1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam được đánh giá là nước có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển ngành nuôi trồng, khai khác và chế biến thủy sản xuất khẩu. Trong những năm qua, ngành thủy sản đã có sự tăng trưởng nhanh và đạt được nhiều kết quả đáng khích lệ. Ngành thủy sản đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đóng góp cho GDP khoảng 4-6%. Trong cơ cấu nông - lâm - ngư nghiệp, thủy sản chiếm 21% tỷ trọng. Hiện có khoảng 4,5 triệu lao động đang tham gia trực tiếp và gián tiếp vào ngành thủy sản; hàng năm ngành thủy sản tạo ra khoảng 150 nghìn việc làm mới. Kim ngạch xuất khẩu thủy sản luôn đứng vị trí thứ 3 (sau dầu thô và may mặc) và là một trong các lĩnh vực xuất khẩu thu về ngoại tệ lớn cho Việt Nam. Năm 2017, kim ngạch xuất khẩu thủy sản của Việt Nam đạt 8,3 tỷ USD, trong đó kim ngạch xuất khẩu tôm đạt 3,8 tỉ USD, cá tra là 1,78 tỷ USD. Xuất khẩu thuỷ sản Việt Nam đã chiếm lĩnh và đứng vững trên trường quốc tế và hiện đang là một trong 10 nước có giá trị xuất khẩu thuỷ sản hàng đầu thế giới và là nước có tốc độ tăng trưởng xuất khẩu thuỷ sản nhanh nhất (Hình 1).

Hình 1. Tổng sản lượng và giá trị xuất khẩu của ngành thủy sản trong giai đoạn 2000-2017

Mặc dù đã đạt được những thành công đáng khích lệ, nhưng ngành thủy sản Việt Nam cũng còn tồn tại nhiều mặt hạn chế như phát triển không bền vững, chủng loại sản phẩm còn đơn điệu, chất lượng chưa ổn định, tỷ trọng xuất khẩu các sản phẩm thủy sản giá trị gia tăng thấp,... Đặc biệt, việc tận dụng nguyên liệu còn lại (phế liệu) trong chế biến thủy sản vẫn chưa được các doanh nghiệp quan tâm đúng mức. Nguyên liệu còn lại trong chế biến thủy sản chiếm một tỷ trọng lớn so với nguyên liệu ban đầu, cụ thể: tôm khoảng 35-40%, cá tra khoảng 60-65%, cá ngừ khoảng 40-43% và mực khoảng 14-20%. Như vậy, hàng năm lượng nguyên liệu còn lại trong chế biến thủy sản ước tính hàng triệu tấn (tôm: 200 nghìn tấn/năm, cá tra: 800 nghìn tấn/năm), đây là nguồn nguyên liệu tiềm năng để chế biến các sản phẩm giá trị gia tăng. Hiện nay, nguyên liệu còn lại trong chế biến thủy sản chủ yếu được dùng làm nguyên liệu để chế biến bột cá; đây là sản phẩm có giá trị kinh tế không cao, chi phí sản xuất lớn, đặc biệt quá trình sản xuất có nhiều tác động xấu đến môi trường như mùi, khói, nước thải,... Chi phí sản xuất bột cá cao làm tăng giá thành sản phẩm chăn nuôi (chi phí thức ăn chiếm khoảng 60% tổng chi phí sản xuất), từ đó làm giảm khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường trong và ngoài nước. Thực tế cho thấy, các nước có ngành công nghiệp thủy sản phát triển trên thế giới như Iceland, Na Uy, Đan Mạch,… đã dần chuyển hướng từ tận dụng nguyên liệu còn lại để chế biến bột cá sang chế biến các sản phẩm giá trị gia tăng. Đây là hướng đi mới nhằm nâng cao giá trị cho ngành thủy sản đồng thời hạn chế tác động xấu đến môi trường qua đó thúc đẩy ngành thủy sản phát triển bền vững. Thêm vào đó, nguồn lợi thủy sản tự nhiên trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng ngày càng cạn kiệt; ngành nuôi trồng thủy sản gặp nhiều khó khăn do dịch bệnh xuất hiện với tần suất ngày càng cao và ngày càng phức tạp, thời tiết diễn biến bất thường do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Thực trạng này đặt ra hai thách thức đối với các nước xuất khẩu thủy sản là (i) phải làm tăng giá trị của ngành thủy sản bằng cách chế biến các sản phẩm có giá trị gia tăng và (ii) tận dụng nguyên liệu còn lại để chế biến các sản phẩm giá trị gia tăng.

2. HƯỚNG TẬN DỤNG NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TRONG CHẾ BIẾN CÁ

2.1. Thành phần nguyên liệu còn lại trong chế biến cá

Trong công nghiệp chế biến cá, một lượng lớn nguyên liệu còn lại tạo ra bao gồm đầu, xương, da, vảy, nội tạng, máu, thịt vụn,...; chiếm khoảng 60-65% tổng trọng lượng cá nguyên liệu. Tỷ lệ các thành phần nguyên liệu còn lại tùy thuộc vào loài cá, kích cỡ và chủng loại sản phẩm chế biến. Ví dụ, đối với chế biến sản phẩm cá Tra fillet thì tỷ lệ các thành phần nguyên liệu còn lại được thể hiện trên Hình 2 (Nguyen, 2013).

Hình 2. Tỷ lệ các thành phần nguyên liệu còn lại trong chế biến cá Tra fillet

Từ các thành phần nguyên liệu còn lại sẽ mở ra rất nhiều hướng tận dụng để chế biến các sản phẩm giá trị gia tăng. Thành phần hóa học và chất lượng của nguyên liệu còn lại là hai yếu tố quan trọng trong việc quyết định loại sản phẩm sẽ được chế biến.

2.2. Công nghệ sấy khô đầu và xương cá 

Trong công nghiệp chế biến cá, đầu và xương chiếm khoảng 50-51% trọng lượng cá tươi. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào để chế biến sản phẩm đầu và xương cá khô. Nhiều nghiên cứu cho thấy, sản phẩm đầu cá khô có giá trị dinh dưỡng cao, đặc biệt là thành phần protein. Do vậy, đây là sản phẩm có nhiều tiềm năng xuất khẩu sang các khu vực thiếu hụt nguồn protein từ thủy sản do không có biển hoặc gặp điều kiện bất lợi cho phát triển ngành nuôi trồng thủy sản. Iceland được coi là nước đi đầu trong việc tận dụng nguồn đầu và xương cá tuyết để sản xuất sản phẩm khô. Sản phẩm đầu và xương cá tuyết khô được Iceland xuất chủ yếu sang thị trường Châu Phi, đặc biệt là thị trường Nigeria. Một trong những lợi thế của Iceland so với các nước khác là có nguồn năng lượng địa nhiệt dồi dào. Các doanh nghiệp đã sử dụng năng lượng địa nhiệt để sấy khô đầu và xương cá nên chi phí sản xuất thấp. Công nghệ sấy đầu và xương cá được tiến hành theo hai giai đoạn (Arason, 2013):

Giai đoạn sấy 1:Đầu và xương cá được sấy trong thiết bị sấy hầm (Hình 3) hoặc thiết bị sấy băng tải (Hình 4) ở điều kiện sấy tối ưu là:

 

Hình 4. Thiết bị sấy băng tải

Giai đoạn sấy 2: Đầu và xương cá sau khi kết thúc giai đoạn sấy 1 được chuyển qua giai đoạn sấy 2. Đầu và xương cá được sấy trong các container với thể tích từ 1-2 m³ (Hình 5), sấy bằng không khí nóng thổi từ dưới lên trên. Quá trình sấy diễn ra cho đến khi độ ẩm của sản phẩm đạt 14-15% (Hình 6). Điều kiện sấy tối ưu là:

 

Hình 5. Thiết bị sấy container

Hình 6. Sản phẩm đầu và xương cá khô

2.3. Công nghệ thu nhận protein isolate 

Trong những năm gần đây, việc thu nhận protein từ nguyên liệu còn lại trong chế biến thủy sản và các loài thủy sản có giá trị kinh tế thấp đã thu hút được sự quan tâm của cả nhà khoa học và doanh nghiệp. Một trong những hướng được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu là thu nhận protein isolate (Fish Protein Isolate - FPI), là sản phẩm protein đã được loại bỏ hầu hết tạp chất và hàm lượng protein chiếm từ 90% trở lên (Hultin and Kelleher, 1999). Quy trình thu nhận FPI bao gồm các bước như: đồng hóa (nghiền) nguyên liệu, hòa tan protein trong môi trường acid (pH < 3,0) hoặc môi trường kiềm (pH > 10,0), sau đó protein hòa tan được kết tủa bằng cách điều chỉnh pH về pH 5,5; protein kết tủa được thu nhận bằng phương pháp li tâm, cuối cùng protein kết tủa được rửa trung tính, bổ sung chất phụ gia và cấp đông (Park, 2012) (Hình 7). Phương pháp thu nhận FPI bằng điều chỉnh pH có sự khác biệt so với phương pháp sản xuất surimi truyền thống. Trong khi phương pháp sản xuất surimi truyền thống nhằm loại bỏ các yếu tố làm biến tính protein nhằm duy trì chất lượng của protein, thì phương pháp thu nhận FPI lại thúc đẩy quá trình biến tính protein dưới tác dụng của các yếu tố hóa học bằng việc điều chỉnh pH về môi trường acid hoặc môi trường kiềm (Park, 2012). So với sản phẩm surimi truyền thống thì sản phẩm FPI có nhiều ưu điểm hơn:

 

Do có nhiều tính chất ưu việt hơn so với sản phẩm surimi truyền thống nên FPI đã được nghiên cứu bổ sung vào một số sản phẩm thực phẩm nhằm làm tăng giá trị dinh dưỡng (hàm lượng protein) như chả cá, bỏng ngô,... FPI cũng đã được ứng dụng để bổ sung vào sản phẩm cá phi lê trước khi cấp đông nhằm làm tăng hàm lượng protein, tăng khối lượng, tăng khả năng giữ nước và hiệu suất thu hồi sau khi gia nhiệt. FPI được ứng dụng trong quá trình sản xuất các sản phẩm chiên xù nhằm hạn chế sự hút dầu vào sản phẩm. Một hướng ứng dụng mới đang được nhiều nhà khoa học quan tâm hiện nay là sản xuất protein thủy phân hoạt tính từ FPI nhằm làm tăng giá trị của sản phẩm, tăng hoạt tính chống ôxy hóa.

Hình 7: Sơ đồ quy trình thu nhận FPI theo phương pháp điều chỉnh pH

2.4. Công nghệ thu nhận protein thủy phân (fish protein hydrolysate-FPH)
 

Protein thủy phân từ nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến thủy sản đã được chứng minh có nhiều hoạt tính và tính chất tốt như hoạt tính chống oxy hóa; khả năng hòa tan, khả năng tạo bọt và khả năng tạo nhũ hóa cao; làm tăng khả năng giữ nước và giảm sự mất nước của thực phẩm (Arason và cộng sự, 2009). Nhiều nghiên cứu đã cho thấy việc sử dụng FPH trong thực phẩm cho con người sẽ mang lại nhiều tác dụng tốt cho sức khỏe người tiêu dùng như ít gây dị ứng, làm giảm trạng thái lo lắng và căng thẳng, tăng cường lưu thông máu, giảm bệnh béo phì và bệnh tiểu đường type 2, phòng ngừa và điều trị các bệnh viêm loét đường ruột, giảm hàm lượng cholesterol trong máu, ngăn ngừa tế bào ung thư, chống thiếu máu, chống cao huyết áp,... (Slizyte và cộng sự, 2016; Kim và Mendis 2006). Do vậy, FPH đã được nghiên cứu ứng dụng làm nguyên liệu trong chế biến một số thực phẩm chức năng, làm chất tăng mùi, thành phần thay thế sữa, thay thế cho bột ngọt, làm giàu protein trong thực phẩm,.... và đã có nhiều sản phẩm FPH được thương mại hóa trên thị trường. Ngoài ứng dụng làm thực phẩm bổ sung và thực phẩm chức năng cho con người, sản phẩm FPH có độ tinh khiết thấp còn được ứng dụng bổ sung vào thức ăn chăn nuôi để làm tăng giá trị dinh dưỡng.

Phương pháp sử dụng enzyme và phương pháp sử dụng các chất hóa học để thủy phân protein là hai phương pháp đang được áp dụng rộng rãi (Wisuthiphaet và cộng sự, 2015). Tuy nhiên, cả hai phương pháp này đều bộc lộ nhiều hạn chế. Phương pháp sử dụng hóa chất để thủy phân protein thường kèm theo tác động xấu đến môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, hiệu quả kinh tế thấp do chi phí xử lý lượng hóa chất sử dụng trong thủy phân protein rất lớn. Phương pháp sử dụng chế phẩm enzyme thương mại như flavourzyme, viscozyme, alcalase, neutrase,… để thủy phân protein sẽ làm tăng giá thành sản phẩm FPH nên chỉ phù hợp cho quy mô nhỏ. Để giải quyết những hạn chế của hai phương pháp nêu trên, phương pháp sử dụng vi sinh vật đang được coi là phương pháp thay thế hữu hiệu nhất (Hình 8). Bản chất của phương pháp này là sử dụng một số chủng vi sinh vật có khả năng sinh enzyme protease để thủy phân protein. Do khả năng sinh tổng hợp enzyme của vi sinh vật cao nên chi phí sản xuất giảm, hiệu quả thủy phân cao và có thể thực hiện được ở quy mô công nghiệp một cách dễ dàng. Đặc biệt, việc sử dụng nhiều chủng vi sinh vật có khả năng sinh enzyme protease thay vì chỉ tập trung vào một loại enzyme thương mại sẽ làm tăng khả năng thủy phân do mỗi enzyme có cơ chế cắt mạch liên kết peptide khác nhau. Sinh khối vi sinh vật sử dụng trong thủy phân ngoài việc cung cấp enzyme protease chúng còn có nhiều tác dụng tốt đối với động vật nuôi vì đây là những vi sinh vật có lợi cho hệ tiêu hóa, nâng cao khả năng kháng bệnh và hấp thụ chất dinh dưỡng.

Hình 8. Sơ đồ quy trình thu nhận FPH bằng phương pháp vi sinh vật

2.5. Công nghệ sản xuất dầu cá

Dầu cá là một trong những sản phẩm hiện đang được sử dụng rộng rãi cho con người cũng như là thành phần không thể thiếu trong sản xuất thức ăn cho gia súc, gia cầm và đặc biệt là thức ăn cho thủy sản. Dầu cá là sản phẩm có giá dinh dưỡng và giá trị dược học cao do có chứa hàm lượng lớn các acid béo không no chứa nhiều nối đôi như acid béo docosahexaenoic (DHA) và acid béo eicosapentaenoic (EPA). Các acid béo không no nhiều nối đôi đã được chứng minh có nhiều tác dụng tốt đối với sức khỏe người tiêu dùng như tăng khả năng miễn dịch, phòng ngừa các bệnh về tim mạch,... ở người lớn  (Boissonneault, 2000; Vanschoonbeek và cộng sự, 2003) và đặc biệt giúp phát triển tế bào thần kinh, hoàn thiện chức năng mắt và tăng khả năng miễn dịch ở trẻ nhỏ (Çelik và cộng sự, 2005). Ngoài ra dầu cá là thành phần quan trọng trong phối trộn thức ăn chăn nuôi; mục đích làm tăng hàm lượng acid béo không no nhiều nối đôi trong cơ thịt động vật.

Hiện nay, có nhiều dòng sản phẩm dầu cá khác nhau đã được thương mại hóa trên thị trường như dầu gan cá, dầu cá omega-3, dầu cá vitamin A,... Nguyên liệu để sản xuất dầu cá thường là gan cá (cá tuyết, cá mập), đầu cá ngừ, nguyên liệu còn lại trong chế biến cá hồi và một số loài cá nhỏ như cá trứng (capelin), cá trích (herring), cá cơm (anchovies), cá mòi (sardine),... Quy trình thu nhận dầu cá thô và tinh chế dầu cá được thể hiện lần lượt trên Hình 9 và Hình 10.

Hình 10. Sơ đồ quy trình tinh chế dầu cá

3. KẾT LUẬN

Từ phân tích ở trên cho thấy, nguyên liệu còn lại trong chế biến thủy sản nói chung và trong chế biến cá nói riêng là nguồn nguyên liệu dồi dào để chế biến các sản phẩm giá trị gia tăng, qua đó góp phần nâng cao giá trị cho ngành thủy sản, thúc đẩy ngành thủy sản phát triển bền vững, bảo vệ môi trường và tạo thêm việc làm cho người lao động. Để làm được việc đó rất cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa doanh nghiệp và nhà khoa học trong việc nghiên cứu phát triển công nghệ và chuyển giao công nghệ vào thực tiễn sản xuất.
 
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Arason, S. (2003). The drying of fish and utilization of geothermal energy; the Icelandic experience. International Geothermal Conference, Reykjavik, Sept. 2003, 21-31.
Arason, S., Karlsdottir, M. G., Valsdottir, T., Slizyte, R, Rustad, T., Falch, E., Eysturskard, J., and Jakobsen, G. (2009). Maximum resource utilisation - Value added fish by-products. Nordic Innovation Centre project number: 04275.
Boissonneault, G. A. (2000). Dietary fat, immunity, and inflammatory disease. In C. K. Chow (Ed.), Fatty acids in foods and their health implications (pp. 777-795). New York: Marcel Dekker.
Çelik, M., Diler, A., & Küçükgülmez, A. (2005). A comparison of the proximate compositions and fatty acid profiles of zander (Sander lucioperca) from two different regions and climatic conditions. Food Chemistry, 92, 637-641.
Hultin, H. O., and Kelleher, S. D. (1999) Process for isolating a protein composition from a muscle source and protein compostion. U.S. Patent No. 6,005,073.
Kim, S. K., and Mendis, E. (2006). Bioactive compounds from marine processing byproducts - a review. Food Research International, 39, 383-393.
Nguyen, M. V.. (2013). Assessment of current utilizations of rest materials in Tra catfish (Pangasius hypophthalmus) processing industry in Vietnam. Journal of Fisheries Science and Technology, Special issue, 78-84
Park, J. W. (2012). Surimi and Fish Protein Isolate. In Granata, et al. (Eds), The Seafood Industry: Species, Products, Processing, and Safety (pp. 118-127). Blackwell Publishing Ltd.
Slizytea, R., Rommib, K., Mozuraitytea, R., Eckc, P., Fived, K., and Rustad, T. (2016). Bioactivities of fish protein hydrolysates from defatted salmon backbones. Biotechnology Reports, 11, 99-109.
Vanschoonbeek, K., de Maat, M. P., & Heemskerk, J. W. (2003). Fish oil consumption and reduction of arterial disease. Journal of Nutrition, 133, 657-660.
Wisuthiphaet, N., Kongruang, S., and Chamcheun, C. (2015). Production of Fish Protein Hydrolysates by Acid and Enzymatic Hydrolysis. Journal of Medical and Bioengineering, 4, 466-470.

 

PGS. TS. Nguyễn Văn Minh