Trong bối cảnh ngành nuôi trồng thủy sản ngày càng phát triển mạnh mẽ, việc kiểm soát chất lượng và độ an toàn của các sản phẩm thủy sản trở thành yêu cầu cấp thiết. Một trong những vấn đề đáng lo ngại nhất là việc sử dụng các hóa chất cấm như malachite green – một chất diệt khuẩn và chống nấm mạnh, từng được dùng rộng rãi trong nuôi cá và tôm nhưng đã bị cấm do độc tính cao đối với sức khỏe con người. Tuy nhiên, vì hiệu quả vượt trội và chi phí thấp, malachite green vẫn bị lén lút sử dụng tại một số cơ sở. Trước thực trạng đó, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM đã phát triển thành công một loại vật liệu mới có khả năng phát hiện và hấp phụ malachite green trong nước nuôi thủy sản và mẫu tôm. Điều đặc biệt là vật liệu này được tổng hợp từ một nguồn nguyên liệu rất gần gũi và rẻ tiền – chính là phế phẩm từ cây chuối, cụ thể là cùi của cuống buồng chuối.

Malachite green – chất cấm đầy nguy cơ

Malachite green là một loại thuốc nhuộm tổng hợp có màu xanh ngọc, từng được sử dụng phổ biến trong nuôi trồng thủy sản để diệt nấm, vi khuẩn và ký sinh trùng. Nhờ khả năng kháng khuẩn mạnh, malachite green mang lại hiệu quả cao trong việc phòng và trị bệnh cho tôm, cá – đặc biệt là trong giai đoạn con giống hoặc khi môi trường nước bị nhiễm khuẩn. Tuy nhiên, các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng malachite green có thể tích tụ trong mô động vật và gây ra các tác động xấu nghiêm trọng đến sức khỏe con người khi tiêu thụ thực phẩm nhiễm chất này. Các tác động gồm tổn thương gan, gây rối loạn hoạt động tuyến giáp, làm suy giảm chức năng máu, và đặc biệt là nguy cơ gây ung thư.

Chính vì lý do đó, nhiều quốc gia – trong đó có Việt Nam – đã cấm sử dụng malachite green trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, trong thực tế, việc kiểm tra và giám sát chất lượng ở các vùng nuôi nhỏ lẻ, tự phát vẫn còn gặp khó khăn. Nhiều hộ nuôi vì muốn giảm thiểu rủi ro bệnh tật cho tôm, cá nên vẫn âm thầm sử dụng malachite green, gây nguy cơ tiềm ẩn cho chuỗi cung ứng thủy sản sạch.

Các phương pháp phát hiện malachite green hiện nay

Để kiểm soát việc sử dụng chất cấm này, các phương pháp phân tích và phát hiện malachite green đã được phát triển. Một số phương pháp phổ biến bao gồm:

- Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): Cho kết quả chính xác, nhưng đòi hỏi thiết bị đắt tiền và kỹ thuật viên có chuyên môn.

- Phổ hấp thụ UV-Vis: Phát hiện malachite green thông qua sự hấp thụ ánh sáng ở bước sóng nhất định.

- Phương pháp điện hóa: Đo tín hiệu điện để xác định nồng độ chất phân tích.

Ngoài ra, một hướng tiếp cận hiệu quả là kết hợp các phương pháp đo lường với các vật liệu hấp phụ để làm giàu mẫu, giúp phát hiện nồng độ malachite green ở mức rất thấp. Tuy nhiên, các vật liệu hấp phụ hiện tại – như than hoạt tính, graphene, hoặc các polymer chức năng – thường có chi phí cao, quy trình tổng hợp phức tạp và không phù hợp cho ứng dụng đại trà ở quy mô nhỏ.

Phát triển vật liệu mới từ cùi chuối

Trước những thách thức đó, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM đã mở ra một hướng đi sáng tạo và bền vững hơn: tái sử dụng phế phẩm nông nghiệp để tạo ra vật liệu hấp phụ giá rẻ, thân thiện với môi trường, nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả cao trong việc phát hiện malachite green. Vật liệu mà nhóm phát triển được tổng hợp từ cellulose chiết xuất từ cùi của cuống buồng chuối – bộ phận thường bị bỏ đi sau khi thu hoạch.

Cuống buồng chuối là phần nằm ở giữa buồng chuối, kết nối các nải lại với nhau. Sau khi thu hoạch, phần này thường không được sử dụng và trở thành phế phẩm. Tuy nhiên, cùi chuối lại chứa hàm lượng cellulose rất cao – khoảng 30–40%, có cấu trúc polymer bền, mang nhiều nhóm chức hóa học có khả năng hấp phụ các phân tử hóa chất khác. Cellulose sau khi được tinh chế, sẽ được phối trộn với titanium dioxide (TiO₂) – một chất bán dẫn có khả năng mang điện tích âm trong môi trường thích hợp, giúp tăng khả năng hút các phân tử malachite green mang điện tích dương.

Quy trình tổng hợp vật liệu cellulose/TiO₂

Quy trình tổng hợp vật liệu được nhóm nghiên cứu mô tả như sau:

1. Chuẩn bị nguyên liệu: Cuống buồng chuối được thu gom, rửa sạch, cắt nhỏ và sấy khô ở nhiệt độ phù hợp.

2. Xử lý hóa học: Vật liệu sấy khô được xử lý bằng dung dịch axit loãng và kiềm để loại bỏ tạp chất và thu nhận cellulose tinh khiết.

3. Tổng hợp vật liệu: Cellulose thu được sẽ được trộn với TiO₂ theo tỉ lệ xác định. Hỗn hợp được khuấy đều, sau đó sấy khô để tạo thành vật liệu hấp phụ dạng bột.

4. Ứng dụng: Vật liệu cellulose/TiO₂ sẽ được cho tiếp xúc với mẫu nước hoặc mẫu tôm cần kiểm tra. Sau một thời gian nhất định, phần malachite green bị hấp phụ sẽ được đo bằng phương pháp UV-Vis.

Hiệu quả của vật liệu hấp phụ

Kết quả thử nghiệm trên nhiều mẫu nước thải nuôi tôm và mẫu tôm có chứa malachite green cho thấy, vật liệu cellulose/TiO₂ có khả năng hấp phụ rất cao. Cụ thể, khi thử với các mẫu chứa nồng độ malachite green dao động từ 5 đến 1000 mg/L, vật liệu cho thấy dung lượng hấp phụ tối đa đạt đến 79,42 mg/g. Con số này cao hơn đáng kể so với các vật liệu từng được công bố trước đó như:

Graphene/carboxymethyl cellulose/TiO₂: 66,67 mg/g

TiO₂ nanoparticles đơn thuần: 6,3 mg/g

Khả năng phát hiện malachite green của vật liệu này cũng rất ấn tượng. Với phương pháp đo UV-Vis, nồng độ thấp nhất có thể phát hiện là 0,023 mg/L. Giới hạn định lượng – tức nồng độ có thể đo chính xác – là từ 0,068 mg/L trở lên. Đặc biệt, hiệu suất thu hồi đạt khoảng 96%, cho thấy mức độ chính xác và độ tin cậy rất cao trong các phép phân tích.

Ý nghĩa và triển vọng ứng dụng

Việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp để phát triển vật liệu hấp phụ có hiệu quả cao mang lại nhiều giá trị về mặt khoa học, kinh tế và môi trường:

- Giảm chi phí: So với các vật liệu tổng hợp đắt tiền, vật liệu từ cùi chuối có chi phí cực thấp, dễ sản xuất, phù hợp cho cả các phòng thí nghiệm nhỏ hoặc đơn vị quản lý chất lượng địa phương.

- Thân thiện môi trường: Sử dụng vật liệu từ nguồn sinh khối tái tạo giúp giảm rác thải nông nghiệp, góp phần phát triển nền kinh tế tuần hoàn và bền vững.

- Tăng cường an toàn thực phẩm: Với độ nhạy và độ chính xác cao, vật liệu này có thể được ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm tra dư lượng hóa chất trong thủy sản, góp phần bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

- Thúc đẩy nghiên cứu nội địa: Thành công của nhóm nghiên cứu là minh chứng rõ ràng cho năng lực sáng tạo của các nhà khoa học Việt Nam trong việc giải quyết các vấn đề thực tiễn từ tài nguyên bản địa.

Hướng phát triển tiếp theo

Theo nhóm nghiên cứu, trong thời gian tới, họ sẽ tiếp tục cải tiến quy trình tổng hợp để nâng cao khả năng tái sử dụng vật liệu sau mỗi lần hấp phụ, đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng sang các chất cấm hoặc chất ô nhiễm khác trong nuôi trồng thủy sản. Ngoài ra, nhóm cũng mong muốn hợp tác với doanh nghiệp trong ngành để sản xuất vật liệu này ở quy mô lớn, đưa vào sử dụng thực tế trong các cơ sở nuôi trồng, các trung tâm kiểm nghiệm và các hệ thống giám sát môi trường nước.

Từ một loại phế phẩm tưởng như vô giá trị – cùi chuối – các nhà khoa học Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM đã tạo ra một vật liệu có giá trị ứng dụng cao trong kiểm tra an toàn thực phẩm. Công trình này không chỉ thể hiện tinh thần đổi mới sáng tạo mà còn góp phần xây dựng một nền nông nghiệp – thủy sản phát triển bền vững, an toàn, thân thiện với môi trường. Trong tương lai, những hướng đi tương tự hoàn toàn có thể được nhân rộng, mang lại giải pháp hiệu quả cho nhiều vấn đề xã hội khác từ chính những gì tưởng chừng như bị bỏ quên.

Nguồn: Tổng hợp