Ứng dụng công nghệ vi nang tạo bột hương liệu thực phẩm từ tinh dầu thảo quả
Các nhà nghiên cứu ở trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN) đã ứng dụng công nghệ vi nang để tạo ra bột hương liệu thực phẩm từ tinh dầu thảo quả, thuận tiện cho người dùng và góp phần nâng cao giá trị cây thảo quả.
Với mùi thơm, vị cay ngọt độc đáo, thảo quả (Amomum tsako) – loài cây gia vị và dược liệu phổ biến ở nhiều vùng núi Tây Bắc, được coi là nữ hoàng của các loại gia vị. Tuy nhiên, thảo quả dùng trong ẩm thực hiện nay chủ yếu là dạng quả khô, nguyên quả hoặc được nghiền nhỏ thành bột. “Việc sử dụng nguyên quả khô như vậy có những bất tiện là không sử dụng đa dạng cho nhiều loại sản phẩm thực phẩm, thời gian trích ly các chất thơm trong thảo quả dài, thời hạn bảo quản ngắn, khi vận chuyển với số lượng lớn thường khó khăn”, PGS.TS Nguyễn Văn Lợi ở Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN) nhận xét.
Việc chiết xuất tinh dầu thảo quả làm hương liệu thực phẩm có thể khắc phục các nhược điểm này. Nhưng cũng giống như các loại tinh dầu nói chung, sau khi khai thác và thu hồi, nếu để ở dạng lỏng thường rất khó bảo quản, dễ bay hơi làm giảm mùi thơm đặc trưng. Ngoài ra, tinh dầu không tan trong nước, dẫn đến khó khăn khi ứng dụng trong thực phẩm.
Tạo vi nang tinh dầu thảo quả
Để bảo quản tinh dầu, người ta thường làm thêm một bước nữa là chuyển thành dạng vi nang – “gói” tinh dầu lại bằng một vật liệu nào đó, tạo thành một hạt siêu nhỏ. Kỹ thuật này thường dùng để bao gói các thành phần dễ bị biến đổi với môi trường, chẳng hạn như vitamin, khoáng chất, chất béo thiết yếu, sắc tố, chất chống oxy hóa, tinh dầu, axit amin. Đặc biệt, trong lĩnh vực dược phẩm, phương pháp vi bao thường dùng để làm chất vận chuyển thuốc, ngoài lợi ích bảo vệ các hoạt chất, tránh bị phân hủy do tác động của môi trường, còn giúp kiểm soát việc phóng thích thuốc trong cơ thể, kiểm soát mùi vị, thay đổi độ hòa tan của thuốc để ngăn chặn sự không tương thích của thực phẩm. Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu tạo vi nang tinh dầu chanh, sả, tiêu đen… tuy nhiên, đây vẫn là điều xa lạ với một loại gia vị ở “vùng sâu, vùng xa” như thảo quả.
Trong số các phương pháp tạo vi nang phổ biến như sấy phun, kết tủa hoặc đồng hóa, nhóm nghiên cứu đã chọn sấy phun. Đây là kỹ thuật vi bao được áp dụng nhiều nhất trong thực phẩm, có thể vi bao bảo vệ các thành phần có hoạt tính sinh học trong thực phẩm một cách hiệu quả, độ ẩm của sản phẩm sấy phun thường nhỏ nên có khả năng bảo quản cao. “Quy trình tạo vi nang tinh dầu thảo quả bằng phương pháp sấy phun khá đơn giản, chi phí cũng không quá lớn, vì các nguyên liệu cần dùng cũng dễ mua, giá rẻ”, PGS.TS Nguyễn Văn Lợi cho biết.
Đằng sau những giải pháp dễ ứng dụng, tiết kiệm chi phí, hiệu quả cao thường là những quá trình nghiên cứu không hề đơn giản. Phương pháp sản xuất vi nang tinh dầu thảo quả của nhóm nghiên cứu cũng không ngoại lệ. Thoạt nhìn, chỉ cần chuẩn bị tinh dầu thảo quả, hòa tan với etanol để làm giàu, sau đó kết hợp với β-cyclodextrin – một oligosacaride tuần hoàn được sản xuất từ tinh bột thông qua chuyển đổi enzyme, tạo thành dung dịch phức tinh dầu thảo quả. Cuối cùng, đem đi sấy phun, thu được hương liệu dạng bột từ tinh dầu thảo quả. Ưu điểm của sản phẩm là có dạng bột mịn đều, tan nhiều trong nước và trong rượu, có hàm lượng các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy tạo mùi thơm đặc trưng cao, khi ở dạng bột mịn thì không tạo mùi thơm, nhưng hòa vào nước thì cấu trúc vỏ bọc của hương liệu bị phá vỡ, giải phóng các cấu tử hương, tạo mùi thơm đặc trưng.
“Hầu hết những điểm nhấn trong quy trình này mất khá nhiều thời gian để tìm ra”, PGS.TS Nguyễn Văn Lợi cho biết. Chẳng hạn như để chọn chất cố định hương β-cyclodextrin, họ phải cân nhắc, thử nghiệm nhằm tìm ra chất nào vừa giữ được hương vị đặc trưng, vừa thân thiện, an toàn với người dùng. “Chúng tôi phải nghiên cứu cơ chế liên kết giữa tinh dầu với chất cố định hương, đây là yếu tố quyết định khả năng giữ cho hương liệu có độ bền mùi cao, thuận tiện cho quá trình vận chuyển và bảo quản”, anh cho biết.
Với tính sáng tạo và hiệu quả thực tế cao, giải pháp chế tạo bột hương liệu từ tinh dầu thảo quả của các nhà nghiên cứu ở trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng sáng chế. Ngoài việc khẳng định giá trị của những kết quả nghiên cứu đã đạt được, “việc đăng ký bảo hộ sở hữu trí tuệ là xu hướng đang được các nhà khoa học ngày càng quan tâm, bởi đây là cơ sở tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao hoặc ứng dụng sau này”, PGS.TS Nguyễn Văn Lợi nói.
Tối ưu hóa các công đoạn sản xuất
Việc tạo bột hương liệu chỉ là một trong những giải pháp nâng cao giá trị cho thảo quả. Khi xem xét các công đoạn sản xuất trước đó, từ thu hái cho đến tách chiết tinh dầu, các nhà nghiên cứu vẫn thấy có rất nhiều thứ có thể cải thiện. Chẳng hạn như về thu hoạch, “nếu thu hoạch không đúng thời điểm, hàm lượng tinh dầu thu được từ quả thảo quả sẽ không cao. Trước đây người dân phần lớn thu hoạch dựa vào các đặc tính cảm quan nhìn bằng mắt. Do vậy, chúng tôi muốn nghiên cứu sâu hơn để xác định thời điểm thu hoạch phù hợp, không để non quá hay chín quá. Nếu quá non thì hàm lượng tinh dầu thấp, nhưng nếu quá chín thì cây thảo quả vẫn tiếp tục cung cấp dinh dưỡng cho quả, ảnh hưởng đến năng suất của vụ sau”, anh lý giải.
Khi thu hoạch dựa trên thời điểm do nhóm nghiên cứu đề xuất, những người trồng thảo quả không khỏi bất ngờ. “Khi chúng tôi thực hiện nghiên cứu trên đối tượng thảo quảtại huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang vào năm 2019, mọi người ở đó rất bất ngờ vì hàm lượng tinh dầu thu được theo quy trình của chúng tôi nhiều hơn hẳn so với kết quả họ đã từng làm. Trước đây, họ từng gặp vấn đề hàm lượng tinh dầu thảo quả chiết ra thấp, họ đã ‘gõ cửa’ một số viện, trường nhờ giải quyết và tìm ra nguyên nhân. Hóa ra, vấn đề cơ bản ở đây lại nằm ở thời điểm thu hoạch”, PGS.TS Nguyễn Văn Lợi kể lại.
Để tối ưu sản phẩm thu được, nhóm nghiên cứu không chỉ xây dựng quy trình thu hồi với các thông số, điều kiện thích hợp mà còn chế tạo hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu có giá thành phải chăng, phù hợp nhiều loại nông sản. “Từ các thiết bị nghiền, mắt sàng, hệ thống sấy cũng phải tương thích với đặc điểm của thảo quả. Tuy nhiên, chúng tôi cũng thiết kế hệ thống theo hướng đa năng, có thể dùng được cho nhiều loại nông sản, bởi thảo quả chỉ có theo mùa”, anh nói.
Những giải pháp của nhóm nghiên cứu đã thu hút sự chú ý của một số doanh nghiệp. “Nếu đơn vị nào quan tâm, chúng tôi sẵn sàng đồng hành hỗ trợ để đưa vào ứng dụng”, PGS.TS Nguyễn Văn Lợi cho biết. “Tới đây, chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu thân và lá của cây thảo quả, thường bị đốn bỏ với số lượng rất lớn, trong khi đây cũng là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất tinh dầu”.
Nguyễn Hậu
