Đặt vấn đề Theo Tổng cục Thủy sản, mỗi năm, Việt Nam nuôi và khai thác hơn 6 triệu t n thủy hải sản, trong đó tôm chiếm lƣợng lớn và tiếp tục gia tăng theo định hƣớng xây dựng ngành thủy hải sản trở thành mũi nhọn kinh tế của Chính phủ. Sở hữu đƣờng bờ biển dài 3260 km, khu đặc quyền kinh tế với diện tích 1 triệu km2 và còn có hệ thống sông ngòi dày đặc, Việt Nam là một nƣớc đầy tiềm năng để phát triển nuôi trồng, đánh ắt thủy sản. Tổng sản lƣợng thủy sản quý III/2020 ƣớc tính đạt 2. Lũy kế từ đầu năm 2020, tổng sản lƣợng thủy sản ƣớc tính đạt 6.6% so với cùng kỳ năm 2019 và đạt 71.6% kế hoạch năm 2020; trong đó, sản lƣợng khai thác 2.9 triệu t n, sản lƣợng nuôi trồng thủy sản 3.
Theo số liệu của Tổng cục Hải quan, giá trị kim ngạch xu t khẩu thủy sản tháng 9/2020 đạt 826.3 triệu USD, tăng 1.4% so với tháng trƣớc; lũy kế từ đầu năm đến hết tháng 9 đạt kim ngạch xu t khẩu gần 6. Tuy nhiên, do công nghệ chế iến thủy hải sản còn hạn chế, thành phẩm đa phần là sản phẩm đông lạnh hoặc có hàm lƣợng chế iến th p, nên lƣợng phụ phẩm thải ra trong quá trình sản xu t còn khá cao với tỷ lệ khoảng 35 - 60%, tƣơng đƣơng hơn 2 triệu t n phụ phẩm thủy hải sản mỗi năm, trong đó có khoảng 250.000 t n phụ phẩm tôm. Theo Quỹ Đầu tƣ VIG, phần lớn phụ phẩm ị thải loại trực tiếp vào môi trƣờng, chỉ khoảng 33% đƣợc sử dụng để sản xu t các sản phẩm có giá trị gia tăng th p nhƣ phân ón, thức ăn chăn nuôi và khoảng 7% đƣợc tận thu để phát triển các dòng có giá trị gia tăng cao nhƣ thực phẩm, dƣợc phẩm. Phụ phẩm thủy hải sản nói chung và phụ phẩm tôm nói riêng có r t nhiều ch t dinh dƣỡng để khai thác nhƣ đạm (55%), Chitin (9%), khoáng (22%), éo (12%) [2],… Nếu các dƣỡng ch t đƣợc chiết xu t tối ƣu và ảo toàn hoạt tính, thành phẩm cuối cùng sẽ có giá trị cao và ứng dụng cho nhiều ngành khác nhau.
Trong một lĩnh vực khác, Việc ứng dụng công nghệ cao trong canh tác nông nghiệp đang đƣợc đặc iệt quan tâm, nh t là công nghệ trồng cây trên giá thể. Kỹ thuật 1 trồng cây trên giá thể (solid media culture) thực ch t là iện pháp cải tiến của công nghệ trồng cây thủy canh, vì giá thể này đƣợc làm từ những vật liệu trơ và có khả năng giữ nƣớc, dịch dinh dƣỡng để nuôi cây [3]. Vào những năm 80, các polymer có khả năng giữ nƣớc (hay còn gọi là Hydrogel) đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng cho công nghệ này. Đặc iệt là các Hydrogel có nguồn gốc tự nhiên nhƣ cellulose, Chitin,… có khả năng giũ ẩm cao, không có độc tính để tránh ảnh hƣởng đến năng su t và ch t lƣợng cây trồng [4] [5].
Việc tiến hành nghiên cứu chế tạo vật liệu sinh học Hydrogel từ vỏ tôm nhằm sử dụng nhƣ vật liệu giữ nƣớc trong canh tác sẽ mang lại lợi ích kép cả về kinh tế và môi trƣờng. Nghiên cứu này sẽ tiếp cận xử lý ch t thải vỏ tôm ằng giải pháp công nghệ, tái sử dụng ch t thải trong ngành chế iến tôm tạo ch t giữ ẩm, đồng thời giảm phát thải ch t ô nhiễm, giảm chi phí xử lý ch t thải và nâng cao hiệu quả kinh tế của ngành chế iến tôm. Từ lí do trên, Học viên thực hiện đề tài “Nghiên cứu tái sử dụng vỏ tôm để tổng hợp chitin hydrogel làm ch t trợ ẩm đ t”. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu khả năng trợ ẩm cho đ t ằng vật liệu Chitin Hydro gel - Mục tiêu cụ thể: + Chiết tách Chitin từ vỏ tôm + Tổng hợp vật liệu Chitin hydrogel + Khảo sát và đánh giá khả năng phân hủy sinh học của vật liệu Chitin hydrogel sau tổng hợp + Đánh giá hiệu quả trợ ẩm đ t.
Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu chiết tách Chitin từ vỏ tôm và tổng hợp chitin hydrogel - Khảo sát các tính ch t của Chitin Hydrogel chế tạo từ vỏ tôm 2 - Đánh giá hiệu quả giữ ẩm của đ t khi sử dụng chitin hydrogel làm ch t trợ ẩm - Khảo sát khả năng sinh trƣởng của cây trong đ t có ch t trợ ẩm 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Vỏ tôm, vật liệu Chitin hydrogel trợ ẩm đ t - Cây cải ẹ xanh đƣợc trồng sử dụng chitin hydrogen làm vật liệu giữ ẩm 5. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng vỏ tôm để chế tạo Chitin hydrogen sau đó đƣợc sử dung làm vật liệu giữ ẩm để trồng cây cải ẹ xanh trong phòng thí nghiệm phân tích môi trƣờng - Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên TP.HCM Phƣơng pháp nghiên cứu: Phƣơng pháp thu thập thông tin và kế thừa số liệu Phƣơng pháp thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm để chiết tách Chitin từ vỏ tôm và tổng hợp Hydrogel từ Chitin chiết tách. Sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại (FTIR) để xác định đƣợc c u trúc của vật liệu, đồng thời khảo sát các đặc điểm, tính ch t của vật liệu nhằm ứng dụng trong mô hình khảo sát ứng dụng vào thực tiễn Phƣơng pháp đồ thị, iểu đồ: Thể hiện các kết quả nghiên cứu Phƣơng pháp thống kế, xử lý số liệu ằng phần mềm excel Phƣơng pháp so sánh: đánh giá mức độ tăng trƣởng của các cây trồng tại các tỷ lệ đ t/chitin hydrogen 6.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Tách chiết Chitin và tổng hợp vật liệu sinh học Chitin Hydrogen, sử dụng nhƣ một vật liệu trợ ẩm đ t. Việc tái sử dụng vỏ tôm cua chế tạo vật liệu sinh học cho nông nghiệp giúp cho việc tận dụng nguồn phế thải này nhằm 3 tăng giá trị kinh tế của ngành chế iến thủy hải sản và góp phần hạn chế sự phát tán của ch t thải vào môi trƣờng làm giảm ô nhiễm môi trƣờng. - Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài sẽ cung c p thêm một giải pháp kỹ thuật phục vụ việc tái sử dụng, tận dụng vỏ tôm nói riêng và các phụ phẩm chế iến thủy, hải sản nói chung, cung c p một loại vật liệu sinh học cho canh tác nông nghiệp hữu cơ, giúp nâng cao lợi ích kinh tế và môi trƣờng cho cả ngành chế iến thủy hải sản và nông nghiệp 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình phát triển ngành nuôi trồng chế biến tôm 2.1 Hiện trạng nuôi trồng Tôm là loài sống phù hợp ở các vùng nƣớc lợ gần iển. Với đặc trƣng này, Miền Trung, Nam Trung Bộ (Khánh Hòa, Phú Yên, Ninh Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu…), Đồng Bằng Sông Cửu Long (Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Cà Mau, Kiên Giang) là nơi tập trung sản lƣợng tôm nuôi nhiều nh t cả nƣớc.Do là loài chân khớp có thể trạng nhỏ, thân mềm, nên công tác nuôi tôm phức tạp và khó khăn hơn so với cá tra, asa.
Tôm sú với đặc tính phức tạp hơn, thƣờng m t khoảng 5 tháng từ lúc thả đến lúc thu hoạch, trong khi tôm chân trắng dễ thích nghi hơn chỉ m t khoảng 3 tháng. Trong những năm gần đây, diện tích và sản lƣợng tôm nuôi không ngừng tăng, đến năm 2018, diện tích nuôi tôm các loại của cả nƣớc ƣớc đạt 720 nghìn ha, tăng 5,4% so với năm 2017. Tổng sản lƣợng tôm nƣớc lợ ƣớc đạt 745 nghìn t n, tăng 9% so với 2017. Trong đó, sản lƣợng tôm sú ƣớc đạt 275 nghìn t n, tăng 5,3%, sản lƣợng tôm chân trắng ƣớc đạt 475 nghìn t n, tăng 11,2% so với năm 2017.2 Hiện trạng chế biến tôm Cả nƣớc có khoảng 160 doanh nghiệp tham gia chế iến, xu t khẩu tôm, tập trung chủ yếu ở Miền Trung, Nam Trung Bộ (Khánh Hòa, Phú Yên, Ninh Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu…), Đồng Bằng Sông Cửu Long (Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Cà Mau, Kiên Giang), với tổng công su t chế iến đạt gần 1 triệu t n sản phẩm/năm Năm 2018, Việt Nam xu t khẩu tôm sang 97 thị trƣờng, với tổng giá trị đạt 3,6 tỷ USD, một số thị trƣờng chủ lực của tôm Việt Nam là: EU, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Canada, Australia, ASEAN, Đài Loan, Thụy Sỹ, chiếm 95,9% tổng giá trị XK tôm của Việt Nam 5 Về công đoạn thu gom, sơ chế, chế iến: Tôm nguyên liệu đƣợc thu gom từ nhiều nguồn manh mún, nhỏ lẻ làm cho ch t lƣợng không đồng nh t, r t khó kiểm soát dƣ lƣợng hóa ch t, kháng sinh ị c m và không thể truy xu t đƣợc nguồn gốc, khó sử dụng để chế iến hàng xu t khẩu cao c p nên hiệu quả chế iến xu t khẩu không cao.
Việc chế iến các sản phẩm GTGT từ tôm còn ít, chỉ chiếm khoảng 30%, còn lại 70% là xu t khẩu dƣới dạng nguyên liệu, sơ chế, án thành phẩm tƣơi/sống/đông lạnh.2 Tổng quan về đặc tính của vỏ tôm 2.1 Nguồn phát sinh vỏ tôm Tôm là đối tƣợng quan trọng của ngành nuôi trồng và chế iến thủy sản Việt Nam. Hiện nay ở nƣớc ta, kĩ thuật khai thác và nuôi tôm r t phát triển và ngày càng cung c p nhiều nguyên liệu cho các nhà máy chế iến thủy sản trong nƣớc và xu t khẩu nhiều mặt hang nhƣ: Tôm tƣơi còn vỏ, đầu (nguyên con) c p đông IQF hoặc Block. Tôm vỏ bỏ đầu c p đông IQF hoặc Block. Tôm óc vỏ, bỏ chỉ lƣng c p đông IQF.
Tôm óc vỏ, còn đốt đuôi c p đông IQF. Tôm dạng sản phẩm định hình, làm chín. Tôm óc vỏ, đóng hộp. Điều này chứng tỏ tôm là một mặt hàng đem lại nguồn lợi kinh tế lớn cho đ t nƣớc nhƣng đồng thời cũng thải ra một lƣợng lớn đáng kể phế liệu, chủ yếu là vỏ và đầu tôm.
Ngoài ra, có một lƣợng lớn đáng kể thịt vụn do óc nõn không cẩn thận hoặc một số tôm ị thải loại do iến màu, ch t lƣợng không đảm ảo. Tùy theo giống, loài và phƣơng pháp gia công chế iến mà lƣợng phế liệu này có thể thay đổi từ 40% (đối với tôm sú) đến 60% (đối với tôm càng xanh) lƣợng nguyên liệu thu mua. Đối với sản phẩm tôm óc nõn và rút ruột thì m t mát theo vỏ 6 tôm và đuôi khoảng 25%. Nhìn chung, trong phế liệu tôm thì trọng lƣợng phần đầu thƣờng g p 3 – 4 lần so với phần vỏ và đuôi.