Phế phẩm từ quá trình chế biến cà rốt có thể được sử dụng để nuôi trồng nấm ăn được, tạo ra nguồn protein chất lượng cao. Trong các thử nghiệm vị giác, thực phẩm thuần chay làm từ sợi nấm được ưa chuộng hơn so với thực phẩm làm từ protein thực vật thông thường - Nguồn ảnh: Shutterstock.

Nghiên cứu mới nhất về việc chuyển hóa phụ phẩm từ ngành chế biến cà rốt thành nguồn protein chất lượng cao thông qua công nghệ lên men sợi nấm không chỉ là một lời giải cho bài toán an ninh lương thực, mà còn là minh chứng điển hình cho sức mạnh của công nghệ sinh học trong việc khép kín vòng lặp....

Tối ưu hóa phụ phẩm nông nghiệp

Theo báo cáo từ Liên hợp quốc, tính đến năm 2023, cứ 11 người trên thế giới thì có 1 người phải đối mặt với nạn đói, và hơn 3 tỷ người không đủ khả năng chi trả cho một chế độ ăn uống lành mạnh. Song hành với nghịch lý đó, ngành công nghiệp thực phẩm toàn cầu lại thải ra một lượng khổng lồ phụ phẩm hữu cơ, gây lãng phí tài nguyên và áp lực lớn lên hệ sinh thái.

"Trong chuỗi giá trị nông nghiệp, sản xuất cà rốt (đặc biệt là sản xuất màu thực phẩm tự nhiên và nước ép) tạo ra một lượng lớn bã, vỏ và các phần không đạt tiêu chuẩn thương mại. Thay vì bị loại bỏ hoặc sử dụng làm thức ăn chăn nuôi giá trị thấp, các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi: Liệu có thể chuyển đổi những nguồn carbon dư thừa này thành protein cao cấp cho con người?

Câu trả lời đã được khẳng định qua nghiên cứu mới nhất từ Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS), công bố trên Tạp chí Hóa học Nông nghiệp và Thực phẩm (Journal of Agricultural and Food Chemistry). Công trình này đã chi tiết hóa quy trình chuyển hóa phụ phẩm từ ngành chế biến cà rốt thành nguồn protein chất lượng cao thông qua công nghệ lên men sợi nấm (mycelium). Bằng cách tận dụng các dòng phụ lưu (side streams) giàu carbohydrate làm giá thể sinh trưởng, các nhà khoa học không chỉ giải quyết triệt để bài toán về rác thải hữu cơ mà còn tạo ra một nguồn “mycoprotein” đầy tiềm năng. Đây được xem là một bước tiến đột phá, minh chứng cho khả năng tối ưu hóa giá trị sinh khối nhằm thiết lập một hệ thống lương thực bền vững, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn đạm động vật và thực vật truyền thống vốn tiêu tốn nhiều tài nguyên đất và nước.

Giải pháp nằm ở việc ứng dụng "Mycoprotein" – một thuật ngữ khoa học chỉ nguồn protein có nguồn gốc từ hệ sợi nấm (mycelium). Khác với các loại nấm ăn thông thường mà chúng ta thu hoạch phần quả thể (mũ nấm), nghiên cứu này tập trung vào hệ sợi – cấu trúc dạng rễ của nấm. Hệ sợi nấm có tốc độ sinh trưởng cực nhanh, diện tích nuôi cấy tối ưu và khả năng chuyển hóa sinh khối hiệu quả cao, biến chúng thành một "nhà máy sinh học" sản xuất dinh dưỡng tiềm năng.

Tuyển chọn chủng nấm và giá trị dinh dưỡng

Để tìm ra "ứng viên" xuất sắc nhất cho quá trình chuyển hóa, nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Martin Gand dẫn đầu đã tiến hành thử nghiệm sàng lọc khắt khe trên 106 chủng nấm khác nhau. Các chủng nấm này được nuôi cấy trên môi trường cơ sở là phụ phẩm từ cà rốt cam và cà rốt đen (thường dùng trong sản xuất màu tự nhiên).

Kết quả nghiên cứu đã định danh được Pleurotus djamor (nấm bào ngư hồng) là chủng có hiệu suất sinh trưởng và khả năng tổng hợp protein vượt trội nhất. Bằng cách điều chỉnh các thông số kỹ thuật như độ pH, nhiệt độ và nồng độ oxy trong quá trình lên men ở trạng thái lỏng hoặc bán rắn, các nhà khoa học đã tối ưu hóa được hàm lượng nitơ tổng số, từ đó nâng cao tỷ lệ protein trong sinh khối nấm.

Về mặt khoa học thực phẩm, protein từ hệ sợi nấm P. djamor sở hữu giá trị sinh học (Biological Value) tương đương với nhiều nguồn protein động vật và thực vật truyền thống. Điều này có nghĩa là cơ thể người có thể hấp thụ và sử dụng hiệu quả các axit amin thiết yếu có trong sợi nấm. Ngoài ra, nguồn protein này còn sở hữu những ưu điểm vượt trội về mặt y sinh học: Hàm lượng chất béo thấp, giàu chất xơ, không chứa cholesterol và các chất gây dị ứng phổ biến thường thấy trong đậu nành hay gluten lúa mì.

Quá trình này không đòi hỏi diện tích đất canh tác lớn hay lượng nước tưới khổng lồ như việc chăn nuôi gia súc, góp phần giảm thiểu đáng kể dấu chân carbon (carbon footprint) trong sản xuất lương thực.

Triển vọng thương mại hóa thực phẩm tương lai

Một trong những rào cản lớn nhất đối với các sản phẩm protein thay thế là hương vị và cấu trúc (texture). Người tiêu dùng thường có xu hướng so sánh các sản phẩm thực vật với thịt động vật về độ dai, mùi thơm và vị ngọt sâu của đạm.

Để kiểm chứng tính khả thi, nhóm nghiên cứu đã chế tạo các mẫu thực phẩm thực nghiệm bao gồm chả viên (vegan patties) và xúc xích chay. Các mẫu chả viên được thiết kế với tỷ lệ thay thế protein đậu nành bằng sợi nấm theo các mức: 0%, 25%, 50%, 75% và 100%.

Kết quả thu được từ các cuộc thử nghiệm cảm quan mù mang lại sự ngạc nhiên lớn: Những người tình nguyện tham gia đánh giá đã ưu tiên lựa chọn các sản phẩm làm từ 100% sợi nấm hơn là các sản phẩm từ đậu nành hay đậu nành truyền thống. Về mặt cấu trúc, hệ sợi nấm với mạng lưới sợi đan xen tự nhiên đã tạo ra độ đàn hồi và cảm giác "nhai" giống thịt một cách chân thực mà không cần đến quá nhiều phụ gia thực phẩm. Trong sản phẩm xúc xích, sự kết hợp của sợi nấm cũng mang lại hương thơm dễ chịu và vị ngọt thanh đặc trưng, vượt qua cả đối thủ là protein từ đậu gà.

Sự thành công của nghiên cứu này, với sự hỗ trợ từ các nguồn lực học thuật và tập đoàn GNT Europa GmbH, không chỉ dừng lại ở việc tạo ra một sản phẩm thay thế thịt. Nó mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp thực phẩm: Nơi rác thải của quy trình này là nguyên liệu của quy trình kia. Martin Gand nhấn mạnh: "Việc sử dụng các dòng phụ lưu làm giá thể cho sản xuất sợi nấm giúp giảm thiểu tác động môi trường, đồng thời gia tăng giá trị kinh tế và hỗ trợ an ninh lương thực thông qua một quy trình sản xuất protein bền vững."