sử dụng vỏ trái thanh long để thay thế một phần bột mì trong quy trình sản xuất bánh quy giàu chất xơ

614.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng xơ, betacyanin, phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa của bột vỏ trái thanh long .... 614.2.2 Ảnh hưởng của tốc độ dòng tác nhân sấy đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

MAI THỊ HẢI ANH

SỬ DỤNG VỎ TRÁI THANH LONG ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN BỘT MÌ TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BÁNH QUY

GIÀU CHẤT XƠ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2024

HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

MAI THI HAI ANH

UTILIZING PITAYA PEEL POWDER FOR PARTIAL REPLACEMENT OF WHEAT FLOUR IN THE PRODUCTION

OF HIGH-FIBER COOKIES

A disertation submitted for degree of Doctor of Philosophy

HO CHI MINH - 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

MAI THỊ HẢI ANH

SỬ DỤNG VỎ TRÁI THANH LONG ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN BỘT MÌ TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BÁNH QUY

GIÀU CHẤT XƠ

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Mã số chuyên ngành: 9540101

Phản biện độc lập: PGS.TS Nguyễn Vũ Hồng Hà Phản biện độc lập: PGS.TS Lê Nguyễn Đoan Duy

Phản biện: PGS.TS Kha Chấn Tuyền Phản biện: PGS.TS Phan Ngọc Hòa Phản biện: PGS.TS Lê Hồng Phú

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

1 GS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN

2 PGS TS TRẦN THỊ THU TRÀ

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Chữ ký

Mai Thị Hải Anh

ii

TÓM TẮT LUẬN ÁN

Sản phẩm bánh quy truyền thống có hàm lượng đường, tinh bột và giá trị năng lượng cao nhưng lại nghèo chất xơ Vỏ trái thanh long (PFP) là phụ phẩm của quy trình chế biến trái thanh long nhưng giàu chất xơ và các chất có hoạt tính sinh học Trong nghiên cứu này, bột vỏ trái thanh long (PPP) được sử dụng để thay thế một phần bột mì trong quy trình sản xuất bánh quy giàu chất xơ Mục đích của luận án là xác định (i) sự ảnh hưởng của quá trình chần đến chất lượng PFP, (2i) sự ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng PPP, (3i) sự ảnh hưởng của kích thước lỗ rây đến chất lượng PPP, (4i) sự ảnh hưởng của kích thước PPP đến chất lượng bánh quy, (5i) sự ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung PPP đến chất lượng bánh quy

Kết quả cho thấy, khi tăng nhiệt độ chần từ 70 đến 98±2 oC, sau 3 phút chần, mức độ vô hoạt polyphenoloxidase (PPO) và peroxidase (POD) tăng lần lượt từ 28.2 đến 70.6% và từ 59.9 đến 95.4%, trong khi đó, phần trăm betacyanin và phenolic tổn thất cũng tăng lần lượt từ 2.5 lên 15.6% và từ 1.3 lên 6.0%; hoạt tính chống oxy hóa (OXH) cũng càng giảm Tương tự, sự tăng mức độ vô hoạt enzyme và tổn thất các hợp chất chống oxy hóa nói trên cũng tăng theo thời gian chần; tuy nhiên, sự tổn thất hàm lượng betacyanin, phenolic và hoạt tính chống OXH của PPP có qua chần luôn thấp hơn so với mẫu không qua chần khi chúng được bảo quản ở nhiệt độ phòng

Điều kiện thích hợp để sấy vỏ thanh long là nhiệt độ 60 oC, tốc độ tác nhân sấy 3.0 m/s và thời gian sấy 8.6 giờ

Kích thước lỗ rây càng giảm thì PPP thu được có hàm lượng chất xơ tổng, chất xơ không hòa tan giảm nhưng chất xơ tan, phenolic tổng và hoạt tính chống OXH tăng

Khi bổ sung 10% PPP vào công thức bánh quy với kích thước hạt giảm dần, hàm lượng phenolic, hoạt tính chống OXH của bánh tăng lên nhưng chất xơ tổng giảm; đường kính, độ dày và thể tích của bánh cũng giảm nhưng tỉ trọng và độ cứng của sản phẩm lại tăng Khi tỷ lệ PPP bổ sung tăng từ 0 đến 25%, hàm lượng chất xơ, betacyanin, phenolic và hoạt tính chống OXH của sản phẩm tăng; chỉ số GI và mức độ ưa thích chung giảm; sự

giải phóng các hoạt chất và hoạt tính chống OXH tăng ở tất cả các bước tiêu hóa in vitro;

iii

tuy nhiên, độ cứng và màu đỏ của bánh tăng Khi sử dụng 15% PPP thì bánh quy thu được là thực phẩm giàu chất xơ (hàm lượng chất xơ xấp xỉ 6.7 g/100 g chất khô) Sử dụng chất nhũ hóa lecithin với tỷ lệ 2% khối lượng bột nguyên liệu giúp cải thiện các tính chất vật lý của bánh quy giàu xơ khi tỷ lệ bổ sung PPP trong công thức gia tăng đến 25%

iv

ABSTRACT

Traditional cookies are rich in sugar, starch, and energy but low in dietary fiber Pitaya fruit peel is a by-product of the pitaya fruit processing; it is rich in dietary fiber and bioactive compounds In this study, pitaya peel powder (PPP) was used to partially replace wheat flour in the production of high-fiber cookies The research objectives were to determine: (i) the impacts of blanching conditions on the quality of pitaya peel, (ii) the impacts of drying conditions on the PPP quality, (iii) the impacts of sieve aperture size on the PPP quality, (iv) the impacts of PPP particle size on the cookie quality, and (v) the impacts of PPP ratios in the cookie recipe on the product quality

The results show that when the blanching temperature increased from 70 to 98±2 oC, after 3 minutes, the inhibition levels of polyphenoloxidase (PPO) and peroxidase (POD) were enhanced from 28.2 to 70.6% and 59.9 to 95.4%, respectively Meanwhile, the percentage of betacyanin and phenolic losses were increased from 2.5 to 15.6% and from 1.3 to 6.0%, respectively; the antioxidant activity of pitaya peel was also reduced However, the loss in betacyanins, phenolics, and antioxidant activity of the blanched PPP was lower than that of the unblanched counterpart

The appropriate conditions of convection drying of pitaya peel were drying temperature of 60 °C, hot air speed of 3.0 m/s and drying time of 8.6 hours

For PPP, the smaller the particle size, the lower the total fiber content, but the greater the soluble fiber and phenolic contents as well as the higher the antioxidant activity At 10% PPP level in the cookie formulation, decrease in PPP particle size enhanced the phenolic content and antioxidant activity of cookies but reduced its total fiber content as well as its diameter, thickness, and volume; however, the density and hardness of the product was increased

When the PPP ratio in cookie recipe increased from 0 to 25%, the dietary fiber, betacyanin, total phenolic content and antioxidant activity of the product were improved, while the GI and overall acceptability were reduced Additionally, the release of

betacyanin, phenolics, and antioxidant activity increased in all in vitro digestion steps

The cookies supplemented with 15 % PPP were considered high fiber food

v

Using 2% of lecithin emulsifier improved the physical properties of high-fiber cookies when the addition ratio of PPP in the cookie recipe increased to 25%

Chân thành cảm ơn Mai Thị Hải Anh

1.3.2 Phạm vi và nội dung nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

2.1.2 Các nguồn chất xơ sử dụng trong sản xuất bánh quy 5

2.1.3 Ảnh hưởng của việc bổ sung phụ phẩm quy trình chế biến thực phẩm đến chất lượng của bánh quy 9

2.2 Trái thanh long 13

2.2.1 Giới thiệu chung 13

2.2.2 Thành phần hóa học của vỏ trái thanh long 15

2.2.3 Sử dụng vỏ trái thanh long để sản xuất các sản phẩm có giá trị gia tăng 22

2.2.4 Ứng dụng bột vỏ trái thanh long để sản xuất thực phẩm giàu xơ 25

viii

2.3 Đánh giá một số tính chất sinh học của thực phẩm bằng phương pháp tiêu hoá

trong ống nghiệm (In vitro digestion) 27

2.3.1 Khả năng tiếp cận sinh học (bioaccessibility) và khả dụng sinh học (bioavailability) 27

2.3.2 Chỉ số đường huyết (Glycemic index) 28

2.3.3 Phương pháp tiêu hoá trong ống nghiệm để đánh giá một số tính chất sinh học của thực phẩm 29

2.3 Điểm mới của luận án 31

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

3.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng 33

3.1.1 Vỏ trái thanh long 33

3.3.1 Quy trình chuẩn bị bột vỏ thanh long 38

3.3.2 Công thức và quy trình làm bánh sử dụng trong nghiên cứu 38

ix

3.4.5 Phương pháp xác định hoạt tính, thông số động học của quá trình bất hoạt

polyphenoloxidase, peroxidase và sự phá hủy betacyanin, phenolic tổng 49

3.4.6 Phương pháp đánh giá khả năng tiêu hóa in vitro của các mẫu bánh 51

3.5 Phương pháp xử lý số liệu 52

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

4.1 Ảnh hưởng của điều kiện chần đến chất lượng vỏ thanh long 53

4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hoạt tính polyphenoloxidase và peroxidase 53

4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hàm lượng chất chống oxy hóa và hoạt tính chống oxy hóa 54

4.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến màu sắc vỏ 57

4.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến khả năng bảo quản bột vỏ thanh long 59

4.2 Ảnh hưởng của điều kiện sấy đến chất lượng bột vỏ trái thanh long 61

4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng xơ, betacyanin, phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa của bột vỏ trái thanh long 61

4.2.2 Ảnh hưởng của tốc độ dòng tác nhân sấy đến hàm lượng xơ, betacyanin, phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa của bột vỏ trái thanh long 65

4.3 Ảnh hưởng của kích thước rây đến chất lượng của bột vỏ thanh long 66

4.3.1 Ảnh hưởng của kích thước rây đến thành phần hóa học của bột vỏ thanh long 66

4.3.2 Ảnh hưởng của kích thước lỗ rây đến tính chất vật lý của bột vỏ thanh long 69

4.4 Ảnh hưởng của kích thước bột vỏ trái thanh long đến chất lượng bánh quy 71

4.4.1 Ảnh hưởng của kích thước bột vỏ thanh long đến thành phần hóa học của bánh quy 71

4.5.5 Giải pháp kỹ thuật cải thiện tính chất vật lý và cảm quan của bánh quy giàu xơ được bổ sung 25% bột vỏ trái thanh long 87

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

5.1 Kết luận 90

5.1.1 Về mặt học thuật 90

5.1.2 Về mặt ứng dụng 91

5.2 Kiến nghị 91

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 123

xi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Các bộ phận của trái thanh long Hylocereus undatus 13

Hình 2.2 Vỏ thanh long là phụ phẩm của quy trình chế biến các sản phẩm từ trái thanh long [56] 15

Hình 2.3 Cấu tạo của indicaxanthin (nhóm betaxanthin, trái) và betanin (nhóm betacyanin, phải) [79] 17

Hình 2.4 Cơ chế phản ứng của betanin với gốc peroxyl trong methanol (A) và trong hệ nhũ tương nước/dầu (B) [88] 19

Hình 2.5 Sơ đồ phương pháp tiêu hóa ống nghiệm theo INFOGEST 2.0 (SSF, SGF, SIF tương ứng mô phỏng dịch vị, dịch dạ dày và dịch ruột) [145] (a); theo Colantuono và cộng sự [147](b) 31

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu 37

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình thí nghiệm sản xuất bột vỏ trái thanh long 38

Hình 3.3 Quy trình sản xuất bánh quy có bổ sung bột vỏ thanh long 39

Hình 4.1 Hoạt tính còn lại của polyphenoloxidase (A) và peroxidase (B) trong vỏ thanh long theo thời gian chần Hoạt tính còn lại của enzyme tại thời điểm ban đầu là 100%; Nhiệt độ chần: ( ) 70oC, ( ) 80oC, ( ) 90oC, ( ) 98 (±2) oC 53

Hình 4.2 Hàm lượng betacyanin (A) và phenolic tổng (B) còn lại trong vỏ thanh long theo thời gian chần Hàm lượng còn lại của betacynin và phenolic tổng tại thời điểm ban đầu là 100%; Nhiệt độ chần: ( ) 70 oC, ( ) 80 oC, ( ) 90 oC, ( ) 98 (±2) oC 55

Hình 4.3 Hoạt tính dập tắt gốc tự do DPPH (A) và hoạt tính khử sắt FRAP (B) còn lại trong vỏ thanh long theo thời gian chần Hoạt tính DPPH và FRAP tại thời điểm ban đầu là 100%; Nhiệt độ chần: ( ) 70 oC, ( ) 80 oC, ( ) 90 oC, ( ) 98 (±2) oC 56

Hình 4.4 Hàm lượng betacyanin và phenolic còn lại (A), hoạt tính chống oxy hóa còn lại (B) của bột vỏ thanh long theo thời gian bảo quản Hàm lượng betacyanin, phenolics và hoạt tính chống oxy hóa tại thời điểm ban đầu là 100%: ( ) phenolic (A), hoạt tính dập tắt gốc DPPH (B); ( ) betacyanin (A), hoạt tính FRAP (B); mẫu chần ở 98 (±2) oC trong 3 phút ( ), mẫu không chần ( ) 60

Hình 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng betacyanin và phenolic tổng 62

Hình 4.6 Các mẫu bột vỏ thanh long sấy ở nhiệt độ sấy khác nhau 62

xii

Hình 4.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hoạt tính chống oxy hóa của bột vỏ thanh long 64Hình 4.8 Hình ảnh cấu trúc tổ ong dưới kính hiển vi điện tử quét của mẫu bột vỏ thanh long 71Hình 4.9 Hình ảnh các mẫu bánh quy: C30, C40, C70 và C140 là các mẫu bánh bổ sung bột vỏ thanh long lần lượt lọt qua các sàng có kích thước lỗ sàng là 595, 420, 210 và 105 µm; tỷ lệ theo khối lượng của bột mì và bột vỏ thanh long cố định lần lượt là 90% và 10%; C0 là mẫu bánh đối chứng không bổ sung bột vỏ thanh long 76Hình 4.10 Mức độ ưa thích chung về cảm quan của các mẫu bánh: : C30, C40, C70 và C140 là các mẫu bánh bổ sung bột vỏ thanh long lần lượt lọt qua các sàng có kích thước lỗ sàng là 595, 420, 210 và 105 µm; tỷ lệ theo khối lượng của bột mì và bột vỏ thanh long cố định lần lượt là 90% và 10%; C0 là mẫu bánh đối chứng không bổ sung bột vỏ thanh long 76Hình 4.11 Các mẫu bánh quy được bổ sung bột vỏ thanh long với các tỷ lệ khác nhau; C10, C15, C20, C25 là các mẫu bánh được bổ sung bột vỏ thanh long với các tỷ lệ lần lượt là 10, 15, 20, 25%; C0 là mẫu bánh đối chứng không bổ sung bột vỏ thanh long 79Hình 4.12 Chỉ số đường huyết in vitro của các mẫu bánh quy với các tỷ lệ bổ sung bột vỏ thanh long từ 0-25% Giá trị cột với các chữ cái trên mỗi cột khác nhau thì khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0.05) 82Hình 4.13 Sự giải phóng các thành phần có hoạt tính chống oxy hóa của bánh quy với các tỷ lệ bổ sung bột vỏ thanh long từ 0-25% trong quá trình tiêu hóa in vitro Giá trị cột với các chữ cái trên mỗi cột cùng nền khác nhau thì khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0.05) 86

xiii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Một số loại ngũ cốc và cám ngũ cốc được bổ sung vào bánh quy 6

Bảng 2.2 Một số phụ phẩm rau trái được bổ sung vào bánh quy 8

Bảng 2.3 Sự thay đổi thành phần dinh dưỡng của bánh quy bổ sung phụ phẩm giàu xơ 9

Bảng 2.4 Sự thay đổi chỉ số D/T của bánh quy khi bổ sung phụ phẩm giàu xơ 11

Bảng 2.5 Sự thay đổi độ cứng của bánh quy khi bổ sung phụ phẩm giàu xơ 12

Bảng 2.6 Sự thay đổi thành phần xơ của bột vỏ thanh long khi cho qua rây với kích thước lỗ khác nhau [72] 16

Bảng 2.7 Một số hợp chất betacyanin có trong vỏ thanh long 18

Bảng 2.8 Các thành phần phenolic có trong vỏ trái thanh long 20

Bảng 2.9 Một số nghiên cứu về thu nhận bột vỏ thanh long giàu xơ và hợp chất chống oxy hóa 24

Bảng 2.10 Các sản phẩm có bổ sung bột vỏ trái thanh long 26

Bảng 3.1 Các loại hóa chất được sử dụng 34

Bảng 3.2 Các chế phẩm enzyme được sử dụng trong nghiên cứu 35

Bảng 3.3 Các thiết bị được sử dụng trong quá trình thực hiện luận án 36

Bảng 3.4 Công thức làm bánh quy sử dụng trong nghiên cứu 39

Bảng 3.5 Tỷ lệ bột vỏ thanh long thay thế bột mì trong công thức bánh quy 45

Bảng 4.1 Hệ số tốc độ ức chế (k), thời gian bán hủy (t1/2) và năng lượng hoạt hóa của polyphenoloxidase và peroxidase ở các mức nhiệt độ chần khác nhau 54

Bảng 4.2 Hệ số tốc độ phá hủy (k), thời gian bán hủy (t1/2) và năng lượng hoạt hóa của betacyanin và phenolic ở các mức nhiệt độ chần khác nhau 56

Bảng 4.3 Màu sắc của vỏ thanh long ở nhiệt độ và thời gian chần khác nhau 58

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của quá trình chần đến hệ số tốc độ phá hủy (k) và thời gian bán hủy (t1/2) của betacyanin và phenolic tổng trong quá trình bảo quản 60

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng chất xơ của bột vỏ thanh long (% chất khô) 61

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của tốc độ dòng tác nhân sấy đến hàm lượng chất xơ của bột vỏ thanh long (% chất khô) 65

xiv

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của tốc độ dòng tác nhân sấy đến hàm lượng betacyanin, phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa của bột vỏ thanh long 66Bảng 4.8 Thành phần hóa học và tính chất vật lý của bột vỏ thanh long và bột mì sử dụng trong nghiên cứu 67Bảng 4.9 Thành phần hóa học của các mẫu bánh 72Bảng 4.10 Tính chất vật lý của các mẫu bánh quy 74Bảng 4.11 Thành phần hóa học và hoạt tính chống oxy hóa của bánh quy với các tỷ lệ bột vỏ thanh long khác nhau 77Bảng 4.12 Tính chất vật lý và mức độ ưa thích chung của các mẫu bánh quy được bổ sung bột vỏ thanh long với các tỷ lệ khác nhau 79Bảng 4.13 Sự thay đổi hàm lượng betacyanin, phenolic và hoạt tính chống oxy hóa của các mẫu bánh quy bổ sung bột vỏ thanh long với các tỷ lệ khác nhau trong quá trình tiêu

hóa in vitro 83

Bảng 4.14 Ảnh hưởng của lecithin đến tính chất vật lý và cảm quan của bánh quy giàu xơ 89

IDF (Insoluble Dietary Fiber): Chất xơ không hòa tan

INFOGEST (an international network of excellence on the fate of food in the gastrointestinal tract): Mạng lưới quốc tế chuyên gia về sự biến đổi của thực phẩm trong đường tiêu hóa

IMARC (International Market Analysis Research and Consulting: Công ty nghiên cứu thị trường toàn cầu

NN&PTNT: Nông nghiệp và Phát triển nông thôn OXH: Oxy hóa

PFP (Pitaya Fruit Peel): Vỏ trái thanh long PPP (Pitaya Peel Powder): Bột vỏ thanh long PPO: Polyphenoloxidase

Thanh long là cây ăn trái phổ biến ở nước ta Theo Cục Trồng trọt, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, cả nước ta có khoảng 64.700 ha đất trồng thanh long với tổng sản lượng trái gần 1.4 triệu tấn trong năm 2021 [2] Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm từ trái thanh long đang trên đà phát triển Vỏ thanh long chiếm 20-30% tổng trọng lượng trái thanh long và là phụ phẩm của quy trình chế biến Ở nước ta, một phần lượng vỏ thanh long được dùng làm thức ăn gia súc hoặc phân bón; phần lớn lượng vỏ thanh long chưa được tái sử dụng hoặc xử lý phù hợp nên gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, vỏ trái thanh long giàu chất xơ và các chất có hoạt tính chống oxy hóa như betacyanin và các hợp chất phenolic [3]; vỏ thanh long chưa được tận dụng để sản xuất

Mục đích chung: Tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng (bánh quy giàu chất xơ) từ nguồn

phụ phẩm vỏ trái thanh long đồng thời góp phần làm tăng hiệu quả sử dụng nguồn nông sản sẵn có trong nước

Mục đích cụ thể: Chọn được các thông số của quá trình chần và sấy để thu được bột vỏ

trái thanh long làm nguyên liệu giàu chất xơ và chất chống oxy hóa; chọn được kích thước lỗ rây và tỷ lệ bổ sung bột vỏ thanh long thích hợp trong công thức sản xuất bánh quy giàu chất xơ

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng

Đối tượng chính của nghiên cứu này là vỏ trái thanh long – phụ phẩm chính từ quy trình chế biến trái thanh long trong sản xuất công nghiệp Bên cạnh đó, loại thực phẩm giàu xơ được chọn để nghiên cứu là bánh quy giàu xơ

1.3.2 Phạm vi và nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu của luận án này được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm trong thời gian từ 20/8/2019 đến 20/8/2022

Nội dung nghiên cứu gồm 4 phần chính: i) xác định sự ảnh hưởng của quá trình chần đến chất lượng vỏ trái thanh long, ii) xác định sự ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng bột vỏ trái thanh long, iii) xác định sự ảnh hưởng của kích thước lỗ rây đến chất lượng bột vỏ trái thanh long và chất lượng bánh quy bổ sung bột vỏ thanh long, iv) xác định sự ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung bột vỏ trái thanh long trong công thức làm bánh quy đến chất lượng sản phẩm

Sự ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và tốc độ dòng tác nhân sấy đến chất lượng bột vỏ trái thanh long

Sự ảnh hưởng ảnh hưởng của kích thước lỗ rây đến chất lượng bột vỏ trái thanh long và chất lượng bánh quy có bổ sung bột vỏ trái thanh long

Sự ảnh hưởng của tỷ lệ sử dụng bột vỏ trái thanh long trong công thức bánh quy đến chất lượng sản phẩm

Chỉ số đường huyết và khả năng giải phóng nhóm chất chống oxy hóa của các mẫu bánh

quy giàu xơ thu được bằng phương pháp tiêu hóa in vitro

Phương pháp cải thiện các tính chất vật lý của bánh quy giàu xơ khi tỷ lệ bổ sung bột vỏ thanh long trong công thức làm bánh gia tăng đến 25% so với khối lượng bột nguyên liệu

4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Bánh quy giàu xơ

2.1.1 Tổng quan về bánh quy

2.1.1.1 Khái niệm bánh quy

Bánh quy là nhóm các sản phẩm bánh nướng được làm từ bột mì, bánh thành phẩm có độ ẩm xấp xỉ 5%, kích thước nhỏ, vị ngọt và giòn [4]

2.1.1.2 Phân loại bánh quy

Bánh quy có thể được phân loại dựa vào một số đặc điểm khác nhau như phân loại theo hình dạng bánh (tròn, vuông, chữ nhật, hình hoa, hình thú…) hoặc phân loại theo thành phần phụ liệu/chất dinh dưỡng bổ sung vào bánh (bổ sung kem, mứt, hạt/ DHA, chất xơ, sắt…) hay phân loại theo đối tượng sử dụng bánh (dành cho trẻ em, người bệnh đái tháo đường, người ăn kiêng nhóm thực phẩm giàu năng lượng ) Trong thực tế sản xuất, bánh

quy thường được phân loại là “cracker” nếu hàm lượng đường và chất béo trong bánh ở mức thấp; là “biscuit” nếu hàm lượng đường và chất béo trong bánh ở mức trung bình; là “cookie” khi hàm lượng đường và chất béo trong bánh ở mức cao [5]

2.1.1.3 Nguyên liệu sản xuất bánh quy

Các thành phần chính trong công thức bánh quy gồm bột mì, chất béo, đường saccharose, bột nở (natri bicarbonat, amoni bicarbonat), nước; một số thành phần phụ có thể là trứng, sữa bột, chất nhũ hóa và hương liệu [6] Tỉ lệ các thành phần nguyên liệu trong công thức bánh ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm

Bột mì là nguyên liệu chính trong công thức bánh quy Thành phần quan trọng nhất trong bột mì là protein Các loại protein trong bột mì gồm có albumin, globulin, gliadin và glutelin; trong đó, gliadin và glutenin có các liên kết S-S nội phân tử và có khả năng tạo các liên kết S-S liên phân tử để tham gia vào cấu trúc của gluten tạo nên tính dẻo, dai của bột nhào giúp cho bánh dễ tạo hình Thông thường, bột mì với hàm lượng protein thấp (8-11%) được coi là phù hợp để sản xuất bánh quy vì khi hàm lượng gluten thấp, khung mạng gluten hình thành phù hợp cho việc cán khối bột nhào và tạo hình bánh quy Tuy nhiên, gluten trong bột mì ảnh hưởng đến sức khỏe của người bệnh celiac Hơn

5

nữa, hàm lượng tinh bột cao trong bột mì không phù hợp cho người bệnh thừa cân và béo phì Do đó, bột mì được thay thế một phần hoặc đôi khi được thay thế bằng các loại bột khác để phát triển các loại bánh quy không chứa gluten và bánh quy dành cho người ăn kiêng [7]

Đường đóng vai trò là chất điều chỉnh cấu trúc và hương vị Loại đường phổ biến trong sản xuất bánh quy là saccharose Đường cung cấp năng lượng nên có thể được thay thế bằng các chất ngọt không có giá trị năng lượng như saccharine, acesulfame-K, aspartame, sucralose và cyclomat Tuy nhiên, những chất ngọt này không thể thực hiện các chức năng tạo cấu trúc cho bánh như đường Do đó, các polyol như sorbitol, lactitol, isomalt, polydextrose và maltitol cũng được sử dụng cùng với chất ngọt [8]

Chất béo là thành phần thứ ba trong bột nhào sau bột mì và đường Chất béo tạo độ mềm cho bánh quy Trong quá trình nhào trộn, chất béo sẽ hạn chế quá trình hydrat hóa và sự phát triển mạng gluten Loại chất béo (bơ, chất béo thực vật, dầu thực vật) và tỷ lệ phần trăm của chất béo trong công thức ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý và cảm quan của bánh [7]

Trong nhóm các nguyên liệu phụ, chất nhũ hóa làm giảm sức căng bề mặt, phân phối chất béo đồng đều, ngăn ngừa sự di chuyển của nước và cải thiện cấu trúc bột nhào Một số chất nhũ hóa thông dụng là lecithin, glycerol monostearate, sodium stearoyl-2 lactylate, sorbitol, propylene glycol [9] Muối được sử dụng làm chất phủ bề mặt và trang trí bánh quy mặn Nồng độ muối sử dụng thường nhỏ hơn 2 – 2.5% lượng bột Các chất tạo nở được bổ sung vào bột nhào để tạo ra bọt khí ảnh hưởng đến cấu trúc của bánh quy sau quá trình nướng Các chất tạo nở phổ biến là bột nở (hỗn hợp natri bicarbonat và một acid), natri pyrophosphat, natri bicarbonat (NaHCO3) và amoni bicarbonat (NH4HCO3) [7]

2.1.2 Các nguồn chất xơ sử dụng trong sản xuất bánh quy

2.1.2.1 Ngũ cốc nguyên cám và phụ phẩm từ quy trình chế biến ngũ cốc

Trong quá trình xay xát để sản xuất bột mì trắng, cám và các phần mầm của hạt ngũ cốc được loại bỏ Khi không tách bỏ phần cám và mầm ra khỏi bột nghiền thì thu được bột mì

6

nguyên cám Lượng chất xơ trong bột mì nguyên cám xấp xỉ 12.1% [10] Thành phần xơ trong cám ngũ cốc bao gồm arabinoxylan, β-glucan, fructan, cellulose và lignin [11] Nhìn chung, cám ngũ cốc có hàm lượng chất xơ cao Bên cạnh đó, cám ngũ cốc còn chứa nhiều thành phần dinh dưỡng có giá trị như protein, lipid, vitamin, khoáng chất và các chất chống oxy hóa [12] Tuy nhiên, một số loại cám ngũ cốc có hàm lượng béo cao nên việc bảo quản chúng khó khăn Ngoài ra, các phân tử chất xơ từ ngũ cốc có mạch dài nên ảnh hưởng đến cấu trúc mạng gluten và làm thay đổi các tính chất lưu biến của bột nhào; hệ quả là thể tích bánh bị giảm, độ cứng tăng Ngoài ra, bánh có thể có vị đắng và màu tối là do bị ảnh hưởng bởi vị đắng và màu sậm tự nhiên của nguyên liệu xơ bổ sung [13] Một số loại bột ngũ cốc nguyên cám và cám ngũ cốc đã được sử dụng như là nguồn chất xơ trong công thức làm bánh quy (Bảng 2.1)

Bảng 2.1 Một số loại ngũ cốc và cám ngũ cốc được bổ sung vào bánh quy Nguồn phụ phẩm Đặc điểm của nguyên liệu

Bột lúa mì nguyên cám [14]

Mức độ nghiền càng mịn thì hàm lượng arabinoxylan tổng và arabinoxylan hòa tan của bột sẽ tăng lên, khả năng hấp thụ nước tăng Các giống lúa mì khác nhau sẽ tạo ra bột có khả năng hấp thu nước khác nhau, từ đó ảnh hưởng khác biệt đến chất lượng bánh quy

Bột malt lúa mì [15]

Hạt lúa mì nguyên cám được ngâm trong nước đến độ ẩm 45%, nảy mầm trong 4 ngày và sấy ở nhiệt độ dao động 40-80oC trong 14h đến độ ẩm 5-6% để tạo malt lúa mì So với bột lúa mì nguyên cám, bột malt lúa mì có hàm lượng tinh bột giảm xấp xỉ 9%, protein giảm 4%; trong khi đó hàm lượng chất xơ tăng 24%, phenolic hòa tan tăng 149% và hoạt tính chống oxy hóa (theo FRAP) tăng 314%, khả năng hút nước giảm 14%, khả năng hút dầu giảm 11% Cám lúa mì [16] Hàm lượng chất xơ cao và chiếm 73-83% chất khô; tuy nhiên hàm lượng

acid phytic khá cao (215-229 mg/100g chất khô) Acid phytic có thể tạo thành phức không hòa tan với các cation khoáng (sắt, magiê, kẽm và canxi) và protein Việc sử dụng thực phẩm giàu acid phytic làm giảm khả dụng sinh học của các khoáng chất và protein Khi giảm kích thước hạt cám thì hàm lượng xơ tổng giảm đi, trong khi đó hàm lượng acid phytic tăng lên Cám yến mạch

khử acid phytic [17]

Cám từ yến mạch và từ một số loại cám ngũ cốc khác có chứa một lượng khá lớn acid phytic

Cám yến mạch được lên men bởi S cerevisiae ở 30oC trong 6h hoặc hấp ở 120oC trong 0.5h làm cho hàm lượng lượng acid phytic giảm đi lần lượt là 84% và 95%; đồng thời hàm lượng xơ tổng tăng xấp xỉ 75% ở cả hai

7

phương pháp xử lý Cám yến mạch khử acid phytic là nguồn chất xơ để bổ sung vào công thức bánh quy

Cám lúa mì được xử lý với chế phẩm cellulase [18]

Thành phần cám lúa mì gồm 15.3% protein, 5.4% lipid, 4.8% tro và 39.0% chất xơ tổng; chỉ số xơ không tan/xơ tan (IDF/SDF) là 7.7 và cao hơn nhiều so với giá trị khuyến nghị của Hiệp hội Dinh dưỡng (xấp xỉ 3.0) Cám lúa mì được xử lí với chế phẩm cellulase (0.75g nước/ g cám, lượng cellulase 9U/g cám, thời gian 150 phút) làm giảm lượng xơ không tan 17%, tăng lượng xơ tan 13%, chỉ số IDF/SDF giảm xấp xỉ 42% so với mẫu đối chứng và đạt giá trị 4.5 Ngoài ra, khả năng giữ nước (WHC) giảm 20%, khả năng giữ dầu (OHC) giảm 25% so với mẫu cám lúa mì không xử lý enzyme Quá trình xử lý không ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng protein, lipid và tro

2.1.2.2 Rau trái và phụ phẩm từ quy trình chế biến rau trái

Một số loại rau trái đã được sử dụng như nguồn chất xơ để bổ sung vào công thức bánh quy như củ dền [19], củ cải đường [20], bí đỏ [21], trái việt quất, đu đủ [22], cam [23], chuối [24] Việc bổ sung bột rau trái làm tăng hàm lượng chất xơ, vitamin, khoáng, nhóm chất phenolic và chất màu tự nhiên cho sản phẩm bánh quy [25]

Các phụ phẩm của quy trình chế biến rau trái như bã rau/trái ép, hạt, vỏ trái thường được xem là nguồn thức ăn gia súc hoặc là chất thải [26] nhưng rất giàu chất xơ và vẫn còn chứa các thành phần có hoạt tính sinh học

Tương tự như nguồn xơ từ ngũ cốc, bột rau trái và phụ phẩm từ quy trình chế biến rau trái có hàm lượng xơ và hoạt tính chống oxy hóa cao [27, 28] nên sẽ cải thiện hàm lượng xơ và chất chống oxy hóa cho bánh Tuy nhiên, việc bổ sung chúng vào công thức bánh quy cũng ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của bột nhào, tính chất vật lý và cảm quan của bánh

Nhiều nghiên cứu đã sử dụng phụ phẩm từ quy trình chế biến rau trái để bổ sung vào bánh quy (Bảng 2.2)

8

Bảng 2.2 Một số phụ phẩm rau trái được bổ sung vào bánh quy Nguồn phụ phẩm Thành phần hóa học của các phụ phẩm

Bã ép

Cà rốt [29] Hàm lượng tính theo chất khô gồm 0.21% protein, 0.3% lipid và 29% chất xơ Hỗn hợp bột mì và bã cà rốt (tỷ lệ 80%:20%) có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn 31% so với bột mì Cà chua [30] Hàm lượng xơ tổng là 48% chất khô, chỉ số IDF/SDF là 1.5

Nho [31] Hàm lượng xơ tổng là 63.88%, chỉ số IDF/SDF là 6.9, hàm lượng phenolic tổng là 2.18 mg GAE/100g, hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH tương đương 1.57 mg acid ascorbic/100g

Hạt

Nho [32] Hàm lượng tính theo chất khô gồm 3.4% tro, 16.3% lipid, 8.3% protein, 83% xơ tổng; tổng hợp chất phenolic chiếm 542.8 g GAE/kg

Xoài [33] Hàm lượng tính theo chất khô gồm 9.36% protein, 9.59% chất béo, 1.31% khoáng, 1.76% xơ thô,

0.87% flavonoid, 0.21%tannin, 0.12% saponin; tổng hợp chất phenolic chiếm 53.85mgGAE/100g

Thanh long [36] Tác giả không công bố thành phần hóa học của bột vỏ thanh long

Dưa hấu [37] Hàm lượng tính theo chất khô gồm 0.25% chất béo, 7.52% protein, 8.15% tro, 68.43% chất xơ tổng, tổng hợp chất phenolic tương đương 6.21 mg GAE/g

Chanh dây tím [38] Hàm lượng tính theo chất khô gồm 4.4% protein, 7% chất béo, 3.1% tro, 79.3% xơ tổng (chỉ số IDF/SDF

là 9.7), tổng hợp chất phenolic tương đương 9.1 mg GAE/g

9

2.1.2.3 Chế phẩm xơ thương mại

Các chế phẩm xơ thương mại phổ biến hiện nay bao gồm hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), cellulose, gum (guar gum, locust bean gum, xantham gum), tinh bột kháng tiêu hóa, polydextrose, inulin và maltodextrin kháng tiêu hóa [39] Đến nay chưa có nhiều công bố về việc bổ sung chế phẩm xơ thương mại vào công thức bánh quy có lẽ do giá thành của chúng là khá cao

2.1.3 Ảnh hưởng của việc bổ sung phụ phẩm quy trình chế biến thực phẩm đến chất lượng của bánh quy

2.1.3.1 Thành phần dinh dưỡng và hoạt tính chống oxy hóa của bánh quy

Việc bổ sung các nguồn xơ vào bánh quy có thể làm thay đổi thành phần dinh dưỡng của bánh Khi đó, bánh thành phẩm có hàm lượng chất xơ cao hơn bánh đối chứng Một số thành phần dinh dưỡng khác như protein, lipid, các chất có hoạt tính sinh học của bánh có thể tăng lên hoặc giảm đi phụ thuộc vào tỷ lệ bổ sung và thành phần hóa học của phụ phẩm đã sử dụng Bảng 2.3 giới thiệu một số ví dụ về sự thay đổi thành phần dinh dưỡng của bánh khi bổ sung phụ phẩm vào công thức chế biến

Bảng 2.3 Sự thay đổi thành phần dinh dưỡng của bánh quy bổ sung phụ phẩm giàu xơ Nguồn phụ phẩm - Tỷ

Vỏ lựu - 7.5% [35] Tăng 51% Tăng 14% Giảm 18% Tăng 13% nd

Vỏ cam - 20% [43] Tăng 152% Giảm 14% Giảm 12% Tăng 48% Tăng 103%

chú thích: nd: không xác định

Một số phụ phẩm như vỏ xoài, vỏ chanh dây, vỏ lựu…giàu các chất có hoạt tính chống oxy hóa (các hợp chất phenolic, carotenoid) nên khi được bổ sung vào công thức bánh đã làm tăng hoạt tính chống oxy hóa cho sản phẩm Ví dụ như bánh quy bổ sung 9% bôt vỏ chanh dây có khả năng ức chế gốc DPPH tăng 118% so với mẫu đối chứng [38]; hay

11

Bảng 2.4 Sự thay đổi chỉ số D/T của bánh quy khi bổ sung phụ phẩm giàu xơ

Vỏ lựu [35] Vỏ chanh [44]

Khi bổ sung 2.5-10% bột vỏ lựu, chỉ số D/T của bánh thấp hơn mẫu đối chứng

Khi bổ sung 5-15% vỏ chanh, chỉ số D/T của bánh cũng thấp hơn mẫu đối chứng

Sự gia tăng tỷ lệ vỏ lựu/vỏ chanh làm tăng lượng chất xơ, các nhóm chức ưa nước trong phân tử chất xơ sẽ cạnh tranh với gluten để liên kết với nước tự do, làm tăng độ nhớt của bột nhào và làm giảm chỉ số D/T

Bột cám lúa mì có kích thước hạt khác nhau: 200µm, 400µm và 850µm [16]

Với cùng một tỷ lệ cám bổ sung, khi tăng kích thước hạt cám thì chỉ số D/T của bánh bị giảm đi

Chỉ số D/T phụ thuộc vào kích thước của hạt bột phụ phẩm bổ sung Kích thước hạt ảnh hưởng đến hàm lượng xơ, độ hấp thụ nước, diện tích bề mặt riêng…của bột phụ phẩm Trong nghiên cứu này, kích thước hạt cám to có hàm lượng xơ cao hơn, do đó cạnh tranh với gluten để liên kết nước tự do, tăng độ nhớt khối bột nhào, giảm chỉ số D/T

Cám yến mạch được lên men và được xử lý thủy nhiệt [17]

Với cùng một tỷ lệ sử dụng, mẫu bánh bổ sung bột cám đã qua lên men có chỉ số D/T thấp hơn mẫu bánh bổ sung bột cám qua đã xử lý thủy nhiệt

Chỉ số D/T phụ thuộc nhiều vào độ nhớt bột nhào Khi độ nhớt bột nhào thấp hơn (mẫu xử lý thủy nhiệt) thì chỉ số D/T cao hơn

và tăng hàm lượng protein phi gluten của bánh khiến cho bột nhào có khả năng giữ nước tốt hơn, làm tăng chỉ số D/T sau quá trình nướng.

Bã ép hạt nho [45] -Bánh bổ sung 5% bã ép hạt nho có chỉ số D/T cao hơn bánh đối chứng

Chỉ số D/T bị ảnh hưởng bởi hàm lượng chất béo trong bột nhào Khi tỷ lệ béo tăng lên thì chỉ số D/T cũng tăng theo

Vỏ chanh dây [38] Bánh bổ sung 3-9% bột vỏ chanh dây có chỉ số D/T không thay đổi so với đối chứng

Tỷ lệ bổ sung thấp không ảnh hưởng đáng kể đến chỉ số D/T

12

Độ cứng của bánh

Độ cứng của bánh quy có thể tăng lên hoặc giảm xuống sau khi được bổ sung thêm các nguồn xơ Bảng 2.5 tổng hợp một số phụ phẩm sử dụng trong công thức bánh làm thay đổi độ cứng của sản phẩm

Bảng 2.5 Sự thay đổi độ cứng của bánh quy khi bổ sung phụ phẩm giàu xơ Nguồn xơ - Tỷ lệ sử

dụng trong công thức bánh

Độ cứng so với đối

chứng

Các nguyên nhân

Cám lúa mì - 20% [46] Tăng 261% -Việc bổ sung chất xơ có khả năng giữ nước lớn hơn bột mì, độ nhớt bột nhào tăng, giảm độ đàn hồi của bột nhào để nở ra trong quá trình nướng, làm giảm khả năng giữ khí, dẫn đến giảm thể tích bánh, bánh đặc cứng hơn [47, 48]

- Một số thành phần xơ có khả năng liên kết với gluten, mạng lưới gluten dày đặc hơn, cấu trúc mạng gluten liên tục hơn và vững chắc hơn [49, 50] Vỏ xoài - 20% [34] Tăng 124%

Vỏ lựu - 10% [35] Tăng 17% Vỏ chanh dây - 9% [38] Tăng 56% Vỏ hạt vừng - 50% [42] Tăng 67%

Bã ép nho - 30% [51] Giảm 71% - Hàm lượng gluten của bánh giảm xuống nên mạng gluten yếu hơn [52, 53]

- Độ ẩm của bánh cao hơn nên bánh mềm hơn [37] Gạo lứt - 30% [53] Giảm 13%

Vỏ dưa hấu - 30% [37] Giảm 25%

2.1.3.3 Chất lượng cảm quan Màu sắc bánh

Màu sắc của bánh quy được hình thành chủ yếu trong quá trình nướng do phản ứng Maillard giữa đường khử và các hợp chất có gốc amino tự do; ngoài ra, phản ứng caramel cũng ảnh hưởng một phần đến màu sắc bánh quy [53] Khi sử dụng phụ phẩm, màu sắc của bánh quy thay đổi do sự thay đổi hàm lượng các thành phần tham gia phản ứng tạo màu; ngoài ra, các sắc tố tự nhiên của phụ phẩm bổ sung cũng ảnh hưởng đến màu sắc bánh [42].

Mức độ chấp nhận sản phẩm

Khi tỉ lệ phụ phẩm trong công thức bánh là ít thì mức độ chấp nhận sản phẩm của người

13

thử ít bị ảnh hưởng [34, 54, 55] Khi tỷ lệ sử dụng phụ phẩm dao động trong khoảng 50%, điểm cảm quan của bánh bị giảm do ngoại hình, kết cấu cũng như hương vị của sản phẩm khác biệt nhiều so với mẫu bánh đối chứng [34, 42]

20-2.2 Trái thanh long

2.2.1 Giới thiệu chung

2.2.1.1 Đặc điểm thực vật học

Trái thanh long có hình bầu dục với nhiều tai lá xanh (do phiến hoa còn lại), đầu trái

lõm sâu thành một hốc Thanh long được chia thành ba loại chính bao gồm Hylocereus undatus thuộc chi Hylocereus, ruột trắng với vỏ hồng hay đỏ; Hylocereus costaricensis (Hylocereus polyrhizus) thuộc chi Hylocereus, ruột đỏ với vỏ hồng hay đỏ; Hylocereus megalanthus, thuộc chi Selenicereus, ruột trắng với vỏ vàng Trái thanh

long có 3 phần chính gồm thịt quả (47.40–73.76%), hạt (2.70–14.67%) và vỏ (36.70–37.60%) [56] Phần vỏ có thể bóc khá dễ dàng khỏi phần ruột trái Thông thường, trái thanh long dài 12.5-16.0 cm, đường kính trái 10-13 cm và trọng lượng trái 300 – 500g

Hình 2.1 Các bộ phận của trái thanh long Hylocereus undatus

2.2.1.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ và chế biến thanh long

Tình hình sản xuất thanh long

Việt Nam hiện là một trong các nước sản xuất và xuất khẩu thanh long quy mô lớn với tổng sản lượng thanh long gần 1.4 triệu tấn vào năm 2021 [2] Các nước sản xuất thanh long quy mô lớn khác gồm có Thái Lan, Đài Loan, Philippines, Malaysia, Sri Lanka, Úc, Israel; khu vực Nam Mỹ có Mexico, Ecuador, Columbia, Nicaragua và Guatamala [57] Phần lớn cây thanh long được trồng ở Việt Nam là loài Hylocereus undatus có vỏ

14

đỏ hay hồng, ruột trắng Thanh long được trồng rộng rãi trên toàn quốc Bình Thuận, Long An, Tiền Giang là các tỉnh có diện tích trồng thanh long lớn nhất nước

Tình hình tiêu thụ thanh long

Trái thanh long được thương mại hóa khắp cả nước Theo ước tính, lượng thanh long tiêu thụ tại thị trường nội địa chỉ khoảng 15 – 20% tổng sản lượng Thanh long Việt Nam được xuất khẩu đến khoảng 40 quốc gia và vùng lãnh thổ khác nhau Ngoài các thị trường truyền thống như Trung Quốc, Indonesia, Hà Lan, Đài Loan, Mỹ, Ý, Nhật và Singapore thì Ấn Độ, New Zealand, Úc và Chi Lê là những thị trường mới tiềm năng [57] Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải quan, năm 2021, thanh long tiếp tục là mặt hàng xuất khẩu chủ lực của trái cây Việt Nam với kim ngạch đạt hơn 1.04 tỷ USD, chiếm tỷ trọng 29.4% tổng kim ngạch xuất khẩu rau trái cả nước [58]

Tình hình chế biến thanh long

Trên thế giới, trái thanh long được chế biến thành nhiều dạng sản phẩm thương mại khác nhau Thịt quả thanh long có thể được chế biến thành kem, yogurt, thạch [59], thanh long đóng hộp [60], mứt [60], nước ép [61], nước ép lên men [62], bột thanh long hòa tan [63]

Tại Việt Nam, các sản phẩm chế biến từ trái thanh long bao gồm thanh long sấy giòn, thanh long sấy dẻo, nước ép thanh long, rượu vang thanh long, kẹo dẻo thanh long… Năm 2021, trên địa bàn Bình Thuận có 13 cơ sở với tổng năng lực chế biến các sản phẩm từ thanh long là 37.800 tấn/năm Các dây chuyền chế biến sản phẩm thanh long hoạt động thải ra một khối lượng đáng kể vỏ thanh long

2.2.2.2 Carbohydrate Chất xơ

Tổng hàm lượng chất xơ trong vỏ thanh long khá cao, xấp xỉ 69% chất khô Chất xơ không hòa tan (IDF) chiếm 56.50%, chất xơ tan (SDF) chiếm 14.82% [67] Vỏ thanh long có chỉ số IDF/SDF là 3.8 [67] và xấp xỉ với giá trị khuyến nghị về thành phần các chất xơ trong thực phẩm cho người [68] Như vậy, chất xơ trong vỏ trái thanh long có một số ưu điểm hơn so với chất xơ cám lúa mì (2.9% SDF, 41.1% IDF) và chất xơ cám yến mạch (3.6% SDF, 20.2% IDF) [69] Tuy nhiên, chỉ số IDF/SDF của vỏ trái thanh long có thể dao động tùy thuộc vào giống và mùa vụ thu hoạch [70, 71] Zhuang và cộng sự (2012) [72] cho rằng hàm lượng xơ, chỉ số IDF/SDF của bột vỏ thanh long còn phụ thuộc vào kích thước của hạt bột vỏ Bảng 2.6 trình bày sự thay đổi thành phần xơ của vỏ thanh long theo kích thước hạt bột

Pectin từ vỏ thanh long có chỉ số DE cao, trọng lượng phân tử trung bình là 0.88×105Da Thành phần monosaccharide chủ yếu là acid galacturonic (39.11%), phần còn lại gồm mannose, rhamnose, galactose, glucose và một lượng nhỏ xylose và arabinose Độ nhớt pectin từ vỏ thanh long thấp hơn độ nhớt pectin táo và cam quýt, phù hợp để làm phụ gia cho những thực phẩm có độ nhớt thấp [76]

Pectin là một chất keo ưa nước (hydrocolloid) có khả năng tương tác với gluten bột mì và góp phần thay đổi cấu trúc bột nhào [77] Việc bổ sung pectin với tỷ lệ thấp (0.4-1%) sẽ tăng cường sự kết hợp của các phân tử gluten và bột nhào khiến cho mạng lưới gluten dày đặc hơn, cấu trúc mạng gluten liên tục hơn so với mẫu bột nhào đối chứng Sự thay đổi cấu trúc bậc 2 của protein như giảm bớt cấu trúc xoắn α và tăng cấu trúc phiến β (β-sheet) và vòng β (β-turn) có thể là kết quả của sự kết hợp gluten và pectin [50] Theo Nawrocka và cộng sự (2018) [49], các liên kết hydro loại 'ether' có thể được hình thành

giữa pectin và gluten trong quá trình nhào bột làm cho mạng gluten chặt hơn Lignin, cellulose và hemicellulose

Trong nhóm carbohydrate của vỏ thanh long, lignin chiếm hàm lượng khoảng 27-37%

Thành phần xơ (%)

Xơ tổng (TDF) Xơ tan (IDF)

Xơ không tan (SDF) Chỉ số IDF/SDF

77.57b48.07a24.10c1.99

79.37a43.59b33.07b1.32

69.71c38.47c27.19b1.41

17

chất khô [67, 73] Hàm lượng cellulose và hemicellulose lần lượt là 15.4% và 4.45% chất khô [73] Các thành phần monosaccharide của hemicellulose chủ yếu bao gồm

glucose và xylose, mannose và galactose [78]

2.2.2.3 Protein, lipid và khoáng

Hàm lượng protein và lipid trong vỏ thanh long khá thấp và mỗi loại chiếm khoảng 0.1% khối lượng vỏ tươi; hàm lượng khoáng xấp xỉ 0.95% khối lượng vỏ tươi [67]

2.2.2.4 Các chất có hoạt tính sinh học Chất màu betacyanin

Betalain là các sắc tố chứa nitơ, hòa tan trong nước; là dẫn xuất indole thơm được tổng hợp từ tyrosine và được tìm thấy ở nhiều loài thực vật khác nhau (hoa xương rồng, vỏ thanh long, củ dền…) Betalain bao gồm 2 nhóm chính: betaxanthin là nhóm sắc tố betalain có màu vàng–cam, gồm các dẫn xuất vulgaxanthin, miraxanthin, portulaxanthin và indicaxanthin; betacyanin là nhóm sắc tố betalain có màu đỏ - đỏ tím, gồm các dẫn xuất betanin, isobetanin, probetanin và neobetanin [79]

Hình 2.3 Cấu tạo của indicaxanthin (nhóm betaxanthin, trái) và betanin (nhóm betacyanin, phải) [79]

Một số các hợp chất betacyanin có trong vỏ trái thanh long đươc thể hiện trong bảng 2.7.

18

Bảng 2.7 Một số hợp chất betacyanin có trong vỏ thanh long

Giống/xuất xứ Dung môi trích ly Hợp chất betacyanin Tài liệu tham khảo

Ruột đỏ/vỏ đỏ (Israel)

Ethanol 67% Betanin, isobetanin, phyllocactin, isophyllocactin, 5-O-β-sophoroside, betanidin-5-O-(6′-O-3-hydroxy-butyryl)-β-glucoside, betanidin-5-O-(6′-O-3-hydroxy-3-methyl-glutaryl)-β-glucoside, iso-betanidin-5-O-(6′-O-3-hydroxy-3-methylglutaryl)-β-glucoside

betanidin-[80]

Ruột đỏ/vỏ đỏ (Trung Quốc)

Methanol 80% Betanin, isobetanin, phyllocatin, hylocerenin [81]

Ruột đỏ/vỏ đỏ (Malaysia)

CO2 siêu tới hạn Betanin, isobetanin, phyllocactin, isophyllocactin, butyrylbetanin, isobutyrylbetanin, 2′-apiosyl-phyllocactin, 2′-apiosyl-isophyllocactin

[82]

Ruột trắng/vỏ đỏ (Việt nam)

nước Betanin, isobetanin, phyllocactin, isophyllocactin [83]

Ruột trắng/vỏ đỏ; Ruột đỏ/vỏ đỏ (Triều Tiên)

Methanol 80% Betanin, isobetanin, hylocerenin, isophyllocactin-I, phyllocactin-II, decarboxy neobetanidin, neobetanin, dehydrogenated neohylocerenin

[84]

19

Betacyanin có những tính chất đặc trưng nhờ sự tồn tại hệ thống 6 nối đôi liên hợp trong công thức cấu tạo Các phân tử betacyanin có khả năng hấp thu bức xạ khả kiến trong vùng từ 534 - 554 nm, tạo nên màu đỏ đến đỏ-tím Do phân tử chứa nhiều nhóm chức phân cực (-OH, -COOH, -NH-) nên betacyanin dễ tan trong nước và hỗn hợp ethanol-nước Các betacyanin kém bền trong môi trường kiềm hay môi trường có hoạt độ nước cao, ánh sáng, nhiệt độ cao và khi có mặt các ion kim loại như Ni2+ hay Cu2+ [79] Nhóm chất màu betacyanin thể hiện hoạt tính chống oxy hóa cao theo các phương pháp đo với TEAC, FRAP, DPPH, ORAC và khả năng dập gốc peroxyl [85, 86] Vì vậy, betacyanin có tác dụng chống lại các rối loạn liên quan đến stress oxy hóa như tim mạch, ung thư, lão hoá nhờ khả năng loại bỏ các gốc tự do [87]

Hình 2.4 Cơ chế phản ứng của betanin với gốc peroxyl trong methanol (A) và trong hệ nhũ tương nước/dầu (B) [88]

Hàm lượng betacyanin của vỏ trái thanh long là 150.46 ± 2.19 mg/100 g chất khô [67] hay 13.8 mg/100g vỏ tươi [89]

Các hợp chất phenolic

Nhiều hợp chất phenolic trong vỏ thanh long có hoạt tính chống oxy hóa Bảng 2.8 giới thiệu các hợp chất phenolic đã được tìm thấy trong vỏ trái thanh long

20

Bảng 2.8 Các thành phần phenolic có trong vỏ trái thanh long

phenolic

Acid hydroxybenzoic 3-O-Methylgallic acid 3,4-O-Dimethylgallic acid

Ethanol 70% Vỏ đỏ - Hylocereus polyrhizus

(Australia)

[90]

Gallic acid

Protocatechuic acid p-Hydroxybenzoic acid Vanillic acid

Syringic acid

Dịch trích với methanol 70% được cô đặc rồi hòa nước; trích phân đoạn với ethyl acetate, cô đặc phân đoạn ethyl acetate ở áp suất thấp đến khô Sau đó hòa tan vào ethanol tuyệt đối thu dung dịch gốc 1mg/ml để phân tích

[91]

Coumaric acid 3-Sinapoylquinic acid Ferulic acid

3-Caffeoylquinic acid Chlorogenic acid Caftaric acid Chicoric acid

Ethanol 70% Vỏ đỏ - Hylocereus polyrhizus

Nước Vỏ đỏ - Hylocereus undatus

(Vietnam)

Vỏ vàng – Hylocereus megalanthus (Colombia)

Quercetin 3-O-galactoside Quercetin 3-O-glucuronide

Ethanol 82% Vỏ đỏ - Hylocereus polyrhizus (Malaysia)

[92]

21

Quercetin 3-O-arabinoside Kaempferol 3-O-glucoside

Isorhamnetin3-O-(2G-α-L-rhamnosyl)-rutinoside 3-Methoxynobileti

Ethanol 70% Vỏ đỏ - Hylocereus polyrhizus

(Australia)

[90]

Anthocyanin

Malvidin 5-O-β-D-glucopyranoside

3-O-(6-O-acetyl-β-D-glucopyranoside)-Ethanol 82% Vỏ đỏ - Hylocereus polyrhizus

(Malaysia)

[92]

Cyanidin 3-O-diglucoside-5-O-glucoside Cyanidin 3-O-(6′′-p-coumaroylglucoside) Isopeonidin 3-O-arabinoside

Cyanidin 3,5-O-diglucoside Delphinidin 3-O-glucoside

Methanol Vỏ đỏ - Hylocereus undatus

(Mexico)

[93]

Prodelphinidin dimer B3 Procyanidin trimer C1 Procyanidin dimer B1 Cinnamtannin A2

Ethanol 70%

Flavanone Narirutin Neoeriocitrin

Ethanol 70%

Isoflavonoid Violanone

6′′-O-Acetyldaidzin Dalbergin

3′,4′,7-Trihydroxyisoflavanone Formononetin 7-O-glucuronide 5,6,7,3′,4′-Pentahydroxyisoflavone 6′′-O-Acetylglycitin

tiên)

[90]

[84]

22

Kim và cộng sự (2011) [84] cho rằng hàm lượng phenolic của vỏ thanh long phụ thuộc vào giống cây trồng Hàm lượng phenolic trong vỏ cao hơn trong phần thịt trái [89, 94, 95] Nhiều tác giả khẳng định nhóm phenolic và betacyanin ảnh hưởng quyết định và có mối tương quan chặt chẽ với hoạt tính chống oxy hóa của vỏ thanh long [89, 91, 94]

2.2.2.5 Các enzyme

Vỏ thanh long chứa nhiều loại enzyme như amylase, pectinase, polyphenoloxidase (PPO), peroxidase (POD), phenylalanine ammonia-lyase (PAL) [96-98] PPO và POD là những enzyme có liên quan nhiều đến sự suy giảm chất lượng trong quá trình bảo quản và chế biến rau trái PPO xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol thành các o-quinon khi có oxy, sau đó các o-quinon trùng hợp thành các sắc tố nâu, đỏ, hoặc đen Ở thực vật, PPO nằm trong lục lạp còn cơ chất phenolic ở trong không bào Các tác động làm tổn thương tế bào tạo điều kiện cho enzyme tiếp xúc với cơ chất và làm cho quá trình oxy hóa xảy ra nhanh chóng POD xúc tác quá trình chuyển đổi hydro peroxide thành nước bằng cách sử dụng phenolic như một chất tạo hydro Sự ức chế PPO và POD làm giảm tác động tiêu cực của các phản ứng hóa nâu nói trên đến màu sắc, giá trị dinh dưỡng và thời hạn sử dụng của sản phẩm từ rau trái

2.2.3 Sử dụng vỏ trái thanh long để sản xuất các sản phẩm có giá trị gia tăng

Vỏ thanh long được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm có giá trị tăng như pectin [99-101]; chất màu betacyanin [102-104]; các hợp chất phenolic [89, 105-107]; chế phẩm enzyme amylase [98, 108] và pectinase [97] Đặc biệt, vỏ thanh long là nguyên liệu để sản xuất bột vỏ thanh long giàu xơ có hoạt tính chống oxy hóa

Sản phẩm giàu xơ có hoạt tính chống oxy hóa (Antioxidant Dietary Fiber - ADF) được định nghĩa là một sản phẩm chứa đồng thời chất xơ và những chất chống oxy hóa tự nhiên như hợp chất phenolic; sản phẩm sẽ thể hiện tác dụng kết hợp có lợi của chất xơ và chất chống oxy hóa [109] Nhiều nghiên cứu cho thấy chất xơ có thể liên kết với các thành phần thực phẩm khác, trong đó có các hợp chất phenolic Polysaccharide có thể liên kết và bẫy các hợp chất phenolic tại một số vị trí Do đó, việc kết hợp các loại xơ ăn kiêng với các hợp chất phenolic có thể mang lại nhiều tác động có lợi cho người sử dụng thực phẩm vì các hoạt tính sinh học của sản phẩm được cải thiện Thực phẩm giàu chất xơ có hoạt tính chống oxy hóa mang lại hiệu quả tốt hơn trong việc phòng ngừa