Nghiên cứu phát triển và ứng dụng các công nghệ tiên tiến để tạo chuỗi sản phẩm có giá trị cao từ hải sản (hàu, cá và rong) Việt Nam
Từ nửa sau của thế kỷ 20 trở lại đây, các loài sinh vật biển đã trở thành một trong những trọng tâm nghiên cứu của các nhà khoa học liên ngành Hoá-Sinh-Y, Dược trên thế giới, với những nỗ lực để tìm ra những sản phẩm tự nhiên có giá trị. Chỉ mới có trong số nhỏ các loài thực, động vật biển đã được nghiên cứu, mà đã có đến hàng vạn hợp chất đã được phân lập trong những năm gần đây. Một phần ba số thuốc có mặt trên thị trường hiện nay có nguồn gốc từ tự nhiên. Tuy nhiên, hầu hết các loại thuốc có nguồn gốc tự nhiên lại xuất phát từ trên mặt đất, nơi chỉ chiếm 17/36 ngành sinh vật trên trái đất. Trong khi đó đại dương, chiếm 3/4 diện tích bề mặt trái đất, với nguồn đa dạng sinh vật biển vô cùng phong phú; nhưng trên thực tế, số sản phẩm trên thị trường từ sinh vật biển hiện nay chưa nhiều. Môi trường biển vốn thiếu một lịch sử y học dân tộc và thu mẫu dưới biển cũng là công việc đặc thù khó khăn. Cho đến nay, mới có khoảng 20 - 30 dược phẩm có nguồn gốc từ biển đang được thử nghiệm trong giai đoạn lâm sàng, và hầu hết là để điều trị ung thư, giảm đau hay chống viêm nhiễm.
Một mặt người ta luôn quan tâm nghiên cứu tìm kiếm các nguồn hoạt chất mới từ sinh vật biển, nhờ cải biến kĩ thuật chiết tách đến sử dụng các công cụ phân tích hiện đại và tạo các hợp chất dẫn đường trong việc bán tổng hợp ra các biệt dược mới. Mặt khác nguời ta cũng luôn chú ý tới việc chế biến và tận dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền, có sản lượng nuôi trồng tiềm năng (rong, tảo biển...); phế liệu các nhà máy chế biến hải sản xuất khẩu (da, đầu vây, nội quan...) hay những loài có khả năng nuôi trồng với sản lượng lớn (tôm, cua, các loài hai mảnh vỏ như hàu, vẹm…) để tạo ra loạt các sản phẩm có giá trị sử dụng cao hơn trong Y, dược, công nghiệp thực phẩm. Các sản phẩm dạng này (trong đó có các thuốc biệt dược và thực phẩm chức năng) đã mang lại thu nhập không nhỏ hàng năm cho các quốc gia biển phát triển như Nhật, Mỹ, Liên bang Nga, Hàn Quốc... Cho đến nay, các sản phẩm dạng này Việt Nam vẫn phải hoàn toàn phụ thuộc vào nhập ngoại. Việc đầu tư điều tra sàng lọc nguyên liệu, nghiên cứu quy trình công nghệ tách chiết có áp dụng các kĩ thuật công nghệ hiện đại và xây dựng các dây chuyền công nghệ cùng với thiết bị chiết xuất các nguồn hoạt chất này ở quy mô sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh vật biển chủ động trong nước, nhằm tạo các sản phẩm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu là cần thiết.
Xuất phát từ thực tiễn trên, TS. Trần Quốc Toàn cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên thực hiện đề tài “Nghiên cứu phát triển và ứng dụng các công nghệ tiên tiến để tạo chuỗi sản phẩm có giá trị cao từ hải sản (hàu, cá và rong) Việt Nam” với mục tiêu nghiên cứu quy trình công nghệ tách chiết có áp dụng các kĩ thuật công nghệ hiện đại và xây dựng các dây chuyền công nghệ cùng với thiết bị chiết xuất các nguồn hoạt chất này ở quy mô sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh vật biển chủ động trong nước, nhằm tạo các sản phẩm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
Hiệu lực của các hợp chất có hoạt tính phụ thuộc nhiều vào phương pháp chiết tách. Chiết tách là bước đầu tiên trong quy trình nghiên cứu bất kì một nguyên liệu thiên nhiên nào, nó đóng vai trò quan trọng đối với kết quả thu được cuối cùng. Việc không nắm rõ cơ chế của phương pháp chiết tách có thể sẽ dẫn tới kết quả sai lệch và đôi khi gây ra các nhận thức sai lầm trong khoa học. Thực tiễn cho thấy rằng các kĩ thuật sắc kí và phổ hiện đại đã giúp cho việc phân tích các hợp chất có hoạt tính trở nên dễ dàng hơn trước đây, tuy nhiên khả năng thành công vẫn còn phụ thuộc vào phương pháp tách chiết, thông số đầu vào và các bộ phận chiết tách ở mẫu nguyên liệu. Các thông số đầu vào cần phải thay đổi theo từng phương pháp riêng biệt và áp dụng trên từng hợp chất nghiên cứu cụ thể. Những yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình tách chiết bao gồm như sau: i) tính chất của từng bộ phận nguyên liệu, ii) dung môi, iii) nhiệt độ, iiii) áp suất, iiiii) thời gian. Việc nâng cao tầm hiểu biết về hóa động học tự nhiên của các hợp chất có hoạt tính chính là động lực hàng đầu thúc đẩy cho việc phát triển kĩ thuật phân tách các hợp chất có hoạt tính trong thập kỉ qua. Tại thời điểm hiện tại, quá trình phát triển các sản phẩm như dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm bảo vệ sức khỏe không chỉ phụ thuộc vào việc tổng hợp các chất mới, mà còn là việc tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguồn dược liệu thiên nhiên có tiềm năng kháng các bệnh và ít tác dụng phụ hơn là thuốc tổng hợp.
Quá trình tách chiết mẫu nguyên liệu có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp mới với những điều kiện thuận lợi hơn, sử dụng ít hóa chất hơn, giảm bớt thời gian thực hiện, tăng chất lượng và hiệu suất sản phẩm đã được phát triển trong 50 năm qua. Để tăng hiệu suất sản phẩm và chọn lọc được các hợp chất có hoạt tính sinh học từ những bộ phận khác nhau của cây, một số phương pháp mới đã được sử dụng trong quá trình tách chiết như: 1) chiết siêu âm; 2) chiết xung điện trường; 3) chiết enzyme; 4) chiết đùn ép 5) chiết lò vi sóng; 6) chiết nóng Omic; 7) chiết lỏng siêu tới hạn; 8) chiết dung môi nhanh.
Trong khi đó, phương pháp tách chiết truyền thống như Soxhlet tiếp tục được coi như là một tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất với những phương pháp mới. Đã có rất nhiều công trình được xuất bản miêu tả về các phương pháp tách chiết này, trong đó có cả một số chương sách hay sách chuyên khảo. Các công trình kể trên đều tập trung với đối tượng là dinh dưỡng, phụ gia thực phẩm và các lĩnh vực khác. Trong nội dung trình bày này, báo cáo sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về kĩ thuật tách chiết các chất có hoạt tính sinh học từ nguồn dược liệu thiên nhiên, tạo các sản phẩm với chất lượng cao ứng dụng cho công nghiệp dược, công nghiệp thực phẩm 3 và mỹ phẩm với các kỹ thuật được ưu tiên sử dụng hơn cả là kỹ thuật siêu âm và kỹ thuật enzyme.
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
1. Đã thu thập các số liệu và khảo sát toàn diện về các nguồn hải sản hàu, cá và rong biển làm nguyên liệu chế biến các sản phẩm. Các số liệu điều tra khảo sát cho thấy:
- Việt Nam có nguồn nguyên liệu hết sức phong phú với hơn 200 ngàn tấn hàu biển/năm, phân bố tại hầu hết các tỉnh thành ven biển, trong đó Quảng Ninh là địa phương có diện tích và sản lượng lớn nhất trong cả nước. Các kết quả phân tích thành phần cho thấy hàu có hàm lượng protein khá cao (9-11%), lipid (1,2-2%) trong đó các acid béo họ eicosanoids (15-20%), ngoài ra còn có hàm lượng các lipid phân cực như phospholipid chiếm hàm lượng lớn 30-40%.
- Việt Nam có nguồn nguyên liệu cá biển phong phú với chủng loại đa dạng. Đặc biệt, nguồn phụ phẩm của quá trình chế biến cá biển, đặc biệt là cá ngừ có tiềm năng lớn để thu hồi dầu HUFAs với hàm lượng lên tới 12 - 14% và sản lượng ước đạt 40 - 50 ngàn tấn/năm.
- Đã khảo sát toàn diện nguồn lợi rong biển Việt Nam, trong đó xác định chi rong Mơ thuộc họ rong Nâu có tiềm năng lớn về trữ lượng cũng như chất lượng để phân lập algianate với hàm lượng alginate trung bình lên tới trên 30%.
2. Đã nghiên cứu áp dụng các kỹ thuật tiên tiến, hiện đại như siêu âm, thủy phân bằng enzyme, lọc màng... vào quá trình chế biến tạo sản phẩm từ các nguồn nguyên liệu hàu, cá và rong biển. Trong đó kỹ thuật siêu âm kết hợp enzyme cho hiệu quả cao khi giảm thời gian thủy phân các nguyên liệu xuống 3-4 lần, đồng thời còn giúp nâng cao chất lượng các sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm dầu eicosanoid và HUFAs.
3. Đã xây dựng 3 quy trình công nghệ quy mô 50kg nguyên liệu/mẻ chế biến toàn diện các nguồn nguyên liệu hàu, cá và rong biển tạo thành các sản phẩm dầu eicosanoids, HUFAs, oligopeptide, gel alginate và các phụ phẩm CaCO3, nanocanxi, bột đạm thủy phân... Các sản phẩm đã được kiểm định cho chất lượng tương đương với các sản phẩm ngoại nhập hoặc các tiêu chuẩn như CODEX và dược điển Việt Nam.
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19768/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
