Hiện nay Việt Nam có khoảng trên 150.000ha chuối lấy quả quy mô trang trại, nông trại. Và con số này vẫn đang có xu hướng tăng lên cùng với sự tăng trưởng của sản lượng chuối xuất khẩu. Theo tính toán của các nhà khoa học, để thu hoạch được 1 tấn quả chuối, phải bỏ đi khoảng 10 tấn phế thải gồm vỏ, lá và đặc biệt là thân cây. Trước đây, thân chuối thường được tận dụng làm thức ăn xanh cho chăn nuôi lợn, gia cầm. Tuy nhiên, hiện nay thân chuối gần như chặt bỏ hoàn toàn, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường, người trồng chuối thậm chí phải mất rất nhiều chi phí cho việc đốn hạ, vứt bỏ thân chuối sau thu hoạch. Hơn nữa, điều làm cho việc trồng chuối trở nên đặc biệt lãng phí so với các loại cây ăn quả khác là cây chết sau mỗi vụ thu hoạch. Trước sự lãng phí đó cùng với xu thế của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng là hướng đến phát triển bền vững, thân thiện với môi trường, các nhà nghiên cứu đã và đang đưa ra các giải pháp nhằm sử dụng tối đa nguồn nguyên liệu này với mục đích giảm chi phí phế thải, giảm ô nhiễm môi trường.
    |
 |
| Hình ảnh thân chuối bị chặt bỏ sau khi thu hoạch quả |
Kết quả phân tích thành phần hoá học của bột thân chuối trong một vài nghiên cứu cho thấy rằng nguyên liệu này chứa khoảng 40,26% cellulose, 15,60 % hemicellulose và 12,42% lignin. Như vậy thành phần chính có thể khai thác được từ thân cây chuối là cellulose. Cellulose là thành phần cấu trúc quan trọng của tế bào thực vật. Cellulose là phân tử hữu cơ phong phú nhất trên trái đất, được tìm thấy trong thực vật, chiếm 40% thành tế bào thực vật. Cellulose là một polymer mạch thẳng do các mắt xích β-D-Glucose liên kết với nhau bằng liên kết β (1→ 4)-glycoside.
Cấu trúc của cellulose
Trong ngành công nghệ thực phẩm, cellulose được ứng dụng một cách đa dạng như: làm nguyên liệu chế biến thực phẩm, làm màng sinh học bảo quản thực phẩm để thay thế cho các màng plastic, sản xuất cellulose vi tinh thể, làm nguyên liệu tổng hợp nhiều loại sản phẩm khác như cacboxyl methyl cellulose (CMC), làm chất thay thế chất béo, chất nhũ hóa, chất tạo cấu trúc, thực phẩm ít calo… Như vậy, nếu tận dụng được nguồn phế phẩm này để tách chiết cellulose sẽ vừa tạo ra được sản phẩm có giá trị ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm vừa làm tăng giá trị kinh tế cho ngành sản xuất chuối, hạn chế lãng phí, đồng thời góp phần giải quyết vấn đề môi trường.
Ở trong nước, các nghiên cứu về tách chiết cellulose từ phế phẩm nông nghiệp còn rất hạn chế, chưa được khai thác. Tuy nhiên, cũng có một vài nghiên cứu đã thu được những kết quả nhất định. Vũ Đình Ngọ & cs. (2017) đã nghiên cứu tách chiết được cellulose và lignin từ rơm rạ bằng phương pháp kiềm với hiệu suất tách chiết cellulose đạt 96,2%, hiệu suất tách chiết lignin đạt 85,9%. Nguyễn Việt Hưng & cs. (2019) đã nghiên cứu tách lignin và cellulose từ rơm rạ bằng phương pháp axit và kiềm dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm. Kết quả đã chỉ ra rằng điều kiện thích hợp để tách là 80oC, nồng độ NaOH 2M, hiệu suất thu hồi đạt 94,8%.
Trên thế giới đã có một số nghiên cứu tách chiết cellulose từ các nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp. Szymanska-Chargot & cs. (2017) đã nghiên cứu tách chiết cellulose từ bã của bốn loại quả khác nhau bao gồm táo, cà chua, cà rốt và dưa chuột bằng phương pháp hóa học. Kết quả cho thấy hàm lượng cellulose cao nhất đối với bã dưa chuột (16,13%) và thấp nhất đối với quả cà chua (8,60%) và táo (8,81%). Nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng, đối với cellulose của táo và dưa chuột, chỉ số kết tinh lần lượt là 51,34% và 53,61%. Các chỉ số độ kết tinh được xác định bằng phương pháp Wunderlich thấp hơn chỉ số độ kết tinh của Segal, nhưng xu hướng là như nhau: độ kết tinh cao nhất thu được đối với cellulose phân lập từ bã cà rốt (56,51%) và thấp nhất đối với cellulose cà chua (34,29%); kích thước của các tinh thể được xác định là khoảng 2–3 nm. Theo Sun & cs. (2004), tách chiết cellulose từ bã mía bằng phương pháp sử dụng axit, kiềm có hỗ trợ của sóng siêu âm đã thu được hàm lượng cellulose đạt 44,7%. Hiệu quả tách chiết cao hơn khi sử dụng sóng siêu âm, điều này được giải thích bằng tác động cơ học của sóng siêu âm lên thành tế bào thực vật dẫn đến khả năng tách chiết cellulose tốt hơn.
Tóm lại, thân cây chuối là phế phụ phẩm nông nghiệp nhưng là nguồn nguyên liệu dồi dào, tiềm năng để thu nhận cellulose ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm, đồng thời hạn chế lãng phí, bảo vệ môi trường. Vì vậy, nhóm sinh viên nghiên cứu của khoa Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tiến hành thí nghiệm để tìm ra các thông số kĩ thuật phù hợp cho quá trình tách chiết cellulose từ thân cây chuối. Kết quả đã chỉ ra rằng các thông số nồng độ dung môi, nhiệt độ, thời gian xử lý, kích thước nguyên liệu, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đều có ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình tách chiết cellulose và tỉ lệ tách chiết α-cellulose từ thân cây chuối đạt 33,9±0,9%.
Tài liệu tham khảo
Reddy K. O., Maheswari C. U., Muzenda E., Shukla M. & Rajulu A. V. (2015). Extraction and characterization of cellulose from pretreated Ficus (peepal Tree) leaf fibers. Journal of Natural Fibers. 13:1, 54-64, DOI: 10.1080/15440478.2014.984055
Salem D. M. S. A., Ismail M. M. (2021). Characterization of cellulose and cellulose nanofibers isolated from various seaweed species. Egyptian Journal of Aquatic Research, https://doi.org/10.1016/j.ejar.2021.11.001
Sun J. X., Sun X. F., Zhao H., Sun R. C. (2004). Isolation and characterization of cellulose from sugarcane bagasse. Polymer Degradation and Stability. 84: 331-339.
Szymanska-Chargot M., Chylinska M., Gdula K., Koziol A. & Zdunek A. (2017). Isolation and characterization of cellulose from different fruit and vegetable pomaces. Polymers. 9, 495; doi:10.3390/polym9100495
Nguyễn Việt Hưng (2019). Nghiên cứu tách lignin và xenlulozơ từ rơm rạ bằng phương pháp axit và kiềm dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm. Luận văn thạc sỹ, Đại học Quốc gia Hà Nội, Việt Nam.
Vũ Đình Ngọ, Trần Thị Hằng, Vũ Đức Cường (2016). Sự ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình tách cellulose và lignin từ rơm rạ bằng phương pháp kiềm. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học. 22(1): 38-44.
Khoa Công nghệ thực phẩm