Bộ môn Công nghệ Sinh học - Thực phẩm

Một lượng lớn chất thải và sản phẩm phụ đã được tạo ra ở quy mô công nghiệp trong ngành thực phẩm và nông nghiệp. Hầu hết chúng đều chứa các hợp chất sinh học có giá trị cao và có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau. Một hướng nghiên cứu mới đã ra đời trong lĩnh vực khoa học và công nghệ thực phẩm chính là “định giá phụ phẩm sinh học”. Theo khuynh hướng đó thì chất thải trái cây – một dạng phụ phẩm sinh học, có thể được tận dụng lại cho một số ứng dụng hoặc để thu hồi các hợp chất giá trị sở hữu các đặc tính chữa bệnh.

Hình 1: Ứng dụng công nghiệp của các hợp chất có giá trị thu được từ phụ phẩm trái cây và rau củ [1]. 

Một số ứng dụng của các hợp chất được thu hồi từ các ngành công nghiệp chế biến trái cây khác nhau gần đây đã được khám phá (bảng 1). Các hợp chất thu hồi từ chất thải trái cây được ứng dụng nhiều hơn làm chất phụ gia trong các sản phẩm thực phẩm để bảo quản và nâng cao chất lượng, ngăn chặn quá trình oxy hóa thực phẩm và ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh. Ngoài ra, các sản phẩm giá trị gia tăng thu được từ chất thải trái cây có thể được sử dụng làm vật liệu đóng gói mới do đặc tính ngăn oxy của chúng hoặc thể hiện được các tính chất điển hình như các sản phẩm bao bì cùng chức năng khác. Chất thải trái cây có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như một chất thay thế cho bột mì có thể được thêm vào bánh hoặc có thể được sử dụng trong ngành đồ uống. Ngày nay, khi mà sự quan tâm của người tiêu dùng đến các sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên cũng được mở rộng sang ngành mỹ phẩm, thì đây là một giải pháp có lợi để định giá các sản phẩm phụ dùng một lần. Tìm kiếm các loại thuốc mới và sự đề kháng các loại thuốc cũ đã dẫn đến việc tìm ra các nguồn kháng sinh mới mới từ các hợp chất hoạt tính sinh học được thu hồi từ chất thải trái cây. Trong những thập kỷ qua, việc quan tâm đến việc sử dụng sinh khối để sản xuất năng lượng đã trở thành một chiến lược quan trọng nhằm giảm tác động tiêu cực đến môi trường của nhiên liệu hóa thạch. Trong bối cảnh này, các sản phẩm giá trị gia tăng có thể được sản xuất bằng cách lên men các chất thải khác nhau bởi vi khuẩn kỵ khí đồng thời tích hợp vào một hệ thống liên tục hoặc theo mẻ để sản xuất lipid hoặc nhiên liệu sinh học. 
Ngoài ra, do giàu thành phần sucrose, inulin, maltose, glucose, fructose, tinh bột, galactose, dextrose hoặc lactose, chất thải trái cây có thể được sử dụng làm cơ chất để sản xuất oligosaccharide hoặc polymer. Thông thường, polysaccharide được sản xuất bằng cách sử dụng sucrose làm cơ chất và các enzyme như β-fructofuranosidase và fructosyltransferase. Hiện nay, đã xuất hiện các quy trình có lợi hơn quy trình enzyme, đó là sự kết hợp của các sản phẩm phụ từ trái cây và các chủng vi sinh vật như Aspergillus versicolor hoặc Aspergillus flavus. Chất thải công nghiệp và phụ phẩm nông nghiệp có thể được khai thác cho quy trình này là những chất giàu sucrose như vỏ (xoài, chuối, dứa, cam, v.v.), lá (chuối, v.v.), hoặc bã đậu (bã nho, táo). 
Bã ép trái cây cũng có thể được sử dụng để thu hồi pectin (được sử dụng cả trong mỹ phẩm và công nghiệp thực phẩm) hoặc cồn sinh học, hydro hoặc metan thông qua quá trình lên men kỵ khí. Hầu hết các ứng dụng thú vị của chất thải trái cây là những ứng dụng gồm các phương thức tiếp cận biến đổi liên tục các hợp chất được thu hồi thành các hợp chất khác nhau. Các hợp chất từ các sản phẩm phụ của trái cây như cellulose hoặc hemicellulose có thể được chuyển đổi thành đường, tiếp tục được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học và hóa chất sinh học hoặc được sử dụng cho các ứng dụng như xúc tác, cảm biến hóa học và tách phân tử. Các sản phẩm phụ từ trái cây có thể được coi là nguồn phong phú để thu hồi và sản xuất nhiều sản phẩm dưới dạng mô hình máy lọc sinh học tích hợp (biorefinery), nơi có thể kết hợp các phương pháp xanh để thu được các sản phẩm có giá trị gia tăng.

Bảng 1. Một số hợp chất được trích từ các sản phẩm phụ trái cây và tiềm năng ứng dụng của chúng trong công nghiệp [2].

Có thể thấy rằng khái niệm thu hồi các hợp chất khác nhau từ chất thải trái cây đang mở ra những lộ trình mới và tiềm năng lớn cho sự phát triển của các ngành công nghiệp “xanh”, đặc biệt là phù hợp cho những nơi mà thải nhiều chất thải trái cây. Điều này đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhóm nghiên cứu tích cực phát triển và tối ưu hóa các phương pháp mới thân thiện với môi trường để sử dụng hiệu quả nguồn sinh khối này, gắn liền với việc trả lại chất dinh dưỡng và chất hữu cơ cho đất sau khi tất cả các sản phẩm có ích khác đã được thu hồi.
Tài liệu tham khảo:
1. Pulak Majumder, H.V. Annegowda, Chapter 7 - Fruit and vegetable by-products: novel ingredients for a sustainable society, Editor(s): Rajeev Bhat, Valorization of Agri-Food Wastes and By-Products, Academic Press, 2021, Pages 133-156.
2. Fierascu RC, Sieniawska E, Ortan A, Fierascu I and Xiao J, Fruits By-Products – A Source of Valuable Active Principles. A Short Review. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, 2020, pages 319-327. 
TS. Trần Phước Nhật Uyên (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)