TS Nguyễn Trí và cộng sự ở Viện Công nghệ hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) đã sản xuất thành công protein thủy phân và vật liệu hydroxyapatite (HA) từ phế phẩm xương cá bằng phương pháp enzyme; 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.

Sản phẩm protein thủy phân và bột nano HA

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 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.

Thực tế 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, TS Nguyễn Trí và cộng sự ở Viện Công nghệ hóa học 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.

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.

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. 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.

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, 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.

NASATI