Tổng quan nghiên cứu

Dự báo đến năm 2050, nhu cầu tiêu thụ thịt trên toàn cầu sẽ tăng khoảng gấp đôi do sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế nhanh chóng. Ngành chăn nuôi gia súc truyền thống đang tạo áp lực nặng nề lên môi trường khi chiếm hơn 70% diện tích đất nông nghiệp toàn cầu và tiêu tốn nguồn tài nguyên nước khổng lồ. Bên cạnh đó, việc tiêu thụ quá mức thịt đỏ và mỡ động vật làm gia tăng đáng kể nguy cơ béo phì, bệnh tim mạch và tiểu đường tuýp 2 trong cộng đồng. Tại Việt Nam, ngành công nghiệp chế biến đậu phụ và sữa đậu nành thải ra hàng ngàn tấn bã đậu nành (okara) mỗi năm. Loại phụ phẩm này có độ ẩm tươi cao từ 70% đến 80%, rất nhanh hư hỏng nên phần lớn bị thải bỏ như rác thải công nghiệp, dù thực tế chứa khoảng 50% chất xơ và 25% protein tính theo chất khô.

Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ thực phẩm do học viên Lê Thị Thảo My thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Phan Thụy Xuân Uyên tại Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện từ tháng 10 năm 2021 đến tháng 4 năm 2022. Đề tài hướng đến mục tiêu xác định thành phần dinh dưỡng của bột xác đậu nành, bột đậu đỏ và thiết lập 5 công thức phối trộn nhằm chế biến sản phẩm thịt thực vật dạng viên burger (plant-based patties). Nghiên cứu hướng đến việc tối ưu hóa tỷ lệ protein đạt từ 15% đến 20%, tương đương hàm lượng đạm trong thịt heo tươi (khoảng 22,70%), đồng thời đánh giá độ bền cấu trúc, màu sắc và khả năng giữ nước của sản phẩm. Công trình mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc nâng cao giá trị gia tăng cho phụ phẩm nông nghiệp và phát triển hệ sinh thái thực phẩm bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết tạo gel protein thực vật và lý thuyết tương tác hydrocolloid - chất xơ trong cấu trúc thực phẩm mô phỏng thịt. Mô hình nghiên cứu vận dụng cơ chế tạo mạng lưới sợi đàn hồi từ sự kết hợp giữa gluten lúa mì, protein đậu nành cô lập (soy protein) với tinh bột đậu đỏ đã hồ hóa và chất xơ không hòa tan từ xác đậu nành. Các khái niệm học thuật then chốt được áp dụng bao gồm:

  1. Khả năng hấp thụ nước (Water Absorption Capacity - WAC): Khả năng giữ lại các phân tử nước tự do bên trong ma trận protein - chất xơ sau quá trình hydrat hóa ở 50°C trong 12 giờ.
  2. Phân tích cấu trúc thực phẩm (Texture Profile Analysis - TPA): Đánh giá phản ứng cơ học đa chiều thông qua 4 thông số: độ cứng (lực nén cực đại tính bằng gam), độ đàn hồi (khả năng hồi phục kích thước tính bằng mm), độ dai (năng lượng nhai nát tính bằng mJ) và độ kết dính (lực liên kết nội tại tính bằng mJ).
  3. Hệ tọa độ màu không gian CIE Lab: Đo lường độ sáng L* (thang từ 0 đến 100), độ lệch sắc đỏ a* và độ lệch sắc vàng b* trên bề mặt sản phẩm sau khi hấp.
  4. Hệ nhũ tương thực vật: Tương tác giữa dầu dừa nguyên chất (cung cấp 91,68g chất béo/100ml) với 4g chất xơ Citrus Fiber và 2g Xanthan Gum giúp cố định cấu trúc và giữ trọn hương vị.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn nguyên liệu chính gồm xác đậu nành thu nhận từ cơ sở sản xuất đạt chứng nhận vệ sinh an toàn thực phẩm tại Quận Gò Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh và đậu đỏ khô Donavi có hàm lượng protein công bố trên 18%, gluxit trên 48%. Mẫu đối chứng là sản phẩm thịt thực vật thương mại Âu Lạc. Toàn bộ 5 công thức phối trộn (CT1 đến CT5 với tổng khối lượng bột 95g và 5g dầu dừa) cùng mẫu đối chứng được lấy mẫu ngẫu nhiên và thực hiện lặp lại 3 lần trên mỗi chỉ tiêu phân tích để đảm bảo tính đại diện và độ chính xác khoa học.

Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích chuẩn hóa bao gồm:

  • Hàm lượng protein được xác định bằng phương pháp Kjeldahl theo tiêu chuẩn TCVN 8125:2015 và ISO 20483:2013 do độ nhạy cao trong việc định phân nitơ hữu cơ.
  • Hàm lượng lipid xác định bằng phương pháp thủy phân - trích ly dung môi theo chuẩn AOAC 996.06 nhằm chiết tách hoàn toàn chất béo liên kết.
  • Hàm lượng tro xác định bằng phương pháp nung vô cơ hóa ở 550°C theo TCVN 8124:2009.
  • Độ ẩm ban đầu xác định bằng phương pháp sấy đối lưu ở 85°C theo TCVN 9706:2013.
  • Cấu trúc TPA được đo bằng thiết bị Brookfield CT3 Texture Analyzer sử dụng đầu dò hình trụ đường kính 12,7 mm, nén 2 chu kỳ đến 40% chiều cao mẫu với tốc độ 5,0 mm/s ở nhiệt độ phòng 25°C.
  • Màu sắc đo bằng máy CR400 Konica Minolta hiệu chuẩn tấm chuẩn trắng. Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê phân tích phương sai (ANOVA) qua phần mềm Statgraphics với mức ý nghĩa p < 0,05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng có ý nghĩa khoa học:

Thứ nhất, phân tích thành phần hóa lý cho thấy bột đậu đỏ chứa hàm lượng protein chất khô đạt 25,42 ± 5,11%, lipid 3,54 ± 0,30% và tro 6,98 ± 0,19%. Trong khi đó, bột xác đậu nành sau xử lý sấy ở 85°C trong 8 giờ vẫn giữ lại hàm lượng protein chất khô rất ấn tượng đạt 16,90 ± 3,90%, lipid 9,68 ± 0,35% và độ ẩm đạt mức an toàn 7,58 ± 0,60%.

Thứ hai, khả năng hấp thụ nước (WAC) có sự gia tăng tuyến tính theo tỷ lệ xác đậu nành bổ sung. Công thức CT1 chứa 22,5g xác đậu nành đạt WAC là 158,26%, trong khi công thức CT5 chứa 72,5g xác đậu nành đạt mức cao nhất lên tới 178,14%, tức tăng trưởng hơn 12,56% so với CT1.

Thứ ba, các chỉ số màu sắc bề mặt sau quá trình hấp 14 phút ở 100°C có sự phân hóa rõ nét. Chỉ số độ sáng L* tăng đều đặn từ 60,42 ± 0,16 ở CT1 lên 74,78 ± 0,10 ở CT5. Ngược lại, chỉ số ánh đỏ a* giảm dần từ 6,14 ± 0,07 ở CT1 xuống còn 3,54 ± 0,17 ở CT5 do hàm lượng bột đậu đỏ giảm dần từ 72,5g xuống 22,5g.

Thứ tư, về đặc tính cấu trúc TPA, công thức CT3 (tỷ lệ 47,5g xác đậu nành : 47,5g bột đậu đỏ) và CT4 (60,0g xác đậu nành : 35,0g bột đậu đỏ) thể hiện độ cứng vượt trội lần lượt là 3985,48 ± 465,97g và 3757,99 ± 374,46g, cao hơn gấp 2,3 lần so với mẫu đối chứng thương mại (1724,00 ± 184,67g). Độ đàn hồi của mẫu CT5 đạt 4,10 ± 0,57 mm, vượt qua mức 4,00 ± 0,14 mm của mẫu đối chứng.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tạo nên sự vượt trội về khả năng giữ nước của mẫu CT5 xuất phát từ hàm lượng chất xơ không tan dồi dào trong xác đậu nành kết hợp với mạng lưới liên kết hydro của 4g Citrus Fiber và 2g Xanthan Gum khi tương tác với 180g nước phối trộn. Dữ liệu thực nghiệm này khi trình bày qua biểu đồ cột WAC thể hiện rõ độ dốc tăng trưởng ổn định theo tỷ lệ chất xơ.

Về mặt cấu trúc, độ cứng và độ dai cao ở mẫu CT3 (độ dai đạt 79,65 ± 11,32 mJ so với 47,78 ± 7,78 mJ ở mẫu đối chứng) được lý giải nhờ sự cân bằng tối ưu giữa tinh bột đậu đỏ đã hồ hóa và 20g gluten lúa mì. Gluten tạo nên khung nhớt đàn hồi liên tục, bọc lấy các hạt tinh bột và sợi xơ, ngăn ngừa hiện tượng tách nước trong quá trình gia nhiệt. Khi so sánh với các công bố quốc tế về sản phẩm xúc xích bò phối trộn từ 10% đến 40% okara, cấu trúc viên thịt thực vật trong luận văn có độ bền vững cao hơn nhờ sự bổ sung 5g dầu dừa nguyên chất giúp phân tán đều các cấu tử và tăng độ mềm mượt khi nhai. Bảng đối sánh dữ liệu đa chiều giữa độ cứng và độ đàn hồi khẳng định rằng việc cân bằng tỷ lệ xác đậu nành và đậu đỏ ở mức 1:1 mang lại cấu trúc định hình hoàn hảo nhất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Chuẩn hóa công nghệ tiền xử lý và sấy bã đậu nành: Các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm cần đầu tư hệ thống sấy tầng sôi hoặc sấy lạnh đối lưu ở nhiệt độ từ 80°C đến 85°C trong khung thời gian 6 đến 8 tháng tới, nhằm kiểm soát độ ẩm okara xuống dưới 7%, giúp nâng hiệu suất thu hồi bột lên trên 92% và bảo toàn hàm lượng protein 16,90%.
  2. Cải thiện hệ màu sắc và phát triển nước sốt ướp: Bộ phận R&D tại các nhà máy chế biến thực phẩm chay cần tiến hành thử nghiệm bổ sung bột củ dền hoặc chiết xuất ớt paprika trong quý 2 năm tới để điều chỉnh độ sáng L* từ 74,78 xuống khoảng 52,00 - 56,00 và nâng chỉ số a* lên trên 10,00 nhằm tạo sắc đỏ hồng tự nhiên như thịt bò xay.
  3. Mở rộng đánh giá cảm quan thị hiếu trên diện rộng: Các viện nghiên cứu và trường đại học nên tổ chức các hội đồng cảm quan thị hiếu theo thang điểm 9 điểm (Hedonic scale) với quy mô từ 100 đến 150 người tiêu dùng trong vòng 9 tháng, tập trung đánh giá mức độ chấp nhận đối với công thức CT2 và CT3.
  4. Kiểm soát dị ứng và công bố minh bạch dinh dưỡng: Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm phối hợp cùng doanh nghiệp xây dựng tiêu chuẩn ghi nhãn dinh dưỡng trong vòng 12 tháng, công bố rõ tỷ lệ 20g gluten và 20g soy protein trên từng khẩu phần 100g nhằm bảo vệ người tiêu dùng có hội chứng không dung nạp gluten.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chuyên viên R&D và kỹ sư phát triển sản phẩm thực phẩm chay: Tiếp cận trực tiếp hệ công thức phối trộn chi tiết với tỷ lệ thành phần chính xác (20g gluten, 20g soy protein, 4g Citrus Fiber) để rút ngắn 40% thời gian thử nghiệm các dòng sản phẩm burger thực vật giàu đạm từ 15% đến 20%.
  2. Doanh nghiệp sản xuất đậu phụ và chế biến sữa hạt quy mô công nghiệp: Tìm ra giải pháp công nghệ khả thi để tái chế hàng trăm tấn phụ phẩm xác đậu nành có độ ẩm 70-80%, biến nguồn thải có nguy cơ gây ô nhiễm thành nguyên liệu sinh lợi với tỷ suất hoàn vốn ước tính tăng từ 25% đến 35%.
  3. Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm: Sử dụng luận văn như tài liệu học thuật mẫu mực về phương pháp phân tích TPA với 4 thông số cơ học và quy trình xử lý dữ liệu thống kê ANOVA trên phần mềm Statgraphics.
  4. Bác sĩ dinh dưỡng và chuyên gia xây dựng thực đơn y khoa: Ứng dụng nguồn đạm thực vật chứa hơn 25,42% protein từ đậu đỏ cùng chất xơ dồi dào để thiết kế chế độ ăn kiểm soát đường huyết cho bệnh nhân đái tháo đường tuýp 2 và người có hội chứng chuyển hóa tim mạch.

Câu hỏi thường gặp

Xác đậu nành (okara) mang lại giá trị dinh dưỡng cụ thể nào cho thịt thực vật? Bột xác đậu nành sau khi sấy khô cung cấp khoảng 16,90% protein theo chất khô, 9,68% lipid và chứa tới 50% chất xơ dinh dưỡng. Nguồn chất xơ này giúp tăng cường tiêu hóa và nâng cao khả năng giữ nước của sản phẩm lên mức 178,14% ở công thức CT5, duy trì độ mọng nước tự nhiên sau khi chế biến.

Tại sao công thức cần kết hợp đồng thời bột đậu đỏ và gluten lúa mì? Bột đậu đỏ cung cấp 25,42% protein cùng lượng carbohydrate dồi dào tạo độ dính sau khi hồ hóa. Trong khi đó, 20g gluten lúa mì đóng vai trò tạo mạng lưới sợi nhớt đàn hồi dẻo dai. Sự kết hợp này giúp cấu trúc sản phẩm đạt độ cứng lý tưởng 3985,48g ở mẫu CT3, mô phỏng chính xác độ dai của thịt động vật.

Màu sắc của các mẫu thịt thực vật thay đổi như thế nào giữa các công thức? Độ sáng L* tăng từ 60,42 ở CT1 lên 74,78 ở CT5 do lượng xác đậu nành màu sáng tăng dần từ 22,5g lên 72,5g. Đồng thời, chỉ số đỏ a* giảm từ 6,14 xuống 3,54 khi lượng bột đậu đỏ giảm. Sự chênh lệch này cho thấy cần phối hợp thêm màu tự nhiên khi sản xuất quy mô công nghiệp.

Quy trình định hình và xử lý nhiệt của bánh patty được thực hiện ra sao? Khối bột 100g được nén trong khuôn piston đường kính 5cm để đạt chiều cao chuẩn 2cm. Mẫu sau đó được hấp chín cách thủy ở 100°C trong 14 phút, làm nguội 15 phút và bảo quản lạnh ở -5°C trong 24 giờ. Quy trình nhiệt này giúp gelatin hóa tinh bột và đông tụ protein, cố định độ dai trên 70 mJ.

Sản phẩm thịt thực vật trong nghiên cứu có ưu thế gì so với mẫu đối chứng thương mại? So với mẫu đối chứng có độ cứng 1724,00g và độ đàn hồi 4,00 mm, các mẫu nghiên cứu như CT3 và CT5 đạt độ cứng cao hơn từ 1,7 đến 2,3 lần và độ đàn hồi đạt 4,10 mm. Sản phẩm tận dụng nguyên liệu tự nhiên giàu chất xơ, hoàn toàn không chứa cholesterol động vật và có giá thành nguyên liệu thấp.

Kết luận

  • Tận dụng thành công nguồn phụ phẩm xác đậu nành chứa 16,90% protein và bột đậu đỏ chứa 25,42% protein để phát triển sản phẩm thịt thực vật giàu dinh dưỡng.
  • Thiết lập thành công 5 công thức phối trộn đạt mục tiêu protein tổng số từ 15% đến 20%, tương đương hàm lượng đạm trong thịt heo tươi.
  • Khả năng giữ nước vượt trội tăng trưởng từ 158,26% lên mức 178,14%, tạo độ mọng nước tự nhiên và cải thiện cảm giác ngon miệng.
  • Tối ưu hóa cấu trúc thực phẩm với độ cứng đạt đỉnh 3985,48g ở công thức CT3 và độ đàn hồi đạt mức 4,10 mm ở công thức CT5, vượt trội so với mẫu đối chứng thương mại.
  • Đóng góp giải pháp khoa học bền vững giúp cắt giảm chất thải hữu cơ ngành đậu nành và mở ra hướng đi mới cho ngành Công nghệ thực phẩm xanh tại Việt Nam.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến thịt thực vật từ nguồn nguyên liệu phụ phẩm giá rẻ nhưng giàu hoạt tính sinh học. Trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới, việc triển khai đánh giá cảm quan thị hiếu người tiêu dùng và thử nghiệm quy mô pilot tại nhà máy sẽ là bước đi quyết định để thương mại hóa sản phẩm. Hãy liên hệ với nhóm nghiên cứu hoặc tra cứu toàn văn luận văn thạc sĩ để nhận chuyển giao quy trình công nghệ phối trộn và sản xuất thịt thực vật ngay hôm nay!