BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH
==========================================
TRẦN PHƯƠNG CHI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HÀNH ĐEN VÀ KHAI THÁC
TIỀM NĂNG SINH HỌC, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC
PHẨM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch
Mã số: 954.01.04
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HÀ NỘI
–
2025
Công trình được hoàn thành tại
VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Hoàng Thị Lệ Hằng
2. GS.TS. Trần Đình Thắng
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện họp tại:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
vào lúc giờ ngày tháng năm 2025
Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Thư viện ..................................
Phản biện 1: PGS.TS. Bùi Quang Thuật
Phản biện 2:PGS.TS. Trần Đăng Thuần
Phản biện 3: TS. Nguyễn Đức Tiến
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hành tím có tên khoa học là Allium ascalonicum L., được coi là một trong những loài Allium quan
trọng được sử dụng phổ biến làm gia vị thực phẩm và thuốc dân gian ở châu Á. Bên cạnh các thành phần dinh
dưỡng như protein, carbohydrate, chất béo không no, khoáng chất (Ca, K, Na, Cu, Fe, Zn và Se), vitamin A, B
và C, trong hành chứa một lượng lớn các hợp chất lưu huỳnh, flavonoid, saponin và các dẫn xuất polyphenol
khác. Trong đó, quercetin là một flavonoid điển hình ở trong hành tím, được biết đến với khả năng chống oxy
hóa cũng như khả năng bảo vệ chống lại bệnh tim mạch, chúng còn có tác dụng rõ rệt trong điều trị dị ứng, hen
suyễn, viêm khớp, ung thư, biến chứng tiểu đường, rối loạn thoái hóa thần kinh và bệnh loãng xương .
Mặc dù hành tím mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, nhưng mùi hăng và vị cay của nó là yếu tố hạn
chế trong việc sử dụng. Tuy nhiên, các phương pháp chế biến như luộc, xào, hấp, chiên và sấy có thể làm giảm
mùi vị này. Một dạng sản phẩm mới từ hành tím là hành đen, được chế biến qua quá trình xử lý nhiệt độ và độ
ẩm kiểm soát mà không cần sử dụng chất phụ gia. Quá trình này không chỉ thay đổi màu sắc (chuyển sang màu
đen), mà còn làm thay đổi kết cấu của hành (mềm dẻo hơn). Những hợp chất kém bền và có mùi khó chịu trong
hành tươi được biến đổi thành các hợp chất bền hơn, làm giảm mùi vị khó chịu và tạo ra một hương vị ngọt dịu
hơn. Theo một số kết quả nghiên cứu cho thấy trong dịch chiết hành đen được chế biến từ hành tây có một số
tác dụng vượt trội so với hành tươi như: tác dụng chống oxy hóa, tăng cường miễn dịch, ngăn ngừa rối loạn
chuyển hóa và nhiễm độc gan do rượu. Do đó, sản phẩm hành đen được kỳ vọng sẽ giúp cải thiện sức khỏe,
bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân gây bệnh.
Trên thế giới đã có một số nghiên cứu về quy trình chế biến sản phẩm hành đen từ nguyên liệu là hành
tây, tuy nhiên nghiên cứu về quy trình chế biến hành đen từ nguyên liệu hành tím còn rất hạn chế. Quy trình
chế biến hành đen từ hành tây kéo dài từ 30-60 ngày, với hàm lượng hoạt chất sinh học tạo thành chưa cao.
Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ từ 60ºC - 90ºC và độ ẩm 70%-90%, là sự tập hợp các phản ứng sinh hóa diễn
ra trong tế bào hành. Để tăng cường hàm lượng hoạt chất và rút ngắn thời gian chế biến, cần nghiên cứu và áp
dụng các biện pháp công nghệ kết hợp, như phá vỡ cấu trúc tế bào, nhằm thúc đẩy các phản ứng sinh hóa nội
sinh.
Phương pháp trích ly hoạt chất sinh học từ nguyên liệu thực vật có hỗ trợ siêu âm là một kỹ thuật tiên
tiến, giúp nâng cao hiệu suất thu hồi, ổn định tính chất của hoạt chất và giảm thời gian cũng như lượng dung
môi cần sử dụng. Kỹ thuật này đã được áp dụng trong việc tách chiết một số hợp chất sinh học như phenolic,
flavonoid, anthocyanin… từ các nguồn nguyên liệu thực vật khác nhau, điển hình là chè xanh, nho, khoai lang
tím, và quả lựu cho thấy hiệu quả thu hồi tăng và các hợp chất sinh học ổn định hơn. Vì vậy, việc nghiên cứu
sử dụng kỹ thuật siêu âm trong quá trình trích ly hoạt chất sinh học từ hành đen (chế biến từ hành tím Việt
Nam) là rất cần thiết, đặc biệt khi đây là vấn đề chưa được nghiên cứu trước đây.
Vì vậy, nghiên cứu quy trình chế biến hành đen từ hành tím, kết hợp với kỹ thuật siêu âm trong trích ly
hợp chất sinh học, là hướng đi quan trọng để tạo ra sản phẩm có hàm lượng hoạt chất sinh học cao. Việc ứng
dụng những sản phẩm này trong công nghệ thực phẩm có thể góp phần nâng cao sức khỏe, bảo vệ cơ thể khỏi
các tác nhân gây bệnh, đồng thời mở ra cơ hội cho các nghiên cứu và ứng dụng khoa học trong thực tiễn. Chính
vì lý do này, chúng tôi thực hiện nghiên cứu với đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế biến hành đen và khai
thác tiềm năng sinh học, ứng dụng trong công nghệ thực phẩm”
2. Mục tiêu của đề tài
Xây dựng được quy trình công nghệ chế biến hành đen từ củ hành tím (Allium Ascalonicum L). Từ đó
thu nhận các hợp chất có hoạt tính sinh học từ hành đen và ứng dụng vào quá trình chế biến một số sản phẩm
thực phẩm.
3. Đối tượng nghiên cứu
Củ hành tím (Allium Ascalonicum L.) trồng tại huyện Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng và được thu hoạch ở
độ già 70 - 75 ngày (kể từ thời gian bắt đầu trồng)
4. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
4.1. Địa điểm nghiên cứu
Các phòng TN của Trung tâm thực hành TN - Trường Đại học Vinh, Viện CN Sinh học và Thực Phẩm
– Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Nghiên cứu Rau quả và vùng trồng hành tím
tại huyện Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng.
4.2. Thời gian thực hiện: 10/2018-10/2024
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
2
- Đề tài đã nghiên cứu một cách hệ thống các giải pháp kỹ thuật tiên tiến từ công đoạn tiền xử lý, công nghệ
chế biến sản phẩm hành đen chất lượng cao từ nguyên liệu hành tím trong khoảng thời gian phù hợp (rút ngắn
so với phương pháp chế biến truyền thống) đến công nghệ thu nhận các hoạt chất từ hành đen và định hướng
ứng dụng trong công nghệ thực phẩm.
- Đã xác định thành phần hóa học của 13 hợp chất bay hơi và 24 hợp chất không bay hơi trong cao chiết hành
đen. Đồng thời đã thử nghiệm hoạt tính sinh học (hoạt tính chống oxi hóa, hoạt tính kháng ung thư) của cao
chiết hành đen. Đây là những đóng góp khoa học có độ tin cậy cao, góp phần làm phong phú thêm về cơ sở dữ
liệu về chất lượng hành đen.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Hành đen chế biến từ hành tím là một dạng sản phẩm mới, do đó việc nghiên cứu quy trình sản xuất hành
đen, khai thác các hợp chất có hoạt tính sinh học, các thành phần dinh dưỡng trong hành đen bằng các công
nghệ chế biến hiện đại, tạo ra được các sản phẩm giàu hoạt chất để ứng dụng sản xuất các loại thực phẩm chức
năng là hướng đi triển vọng và cần thiết.
- Đa dạng hóa các sản phẩm, góp phần nâng cao chuỗi giá trị của hành tím tại Việt Nam, giúp người nông dân
tránh “được mùa mất giá”, mang lại sản phẩm có nhiều lợi ích sức khỏe cho người sử dụng.
6. Những đóng góp mới của luận án
- Đã đánh giá ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý đến sự biến đổi cấu trúc nguyên liệu (SEM), thành phần
hóa học và chất lượng cảm quan của hành đen tạo thành, nhằm rút ngắn thời gian chế biến mà vẫn đảm bảo
chất lượng sản phẩm.
- Đã xác định điều kiện lên men nội sinh và tối ưu điều xử lý nhiệt ẩm giúp nâng cao chất lượng hành đen.
- Đã tối ưu hóa quá trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm, xác định thành phần các chất bay hơi và không bay
hơi trong dịch chiết và chứng minh hoạt tính sinh học vượt trội của hành đen so với hành tím tươi. Ngoài ra,
nghiên cứu cũng xác định tỷ lệ bổ sung hành đen phù hợp trong sản phẩm nước hành đen mật ong và nước sốt
hành đen.
7. Bố cục của luận án
Luận án bao gồm 187 trang với 32 bảng số liệu, 45 hình và đồ thị với 156 tài liệu tham khảo. Các phần
phụ chương: Mục lục; Danh mục các công trình đã công bố; Tài liệu tham khảo; Danh mục bảng; Danh mục
hình; Danh mục các chữ viết tắt và 03 Phụ lục kèm theo.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Nguyên liệu hành tím
1.1.1. Đặc điểm hình thái cây hành tím
Hình 1.1. Đặc điểm hình thái cây hành tím. A. Củ hành tím; B. Cây
hành tím; C. Hoa hành tím
Giới: Thực vật
Ngành : Magnoliophyta
Lớp : Liliopsida
Bộ: Asparagales
Họ: Alliaceae
Chi: Allium
Loài: A. ascalonicum
1.1.2. Tình hình trồng cây hành tím
Ở Việt Nam, hành tím được trồng ở một số tỉnh thành như: thị xã Vĩnh Châu tỉnh Sóc Trăng, huyện
đảo Lý Sơn – tỉnh Quảng Ngãi, huyện Ninh Hải – tỉnh Ninh Thuận, huyện Gò Công – tỉnh Tiền Giang, huyện
Ba Tri – tỉnh Bến Tre, huyện Duyên Hải – tỉnh Trà Vinh và thành phố Bạc Liêu – tỉnh Bạc Liêu[10]. Trong
đó, thị xã Vĩnh Châu (Sóc Trăng) là một trong những địa phương trồng hành tím với quy mô lớn nhất nhờ điều
kiện đất giồng pha cát ven biển và khí hậu phù hợp.
1.1.3. Thành phần hóa học
3
Hành tím chứa nhiều hợp chất hóa học có lợi cho sức khỏe như sulfur hữu cơ, flavonoid (quercetin,
kaempferol, anthocyanin) và một lượng lớn polyphenol khác, tùy thuộc vào yếu tố trồng trọt và bảo quản.
Fructan là polysaccarit chính, khi thủy phân sẽ tạo ra đường đơn, làm tăng vị ngọt tự nhiên. Các hợp chất lưu
huỳnh (cysteine sulfoxyd, γ-glutamylcystein) cũng đóng vai trò quan trọng, góp phần tạo nên hương vị đặc
trưng của hành đen tạo ra. Enzym (alliinase, cysteine protease, fructan exohydrolase) ảnh hưởng mạnh đến chất
lượng sản phẩm, hỗ trợ quá trình chuyển hóa chất trong quá trình chế biến, tạo hương vị và giá trị dinh dưỡng.
1.1.4. Hoạt tính sinh học
Hành tím chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học mang lại lợi ích kháng khuẩn, kháng nấm, kháng
virus, chống oxy hóa, chống ung thư và hỗ trợ phòng ngừa các bệnh tim mạch, tiểu đường.
1.1.5. Các sản phẩm từ hành tím
1.2. Công nghệ chế biến hành đen
1.2.1. Cơ chế của quá trình tạo hành đen bằng phương pháp xử lý nhiệt ẩm
Quá trình xử lý nhiệt ẩm là một phương pháp phổ biến giúp loại bỏ mùi hăng và cải thiện chất lượng
của các loại thực phẩm thuộc chi Allium như hành tím và tỏi, trong đó hành đen được tạo ra thông qua sự biến
đổi hóa học và sinh học dưới tác động nhiệt độ và độ ẩm cao. Các quá trình chính gồm:
1.2.1.1. Phản ứng thủy phân: Ở giai đoạn đầu, các polysaccharide phức tạp trong hành tím như fructan và
oligosaccharide bị phân hủy thành các đường đơn giản (glucose, fructose), tạo điều kiện cho phản ứng Maillard
và tăng vị ngọt. Theo Li và cộng sự, quá trình thủy phân polysaccharide diễn ra qua ba giai đoạn, từ sự phá vỡ
cấu trúc tế bào, hoạt động của enzyme FEH ở 45°C, đến sự thủy phân gia tăng nhờ nhiệt độ cao hơn, sản sinh
đường khử.
1.2.1.2. Phản ứng Maillard: Đây là phản ứng hóa học quan trọng nhất, quyết định màu sắc và hương vị của
hành đen. Phản ứng diễn ra qua ba giai đoạn: hình thành sản phẩm Amadori và Heyn (không màu), tiếp theo
là phân mảnh tạo hợp chất dicarbonyl (màu vàng), và cuối cùng là phản ứng trùng hợp tạo melanoidin có màu
nâu sẫm và mùi thơm. Phản ứng Maillard cũng là yếu tố quan trọng trong sản xuất các sản phẩm như bánh mì,
cà phê và tỏi đen.
1.2.1.3. Chuyển đổi các chất chống oxy hóa: Dưới tác động của xử lý nhiệt ẩm, các hợp chất chống oxy hóa
phenolic và flavonoid gia tăng, làm tăng khả năng chống oxy hóa của hành và tỏi đen. Quá trình này liên quan
đến enzyme PPO và sự giải phóng các dạng tự do của phenolic và flavonoid, cùng với sự gia tăng các hợp chất
polyphenol phức tạp trong giai đoạn sau của phản ứng hóa nâu. Các hợp chất lưu huỳnh như alliin và isoalliin
cũng chuyển hóa, cải thiện hương vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
1.2.2. Các công trình nghiên cứu về các biện pháp tiền xử lý trước khi chế biến hành đen
Nhiều nghiên cứu cho thấy phương pháp tiền xử lý và chế độ lên men (xử lý nhiệt ẩm) là những yếu tố
quan trọng ảnh hưởng chất lượng của hành, tỏi đen.
Phương pháp chế biến truyền thống (không áp dụng tiền xử lý) đối với sản phẩm tương tự là tỏi đen đơn
giản nhưng tốn nhiều thời gian (nhiều hơn 30 ngày) và chất lượng không ổn định. Đó quá trình xử lý nhiệt tỏi
tươi ở nhiệt độ và độ ẩm có kiểm soát (60 - 90ºC, 70% đến 90%) trong 30-60 ngày mà không cần xử lý trước.
Có thể thấy quá trình biến đổi các thành phần hoá học sẽ xảy ra rất chậm do các hợp chất và các hệ enzym đều
nằm trong tế bào. Do đó, cần phải áp dụng kết hợp các công nghệ khác để tăng cường các hoạt chất và rút ngắn
thời gian chế biến, hạn chế tiêu tốn năng lượng, đáp ứng được nhu cầu sản xuất công nghiệp.
Thay đổi kích thước nguyên liệu: Tiền xử lý cắt nhỏ hành tây trước khi lên men đã được nghiên cứu với
mục đích rút ngắn thời gian chế biến và cải thiện chất lượng sản phẩm hành đen. Một số nghiên cứu cho thấy
phương pháp này giúp tối ưu hóa quá trình lên men nhờ tăng diện tích bề mặt, tạo điều kiện cho các enzym tiếp
xúc tốt hơn với thành phần nội bào của hành .
Tiền xử lý lạnh đông: Lạnh đông là quá trình làm giảm nhiệt độ của thực phẩm dưới nhiệt độ của điểm
đóng băng để nước bên trong thực phẩm chuyển pha từ thể lỏng sang thể rắn dạng tinh thể đá. Xử lý lạnh đông
trước khi chế biến làm tổn thương sơ bộ tế bào thực vật. Khi các củ hành được tiền xử lý lạnh đông thì lượng
nước có mặt trong hành sẽ hình thành nên các mầm tinh thể đá, các mầm tinh thể đá được hình thành thường
có các cạnh nhọn và sắc và khi chúng lớn dần trong quá trình làm lạnh sẽ làm tổn thương các màng tế bào hành.
Quá trình nâng nhiệt về sau sẽ làm các mầm tinh thể đá tan ra và sẽ giải phóng các hợp chất có trong tế bào
thành các dạng tự do. Quá trình này sẽ giúp rút ngắn quá trình chế biến hành đen. Tuy nhiên, kích thước của
các tinh thể đá tạo thành ở mỗi chế độ lạnh (nhiệt độ và thời gian) khác nhau sẽ không giống nhau.
