1. Tóm tắt nội dung luận án

Mục tiêu của luận án là xây dựng cơ sở khoa học và quy trình công nghệ thu nhận chất xơ thực phẩm giàu chất xơ hòa tan từ phụ phẩm quả có múi, đồng thời đánh giá đặc tính cấu trúc, tính chất chức năng và khả năng ứng dụng của chất xơ trong thực phẩm.

Trên cơ sở thống kê, vùng Đồng bằng sông Cửu Long chiếm diện tích và sản lượng cây có múi (Citrus) lớn nhất cả nước. Nghiên cứu thực hiện khảo sát năm loại quả có múi phổ biến, bao gồm bưởi Da Xanh, bưởi Năm Roi, cam sành, cam xoàn và chanh không hạt, cho thấy phụ phẩm vỏ trắng và cùi quả (lõi và bao tép) cam sành có hàm lượng TDF cao, hàm lượng SDF tương đối tốt, đồng thời phù hợp với mục tiêu công nghệ của nghiên cứu là thu nhận chất xơ giàu SDF có khả năng ứng dụng trong thực phẩm. Phụ phẩm quả cam sành được tiền xử lý bằng ethanol 96% ở tỷ lệ nguyên liệu/ethanol là 1:3 g/mL, 60 °C trong 30 phút. Quá trình này giúp cải thiện hàm lượng chất xơ hòa tan và loại bớt các thành phần hòa tan có thể ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng cảm quan của chất xơ thu nhận.

Tuy nhiên, thách thức lớn nhất của nghiên cứu là làm sao giải phóng tối đa lượng chất xơ hòa tan có trong nguyên liệu. Do đó, các phương pháp trích ly đơn lẻ bằng acid citric, kiềm và enzyme, cũng như các phương pháp kết hợp với sự hỗ trợ của vi sóng và siêu âm đã được khảo sát. Qua quá trình chọn lọc, phương pháp sử dụng enzyme cellulase kết hợp acid citric có hỗ trợ vi sóng mang lại hiệu quả vượt trội. Sự liên hợp mang tính đột phá đã phân cắt và biến đổi một phần cấu trúc chất xơ không hòa tan, giúp hiệu suất trích ly đạt 48,53%, với tỷ lệ chất xơ hòa tan 63,29%.

Sau khi định hình quy trình công nghệ thu nhận, đặc tính cấu trúc của chất xơ giàu SDF từ phụ phẩm quả cam sành đã được làm rõ thông qua các kỹ thuật phân tích hiện đại bao gồm phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), nhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi điện tử quét (SEM). Các dữ liệu vi cấu trúc cho thấy chất xơ có cấu trúc xốp, mức độ ưa nước cao và khả năng hydrat hóa được cải thiện. Nhờ vào những biến đổi tích cực về mặt vi cấu trúc, các tính chất chức năng sinh lý của chất xơ thu nhận cũng được nâng cao đáng kể, cụ thể: khả năng giữ nước đạt 28,94 g/g, khả năng giữ dầu đạt 5,82 g/g và khả năng trương nở đạt 17,26 mL/g. Đáng chú ý, sau quá trình thẩm tách tinh sạch, chất xơ thu nhận có hàm lượng chất xơ hòa tan và pectin cao, tiệm cận một số đặc tính của chất xơ thương mại.

Song song việc đánh giá các tính chất lý hóa, hoạt tính sinh học của chất xơ cũng được kiểm nghiệm. Chất xơ thu nhận thể hiện khả năng hấp phụ glucose tốt, dao động 0,88–8,58 mmol/g, tương đương với mẫu thương mại. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng ghi nhận hoạt tính kháng oxy hóa của mẫu ở mức thấp, với giá trị IC₅₀ theo phương pháp DPPH và phosphomolybdenum lần lượt là 1252,45 và 8551,67 µg/mL (so với mẫu thương mại là 686,12 và 6030 µg/mL; đối chứng Trolox là 71,69 và 143,15 µg/mL). Bên cạnh đó, xơ cam thu nhận thể hiện hoạt tính prebiotic khi hỗ trợ sự sinh trưởng của hai chủng probiotic Lactiplantibacillus plantarum và Bifidobacterium animalis subsp. lactis, với điểm hoạt tính prebiotic lần lượt đạt 2,16 và 2,38. Cuối cùng, kết quả thử nghiệm độc tính cấp đã chứng minh chất xơ thu nhận an toàn trong điều kiện khảo sát.

Để hiện thực hóa giá trị ứng dụng, chất xơ thu nhận từ phụ phẩm quả cam sành được ứng dụng trong sản phẩm chả cá diêu hồng nhằm đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn. Khi tiến hành so sánh đối chứng với một số nguồn chất xơ thương mại phổ biến (bao gồm xơ đậu nành, xơ lúa mì, xơ từ quả có múi và xơ cam thương mại), kết quả cho thấy việc bổ sung chất xơ không làm thay đổi đáng kể đến các chỉ tiêu về độ ẩm, khả năng giữ nước, hàm lượng lipid và độ trắng của sản phẩm. Đặc biệt, ở cùng mức bổ sung 0,75%, bột xơ từ phụ phẩm cam sành không làm thay đổi đáng kể cấu trúc gel của chả cá diêu hồng, tương tự như xơ đậu nành. Ở mức bổ sung này, sản phẩm đạt độ bền cấu trúc cao 986,72 ± 28,03 g.cm, khả năng giữ nước đạt 98,77 ± 0,38%, đồng thời duy trì tốt chất lượng cảm quan và góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm.

2. Những kết quả mới của luận án

• Đã khảo sát tỷ lệ thành phần, đặc điểm, thành phần hóa lý cơ bản và hàm lượng chất xơ trong các phần phụ phẩm của 5 loại quả có múi tại ĐBSCL.
• Đã tìm ra điều kiện xử lý thích hợp nhằm thu nhận hàm lượng chất xơ cao nhất, đặc biệt hàm lượng chất xơ hòa tan trong các phần phụ phẩm quả có múi.
• Đã xây dựng được quy trình thu nhận chất xơ từ phụ phẩm quả cam sành và xác định được đặc điểm cấu trúc, thành phần, tính chất lý hóa, mức độ an toàn của chất xơ hòa tan thu được.
• Đã xác định được hàm lượng chất xơ thích hợp để bổ sung vào sản phẩm chả cá diêu hồng chiên, đánh giá chất lượng của sản phẩm và sự biến đổi oxy hóa lipid của sản phẩm trong bảo quản lạnh.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Nghiên cứu đã góp phần nâng cao giá trị sử dụng phụ phẩm quả có múi tại ĐBSCL theo hướng phát triển nguyên liệu thực phẩm chức năng, phù hợp với xu hướng kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững. Chất xơ từ phụ phẩm cam sành có tiềm năng làm nguyên liệu bổ sung chất xơ, cải thiện giá trị sử dụng phụ phẩm và phát triển thực phẩm có giá trị gia tăng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo: Đánh giá độ ổn định và phương thức bảo quản chất xơ; mở rộng ứng dụng sang các sản phẩm thực phẩm khác; nghiên cứu siêu lọc kết hợp lọc dòng tiếp tuyến hoặc rửa ngược dòng nhiều bậc để nâng quy mô tinh sạch.

1. Content of thesis summary

The objectives of this study were to establish a scientific basis and develop a technological process for producing a soluble dietary fiber-rich preparation from citrus fruit by-products, as well as to evaluate its structural characteristics, functional properties, and potential applications in food products.

Statistical data indicate that the Mekong Delta has the largest citrus-growing area and production volume in the country. Five commonly cultivated citrus fruits were investigated: Da Xanh pomelo, Nam Roi pomelo, Sanh orange, sweet orange, and seedless limes. The results showed that the albedo and pulp residues, including the core and segment membranes, of Sanh orange contained a high level of total dietary fiber (TDF) and a relatively high proportion of soluble dietary fiber (SDF). These by-products are therefore considered suitable for the technological objective of producing an SDF-rich dietary fiber preparation for food applications. Sanh orange by-products were pretreated with 96% ethanol at a solid-to-solvent ratio of 1:3 g/mL at 60°C for 30 min. This treatment improved the soluble fiber content and removed soluble components that could adversely affect the sensory quality of the resulting product.

However, the major challenge of this study was maximizing the release of soluble fiber from the raw material. Therefore, individual extraction methods using citric acid, alkali, and enzymes, as well as combined methods assisted by microwave and ultrasound treatments, were investigated in this study. Following the screening process, cellulase treatment combined with microwave-assisted citric acid extraction demonstrated superior effectiveness. This innovative combination partially disrupted and modified the insoluble fiber structure, resulting in an extraction yield of 48.53%, with soluble fiber accounting for 63.29% of the preparation.

Following the establishment of the technological process, the structural characteristics of the SDF-rich dietary fiber preparation obtained from Sanh orange by-products were elucidated using modern analytical techniques, including Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). Microstructural observations revealed that the fiber preparation exhibited a porous structure, high hydrophilicity, and an improved hydration capacity. As a result of these favorable microstructural modifications, the physiological functional properties of the material were also substantially enhanced. Specifically, the water-holding capacity, oil-holding capacity, and swelling capacity were 28.94 g/g, 5.82 g/g, and 17.26 mL/g, respectively. Notably, following purification by dialysis, the preparation contained high levels of soluble fiber and pectin and exhibited properties comparable to those of commercial dietary fibers.

In parallel with the evaluation of physicochemical properties, the biological activities of the dietary fiber preparations were also examined. The prepared material exhibited a good glucose adsorption capacity, ranging from 0.88 to 8.58 mmol/g, which was comparable to that of the commercial sample. However, its antioxidant activity was relatively low, with IC₅₀ values determined using the DPPH and phosphomolybdenum assays of 1,252.45 and 8,551.67 µg/mL, respectively. The corresponding values were 686.12 and 6,030 µg/mL for the commercial sample and 71.69 and 143.15 µg/mL for Trolox control. Additionally, the preparation exhibited prebiotic activity by promoting the growth of the probiotic strains Lactiplantibacillus plantarum and Bifidobacterium animalis subsp. lactis, with prebiotic indices of 2.16 and 2.38, respectively. Finally, acute toxicity testing demonstrated that the obtained dietary fiber preparation was safe under the conditions investigated.

To demonstrate its practical value, dietary fiber preparation derived from Sanh orange by-products was incorporated into red tilapia fish cake. Its performance was compared with that of several commonly used commercial dietary fibers, including soybean, wheat, citrus, and commercial orange fibers. The results indicated that dietary fiber supplementation did not significantly affect the moisture content, water-holding capacity, lipid content, or product whiteness. At a supplementation level of 0.75%, the dietary fiber powder derived from Sanh orange by-products maintained the gel structure of red tilapia fish cake, showing an effect comparable to that of soybean fiber. At this ratio, the product achieved a high gel strength of 986.72 ± 28.03 g·cm and a water-holding capacity of 98.77 ± 0.38%, while maintaining desirable sensory quality and enhancing its nutritional value.

2. The novel aspects from the thesis

• The proportional distribution, morphological and basic physicochemical characteristics, and dietary fiber composition of by-product fractions from five citrus fruits cultivated in the Mekong Delta were investigated.
• Appropriate processing conditions were identified to maximize dietary fiber recovery, particularly the soluble dietary fiber content of citrus fruit by-products.
• A process for recovering dietary fiber from Sanh orange by-products was developed, and the structural characteristics, composition, physicochemical properties, and safety of the obtained soluble dietary fiber preparation were determined.
• An appropriate dietary fiber incorporation level in fried red tilapia fish cake was identified, and product quality and changes in lipid oxidation during refrigerated storage were evaluated.

3. Application prospect and suggestions for further study

The study contributes to the value-added utilization of citrus fruit by-products in the Mekong Delta through the development of functional food ingredients, in line with circular economy principles and sustainable development. Dietary fiber recovered from Sanh orange by-products has potential as a fiber-enriching ingredient, enhancing the utilization of these by-products and supporting the development of value-added food products.

Further research directions: Investigate the stability of the recovered dietary fiber and appropriate preservation and storage methods; extend its applications to other food products; and examine ultrafiltration combined with tangential-flow filtration or multistage counter-current washing to facilitate the scale-up of the purification process.

Tài liệu đính kèm / Attachments:

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ Giáo dục và Đào tạo (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)