Sử dụng khí CO2 để ức chế nấm mốc sinh độc tố gây ung thư trong bảo quản lúa

TS Phan Thị Kim Liên

Khoa Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Công Thương TP Hồ Chí Minh

Lúa/gạo và độc tố nấm mốc

Lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực quan trọng được hơn 50% dân số thế giới sử dụng và cung cấp hơn 19% năng lượng bình quân đầu người trên toàn cầu. Lúa được trồng ở hơn 100 quốc gia với tổng diện tích là 158 triệu ha vào năm 2018 và hơn 700 triệu tấn được sản xuất hằng năm. Đây cũng là nguồn lương thực chính cho khoảng hơn 90 triệu người Việt Nam. Đặc biệt, 90% sản lượng lúa xuất khẩu của cả nước được sản xuất từ Đồng bằng Sông Cửu Long.

Hiện nay, an ninh lương thực và an toàn thực phẩm đang là vấn đề được toàn xã hội quan tâm. Nhiều loại thực phẩm ở các nước đang phát triển bị nhiễm vi sinh vật và các loại hóa chất độc hại gây mất an toàn cho người tiêu dùng. Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới, 25-30% thực phẩm bị hư hỏng do vi sinh vật gây ra trong quá trình sản xuất. Bên cạnh đó, độc tố vi nấm-mycotoxins cũng đang được quan tâm hiện nay vì các độc tố này rất bền nhiệt và không bị phân hủy trong quá trình chế biến, đặc biệt độc tố này có thể gây ung thư gan, thận.

Hình 1. Nấm mốc nhiễm vào lúa/gạo trong suốt quá trình sản xuất và gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.

Một số nhà sản xuất và cung ứng nông sản trong nước đang sử dụng các chất bảo quản hóa học như: Quickphos 56%, Celphos 56% để khử trùng kho chứa và bảo quản nông sản, hoặc sử dụng sulfur dioxide, sulfit, natri nitrit, natri benzoat, benzoat, sorbat, formaldehyde, imidazoles, pyrrolidines và thiocyanate để kiểm soát nhiễm nấm mốc và mọt… Tuy nhiên, việc sử dụng các chất này có thể gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người và môi trường, đồng thời cũng tiềm ẩn những nguy cơ nghiêm trọng như gây ung thư và sinh quái thai cho người và động vật.

Sự phát triển của nấm mốc trong thực phẩm bị tác động bởi nhiều yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ và thành phần khí bao gồm N₂, O₂ và CO₂. Vì vậy, thay đổi thành phần khí quyển là cách thích hợp để làm chậm quá trình hô hấp và ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc, giúp tăng thời gian bảo quản nông sản. Đặc biệt, thay đổi hàm lượng khí CO₂ trong quá trình bảo quản là giải pháp tối ưu và hiệu quả để ức chế sự phát triển của nấm mốc.

Hình 2. Sự sinh trưởng và sinh độc tố của nấm mốc chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường.

Nhiều công ty sản xuất và kinh doanh các sản phẩm nông nghiệp trên thế giới đã và đang sử dụng phương pháp khí để tạo điều kiện kỵ khí nhằm kìm hãm nấm mốc tăng trưởng và sinh độc tố trong suốt quá trình bảo quản nông sản. Tuy nhiên ở Việt Nam, quá trình bảo quản lúa/gạo của bà con nông dân vẫn chủ yếu thực hiện bằng phương pháp sấy khô hoặc để ở nhiệt độ môi trường thường. Phương pháp này vẫn dễ sinh nấm mốc, do nấm mốc có thể phát triển trong một môi trường ẩm ướt và ấm áp, đồng thời nếu quá trình sấy khô không đảm bảo hoàn toàn, nấm mốc vẫn có thể tạo điều kiện cho sự phát triển của chúng. Trước tình hình đó, nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Công Thương TP Hồ Chí Minh đã sử dụng phương pháp ứng dụng khí CO₂ trong việc ngăn chặn nấm mốc sinh độc tố gây hại. Phương pháp này giúp hạn chế sự tăng trưởng của nấm mốc và giảm hàm lượng độc tố do chúng gây ra trong lúa trong suốt quá trình bảo quản.

Tiềm năng ứng dụng khí CO₂ trong bảo quản nông sản

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thu mẫu, đánh giá tổn thất lúa/gạo trong quá trình sản xuất của các công ty, doanh nghiệp và hộ nông dân kinh doanh trên địa bàn các tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ. Qua đó, tiến hành phân lập và nhận diện các loài nấm mốc cũng như loại độc tố thường hiện diện trong lúa/gạo. Sau khi phân lập và nhận diện các loài nấm mốc, nhóm nghiên cứu đã phát hiện thấy có 12 nhóm/loài nấm mốc. Trong đó, Fusarium proliferatum (Fumonisin B1) xuất hiện thường xuyên nhất (36%) và Aspergillus flavus (aflatoxin B1) (11%). Đây là 2 loài nấm mốc nguy hiểm, sinh độc tố cao, thường hiện diện trong lúa/gạo, gây ung thư gan và thận đến cho con người. Trong đó, aflatoxin B1 chiếm 31% trong các mẫu lúa trong quá trình bảo quản còn Fumonisin B1 chiếm đến 60% trong các mẫu lúa có độ ẩm cao.

Để đánh giá khả năng tăng trưởng và sinh độc tố của 2 loài này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm ở các độ ẩm và nhiệt độ khác nhau. Thông qua 2 điều kiện này sẽ biết được độ ẩm và nhiệt độ nào cả 2 loài tăng trưởng và sinh độc tố mạnh nhất và điều kiện nào nấm mốc sẽ không tăng trưởng và sinh độc tố. Đối với nhiệt độ và độ ẩm không kìm hãm được sự tăng trưởng và sinh độc tố, nhóm tiến hành sử dụng khí để kìm hãm/ức chế. Nói cách khác, ở các độ ẩm và nhiệt độ nấm mốc sinh trưởng mạnh nhất, nhóm tiến hành sử dụng khí CO₂ để hạn chế sự tăng trưởng và sinh độc tố.

Hình 3. Đánh giá khả năng kìm hãm của các yếu tố lên sự sinh trưởng và sinh độc tố.

Qua quá trình khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm và nhiệt độ đối với sự tăng trưởng và sinh độc tố aflatoxin B1 và Fumonisin B1, nhóm đã thu được kết quả như sau: ở các điều kiện hoạt độ nước (lượng nước tự do trong thực phẩm) thấp 0,8-0,9 a_w, cả 2 loài nấm mốc đều không tăng trưởng và sinh độc tố. Từ hoạt độ nước 0,95-0,99 a_w, cả 2 loài mới bắt đầu sinh trưởng và tốc độ tăng trưởng cao nhất ở hoạt độ nước a_w=0,99 a_w ở nhiệt độ 30^oC đối với Fumonisin B1 và 35^oC đối với aflatoxin B1.

Từ những phân tích trên, nhóm nghiên cứu đã sử dụng khí CO₂ để kìm hãm/ức chế sự tăng trưởng của nấm mốc. Cụ thể, CO₂ được sử dụng ở 2 nồng độ là 17 và 19% kết hợp ở nhiệt độ và hoạt độ nước tối ưu tác động lên aflatoxin B1, Fumonisin B1. Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở nồng độ CO₂ 17%, khả năng kìm hãm/ức chế tăng trưởng tốt hơn (64-79%) so với nồng độ CO₂ 19% (2,5-63%) đối với aflatoxin B1. Với độc tố Fumonisin B1, nhóm nghiên cứu cũng thu được kết quả tương tự, ở 17% khí CO₂ có khả năng ức chế nấm mốc tốt hơn so với nồng độ còn lại. Kết quả cho thấy, việc sử dụng nồng độ khí CO₂ có khả năng kìm hãm 100% lượng độc tố sinh ra so với mẫu ban đầu (mẫu không sử dụng khí CO₂).

Thành công của nghiên cứu mang lại ý nghĩa quan trọng đến môi trường và xã hội. Việc sử dụng khí CO₂ để bảo quản lúa gạo thay vì sử dụng các hóa chất bảo quản góp phần giảm thiểu nguy cơ gây hại cho sức khỏe con người, phương pháp này còn giúp giảm thiểu sự ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường đất, nước và không khí. Ngoài ra, các hóa chất bảo quản thông thường gây ra hiệu ứng nhà kính, tác động đến lớp Ozon và làm tăng nồng độ khí thải độc hại trong không khí. Trái lại, khí CO₂ được xem là chất duy trì sự cân bằng của không khí, giúp giảm lượng khí thải độc hại trong môi trường và giữ cho môi trường trong tình trạng sạch. Việc sử dụng khí CO₂ để bảo quản lúa gạo cũng giúp nâng cao ý thức bảo vệ môi trường trong sản xuất nông nghiệp, đồng thời tăng cường chất lượng và giá trị kinh tế của sản phẩm, đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng, đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp Việt Nam trong tương lai.