Công nghệ cô đặc lạnh bảo toàn dinh dưỡng cho nước trái cây
Nhờ khả năng lưu giữ hương vị và các thành phần có lợi cho sức khỏe, công nghệ cô đặc lạnh có thể ứng dụng trong sản xuất các loại bột dinh dưỡng, nước trái cây lên men hoặc chất bảo quản tự nhiên.
Khi mua những hộp nước cam được quảng cáo “100% từ cam tươi” trong siêu thị, hầu hết người tiêu dùng sẽ mường tượng đến một sản phẩm nguyên chất như nước cam tự ép ở nhà. Song thực tế, hầu hết các sản phẩm nước ép trên thị trường đều được sản xuất từ nước trái cây cô đặc. Tại sao các nhà sản xuất lại lựa chọn phương pháp có vẻ “ít nguyên chất” như vậy? Hàng loạt ưu điểm của công nghệ cô đặc thực phẩm chính là đáp án: “Việc cô đặc thực phẩm không chỉ giúp kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm giảm bớt chi phí vận chuyển và lưu trữ, đồng thời tăng nồng độ một số chất dinh dưỡng”, TS. Huỳnh Tiến Đạt ở Khoa Công nghệ hóa học và thực phẩm, trường ĐH Nông Lâm TP.HCM giải thích trong sự kiện Chợ công nghệ và thiết bị (Techmart) chuyên ngành công nghệ sinh học trong lĩnh vực chế biến và nông nghiệp công nghệ cao năm 2023 do Sở KH&CN TP.HCM tổ chức vào cuối tháng 10 vừa qua.
Về bản chất, cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hoà tan trong dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở dạng hơi hay kết tinh chất tan. “Khi nồng độ chất tan tăng lên thì nước giảm, do đó sẽ hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản”, TS. Huỳnh Tiến Đạt lý giải. “Ngoài ra, khi hàm lượng nước giảm bớt thì khối lượng sản phẩm cần vận chuyển cũng ít đi, giúp cắt giảm đáng kể chi phí lưu trữ và vận chuyển. Nhờ khả năng tăng nồng độ các hợp chất, người ta còn ứng dụng công nghệ cô đặc để tạo ra những sản phẩm có chứa các chất dinh dưỡng với nồng độ cao hơn”.
Kể từ khi bằng sáng chế đầu tiên về nước trái cây cô đặc được cấp tại Hoa Kỳ từ những năm 40 đến nay, các sản phẩm từ nước trái cây cô đặc đã phổ biến trên toàn thế giới nhờ tính tiện lợi và kinh tế. Tuy nhiên, cả hai phương pháp cô đặc thực phẩm phổ biến hiện nay, bao gồm công nghệ cô đặc bằng phương pháp gia nhiệt bốc hơi và công nghệ cô đặc bằng màng lọc vẫn còn những hạn chế. “Công nghệ cô đặc bằng phương pháp gia nhiệt bốc hơi là công nghệ phổ biến đã có từ lâu đời. Người ta sử dụng nhiệt độ cao để làm bay hơi nước, dẫn đến phá hủy các hợp chất có hoạt tính sinh học, hoặc làm thay đổi hương vị của thực phẩm”, TS. Huỳnh Tiến Đạt cho biết. Để giảm bớt nhiệt độ, người ta đã ứng dụng công nghệ này ở áp suất chân không (công nghệ cô đặc chân không), song sự thất thoát các thành phần dinh dưỡng và hương vị tự nhiên vẫn chưa thể khắc phục hoàn toàn.
Đây cũng là vướng mắc trong công nghệ cô đặc bằng màng lọc. “Người ta sẽ sử dụng màng lọc có kích thước rất nhỏ để loại bỏ những thành phần không mong muốn (ví dụ như nước), còn lại sẽ thu được sản phẩm cô đặc. Tuy nhiên, công nghệ này cũng làm thay đổi thành phần hóa học của dịch thực phẩm cô đặc, một số chất liên quan đến hương vị, hoặc chất dinh dưỡng vẫn có thể bị mất đi”, TS. Đạt nói. “Công nghệ này rất hữu ích nếu chúng ta muốn tận thu các chế phẩm sau cô đặc, nhưng sản phẩm cô đặc khó giữ được tính chất nguyên bản. Bởi lẽ, về nguyên tắc, chúng ta phải loại bớt thành phần trong dịch thực phẩm. Do vậy, sự thay đổi thành phần của thực phẩm cô đặc là điều không thể tránh khỏi”.
Trong quá trình tìm kiếm một phương pháp cô đặc thực phẩm tối ưu hơn, TS. Huỳnh Tiến Đạt đã chú ý đến công nghệ cô đặc lạnh. Về bản chất, công nghệ này sẽ làm đông lạnh một phần nước trong dung dịch thực phẩm, tạo thành các tinh thể đá, sau đó, tách các tinh thể này ra khỏi dung dịch, nhờ đó làm tăng nồng độ chất tan trong dung dịch thực phẩm cô đặc. “Công nghệ này dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ đông đặc (freezing point) của chất tan và nước trong thực phẩm. Khi nhiệt độ xuống 00C, nước tinh khiết sẽ đông đặc, nhưng các thành phần chất tan thì không. Khi chúng ta đông lạnh cả khối thực phẩm, sau đó rã đông, phần chất tan sẽ tan trước, phần nước đá còn nguyên. Ví dụ rã đông từ -100C dần xuống 00C, các thành phần chất tan sẽ tan trước còn thành phần nước phải lớn hơn 00C mới bắt đầu tan. Do đó, chúng ta có thể loại bỏ được nước trong dung dịch mà không cần phải gia nhiệt cao như phương pháp gia nhiệt bốc hơi”, anh giải thích.
Giữ gìn các chất dinh dưỡng
Khi nghe TS. Huỳnh Tiến Đạt giới thiệu, điểm đầu tiên khiến nhiều người chú ý là các thiết bị cần dùng trong công nghệ cô đặc lạnh có vẻ khá đơn giản. Dựa trên nguyên lý cô đặc lạnh, một hệ thống chỉ cần ba thành phần chính là thiết bị làm lạnh, thiết bị làm tăng kích cỡ tinh thể và thiết bị tách tinh thể. “Thiết bị làm lạnh sẽ có chức năng tạo tinh thể đá, có thể làm lạnh theo kiểu trực tiếp, có bể môi chất làm lạnh, dịch cần cô đặc lưu chuyển trong ống, khi thành ống tiếp xúc với môi chất làm lạnh, phần tiếp xúc sẽ bị đông đá, phần còn lại không bị đông đá sẽ được thu hồi. Sau khi làm lạnh tạo tinh thể đá có kích cỡ dưới 50 micron, chúng ta sẽ chuyển sang thiết bị làm tăng kích cỡ tinh thể, về nguyên lý, dịch chứa tinh thể đá nhỏ sẽ được làm lạnh chậm để phát triển thành tinh thể nước đá lớn hơn, dễ dàng tách ra khỏi dịch cô đặc. Thiết bị tách tinh thể có thể dùng dạng ly tâm hoặc cột rửa”, TS. Huỳnh Tiến Đạt cho biết.
Việc chế tạo các thiết bị như vậy ở quy mô phòng thí nghiệm không phải là vấn đề lớn. Trong quá trình nghiên cứu về công nghệ cô đặc lạnh, TS. Huỳnh Tiến Đạt và các cộng sự cũng sử dụng thiết bị cô đặc lạnh do trường ĐH Nông lâm TP.HCM phối hợp với trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM chế tạo ở quy mô phòng thí nghiệm, với hai buồng làm lạnh. Tuy nhiên, ứng dụng ở quy mô công nghiệp là câu chuyện hoàn toàn khác. Đây là lý do khiến công nghệ cô đặc lạnh vẫn còn lép vế so với công nghệ cô đặc bằng phương pháp gia nhiệt bốc hơi và công nghệ màng lọc. “Kỹ thuật cô đặc lạnh đã phát triển vài thập kỷ nay song ứng dụng vẫn còn hạn chế, do chi phí đầu tư khá cao”, anh cho biết. Nhưng với xu hướng ngày càng quan tâm đến sức khỏe của người tiêu dùng, “chúng ta vẫn có thể cân nhắc ứng dụng công nghệ này để nâng cao chất lượng sản phẩm, tạo ra những sản phẩm có giá trị cao, tốt cho sức khỏe”.
Những kết quả nghiên cứu về khả năng bảo tồn các chất dinh dưỡng của phương pháp cô đặc lạnh đã phần nào khẳng định tiềm năng của hướng đi này. Trong một nghiên cứu mới công bố vào năm nay, TS. Huỳnh Tiến Đạt và các cộng sự đã tìm hiểu về thành phần các chất dinh dưỡng trong dịch cô đặc chanh không hạt theo phương pháp cô đặc lạnh và phương pháp cô đặc chân không. “Chúng tôi thấy phương pháp cô đặc lạnh có khả năng bảo tồn vitamin C cao hơn hẳn so với phương pháp cô đặc chân không”, TS. Huỳnh Thành Đạt hào hứng. “Các phương pháp phân tích sâu hơn cũng cho thấy các hợp chất phenolic, các hợp chất flavonoid chính trong dịch chanh đều tăng lên khá cao, đơn cử như hàm lượng hesperidin, eriocitrin, rutin, naringin và diosmin đều ít nhất gấp ba lần”. Nhiều hợp chất trong số đó có tác dụng tốt cho sức khỏe, tiêu biểu là naringin, thường có trong vỏ các loại cây có múi như chanh, cam, bưởi, có tác dụng kháng oxy hóa, giảm cholesterol, ngăn ngừa cao huyết áp…
Với nhiều ưu điểm, phương pháp cô đặc lạnh đã được ứng dụng trong sản xuất nước trái cây, rau quả, cà phê, bia rượu, thức uống lên men… Nhóm nghiên cứu của TS. Huỳnh Tiến Đạt cũng ứng dụng công nghệ này để sản xuất bột chanh sấy phun từ dịch chanh cô đặc có hàm lượng 45% chanh, cao hơn nhiều so với các sản phẩm trên thị trường (chỉ có khoảng 10%). “Ngoài ưu điểm bảo tồn hương vị và màu sắc thực phẩm, bảo tồn các thành phần nhạy với nhiệt, công nghệ cô đặc lạnh còn tiêu hao năng lượng thấp hơn so với phương pháp bốc hơi gia nhiệt, thiết bị dễ vệ sinh và chi phí bảo trì thấp, hệ thống đa năng có thể ứng dụng cho nhiều loại thực phẩm khác nhau”, TS. Huỳnh Tiến Đạt cho biết. “Tuy có một số nhược điểm như chi phí đầu tư cao, hệ số cô đặc còn hạn chế, có thể mất chất tan vào tinh thể đá, song nếu chúng ta có quy trình tận dụng lại dịch sau cô đặc thì cũng không bị lãng phí”.
Thanh Bình – Thùy Trang
(Bài đăng ở Báo KH&PT số 46)
