Phụ phẩm giàu dinh dưỡng

Hiện nay, những phế phẩm thải ra từ các cơ sở chế biến được bán với giá thành thấp, thường sử dụng làm thức ăn chăn nuôi với chuỗi giá trị kinh tế thấp. Trong khi đó, thành phần của phế phẩm xương cá chứa hàm lượng canxi khá cao và protein với các axit amin thiết yếu có giá trị. Đã có nhiều công trình khoa học nhận định xương cá là một nguồn canxi từ thiên nhiên có tính ứng dụng cao, đặc biệt, đây là nguồn thu nhận hydroxyapatite (HA). Thêm vào đó, tổng hợp HA từ xương cá là quá trình thân thiện với môi trường và sản phẩm thu được có tính tương thích sinh học cao.

Theo TS Nguyễn Trí, Viện Công nghệ Hóa học, trên thế giới, HA đã ứng dụng rộng rãi trong y sinh như một chất độn, sửa chữa xương và tái tạo mô xương hoặc chất mang thuốc để chữa trị thoái hóa xương. Ngoài ra, HA cũng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác, trao đổi ion, cảm biến, gốm sứ sinh học, xử lý môi trường.

So với HA được tổng hợp từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên, HA tổng hợp từ các hóa chất phức tạp hơn và không an toàn về mặt sinh học (không thể sử dụng làm vật liệu y sinh). Do đó, các nhà nghiên cứu đã lựa chọn những nguồn tự nhiên để tổng hợp HA như xương cá.

Phân tích thành phần hóa học của những nguồn nguyên liệu tự nhiên là xương bò, răng và xương của lợn cho thấy, đây là nguồn cung cấp canxi phong phú. Việc tổng hợp HA từ những nguồn phế phẩm này không chỉ đạt hiệu quả về kinh tế, mà còn thân thiện với môi trường. Trong đó, xương cá chiếm khoảng 50% chất thải tạo ra từ ngành công nghiệp chế biến cá, được chứng minh là nguồn nguyên liệu an toàn, dồi dào và khả năng truyền bệnh thấp, nên nhiều loài cá đã được sử dụng để chế tạo HA như cá hồi, cá chép, cá cơm Nhật Bản, cá mòi, cá ngừ…

TS Nguyễn Trí cho biết, phương pháp thủy phân protein bằng enzyme thu hút sự quan tâm do đây là quá trình tạo ra protein chất lượng cao. Protein thu được từ phương pháp này có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như phụ gia thực phẩm, thực phẩm chức năng, dược phẩm và mỹ phẩm. Một số enzyme protease có sẵn trên thị trường đã được sử dụng để thủy phân protein cá, điển hình là Alcalase, Flavourzyme, Papain, Neutrase và Bromeline. Tuy nhiên, chi phí enzyme cao là một trong những trở ngại khiến việc triển khai sản xuất còn hạn chế.

Nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam đã kết hợp quá trình thủy phân trích protein có trong phụ phẩm xương cá với quá trình tổng hợp HA từ bã rắn sau quá trình thủy phân, qua đó giảm thiểu chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm bột protein và bột HA, hướng đến ứng dụng sản xuất quy mô công nghiệp.

Dịch thủy phân sau ly tâm và bột xương cá chẽm sau thủy phân.

Thủy phân protein bằng enzyme

Trước tiên, nguyên liệu phụ phẩm xương cá sẽ được cắt nhỏ (kích thước 1 – 2cm). Tiếp theo, bổ sung nước với tỷ lệ 1:1,5 và gia nhiệt đến nhiệt độ tách béo trong 1 giờ và khuấy liên tục với tốc độ khuấy là 200 vòng/phút để tiến hành tách béo (nhiệt độ tách béo đối với xương cá hồi, cá chẽm và cá ngừ tương ứng 95 độ C, 95 độ C và 90 độ C). Sau đó, tắt khuấy và gia nhiệt để yên cho hỗn hợp nguội về nhiệt độ phòng rồi đem làm lạnh ở 4 độ C, tiếp theo tách lớp lipid đã đóng rắn trên bề mặt hỗn hợp.

Hỗn hợp sau khi đã tách lipid sẽ tiến hành thủy phân với enzyme. Ở bước này tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình thủy phân (thời gian, nhiệt độ, và nồng độ enzyme theo phương pháp khảo sát luân phiên từng biến) với kết quả mong đợi là hiệu suất thu hồi protein.

Sau khi thủy phân với enzyme, hỗn hợp sẽ được tiến hành bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 85 độ C trong 15 phút, rồi lọc qua rây hoặc vải để loại bỏ phần xương, phần dịch còn lại sẽ mang đi ly tâm ở tốc độ 7.000 vòng/phút trong 10 phút để loại bỏ phần xương còn sót lại (phần bã rắn tách bên dưới) và thu được dịch protein. Sau đó, dịch protein được cấp đông sâu và sấy thăng hoa thu được sản phẩm ở dạng bột. Sản phẩm bột protein được bảo quản ở nhiệt độ -10 độ C cho những nghiên cứu tiếp theo.

Nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện và sản xuất thành công sản phẩm bột protein, bột HA từ các phế phẩm xương cá. Bột protein thủy phân hòa tan trong nước, có hoạt tính kháng oxy hóa cao và chứa các axit amin thiết yếu với hàm lượng cao, phù hợp làm nguồn bổ sung đạm cho thực phẩm, ứng dụng trong thực phẩm chức năng. Bột HA có kích thước nano, có độ tinh sạch và tính tương thích sinh học cao, có khả năng bổ sung canxi cho răng bằng cách bổ sung vào thành phần của kem đánh răng thông thường.

TS Nguyễn Trí cho biết, hai dòng sản phẩm bột protein, bột nano canxi HA đã được Viện Pasteur TPHCM kiểm nghiệm và đánh giá đạt các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm (về hóa lý, vi sinh, hàm lượng vết các kim loại As, Cd, Hg và Pb...). Quy trình sản xuất được xác định các thông số phù hợp và vận hành đơn giản, hiệu quả, sạch và xanh. 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, góp phần nâng cao giá trị của chuỗi sản phẩm trong chế biến thủy hải sản, cũng như nâng cao hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp.

Theo bà Đặng Thị Phương Ninh, Giám đốc Công ty Phát triển kinh tế Duyên Hải (COFIDEC), đơn vị đang bán xương cá phế phẩm với mức giá 4.000 đồng/kg cho nhiều nơi để làm nguyên liệu đầu vào cho sản xuất nước mắm, nước tương hoặc sản xuất thức ăn chăn nuôi.