Dùng enzym biến rác thực phẩm thành “vàng”

Sản xuất vật liệu nano từ rác thải thực phẩm là một lĩnh vực nghiên cứu tương đối mới. Gần đây đã có các nghiên cứu sử dụng cám gạo và lúa mì để sản xuất hạt nano. Các chất cao phân tử sinh học như xylan, cellulose, bột mì và chitosan đã được sử dụng rộng rãi để tổng hợp các hạt nano.

Vỏ trấu có chứa silic và do đó được các nhà khoa học đánh giá là một nguyên liệu tốt. Họ đã tổng hợp carbon phân cực từ vỏ trấu bằng cách carbon hóa nguyên liệu này tại nhiệt độ 4000C ở môi trường nitrogen trong vòng 2 giờ. Hoạt tính kháng khuẩn của các hạt nano tạo ra đủ để ức chế sự sinh trưởng của các vi sinh vật. Trong một nghiên cứu khác, các hạt nanosilica từ vỏ trấu đã được chứng minh là có khả năng loại bỏ màu nhuộm hữu cơ một cách hiệu quả.

Rác thải thực phẩm được các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ sinh học coi là ứng viên lý tưởng cho sản xuất enzym. Một số rác thải thực phẩm đã được sử dụng để sản xuất các enzym có giá trị cao về mặt thương mại. Các enzym ôxy hóa như cellulose, laccase, amylase, xylanase, phytase và lipase đều đã được nghiên cứu sản xuất từ rác thải thực phẩm.

Vai trò của rác thải thực phẩm được coi trọng một phần nhờ yếu tố giá cả: Gần 28% giá thành sản xuất các enzym thương mại là từ chi phí nguyên liệu thô. Để giải quyết vấn đề, một số nghiên cứu đã tập trung vào việc tận dụng các nguồn thải giàu lignocellulose trong sản xuất enzym, sử dụng các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải và tận dụng các hợp chất cao phân tử phức tạp từ sinh khối thực vật. Hoạt tính enzym có thể được tăng cường nhờ các công nghệ tối ưu hóa môi trường và sử dụng vi sinh vật biến đổi gene.

Các nghiên cứu về quá trình chuyển hóa rác thải thực phẩm từ thực vật đã cho thấy hoạt động tách chiết các hoạt chất có giá trị như chất chống ôxy hóa hay chất xơ đang trở nên phổ biến không kém nhiên liệu lỏng hay biogas trong những năm gần đây.

Cám gạo - một sản phẩm phụ từ quá trình chế biến gạo - rất giàu chất xơ, protein, vitamin, khoáng chất và các hợp chất từ thực vật như tocopherol hay polyphenol. Bã cam và bã ép hoa quả là những nguồn tốt để sản xuất phenol và carotenoid - các hợp chất vẫn được sử dụng để tăng độ bền của thực phẩm và đồ uống. Pectin là một thành phần chính của tất cả các loại thực vật. Các chất xơ không tan trong nước là một nguồn phụ gia tốt cho việc sản xuất thực phẩm chức năng, giúp làm tăng sức khỏe đường ruột.

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) là vật liệu dạng nhựa có thể thay thế nhựa có nguồn gốc hóa dầu. Các vật liệu lignocellulose - đáng chú ý nhất là rác thải thực phẩm và nông nghiệp - đã được dùng trong quá trình sản xuất PHAs và poly-3hydroxybutyrate (PHB).

Chitosan là một dẫn xuất của chitin, hợp chất cao phân tử phổ biến thứ hai sau cellulose với đặc tính kháng khuẩn, dễ phân giải sinh học. Gần đây, giới khoa học đã tập trung hơn vào hướng sử dụng các enzym protease để trích xuất chitosan từ rác thải tôm trong công nghiệp thủy sản.

Collagen là một trong các loại protein thông dụng nhất trong cơ thể sinh vật đa bào, có tác dụng đảm bảo sự bền vững về cấu trúc của các mô liên kết và các nội quan. Rác thải thực phẩm từ động vật đã được sử dụng rộng rãi làm nguyên liệu thô sản xuất collagen.

Thuật ngữ “nhiên liệu sinh học” bao gồm rất nhiều sản phẩm như ethanol, diesel, hydro, ether, butanol, biogas và khí đốt tổng hợp có nguồn gốc sinh học.

Sinh khối thực vật đã được sử dụng để sản xuất ethanol sinh học từ hàng thế kỷ nay. Nguyên tắc sản sản xuất ethanol sinh học là tận dụng enzym để phân giải các hợp chất lignocellulose tạo ra đường, sau đó chuyển hóa đường thành ethanol.

Biodiesel là sản phẩm thứ sinh từ chất thải có nguồn gốc dầu ăn. Các phương pháp xử lý hiện đã chế tạo thành công diesel sinh học từ dầu ăn, trong đó các enzym phân giải lipid như lipozyme TL IM hay novozym 435 được sử dụng để chuyển hóa dầu ăn thành diesel sinh học. Bên cạnh các enzym thương mại hóa, enzym vi sinh vật cũng được sử dụng để sản xuất diesel sinh học.

Khí hydro cũng được các nhà khoa học nghiên cứu sản xuất từ buồng cọ, lúa miến và thân lúa mì, trong đó có ứng dụng cải tiến gene của các sinh vật có khả năng lên men như enterobacter, bacillus hay clostridium.