Bộ môn Công nghệ Sinh học – Thực phẩm

Tóm tắt
Cộng đồng toàn cầu đang tìm kiếm các nguồn dinh dưỡng thân thiện với môi trường như một phần của thói quen ăn uống. Xu hướng phổ biến của chế độ ăn thuần chay, cùng với những lo ngại ngày càng tăng về phúc lợi động vật, tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường, đã thúc đẩy nhu cầu về các sản phẩm thay thế thịt, đặc biệt là các sản phẩm thịt thay thế từ thực vật (PBMA). Các nguồn tài nguyên sinh học giàu protein như ngũ cốc, rau củ và tảo đã được nghiên cứu nhằm tái tạo hương vị, kết cấu, cảm quan và tính chất hương liệu tương tự như thịt động vật. Bài viết cũng trình bày ngắn gọn về một vài phương pháp sản xuất khác nhau của quá trình chế biến trong việc cải thiện cấu trúc và chức năng kỹ thuật của PBMA để thiết kế thực phẩm bền vững.
Giới thiệu
Sự gia tăng dân số con người và thay đổi thói quen ăn uống đã làm tăng mức tiêu thụ thịt trên toàn cầu. Các vấn đề chính liên quan đến sản xuất thịt bao gồm việc sử dụng quá mức tài nguyên đất và nước, nguy cơ cao của các bệnh động vật, tác động tiêu cực đến đa dạng sinh học trên cạn và dưới nước, sự phát thải khí nhà kính và các vấn đề môi trường khác (Machovina và cộng sự, 2015). Hơn nữa, việc tiêu thụ thịt động vật có nguy cơ gây bệnh truyền nhiễm từ động vật sang người, tiếp xúc với kháng sinh thú y và các bệnh nguy hiểm như ung thư đại trực tràng và bệnh tim mạch (Anand và cộng sự, 2015). Sự thay đổi chưa từng có trong chế độ ăn của gia súc dẫn đến sự thay đổi trong văn hóa ẩm thực nhằm hướng đến thực phẩm có thể tiêu hóa bền vững cho con người (Röös và cộng sự, 2017). Chế độ ăn từ thực vật đã cho thấy nhiều lợi ích, chẳng hạn như giảm nguy cơ béo phì, cung cấp lượng lớn các thành phần dinh dưỡng như vitamin, vi và đa lượng khoáng, kiểm soát huyết áp và cholesterol, có tác động tâm lý tích cực và đóng góp vào các tổ chức bảo vệ quyền lợi động vật (Bouvard và cộng sự, 2015). Để duy trì hương vị đặc trưng của thịt cơ, một sự kết hợp các thành phần protein thực vật cung cấp dinh dưỡng đầy đủ, tái cấu trúc nguồn cung thực phẩm về mặt sản xuất và nhu cầu mà không làm xáo cấu trúc, như được minh họa trong Hình 1. Dự báo thị trường thực phẩm thay thế thịt từ thực vật trên toàn cầu sẽ tăng từ 4,6 tỷ USD vào năm 2018 lên 85 tỷ USD vào năm 2030.

Hình 1: Sơ đồ minh họa các bước trong quy trình sản xuất thực phẩm thay thế thịt từ thực vật

Phân loại các sản phẩm thực phẩm chay
Chế độ ăn uống của con người sẽ không hoàn chỉnh nếu thiếu thịt, tuy nhiên, người ăn chay từ lâu đã sử dụng các sản phẩm thay thế thịt để đáp ứng nhu cầu protein của mình. Tùy thuộc vào vị trí địa lý, điều kiện khí hậu và sự sẵn có của thực phẩm, con người luôn điều chỉnh nhu cầu dinh dưỡng của mình Ruby (2012). Sự phân bố văn hóa của các sản phẩm thực phẩm thay thế thịt từ thực vật (PBMA) trên toàn cầu đang ngày càng trở nên nổi bật trong các thị trường thực phẩm (Asgar và cộng sự, 2010) (Hình 2).

Hình 2: Các nguồn protein từ thực vật được sử dụng trong các thực phẩm mới cho con người

Phương pháp sản xuất
Kỹ thuật đùn
Đây là một quá trình nhiệt cơ học phức tạp đa biến, bao gồm các bước khuấy liên tục, cắt xén và gia nhiệt với các công thức có độ nhớt trong một thùng nóng. Thường thì, các máy đùn một hoặc hai vít được sử dụng để tạo ra các công thức với độ nhớt mong muốn. Khối đã nấu chín trong thùng gia nhiệt sẽ được làm mát ngay lập tức để làm rắn các sợi/dây kéo dài ra từ vòi phun. Độ nhớt của vật liệu đùn được duy trì ở nhiệt độ, độ ẩm và áp suất mong muốn, nhằm tạo ra một kết cấu tốt cho thực phẩm thay thế thịt (Fellows 2009).
Trong Hình 3, sau khi tiền xử lý nguyên liệu thô, rotor hai vít làm tăng nhiệt độ xử lý lên đến 130–180°C do sự tỏa nhiệt của năng lượng cơ học. Cuối cùng, protein bắt đầu tan chảy trong thùng đùn, sau đó khối viscoelastic được tiếp xúc với khuôn làm lạnh dài. Quá trình này tạo ra các protein có kết cấu thẳng hàng, ngăn chặn sự giãn nở của vật liệu thực phẩm trong cấu trúc mới hình thành và dễ dàng đóng gói trong điều kiện ẩm ướt vào các túi, lon hoặc làm đông (Liu và cộng sự, 2005; Maurya & Said, 2014; Osen và cộng sự, 2014).

Hình 3: Kỹ thuật đùn để tạo thực phẩm thay thế thịt từ thực vật

Kỹ thuật cấu trúc đông lạnh
Quá trình tạo ra thực phẩm thay thế thịt dạng sợi được thực hiện bằng cách đông lạnh một nhũ tương protein thực vật, sau đó hình thành các tinh thể băng tạo ra cấu trúc sợi xốp đặc biệt và liên kết với nhau. Mặc dù phát triển từ nguồn protein thực vật, cấu trúc vi sợi của nó giống với cơ thịt động vật, các sợi chồng lên nhau như một lớp vải. Yuliarti và cộng sự (2021) gần đây đã sử dụng kỹ thuật này để sản xuất một sản phẩm thay thế nugget (PPN) từ thực vật có kết cấu và đặc tính cảm quan tương tự thịt. Trong kỹ thuật này, quá trình tạo kết cấu protein được thực hiện qua các bước sau:
a. Dung dịch protein được đông lạnh để tạo ra các tinh thể băng được căn chỉnh vuông góc với bề mặt làm lạnh.
b. Tạo ra các vùng song song bằng cách hình thành các tinh thể băng, giữ lại các phân tử protein căn chỉnh.
c. Tỷ lệ giữa độ ẩm và hàm lượng protein không thay đổi trong quá trình này, tạo ra cấu trúc sợi kéo dài.
d. Nước/độ ẩm được loại bỏ bằng phương pháp sấy đông, tạo ra khối lượng protein sợi cứng và khô.
e. Mạng lưới gel của protein sợi có thể được tái hydrat hóa bằng dung dịch nước chứa chất béo, chất ổn định, màu sắc và hương vị.
Kết luận
Các sản phẩm thay thế thịt từ thực vật (PBMA) là những thực phẩm mới nổi với thành phần thơm ngon và vượt trội về hương vị trong những năm tới, đồng thời giữ lại tối đa giá trị dinh dưỡng. Các thành phần thực phẩm thúc đẩy sức khỏe này sẽ là sự thay thế tốt cho việc tiêu thụ thịt về mặt môi trường, sức khỏe và các vấn đề đạo đức.
Việc chuyển từ protein động vật sang protein thực vật như một phương pháp hiệu quả để đối phó với cuộc khủng hoảng thực phẩm sắp tới và thúc đẩy sản phẩm PBMA. Việc tiêu thụ thực phẩm PBMA giàu protein chuyển sự chú ý khỏi ngành công nghiệp thịt không bền vững, tạo ra lượng chất thải lớn, gây ô nhiễm, làm động vật dễ mắc bệnh và làm giảm biến đổi khí hậu.
Nguồn: Singh, M., Trivedi, N., Enamala, M. K., Kuppam, C., Parikh, P., Nikolova, M. P., & Chavali, M. (2021). Plant-based meat analogue (PBMA) as a sustainable food: A concise review. European Food Research and Technology, 247, 2499-2526.
Tài liệu tham khảo
Anand, S. S., Hawkes, C., De Souza, R. J., Mente, A., Dehghan, M., Nugent, R., ... & Popkin, B. M. (2015). Food consumption and its impact on cardiovascular disease: importance of solutions focused on the globalized food system: a report from the workshop convened by the World Heart Federation. Journal of the American College of Cardiology, 66(14), 1590-1614.
Asgar, M. A., Fazilah, A., Huda, N., Bhat, R., & Karim, A. A. (2010). Nonmeat protein alternatives as meat extenders and meat analogs. Comprehensive reviews in food science and food safety, 9(5), 513-529.
Bouvard, V., Loomis, D., Guyton, K. Z., Grosse, Y., El Ghissassi, F., Benbrahim-Tallaa, L., ... & Straif, K. (2015). Carcinogenicity of consumption of red and processed meat. The Lancet Oncology, 16(16), 1599-1600.
Liu, S. X., Peng, M., Tu, S., Li, H., Cai, L., & Yu, X. (2005). Development of a new meat analog through twin-screw extrusion of defatted soy flour-lean pork blend. Food science and technology international, 11(6), 463-470.
Machovina, B., Feeley, K. J., & Ripple, W. J. (2015). Biodiversity conservation: The key is reducing meat consumption. Science of the Total Environment, 536, 419-431.
Maurya, A. K., & Said, P. P. (2014). Extrusion processing on physical and chemical properties of protein rich products-an overview. J. Bioresour. Eng. Technol, 2(4), 61-67.
Osen, R., Toelstede, S., Wild, F., Eisner, P., & Schweiggert-Weisz, U. (2014). High moisture extrusion cooking of pea protein isolates: Raw material characteristics, extruder responses, and texture properties. Journal of Food Engineering, 127, 67-74.
Röös, E., Bajželj, B., Smith, P., Patel, M., Little, D., & Garnett, T. (2017). Protein futures for Western Europe: potential land use and climate impacts in 2050. Regional Environmental Change, 17, 367-377.
Ruby, M. B. (2012). Vegetarianism. A blossoming field of study. Appetite, 58(1), 141-150.
Yuliarti, O., Kovis, T. J. K., & Yi, N. J. (2021). Structuring the meat analogue by using plant-based derived composites. Journal of food engineering, 288, 110138.
ThS. Trần Thị Thu Ngân (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)