Kéo dài vòng đời các loại rau quả bằng công nghệ plasma

Dù vụ mùa trúng đậm nhưng việc cung ứng thực phẩm tươi từ nông trại, đồng ruộng đến các chợ truyền thống, siêu thị mà không có bất cứ hình thức xử lý, bảo quản nào vẫn có thể khiến rau củ hư hỏng trước khi đến tay người tiêu dùng. Từ những vấn đề âm ỉ đó, nhiều sáng chế, giải pháp hữu ích của giới nghiên cứu và doanh nghiệp đã ra đời.

Mới đây, PGS. TS. Trần Ngọc Đảm và các cộng sự tại Phòng Nghiên cứu năng lượng và Môi trường CES Plasma, Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM, đã tạo ra quy trình tiệt trùng rau quả bằng công nghệ plasma. Sáng chế này giúp kéo dài ‘vòng đời’ của các loại rau củ quả, từ đó góp phần vào sự phát triển của ngành xuất khẩu nông sản trong tương lai.

Tổn thất sau thu hoạch trong ngành nông nghiệp Việt Nam chiếm con số không nhỏ. Trong đó, tỷ lệ thất thoát ở nhóm rau ăn lá là cao nhất với hơn 30% sản lượng, ở các loại quả là hơn 25%, rau ăn củ cũng thất thoát từ 10 - 20% sản lượng... Một trong những nguyên nhân gây ra tổn thất này là do sản xuất nông nghiệp của Việt Nam còn thiếu cơ sở hạ tầng bảo quản, máy móc chế biến sâu. Thêm vào đó, các biện pháp đóng gói và xử lý sau thu hoạch trong chuỗi cung ứng chưa đảm bảo được yêu cầu.

Phân tích về một số tác nhân gây ảnh hưởng đối với ngành nông nghiệp, PGS.TS Trần Ngọc Đảm khẳng định: "Đối với rau quả tươi, khả năng cạnh tranh của người bán sẽ tăng lên khi họ sở hữu được ‘bí quyết’ bảo quản lâu mà vẫn giữ được chất lượng sản phẩm. Muốn thế, ta phải ‘điều khiển’ được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm như nguồn vi khuẩn, lượng hóa chất tồn dư trên bề mặt rau củ, vi khuẩn, nấm mốc... và công nghệ plasma có thể giải quyết lần lượt những vấn đề đó.”

‘Len lỏi’ vào từng ngóc ngách của rau củ

Ngoài ba trạng thái thường gặp là thể rắn, lỏng và khí, chúng ta còn biết đến plasma với tên gọi trạng thái thứ tư của vật chất. Trong 10 năm trở lại đây, các nhà khoa học Việt Nam đã tập trung nghiên cứu các ứng dụng plasma như điều trị các vết thương chậm liền da, cắt kim loại, cắt CNC.... Vậy plasma có tác dụng như thế nào trong việc tiệt trùng và bảo quản rau quả?

Tóm tắt nghiên cứu của mình tại sự kiện Techmart Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch 2022, PGS.TS Trần Ngọc Đảm cho biết: “Nói một cách dễ hiểu, chúng ta sẽ dùng công nghệ plasma để làm sạch nước rửa rau củ, không khí, dụng cụ, bao bì đóng gói trong môi trường sản xuất. Như vậy ta có thể phần nào cắt được nguồn vi khuẩn, lượng tồn dư hóa chất trên bề mặt, ức chế sự phát triển của vi khuẩn, nấm mốc”.

Trong môi trường plasma sẽ có hàng triệu phản ứng, làm xuất hiện các gốc oxy hóa rất mạnh, giúp phân hủy toàn bộ các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm. Với nghiên cứu của mình, PGS.TS Trần Ngọc Đảm và các cộng sự nhận thấy rằng plasma xảy ra trong nước cũng sẽ mang nồng độ cao các gốc oxy hóa, tiệt trùng rất mạnh và loại bỏ hóa chất bề mặt rau quả.

Tuy nhiên, nếu chỉ vậy thì chưa đủ. Nước trong môi trường này sẽ chỉ đơn thuần có tác dụng rửa sơ bề mặt của rau củ, chứ chưa thể làm sạch phần vi khuẩn, nấm mốc sâu bên trong các loại rau ăn lá như xà lách, cải bẹ. 

Kể về ý tưởng khởi đầu của nhóm, PGS Đảm cho biết: “Chúng tôi nghĩ đến việc phải tạo ra một loại vật liệu có thể ‘len lỏi’ vào từng ngóc ngách của sản phẩm”. Với ý tưởng đó, nhóm lập tức lao vào thử nghiệm sử dụng plasma kích hoạt những chất oxy hóa bậc cao, sau đó gói chúng vào các hạt nano rất nhỏ. Hạt nano phân bố đều trong nước và đi vào các kẽ hở nhỏ nhất của rau củ quả, và nổ tung ra. Hạt nano nhờ chứa chất oxy hóa cao tiệt trùng nên có thể làm sạch lượng tồn dư hóa học, vi khuẩn trên bề mặt rau củ quả.

Không chỉ được sử dụng trong công tác xử lý nông sản, công nghệ này còn được sử dụng trong đóng gói sản phẩm. Ông Đảm tự tin chia sẻ: “Chúng ta cần tạo ra một vùng sản xuất siêu sạch. Tuy vấn đề vi sinh của thực phẩm đã được đảm bảo, nhưng ta còn cần lưu ý đến bề mặt của dụng cụ sản xuất, bao bì. Khi đóng gói, mực in hoặc chất vô cơ còn dính trong bề mặt bao bì sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm. Công nghệ plasma tẩy sạch bề mặt, tẩy cả những hạt bụi, mực máy in”.

Những bước làm sạch trên nếu được áp dụng sẽ gợi mở rất nhiều hướng phát triển thuận lợi cho ngành nông nghiệp của Việt Nam.

Quy trình ‘nhiều trong một’

Cụ thể, không gian xử lý rau củ sẽ gồm ba vùng đóng kín theo nguyên tắc một chiều với ba vùng chính.

Vùng (I) là công đoạn chuẩn bị với các bước phân loại và vệ sinh thô. Vùng (II) là công đoạn làm sạch và tiệt trùng, rau củ sẽ được đưa lên băng tải rửa bằng nước oxy hóa bậc cao và sau đó là nước sạch. Công đoạn này gồm có máy tạo nước nano bubble oxy hóa bậc cao và máy tạo nước sạch. 

Vùng (III) là công đoạn đóng gói với máy tiệt trùng bề mặt bao bì. Ở cả vùng (II) và vùng (III) sẽ có máy tạo khí sạch liên tục hoạt động để đảm bảo môi trường không khí tiệt trùng. Các loại máy này tiệt trùng, làm sạch đều được kết nối với một chiếc máy tạo nguồn plasma.

Quy trình nghe có vẻ phức tạp và cồng kềnh, nhưng theo PGS.TS Trần Ngọc Đảm, hệ thống xử lý với đầy đủ buồng plasma, máy rửa, máy tạo nước oxy hóa, máy tiệt trùng không khí... sẽ chỉ tốn diện tích vỏn vẹn khoảng 12 m2. Tất cả các máy sẽ làm việc đồng bộ với nhau nhờ bộ điều khiển trung tâm, người dùng có thể theo dõi, quan sát, thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa”.

Để xem xét mức độ hiệu quả, nhóm nghiên cứu đã kiểm chứng các loại rau củ khác nhau. Chẳng hạn với rau xà lách, nhóm thu thập hai mẫu rau cùng một nguồn và bảo quản trong điều kiện giống nhau. Một mẫu sẽ được giữ nguyên và một mẫu được xử lý qua hệ thống tiệt trùng, bảo quản bằng công nghệ plasma. Sau khoảng ba ngày, mẫu rau đối chứng bắt đầu xuất hiện lá úng, lá héo; trong khi đó 9 ngày sau mẫu được xử lý mới xuất hiện dấu hiệu hư hỏng. Thời gian bảo quản của mẫu xử lý qua hệ thống tiệt trùng bằng plasma lâu gấp ba lần mẫu đối chứng. 

Nhóm nghiên cứu thậm chí đã tiến hành thử nghiệm bảo quản thành công rong nho - một sản phẩm rất dễ hư hỏng, thời gian sử dụng ngắn. Với những ưu điểm trên, thiết bị tạo nguồn plasma, máy tiệt trùng không khí, phương pháp xử lý nước sạch bằng công nghệ plasma đều đã được Cục Sở hữu Trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền sáng chế.

Trong thời gian tới, nhóm của PGS.TS Trần Ngọc Đảm sẽ tiếp tục tiến hành thêm một số thử nghiệm để xác định hiệu quả chính xác của hệ thống này.