Tổng quan nghiên cứu

Nông sản tươi sau thu hoạch tiếp tục các hoạt động sống như hô hấp, trao đổi khí và thải nhiệt, dẫn đến quá trình già hóa và biến đổi chất lượng nhanh chóng. Tại Việt Nam, xoài và bơ là hai loại quả có sản lượng lớn, giá trị xuất khẩu cao nhưng tổn thất sau thu hoạch vẫn còn ở mức đáng kể. Theo báo cáo, diện tích trồng xoài khoảng 87.000 ha với sản lượng gần 969 nghìn tấn, trong khi diện tích bơ đạt gần 8.000 ha, tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên. Việc bảo quản hiệu quả nhằm giảm thiểu hao hụt khối lượng, duy trì chất lượng cảm quan và dinh dưỡng là rất cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng hộp bảo quản tích hợp màng MAP (Modified Atmosphere Packaging) để kéo dài thời gian bảo quản quả xoài và bơ, đồng thời đánh giá các biến đổi chất lượng trong quá trình bảo quản. Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế hộp nhựa kích thước 43,5 x 31 x 25 cm tích hợp màng nanocompozit có khả năng điều chỉnh nồng độ khí O2 và CO2 phù hợp với đặc tính hô hấp của từng loại quả. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong điều kiện phòng thí nghiệm, không bao gồm chế tạo màng mà tập trung vào đánh giá hiệu quả bảo quản.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc đề xuất giải pháp bảo quản mới, khắc phục hạn chế của màng MAP truyền thống như độ bền thấp, dễ tổn thương trong vận chuyển, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển và lưu trữ nông sản xuất khẩu. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị kinh tế và chất lượng nông sản Việt Nam trên thị trường quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về công nghệ bao gói khí quyển biến đổi (MAP), trong đó môi trường bảo quản được điều chỉnh nồng độ khí O2 thấp và CO2 cao nhằm làm chậm quá trình hô hấp và biến đổi sinh lý của quả. Màng nanocompozit được sử dụng là vật liệu polyme gia cường hạt nano, có kích thước dưới 100 nm, giúp cải thiện tính chất cơ lý và khả năng thấm khí so với màng PE truyền thống.

Ba khái niệm chính được áp dụng gồm:

  • Cường độ hô hấp: Tỷ lệ tiêu thụ O2 và sinh CO2 của quả, ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế diện tích màng và số lượng lỗ trao đổi khí.
  • Tính thấm khí của màng nanocompozit: Được cải thiện nhờ hạt nano silica, với độ thấm khí O2 đạt 1190,06 ml và CO2 đạt 3571,84 ml, giúp duy trì cân bằng khí trong hộp bảo quản.
  • Biến đổi chất lượng quả sau thu hoạch: Bao gồm hao hụt khối lượng tự nhiên, thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan, axit hữu cơ, màu sắc và độ cứng thịt quả.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ thí nghiệm bảo quản quả xoài Cát và bơ sáp tại phòng thí nghiệm, sử dụng hộp nhựa PP kích thước 43,5 x 31 x 25 cm tích hợp màng nanocompozit LDPE gia cường hạt nanosilica. Cỡ mẫu mỗi thí nghiệm gồm 5 kg quả (khoảng 20 quả), được chia thành hai lô để đo các chỉ tiêu không phá mẫu và phá mẫu, mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Tính toán diện tích và số lượng lỗ trao đổi khí dựa trên tỷ lệ hô hấp và độ thấm khí của màng.
  • Đo tỷ lệ thối hỏng, hao hụt khối lượng tự nhiên, hàm lượng chất khô hòa tan tổng số (TSS), axit hữu cơ tổng số, màu sắc (hệ CieLab), độ cứng thịt quả bằng máy chuyên dụng.
  • Đánh giá cảm quan theo TCVN 3215-79 với các chỉ tiêu màu sắc, mùi, vị và trạng thái quả.
  • Xác định thành phần khí O2, CO2 trong hộp bằng máy đo khí ICA 250.
  • Xử lý số liệu bằng phần mềm Microsoft Excel và Minitab 16.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 6-7 tuần bảo quản, theo dõi các chỉ tiêu 2 ngày/lần.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diện tích và số lượng lỗ trao đổi khí phù hợp: Tính toán cho thấy hộp bảo quản 5 kg nông sản cần 6 lỗ trao đổi khí, mỗi lỗ có diện tích 0,0034 m² và đường kính 6,6 cm, tương ứng với cường độ hô hấp của xoài và bơ. Màng nanocompozit có độ thấm khí O2 và CO2 lần lượt là 1190,06 và 3571,84 ml.

  2. Tỷ lệ thối hỏng giảm rõ rệt: Xoài bảo quản trong hộp MAP có tỷ lệ thối hỏng chỉ 4,86% sau 6 tuần, trong khi hộp carton truyền thống lên đến 76,29%. Bơ sáp bảo quản bằng hộp MAP cũng cho thấy tỷ lệ thối hỏng thấp hơn đáng kể so với phương pháp bao gói PE thông thường.

  3. Hạn chế hao hụt khối lượng tự nhiên: Sau 7 tuần, xoài trong hộp MAP chỉ hao hụt 4,89% khối lượng, thấp hơn nhiều so với 14,25% của hộp carton. Bơ sáp cũng duy trì khối lượng tốt hơn khi bảo quản bằng hộp MAP.

  4. Duy trì chất lượng hóa sinh và cảm quan: Hàm lượng chất khô hòa tan và axit hữu cơ tổng số của xoài bảo quản bằng hộp MAP giảm chậm hơn so với hộp carton (TSS tăng từ 12,46 lên 14,65oBx; axit giảm từ 0,58% xuống 0,22% sau 7 tuần). Màu sắc vỏ xoài chuyển từ xanh sang vàng chậm hơn, độ cứng thịt quả duy trì tốt hơn trong hộp MAP.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả bảo quản của hộp tích hợp màng MAP được giải thích bởi khả năng điều chỉnh nồng độ khí O2 duy trì ở mức 4-5% và CO2 ở mức cao hơn so với môi trường khí quyển, làm giảm cường độ hô hấp và quá trình biến đổi sinh lý của quả. Màng nanocompozit với cấu trúc nano giúp kiểm soát tốt sự thấm khí, đồng thời hộp nhựa có độ bền cơ học cao bảo vệ quả khỏi tổn thương cơ học trong vận chuyển.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với xu hướng ứng dụng vật liệu nanocompozit trong bao gói thực phẩm nhằm cải thiện tính chất thấm khí và kéo dài thời gian bảo quản. Việc tích hợp màng MAP vào hộp bảo quản thay vì túi bao gói truyền thống tạo thuận lợi cho vận chuyển và lưu trữ, đồng thời giảm chi phí nghiên cứu màng riêng biệt cho từng loại quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tỷ lệ thối hỏng, hao hụt khối lượng, đồ thị biến đổi TSS, axit hữu cơ, màu sắc và độ cứng thịt quả theo thời gian bảo quản, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của hộp MAP.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai sản xuất hộp bảo quản tích hợp màng MAP quy mô công nghiệp nhằm phục vụ bảo quản và vận chuyển xoài, bơ xuất khẩu, với mục tiêu giảm tỷ lệ thối hỏng dưới 10% trong vòng 6 tuần, thực hiện trong 1-2 năm tới, do các doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu nông sản chủ trì.

  2. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng hộp MAP cho các loại nông sản khác có cường độ hô hấp tương tự như thanh long, nhãn, nhằm đa dạng hóa sản phẩm bảo quản, thời gian 2-3 năm, phối hợp giữa viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

  3. Đào tạo kỹ thuật và chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất, bảo quản nông sản về thiết kế và sử dụng hộp MAP, nâng cao nhận thức và kỹ năng bảo quản, trong vòng 1 năm, do các trường đại học và trung tâm công nghệ thực phẩm thực hiện.

  4. Xây dựng quy trình chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật cho hộp bảo quản tích hợp màng MAP phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo an toàn thực phẩm và hiệu quả bảo quản, hoàn thiện trong 1 năm, do cơ quan quản lý nhà nước phối hợp với chuyên gia công nghệ thực phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu nông sản: Nghiên cứu cung cấp giải pháp bảo quản hiệu quả, giảm tổn thất sau thu hoạch, nâng cao chất lượng sản phẩm xuất khẩu, giúp tăng lợi nhuận và uy tín thương hiệu.

  2. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành công nghệ thực phẩm: Là tài liệu tham khảo về ứng dụng vật liệu nanocompozit trong bao gói thực phẩm, phương pháp thiết kế hộp bảo quản MAP và đánh giá chất lượng nông sản.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về nông nghiệp và an toàn thực phẩm: Hỗ trợ xây dựng chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn áp dụng công nghệ bảo quản tiên tiến, góp phần phát triển ngành nông nghiệp bền vững.

  4. Nông dân và hợp tác xã trồng xoài, bơ: Cung cấp kiến thức về bảo quản sau thu hoạch, giúp giảm thiểu tổn thất, nâng cao giá trị sản phẩm và khả năng tiếp cận thị trường trong nước và quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hộp bảo quản tích hợp màng MAP có ưu điểm gì so với bao gói truyền thống?
    Hộp MAP kết hợp màng nanocompozit giúp duy trì nồng độ khí O2 và CO2 ổn định, giảm tỷ lệ thối hỏng và hao hụt khối lượng, đồng thời bảo vệ quả khỏi tổn thương cơ học trong vận chuyển, khác với túi PE dễ bị rách và không kiểm soát khí tốt.

  2. Màng nanocompozit có vai trò gì trong bảo quản nông sản?
    Màng nanocompozit cải thiện tính thấm khí và hơi nước nhờ cấu trúc nano, giúp điều chỉnh khí quyển bên trong hộp bảo quản, làm chậm quá trình hô hấp và biến đổi sinh lý của quả, từ đó kéo dài thời gian bảo quản.

  3. Thời gian bảo quản tối ưu cho xoài và bơ trong hộp MAP là bao lâu?
    Nghiên cứu cho thấy xoài có thể bảo quản tốt trong 6-7 tuần với tỷ lệ thối hỏng dưới 10%, bơ sáp cũng duy trì chất lượng tốt trong khoảng 20 ngày, tùy thuộc điều kiện nhiệt độ và độ ẩm bảo quản.

  4. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại quả khác không?
    Có thể, nhưng cần điều chỉnh diện tích và số lượng lỗ trao đổi khí phù hợp với cường độ hô hấp của từng loại quả để đảm bảo cân bằng khí và hiệu quả bảo quản tối ưu.

  5. Chi phí đầu tư cho hộp bảo quản tích hợp màng MAP có cao không?
    Chi phí có thể cao hơn so với bao gói truyền thống ban đầu do vật liệu nanocompozit và thiết kế hộp, nhưng lợi ích về giảm tổn thất, nâng cao chất lượng và giá trị xuất khẩu sẽ bù đắp chi phí trong dài hạn.

Kết luận

  • Hộp bảo quản tích hợp màng MAP với màng nanocompozit có khả năng điều chỉnh nồng độ khí O2 và CO2 phù hợp, giúp kéo dài thời gian bảo quản quả xoài và bơ, giảm tỷ lệ thối hỏng và hao hụt khối lượng.
  • Diện tích và số lượng lỗ trao đổi khí được thiết kế dựa trên cường độ hô hấp của từng loại quả, đảm bảo cân bằng khí trong hộp bảo quản.
  • Các chỉ tiêu chất lượng như hàm lượng chất khô hòa tan, axit hữu cơ, màu sắc và độ cứng thịt quả được duy trì tốt hơn so với phương pháp bảo quản truyền thống.
  • Nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho công nghệ bảo quản nông sản sau thu hoạch tại Việt Nam, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và chất lượng sản phẩm xuất khẩu.
  • Đề xuất triển khai sản xuất, mở rộng ứng dụng và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho hộp bảo quản tích hợp màng MAP trong thời gian tới.

Khuyến khích các doanh nghiệp, viện nghiên cứu và cơ quan quản lý phối hợp để phát triển và ứng dụng công nghệ này rộng rãi, góp phần nâng cao hiệu quả bảo quản và phát triển ngành nông nghiệp bền vững.