Bộ môn Công nghệ Sinh học – Thực phẩm

Nhóm nghiên cứu gồm các nhà nghiên cứu của Khoa Kỹ Thuật - Công Nghệ, Trường Đại Học Văn Hiến và Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, đã phát triển một chỉ báo thông minh hoàn toàn mới sử dụng pectin và betalain được chiết xuất từ vỏ thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus), nhằm ứng dụng hiệu quả trong việc giám sát và đánh giá độ tươi của thịt bò. Sự độc đáo của nghiên cứu khác với các nghiên cứu trước nằm ở quy trình trích tuần tự betalain và pectin từ cùng một nguồn nguyên liệu, giúp tận dụng tối đa giá trị của vỏ thanh long – một loại phế phẩm nông nghiệp phổ biến, đồng thời góp phần giảm thiểu chất thải môi trường một cách bền vững và hiệu quả.
Trong quá trình nghiên cứu, betalain được bảo vệ và ổn định bằng cách vi bao trong cellulose vi tinh thể, đây là một bước cải tiến quan trọng giúp tăng đáng kể khả năng chống chịu của betalain với các tác nhân gây phân hủy trong điều kiện bảo quản và sử dụng thực tế. Việc ứng dụng cellulose vi tinh thể giúp betalain duy trì màu sắc ổn định hơn, từ đó nâng cao khả năng hiển thị sự thay đổi màu sắc khi thịt bò bắt đầu phân hủy.

Hình 1. Quy trình làm chỉ báo độ tươi từ vỏ thanh long ruột đỏ

Màng chỉ báo thông minh được tạo thành từ hỗn hợp pectin chiết xuất từ vỏ thanh long và polyvinyl alcohol (PVA), với sự kết hợp của betalain làm chất chỉ thị hoạt tính. Các thí nghiệm được tiến hành nhằm tối ưu hóa thành phần, qua đó xác định được nồng độ betalain lý tưởng là 0.08% và tỷ lệ phối trộn pectin:PVA tối ưu là 4:6 (w/w). Với công thức này, màng chỉ báo đã thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm khả năng ngăn chặn hiệu quả tia cực tím, độ bền cơ học cao và đặc biệt là khả năng hạn chế sự thấm hơi nước, giúp bảo vệ thực phẩm một cách hiệu quả trong quá trình bảo quản và vận chuyển.

Hình 2. Hình thái bề mặt trên của màng

Điểm nhấn quan trọng của nghiên cứu là tính chất chức năng của màng chỉ báo thông minh, đặc biệt là phản ứng màu với các điều kiện môi trường cụ thể như độ pH và sự hiện diện của khí amoniac. Các kết quả thử nghiệm cho thấy màng chỉ báo có sự thay đổi màu rõ rệt khi tiếp xúc với dung dịch có độ pH khác nhau: duy trì màu đỏ ở môi trường acid đến trung tính (pH từ 3 đến 7), và chuyển dần sang màu nâu đỏ rồi vàng ở môi trường kiềm (pH từ 8 đến 12) (hình 3). Điều này rất hữu ích để theo dõi và nhận biết các thay đổi chất lượng thực phẩm do biến đổi pH trong quá trình bảo quản.
Ngoài ra, màng chỉ báo cũng thể hiện phản ứng nhanh chóng và nhạy bén với hơi amoniac – một dấu hiệu quan trọng của sự hư hỏng thực phẩm giàu protein. Trong thử nghiệm tiếp xúc với hơi amoniac, màng chỉ báo chuyển màu từ đỏ sang vàng nâu rõ rệt chỉ trong vòng vài giờ, và hoàn toàn chuyển sang màu vàng sau 24 giờ, cho thấy khả năng chỉ báo rất hiệu quả và trực quan (hình 4).

Hình 3. Phản ứng màu sắc tương ứng với pH khác nhau của màng chỉ báo.

Hình 4. Phản ứng màu sắc khi tiếp xúc với amoniac của màng chỉ báo theo thời gian.

Một trong những kết quả quan trọng của nghiên cứu là khả năng đổi màu rõ rệt của màng chỉ báo theo thời gian bảo quản thịt bò. Khi thịt bắt đầu có dấu hiệu hỏng, hàm lượng nitơ bazơ bay hơi tổng số (TVB-N) tăng cao và làm cho màng chuyển đổi màu sắc từ đỏ hồng sang vàng nâu rất dễ quan sát bằng mắt thường. Cụ thể, trong các thử nghiệm thực tế, sự thay đổi màu sắc này được ghi nhận rõ nét sau 6 ngày bảo quản thịt bò ở điều kiện nhiệt độ lạnh từ 2–4°C (hình 4), qua đó cho phép người tiêu dùng và các nhà bán lẻ nhanh chóng nhận biết tình trạng thực phẩm mà không cần sử dụng các phương pháp phân tích phức tạp.

Hình 5. Phát hiện sự hư hỏng của thịt bò sau 6 ngày lưu trữ mát 4oC trong tủ lạnh

Bên cạnh chức năng chỉ thị màu sắc trực quan, màng chỉ báo còn được đánh giá cao nhờ các hoạt tính sinh học quan trọng khác. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chứng minh rằng màng này có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ, đặc biệt là đối với vi khuẩn Escherichia coli. Ngoài ra, khả năng chống oxy hóa của màng chỉ báo cũng rất tiềm năng, giúp giảm thiểu quá trình oxy hóa lipid và bảo vệ thực phẩm khỏi sự suy giảm chất lượng.
Những đặc tính vượt trội trên đây không chỉ cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn rất lớn của màng chỉ báo trong ngành công nghiệp thực phẩm, mà còn khẳng định giá trị kinh tế và môi trường của việc tận dụng hiệu quả phế phẩm nông nghiệp. Điều này mở ra hướng đi mới trong lĩnh vực bao bì thông minh, an toàn và thân thiện với môi trường, góp phần vào sự phát triển bền vững của xã hội trong tương lai.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Waste and Biomass Valorization.
Tài liệu tham khảo: Mang, T.T.X., Dang-Bao, T. & Tran, U.P.N. A Smart Indicator of Beef Spoilage Using Pectin and Betalains from Red Dragon Fruit (Hylocereus polyrhizus) Peels. Waste Biomass Valor (2025). https://doi.org/10.1007/s12649-025-02900-5
TS. Trần Phước Nhật Uyên (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)