Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu về thực phẩm giàu chất xơ ngày càng tăng do nhận thức về lợi ích sức khỏe, việc phát triển các sản phẩm thực phẩm bổ sung chất xơ hòa tan (SDF) trở thành một hướng nghiên cứu quan trọng. Theo báo cáo của ngành, copra meal – phụ phẩm từ quá trình ép dầu dừa – chứa hàm lượng chất xơ cao, đặc biệt là chất xơ hòa tan, có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất bánh quy giàu chất xơ. Nghiên cứu này tập trung vào việc khai thác copra meal bằng phương pháp thủy phân enzym cellulase để tăng hàm lượng SDF, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của việc thay thế bột mì bằng copra meal và copra meal thủy phân lên thành phần hóa học, tính chất vật lý và cảm quan của bánh quy.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xác định điều kiện thủy phân enzym tối ưu để thu được hàm lượng SDF cao nhất từ copra meal, khảo sát tỷ lệ thay thế bột mì bằng copra meal và copra meal thủy phân phù hợp trong công thức bánh quy, đồng thời đánh giá các chỉ số dinh dưỡng và cảm quan sản phẩm. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 7/2019 đến tháng 9/2020 tại thành phố Hồ Chí Minh, với phạm vi áp dụng cho sản xuất bánh quy giàu chất xơ tại các cơ sở công nghiệp và thủ công.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp giải pháp nâng cao giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm bánh quy, góp phần đa dạng hóa nguồn nguyên liệu thực phẩm chức năng, đồng thời hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp thực phẩm bền vững và thân thiện với môi trường. Các chỉ số đánh giá bao gồm hàm lượng chất xơ tổng, protein, tinh bột, lipid, độ cứng và độ lan rộng của bánh quy, cũng như điểm chấp nhận cảm quan với mức điểm tối thiểu 6.5.

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 thực phẩm (Dietary Fiber Theory): Chất xơ được phân thành chất xơ hòa tan (SDF) và không hòa tan (IDF), trong đó SDF có vai trò quan trọng trong việc cải thiện sức khỏe tiêu hóa và giảm nguy cơ bệnh mãn tính. Copra meal chứa polysaccharide như mannan, galactomannan và glucomannan, là các thành phần chính của chất xơ hòa tan.

  • Mô hình thủy phân enzym cellulase: Enzym cellulase gồm các thành phần như endoglucanase, exoglucanase và beta-glucosidase, có khả năng phân giải cellulose thành các phân tử đường hòa tan, từ đó tăng hàm lượng SDF trong nguyên liệu.

  • Khái niệm về thủy phân enzym và điều kiện thủy phân: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân gồm hoạt độ enzym (U/ml), pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Điều kiện tối ưu giúp tăng hàm lượng SDF mà không làm giảm chất lượng nguyên liệu.

  • Khái niệm về thay thế nguyên liệu trong công thức thực phẩm: Việc thay thế một phần bột mì bằng copra meal hoặc copra meal thủy phân ảnh hưởng đến thành phần dinh dưỡng, tính chất vật lý và cảm quan của sản phẩm cuối cùng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Copra meal được thu thập từ phụ phẩm ép dầu dừa, sau đó được xử lý bằng dung môi n-hexane, sấy khô và rây qua lưới 40 mesh. Enzym cellulase thương mại (Cellulast 1.5L) được sử dụng cho quá trình thủy phân.

  • Phương pháp phân tích: Thành phần hóa học của copra meal và bánh quy được xác định theo tiêu chuẩn AOAC, bao gồm hàm lượng protein, lipid, tinh bột, chất xơ tổng và chất xơ hòa tan. Tính chất vật lý của bánh quy được đo bằng độ cứng (N) và hệ số lan rộng (spread factor). Đánh giá cảm quan được thực hiện bởi nhóm chuyên gia với thang điểm 9.

  • Thiết kế thí nghiệm thủy phân enzym: Các yếu tố được khảo sát gồm hoạt độ enzym (3, 5, 10, 15, 20, 25 U/ml), pH (5, 6, 7), nhiệt độ (40, 50, 60°C) và thời gian (15, 30, 60, 90, 150, 210 phút). Mỗi điều kiện được thực hiện lặp lại để xác định điều kiện tối ưu cho hàm lượng SDF cao nhất.

  • Thiết kế công thức bánh quy: Tỷ lệ thay thế bột mì bằng copra meal và copra meal thủy phân dao động từ 0 đến 40%. Các mẫu bánh quy được sản xuất theo công thức chuẩn, sau đó đánh giá thành phần hóa học, tính chất vật lý và cảm quan.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu copra meal được lấy đại diện từ một số cơ sở sản xuất dầu dừa tại TP. Hồ Chí Minh. Mẫu bánh quy được sản xuất theo từng công thức với ít nhất 3 lô sản xuất để đảm bảo tính đại diện.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 14 tháng, từ tháng 7/2019 đến tháng 9/2020, bao gồm các giai đoạn thu thập nguyên liệu, xử lý enzym, sản xuất bánh quy và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều kiện thủy phân enzym tối ưu: Hàm lượng SDF cao nhất đạt được khi sử dụng enzym cellulase với hoạt độ 5 U/ml, pH 6, nhiệt độ 50°C và thời gian 30 phút. Dưới điều kiện này, hàm lượng SDF tăng lên khoảng 35% so với nguyên liệu chưa xử lý.

  2. Ảnh hưởng tỷ lệ thay thế copra meal: Khi tỷ lệ thay thế bột mì bằng copra meal và copra meal thủy phân tăng từ 0 đến 40%, hàm lượng chất xơ tổng và tro tăng lần lượt khoảng 20% và 15%. Ngược lại, hàm lượng protein và tinh bột giảm khoảng 10-12%, trong khi hàm lượng lipid không thay đổi đáng kể.

  3. Tính chất vật lý của bánh quy: Việc tăng tỷ lệ copra meal làm tăng độ cứng của bánh quy từ khoảng 3 N lên 5 N và hệ số lan rộng tăng từ 6.0 lên 7.5, cho thấy bánh quy trở nên cứng hơn và có độ lan rộng lớn hơn.

  4. Đánh giá cảm quan: Mức độ chấp nhận cao nhất đạt được với tỷ lệ thay thế 10% copra meal thủy phân, với điểm cảm quan trung bình là 6.5 trên thang điểm 9. Tỷ lệ thay thế cao hơn làm giảm độ chấp nhận do ảnh hưởng đến kết cấu và hương vị.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy enzym cellulase có hiệu quả cao trong việc thủy phân copra meal, làm tăng hàm lượng chất xơ hòa tan – thành phần quan trọng giúp cải thiện giá trị dinh dưỡng của bánh quy. Điều kiện thủy phân tối ưu phù hợp với các nghiên cứu trước đây về enzym cellulase trong xử lý nguyên liệu giàu cellulose.

Việc thay thế bột mì bằng copra meal làm tăng hàm lượng chất xơ và tro, đồng thời giảm protein và tinh bột, phù hợp với đặc tính thành phần của copra meal. Sự thay đổi này ảnh hưởng đến tính chất vật lý của bánh quy, làm tăng độ cứng và độ lan rộng, có thể do cấu trúc polysaccharide trong copra meal làm thay đổi mạng lưới gluten.

Điểm cảm quan cao nhất ở tỷ lệ 10% thay thế copra meal thủy phân cho thấy mức độ chấp nhận sản phẩm vẫn đảm bảo, phù hợp với mục tiêu sản xuất bánh quy giàu chất xơ mà không làm giảm chất lượng cảm quan. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu về ứng dụng chất xơ hòa tan trong thực phẩm nướng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện hàm lượng SDF theo điều kiện thủy phân enzym, bảng so sánh thành phần hóa học và tính chất vật lý của bánh quy theo tỷ lệ thay thế, cũng như biểu đồ điểm cảm quan theo từng công thức.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng điều kiện thủy phân enzym cellulase tối ưu: Các cơ sở sản xuất nên sử dụng enzym cellulase với hoạt độ 5 U/ml, pH 6, nhiệt độ 50°C và thời gian 30 phút để xử lý copra meal nhằm tăng hàm lượng chất xơ hòa tan, nâng cao giá trị dinh dưỡng nguyên liệu. Thời gian thực hiện trong vòng 1 tháng để chuẩn bị nguyên liệu ổn định.

  2. Thay thế bột mì bằng copra meal thủy phân ở tỷ lệ 10%: Đây là tỷ lệ phù hợp để sản xuất bánh quy giàu chất xơ mà vẫn đảm bảo chất lượng cảm quan, giúp tăng hàm lượng chất xơ tổng lên khoảng 20%. Các nhà sản xuất bánh quy nên áp dụng trong vòng 3 tháng để thử nghiệm và điều chỉnh công thức.

  3. Đào tạo kỹ thuật cho nhân viên sản xuất: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật xử lý enzym và kiểm soát chất lượng sản phẩm nhằm đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả và ổn định. Thời gian đào tạo dự kiến 1 tháng, do phòng kỹ thuật và đào tạo thực hiện.

  4. Xây dựng hệ thống kiểm soát chất lượng: Thiết lập quy trình kiểm tra định kỳ thành phần hóa học, tính chất vật lý và cảm quan sản phẩm để duy trì chất lượng bánh quy giàu chất xơ. Thực hiện hàng quý, do bộ phận kiểm soát chất lượng đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về ứng dụng enzym trong xử lý nguyên liệu giàu chất xơ và phát triển sản phẩm bánh quy chức năng.

  2. Doanh nghiệp sản xuất bánh kẹo và thực phẩm chức năng: Thông tin về công thức và quy trình sản xuất bánh quy giàu chất xơ giúp doanh nghiệp nâng cao giá trị sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.

  3. Chuyên gia dinh dưỡng và y tế công cộng: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu về lợi ích dinh dưỡng của chất xơ hòa tan trong thực phẩm, hỗ trợ tư vấn chế độ ăn lành mạnh.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển ngành thực phẩm: Tham khảo để xây dựng chính sách khuyến khích sử dụng nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp, thúc đẩy phát triển bền vững ngành thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Copra meal là gì và tại sao được chọn làm nguyên liệu?
    Copra meal là phụ phẩm từ quá trình ép dầu dừa, chứa hàm lượng chất xơ cao, đặc biệt là polysaccharide như mannan và galactomannan. Đây là nguồn nguyên liệu tiềm năng để bổ sung chất xơ hòa tan trong thực phẩm.

  2. Tại sao sử dụng enzym cellulase trong xử lý copra meal?
    Enzym cellulase có khả năng phân giải cellulose thành các phân tử đường hòa tan, giúp tăng hàm lượng chất xơ hòa tan (SDF), cải thiện giá trị dinh dưỡng và tính chất chức năng của nguyên liệu.

  3. Điều kiện thủy phân enzym nào là tối ưu?
    Nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu là hoạt độ enzym 5 U/ml, pH 6, nhiệt độ 50°C và thời gian 30 phút, giúp thu được hàm lượng SDF cao nhất mà không làm giảm chất lượng nguyên liệu.

  4. Tỷ lệ thay thế bột mì bằng copra meal phù hợp là bao nhiêu?
    Tỷ lệ 10% thay thế bột mì bằng copra meal thủy phân được đánh giá là phù hợp, cân bằng giữa tăng hàm lượng chất xơ và duy trì chất lượng cảm quan của bánh quy.

  5. Ảnh hưởng của copra meal đến tính chất vật lý của bánh quy như thế nào?
    Việc tăng tỷ lệ copra meal làm tăng độ cứng và hệ số lan rộng của bánh quy, do cấu trúc polysaccharide trong copra meal ảnh hưởng đến mạng lưới gluten và cấu trúc bánh.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định được điều kiện thủy phân enzym cellulase tối ưu để tăng hàm lượng chất xơ hòa tan trong copra meal.
  • Việc thay thế bột mì bằng copra meal thủy phân ở tỷ lệ 10% giúp tăng hàm lượng chất xơ tổng và duy trì chất lượng cảm quan bánh quy.
  • Thành phần dinh dưỡng và tính chất vật lý của bánh quy thay đổi phù hợp với mục tiêu sản xuất thực phẩm chức năng giàu chất xơ.
  • Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong sản xuất công nghiệp bánh quy giàu chất xơ, góp phần phát triển ngành thực phẩm bền vững.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng quy mô sản xuất thử nghiệm và đánh giá tác động sức khỏe khi sử dụng sản phẩm.

Hành động đề xuất: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai ứng dụng công nghệ thủy phân enzym và công thức bánh quy đã được tối ưu để phát triển sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu thị trường.