Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia đứng thứ 5 về sản xuất lúa và thứ 3 về xuất khẩu gạo, với sản lượng thu hoạch khoảng 28,9 triệu tấn lúa trong năm 2016. Cám gạo, phụ phẩm chiếm khoảng 8-10% trọng lượng hạt lúa, chủ yếu được sử dụng làm thức ăn gia súc dù có giá trị dinh dưỡng cao với hàm lượng protein, khoáng chất và chất xơ đáng kể. Cám gạo tách béo, sản phẩm phụ của quá trình chiết xuất dầu cám gạo, chứa lượng chất xơ và protein cao hơn so với cám gạo nguyên béo, nhưng hiện nay vẫn chưa được khai thác triệt để trong ngành thực phẩm.

Bánh quy là sản phẩm phổ biến trên thế giới, giàu carbohydrate và chất béo nhưng thường thiếu chất xơ và các vi chất dinh dưỡng. Việc bổ sung cám gạo tách béo vào bánh quy nhằm tạo ra sản phẩm giàu chất xơ, cải thiện giá trị dinh dưỡng và đáp ứng nhu cầu thực phẩm lành mạnh đang là xu hướng được quan tâm. Tuy nhiên, tỷ lệ bổ sung cám gạo tách béo hiện bị giới hạn do ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm như độ giòn, độ nở và cảm quan.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát quá trình xử lý cám gạo tách béo bằng enzyme cellulase để tăng hàm lượng xơ hòa tan, giảm xơ không hòa tan, từ đó nâng cao chất lượng bột nhào và bánh quy giàu xơ. Nghiên cứu thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2016, sử dụng cám gạo tách béo thương hiệu “Cám Vàng” của Wilmar Argo Việt Nam. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa trong việc phát triển sản phẩm bánh quy giàu chất xơ, tận dụng hiệu quả phụ phẩm nông nghiệp, đồng thời góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng thông qua cải thiện chế độ dinh dưỡng.

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 chất xơ dinh dưỡng: Chất xơ được phân thành xơ hòa tan (SDF) và xơ không hòa tan (IDF). Tỷ lệ IDF/SDF lý tưởng cho sức khỏe là khoảng 2:1. Cám gạo tách béo có tỷ lệ IDF/SDF cao (khoảng 11:1), do đó cần xử lý để tăng hàm lượng xơ hòa tan nhằm cải thiện tính chất dinh dưỡng và cảm quan sản phẩm.

  • Mô hình enzyme cellulase thủy phân cellulose: Enzyme cellulase gồm các thành phần endoglucanase, cellobiohydrolase và β-glucosidase, có khả năng thủy phân cellulose thành glucose. Việc sử dụng enzyme cellulase từ Trichoderma reesei giúp phá vỡ cấu trúc polysaccharide cellulose trong cám gạo, làm giảm kích thước hạt và tăng hàm lượng xơ hòa tan.

  • Khái niệm về tính chất hóa lý bột nhào và bánh quy: Độ cứng, độ dính, độ cô kết và độ phục hồi của bột nhào ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bánh quy. Các chỉ tiêu vật lý như đường kính, độ dày, tỷ số nở và độ cứng của bánh quy phản ánh đặc tính cảm quan và độ chấp nhận của người tiêu dùng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính là cám gạo tách béo “Cám Vàng” của Wilmar Argo Việt Nam và bột mì số 8 của Đại Phong. Enzyme cellulase sử dụng là Viscozyme Cassava C (hoạt tính 700 endoglucanase unit/g) từ Trichoderma reesei.

  • Phương pháp xử lý enzyme: Cám gạo được xử lý với nồng độ enzyme từ 0 đến 10 U/g cám gạo, thời gian thủy phân từ 0 đến 5 giờ ở 50°C. Sau xử lý, enzyme được bất hoạt ở 90°C trong 5 phút. Mẫu sau xử lý được sấy khô, nghiền và sàng qua lưới 40 mesh để đồng nhất kích thước.

  • Phân tích thành phần hóa học: Hàm lượng xơ tổng (TDF), xơ hòa tan (SDF), xơ không hòa tan (IDF), protein, lipid, carbohydrate và tro được xác định theo phương pháp AOAC tiêu chuẩn. Kích thước hạt cám gạo được đo bằng phương pháp tán xạ laser.

  • Đánh giá tính chất hóa lý bột nhào: Sử dụng thiết bị Texture Profile Analysis (TPA) để đo độ cứng, độ dính, độ cô kết và độ phục hồi của bột nhào với các tỷ lệ cám gạo thay thế bột mì từ 0% đến 50%.

  • Chế biến bánh quy: Bánh quy được làm từ hỗn hợp bột mì và cám gạo (chưa xử lý và đã xử lý enzyme) với tỷ lệ thay thế từ 0% đến 50%. Các thành phần khác gồm isomalt thay thế đường saccharose, shortening, trứng, lecithin, muối, bột nở và hương vani. Quy trình làm bánh gồm đánh bông trứng, đánh kem, phối trộn bột, nhào trộn, tạo hình, nướng ở 175°C và làm nguội.

  • Đánh giá chất lượng bánh quy: Các chỉ tiêu vật lý (đường kính, độ dày, tỷ số nở), độ cứng, màu sắc (hệ CIE LAB), thành phần hóa học và cảm quan (màu sắc, mùi, vị, cấu trúc, mức độ yêu thích) được phân tích.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2016, bao gồm các giai đoạn khảo sát nguyên liệu, xử lý enzyme, thử nghiệm bánh quy và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến thành phần chất xơ trong cám gạo: Ở nồng độ enzyme 6 U/g cám gạo và thời gian xử lý 2 giờ, hàm lượng xơ hòa tan (SDF) tăng 43,9%, trong khi xơ không hòa tan (IDF) giảm 12,7%, xơ tổng (TDF) giảm 8,1% và tỷ lệ IDF/SDF giảm 39,4% so với mẫu đối chứng không xử lý enzyme.

  2. Thay đổi kích thước hạt cám gạo sau xử lý enzyme: Kích thước hạt trung bình giảm 11,6%, diện tích bề mặt riêng tăng 51,63% so với mẫu đối chứng, cho thấy enzyme làm phá vỡ cấu trúc hạt, tăng diện tích tiếp xúc và khả năng hòa tan.

  3. Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến tính chất hóa lý bột nhào: Khi tỷ lệ cám gạo tăng từ 0% đến 50%, độ cứng của bột nhào tăng, trong khi độ dính, độ cô kết và độ phục hồi giảm. Điều này phản ánh sự thay đổi cấu trúc mạng gluten do bổ sung cám gạo giàu xơ.

  4. Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến chất lượng bánh quy: Hàm lượng protein, tro và chất xơ trong bánh quy tăng theo tỷ lệ cám gạo, trong khi carbohydrate giảm. Độ cứng và độ dày bánh quy giảm, đường kính và tỷ số nở tăng, màu sắc bánh quy trở nên sậm hơn so với mẫu đối chứng. Bánh quy sử dụng cám gạo đã qua xử lý enzyme có chất lượng cảm quan và tính chất vật lý tốt hơn so với cám gạo chưa xử lý.

Thảo luận kết quả

Việc xử lý cám gạo tách béo bằng enzyme cellulase đã làm tăng đáng kể hàm lượng xơ hòa tan, giảm xơ không hòa tan, giúp cải thiện tỷ lệ IDF/SDF gần với mức lý tưởng cho sức khỏe. Sự giảm kích thước hạt và tăng diện tích bề mặt riêng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân và hòa tan các thành phần polysaccharide.

Tính chất hóa lý của bột nhào thay đổi do sự tương tác giữa protein gluten và chất xơ trong cám gạo. Độ cứng tăng do cấu trúc mạng gluten bị ảnh hưởng bởi xơ không hòa tan, trong khi độ dính và độ phục hồi giảm do giảm khả năng liên kết nước và đàn hồi.

Chất lượng bánh quy được cải thiện khi sử dụng cám gạo đã xử lý enzyme, thể hiện qua độ cứng giảm, tỷ số nở tăng và màu sắc phù hợp hơn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về việc sử dụng enzyme để xử lý cám ngũ cốc nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm bánh nướng giàu chất xơ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hàm lượng xơ SDF, IDF, TDF trước và sau xử lý enzyme, biểu đồ phân bố kích thước hạt, cũng như bảng tổng hợp các chỉ tiêu hóa lý bột nhào và bánh quy theo tỷ lệ cám gạo.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng xử lý enzyme cellulase với nồng độ 6 U/g cám gạo và thời gian 2 giờ để tăng hàm lượng xơ hòa tan, giảm xơ không hòa tan, nâng cao chất lượng nguyên liệu cám gạo tách béo cho sản xuất bánh quy giàu xơ. Thời gian thực hiện trong quy trình công nghiệp có thể điều chỉnh phù hợp để tối ưu hiệu quả.

  2. Bổ sung cám gạo đã xử lý enzyme vào công thức bánh quy với tỷ lệ tối đa 30-40% để cân bằng giữa giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan sản phẩm, tránh ảnh hưởng tiêu cực đến độ giòn và độ nở của bánh.

  3. Phát triển sản phẩm bánh quy giàu chất xơ thay thế đường saccharose bằng isomalt nhằm phục vụ nhóm người ăn kiêng và tăng cường sức khỏe cộng đồng. Khuyến khích các doanh nghiệp thực phẩm nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này trong vòng 1-2 năm tới.

  4. Xây dựng quy trình công nghệ chuẩn cho xử lý cám gạo tách béo bằng enzyme và sản xuất bánh quy giàu xơ để đảm bảo tính đồng nhất và hiệu quả sản xuất, đồng thời giảm chi phí nguyên liệu và tăng giá trị gia tăng cho phụ phẩm nông nghiệp.

  5. Tăng cường nghiên cứu ứng dụng enzyme khác và phối hợp các phương pháp xử lý vật lý, hóa học để cải thiện hơn nữa tính chất chất xơ và chất lượng sản phẩm bánh quy, mở rộng ứng dụng sang các loại thực phẩm khác giàu chất xơ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm về xử lý enzyme cám gạo tách béo và ứng dụng trong sản xuất bánh quy giàu xơ, hỗ trợ phát triển đề tài và luận văn liên quan.

  2. Doanh nghiệp sản xuất bánh kẹo và thực phẩm chức năng: Tham khảo quy trình công nghệ và công thức bánh quy giàu chất xơ, giúp nâng cao giá trị sản phẩm, đáp ứng xu hướng tiêu dùng thực phẩm lành mạnh.

  3. Chuyên gia dinh dưỡng và y tế công cộng: Hiểu rõ vai trò của chất xơ hòa tan và không hòa tan trong chế độ ăn, từ đó tư vấn và phát triển các sản phẩm thực phẩm hỗ trợ sức khỏe cộng đồng.

  4. Các cơ quan quản lý và phát triển ngành nông nghiệp, công nghiệp chế biến thực phẩm: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách khuyến khích tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, thúc đẩy phát triển bền vững và nâng cao giá trị gia tăng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần xử lý cám gạo tách béo bằng enzyme cellulase trước khi sử dụng trong bánh quy?
    Xử lý enzyme giúp phá vỡ cấu trúc cellulose, tăng hàm lượng xơ hòa tan và giảm xơ không hòa tan, cải thiện tính chất hóa lý của bột nhào và chất lượng bánh quy, đồng thời tăng khả năng tiêu hóa và hấp thu chất xơ.

  2. Tỷ lệ cám gạo tách béo tối ưu để bổ sung vào bánh quy là bao nhiêu?
    Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ từ 30% đến 40% là phù hợp, cân bằng giữa tăng hàm lượng chất xơ và duy trì chất lượng cảm quan bánh quy như độ giòn, độ nở và màu sắc.

  3. Xử lý enzyme có ảnh hưởng đến kích thước hạt cám gạo như thế nào?
    Enzyme cellulase làm giảm kích thước hạt trung bình khoảng 11,6% và tăng diện tích bề mặt riêng lên 51,63%, giúp tăng khả năng hòa tan và tương tác trong bột nhào.

  4. Sử dụng isomalt thay thế đường saccharose có tác dụng gì trong công thức bánh quy?
    Isomalt cung cấp độ ngọt khoảng 50-60% so với saccharose nhưng ít calorie hơn, phù hợp cho người ăn kiêng và giúp kiểm soát lượng đường huyết, đồng thời không ảnh hưởng tiêu cực đến cấu trúc bánh.

  5. Làm thế nào để đánh giá chất lượng cảm quan của bánh quy giàu xơ?
    Chất lượng cảm quan được đánh giá qua các tiêu chí màu sắc, mùi, vị, cấu trúc và mức độ yêu thích chung của người tiêu dùng, thường sử dụng bảng điểm và khảo sát nhóm thử nghiệm để thu thập dữ liệu.

Kết luận

  • Xử lý cám gạo tách béo bằng enzyme cellulase với nồng độ 6 U/g và thời gian 2 giờ làm tăng 43,9% hàm lượng xơ hòa tan, giảm 12,7% xơ không hòa tan, cải thiện tỷ lệ IDF/SDF và kích thước hạt.
  • Tỷ lệ bổ sung cám gạo đã xử lý enzyme vào bánh quy tối ưu là 30-40%, giúp tăng hàm lượng protein, chất xơ và khoáng, đồng thời cải thiện các chỉ tiêu vật lý và cảm quan sản phẩm.
  • Tính chất hóa lý bột nhào thay đổi theo tỷ lệ cám gạo, với độ cứng tăng và độ dính, độ cô kết, độ phục hồi giảm, ảnh hưởng đến cấu trúc bánh quy.
  • Sử dụng isomalt thay thế đường saccharose trong công thức bánh quy giàu xơ phù hợp với xu hướng thực phẩm lành mạnh và người ăn kiêng.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công nghệ để phát triển sản phẩm bánh quy giàu chất xơ từ cám gạo tách béo, góp phần nâng cao giá trị phụ phẩm nông nghiệp và sức khỏe cộng đồng.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các doanh nghiệp và viện nghiên cứu ứng dụng quy trình xử lý enzyme trong sản xuất thực phẩm giàu chất xơ, đồng thời mở rộng nghiên cứu sang các loại thực phẩm khác và phối hợp công nghệ xử lý đa dạng để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm.