Tổng quan nghiên cứu

Dầu hạt chôm chôm (Nephelium lappaceum L.) là nguồn nguyên liệu giàu chất béo với hàm lượng từ 31,2% đến 38,9% trên khối lượng chất khô, tương đương với các loại dầu thực vật phổ biến như dầu hướng dương hay dầu hạt dâu. Thành phần acid béo chủ yếu gồm acid arachidic (34,32 g/100 g chất béo) và acid oleic (36,79 g/100 g chất béo), cùng với các acid béo không no nhóm omega-3 và omega-6 có lợi cho sức khỏe. Tuy nhiên, dầu hạt chôm chôm dễ bị oxy hóa, dẫn đến giảm chất lượng và hạn chế thời gian bảo quản.

Kỹ thuật vi bao bằng phương pháp sấy phun được xem là giải pháp hiệu quả để bảo vệ dầu hạt chôm chôm khỏi quá trình oxy hóa, kéo dài thời gian sử dụng và giữ nguyên các đặc tính dinh dưỡng. Việc lựa chọn tổ hợp chất bao phù hợp, đặc biệt là sự kết hợp giữa protein (whey protein concentrate) và carbohydrate (gum arabic, maltodextrin, saccharose, glucose), đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả vi bao.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát ảnh hưởng của các tổ hợp chất bao whey protein và carbohydrate đến khả năng vi bao dầu hạt chôm chôm bằng phương pháp sấy phun, đồng thời xác định tỉ lệ tối ưu giữa whey protein và carbohydrate trong tổ hợp chất bao để đạt hiệu quả vi bao cao nhất. Nghiên cứu được thực hiện với mẫu dầu hạt chôm chôm thu nhận từ vùng Đồng Nai, Việt Nam, trong điều kiện bảo quản gia tốc ở 60°C trong 30 ngày nhằm đánh giá khả năng bảo vệ của các tổ hợp chất bao.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong phát triển công nghệ bảo quản dầu hạt chôm chôm, góp phần nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm và mở rộng ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm.

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:

  • Kỹ thuật vi bao (Microencapsulation): Là quá trình bao gói các hạt nhỏ chứa chất nền (dầu hạt chôm chôm) trong lớp vỏ mỏng (chất bao) nhằm bảo vệ chất nền khỏi tác động của môi trường như oxy, nhiệt độ, vi sinh vật. Vi bao giúp cải thiện tính ổn định và kéo dài thời gian bảo quản.

  • Chất bao protein và carbohydrate: Whey protein concentrate (WPC) được sử dụng làm chất bao chính nhờ khả năng tạo màng và nhũ hóa tốt, giúp ổn định hệ nhũ tương. Carbohydrate như gum arabic, maltodextrin, saccharose và glucose được kết hợp để tăng cường khả năng tạo màng, giảm độ nhớt và cải thiện hiệu quả vi bao.

  • Hiệu quả và hiệu suất vi bao: Đánh giá qua các chỉ số Microencapsulation Efficiency (MEE) và Microencapsulation Yield (MEY). MEE phản ánh tỉ lệ chất béo được bảo vệ bên trong hạt vi bao, trong khi MEY đo lường tỉ lệ thu hồi chất béo sau quá trình sấy phun so với lượng ban đầu.

  • Chỉ số acid (AV) và chỉ số peroxide (PoV): Là các chỉ tiêu đánh giá mức độ oxy hóa và biến đổi chất lượng dầu trong quá trình bảo quản.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dầu hạt chôm chôm thu nhận từ hạt chôm chôm tại Công ty TNHH Gia Kiệm, Đồng Nai. Chất bao gồm whey protein concentrate 80% và các carbohydrate: gum arabic, maltodextrin DE 12, saccharose, glucose.

  • Thiết bị: Thiết bị đồng hóa áp lực cao (300 bar), đồng hóa cơ, thiết bị sấy phun Mobile Minor (nhiệt độ đầu vào 160°C, áp suất khí nén 3 bar, tốc độ nhập liệu 1,4 L/h), tủ sấy gia tốc ở 60°C.

  • Quy trình vi bao:

    1. Hòa tan carbohydrate trong nước ở 40°C, sau đó bổ sung dầu hạt chôm chôm theo tỉ lệ béo:chất bao 1:2 (w/w).
    2. Hòa tan whey protein riêng biệt ở nhiệt độ phòng.
    3. Đồng hóa cơ hỗn hợp carbohydrate và dầu ở 8000 vòng/phút trong 5 phút.
    4. Bổ sung whey protein vào hỗn hợp, đồng hóa áp lực cao 3 lần ở 300 bar.
    5. Sấy phun hỗn hợp nhũ tương với các điều kiện cố định.
    6. Bột sản phẩm được bảo quản gia tốc ở 60°C trong 30 ngày, lấy mẫu định kỳ 5 ngày/lần để đánh giá.

  • Thiết kế thí nghiệm:

    • Giai đoạn 1: So sánh 4 tổ hợp chất bao whey protein kết hợp với từng loại carbohydrate (gum arabic, maltodextrin, saccharose, glucose) với tỉ lệ 1:1 (w/w).
    • Giai đoạn 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ whey protein và maltodextrin trong tổ hợp chất bao (1:1, 1:2, 1:3, 1:4 w/w).

  • Phân tích số liệu:

    • Xác định hàm lượng béo tổng, béo bề mặt, chỉ số acid, chỉ số peroxide.
    • Đánh giá hiệu quả vi bao (MEE) và hiệu suất vi bao (MEY).
    • Phân tích kích thước hạt bột bằng thiết bị chuyên dụng.
    • Xử lý thống kê ANOVA với mức ý nghĩa P < 0,05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của loại carbohydrate trong tổ hợp chất bao:

    • Tổ hợp whey protein và maltodextrin cho hiệu quả vi bao cao nhất với MEE đạt 85,93% và MEY đạt 90,54%.
    • Chỉ số acid (AV) của sản phẩm vi bao whey protein - maltodextrin là 0,63 mg KOH/g dầu, thấp hơn so với các tổ hợp khác.
    • Chỉ số peroxide (PoV) đạt 4,76 meq/kg dầu, cho thấy khả năng chống oxy hóa tốt hơn.
    • Các tổ hợp whey protein với gum arabic, saccharose và glucose có hiệu quả vi bao thấp hơn, MEE dao động khoảng 70-80%.

  2. Ảnh hưởng của tỉ lệ whey protein và maltodextrin:

    • Tỉ lệ whey protein : maltodextrin = 1:3 (w/w) là lựa chọn tối ưu với MEE đạt 96,36% và MEY đạt 81,49%.
    • Chỉ số acid và peroxide lần lượt là 0,72 mg KOH/g dầu và 4,90 meq/kg dầu, duy trì ổn định trong quá trình bảo quản gia tốc 30 ngày.
    • Tỉ lệ này giúp tạo hệ nhũ tương ổn định, kích thước hạt bột phân bố đồng đều, giảm sự tiếp xúc của dầu với oxy.

  3. Kích thước hạt bột và phân bố:

    • Kích thước hạt bột sản phẩm vi bao whey protein - maltodextrin ở tỉ lệ 1:3 dao động trong khoảng 10-50 µm, phù hợp với tiêu chuẩn vi bao chất béo.
    • Phân bố kích thước hạt đồng đều giúp tăng hiệu quả bảo vệ dầu bên trong.

  4. Quá trình bảo quản gia tốc:

    • Trong 30 ngày bảo quản ở 60°C, sản phẩm vi bao whey protein - maltodextrin duy trì chỉ số acid và peroxide ở mức thấp, chứng tỏ khả năng chống oxy hóa và bảo vệ dầu hiệu quả.
    • Sản phẩm vi bao với các tổ hợp khác có xu hướng tăng chỉ số acid và peroxide nhanh hơn, cho thấy sự oxy hóa diễn ra mạnh hơn.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả vi bao cao của tổ hợp whey protein và maltodextrin được giải thích bởi khả năng tạo màng bao dẻo, ổn định hệ nhũ và giảm lỗ mao quản trên bề mặt hạt bột, hạn chế sự thẩm thấu oxy. Maltodextrin với chỉ số DE 12 có độ nhớt thấp, dễ hòa tan, giúp tăng hàm lượng chất khô trong hệ nhũ, đồng thời làm đầy các mao quản trên màng protein, tăng cường khả năng bảo vệ dầu.

Tỉ lệ whey protein : maltodextrin = 1:3 tối ưu do cân bằng giữa khả năng tạo màng của protein và tính chất tạo gel, giảm độ nhớt của maltodextrin, giúp đồng hóa hiệu quả và tạo hạt bột có kích thước đồng đều. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vi bao dầu thực vật bằng whey protein và maltodextrin.

Chỉ số acid và peroxide thấp trong quá trình bảo quản gia tốc chứng tỏ màng bao có khả năng ngăn chặn oxy và các tác nhân oxy hóa, kéo dài thời gian bảo quản dầu hạt chôm chôm. Biểu đồ thể hiện sự ổn định của các chỉ số này qua thời gian sẽ minh họa rõ ràng hiệu quả bảo vệ của tổ hợp chất bao.

So với các tổ hợp khác như whey protein - gum arabic hay whey protein - saccharose, tổ hợp whey protein - maltodextrin có ưu thế về chi phí và hiệu quả vi bao, phù hợp cho ứng dụng công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng tổ hợp whey protein và maltodextrin tỉ lệ 1:3 (w/w) làm chất bao trong vi bao dầu hạt chôm chôm:

    • Động từ hành động: Áp dụng
    • Target metric: Hiệu quả vi bao > 95%, chỉ số acid < 1 mg KOH/g dầu sau 30 ngày bảo quản
    • Timeline: Triển khai trong 6 tháng
    • Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp chế biến dầu thực vật và viện nghiên cứu công nghệ thực phẩm

  2. Tối ưu quy trình đồng hóa áp lực cao và sấy phun:

    • Động từ hành động: Chuẩn hóa
    • Target metric: Kích thước hạt bột phân bố đồng đều trong khoảng 10-50 µm
    • Timeline: 3 tháng thử nghiệm và điều chỉnh
    • Chủ thể thực hiện: Phòng thí nghiệm và nhà sản xuất thiết bị

  3. Phát triển sản phẩm bột vi bao dầu hạt chôm chôm với thời gian bảo quản kéo dài:

    • Động từ hành động: Phát triển
    • Target metric: Thời gian bảo quản tối thiểu 6 tháng ở nhiệt độ phòng mà không giảm chất lượng
    • Timeline: 12 tháng nghiên cứu và thử nghiệm thị trường
    • Chủ thể thực hiện: Công ty thực phẩm, trung tâm nghiên cứu phát triển sản phẩm

  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ vi bao bằng sấy phun cho các cơ sở sản xuất nhỏ và vừa:

    • Động từ hành động: Đào tạo
    • Target metric: Ít nhất 5 cơ sở được chuyển giao công nghệ trong 1 năm
    • Timeline: 12 tháng
    • Chủ thể thực hiện: Trường đại học, viện nghiên cứu, tổ chức hỗ trợ doanh nghiệp

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm:

    • Lợi ích: Hiểu rõ về kỹ thuật vi bao, ứng dụng whey protein và carbohydrate trong bảo quản dầu thực vật.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu mới, cải tiến công nghệ vi bao.

  2. Doanh nghiệp sản xuất dầu thực vật và thực phẩm chức năng:

    • Lợi ích: Áp dụng công nghệ vi bao để nâng cao chất lượng sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản.
    • Use case: Sản xuất bột dầu hạt chôm chôm vi bao, mở rộng thị trường.

  3. Chuyên gia công nghệ và kỹ thuật viên trong ngành chế biến thực phẩm:

    • Lợi ích: Nắm bắt quy trình đồng hóa, sấy phun và kiểm soát chất lượng sản phẩm vi bao.
    • Use case: Vận hành thiết bị, tối ưu quy trình sản xuất.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp, thực phẩm:

    • Lợi ích: Đánh giá tiềm năng phát triển sản phẩm từ nguyên liệu địa phương, thúc đẩy công nghiệp chế biến.
    • Use case: Xây dựng chính sách hỗ trợ, phát triển chuỗi giá trị sản phẩm dầu hạt chôm chôm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi bao bằng phương pháp sấy phun có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
    Phương pháp sấy phun có chi phí thấp, năng suất cao, tạo ra sản phẩm bột mịn với thời gian sấy ngắn, phù hợp cho nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt. Ví dụ, dầu hạt chôm chôm được bảo quản hiệu quả nhờ màng bao mỏng, ổn định.

  2. Tại sao whey protein và maltodextrin được kết hợp làm chất bao?
    Whey protein tạo màng bao chắc chắn và có khả năng nhũ hóa tốt, trong khi maltodextrin giúp giảm độ nhớt, tăng hàm lượng chất khô và làm đầy các lỗ mao quản trên màng protein, từ đó tăng hiệu quả vi bao.

  3. Ảnh hưởng của tỉ lệ whey protein và maltodextrin đến hiệu quả vi bao như thế nào?
    Tỉ lệ whey protein : maltodextrin = 1:3 được xác định là tối ưu, giúp tạo hệ nhũ tương ổn định, kích thước hạt đồng đều và bảo vệ dầu tốt hơn so với các tỉ lệ khác.

  4. Chỉ số acid và peroxide phản ánh điều gì về chất lượng dầu vi bao?
    Chỉ số acid đo lượng acid béo tự do, chỉ số peroxide đo mức độ oxy hóa ban đầu. Giá trị thấp của hai chỉ số này cho thấy dầu được bảo quản tốt, ít bị phân hủy và oxy hóa.

  5. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả vi bao trong nghiên cứu này?
    Hiệu quả vi bao (MEE) được tính dựa trên tỉ lệ chất béo được bao bên trong hạt so với tổng chất béo trong bột sản phẩm, kết hợp với hiệu suất vi bao (MEY) đo tỉ lệ thu hồi chất béo sau sấy phun so với ban đầu. Các chỉ số này được xác định bằng phương pháp trích ly và phân tích hóa học.

Kết luận

  • Dầu hạt chôm chôm là nguồn nguyên liệu giàu acid béo có lợi, nhưng dễ bị oxy hóa, cần biện pháp bảo quản hiệu quả.
  • Việc kết hợp whey protein concentrate và maltodextrin làm chất bao trong vi bao bằng sấy phun cho hiệu quả bảo vệ dầu cao nhất, với MEE đạt trên 96%.
  • Tỉ lệ whey protein : maltodextrin = 1:3 (w/w) được xác định là tối ưu cho quá trình vi bao dầu hạt chôm chôm.
  • Sản phẩm vi bao duy trì chỉ số acid và peroxide thấp trong 30 ngày bảo quản gia tốc ở 60°C, chứng tỏ khả năng chống oxy hóa tốt.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công nghệ bảo quản dầu hạt chôm chôm, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

Next steps: Triển khai ứng dụng quy mô công nghiệp, tối ưu quy trình sản xuất và mở rộng nghiên cứu bảo quản các loại dầu thực vật khác.

Call-to-action: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp để phát triển sản phẩm vi bao dầu hạt chôm chôm, nâng cao giá trị kinh tế và sức cạnh tranh trên thị trường.