Nếu coi một đề tài quy tụ cả nhà nghiên cứu và nhà sản xuất hợp tác cùng tạo ra một công nghệ xanh hữu dụng, nhiều tiềm năng đem lại những sản phẩm giá trị cho thị trường là thành công thì “Ứng dụng công nghệ chiếu xạ trong sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo dùng làm chất xơ thực phẩm” (KC.05.20/16-20) là một đề tài như vậy.
Xuất phát từ suy nghĩ phải tìm cách bổ sung chất xơ như maltodextrin kháng tiêu hóa - một chất xơ hòa tan dạng bột thường dùng làm phụ gia trong nhiều loại thực phẩm vào các sản phẩm ăn liền, để đem lại giá trị dinh dưỡng mới cho nó, PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm, Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch (Bộ NN&PTNT) các cộng sự đã quyết định đề xuất đề tài “Ứng dụng công nghệ chiếu xạ trong sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo dùng làm chất xơ thực phẩm” (KC.05.20/16-20).
Chưa cần hình dung ra những ứng dụng sâu xa của maltodextrin kháng tiêu hóa, chúng ta chỉ cần nhìn vào mì tôm, một thực phẩm cứu trợ đắc lực nhất trong những ngày mưa lũ tràn vào miền Trung hay những đợt giãn cách xã hội dài ngày do dịch COVID-19 ở Việt Nam. Mặc dù giúp no bụng song mì ăn liền có một nhược điểm là “nghèo” dinh dưỡng, nếu ăn nhiều thường gây ra cảm giác “xót ruột”. “Nếu có thể bổ sung chất xơ như maltodextrin kháng tiêu hóa vào mì tôm thì sẽ góp phần giải quyết vấn đề này, nhất là ở những vùng xảy ra thiên tai, dịch họa cũng khó mua rau”, PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm nhận xét.
Tuy nhiên tác dụng của maltodextrin kháng tiêu hóa không chỉ có vậy. “Nó là chất xơ, không phải xơ dai bã như trong rau mà là chất xơ hòa tan trong nước, vừa giúp tiêu hóa dễ dàng hơn, vừa có khả năng giảm thiểu hấp thụ đường và cholesterol trong cơ thể, đồng thời hỗ trợ sự phát triển của các lợi khuẩn trong đường ruột. Maltodextrin kháng tiêu hóa không chứa nhiều calo nên rất phù hợp với những người ăn kiêng, bị tiểu đường hoặc béo phì”, ông giải thích về tiềm năng ứng dụng gợi mở trên rất nhiều sản phẩm khác nhau trong tương lai của chất liệu này.
Dù rất hứa hẹn nhưng ở Việt Nam chưa có nhiều người quan tâm đến việc nghiên cứu và sản xuất loại chất xơ hòa tan này. “Một số nơi đã nghiên cứu tinh bột kháng để làm chất xơ, nhưng mới dừng ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa nơi nào có triển khai sản xuất thử nghiệm và đặt vấn đề thương mại. Trong khi đó, Việt Nam vẫn đang nhập khẩu sản phẩm này”, PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm cho biết.
Vì vậy, đề tài này của ông và cộng sự hướng đến ba mục tiêu, “thứ nhất là xây dựng quy trình sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa có ứng dụng công nghệ chiếu xạ. Thứ hai là thiết kế, chế tạo hệ thiết bị quy mô sản xuất thử nghiệm với với công suất 50kg/mẻ, và cuối cùng là đưa sản phẩm vào ứng dụng để chế biến một loạt thực phẩm giàu chất xơ”.
Cải tiến quy trình sản xuất bằng bức xạ gamma
Việc ứng dụng công nghệ chiếu xạ trong thực phẩm ngày càng phổ biến trong những năm gần đây. Tuy nhiên, đa phần mọi người quen thuộc với chức năng chiếu xạ nhằm tiêu diệt các vi sinh vật bị nhiễm trong thực phẩm, giúp bảo đảm an toàn thực phẩm, ngăn chặn hư hỏng và kéo dài thời gian bảo quản chứ ít ai để ý rằng chiếu xạ cũng có thể ứng dụng trong nhiều công đoạn sản xuất thực phẩm. Đây là điều mà PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm đã khám phá ra khi nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa. “Bức xạ gamma có thể thay thế hoặc giảm bớt chất xúc tác axit trong quá trình sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo, giúp tiết kiệm thời gian, năng lượng, chi phí sản xuất và thân thiện hơn với môi trường”.
Cụ thể, trong quy trình sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa thông thường, tinh bột sẽ được nhiệt phân với xúc tác axit, sau đó thủy phân, trải qua quá trình tinh chế nhiều cấp độ, làm giàu, cô đặc chân không và sấy phun sẽ thu được sản phẩm cuối cùng dạng bột trắng ngà. “Phương pháp này có thể thu được sản phẩm có hàm lượng maltodextrin kháng tiêu hóa cao, nhưng việc sử dụng xúc tác axit và nhiệt độ cao trong công đoạn nhiệt phân sẽ khiến màu tinh bột thành vàng sẫm, nhiều ion kim loại xuất hiện, dẫn đến quá trình khử màu và tinh chế tiếp theo phức tạp, tốn nhiều thời gian và chi phí”, ông nói. “Bức xạ gamma là một phương pháp vật lý dùng để biến đổi tinh bột, với các ưu điểm như giảm nhiệt độ nhiệt phân, thời gian phản ứng nhiệt phân và giảm độ màu của sản phẩm nhiệt phân, gần như không để lại các tạp chất độc hại trong tinh bột sau khi chế biến so với các phương pháp hóa học”.
Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực công nghệ chiếu xạ và công nghệ thực phẩm, việc ứng dụng bức xạ gamma trong sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo không phải là thách thức quá lớn với PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm và các cộng sự.
Trong khuôn khổ một đề tài cấp nhà nước, chỉ chưa đầy hai năm, nhóm nghiên cứu đã làm chủ được quy trình này. “Dựa trên quy trình sản xuất mang tính nguyên lý, chúng tôi đã nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất cụ thể, từ bước đầu tiên là lựa chọn nguyên liệu lúa gạo và tinh chế tinh bột, sau đem đi chiếu xạ ở Trung tâm chiếu xạ Hà Nội (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam), sấy khô rồi đưa vào nhiệt phân ở thời gian và nhiệt độ phù hợp, sau đó dịch hóa và đường hóa bằng enzyme, tinh chế và cô đặc, sấy phun để cho ra sản phẩm cuối cùng là maltodextrin kháng tiêu hóa có hàm lượng đạt tới 85%”, ông cho biết.
Thực chất, tỉ lệ maltodextrin kháng tiêu hóa thu được khi sử dụng bức xạ gamma thay thế hoàn toàn xúc tác axit thấp hơn so với phương pháp truyền thống. Do vậy, PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm cho biết trong trường hợp muốn nâng cao hàm lượng, người sản xuất vẫn có thể bổ sung thêm một lượng rất nhỏ xúc tác axit, kể cả như vậy thì “lượng axit sử dụng vẫn thấp hơn nhiều so với trước đây”.
Nhờ phát hiện mới này, nhóm nghiên cứu đã thu được nhiều dòng sản phẩm maltodextrin kháng tiêu hóa có hàm lượng khác nhau trong khuôn khổ của đề tài. Ngoài bài báo trên tạp chí Journal of Food Processing and Preservation, họ đã đăng ký bảo hộ sáng chế cho phương pháp sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo bằng công nghệ chiếu xạ tại Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) và đã được chấp nhận đơn hợp lệ. Hơn nữa, đề tài cũng giúp nhóm nghiên cứu nâng cao năng lực chuyên môn và đào tạo thêm 2 kỹ sư, 3 thạc sĩ và 1 nghiên cứu sinh. “Từ kết quả thực hiện nhiệm vụ, đội ngũ cán bộ khoa học của cơ quan chủ trì và nhóm nghiên cứu đến nay đã tự tin làm chủ được công nghệ sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo hay các nguồn tinh bột khác nhằm tạo ra nguyên liệu chất xơ hòa tan”, theo bài viết của PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm trên trang web của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam.
Sẵn sàng đưa ra ứng dụng
Không phải ngẫu nhiên mà ngay từ ban đầu, một số doanh nghiệp thực phẩm lớn của Việt Nam như Vifon, công ty dinh dưỡng Nutricare đã cùng tham gia vào đề tài. “Họ chuyên sản xuất các loại mì ăn liền, phở, bột dinh dưỡng,... rất tiện lợi nhưng hầu hết đều có hàm lượng chất xơ thấp hoặc phải nhập khẩu. Họ không bằng lòng với những sản phẩm đó mà muốn cải tiến, tạo ra những dòng sản phẩm giàu chất xơ hơn, nên họ sẵn lòng hợp tác với mình để thử nghiệm trên sản phẩm của họ”, PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm kể lại.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm bổ sung maltodextrin kháng tiêu hóa cho các sản phẩm bột đậu xanh, nước cam, trà gừng mật ong,… “Chúng tôi lựa chọn các sản phẩm tiêu thụ nhiều trên thị trường, như thế mới có ý nghĩa bổ sung dinh dưỡng cho người dân”, ông cho biết. “Ngoài việc đáp ứng tiêu chí về mặt dinh dưỡng, chúng tôi còn phải điều chỉnh lượng maltodextrin sao cho không làm ảnh hưởng đến tính chất thực phẩm”.
Để ứng dụng trong thực tế, một phương pháp sản xuất phải có khả năng triển khai trên quy mô công nghiệp. Tuy nhiên, việc đi từ quy mô “chai lọ” đến quy mô lớn là một quãng đường dài. “Lúc đầu chúng tôi chạy thử trên hệ thiết bị nhỏ trong phòng thí nghiệm, sau đó mới nâng lên hệ thiết bị khoảng 7-8 kg/mẻ, bây giờ đã chế tạo một thiết bị 50 kg/mẻ. Chúng tôi phải nâng lên từng nấc như thế để dần dần hoàn thiện cả quy trình công nghệ và chế tạo thiết bị sao cho tối ưu nhất. Chẳng hạn thiết bị nhiệt phân là một tổ hợp chức năng sấy, phun trộn chất xúc tác, và rang bột phải thiết kế như thế nào để tinh bột được trộn đều, nung nóng đều, làm nguội và tự động tháo liệu,... mọi thứ đều khá phức tạp. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đưa vào nhiều kỹ thuật mới trong thiết kế chế tạo các hệ thống trao đổi ion để khử màu, khử khoáng”, ông nói.
Việc mở rộng quy mô sản xuất còn là yếu tố quan trọng để hạ giá thành sản phẩm. Với quy mô sản xuất pilot hiện nay, giá thành maltodextrin kháng tiêu hóa vẫn còn cao hơn so với nhập khẩu, nhưng nếu nâng công suất lên 5-20 lần thì giá thành sẽ rẻ hơn rất nhiều. PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm cho biết: "Sau khi kết thúc đề tài, chúng tôi cũng sẽ có kế hoạch xây dựng dự án sản xuất thử nghiệm và hợp tác với doanh nghiệp nào đó để sản xuất lớn. Chúng tôi đã đăng ký các tiêu chuẩn về an toàn thực phẩm, nên sản phẩm hoàn toàn đủ điều kiện đưa ra thị trường. Vấn đề bây giờ là mình có đủ năng lực để mở rộng sản xuất, hạ giá thành sản phẩm hay không”.