Tổng quan nghiên cứu

Acrylamide là một hợp chất hóa học được phát hiện trong thực phẩm chế biến ở nhiệt độ cao, đặc biệt là trong các sản phẩm chiên như khoai tây chiên, với hàm lượng có thể lên đến 2300 µg/kg. Theo một khảo sát tại Hà Nội, 35 trong số 304 mẫu thực phẩm có hàm lượng acrylamide vượt mức 500 µg/kg, chủ yếu là các sản phẩm chiên giòn. Acrylamide được xác định là chất gây độc thần kinh, độc sinh sản và có khả năng gây ung thư, do đó việc giảm thiểu hàm lượng acrylamide trong thực phẩm là vấn đề cấp thiết. Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng enzyme L-Asparaginase chiết xuất từ vi khuẩn Escherichia coli để xử lý khoai tây nhằm giảm lượng acrylamide hình thành trong sản phẩm khoai tây chiên. Nghiên cứu được thực hiện trên khoai tây ruột vàng tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong năm 2020. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm thực phẩm, đảm bảo an toàn sức khỏe người tiêu dùng mà còn cung cấp quy trình sản xuất có thể áp dụng trong quy mô công nghiệp, đồng thời bổ sung kiến thức khoa học cho lĩnh vực công nghệ thực phẩm tại Việt Nam.

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:

  • Phản ứng Maillard: Là cơ chế chính hình thành acrylamide trong thực phẩm giàu carbohydrate và asparagine khi gia nhiệt trên 120°C. Phản ứng giữa asparagine và đường khử tạo thành acrylamide.
  • Cơ chế hoạt động của enzyme L-Asparaginase: Enzyme xúc tác thủy phân asparagine thành acid aspartic và amoniac, làm giảm tiền chất hình thành acrylamide.
  • Khái niệm asparagine và đường khử: Asparagine là amino acid tự do có hàm lượng cao trong khoai tây, là tiền chất chính của acrylamide; đường khử như glucose và fructose tham gia phản ứng Maillard.
  • Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động enzyme: pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian xử lý ảnh hưởng đến hiệu quả giảm acrylamide.
  • Tiêu chuẩn an toàn thực phẩm: TCVN 9776:2013 quy định giới hạn hàm lượng acrylamide trong thực phẩm nhằm bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Khoai tây ruột vàng thu mua tại Đà Lạt, enzyme L-Asparaginase chiết xuất từ Escherichia coli mua từ công ty Protec-Tany TechnoGene Ltd., Israel.
  • Phương pháp chọn mẫu: Khoai tây đồng đều về kích thước, màu sắc, không có khuyết tật, bảo quản ở 2-8°C.
  • Thiết kế thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme (0,2; 1,0; 1,5; 2 IU/mL), pH (6,0; 6,5; 7,3; 8,0), nhiệt độ (30°C, 37°C, 45°C, 50°C) trong quá trình xử lý khoai tây với enzyme đến hàm lượng acrylamide sau chiên.
  • Phân tích hóa học: Xác định hàm lượng asparagine, đường khử, acrylamide bằng phương pháp quang phổ UV-Vis, phương pháp so màu với thuốc thử DNS, và xây dựng đường chuẩn.
  • Đánh giá cảm quan: So sánh đặc điểm cảm quan (màu sắc, hương vị, trạng thái) giữa khoai tây chiên xử lý enzyme và không xử lý theo thang điểm 5.
  • Phân tích dữ liệu: Thí nghiệm lặp lại 3 lần, xử lý số liệu bằng phân tích phương sai một yếu tố (ANOVA), mức ý nghĩa p < 0,05, sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thành phần hóa học khoai tây nguyên liệu: Độ ẩm 77,08%, tro 1,04%, protein 0,86%, lipid 0,15%, asparagine 1073,81 mg/kg, đường khử 1,175%. Các chỉ số này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế, đảm bảo tính đại diện mẫu nghiên cứu.

  2. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme L-Asparaginase: Khi tăng nồng độ enzyme từ 0 đến 1 IU/mL, hàm lượng acrylamide giảm từ 27,83 µg/mL xuống 15,14 µg/mL, tương đương giảm 45,62%. Tuy nhiên, tăng nồng độ enzyme trên 1 IU/mL không làm giảm acrylamide đáng kể, do enzyme đã đạt ngưỡng bão hòa.

  3. Ảnh hưởng của pH trong xử lý enzyme: pH 7,3 là điều kiện tối ưu, giảm acrylamide xuống 15,14 µg/mL (giảm 45,62% so với mẫu đối chứng). pH thấp hơn hoặc cao hơn làm giảm hiệu quả enzyme, đặc biệt pH 8,0 làm tăng lại hàm lượng acrylamide lên 22,68 µg/mL.

  4. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzyme: Nhiệt độ 37°C cho hiệu quả giảm acrylamide tốt nhất (15,14 µg/mL). Nhiệt độ thấp hơn (30°C) hoặc cao hơn (45°C, 50°C) làm giảm hiệu quả enzyme, với hàm lượng acrylamide lần lượt là 18,55 µg/mL và 17,20 µg/mL, 26,25 µg/mL.

  5. Đặc điểm cảm quan: Khoai tây chiên xử lý enzyme không khác biệt đáng kể về màu sắc, hương vị và trạng thái so với mẫu không xử lý, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy enzyme L-Asparaginase có khả năng hiệu quả trong việc giảm hàm lượng acrylamide trong khoai tây chiên, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế. Việc lựa chọn nồng độ enzyme 1 IU/mL, pH 7,3 và nhiệt độ 37°C là điều kiện tối ưu để enzyme hoạt động hiệu quả, thủy phân asparagine thành acid aspartic, từ đó giảm tiền chất hình thành acrylamide. Sự bão hòa enzyme ở nồng độ cao hơn và sự giảm hoạt động enzyme ở pH và nhiệt độ không tối ưu được giải thích bởi đặc tính sinh học của enzyme. Các biểu đồ hấp thụ UV-Vis và đường chuẩn acrylamide minh họa rõ ràng sự giảm hàm lượng acrylamide theo điều kiện xử lý enzyme. Việc xử lý enzyme không làm ảnh hưởng đến cảm quan sản phẩm là điểm cộng lớn, giúp ứng dụng thực tế dễ dàng hơn. Kết quả này góp phần bổ sung kiến thức về phương pháp giảm acrylamide an toàn và hiệu quả, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng enzyme trong công nghiệp chế biến thực phẩm tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình xử lý khoai tây với L-Asparaginase: Sử dụng nồng độ enzyme 1 IU/mL, pH 7,3, nhiệt độ 37°C trong 30 phút trước khi chiên để giảm tối đa hàm lượng acrylamide. Thời gian thực hiện: ngay trong quy trình sản xuất hiện tại. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất khoai tây chiên quy mô công nghiệp.

  2. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho nhân viên sản xuất: Tổ chức các khóa đào tạo về tác hại của acrylamide và kỹ thuật xử lý enzyme nhằm đảm bảo quy trình được thực hiện đúng chuẩn. Thời gian: trong 3 tháng đầu triển khai. Chủ thể: phòng kỹ thuật và đào tạo của doanh nghiệp.

  3. Xây dựng tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng sản phẩm: Thiết lập quy trình kiểm tra hàm lượng acrylamide định kỳ bằng phương pháp quang phổ UV-Vis để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn an toàn. Thời gian: hàng quý. Chủ thể: bộ phận kiểm soát chất lượng.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng enzyme L-Asparaginase: Khảo sát áp dụng enzyme cho các sản phẩm thực phẩm khác như bánh nướng, cà phê để giảm acrylamide. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: các viện nghiên cứu và trường đại học.

  5. Hợp tác với các cơ quan quản lý và xây dựng chính sách: Đề xuất các quy định về giới hạn acrylamide trong thực phẩm chế biến và khuyến khích áp dụng công nghệ enzyme. Thời gian: 1 năm. Chủ thể: Bộ Y tế, Bộ Công Thương, các tổ chức an toàn thực phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà sản xuất thực phẩm chế biến: Đặc biệt các doanh nghiệp sản xuất khoai tây chiên và snack, để áp dụng quy trình xử lý enzyme giảm acrylamide, nâng cao chất lượng và an toàn sản phẩm.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Tài liệu cung cấp kiến thức chuyên sâu về cơ chế hình thành acrylamide và phương pháp giảm thiểu bằng enzyme, hỗ trợ nghiên cứu và học tập.

  3. Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm: Tham khảo để xây dựng tiêu chuẩn, quy định về hàm lượng acrylamide trong thực phẩm và khuyến khích áp dụng công nghệ an toàn.

  4. Người tiêu dùng và tổ chức bảo vệ sức khỏe cộng đồng: Nâng cao nhận thức về tác hại của acrylamide và các biện pháp giảm thiểu trong chế biến thực phẩm, góp phần bảo vệ sức khỏe.

Câu hỏi thường gặp

  1. Acrylamide là gì và tại sao cần giảm trong thực phẩm?
    Acrylamide là hợp chất hóa học hình thành trong thực phẩm giàu carbohydrate khi chế biến ở nhiệt độ cao, có khả năng gây độc thần kinh và ung thư. Việc giảm acrylamide giúp bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

  2. L-Asparaginase hoạt động như thế nào để giảm acrylamide?
    Enzyme L-Asparaginase xúc tác thủy phân asparagine thành acid aspartic và amoniac, làm giảm tiền chất asparagine, từ đó hạn chế phản ứng tạo acrylamide trong quá trình chiên hoặc nướng.

  3. Điều kiện tối ưu để enzyme L-Asparaginase hoạt động hiệu quả là gì?
    Nghiên cứu cho thấy nồng độ enzyme 1 IU/mL, pH 7,3 và nhiệt độ 37°C trong 30 phút là điều kiện tối ưu để enzyme hoạt động hiệu quả, giảm acrylamide đến 45,62%.

  4. Việc xử lý enzyme có ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của khoai tây chiên không?
    Kết quả đánh giá cảm quan cho thấy xử lý enzyme không làm thay đổi đáng kể màu sắc, hương vị hay trạng thái của khoai tây chiên, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

  5. Phương pháp này có thể áp dụng cho các sản phẩm thực phẩm khác không?
    Có thể áp dụng cho các sản phẩm khác như bánh nướng, cà phê, bột nhào làm bánh để giảm acrylamide, tuy nhiên cần nghiên cứu điều kiện xử lý phù hợp cho từng loại sản phẩm.

Kết luận

  • Enzyme L-Asparaginase từ Escherichia coli hiệu quả trong việc giảm hàm lượng acrylamide trong khoai tây chiên, giảm đến 45,62% ở điều kiện tối ưu.
  • Điều kiện xử lý tối ưu gồm nồng độ enzyme 1 IU/mL, pH 7,3, nhiệt độ 37°C trong 30 phút.
  • Xử lý enzyme không ảnh hưởng đến đặc điểm cảm quan của sản phẩm, đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.
  • Nghiên cứu cung cấp quy trình sản xuất khoai tây chiên có hàm lượng acrylamide thấp, có thể áp dụng trong quy mô công nghiệp.
  • Đề xuất triển khai áp dụng quy trình, đào tạo nhân viên, xây dựng tiêu chuẩn kiểm soát và mở rộng nghiên cứu ứng dụng enzyme trong thực phẩm.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp sản xuất khoai tây chiên nên áp dụng quy trình xử lý enzyme để nâng cao chất lượng sản phẩm. Các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý cần phối hợp để phát triển và phổ biến công nghệ này rộng rãi hơn.