiệt độ cố định 65°C, nồng độ enzyme 0,2% (w/v).
    • Tối ưu hóa nhiệt độ (55-75°C) và thời gian (70-110 phút) bằng phương pháp bề mặt đáp ứng với 22 nghiệm thức.
    • Đánh giá hàm lượng naringin và vitamin C bằng sắc ký lỏng cao áp (HPLC).
    • Đánh giá cảm quan vị đắng với nhóm chuyên gia được đào tạo.

  2. Quy mô sản xuất thực tế (tháng 06/2022):

    • Áp dụng điều kiện tối ưu enzyme vào quy trình sản xuất tại HTX Bưởi da xanh Bến Tre.
    • Quy trình bổ sung enzyme vào bồn chứa, gia nhiệt 64°C trong 97,5 phút, sau đó hạ nhiệt và chiết rót.
    • Thanh trùng sản phẩm ở 80°C trong 10 phút.
    • Phân tích hàm lượng naringin, vitamin C, các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh để đánh giá hiệu quả và an toàn sản phẩm.

Cỡ mẫu thí nghiệm phòng lab gồm 3 mẫu với 2 lần lặp, thể tích mỗi mẫu 50-100 ml. Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm Modde 5.5, kiểm định ANOVA để đánh giá ý nghĩa thống kê. Phương pháp chọn mẫu dựa trên nguyên liệu thực tế và quy trình sản xuất hiện hành nhằm đảm bảo tính ứng dụng cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng thời gian ủ enzyme:

    • Hàm lượng naringin giảm từ 13.427 mg/l (mẫu không xử lý) xuống còn 1.7124 mg/l sau 90 phút xử lý ở 65°C, tương ứng hiệu suất khử đắng 86,1%.
    • Thời gian ủ 90 phút được xác định là tối ưu, thời gian dài hơn (120 phút) làm tăng nhẹ naringin do giảm hoạt động enzyme.
    • Đánh giá cảm quan vị đắng giảm từ mức 4,8 (không xử lý) xuống khoảng 2,2 sau xử lý enzyme 90 phút.

  2. Tối ưu hóa nhiệt độ và thời gian:

    • Phương pháp bề mặt đáp ứng xác định nhiệt độ tối ưu là 64°C và thời gian 97,5 phút.
    • Mô hình hồi quy có hệ số tương thích cao (R² = 0,915), cho thấy độ tin cậy trong dự đoán.
    • Ở điều kiện tối ưu, hàm lượng naringin đạt mức thấp nhất khoảng 1,79 mg/l, giảm hơn 85% so với mẫu ban đầu.

  3. Áp dụng quy mô sản xuất thực tế:

    • Tại HTX Bưởi da xanh Bến Tre, naringin giảm từ khoảng 5 mg/l xuống còn dưới 1 mg/l sau xử lý enzyme.
    • Vitamin C giảm nhẹ khoảng 15%, vẫn giữ được giá trị dinh dưỡng quan trọng.
    • Các chỉ tiêu hóa lý như Brix, pH ổn định, phù hợp tiêu chuẩn QCVN 06-2:2010.
    • Kiểm tra vi sinh sau 7 ngày bảo quản cho thấy sản phẩm an toàn, không vượt giới hạn vi sinh vật cho phép.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy enzyme Naringinase có hiệu quả cao trong việc thủy phân naringin, giảm vị đắng nước ép bưởi lông cổ cò. Thời gian và nhiệt độ xử lý là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động enzyme, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về enzyme Naringinase trong xử lý nước ép có múi. Việc giảm vitamin C nhẹ là do quá trình gia nhiệt và enzyme hoạt động, nhưng vẫn đảm bảo giá trị dinh dưỡng.

So với các nghiên cứu trước đây tập trung vào bưởi năm roi, nghiên cứu này mở rộng ứng dụng cho bưởi lông cổ cò – giống bưởi đặc sản vùng Đồng bằng sông Cửu Long, có tiềm năng phát triển sản phẩm nước ép chất lượng cao. Việc áp dụng thành công quy trình enzyme ở quy mô sản xuất thực tế tại HTX Bưởi da xanh Bến Tre là bước tiến quan trọng, tạo tiền đề cho mở rộng quy mô công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ bề mặt đáp ứng thể hiện sự biến đổi hàm lượng naringin theo nhiệt độ và thời gian, bảng so sánh hàm lượng naringin và điểm cảm quan vị đắng trước và sau xử lý enzyme, cũng như bảng phân tích vi sinh đảm bảo an toàn sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng quy trình enzyme Naringinase trong sản xuất nước ép bưởi công nghiệp:

    • Động từ hành động: Áp dụng, triển khai
    • Mục tiêu: Giảm vị đắng > 85%, duy trì vitamin C trên 80%
    • Thời gian: 6-12 tháng
    • Chủ thể: Các doanh nghiệp chế biến trái cây, HTX nông nghiệp

  2. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân về quy trình xử lý enzyme:

    • Động từ hành động: Đào tạo, hướng dẫn
    • Mục tiêu: Nâng cao kỹ năng vận hành, kiểm soát chất lượng
    • Thời gian: 3-6 tháng
    • Chủ thể: Trường đại học, trung tâm đào tạo nghề, doanh nghiệp

  3. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng enzyme cho các loại trái cây có vị đắng khác:

    • Động từ hành động: Nghiên cứu, thử nghiệm
    • Mục tiêu: Phát triển sản phẩm đa dạng, tăng giá trị gia tăng
    • Thời gian: 12-24 tháng
    • Chủ thể: Các viện nghiên cứu, trường đại học

  4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm nước ép bưởi enzyme:

    • Động từ hành động: Xây dựng, ban hành
    • Mục tiêu: Đảm bảo an toàn, ổn định chất lượng sản phẩm
    • Thời gian: 6-12 tháng
    • Chủ thể: Bộ Công Thương, Bộ Y tế, các tổ chức tiêu chuẩn

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm và đồ uống:

    • Lợi ích: Áp dụng công nghệ enzyme để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm vị đắng, tăng sức cạnh tranh trên thị trường.
    • Use case: Sản xuất nước ép bưởi, nước ép trái cây có múi khác.

  2. Hợp tác xã nông nghiệp và nhà sản xuất trái cây:

    • Lợi ích: Tăng giá trị sản phẩm, ổn định đầu ra cho nông sản, mở rộng thị trường tiêu thụ.
    • Use case: Áp dụng quy trình enzyme trong chế biến nước ép bưởi tại quy mô nhỏ và vừa.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm:

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp tối ưu hóa enzyme, kỹ thuật phân tích HPLC, đánh giá cảm quan và vi sinh.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu liên quan đến enzyme và xử lý vị đắng trong thực phẩm.

  4. Cơ quan quản lý và xây dựng chính sách:

    • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy định về an toàn thực phẩm và công nghệ chế biến.
    • Use case: Ban hành quy chuẩn kỹ thuật cho sản phẩm nước ép bưởi và các sản phẩm enzyme.

Câu hỏi thường gặp

  1. Enzyme Naringinase hoạt động tốt nhất ở điều kiện nào?
    Enzyme Naringinase hoạt động tối ưu ở nhiệt độ khoảng 64°C và thời gian xử lý gần 97,5 phút với pH khoảng 4. Điều kiện này giúp thủy phân naringin hiệu quả, giảm vị đắng đến hơn 85%.

  2. Việc sử dụng enzyme có ảnh hưởng đến vitamin C trong nước ép không?
    Có sự giảm nhẹ vitamin C khoảng 15% do quá trình gia nhiệt và enzyme hoạt động, nhưng vẫn giữ được phần lớn giá trị dinh dưỡng quan trọng cho sức khỏe.

  3. Quy trình enzyme có thể áp dụng ở quy mô sản xuất công nghiệp không?
    Nghiên cứu đã áp dụng thành công ở quy mô sản xuất thực tế tại Hợp tác xã Bưởi da xanh Bến Tre, cho thấy tính khả thi và hiệu quả, có thể mở rộng quy mô công nghiệp.

  4. Sản phẩm sau xử lý enzyme có an toàn về mặt vi sinh không?
    Kết quả kiểm tra vi sinh sau 7 ngày bảo quản đáp ứng tiêu chuẩn QCVN 06-2:2010, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.

  5. Chi phí sử dụng enzyme có hợp lý cho sản xuất thương mại?
    Chi phí enzyme ước tính khoảng 4.000 VNĐ/lít sản phẩm, phù hợp với khả năng đầu tư của các doanh nghiệp và HTX, đồng thời nâng cao giá trị sản phẩm.

Kết luận

  • Enzyme Naringinase hiệu quả trong khử đắng nước ép bưởi lông cổ cò với hiệu suất trên 86% ở điều kiện tối ưu 64°C và 97,5 phút.
  • Quy trình xử lý enzyme giữ được phần lớn vitamin C và đảm bảo an toàn vi sinh theo tiêu chuẩn quốc gia.
  • Áp dụng thành công quy trình enzyme ở quy mô sản xuất thực tế tại Hợp tác xã Bưởi da xanh Bến Tre, mở hướng phát triển sản phẩm nước ép bưởi công nghiệp.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc mở rộng ứng dụng enzyme trong chế biến thực phẩm có vị đắng.
  • Đề xuất triển khai đào tạo, xây dựng tiêu chuẩn và nghiên cứu mở rộng nhằm nâng cao giá trị và đa dạng hóa sản phẩm từ bưởi.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và HTX nên phối hợp với các viện nghiên cứu để áp dụng quy trình enzyme, đồng thời xây dựng kế hoạch đào tạo và kiểm soát chất lượng nhằm phát triển sản phẩm nước ép bưởi chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu thị trường trong và ngoài nước.