Sản xuất thành công protein thủy phân và vật liệu HA từ phế phẩm xương cá

Thông qua quá trình thủy phân bằng enzyme, một nhóm chuyên gia tại Viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam đã thu hồi thành công dịch protein, đồng thời hoàn thiện quy trình tổng hợp bột HA từ bã rắn thu được, qua đó giúp tạo ra hướng tiếp cận mới cho ngành vật liệu y sinh 

Thực tế cho thấy, với lợi thế đường bờ biển trải dài mang đến nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú, Việt Nam có rất nhiều nhà máy chế biến các loại thủy hải sản, tuy nhiên phụ phẩm từ những cơ sở này như xương cá thường chỉ được "bán xổ" dưới dạng sản phẩm có giá trị thấp hoặc sử dụng làm thức ăn chăn nuôi với chuỗi giá trị kinh tế thấp.

Trong khi đó, khoa học đã chứng minh rằng, xương cá chứa hàm lượng canxi rất cao, cùng với đó là protein có giá trị và các axit amin thiết yếu. Do vậy, phụ phẩm xương cá rất giàu tiềm năng trong việc tạo ra các sản phẩm có giá trị là nano canxi và protein, hoàn toàn thích hợp để bổ sung vào nhiều loại thực phẩm. Trên thế giới, cũng đã có nhiều công trình khoa học nhận định xương cá là nguồn canxi từ thiên nhiên có tính ứng dụng cao, đặc biệt đây là nguồn thu nhận hydroxyapatite (HA) vốn là loại vật liệu được sử dụng nhiều trong ngành y sinh, cụ thể là cấy ghép xương nhân tạo, hoặc bào chế thuốc chữa trị bệnh thoái hóa xương.

Ý tưởng nghiên cứu đột phá

Tại Việt Nam và trên thế giới, việc thu hồi protein từ phụ phẩm xương cá không phải là quá mới, dẫu thế các nghiên cứu trước đó đều chỉ ra rằng hầu hết quá trình tổng hợp hydroxyapatite từ phụ phẩm xương cá hiện nay đều trải qua các công đoạn xử lý nguyên liệu ban đầu như nấu chín, sau đó đem nung nhằm tách hết thịt và mô còn sót lại trên bề mặt và các chất hữu cơ có trong xương, hoặc xử lý NaOH và H₂O₂, và các công đoạn này rõ ràng đã làm tăng chi phí cho quá trình sản xuất bột hydroxyapatite (HA) khiến việc ứng dụng triển khai vào thực tiễn gặp nhiều khó khăn.

Do đó, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ hóa học (Viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam) đã mạnh dạn đề xuất nhiệm vụ khoa học công nghệ với "mục tiêu kép", đó là kết hợp quá trình thủy phân trích protein có trong phụ phẩm xương cá với quá trình tổng hợp hydroxyapatite (HA) từ bã rắn sau quá trình thủy phân, tất cả nhằm tiết kiệm tối đa chi phí cho quá trình sản xuất hai dòng sản phẩm có giá trị cao là protein và bột HA.

Sản phẩm của đề tài.

Đồng thời, để hướng đến khả năng sản xuất trên quy mô lớn và đại trà, đồng thời đảm bảo tối đa các tiêu chuẩn về an toàn - vệ sinh thực phẩm, nhóm nghiên cứu đã chọn giải pháp xây dựng quy trình thủy phân protein bằng enzyme bởi hiện nay protein thủy phân từ phương pháp enzyme đã và đang được ứng trong nhiều lĩnh vực như phụ gia thực phẩm, thực phẩm chức năng, dược phẩm và mỹ phẩm.

"Protein thủy phân thu được bằng phương pháp enzyme là lựa chọn lý tưởng để sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, tùy theo việc xử lý sản phẩm, ví dụ như bổ sung trong thực phẩm, thực phẩm chức năng, thậm chí là y sinh", TS. Nguyễn Trí nhấn mạnh. Tuy nhiên, chi phí cao của enzyme vẫn là một trong những trở ngại khiến việc sản xuất ở quy mô công nghiệp gặp khó khăn về kinh tế. Do đó, nghiên cứu sử dụng enzyme để thủy phân protein từ phụ phẩm cá có giá trị thấp và đồng thời sử dụng chất thải rắn của quá trình thủy phân nhằm tạo ra thêm sản phẩm bột canxi hydroxyapatite (HA) ở kích thước nano có giá trị nhằm giảm giá thành sản phẩm, hướng đến sản xuất quy mô công nghiệp là rất có ý nghĩa.

Quy trình tổng hợp protein từ xương cá được hoàn thiện, và thử nghiệm thành công.

Sau thời gian nghiên cứu, nhóm thực hiện đã hoàn thiện quy trình xử lý, thủy phân 3 loại xương cá (hồi, chẽm, ngừ) bằng enzyme để sản xuất chế phẩm protein thủy phân hòa tan trong nước định hướng ứng dụng trong thực phẩm chức năng. Đồng thời, xây dựng quy trình sử dụng chất thải của quá trình thủy phân để sản xuất bột HA có kích thước nano, có độ tinh sạch và tính tương thích sinh học cao bằng phương pháp thủy nhiệt.

Các quy trình này cũng đã được đưa vào thử nghiệm ở quy mô pilot 30 kg xương/mẻ để hoàn thiện quy trình sản xuất bột nano canxi hydroxyapatite và protein thủy phân bằng enzyme.

Quy trình tổng hợp bột nano canxi hydroxyapatite là "hướng đi mang tính đột phát" của đề tài, giúp tiết kiệm và tận dụng nguồn bả rắn mà nhiều nghiên cứu trước thường không khai thác.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất thu hồi protein đối với 3 loại xương cá hồi, cá chẽm và cá ngừ đạt từ 60 đến 83%; còn hiệu suất tổng hợp bộ HA đạt từ 44 đến 56% tùy vào từng loại xương (so với lượng bã rắn ban đầu).

Đáng chú ý, sản phẩm bột HA kích thước nano thu được có độ tương thích sinh học cao và có khả năng bổ sung canxi cho răng. Các thử nghiệm đã nhóm nghiên cứu thực hiện, kiểm chứng với số liệu thống kê minh bạch, khoa học.

Ngoài ra, các sản phẩm của công trình nghiên cứu là protein (dạng bột và paste), bột HA đều được kiểm nghiệm tại Viện Pasteur TPHCM, và nhận được đánh giá đạt chất lượng ở các chỉ tiêu về hóa lý, vi sinh.

Có thể khẳng định rằng, việc nghiên cứu thành công và triển khai hiệu quả kết quả nghiên cứu nói trên chắc chắn sẽ mang lại những thành công trong việc tận dụng xương cá để đồng thời thu được sản phẩm HA và chế phẩm protein thủy phân.

Cũng theo lời TS. Nguyễn Trí, quy trình sản xuất được hiệu chỉnh tốt nhất các thông số và vận hành đơn giản, hiệu quả, sạch và xanh. Kết quả nghiên cứu giúp cho các đơn vị sản xuất chế biến thủy hải sản không những nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng hiệu quả của sản phẩm và góp phần vào quá trình phát triển bền vững của xã hội, phù hợp với các tiêu chí của chính phủ về nâng cao hiệu quả kinh tế sản xuất phải đi đôi với chính sách bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Xét về hiệu quả kinh tế xã hội, đại diện nhóm nghiên cứu khẳng định, đây là công nghệ thu hồi và tận dụng tối đa phụ phẩm xương cá nhằm tạo ra các sản phẩm có giá trị cao hơn hẳn, từ đó giúp cho giá trị của quy trình chế biến thủy hải sản tăng thêm giá trị và có nhiều cơ hội cạnh tranh hơn trên thị trường.

Bà Đặng Thị Phương Ninh, Giám đốc công ty phát triển kinh tế Duyên Hải (COFIDEC) cho biết, đơn vị này hiện bán xương cá phế phẩm ở mức giá 4.000 đồng/kg cho nhiều nơi để làm nguyên liệu đầu vào cho sản xuất nước mắm, nước tương hay sản xuất thức ăn chăn nuôi.

"Qua việc nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ hóa học hoàn thiện quy trình tổng hợp 2 loại hợp chất có giá trị kinh tế và ứng dụng rất cao, là dịch protein rất hữu ích ngành sản xuất thực phẩm và bột HA rất cần thiết cho lĩnh vực vật liệu y sinh, có thể tự tin để khẳng định rằng thành công của công trình nghiên cứu đã mở ra một hướng tiếp cận mới cho các doanh nghiệp trong lĩnh vực thực phẩm, y học, đồng thời giúp nâng cao giá trị của nguồn phụ liệu loại ra từ các nhà máy chế biến thủy hải sản, trong đó có COFIDEC", bà Ninh chia sẻ, "Trong thời gian tới, nếu các đơn vị nhận chuyển giao công nghệ để triển khai thực tế hai quy trình này có nhu cầu thì phía COFIDEC cam kết cung ứng nguồn nguyên liệu đầu vào ở mức sản lượng tốt nhất, và mức giá thành hợp lý nhất".