Với niềm trăn trở tìm ra phương pháp bảo quản đại trà giá rẻ để nông sản sau thu hoạch giữ được lâu hơn, tăng khả năng cạnh tranh hơn và ít phải đổ bỏ hơn, TS. Phạm Hồng Nam và các đồng nghiệp ở Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã bắt đầu dấn thân vào lĩnh vực nghiên cứu công nghệ bảo quản, dù xuất phát điểm là những nhà nghiên cứu về vật liệu mà trước đây chưa có nhiều hướng đề tài liên quan đến nông nghiệp.

Bắt đầu từ năm 2019 và trải qua thời gian nghiên cứu, nhóm của TS. Phạm Hồng Nam phát hiện, bên cạnh các yếu tố cấu thành một công nghệ bảo quản hoàn thiện như quy trình thu hái, yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, vi sinh vật, thành phần khí quyển bảo quản (như nồng độ O2, CO2,…) thì khí etylen - một sản phẩm của quá trình chuyển hóa nội sinh trong rau quả tươi sau thu hái cũng là nguyên nhân khiến rau quả bị hỏng nhanh hơn.

Về bản chất, khí etylen sẽ thúc đẩy quá trình chín của rau quả tươi, do đó nếu nồng độ etylen trong môi trường bảo quản rau gia tăng, loại khí này sẽ đẩy nhanh tốc độ chín của rau quả và từ đó làm giảm thời gian bảo quản sản phẩm.

“Nghiên cứu thực tế trên 23 loại rau quả tươi khác nhau cho thấy, khi duy trì ngưỡng nồng độ etylen trong môi trường bảo quản ở mức 5ppb, thời gian bảo quản tăng 60% so với ngưỡng nồng độ 0,1ppm - ngưỡng được coi là chấp nhận được đối với một quá trình bảo quản rau củ tươi. Vì vậy, việc kiểm soát khí etylen là một trong những yếu tố quan trọng quyết định thời gian bảo quản. Nếu làm cho nồng độ etylen càng thấp thì thời gian bảo quản càng được kéo dài”, TS. Nam giải thích.

Khi đã nắm bắt được điểm chính cho nghiên cứu, nhóm các nhà khoa học đã tiến hành đào sâu hơn vào các công nghệ loại bỏ khí etylen và nhận thấy ba phương pháp chính đang được sử dụng ở trên thế giới hiện nay là: sử dụng chất xúc tác, sử dụng màng vi sinh, và sử dụng các chất hấp phụ - oxy hóa.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy các phương pháp này vẫn còn tồn tại những nhược điểm lớn, đặc biệt, chi phí để vận hành hệ thống bảo quản rau quả theo các phương pháp này cũng tương đối cao. Do đó, nhóm đã hướng tới sáng chế thiết bị theo nguyên lý tầng sôi.

“Thiết bị của chúng tôi vẫn sử dụng vật liệu hấp phụ cũ là KMnO4 nhưng điểm khác biệt là: thiết bị sẽ thổi dòng khí qua một lớp hạt rắn tại một tốc độ tới hạn, đủ để làm các hạt rắn lơ lửng trong dòng khí đó”, TS. Nam giải thích. Tại sao họ lại lựa chọn nguyên lý này? “Chìa khóa giải quyết vấn đề hiệu suất chính là phải liên tục ‘tái sinh’ vật liệu trong một thiết bị có cơ cấu tái sinh, được thiết kế để đảm bảo tính liên tục của dòng hạt vật liệu. Với nguyên lý này, bản chất của thiết bị là giúp vật liệu hấp phụ loại bỏ được hơi nước bị ‘ngấm’ vào hạt mang xốp sau một chu kì hoạt động, nhờ đó nó có thể giúp cho hơn 90% lượng KMnO4 đã được chuyển hóa tiếp tục tham gia vào quá trình loại bỏ etylen, thay vì chỉ 50% như trước đây - có nghĩa là tăng được hiệu suất”, TS. Nam nói.

Cụ thể, mô hình thiết bị loại bỏ khí etylen của nhóm có cấu tạo chính gồm: tháp hấp phụ - oxy hóa dạng tầng sôi; tháp sấy hoàn nguyên (để tăng hiệu quả hoạt động của hạt vật liệu); và hệ thống vận chuyển các hat vật liệu được thiết kế nhằm đảm bảo sự tuần hoàn liên tuc của chúng. Để tạo thuận lợi cho quá trình loại bỏ khí etylen, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn các hạt vật liệu có dạng cầu và có kích cỡ phù hợp với tốc độ của quạt ở tháp tầng sôi cũng như tương thích với kết cấu của tấm chặn phối khí.

Với cấu tạo này, không khí trong môi trường bảo quản sẽ được quạt hút vào tháp hấp phụ - oxy hóa, sau đó được tấm chặn phân phối khí phân bố đi. Sau khi các hạt vật liệu hấp phụ etylen, chúng sẽ được luân chuyển sang tháp hoàn nguyên thông qua cơ cấu vận chuyển hạt và được tách biệt với môi trường bảo quản. Các hạt này tiếp đó sẽ được sấy khô (hoàn nguyên) và rơi xuống đáy tháp sấy, từ đó đi vào khoảng không phía trên của tấm chặn phân phối khí và chuẩn bị cho chu trình tiếp theo. Đồng thời cũng ở bước sấy này, hơi nước sẽ bị cuốn ra ngoài theo cửa xả khí.

“Nhờ nguyên lý hoạt động này, tốc độ hấp thụ, chuyển hấp thụ và chuyển hóa etylen sẽ được tăng lên đáng kể so với việc sử dụng hạt hấp phụ ở trạng thái tĩnh, hiệu suất hấp phụ sẽ có thể tăng từ 5-7 lần. Ngoài ra, lưu lượng dòng khí lớn cũng sẽ giúp cho thiết bị có thể áp dụng được ở các quy mô bảo quản lớn như các xe container, các kho bảo quản lạnh”, nhóm nghiên cứu chia sẻ về tiềm năng của thiết bị. Và điều đáng mừng là, công nghệ này sẽ có thể được điều chỉnh để áp dụng được ở phạm vi rất đa dạng, từ các loại hoa cho đến các loại trái cây như chuối, xoài, bơ hay các loại rau quả tươi như cà chua, bắp cải,...

Được biết, sáng chế thiết bị loại bỏ khí etylen do TS. Nam và các đồng nghiệp phát triển đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền sáng chế số 1-0030332 vào 25/12/2021.

Trong tương lai, nhóm của TS. Nam sẽ tiếp tục nghiên cứu việc tích hợp hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm, khí etylen,… và ứng dụng công nghệ số để có thể tạo ra một thiết bị hoàn chỉnh và thuận tiện để ứng dụng đại trà trong hoạt động sản xuất và bảo quản nông sản.

Huế Nguyễn