Hoàn thiện công nghệ nano hóa hỗn hợp tinh gừng và một số dược liệu được chiết xuất bằng công nghệ CO2 lỏng siêu tới hạn làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm bảo vệ sức khỏe

Nhiệm vụ được thực hiện với mục tiêu cải tiến nguồn nguyên liệu, kỹ thuật chiết xuất gừng; nghiên cứu thông số kỹ thuật chiết xuất, công thức sản phẩm, quy trình nhũ hóa nano với bể siêu âm; nghiên cứu chế tạo máy nhũ siêu âm dòng liên tục để nâng cao năng suất tiêu thụ gừng, phát triển công nghệ chế biến và sản xuất sản phẩm từ gừng cho bà con nông dân.

Gừng vừa là nông sản, gia vị vừa là thảo dược phổ biến ở Việt Nam, có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ thực phẩm, mỹ phẩm đến dược phẩm. Hiện nay, trong xu thế hóa học xanh và công nghiệp dược đang chuyển hướng mạnh mẽ sang dùng các nguyên liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên, gừng cũng được nghiên cứu nhiều về khả năng ứng dụng trong điều trị ung thư, viêm nhiễm, cúm mùa,…

Tuy nhiên, gừng chủ yếu được tiêu thụ và phân phối ở dạng tươi, áp lực lưu thông trên thị trường lớn vì dễ hư hỏng, chi phí vận chuyển cao, giá thành biến động mạnh theo mùa vụ, gây bất lợi cho người nông dân. Gừng Việt Nam rất được người dân Trung Quốc yêu thích vì chất lượng tốt. Hầu hết gừng trồng ở Việt Nam được thu và bán đi Trung Quốc, trong khi gừng Trung Quốc được nhập về bán ở thị trường Việt Nam. Người nông dân thường gặp điệp khúc được mùa mất giá, có những thời điểm giá gừng trong nước bị thương lái ép giá, người dân sản xuất gừng bị thua lỗ nhiều và bỏ canh tác. Gừng cần được chế biến sau thu hoạch nhiều hơn, giảm bớt tỷ trọng tiêu thụ tươi thì mới có thể từng bước ổn định được đầu ra cho gừng.

Trong lĩnh vực chiết xuất thảo dược, công nghệ chiết CO2 siêu tới hạn được xem là phương pháp tiên tiến và hiệu quả, có tính an toàn và không gây ô nhiễm môi trường. Một trong những điểm mạnh của phương pháp này là khả năng giữ nguyên hương vị tự nhiên và chất lượng của sản phẩm chiết xuất. Đối với gừng, việc sử dụng công nghệ chiết xuất CO2 lỏng sẽ giúp thu được những thành phần hoạt chất chất lượng cao, có hoạt tính sinh học quý như gingerol và shogaol, đảm bảo sản phẩm cuối cùng giữ được hương vị tự nhiên và chất lượng của nguyên liệu thảo dược. Bên cạnh đó, việc lưu thông gừng ở dạng tinh chất gừng chiết CO2 lỏng có nhiều ưu thế về chi phí vận chuyển, khả năng bảo quản và xử lý môi trường.

Với đề tài nêu trên, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm khu vực gừng có chất lượng tốt và tập trung nghiên cứu quá trình chế biến gừng sau thu hoạch ở bước chiết xuất tinh chất và bước đầu chế biến các sản phẩm đơn giản từ gừng, có sử dụng những công nghệ mới như chiết xuất CO2 lỏng, nano nhũ tương để tìm hiểu sự tương thích của công nghệ cũng như nhu cầu và khả năng tiếp nhận của thị trường.

Kết quả, qua thu thập mẫu nguyên liệu gừng và sàng lọc từ các địa phương như Nghệ An, Thanh Hóa, Quảng Nam, Tuyên Quang, Hà Giang, Bình Định và từ Đắc Lắc trở vào tới Cà Mau, đã xác định 3 địa phương có gừng đạt chất lượng cao gồm Đắc Nông, Đồng Nai và Lâm Đồng. Từ đó, nghiên cứu được quy trình chiết xuất gừng khô bằng công nghệ CO2 lỏng siêu tới hạn, xác định được công thức thành phần, tỷ lệ thảo dược hình thành nên sản phẩm và bước đầu hoàn thiện 3 sản phẩm là tinh dầu xịt miệng Sagucha, trà hòa tan uống liền gừng sả chanh Sagucha, tinh dầu xông hơi Sagucha.

Kết quả nhiệm vụ cũng chế tạo thành công hệ thống thiết bị nhũ hóa siêu âm dòng liên tục, trong đó, thiết kế hoàn chỉnh thiết bị nano nhũ hoá tự động hoàn toàn (automation). Đây là thiết bị do nhóm nhiệm vụ chế tạo mới hoàn toàn, gồm bộ phận cung cấp nguyên liệu, nhũ cơ học, nano nhũ siêu âm và theo dõi, thu hồi sản phẩm. Thiết bị được thiết kế dòng liên tục để có thể sản xuất công nghiệp liên tục 24/24. Các thông số kỹ thuật của thiết bị như sau: công suất sản xuất bắt đầu từ 10 lít; thể tích buồng nhũ siêu âm 1 lít đến > 2 lít; buồng tiền nhũ dung tích 10 lít; đầu phát siêu âm dạng thanh siêu âm, tần số 20khz, công suất 2000w; nguồn phát điện nuôi 220v, tần số 20khz, công suất 2000w; bộ phận điều nhiệt (chiller) dùng chíp nóng lạnh, điều khiển analog; bộ phận cấp liệu và thu hồi sản phẩm theo khối lượng dùng cân điện tử, cấp bằng bơm cơ học; điều khiển bán tự động; vật liệu cấu tạo thiết bị: thép không gỉ.


Nhóm nghiên cứu cũng xây dựng mô hình kinh doanh, kế hoạch sản xuất, chuỗi cung ứng, kế hoạch xúc tiến bán hàng và thương mại hóa sản phẩm để đưa sản phẩm ra thị trường. Trong đó, sản phẩm trà gừng hòa tan uống liền được sản xuất dưới dạng bột mịn, có kết dính nhẹ, không bổ sung các chất ổn định bột hoặc chất chống vón cục như magnesium stearate,… nhằm hướng đến sản phẩm đơn giản, ít dùng phụ gia công nghiệp. Trà hòa tan với thành phần từ gừng, sả, chanh, quế, bạc hà, đường phèn, có tác dụng giúp dễ tiêu hóa, ấm bụng, đóng gói theo quy cách lọ 25 gram, lọ 70 gram và lọ 140 gram. Sản phẩm xịt miệng nano thảo dược Sagucha với thành phần gồm tinh dầu gừng, sả, chanh, quế, xá xị, bạc hà, cam thảo, sài đất, lá dứa, ethanol,… giúp vệ sinh miệng, thơm miệng; được thiết kế dạng chai xịt với các dung tích chai 5 ml, 15 ml và 30 ml. Sản phẩm tinh dầu xông hơi (thành phần từ gừng, sả, chanh, tràm, quế,…) có công dụng thay thế lá xông truyền thống, phục vụ xông hơi giải stress, giải cảm, cúm, giảm cân, liều lượng sử dụng 0,5 ml dầu/1 lít nước; được đóng trong chai thủy tinh có nắp bóp, dung tích 5 ml và 20 ml. Đây là những sản phẩm tiện dụng, phục vụ cuộc sống hàng ngày, có thị trường khá lớn, khi triển khai sản xuất ở quy mô lớn sẽ giảm được chi phí và mang lại lợi nhuận, góp phần tiêu thụ nông sản, dược liệu của nông dân thông qua chế biến thành các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ.

Điểm mới của nhiệm vụ này là quy trình nano hóa nhũ tương và thiết bị nhũ hóa sử dụng công nghệ siêu âm có thể áp dụng chế biến tinh chất gừng và các tinh dầu thảo dược khác làm nguyên liệu để sản xuất sản phẩm ở quy mô lớn. Bên cạnh đó, nhiệm vụ cũng tìm ra một số sản phẩm phụ gồm quy trình công nghệ chiết xuất gừng bằng công nghệ CO2, từ khâu nguyên liệu tươi đến xử lý cao chiết thu được từ chiết xuất CO2 lỏng; xác định khu vực trồng gừng cho chất lượng tinh dầu cao nhất, có thể phục vụ xây dựng vùng nguyên liệu. Quy trình sản xuất trà gừng hoà tan dạng bột ở trạng thái sử dụng có kích thước hạt nhũ tinh dầu nằm trong khoảng nano nhũ. Đây là một quy trình đơn giản, hiệu quả, có thể áp dụng trên các đối tượng khác một cách dễ dang.

Nhóm thực hiện nhiệm vụ đang tiếp tục kết nối với các chủ trương, chính sách hỗ trợ khởi nghiệp đổi mới sáng tạo, chương trình hỗ trợ nghiên cứu phát triển khoa học công nghệ, các kênh tiêu thụ, các nhà đầu tư để triển khai kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất kinh doanh.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (CESTI).