Lượng thực phẩm bị lãng phí trên toàn cầu mỗi năm lên đến khoảng 1,3–1,6 tỷ tấn, trong đó rau quả chiếm một phần khá lớn do dễ hư hỏng và bị loại bỏ trong quá trình chế biến hoặc tiêu thụ (Gupta và cộng sự, 2024). Tuy nhiên, các phụ phẩm từ rau quả – bao gồm vỏ, hạt, bã ép, thân, lá lại chứa nhiều hợp chất sinh học quý giá có thể ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và vật liệu đóng gói bền vững. Việc khai thác các phụ phẩm này không chỉ góp phần giảm ô nhiễm môi trường mà còn mang lại giá trị kinh tế cao, phù hợp với mô hình kinh tế tuần hoàn và các mục tiêu phát triển bền vững của Liên Hợp Quốc.
.jpg)
Hình 1: Phụ phẩm từ rau quả (Ali và cộng sự, 2023)
Thành phần dinh dưỡng và sinh học trong phụ phẩm rau quả
Các phụ phẩm rau quả rất phong phú về thành phần hóa học, bao gồm chất chống oxy hóa (flavonoid, polyphenol), vitamin (C, E), khoáng chất, axit béo thiết yếu và các chất màu tự nhiên như anthocyanin, carotenoid, betalain và chlorophyll (Benucci và cộng sự, 2022; Kuyu, 2015). Một số nghiên cứu đã cho thấy, trong nhiều trường hợp, các chất chống oxy hóa có trong vỏ hoặc hạt có hàm lượng cao hơn rất nhiều lần so với cả phần thịt quả (Ali và cộng sự, 2023). Ví dụ, vỏ táo chứa nhiều chlorogenic acid và procyanidin B2; hạt xoài giàu flavonoid và axit phenolic; vỏ cam và chanh chứa limonoid, vitamin C và tinh dầu. Những hợp chất này có khả năng trung hòa các gốc tự do – nguyên nhân chính gây lão hóa tế bào và các bệnh mãn tính như tim mạch, tiểu đường và ung thư (Pereira và cộng sự, 2022).
Các chất này không chỉ mang lại giá trị dinh dưỡng mà còn có hoạt tính sinh học mạnh, giúp phòng ngừa các bệnh mãn tính như tiểu đường, tim mạch, ung thư và thoái hóa thần kinh (Ali và cộng sự, 2023; Kuyu, 2015).
Một số tiềm năng sử dụng phụ phẩm rau quả
- Ứng dụng trong sản xuất phụ gia thực phẩm tự nhiên
Do những lo ngại về tác động tiêu cực của phẩm màu tổng hợp đến sức khỏe con người, xu hướng thay thế bằng phụ gia tự nhiên ngày càng được ưa chuộng. Phụ phẩm rau quả là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất chất tạo màu, hương liệu, chất chống oxy hóa và chất bảo quản sinh học (Benucci và cộng sự, 2022). Việc sử dụng enzyme sinh học (như cellulase, pectinase, hemicellulase) giúp phá vỡ thành tế bào thực vật, giải phóng các hợp chất này một cách hiệu quả, thân thiện với môi trường hơn so với chiết bằng hóa chất. Đây là xu hướng “xanh” trong khai thác nguyên liệu thực vật, được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm chức năng và mỹ phẩm như:
- Anthocyanin từ vỏ cà tím, bắp cải tím và bã nho – tạo màu đỏ/tím tự nhiên, đồng thời có hoạt tính chống oxy hóa mạnh.
- Lycopene từ vỏ cà chua – có tiềm năng phòng chống ung thư tuyến tiền liệt và các bệnh tim mạch.
Ngoài ra, một số phụ phẩm như bã xoài, bã cam cũng được sử dụng làm phụ gia tăng giá trị dinh dưỡng trong bánh mì, snack, hoặc đồ uống lên men (Kuyu, 2015; Ali và cộng sự, 2023).
- Ứng dụng trong công nghệ lên men và vi sinh vật
Lên men là một công nghệ sinh học truyền thống nhưng được cải tiến rất nhiều trong bối cảnh hiện đại hiện nay. Việc sử dụng các vi sinh vật có lợi như Lactobacillus, Saccharomyces cerevisiae, hay Bacillus subtilis giúp chuyển hóa phụ phẩm rau quả thành các sản phẩm giàu dinh dưỡng như: đồ uống probiotic lên men từ vỏ trái cây, acid hữu cơ (acid lactic, acid acetic) làm chất bảo quản sinh học, hay hợp chất tăng cường miễn dịch, chẳng hạn như exopolysaccharide hoặc peptid kháng khuẩn (Kesa và cộng sự, 2021).
- Ứng dụng sản xuất bao bì thực phẩm sinh học
Ngoài phụ gia thực phẩm, phụ phẩm rau quả còn được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất màng phim, lớp phủ và bao bì sinh học. Các nguyên liệu điển hình thường được sử dụng như: pectin từ vỏ cam, tinh bột từ vỏ khoai tây, hay xơ từ vỏ chuối hoặc bã cà rốt
Kết hợp với polymer sinh học như chitosan hoặc polylactic acid, các màng bao gói này có tính phân hủy sinh học, khả năng chống thấm tốt và trong một số trường hợp còn có hoạt tính kháng khuẩn hoặc chống oxy hóa, giúp kéo dài thời hạn sử dụng thực phẩm (Gupta và cộng sự, 2024; Ali và cộng sự, 2023).
Ngoài ra, việc tích hợp công nghệ nano vào vật liệu bao gói – như bổ sung nano bạc hoặc nano cellulose – có thể nâng cao hiệu suất bảo quản, nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm về độc tính và an toàn thực phẩm.
- Công nghệ chiết xuất xanh và bền vững
- Tinh dầu cam chanh – chiết xuất từ vỏ cam, có thể dùng làm chất tạo hương tự nhiên trong thực phẩm và nước giải khát.
Để khai thác hiệu quả các hợp chất sinh học từ phụ phẩm rau quả, nhiều công nghệ chiết tách "xanh" đã được phát triển:
- Chiết siêu tới hạn CO₂ (SFE): cho phép chiết xuất hợp chất không phân cực như carotenoid, tinh dầu mà không cần dung môi độc hại.
- Chiết vi sóng (MAE) và siêu âm (UAE): rút ngắn thời gian chiết, tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu suất thu hồi hợp chất.
- Xử lý bằng áp suất thủy tĩnh cao (HHP) và huyết tương lạnh (cold plasma) cũng đang được ứng dụng để tăng tính bền và bảo toàn hoạt tính sinh học (Gupta và cộng sự, 2024).
Các công nghệ này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu quả chiết tách mà còn phù hợp với định hướng sản xuất bền vững trong ngành thực phẩm.
Thách thức và triển vọng
Dù tiềm năng rất lớn, nhưng ứng dụng phụ phẩm rau quả trong ngành thực phẩm vẫn gặp một số thách thức như: chi phí đầu tư cho công nghệ chiết tách còn cao, tính ổn định của chất màu hoặc chất hoạt tính còn hạn chế, hệ thống pháp lý chưa rõ ràng về định danh nguyên liệu từ “rác thải thực phẩm” (Benucci và cộng sự, 2022), và sự e ngại của người tiêu dùng về sản phẩm có nguồn gốc từ "phế phẩm".
Tuy nhiên, với sự hỗ trợ từ các chính sách thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và cam kết cắt giảm lãng phí thực phẩm theo mục tiêu phát triển bền vững (SDG 12.3), phụ phẩm rau quả đang mở ra một hướng đi hiệu quả, đồng thời tạo ra chuỗi giá trị mới cho ngành nông sản – thực phẩm.
Kết luận
Công nghệ sinh học đóng vai trò then chốt trong việc tận dụng phụ phẩm rau quả, biến những phần tưởng chừng như bỏ đi thành nguồn nguyên liệu có giá trị cao. Thông qua các kỹ thuật hiện đại như enzyme học, vi sinh vật học và công nghệ di truyền, nhiều hợp chất sinh học quý đã được khai thác để phục vụ sản xuất phụ gia thực phẩm, thực phẩm chức năng và bao bì sinh học. Việc tái sử dụng phụ phẩm không chỉ giúp giảm thiểu chất thải và ô nhiễm môi trường, mà còn mở ra cơ hội kinh tế mới, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững và kinh tế tuần hoàn. Và tương lai không xa nó có thể trở thành nguồn tài nguyên quý giá trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Tài liệu tham khảo
- Ali, Z., Gupta, N., Singh, J., Bhat, A., Sood, M., Bandral, J. D., & Reshi, M. (2023). Utilization of By-Products of Fruits and Vegetables in Food Industries. Chemical Science Review and Letters, 12(45), 49–54. https://doi.org/10.37273/chesci.cs205312558
- Benucci, I., Lombardelli, C., Mazzocchi, C., & Esti, M. (2022). Natural colorants from vegetable food waste: Recovery, regulatory aspects, and stability—A review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 21, 2715–2737. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12951
- Gupta, R. K., Ali, E. A., El Gawad, F. A., Daood, V. M., Sabry, H., Karunanithi, S., & Srivastav, P. P. (2024). Valorization of fruits and vegetables waste byproducts for development of sustainable food packaging applications. Waste Management Bulletin, 2, 21–40. https://doi.org/10.1016/j.wmb.2024.08.005
- Kuyu, C. G. (2015). Review on Potential Use of Fruit and Vegetables By-Products as a Valuable Source of Natural Food Additives. Food Science and Quality Management, 45, 47–51. https://www.researchgate.net/publication/285592477
- Pereira, J. A., Berenguer, C. V., Andrade, C. F., & Câmara, J. S. (2022). Unveiling the bioactive potential of fresh fruit and vegetable waste in human health from a consumer perspective. Applied sciences, 12(5), 2747.
ThS. Trần Thị Thu Ngân (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)
Bộ môn Công nghệ Sinh học – Thực phẩm