Việc làm chủ công nghệ sản xuất phụ gia thực phẩm CMC từ thân cây chuối không chỉ mang lại giá trị gia tăng cao cho ngành nông nghiệp mà còn cung cấp một giải pháp để các doanh nghiệp chế biến thực phẩm tự chủ nguồn nguyên liệu.
Thông qua hoạt động nghiên cứu, nghiệm thu và thúc đẩy ứng dụng các nhiệm vụ khoa học và công nghệ, Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội góp phần đưa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất. Trong đó, quy trình sản xuất phụ gia thực phẩm CMC từ thân chuối do Viện Công nghiệp thực phẩm nghiên cứu và ứng dụng vật liệu "gel thông minh" từ phụ phẩm nông nghiệp do Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) chủ trì thực hiện là hướng đi tiềm năng, góp phần nâng giá trị phụ phẩm nông nghiệp, giảm phụ thuộc nguyên liệu nhập khẩu.
* Sản xuất phụ gia thực phẩm từ phụ phẩm cây chuối
Hiện nay, Hà Nội có gần 4.000ha diện tích trồng chuối, tập trung chủ yếu tại Phúc Thọ, Gia Lâm, Ba Vì với sản lượng đạt 91.245 tấn quả/năm. Theo tính toán, để thu được 1 tấn quả, người nông dân phải bỏ đi khoảng 10 tấn phế thải (chiếm 80% là thân cây). Khối lượng thân chuối thải ra hằng năm lên tới khoảng 720.000 tấn, phần lớn bị chặt bỏ gây ô nhiễm môi trường, thậm chí người dân phải tốn thêm chi phí đốn hạ và vứt bỏ.
Trái ngược với sự dư thừa phế phẩm nông nghiệp này, ngành công nghiệp thực phẩm Việt Nam lại đang phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn phụ gia CMC (mã E466) nhập khẩu từ Trung Quốc, Thái Lan, Hàn Quốc, Nhật Bản.
Để giải quyết bài toán trên, Viện Công nghiệp thực phẩm đã triển khai nhiệm vụ khoa học công nghệ nhằm tận dụng thân chuối làm nguyên liệu. Đề tài "Nghiên cứu quy trình công nghệ tách chiết cellulose và sản xuất phụ gia thực phẩm carboxymethyl cellulose (CMC) từ phụ phẩm cây chuối sau thu hoạch trên địa bàn Hà Nội" do Viện thực hiện năm 2024-2026 với sản phẩm nổi bật là hoàn thiện quy trình tách chiết cellulose và sản xuất CMC quy mô 30kg/mẻ; sản xuất thử nghiệm thành công CMC đạt độ tinh khiết >99%, DS 0,72-0,75 đáp ứng tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm; ứng dụng thành công trong sản xuất sữa chua và nước xốt tại doanh nghiệp.
Kết quả sản xuất thử nghiệm cho thấy hiệu suất thu nhận CMC đạt 113,3%. Sản phẩm phụ gia CMC tạo ra có độ thế (DS) đạt 0,72 - 0,75 và độ tinh khiết trên 99%, hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe để sử dụng làm phụ gia thực phẩm.
Về mặt hiệu quả kinh tế, tính toán sơ bộ cho thấy giá thành sản xuất bột CMC từ thân chuối ở quy mô thực nghiệm rơi vào khoảng 127.000 đồng/kg. Trong khi đó, giá CMC nhập khẩu từ Trung Quốc trên thị trường hiện nay dao động từ 180.000 đến 200.000 đồng/kg. Mức chênh lệch khoảng 42% này cho thấy biên độ lợi nhuận khả quan và tiềm năng cạnh tranh rất lớn nếu được đầu tư mở rộng ở quy mô công nghiệp.
Tính thực tiễn của đề tài tiếp tục được khẳng định khi chế phẩm CMC đã được ứng dụng thử nghiệm thành công tại các doanh nghiệp. Cụ thể, sản phẩm được bổ sung vào sữa chua ăn của Công ty CP chế biến sữa Ba Vì (tỷ lệ 0,2%) và xốt rang me của Cơ sở sản xuất kinh doanh Đông Đô (tỷ lệ 0,5%), giúp các sản phẩm đạt độ sệt mịn, bám dính tốt và đồng nhất cấu trúc trong suốt thời gian bảo quản.
Việc làm chủ công nghệ sản xuất phụ gia thực phẩm CMC từ thân cây chuối không chỉ mang lại giá trị gia tăng cao cho ngành nông nghiệp mà còn cung cấp một giải pháp thiết thực để các doanh nghiệp chế biến thực phẩm tại Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung tự chủ nguồn nguyên liệu, giảm bớt sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng quốc tế.
* Ứng dụng vật liệu "gel thông minh" từ phụ phẩm nông nghiệp
Hằng năm, Việt Nam thải ra một lượng khổng lồ phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, lá dứa, thân cây chuối. Theo số liệu, mỗi năm có tới 43 - 45 triệu tấn rơm rạ, hơn 500.000 tấn phụ phẩm dứa và khoảng 720.000 tấn thân chuối bị thải bỏ, phần lớn bị đốt hoặc vứt bừa bãi, gây lãng phí nghiêm trọng và ô nhiễm môi trường.
Tuy nhiên, các phụ phẩm này lại chứa hàm lượng cellulose rất cao: Lá dứa (65-70%), thân chuối (40-45%), rơm rạ (34-38%). Nguồn sinh khối dồi dào này chính là "mỏ vàng" để sản xuất carboxymethyl cellulose (CMC) - nguyên liệu chính để chế tạo hydrogel. So với việc sản xuất từ gỗ và bông truyền thống, việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại lợi thế kinh tế lớn.
Tại Việt Nam, tuy đã có một số đề tài nghiên cứu bước đầu về vật liệu hydrogel và ứng dụng hydrogel trong nông nghiệp, song vẫn thiếu các nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế hoạt động, hiệu quả thực tế và cách thức ứng dụng phù hợp cho từng loại cây, điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng và hệ thống canh tác cụ thể, đặc biệt, trong mô hình nhà lưới. Do đó, đề tài "Nghiên cứu chế tạo vật liệu gel thông minh từ polyme tự nhiên cho phát triển nông nghiệp hiệu quả cao" do Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) chủ trì thực hiện hướng đến hoàn thiện quy trình ứng dụng vật liệu mới, từ đó nhân rộng trong sản xuất để giảm chi phí tưới tiêu, nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và cải thiện năng suất, chất lượng nông sản theo hướng bền.
Quy trình bao gồm các bước đột phá: Tách chiết cellulose, tổng hợp CMC, chế tạo S-Gel. Kết quả, vật liệu S-Gel đạt khả năng hấp thụ nước cất lên đến 665 g/g và hấp thụ dung dịch muối NaCl 0,9% đạt 96 g/g, hoàn toàn phù hợp cho công nghệ tưới nhỏ giọt. Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu giúp giảm 25-50% lượng nước tưới, giảm 10-25% lượng phân bón và tăng năng suất một số cây trồng từ 16-56%.
Sức mạnh thực sự của S-Gel được chứng minh qua các mô hình trồng thử nghiệm trong nhà lưới tại Hà Nội và Sơn La với ba loại cây: cà chua, dưa chuột và dưa lưới. Với tỷ lệ phối trộn tối ưu (10 - 15g S-Gel/kg giá thể xơ dừa), kết hợp với việc S-Gel hấp thụ trước 50% lượng phân bón, kết quả mang lại rất ấn tượng.
Không chỉ dừng lại ở hiệu quả canh tác, dự án còn chú trọng đến yếu tố môi trường. Toàn bộ quy trình sản xuất S-Gel (quy mô pilot 10 kg/mẻ) được thiết kế khép kín. Chất thải lỏng sinh ra được xử lý bằng công nghệ phân hủy kỵ khí sinh biogas, khí biogas được dùng để gia nhiệt lại cho hệ thống, còn dịch thải được làm sạch đạt tiêu chuẩn loại B để tái sử dụng.
Sự thành công của mô hình sản xuất và ứng dụng "Gel thông minh" (S-Gel) từ phụ phẩm nông nghiệp kỳ vọng tạo giải pháp tối ưu hóa nguồn nước, phân bón trong bối cảnh biến đổi khí hậu, đóng góp thiết thực vào việc xây dựng nền nông nghiệp xanh, tuần hoàn và bền vững tại Việt Nam./.
