1. Tên nhiệm vụ KH&CN
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị plasma lạnh áp suất khí quyển cho xử lý, bảo quản nông sản và thực phẩm.
2. Tính cấp thiết
Với dân số của hành tinh dự kiến sẽ đạt gần 10 tỷ người vào năm 2050, cách tiếp cận sáng tạo là yêu cầu cả hai khía cạnh sản xuất và chế biến nông sản và thực phẩm phải đáp ứng nhu cầu nông sản và thực phầm. Một trong những thách thức lớn nhất vẫn là việc cung cấp nông sản và thực phẩm an toàn cho toàn cầu, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của chế độ dinh dưỡng. Gần một phần ba sản lượng lương thực trên toàn thế giới cho con người bị mất hoặc bị lãng phí dọc theo chuỗi sản xuất thực phẩm, chế biến, và cung cấp. Cần phải phát triển giải pháp mới và thông minh cho các mô hình tiêu thụ nông sản và thực phẩm bền vững và an ninh lương thực toàn cầu. Chiến lược can thiệp thân thiện với môi trường để bảo vệ cây lương thực hoặc các sản phẩm thực phẩm khỏi thối giữa hoặc sâu bệnh, dẫn đến giảm tổn thất và/hoặc kéo dài thời hạn sử dụng, là một khâu quan trọng trong an ninh lương thực toàn cầu.
Ngành công nghiệp thực phẩm từ trang trại đến bàn ăn, liên tục phải thích ứng để đáp ứng các nhu cầu của dân số ngày càng tăng, cả về dinh dưỡng và kỳ vọng của người tiêu dùng. Điều phải đạt được trong khuôn khổ nguồn lực có sẵn và yêu cầu quy định. Đổi mới liên quan đến sản xuất và chế biến thực phầm là cần thiết để đáp ứng những thách thức đang nổi lên về an toàn thực phẩm toàn cầu và sự phức tạp của chuỗi thực phẩm hiện đại.
Trong chuỗi sản xuất thực phẩm, an toàn thực phẩm vẫn còn là một thách thức lớn, điều này được dàn xếp bởi sự xuất hiện của các mầm bệnh truyền nhiễm với liều thấp và tăng tính độc hại. Đòi hỏi phải có chiến lược can thiệp an toàn thực phẩm mới để quản lý an toàn thực phẩm trên toàn cầu trong suốt chuỗi cung ứng ngày càng phức tạp.
Phải có chiến lược hiệu quả để giảm rủi ro an toàn vi sinh đối với thực phẩm, trong khi duy trì đặc tính chất lượng sản phẩm với mục tiêu kết hợp kéo dài thời hạn sử dụng. Với một loạt các loại cây trồng và hàng hóa thực phẩm được sản xuất, cùng với các mầm bệnh liên quan của chúng, không có công nghệ tổng hợp nào có khả năng đáp ứng mọi yêu cầu. Do đó, điều quan trọng là cung cấp cho ngành công nghiệp này các tùy chọn biến đổi để đáp ứng nhu cầu cụ thể của nó.
Các công nghệ chế biến để bảo quản nông sản, thực phẩm có khả năng đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và cung cấp các loại thực phẩm chế biến chất lượng cao với thời hạn sử dụng lâu hơn mà không có chất phụ gia và không bị xử lý nhiệt nhiều vì các điều kiện tương đối nhẹ. Các quá trình phi nhiệt so với nhiệt độ thanh trùng, người tiêu dùng thường hài lòng bởi các đặc tính giống tươi hơn, giảm thiểu phân huỷ chất dinh dưỡng và nhận thức về chất lượng.
Trái cây và rau quả là thành phần quan trọng của sức khỏe tốt do chúng là nguồn vitamin và khoáng chất dồi dào, do đó có liên quan đến những bằng chứng đáng kể về dinh dưỡng cũng như giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch và ung thư. Tuy nhiên, trái cây và rau quả tươi cũng có thể là một nguồn chất độc hại như dư lượng thuốc trừ sâu có thể đã được sử dụng trong sản xuất nông nghiệp, gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người.
Trong chuỗi sản xuất thực phẩm, an toàn thực phẩm vẫn còn là một thách thức lớn, điều này được dàn xếp bởi sự xuất hiện của các mầm bệnh truyền nhiễm với liều thấp và tăng tính độc hại.
Kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy trong số các phương pháp mới cải thiện an toàn vi khuẩn và hóa học của sản phẩm tươi, plasma lạnh là phương pháp hiệu quả nhất và có tiềm năng ứng dụng lớn trong khử nhiễm các loại nông sản, thực phẩm tươi sống và bề mặt chế biến thực phẩm.
Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị mới trên cơ sở công nghệ plasma lạnh phục vụ cho việc xử lý và bảo quản nông sản, thực phẩm, trái cây và rau quả là vấn đề cấp bách đáp ứng yêu cầu bảo quản nông sản, thực phẩm, đảm bảo sức khoẻ con người, bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, sử dụng hiệu quả và tiết kiệm tài nguyên, v.v….
Đây là công nghệ mới trên thế giới, hiện tại chỉ có một số nước công nghiệp tiên tiến đi vào nghiên cứu trong lĩnh vực này.
3. Luận cứ năng lực tổ chức thực hiện
GS, VS Nguyễn Quốc Sỹ là chuyên gia đầu ngành trong lĩnh vực plasma, Phòng Thí nghiệm plasma thuộc Đại học Năng lượng Quốc gia Moscow có thành tựu nghiên cứu lớn trong triển khai ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong nông nghiệp và an toàn thực phẩm. Đội ngũ chuyên gia của Viện Công nghệ VinIT đã tiến hành nghiên cứu công nghệ này nhiều năm.
Do đó, hoàn toàn đảm nhiệm tốt nhiệm vụ KH&CN này, xác suất tạo ra những sản phẩm công nghệ tương đối lớn.
4. Mục tiêu
– Thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị plasma lạnh xử lý, bảo quản nông sản, trái cây và rau quả;
– Thiết lập quy trình công nghệ xử lý, bảo quản nông sản, trái cây và rau quả.
5. Những nội dung KH&CN cần phải giải quyết
– Tác động của dòng plasma lạnh đến protein/enzyme, hiệu ứng plasma đối với lipids, tác động plasma lạnh đến carbohydrate, tương tác ma trận trong quá trình phơi nhiễm plasma lạnh: khử nhiễm triệt để và hiệu ứng bảo vệ, tác động plasma lạnh đến tính chất chức năng của hệ thống thực phẩm;
– Đánh giá chất lượng thực phẩm qua xử lý bằng plasma lạnh: chất lượng vật lý, chất lượng hóa học, thuộc tính giác quan;
– Nghiên cứu làm rõ quá trình phản ứng vật lý và hóa học trong việc tạo ra plasma lạnh;
– Nghiên cứu cơ chế các tác động của plasma lạnh đối với sinh vật, tác động tổng hợp của các thành phần diệt khuẩn từ trên lớp bề mặt phân tử đối với sinh vật;
– Thiết kế, chế tạo nguyên mẫu thiết bị plasma lạnh dùng cho bảo quản hoa quả và rau củ (thí nghiệm);
– Thử nghiệm lâm sàng, đánh giá chất lượng đối với thiết bị;
– Hoàn thiện công nghệ chế tạo các thiết bị plasma lạnh;
– Thiết kế, chế tạo nguyên mẫu thiết bị plasma lạnh dùng cho bảo quan nông sản (thí nghiệm);
– Thử nghiệm lâm sàng trong việc sử dụng các thiết bị plasma lạnh dùng trong xử lý nông sản;
– Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo các thiết bị và thuyết minh hướng dẫn sử dụng các thiết bị plasma lạnh xử lý nông sản, bảo quản thực phẩm.
6. Dự kiến sản phẩm tạo ra
– Báo cáo kết quả nghiên cứu cơ chế tác động của dòng plasma lạnh đối với sinh vật, diệt khuẩn, v.v.;
– Bản vẽ thiết kế một số đầu phát plasma lạnh cao áp (5-15 kV, bộ biến tần, Bộ phận cấp nguồn điện cao áp, bộ phận cấp và phân phối khí;
– Sản phẩm trung gian: thiết bị plasma lạnh bao gồm buồng xử lý lạnh, bàn ma trận các đầu phát plasma lạnh, tủ điều khiển dùng cho xử lý hoa quả và rau củ;
– 01 Hệ thống thiết bị plasma lạnh dùng cho xử lý hoa quả và rau củ bao gồm thiết bị plasma lạnh và các thiết bị phụ trợ (phân loại, bao gói, v.v.);
– 01 Hệ thống thiết bị plasma lạnh dùng cho xử lý nông sản thiết bị plasma lạnh và các thiết bị phụ trợ (phân loại, bao gói, v.v.);
– Báo cáo kết quả thử nghiệm lâm sàng, đánh giá chất lượng đối với các thiết bị plasma lạnh;
– Quy trình công nghệ chế tạo thiết bị plasma lạnh dùng trong nông sản và thực phẩm
– Đăng ký 1-2 sáng chế;
7. Khả năng ứng dụng
Có khả năng ứng dụng rất rộng rãi trong các cơ sở thu hoạch, chế biến, bảo quản, thương mại các nông sản và thực phẩm, hoa quả, rau củ do các ưu điểm sau đấy.
Công nghệ khử trùng plasma lạnh có hầu như tất cả các điều kiện mà phương pháp khử trùng lý tưởng nên có:
1) Tiết kiệm thời gian. So với nồi hấp tiệt trùng và khử trùng nhiệt khô, thời gian khử trùng ngắn;
2) Chi phí thấp. Hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp khử trùng hóa chất và khử trùng nhiệt khác.
3) Nhiệt độ bình thường. Nhiệt độ khử trùng là 35 đến 45°C. So với khử trùng hóa học sử dụng 1,2-ethylene oxide làm thành phần chính, nhiệt độ thao tác thấp và có thể được sử dụng rộng rãi để khử trùng các loại vật liệu và vật phẩm khác nhau.
4) An toàn. Sử dụng bảng điều khiển cảm ứng tự động, dễ vận hành, không cần nhiệt độ cao và áp suất cao, lắp đặt và chạy thử đơn giản, sử dụng an toàn.
8. Hiệu quả
Hiệu quả kinh tế xã hội: Công nghệ plasma lạnh là tiên tiến nhất hiện nay, sự thành công của dự án là bước đột phá trong công nghệ bảo quản thực phẩm, cho phép kéo dài thời hạn tươi sống của sản phẩm nhiều lần, nâng cao giá trị hàng hoá; do đó thúc đẩy phát triển ngành nông nghiệp sản xuất trái cây, rau quả, thúc đẩy phát triển công nghệ chế biến, bảo quản thực phẩm; tạo ra nhiều công ăn việc làm, có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi trường, cải thiện điều kiện sống, tăng sức khoẻ nhân dân và mang lại lợi ích cho toàn xã hội.
Hệ thống thiết bị xử lý nông sản, thực phẩm có thể ứng dụng ở tất cả các cơ sở thu hoạch, chế biến, bảo quản.
