Chế phẩm chitosan từ vỏ tôm giúp kéo dài thời gian bảo quản nông sản

Những lồng đầy ắp tôm đang nhảy tanh tách dưới ánh nắng Mặt trời là cảnh tượng quen thuộc tại các hộ nuôi tôm dọc các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Bến Tre và Kiên Giang. Sự phát triển nhanh chóng qua từng năm của ngành nuôi trồng và chế biến tôm đã đem lại giá trị lớn cho các doanh nghiệp trong ngành và người nông dân. Theo thống kê của Tổng cục thủy hải sản, tại Việt Nam, sản lượng tôm sẽ luôn gia tăng theo từng năm, dự báo đến năm 2045, sản lượng này sẽ tăng gấp đôi.

Đi kèm với sự phát triển đó là số lượng phụ phẩm khổng lồ thải ra môi trường. Trung bình 1 tấn tôm thành phẩm sẽ thải ra khoảng 0,75 tấn chất thải. Nếu tận dụng nguồn thải này để tạo ra sản phẩm hữu ích, người nông dân không chỉ có thể chủ động nâng cao hiệu quả kinh tế, nâng cao thu nhập, mà đồng thời còn giải quyết vỏ tôm, giảm thiểu chi phí phải bỏ ra để xử lý phần phụ phẩm này.

Đó là điều mà TS. Vũ Thị Quyền (Trưởng ngành công nghệ sinh học Khoa Công nghệ ứng dụng, trường Đại học Văn Lang) vẫn luôn băn khoăn: Làm thế nào để giải quyết lượng phụ phẩm khổng lồ này? Cùng lúc đó, chị được biết nhiều nông dân cũng có nhu cầu tìm kiếm một công nghệ giúp kéo dài thời gian bảo quản rau củ. Xâu chuỗi hai dữ kiện này, chị bỗng nhận ra mình có thể tạo chế phẩm sinh học chitosan từ vỏ tôm làm “lớp màng” bảo quản rau quả.

Trong những năm gần đây, các chế phẩm sinh học sử dụng trong bảo quản rau quả được nhiều người tiêu dùng quan tâm bởi tính năng an toàn cho nông sản thực phẩm và sức khỏe con người. “Trong năm 2022, có khoảng 30% - 35% lượng rau quả bị tổn thất sau thu hoạch, đây là những yếu tố bất lợi lớn cho người nông dân cũng như thị trường rau quả của Việt Nam”, TS. Vũ Thị Quyền chia sẻ tại sự kiện Hợp tác công nghệ với chủ đề “Quy trình sản xuất chế phẩm chitosan từ vỏ tôm ứng dụng trong bảo quản rau quả” do Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN TP.HCM tổ chức. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy chitosan là một chế phẩm sinh học tiềm năng giúp kéo dài độ tươi của rau quả mà không làm mất đi hương vị tự nhiên của chúng.

Chitosan là một dẫn xuất của chitin, được hình thành khi tách nhóm acetyl khỏi mạch chitin, thường ở dạng vẩy hoặc dạng bột màu trắng ngà. Nó có khả năng ức chế nhiều chủng vi sinh vật như vi khuẩn Gram âm, Gram dương và vi nấm.

Vỏ tôm, vốn sẵn có ở nhiều nơi, là một trong những nguyên liệu thô có chứa chitin rất dồi dào, bởi chitin là một trong những polymer sinh học phong phú trong tự nhiên, đóng vai trò là thành phần chính tạo nên độ cứng chắc trong cấu trúc vỏ, khung xương của các loài giáp xác, chân đốt (vỏ tôm, cua, ghẹ, côn trùng), trong mai mực và trong vách tế bào vi nấm, vi khuẩn. Như vậy, vỏ tôm có thể xem là nguồn tiềm năng để lấy chitin sản xuất ra chitosan.

Chitosan có thể diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu và có tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài. Khi ngâm sản phẩm rau củ qua dung dịch chitosan, ngoài việc giúp sát khuẩn, chế phẩm còn tạo ra một màng bọc sinh học bên ngoài rau củ quả, hạn chế việc thoát hơi nước, giúp việc bảo quản lâu hơn. Người dùng có thể pha chitosan với nước để ngâm trái cây, sau đó có thể tái sử dụng nước này để bón cho cây trồng.

Các chế phẩm sinh học đa dạng

“Ngay từ bước xử lý nguyên liệu ban đầu, chúng tôi đã gặp nhiều khó khăn bởi nguyên liệu gồm nhiều loại vỏ tôm khác nhau, không đồng nhất”, TS. Vũ Thị Quyền chia sẻ. “Sau nhiều lần thử, chúng tôi đã rút ra được kinh nghiệm. Việc phân loại những thành phần tương đồng với nhau sẽ giúp quá trình xử lý diễn ra dễ dàng hơn.”

Theo quy trình của nhóm nghiên cứu, vỏ tôm được làm sạch, loại bỏ tạp chất, phơi sấy ở nhiệt độ 35-450C, rồi nghiền nhỏ. Bột vỏ tôm được khử khoáng để rửa trôi hết muối và acid dư tan trong nước. Quá trình này kết thúc khi dịch rửa cho giá trị pH bằng 7. Nhóm sau đó dùng NaOH 5% ngâm bột vỏ tôm (protein bị kiềm thủy phân thành các amin tự do hòa tan trong nước). Để loại bỏ hoàn toàn protein, các nhà khoa học tiến hành gia nhiệt ở khoảng 80-850C trong vòng 2,5 đến 3 giờ. Sau đó, họ rửa đi rửa lại sản phẩm nhiều lần bằng nước lã để rửa trôi hết muối natri, các amin tự do và NaOH dư - đến khi sản phẩm đạt pH bằng 7. Sản phẩm sau đó được sấy khô ở 600C để thu được chitin thô.

Tiếp theo, các nhà khoa học xử lý chitin thô trong dung dịch acetic acid 5%, thêm nước cất để tạo thành dung dịch chitosan. Tỷ lệ thu hồi chitosan bình quân 26 đến 30%.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm dung dịch này để bảo quản một số loại trái cây như xoài, thanh long, vải, bắp cải, cà chua,…, bằng cách đem rau quả (đã được rửa sạch vỏ bằng nước máy hoặc nước giếng) ngâm với dung dịch chitosan 1% - 2% - 3% - 4% - 5% - 6% trong 3 phút, sau đó vớt ra, để ráo bằng quạt và đóng túi GreenMAP, đặt trong thùng carton kín miệng, bảo quản trong phòng lạnh 10 - 120C. Túi biến đổi khí quyển GreenMAP (Modified Atmosphere Packaging) là túi bọc rau quả bằng vật liệu chắn khí, trong đó môi trường khí được điều chỉnh để ức chế tác nhân gây hư hỏng. Túi được làm từ nhựa polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) kết hợp với một số chất phụ gia vô cơ như silica, zeolit, bentonit. Đây là loại bao bì có tính chất thẩm thấu chọn lọc đối với các loại khí nhằm thay đổi thành phần khí quyển xung quanh rau quả, hạn chế hô hấp và hoạt động của vi sinh vật, kéo dài độ tươi lâu sản phẩm nhờ giảm sự hô hấp và giảm tốc độ lão hóa mà không hoàn toàn cản trở quá trình hô hấp hiếu khí.

Kết quả cho thấy việc dung dịch chitosan 6% cho hiệu quả bảo quản nông sản cao nhất: sau 30 ngày, nông sản vẫn tươi, giữ nguyên màu sắc. Độ ngọt (brix) của các loại trái cây gần như không thay đổi so với ban đầu; đặc biệt, độ brix ở trái thanh long tăng 5%.

Đáng chú ý, chế phẩm chitosan do nhóm sản xuất có kết quả bảo quản nông sản tương đương với sản phẩm nhập ngoại từ Hàn Quốc hay Nhật Bản. Bên cạnh đó, trong quy trình sản xuất chitosan, nhóm hạn chế sử dụng các hóa chất công nghiệp như acid acetic, thay vào đó là acid acetic từ dấm tre, gỗ, an toàn cho người sử dụng.

“Chúng tôi nghiên cứu một cách từ từ. Nhóm cũng đã nhiều lần thất bại, có khi làm thí nghiệm đến vài tháng mà không ra được kết quả khả quan. Song cuối cùng thì chúng tôi cũng cho ra được dung dịch chitosan như hiện tại”, TS. Vũ Thị Quyền hé lộ. Những nỗ lực trên vô cùng đáng giá khi sản phẩm chitosan từ vỏ tôm có thể góp phần giải quyết câu chuyện vỏ tôm phế phẩm, vì lượng phế phẩm từ tôm ở Việt Nam ước tính lên đến 325.000 tấn/năm, hiện chủ yếu thải bỏ, gây ô nhiễm môi trường. Dung dịch chitosan từ vỏ tôm không phải là một giải pháp “vá víu”, nó thực sự mang lại hiệu quả khi giúp kéo dài thời gian bảo quản rau củ, trái cây từ 2 – 3 lần, so với cách bảo quản thông thường nhưng vẫn giữ nguyên hương vị, đảm bảo an toàn thực phẩm.

TS Vũ Thị Quyền cho biết thêm, không chỉ sản xuất chế phẩm chitosan từ vỏ tôm, nhóm tác giả còn nghiên cứu, sản xuất các chế phẩm sinh học bảo quản nông sản từ dấm tre, dấm gỗ, bột neem, dầu sachi. Các chế phẩm này đều có thời gian bảo quản nông sản ở nhiệt độ 100C cao hơn chitosan từ vỏ tôm. Cụ thể, bảo quản chôm chôm bằng chitosan, dấm tre gỗ, neem, dầu sachi lần lượt được 16, 26, 21,22 ngày. Ở cam sành lần lượt đạt 60, 72, 69, 70 ngày; chanh dây là 35, 45, 49, 49 ngày; bắp cải là 21, 30, 28, 28 ngày;…

Các chế phẩm nói trên nếu sản xuất ở quy mô nhỏ phòng thí nghiệm sẽ có giá khoảng 170 ngàn đồng/lít dung dịch chitosan 5%, 350 ngàn đồng/lít dấm tre đậm đặc, 260 ngàn đồng/lít dấm gỗ đậm đặc, 100 ngàn đồng/100 gram bột neem (độ ẩm 80%). Tuy nhiên, nếu sản xuất quy mô công nghiệp thì giá thành này có thể giảm hơn một nửa.

Trong bối cảnh các doanh nghiệp ngày càng có xu hướng sử dụng những chế phẩm sinh học để bảo quản sản phẩm bởi mức độ an toàn, bảo vệ chất lượng nông sản và môi trường sinh thái, những sản phẩm như dấm tre, dấm gỗ, chitosan, bột neem đều vô cùng tiềm năng. “Tuy nhiên, tôi vẫn luôn luôn nhấn mạnh một điều rằng tất cả đều phải có liều lượng. Ngay cả với những cái sản phẩm được chứng minh là an toàn thì chúng ta vẫn phải tuân thủ theo nguyên tắc về liều lượng sử dụng”, TS. Vũ Thị Quyền nhấn mạnh.