Thành tựu mới của công nghệ sinh học

Tiềm năng từ nguồn phụ phẩm

Là một nước có thế mạnh về cây nông nghiệp, sắn là cây công nghiệp quan trọng trong các ngành công nghiệp như: Thực phẩm, dược phẩm, giấy, dệt và các ngành công nghiệp khác. Việt Nam đứng thứ 4 trong khu vực về sản lượng sắn với diện tích trồng sắn, chỉ đứng thứ 3 sau lúa và ngô. Chính vì thế, sắn trở thành cây công nghiệp chủ lực của Việt Nam với kim ngạch xuất khẩu cao (hơn 1,2 tỷ USD năm 2017).

Bã sắn có nhiều tiềm năng để chế biến thành những sản phẩm khác

Ở thị trường trong nước, sắn cũng là cây trồng chủ lực, đóng góp cho nhiều ngành công nghiệp chế biến. Cùng với thành phẩm thu được, quá trình sản xuất tinh bột sắn hiện nay đồng thời tạo ra lượng lớn phụ phẩm bã sắn. Một phần phụ phẩm này được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, phân bón. Mặt khác được sử dụng để sản xuất khí biogas ở một số địa phương. Tuy nhiên, do lượng tồn còn nhiều, phụ phẩm này tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do không được xử lý kịp thời.

Ngoài ra, do chứa hàm lượng chất hữu cơ cao nên bã thải sắn thường được sử dụng làm phân bón hữu cơ cho cây trồng. Tuy nhiên, nếu bón trực tiếp thì không mang lại hiệu quả cao, lại gây mùi khó chịu nên cũng ảnh hưởng đến môi trường sản xuất.

Trong khi đó, thực tế, bã sắn không chỉ được nhìn nhận chỉ là một loại phụ phẩm của quá trình sản xuất mà còn là một nguồn nguyên liệu tiềm năng. Bởi trong bã sắn vẫn còn chứa tinh bột sắn và hàm lượng cellulose khá cao. Do đó, từ năm 2017, Bộ Công Thương đã bắt tay với nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm (Đại học Bách Khoa Hà Nội) thực hiện nghiên cứu, nhằm thu hồi tinh bột và cellulose, phát triển sản phẩm từ hai nguyên liệu này, từ đó hướng tới nâng cao giá trị chuỗi sản xuất. Đồng thời, giảm thiểu ô nhiễm môi trường cho các nhà máy, làng nghề sản xuất thuộc ngành công nghiệp sản xuất sắn.

Thành công trong sản xuất nanocellulose từ phụ phẩm sắn

Do công nghệ nanocellulose là lĩnh vực hoàn toàn mới mẻ tại Việt Nam. Trong khuôn khổ thực hiện đề tài, bã sắn – phụ phẩm của công nghiệp tinh bột sắn được tách tinh bột, glucose từ tinh bột dư, thu hồi cellulose cho phát triển sản xuất nanocellulose (Gồm dạng sợi – NFC: Nanofibrillated cellulose và dạng tinh thể - NCC: Nanocrystalline cellulose).

Với quy trình thu hồi tinh bột từ bã sắn, điểm mới công nghệ của đề tài là sử dụng phương án phân cắt mở hệ sợi bằng phối hợp hai chế phẩm enzyme cellulase và petinase xử lý trong 4h. Sau đó, dịch tinh bột được hoàn trả lại dây chuyền công nghệ tách dịch bột bình thường. Với cách làm này, việc nối tiếp dây chuyền thiết bị rất thuận lợi do dây chuyền hoạt động liên tục. Kết quả tính toán sơ bộ cho thấy, hiệu quả kinh tế của công nghệ rất khả thi. Chi phí vật tư tiêu hao để thu hồi 1 kg tinh bột sắn khoảng 6.800 đồng. Ước tính doanh thu cộng thêm khi thu hồi tinh bột là khoảng 2,6 triệu đồng/tấn bã khô.

Để sản xuất nanocellulose từ bã sắn, trước tiên phải thu hồi tinh bột, nhằm tách tinh bột khỏi cellulose. Tiếp đó, thực hiện thu hồi glucose nhằm tách hoàn toàn tinh bột khỏi cellulose. Bã sắn sau tách tinh bột được tẩy trắng, tiến hành tạo NCC và NFC. Kết quả thử nghiệm, hiệu suất thu hồi NCC đạt 65%, NFC đạt 60,2 %.

Đại học Bách khoa Hà Nội đã đăng ký giải pháp hữu ích cho quy trình công nghệ. Các kết quả nghiên cứu cũng đã được phối hợp với các đơn vị sản xuất nhằm nghiên cứu ứng dụng. Cụ thể, phối hợp với Viện Kiểm nghiệm thuốc trung ương (Bộ Y tế), nghiên cứu, ứng dụng nanocellulose trong sản xuất dược phẩm. Phối hợp với Công ty TNHH Hải Châu nghiên cứu, ứng dụng nanocellulose trong sản xuất bánh. Thực hiện thử nghiệm phân tách tinh bột tại cơ sở sản xuất tinh bột sắn Nguyễn Văn Việt (Làng nghề sản xuất tinh bột Cát Quế, Hoài Đức, Hà Nội).

Kết quả thử nghiệm cho thấy, khả năng sử dụng NCC của đề tài trong chất ổn định sản phẩm và chất nhũ hóa và mang thuốc trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Với NFC, có thể ứng dụng cho tạo phim sử dụng trong mỹ phẩm bởi khả năng chống tia UV, giữ ẩm tốt. Thử nghiệm tạo tráng NFC cho giấy giúp tăng độ bền xé, độ bền mục và tăng tính năng ngăn ẩm.

Các kết quả nghiên cứu, phối hợp với GS. Inokuchi Nhật Bản cũng khẳng định, có thể phát triển NFC cho tính kháng khuẩn, kháng nấm. Đây là kết quả khả quan để thử nghiệm xa hơn NFC cho mỹ phẩm và làm bao bì thực phẩm. Hiện nay, Viện Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm đã hoàn toàn làm chủ được công nghệ sản xuất NCC và NFC, sẵn sàng chuyển sang thử nghiệm sản xuất và khai thác ứng dụng. Nếu kết quả nghiên cứu được sớm đưa vào ứng dụng trong sản xuất sẽ làm tăng giá trị sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường cho ngành công nghiệp sắn.