Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất nanochitosan từ phụ phẩm tôm tại Hải Phòng (08/09/2025)

Nanochitosan đã được chứng minh có tác dụng làm lành vết thương, kháng vi khuẩn, kháng virus, chống oxy hóa, chống tăng huyết áp, chống ung thư, đông máu, chống loét, giảm lipid máu và hạ cholesterol máu. nanochitosan đã được ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như trong ngành thuỷ sản (là các chế phẩm kháng bệnh tự nhiên, thuốc trị bệnh cho tôm cá, kích thích sinh trưởng, xử lý môi trường nuôi, đóng gói bảo quản trong chế biến); trong ngành nông nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, kích thích sinh trưởng, bảo quản nông sản). Do vậy, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất nanochitosan làm nguyên liệu ứng dụng sản xuất các sản phẩm thứ cấp phục vụ trong các lĩnh vực của đời sống là rất tiềm năng.

Mặc dù nanochitosan có nhiều đặc tính ưu việt trong các ứng dụng so với chitosan nhưng ở Việt Nam cho đến nay chưa có nhiều nghiên cứu, đặc biệt là nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất nanochitosan làm nguyên liệu ứng dụng tạo ra các sản phẩm thứ cấp từ nanochitosan phục vụ nhu cầu thực tế rất hạn chế so với tiềm năng của nó. Mặt khác, Thành phố Hải Phòng và các tỉnh lân cận đều có vùng khai thác và nuôi tôm lớn của miền bắc, Hải Phòng cũng là một trong những địa phương đóng góp tỉ trọng đáng kể cho ngành thủy sản Việt Nam. Đặc biệt là  phụ phẩm tôm (vỏ, đầu) lại là nguồn nguyên liệu nhiều thành phần dinh dưỡng giá trị như protein, chitin, astaxanthin, khoáng… nhưng lâu nay, phụ phẩm tôm chủ yếu chỉ được xay nhỏ, sấy khô thành bột tôm để phối trộn làm thức ăn gia súc; hoặc làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất chitin thô, đặc biệt phần lớn phụ phẩm tôm từ tiêu dùng dân sinh hiện nay chủ yếu là thải bỏ ra ngoài môi trường như rác thải sinh hoạt. Đứng trước thực trạng trên Viện Khoa học công nghệ Năng lượng & Môi trường đã tiến hành triển khai đề tài “Nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất nanochitosan từ phụ phẩm tôm tại Hải Phòng” do TS Phạm Thế Thư làm chủ nhiệm.

Ban chủ nhiệm đã hoàn thiệnđược quy trình công nghệ sản xuất nanochitosan từ phụ phẩm tôm ở Hải Phòng trong điều kiện phòng thí nghiệm, với nhiều đặc tính hiệu quả như khai thác triệt để được nguồn nguyên liệu, quy trình vận hành và đòi hỏi dây truyền thiết không phức tạp, giảm chi phí, đảm bảo về mặt an toàn và ít ô nhiễm môi trường, tạo ra sản phẩm chất lượng cao và có nhiều tiềm năng ứng dụng trong đời sống, cụ thể: Quy trình công nghệ bao gồm các bước sau: Nguyên liệu phụ phẩm tôm; Sơ chế phụ phẩm; Loại bỏ tạp chất (Khử protein, Khử khoáng, Khử màu); Sản xuất chitin: Sau khi khử protein và khoáng, sấy 50°C, gió 2 m/s đến khi đạt 12,3% độ ẩm thu được chitin; Chuyển hóa chitin thành chitosan: Sử dụng NaOH 50% (4:1, 120h, nhiệt độ thường) để loại bỏ nhóm acetyl từ chitin → rửa, sấy khô thu được chitosan; Cắt mạch chitosan tạo nanochitosan (Thủy phân, Bất hoạt enzyme, lọc, kết tủa, ly tâm, sấy khô).

So sánh sản phẩm của các công đoạn khác nhau trong quy trình.

Trên cơ sở quy trình công nghệ được nghiên cứu, nhóm nghiên cứu tiến hành sản xuất nanochitosan từ 500 gam phụ phẩm tôm đã được tiến hành dựa trên quy trình dự thảo đề xuất, thử nghiệm này được tiến hành nhằm đánh giá khả năng thu nhận nanochitosan từ 500 gam phụ phẩm đầu vỏ tôm bằng quy trình công nghệ dự thảo. Cụ thể kết quả thử nghiệm của từng bước đã được xác định, cụ thể:

Bước 1: Sơ chế phụ phẩm: Xay dập, ép 500 gam phụ phẩm đầu vỏ loại thịt và dịch. Thu được khoảng 100g bã ép.

Bước 2: Loại bỏ tạp chất: Khử protein bằng enzyme: Thủy phân 100g bã với 960ml nước, enzyme Flavourzyme 0,08%, 50°C, 24h; Khử protein còn lại: NaOH 2% (tỷ lệ 1:4) → 480ml dung dịch, 12h; Khử khoáng: HCl 3% (1:4) → 480ml dung dịch, 24h; Khử màu: H₂O₂ 0,5% (1:5) → 600ml dung dịch, 12h.

Bước 3: Tạo chitin: Rửa trung tính → sấy ở 50°C → thu được ~26,6g chitin khô (hiệu suất ~26,6% từ bã ép ban đầu).

Bước 4: Tạo chitosan: Deacetyl hóa 26,6g chitin với 120ml NaOH 50% trong 120h → rửa, sấy → thu ~21,9g chitosan (hiệu suất ~70%).

Bước 5: Thủy phân tạo nanochitosan: 21,9g chitosan → hòa tan tạo dung dịch 5%.100; Thủy phân bằng enzyme cellulase 5UI/g → 90 phút ở 50°C; Bất hoạt enzyme, lọc, điều chỉnh pH = 7; Kết tủa bằng ethanol 90%, làm lạnh 4°C/12h; Ly tâm 10.000 vòng/phút, 15 phút, rửa 3 lần; Sấy khô 50°C >24h → thu được ~17,4g nanochitosan.

Như vậy, từ 500 gam phụ phẩm đầu vỏ tôm tươi chế biến, có thể thu được khoảng 17,4 gam nanochitosan khô (~3,5% khối lượng nguyên liệu ban đầu). Sản phẩm có màu trắng ngà, dạng bột mịn. Đây là tiền đề cho các nghiên cứu quy mô lớn hơn và mở rộng ứng dụng nanochitosan vào các lĩnh vực thực tiễn.

Từ sản phẩm được sản xuất thử nghiệm, nhóm nghiên cứu tiến hành đánh giá các đặc điểm, chất lượng của  sản phẩm nanochitosan như sau:

Đặc điểm về chất lượng hình thái và độ đồng đều: Nanochitosan trong nghiên cứu này có kích thước hạt nhỏ, mịn và đồng đều hơn, cho thấy có thể đã được tổng hợp hoặc xử lý bằng phương pháp kiểm soát tốt hơn; Về màu sắc và độ tinh khiết cảm quan: Nanochitosan nghiên cứu có màu trắng sáng hơn, cho thấy có thể có độ tinh khiết cao hơn hoặc ít lẫn tạp chất; Về tính chất vật lý (độ tơi xốp, độ ẩm cảm quan): Nanochitosan nghiên cứu có độ tơi xốp cao hơn, ít bị kết tụ, có thể thuận lợi hơn khi ứng dụng trong các hệ phân tán hoặc dung dịch.

Đặc điểm về thành phần hóa học của sản phẩm nanochitosan: Nanochitosan có độ tinh khiết cao, ít tạp chất; độ deacetyl hóa cao giúp tăng khả năng kháng khuẩn và tương tác sinh học; Khả năng hòa tan tốt làm tăng tính ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, bảo vệ thực vật và xử lý môi trường.

Đặc điểm phổ phân tử của sản phẩm nanochitosan: phổ FTIR của nanochitosan có một số dịch chuyển đặc trưng so với chitosan nguyên thủy, chứng tỏ sự thay đổi trong liên kết hóa học và cấu trúc khi chuyển từ chitosan dạng khối sang dạng nano. Điều này có thể giúp nanochitosan cải thiện tính tan, hoạt tính sinh học và khả năng ứng dụng rộng rãi hơn trong dược phẩm, y sinh, nông nghiệp.

Đặc điểm độ phân tán kích thước hạt của sản phẩm nanochitosan: mặc dù kích thước hạt nanochitosan trong nghiên cứu này chưa hiển thị rõ về thành phần các hạt có kích thước bé hơn 1 µm qua thiết bị Flow cam, nhưng đã hiển thị kết quả rõ rệt qua phương pháp phân tích DLS. Mẫu nanochitosan nghiên cứu này có kích thước các hạt với độ đồng đều cao hơn hẵn so với sản phẩm oligo chitosan, và có kích thước hạt nanochitosan tập trung nằm trong khoảng 80-120nm.

Cũng từ sản phẩm được sản xuất thử nghiệm, nhóm nghiên cứu tiến hành đánh giá hoạt tính khả năng vi sinh vật gây bệnh trong nhành nông nghiệp của sản phẩm nanochitosan, như sau:

Hoạt tính kháng nấm của sản phẩm nanochitosan: nanochitosan có khả năng ức chế sự phát triển của nấm Pyricularia oryzae và Aspergilus sp. và có hoạt tính kháng nấm Aspergilus sp. mạnh hơn so với sản phẩm Oligo chitosan TQ và chitosan Việt Nam.

Hoạt tính kháng khuẩn của sản phẩm nanochitosan: các sản phẩm (nanochitosan, Oligo chitosan TQ và chitosan Việt Nam) đều có hoạt tính ức chế các loại vi sinh vật gây bệnh trong các thử nghiệm, trong đó sản phẩm nanochitosan có hoạt lực ức chế tốt hơn so với hai sản phẩm Oligo chitosan TQ và chitosan Việt Nam. Do đó, kết quả cho thấy sản phẩm nanochitosan được tạo ra trong nghiên cứu này là có tiềm năng cao hơn trong ứng dụng kháng vi sinh vật gây bệnh trong nông nghiệp so với sản phẩm chitosan cũng như sản phẩm oligo chitosan có nguồn gốc sản xuất từ Trung Quốc.

Như vậy, xét cả về mặt công nghệ, hiệu quả kinh tế và hiệu quả môi trường thì nguồn nguyên liệu vỏ tôm lột xác vẫn là lựa chọn hiệu quả vượt trội trên cả 3 phương diện. Đầu vỏ tôm tươi có thể tận dụng nếu giá cực thấp so với đầu vỏ tôm lột xác hoặc có trong quy trình công nghệ có đặt ra mục đích thu hồi thịt/dịch/protein, nhưng không tối ưu cho sản xuất nanochitosan quy mô lớn. Mặt khác, nguyên liệu đẩu vỏ tôm tươi chế biến còn có thể sử dụng cho các mục đích làm thức ăn chăn nuôi, làm phân hữu cơ, chế biến khác đều rể rang hơn nhưng nguyên liệu vỏ tôm lột xác hiện nay các đầm nuôi tôm thâm canh đa phần hiện vẫn loại thải ra môi trường, gây ô nhiễm rất lớn.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu nhiệm vụ  tại Trung tâm Công nghệ thông tin và Truyền thông Hải Phòng./.