Tạp chí môi trường

Cơ quan của tổng cục môi trường

Hiệu quả của một số mô hình, dự án nghiên cứu xử lý phụ phẩm thủy sản bằng phương pháp sinh học thân thiện với môi trường

04/01/2021

     Ngành thủy sản là một trong ngành kinh tế mũi nhọn của nước ta, với tổng sản lượng thủy sản mỗi năm đạt khoảng 7 triệu tấn/năm. Do công nghệ xử lý thủy, hải sản còn hạn chế, nên lượng phụ phẩm thải ra trong quá trình sản xuất còn khá cao, với tỷ lệ khoảng 35 - 60% (tương đương 2 triệu tấn/năm). Nhằm tận dụng được nguồn phế phụ phẩm, tạo ra các sản phẩm giá trị và giải quyết được bài toán ô nhiễm môi trường, nhiều mô hình, dự án nghiên cứu xử lý phụ phẩm thủy sản bằng công nghệ sinh học đã được ứng dụng trong thực tiễn mang lại hiệu quả, góp phần BVMT. 

     Dự án xử lý phụ phẩm tôm không chất thải

     Trong cơ cấu của ngành thủy sản, sản lượng nuôi trồng và chế biến tôm tăng dần theo các năm, đem lại giá trị xuất khẩu cao, chiếm tỷ trọng lớn nhất. Các phụ phẩm từ quy trình chế biến tôm là những phần bỏ đi trong quá trình chế biến tôm, gồm đầu, vỏ, gan, tụy… chiếm 35 - 45% khối lượng tôm, tùy loại tôm sú hay tôm thẻ. Năm 2017, sản lượng tôm nước ta đạt 723.800 tấn (lượng phụ phẩm tôm khoảng 253.330 - 325.710 tấn). Đến năm 2020 sản lượng tôm đạt khoảng 832.500 tấn (phụ phẩm tôm sẽ đạt khoảng 291.375 - 374.625 tấn). Trong quá trình sản xuất, do công nghệ xử lý thủy, hải sản còn hạn chế nên phần lớn phụ phẩm bị thải trực tiếp vào môi trường (chỉ khoảng 33% được sử dụng để sản xuất các sản phẩm có giá trị gia tăng thấp như phân bón, thức ăn chăn nuôi, và khoảng 7% được tận thu để phát triển các dòng có giá trị gia tăng cao như thực phẩm, dược phẩm). Trong khi đó, phụ phẩm tôm có nhiều chất dinh dưỡng như đạm (55%), chitin (9%), khoáng (22%), béo (12%)… Nếu các dưỡng chất được chiết xuất tối ưu và bảo toàn hoạt tính, sẽ sản xuất  ra nhiều sản phẩm mới, ứng dụng cho nhiều ngành khác nhau.

    

   Sản phẩm nhựa sinh học được làm từ vỏ tôm thân thiện với môi trường

     Nhận thấy tiềm năng của việc xử lý phụ phẩm tôm trong chuỗi công nghiệp sản xuất chế biến tôm của Việt Nam, Công ty CP Việt Nam Food (VNF) - chuyên xử lý phụ phẩm tôm đã phối hợp với Trường Đại học Nha Trang, Trung tâm công nghệ thức ăn và sau thu hoạch thủy sản - Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản 2 (APOTEC), Công ty TNHH VI DAN, Công ty TNHH sản xuất thương mại dịch vụ Hải Bình thành lập nhóm Hợp tác VNF thực hiện Dự án “Hoàn thiện và làm chủ quy trình công nghệ sinh học xử lý phụ phẩm tôm theo hướng tiếp cận không chất thải với công suất đầu vào 100 tấn/ngày, đạt hiệu suất thu hồi từ 50% đến tối thiểu 80% phục vụ ngành dược phẩm, thực phẩm và nông nghiệp”. Dự án thuộc Chương trình đẩy mạnh đổi mới sáng tạo thông qua nghiên cứu khoa học và công nghệ (FIRST) của Bộ KH&CN, với nguồn vốn tài trợ của Ngân hàng Thế giới. Với mục tiêu đổi mới và làm chủ công nghệ trong lĩnh vực xử lý phụ phẩm tôm, Dự án đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học theo hướng tiếp cận giảm thiểu chất thải trong xử lý phụ phẩm tôm. Đây là hướng đi mới, cần thiết và bền vững cho môi trường trong lĩnh vực xử lý phụ phẩm thủy sản.

     Nhóm hợp tác VNF đã nghiên cứu sử dụng enzyme để thu hồi protein trong xác, vỏ tôm; ứng dụng công nghệ tuần hoàn tái sử dụng nước thải trong sản xuất chitin chất lượng cao (công suất 4.000kg xác ép/mẻ) bằng phương pháp hóa sinh; triết xuất chitosan nền từ chitin và chitosan phân tử lượng thấp từ xác tôm mịn trong quá trình sản xuất SSE/Dịch đạm thủy phân (quy mô 200kg chitin/mẻ); Sử dụng công nghệ sinh học để sản xuất nguyên liệu bùn thải làm phân bón vi sinh từ bùn thải (công suất đầu vào 500kg bùn/mẻ).

     Hoàn thành Dự án, nhóm hợp tác VNF đã công bố tiêu chuẩn cơ sở cho 5 sản phẩm là chitosan nền, chitosan phân tử lượng thấp, nguyên liệu làm phân bón, chitin, SSE. Hiện các sản phẩm của Dự án đã được một số đơn vị ký hợp đồng sử dụng sản phẩm như Công ty TNHH Việt Khang, Công ty TNHH CJ VINA AGRI, Công ty TNHH TANIXA… Ngoài ra, việc ứng dụng công nghệ sinh học, tái sử dụng dòng thải trong các dây chuyền sản xuất của VNF ngoài việc giảm thiểu tác động đến môi trường, còn mang lại hiệu quả cao trong việc giảm giá thành sản phẩm nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường. Với quy mô xử lý 100 tấn đầu vỏ tôm/ngày, so với các phương pháp sản xuất truyền thống trước đây, việc thực hiện việc sử dụng công nghệ sinh học và tái sử dụng dòng thải đã giúp chi phí xử lý nước thải giảm 50%, đồng thời lượng bùn thải được tận dụng để sử dụng làm nguyên liệu phân bón vi sinh. Có thể nói, việc ứng dụng quy trình xử lý enzyme, tái sử dụng dòng thải hóa chất (EZ+TSD) giúp cải thiện quá trình sản xuất, ổn định chất lượng, giảm thiểu lượng nước sạch, hóa chất sử dụng và lượng nước thải, giảm thiểu chất thải tác động đến môi trường so với công nghệ sản xuất cũ. 

     Mô hình biến vỏ tôm, cua thành nhựa sinh học

     Ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung và trên địa bàn tỉnh Trà Vinh nói riêng, nuôi trồng thủy sản là thế mạnh, góp phần giải quyết việc làm cho lao động địa phương. Tuy nhiên, hàng năm, lượng lớn vỏ tôm, cua, nghẹ… thải ra chưa được tận dụng gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường. Trước thực trạng trên, nhóm sinh viên, gồm 4 bạn thuộc Trường Đại học Trà Vinh do Nguyễn Phương Khánh (22 tuổi) quê ở xã Long Vĩnh (Duyên Hải, Trà Vinh) làm trưởng nhóm đã cũng chung ý tưởng nghiên cứu mô hình tái chế phế phẩm thủy sản thành nhựa sinh học, giúp hạn chế rác thải nhựa. Loại nguyên liệu này có thể dùng để chế tạo các sản phẩm như ly nhựa, đũa, muỗng, đĩa. Đây là một trong những sáng tạo độc đáo, tính ứng dụng cao, mang ý nghĩa thiết thực, góp phần BVMT.

     Với quy trình sản xuất, tiến hành thu gom nguyên liệu từ ao tôm của nông dân, sau đó sơ chế bằng cách rửa và sấy hoặc phơi khô; dùng máy nghiền loại bỏ các chất khoáng, protein; cuối cùng là phối trộn để tạo thành nhựa sinh học. Trong sản phẩm hoàn chỉnh, vỏ tôm chiếm 65%, còn lại là các chất khác (nhựa, bột màu, dầu hóa dẻo...). Sản phẩm nhựa sinh học tái chế từ phế thải thủy sản khi phân hủy sẽ không tạo ra các hạt vi nhựa giống như nhựa nguyên sinh có nguồn gốc từ dầu mỏ mà có nguồn gốc tự nhiên nên đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng và thân thiện với môi trường. Một số sản phẩm mà nhóm làm là các loại đồ dùng hàng ngày như cốc, đĩa, muỗng, đũa, ống hút, túi ni lông… Ngoài ra, nhóm còn hướng đến sản xuất sản phẩm đồ dùng cho trẻ em và thiết bị y tế.

     Mô hình “tái chế phế phẩm thủy sản thành nhựa sinh học” của nhóm sinh viên Trường Đại học Trà Vinh là 1 trong 2 dự án sinh viên lọt vào top 15 vòng thuyết trình cuộc thi khởi nghiệp đồng bằng sông Cửu Long năm 2020 tại Cần Thơ và đạt giải Nhì cuộc thi Hult Prize khu vực Đông Nam Á. Đây là cuộc thi khởi nghiệp danh giá nhất thế giới, còn được gọi là “Giải Nobel dành cho sinh viên”- Giải thưởng thường niên được tổ chức cho sinh viên toàn thế giới.

     Tách chiết và tinh chế collagen từ da cá tra 

     Phương pháp tách chiết và tinh chế collagen từ da cá tra do PGS.TS. Phan Đình Tuấn và các cộng sự tại Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh thực hiện vừa được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0001753.

Nghiên cứu tách chiết và tinh chế collagen từ da cá tra góp phần giảm thiểu chất thải tác động đến môi trường

     Theo thống kê, năm 2019 Việt Nam xuất khẩu 1,3 triệu tấn cá tra với giá trị đạt 2 tỷ USD. Tuy vậy, chỉ 30% trọng lượng của cá ở phần thân được sử dụng, trong khi đó 70% còn lại ở đầu, da, xương trở thành phụ phẩm. Trung bình, mỗi nhà máy cá tra thải ra từ 5 - 8 tấn da cá và thường bị bỏ đi gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, da cá tra chứa đến 50% hàm lượng chất khô như collagen trong tổng số 69% protein. Trong khi nhu cầu thị trường collagen toàn cầu năm 2019 ước tính khoảng 920 tấn và quy mô thị trường collagen dự kiến đạt 7,5 tỷ USD, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 6,4% trong giai đoạn từ nay đến năm 2027.

     Các nhà khoa học Việt Nam đã thấy được tiềm năng lớn từ việc tách collagen ở da cá tra, sớm tìm hiểu và triển khai nhiều phương pháp từ những năm 2000 nhưng phần lớn vẫn còn nhiều nhược điểm và không hiệu quả. Cách làm cũ khiến sản phẩm đầu ra tồn đọng đến 5% lượng chất béo. Nhóm nghiên cứu tập trung vào cải tiến bước xử lý da cá và tinh chế collagen, tiến hành loại bỏ chất béo bằng cách sử dụng hóa chất và dung môi hữu cơ đến một mức độ nhất định nhằm tránh tổn thất protein collagen, sau đó sử dụng phương pháp tách chất béo bằng CO2. Da cá tra nguyên liệu được ngâm trong dung dịch NaOH và chất hoạt động bề mặt LASNa (Natri linear ankyl benzen sulfat), với tỷ lệ 1/10 nhằm loại bỏ chất béo trong hai giờ để tẩy màu và khử mùi da cá. Ở bước tiếp theo, PGS Tuấn cùng cộng sự sẽ chiết collagen bằng cách cho axit axetic kết hợp với enzym pepsin ở nhiệt độ từ 3 - 17°C trong 24 giờ. Sau cùng, NaCL được bổ sung rồi tiến hành ly tâm để tách collagen thô. Sản phẩm collagen thô được mang đi sấy ở điều kiện đặc thù, giúp cho ra thành phẩm với phân tử lượng cao, không màu, không mùi và hàm lượng béo rất thấp, phù hợp với ứng dụng làm nguyên liệu cho sản xuất mỹ phẩm, thực phẩm và dược phẩm. Ngoài ra, khi để ở nhiệt độ dưới 39,5°C, collagen không bị biến tính về cấu trúc nên dễ bảo quản. Phương pháp này đạt hiệu suất trích ly lên đến 84,81% giúp tránh lãng phí nguồn nguyên liệu đầu vào, giúp nâng cao giá trị cho cá tra nói chung và các sản phẩm chế biến từ cá tra nói riêng.

     Nghiên cứu do nhóm thực hiện đã giúp sử dụng hiệu quả phế phẩm bỏ đi, xác định được quy luật ảnh hưởng của ba yếu tố (nồng độ acid acetic, hàm lượng enzyme pepsin và tỷ số dung môi/da cá) đến hiệu suất trích ly collagen. Collagen thu được bằng phương pháp này có phân tử lượng cao, không màu, không mùi và hàm lượng béo rất thấp. Phù hợp với ứng dụng làm nguyên liệu cho sản xuất mỹ phẩm, thực phẩm và dược phẩm. Khi để ở nhiệt độ dưới 39,5 0C, collagen không bị biến tính về cấu trúc nên dễ bảo quản. Đặc biệt, hiệu suất thu nhận đạt 89% tránh lãng phí nguồn nguyên liệu đầu vào, giúp nâng cao giá trị cho sản phẩm cá tra, tận thu được các phế phẩm, góp phần giảm  thiểu chất thải tác động đến môi trường.

     Như vậy, có thể thấy, việc tái chế, tận dụng hiệu quả các phế phụ phẩm thủy sản như vỏ tôm, cua cá, mỡ cá, sinh khối nhầy, vỏ giáp xác... bằng các phương pháp sinh học thân thiện với môi trường, góp phần tăng giá trị sản phẩm, tận thu tái tạo tài nguyên, BVMT.

Trần Tân

(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số 12/2020)

 

 

 

 

Ý kiến của bạn