Từ nghiên cứu phòng thí nghiệm đến hiện thực hóa công nghiệp
Công nghệ lên men chính xác không phải là khái niệm mới, vốn đã có lịch sử hàng thập kỷ ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu và thức ăn chăn nuôi. Tuy nhiên, những năm gần đây, công nghệ này đã có bước chuyển mình mạnh mẽ sang lĩnh vực thực phẩm. Khác với lên men truyền thống dựa trên các vi sinh vật tự nhiên, lên men chính xác ứng dụng kỹ thuật di truyền để "lập trình" lại quá trình trao đổi chất của tế bào vi sinh vật, từ đó tạo ra các thành phần dinh dưỡng cụ thể theo ý muốn.
Giáo sư Yong-Su Jin, chuyên gia tại Khoa Khoa học Thực phẩm và Dinh dưỡng con người (Đại học Illinois), nhận định: Hiện nay, các sản phẩm lên men chính xác chủ yếu tập trung ở phân khúc phụ gia giá trị cao với quy mô thị trường còn hạn hẹp. Tầm nhìn trong 10 - 20 năm tới là phải mở rộng ứng dụng sang các loại nguyên liệu đại trà để tối ưu hóa lợi ích môi trường và kinh tế.
Dẫu vậy, để trở thành một phương thức sản xuất thực phẩm có năng lực cạnh tranh thương mại, ngành công nghiệp này cần giải quyết triệt để các bài toán về chi phí sản xuất, khả năng vận hành ở quy mô lớn, cũng như mức độ tiếp nhận của người tiêu dùng.
Mô hình “Kim tự tháp phụ gia”: Lộ trình ba tầng cấp
Trong nghiên cứu mới nhất công bố trên tạp chí chuyên ngành Current Opinion in Biotechnology, Giáo sư Yong-Su Jin đã đề xuất khung lý thuyết “Kim tự tháp phụ gia thực phẩm” nhằm phân tầng các mục tiêu thương mại hóa:
- Tầng đỉnh - Phụ gia giá trị cao: Gồm các thành phần như β-carotene (tiền chất vitamin A). Thay vì chiết xuất từ thực vật với hiệu suất thấp và chi phí đắt đỏ, việc sản xuất qua vi sinh vật sẽ cung cấp giải pháp thay thế bền vững và kinh tế hơn.
- Tầng giữa - Phụ gia chức năng: Đại diện tiêu biểu là ovalbumin (protein chính trong lòng trắng trứng). Lên men chính xác có thể tạo ra các thành phần có chức năng tương đương trứng tự nhiên, ứng dụng rộng rãi trong ngành bánh mà không phụ thuộc vào nguồn cung động vật.
- Tầng đáy - Nguyên liệu đại trà: Bao gồm protein đơn bào, lysine cho thức ăn chăn nuôi hay axit citric. Đây là phân khúc có sản lượng lớn nhưng đòi hỏi hiệu suất sản xuất cực cao để cạnh tranh sòng phẳng về giá với các phương pháp truyền thống.
Hợp tác quốc tế và hạ tầng công nghệ trọng điểm
Để hiện thực hóa lộ trình này, Đại học Illinois đã thiết lập hệ thống cơ sở hạ tầng đồng bộ như Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Xử lý Sinh học Tích hợp (IBRL) - cầu nối quan trọng giữa nghiên cứu cơ bản và thương mại hóa sản phẩm sinh học.
Đáng chú ý, dự án còn mở rộng hợp tác quốc tế với việc thành lập Trung tâm Lên men chính xác và Phát triển bền vững tại Singapore. Với nguồn tài trợ 15 triệu USD từ Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Singapore, trung tâm tập trung vào việc nghiên cứu kỹ thuật tế bào vi sinh vật để sản xuất protein và vitamin thay thế, giải quyết bài toán an ninh lương thực cho các quốc gia có quỹ đất nông nghiệp hạn chế.
Chuyển dịch tư duy: Lấy người tiêu dùng làm trọng tâm
Một trong những điểm then chốt mà các nhà nghiên cứu nhấn mạnh là sự chuyển dịch từ "định hướng kỹ thuật" sang "định hướng thị trường". Giáo sư Jin khẳng định, thay vì chỉ tập trung vào các đột phá công nghệ thuần túy, các doanh nghiệp cần đưa các phân tích kinh tế - kỹ thuật và phản hồi của người tiêu dùng vào ngay từ giai đoạn đầu của quá trình nghiên cứu.
Việc xây dựng một hệ sinh thái kết hợp giữa các cơ sở nghiên cứu đại học và các đối tác công nghiệp sẽ là động lực quan trọng để lên men chính xác trở thành một nền tảng sản xuất thực phẩm bền vững, góp phần giải quyết những thách thức cấp bách của nhân loại trong thế kỷ 21.
