Dinh dưỡng “xanh” từ phế phẩm cua tuyết

Nguồn dinh dưỡng giá trị

Cua tuyết là loài hải sản có giá trị kinh tế quan trọng nhất vùng biển Đại Tây Dương Canada với giá trị xuất khẩu xấp xỉ 1,3 tỷ CAD năm 2021 (960 triệu USD) và sản lượng đánh bắt hàng năm trên 76.000 tấn. Cua tuyết chủ yếu được chế biến dưới dạng hấp chín và cấp đông nhanh (IQF). Phế phẩm sau chế biến chiếm tỷ lệ 25 – 30%, tương đương 20.000 tấn mỗi năm gồm vỏ và nội tạng.

Cua tuyết ở biển Bering phía Tây Nam đảo St. Matthew, Island. Ảnh: ADN

Hầu hết phế phẩm chế biến cua tuyết hiện được tiêu hủy hoặc đổ ra biển theo giấy phép. Muốn tái sử dụng các phế phẩm này cũng không đơn giản do vướng rào cản quy định môi trường và an toàn lao động rất nghiêm ngặt bởi việc xử lý phế phẩm cua tuyết cần nhiều quy trình hóa học nguy hiểm. Thách thức này đặt ra nhiệm vụ tìm kiếm phương pháp thân thiện môi trường và an toàn để xử lý.

Giải pháp từ dầu thực vật

Tháng 5/2021, một nhà máy chế biến hải sản ở Bay de Verde, Newfoundland, Canada bắt đầu thu gom phế phẩm cua tuyết. Từ nguyên liệu thô giống như rác thải, nhà máy này đã chiết xuất được sản phẩm giá trị như carotenoid, protein và chitin bằng phương pháp cơ học, enzyme và hóa học.

Nhà máy không sử dụng dung môi hóa học nguy hiểm mà thực hiện phương pháp chiết xuất an toàn 100%. Cụ thể, họ đã thay thế acid vô cơ hydrochloric bằng acid citric thực phẩm tự nhiên để tách khoáng vỏ; thay natri hydroxide bằng enzyme protease thực phẩm để khử protein vỏ và sử dụng dầu thực vật thay thế dung môi hữu cơ (ethanol, hexane, acetone), hydrogen peroxide phân hủy sinh học để tách chitin.

Nhà máy thực hiện quy trình chiết xuất tuần tự các sắc tố caroten, bột protein sắc tố và chitin từ phụ phế phẩm cua tuyết không tách rời. Kết quả, hàm lượng protein, tro, lipid và chitin từ phế phẩm cua tuyết tương đương với kết quả trong các nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, hàm lượng astaxanthin trong các mẫu không tách rời thấp hơn nhiều. Điều này cho thấy sự cần thiết của việc tách rời phế phẩm cua tuyết tại nhà máy, nhất là khi việc chiết xuất sắc tố được ưu tiên hàng đầu.

Phương pháp truyền thống sử dụng dung môi hữu cơ và vô cơ để chiết xuất phụ phẩm sinh học từ giáp xác như astaxanthin. Do đó, chi phí tốn kém và không linh hoạt, đồng thời có thể thay đổi cấu trúc hợp chất có giá trị dẫn đến mất chức năng hoặc giảm giá trị dinh dưỡng. Giải pháp thay thế là sử dụng dầu ăn vì astaxanthin tan trong dầu. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây có sử dụng dầu thực vật đều ghi nhận sản lượng carotenoid từ phế phẩm tôm, cua thấp hơn so với các chất thu được bằng dung môi hữu cơ do dầu thực vật có độ nhớt cao, dẫn đến độ khuếch tán kém hơn.

Để tránh các sắc tố caroten biến chất, nhóm chuyên gia tại nhà máy đã thực hiện chiết xuất sắc tố trực tiếp bằng dầu thực vật. Việc chiết xuất sắc tố được thực hện trước khi chiết xuất protein và chitin. Họ đã sử dụng quy trình chiết xuất một giai đoạn theo tỷ lệ dầu 1:1 (trọng lượng/thể tích) ở 600C trong 2 giờ. Tỷ lệ astaxanthin thu được lần lượt 24,85%; 31,23% và 37,93% tương ứng với dầu hướng dương, dầu hạt cải và dầu ngô.

Tuy nhiên, nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến việc tối ưu hóa quá trình chiết xuất sắc tố, ví dụ thời gian, nhiệt độ, độ nhớt dung môi và kích thước phế phẩm. Do đó, vẫn cần nhiều nghiên cứu và đánh giá sâu hơn về sử dụng dầu ngô, dầu hạt cải làm dung môi chiết xuất.

Thức ăn thủy sản tiềm năng

Hàm lượng protein cao (51%), lipid (16 – 25%) và astaxanthin (33,8 – 39,6 microgram/g) cộng với lượng tro thấp (<1%) của bột sắc tố protein là giá trị lý tưởng để sử dụng trong thức ăn thủy sản và gia cầm. Tuy nhiên, cần xác định thêm đặc tính khác, gồm hàm lượng chitin, thành phần acid amin, acid béo, kim loại nặng để đánh giá giá trị dinh dưỡng.

Trong nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học đã xác định bột cua có hàm lượng methionine và lysine tương đối thấp. Do đó, bột sắc tố protein phải khắc phục nhược điểm này thì mới có thể sử dụng rộng rãi trong thức ăn thủy sản. Cũng theo nhóm nghiên cứu của nhà máy, bột cua và dịch protein thủy phân thu được bằng enzyme có hàm lượng asen vượt quy định trong thức ăn chăn nuôi. Vì vậy, kim loại nặng là thông số bắt buộc cần được đánh giá thêm. Hiện vẫn chưa xác định rõ nguyên nhân khiến hàm lượng lipid cao trong bột protein do quá trình xử lý dầu thực vật hay dầu tự nhiên có trong cua.

Acid citric đã loại bỏ hiệu quả 94 – 98% khoáng ra khỏi vỏ cua; tuy nhiên, không thể khử khoáng hoàn toàn. Do đó, cần nồng độ acid cao hơn hoặc độ pH thấp hơn (<3) và tỷ lệ acid trên vỏ cao hơn để giảm hàm lượng tro trong vỏ cua tuyết xuống dưới 1%. Nhưng kết quả bước đầu khá tích cực đã cho thấy, acid citric có thể thay thế HCl hiệu quả như một dung môi khử khoáng vỏ cua nhưng vẫn cần nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa quá trình khử khoáng hai bước bằng acid citric.

Chiết xuất chitin tuần tự bằng dầu thực vật và enzyme protease đạt hiệu quả tương tự phương pháp hóa học, nhưng bổ sung thêm một lợi ích khác là thân thiện môi trường. Dầu ăn, acid citric thực phẩm và proteases thực phẩm đều là giải pháp thay thế tiềm năng cho các chất dung môi hữu cơ độc hại trong quá trình chiết xuất carotenoid, bột protein sắc tố, và chitin từ phế phẩm cua tuyết. Dù vậy, công nghệ khử màu chitin thân thiện môi trường vẫn đang là thách thức và cần được nghiên cứu thêm.

Dũng Nguyên
(Theo All about Feed)