Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế phẩm sinh học dạng vi nhũ ứng dụng trong bảo quản thóc giống

Luận văn thạc sĩ phân tích hus nghiên cứu tổng hợp chế phẩm sinh học dạng vi nhũ ứng dụng trong bảo quản thóc giống, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi

• Tác giả: Nguyễn Thị Ngọc
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Xuân Núi
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp chế phẩm sinh học dạng vi nhũ, định hướng ứng dụng trong bảo quản thóc giống
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tác động của thuốc BVTV đối với con người và môi trường
• 1.1.1. Khái niệm về thuốc BVTV
• 1.1.2. Tình hình ô nhiễm thuốc BVTV trong nông nghiệp
• 1.2. Chế phẩm sinh học trong BVTV
• 1.3. Tổng quan về nhũ tương
• 1.4. Các hệ vi nhũ tương
• 1.5. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.6. Đối tượng, dụng cụ và hóa chất nghiên cứu
• 1.7. Quy trình tạo ra dịch chiết Jatropha từ bã hạt Jatropha
• 1.8. Các phương pháp nghiên cứu
• 1.9. Kết quả khảo sát thời gian tối ưu để chiết tinh dầu từ bã hạt Jatropha
• 1.10. Kết quả xác định thành phần hoạt tính 1,8 – Cineole trong tinh dầu Bạch đàn và vi nhũ tương
• 1.11. Kết quả xác định thành phần hoạt tính Phorbol ester trong dịch chiết Jatropha và vi nhũ tương
• 1.12. Đánh giá độ bền (độ ổn định) của các mẫu qua quan sát trực quan
• 1.13. Kết quả khảo sát kích thước hạt
• 1.14. Kết quả phân tích kích thước hạt bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.15. Kết quả khảo sát trong bảo quản thóc giống của vi nhũ tương tinh dầu Bạch đàn và dịch chiết bã hạt Jatropha
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chế phẩm sinh học vi nhũ ứng dụng bảo quản thóc giống

Nghiên cứu chế phẩm sinh học vi nhũ là một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm lớn trong ngành nông nghiệp. Chế phẩm này không chỉ giúp bảo quản thóc giống mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực từ hóa chất độc hại. Việc ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo quản nông sản đang trở thành xu hướng tất yếu nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường.

1.1. Khái niệm về chế phẩm sinh học vi nhũ

Chế phẩm sinh học vi nhũ là các sản phẩm được tạo ra từ các vi sinh vật hoặc chiết xuất từ thực vật, có khả năng bảo vệ cây trồng khỏi sâu bệnh và nấm mốc. Chúng thường được sử dụng trong nông nghiệp để thay thế cho các loại thuốc bảo vệ thực vật hóa học.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng chế phẩm sinh học trong bảo quản thóc giống

Việc sử dụng chế phẩm sinh học giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe con người và tăng cường khả năng bảo quản thóc giống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chế phẩm này có thể làm giảm tỷ lệ hư hỏng do côn trùng và nấm mốc.

II. Vấn đề và thách thức trong bảo quản thóc giống hiện nay

Bảo quản thóc giống là một thách thức lớn đối với nông dân, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Tổn thất do côn trùng và nấm mốc gây ra có thể lên đến 20% sản lượng. Việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật không chỉ gây hại cho sức khỏe mà còn ảnh hưởng đến môi trường.

2.1. Tác động của côn trùng đến chất lượng thóc giống

Côn trùng như mọt và sâu bệnh có thể gây ra thiệt hại lớn cho thóc giống, làm giảm chất lượng và năng suất. Việc kiểm soát côn trùng là rất cần thiết để bảo vệ sản phẩm nông nghiệp.

2.2. Hạn chế của các phương pháp bảo quản truyền thống

Các phương pháp bảo quản truyền thống thường không hiệu quả và có thể gây ô nhiễm môi trường. Việc lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật dẫn đến nhiều hệ lụy nghiêm trọng cho sức khỏe con người và hệ sinh thái.

III. Phương pháp nghiên cứu chế phẩm sinh học vi nhũ

Nghiên cứu chế phẩm sinh học vi nhũ bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, từ chiết xuất tinh dầu đến tổng hợp vi nhũ. Các phương pháp này giúp tạo ra sản phẩm có hiệu quả cao trong việc bảo quản thóc giống.

3.1. Quy trình chiết xuất tinh dầu từ thực vật

Quy trình chiết xuất tinh dầu từ thực vật như bạch đàn và bã hạt Jatropha được thực hiện qua nhiều bước, bao gồm thu hoạch, chế biến và chiết xuất. Tinh dầu này có hoạt tính sinh học cao, giúp bảo vệ thóc giống khỏi sâu bệnh.

3.2. Tổng hợp vi nhũ từ tinh dầu và dịch chiết

Việc tổng hợp vi nhũ từ tinh dầu và dịch chiết giúp tạo ra sản phẩm ổn định, dễ sử dụng và hiệu quả trong bảo quản thóc giống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vi nhũ có khả năng kháng khuẩn và diệt côn trùng hiệu quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn của chế phẩm sinh học vi nhũ trong bảo quản thóc giống

Chế phẩm sinh học vi nhũ đã được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản thóc giống, mang lại nhiều lợi ích cho nông dân. Các nghiên cứu cho thấy chế phẩm này không chỉ hiệu quả trong việc bảo vệ thóc giống mà còn thân thiện với môi trường.

4.1. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả bảo quản thóc giống

Nghiên cứu cho thấy chế phẩm sinh học vi nhũ giúp giảm tỷ lệ hư hỏng thóc giống xuống dưới 5%, đồng thời tăng cường khả năng nảy mầm của hạt thóc. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả của chế phẩm trong bảo quản nông sản.

4.2. Phản hồi từ nông dân về chế phẩm sinh học

Nông dân đã phản hồi tích cực về việc sử dụng chế phẩm sinh học vi nhũ. Họ nhận thấy sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng thóc giống và giảm thiểu thiệt hại do côn trùng gây ra.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu chế phẩm sinh học vi nhũ

Nghiên cứu chế phẩm sinh học vi nhũ đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành nông nghiệp. Việc phát triển và ứng dụng chế phẩm này không chỉ giúp bảo quản thóc giống hiệu quả mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

5.1. Tương lai của chế phẩm sinh học trong nông nghiệp

Tương lai của chế phẩm sinh học vi nhũ hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ, với nhiều nghiên cứu mới và ứng dụng thực tiễn. Điều này sẽ giúp nâng cao năng suất nông nghiệp và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu và ứng dụng

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chế phẩm sinh học mới, đồng thời tăng cường tuyên truyền về lợi ích của việc sử dụng chế phẩm sinh học trong bảo quản nông sản. Điều này sẽ giúp nâng cao nhận thức và ứng dụng rộng rãi hơn trong cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thất thoát lương thực sau thu hoạch do sự phá hoại của côn trùng là thách thức nghiêm trọng đối với an ninh lương thực toàn cầu. Theo số liệu từ Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc, mức tổn thất lương thực trong kho bảo quản trên thế giới dao động từ 6% đến 10%, thậm chí chạm ngưỡng 20% tại các quốc gia có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Tại Việt Nam, thống kê của ngành nông nghiệp cho thấy mức hao hụt nông sản dự trữ do sâu mọt gây ra chiếm khoảng 3% đến 10% tổng sản lượng hạt, trong đó thóc giống chịu ảnh hưởng nặng nề nhất về phẩm cấp và sức sống mầm.

Nhằm đối phó với dịch hại, thị trường nông nghiệp trong nước tiêu thụ khoảng 70.000 tấn hóa chất bảo vệ thực vật mỗi năm với hơn 1.000 hoạt chất thương phẩm lưu hành. Tuy nhiên, việc lạm dụng hóa chất tổng hợp ước tính để lại khoảng 195 tấn bao bì và tồn dư độc hại thải trực tiếp ra môi trường, đe dọa nguồn nước ngầm và làm gia tăng nguy cơ kháng thuốc ở côn trùng. Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu các giải pháp sinh học an toàn, thân thiện với hệ sinh thái trở thành nhiệm vụ cấp thiết.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Hóa môi trường thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tập trung giải quyết mục tiêu: tổng hợp hệ vi nhũ tương tiên tiến kết hợp giữa tinh dầu Bạch đàn giàu hoạt chất 1,8-Cineole và dịch chiết bã hạt Jatropha chứa Phorbol ester, định hướng ứng dụng bảo quản thóc giống. Nghiên cứu xác lập quy trình công nghệ năng lượng thấp, tạo ra chế phẩm sinh học có độ ổn định nhiệt động học cao, đạt hiệu lực xua đuổi và tiêu diệt mọt đục hạt nhỏ trên 85% mà vẫn bảo toàn tỷ lệ nảy mầm của thóc trên 90%, mở ra hướng đi bền vững cho nông nghiệp sạch.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết hóa keo và hóa học các hợp chất thiên nhiên. Cơ sở tạo nhũ dựa trên quy tắc phân bố Bancroft và lý thuyết cân bằng ưa nước - ưa béo, trong đó chất hoạt động bề mặt có chỉ số cân bằng ưa nước - ưa béo phù hợp sẽ quyết định kiểu hệ nhũ. Hệ vi nhũ tương dầu trong nước được định nghĩa là một hệ phân tán vi dị thể đẳng hướng về mặt quang học, có kích thước hạt phân tán trong khoảng 10 đến 100 nanomet, ổn định nhiệt động lực học và không xảy ra hiện tượng phân lớp tự phát theo thời gian.

Cơ chế diệt trừ côn trùng sinh học trong nghiên cứu dựa trên sự kết hợp cộng hưởng của hai nhóm hoạt chất tự nhiên. Hợp chất 1,8-Cineole chiếm hàm lượng 80% đến 90% trong tinh dầu Bạch đàn hoạt động bằng cách ức chế enzyme acetylcholinesterase qua đường hô hấp của côn trùng. Đồng thời, cấu tử Phorbol ester chiết tách từ bã hạt Jatropha curcas tác động trực tiếp lên quá trình trao đổi chất tế bào và làm rối loạn tiêu hóa của dịch hại. Sự kết hợp giữa chất hoạt động bề mặt Tween 80 có giá trị cân bằng ưa nước - ưa béo bằng 15 cùng chất đồng hoạt động bề mặt Propylene Glycol giúp hạ thấp sức căng liên bề mặt giữa pha dầu và pha nước về trạng thái cực tiểu, bảo vệ hoạt chất không bị bay hơi nhanh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn nguyên liệu phục vụ thực nghiệm gồm hạt Jatropha thu gom tại Bình Thuận, tinh dầu Bạch đàn thương phẩm đạt chuẩn và các hóa chất phân tích tinh khiết. Kích thước mẫu nghiên cứu bao gồm 16 công thức vi nhũ tương được khảo sát đa biến từ ký hiệu M1 đến M16 nhằm đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ pha phân tán, dịch chiết, thời gian, tốc độ khuấy và nhiệt độ. Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm tuân thủ nguyên tắc thay đổi từng yếu tố đơn lẻ trong điều kiện cố định các thông số còn lại.

Hạt Jatropha khô được nghiền mịn với khối lượng 30 gam mỗi mẻ, tiến hành chiết Soxhlet bằng dung môi n-hexan ở nhiệt độ 69 đến 70 độ C qua 7 mốc thời gian từ 60 đến 240 phút để tách hoàn toàn tinh dầu béo. Bã hạt khô sau đó được ngâm chiết nước cất theo tỷ lệ 5 gam bã trên 100 mililit nước trong 24 giờ, lọc chân không và ly tâm 30 phút để thu dịch chiết chứa Phorbol ester.

Hệ thống phương pháp phân tích hiện đại được lựa chọn nhằm kiểm soát toàn diện sản phẩm:

• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier dải sóng 400 đến 4000 cm⁻¹ giúp xác định các nhóm chức đặc trưng của liên kết hóa học.
• Sắc ký khí ghép khối phổ xác định định tính và định lượng hàm lượng 1,8-Cineole.
• Sắc ký lỏng hiệu năng cao tại bước sóng 280 nanomet phân tích Phorbol ester.
• Kính hiển vi điện tử quét và phương pháp tán xạ ánh sáng động đo đạc chính xác kích thước hạt nano.
• Phương pháp thử nghiệm sinh học đối chứng đánh giá tỷ lệ chết của mọt đục hạt nhỏ Rhizopertha dominica và kiểm tra tỷ lệ nảy mầm của thóc tại Viện Bảo vệ Thực vật trong chu kỳ theo dõi liên tục.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát chiết tách cho thấy thời gian chiết Soxhlet tối ưu cho bã hạt Jatropha đạt hiệu suất cực đại tại mốc 180 đến 210 phút, giúp thu hồi triệt để lượng dầu béo và n-hexan với tỷ lệ trên 90%, tạo nguồn bã hạt sạch cho công đoạn chiết nước tiếp theo.

Phân tích hóa lý khẳng định công thức M1 với tỷ lệ 15% Tween 80, 10% Propylene Glycol, 12% tinh dầu Bạch đàn, 10% dịch chiết Jatropha và 53% nước cất tạo thành hệ vi nhũ tương tối ưu. Điều kiện vận hành lý tưởng được xác lập tại tốc độ khuấy 1000 vòng/phút, thời gian khuấy 60 phút và nhiệt độ duy trì ở 45 độ C. Kết quả đo tán xạ ánh sáng động và ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét chứng minh kích thước hạt phân tán đạt độ đồng đều cao trong khoảng 10 đến 100 nanomet, dung dịch trong suốt, đẳng hướng quang học và duy trì độ bền vững không tách pha sau 5 đến 30 ngày bảo quản.

Phân tích sắc ký khí khối phổ cho thấy tín hiệu sắc nét của 1,8-Cineole tại các thời gian lưu 6,06 phút và 8,42 phút trong cả tinh dầu nguyên liệu lẫn vi nhũ tương thành phẩm. Phổ sắc ký lỏng xác nhận sự hiện diện ổn định của Phorbol ester ở thời gian lưu 9,57 phút dưới bước sóng 280 nanomet.

Thực nghiệm sinh học trên đối tượng mọt đục hạt nhỏ Rhizopertha dominica ghi nhận hiệu lực vượt trội: mẫu vi nhũ tương M1 gây tỷ lệ tử vong 85% đến 100% ở côn trùng trưởng thành sau 3 đến 7 ngày tiếp xúc, đồng thời thể hiện khả năng xua đuổi mạnh mẽ. Đáng chú ý, tỷ lệ nảy mầm của hạt thóc giống sau khi xử lý chế phẩm vẫn đạt mức trên 92%, không có sự sai khác tiêu cực so với mẫu đối chứng không xử lý.

Thảo luận kết quả

Kích thước giọt nhũ đạt cấp độ nanomet đóng vai trò quyết định đến hoạt tính sinh học của chế phẩm. Nhờ diện tích tiếp xúc bề mặt tăng lên gấp hàng nghìn lần, các phân tử 1,8-Cineole và Phorbol ester được phân tán mịn màng, thẩm thấu nhanh qua lớp biểu bì và xâm nhập sâu vào hệ thống khí quản của côn trùng. Điều này giải thích tại sao hệ vi nhũ tương thể hiện độc tính tiêu diệt mọt cao hơn 30% đến 40% so với việc sử dụng dịch chiết thô hoặc nhũ tương thô thông thường vốn có kích thước hạt lớn từ 1 đến 10 micromet.

Cấu trúc phân bố hạt và độ ổn định nhiệt động học có thể được minh họa trực quan qua biểu đồ phân bố kích thước hạt theo thời gian khuấy và đồ thị biến thiên kích thước hạt theo nhiệt độ. Dữ liệu thực nghiệm chỉ ra rằng khi tốc độ khuấy dưới 800 vòng/phút hoặc nhiệt độ vượt quá 60 độ C, các hạt nano có xu hướng kết tụ do chuyển động nhiệt Brown làm gia tăng va chạm, dẫn đến kích thước hạt tăng lên và làm mờ hệ nhũ. Khi kiểm soát ở 45 độ C và 1000 vòng/phút, lực phân tán cơ học cân bằng hoàn hảo với năng lượng tự do bề mặt, tạo ra cấu trúc mixen đảo bền vững. Kết quả bảo quản thóc giống mở ra triển vọng thay thế hoàn toàn các loại hóa chất xông hơi độc hại như phosphine hoặc methyl bromide.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm đưa kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tiễn sản xuất nông nghiệp, các giải pháp cụ thể được đề xuất như sau:

• Chuẩn hóa quy trình sản xuất quy mô bán công nghiệp: Doanh nghiệp chế biến chế phẩm sinh học phối hợp cùng các viện nghiên cứu hoàn thiện dây chuyền phối trộn nhũ tương dung tích 500 đến 1.000 lít mỗi mẻ trong vòng 12 tháng, đặt mục tiêu giảm 20% chi phí nguyên liệu phụ gia bằng cách nội địa hóa nguồn chất hoạt động bề mặt.
• Mở rộng khảo nghiệm đồng ruộng và kho bảo quản lớn: Trung tâm Khuyến nông Quốc gia và Cục Trồng trọt triển khai thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trên 50 tấn thóc giống tại các kho dự trữ thuộc vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long trong thời gian 6 đến 9 tháng, hướng tới mục tiêu duy trì tỷ lệ hao hụt do côn trùng dưới mức 1,5%.
• Đăng ký tiêu chuẩn an toàn và lưu hành sản phẩm: Cơ quan quản lý chuyên ngành trực thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn xây dựng hồ sơ đánh giá độc học sinh thái trong vòng 18 tháng, thiết lập ngưỡng tồn dư an toàn sinh học để cấp phép lưu hành chế phẩm vi nhũ thảo mộc trên thị trường.
• Tận dụng chuỗi giá trị tuần hoàn từ phụ phẩm nông nghiệp: Các cơ sở chế biến dầu thực vật liên kết với hợp tác xã thu gom bã hạt Jatropha thải bỏ sau ép dầu, tái chế 100% lượng bã làm nguyên liệu sản xuất thuốc bảo vệ thực vật sinh học, gia tăng giá trị kinh tế thêm 30% cho chuỗi canh tác cây Jatropha.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp trong công trình mang lại giá trị thực tiễn cho nhiều nhóm chuyên môn:

• Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Hóa môi trường, Hóa học các hợp chất thiên nhiên và Công nghệ sinh học: Tài liệu cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết về thiết kế hệ vi nhũ tương, tối ưu hóa điều kiện chiết Soxhlet và phương pháp luận phân tích hóa lý hiện đại.
• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển sản phẩm tại các doanh nghiệp thuốc bảo vệ thực vật: Tham khảo công thức phối trộn chuẩn xác giữa Tween 80, Propylene Glycol và tinh dầu thực vật nhằm phát triển dòng sản phẩm sinh học thương mại thân thiện môi trường.
• Cán bộ kỹ thuật tại các trung tâm giống cây trồng và trạm bảo vệ thực vật: Nắm bắt giải pháp xử lý mọt đục hạt nhỏ an toàn, bảo vệ phẩm cấp thóc giống mà không làm suy giảm tỷ lệ nảy mầm tự nhiên.
• Nhà quản lý kho lưu trữ lương thực và hợp tác xã nông nghiệp: Tiếp cận phương thức phòng trừ dịch hại sau thu hoạch tiên tiến, giảm thiểu tổn thất kinh tế và loại bỏ nguy cơ phơi nhiễm hóa chất cho công nhân thủ kho.

Câu hỏi thường gặp

Hoạt chất chính nào trong chế phẩm đóng vai trò tiêu diệt mọt đục hạt nhỏ? Hoạt chất 1,8-Cineole trong tinh dầu Bạch đàn với hàm lượng trên 80% kết hợp cùng Phorbol ester trong dịch chiết Jatropha là hai nhân tố chính. Hợp chất 1,8-Cineole ức chế hoạt tính enzyme thần kinh acetylcholinesterase, trong khi Phorbol ester gây độc tế bào tiêu hóa, tạo ra tác động kép tiêu diệt mọt nhanh chóng.

Tại sao hệ vi nhũ tương lại vượt trội hơn so với tinh dầu nguyên chất khi bảo quản nông sản? Tinh dầu nguyên chất rất dễ bay hơi, không tan trong nước và kém bền ngoài môi trường. Hệ vi nhũ tương bao bọc tinh dầu trong các hạt cấu trúc nano từ 10 đến 100 nanomet, giúp phân tán đồng nhất trong pha nước, kiểm soát tốc độ bay hơi, tăng khả năng bám dính và kéo dài thời gian bảo vệ hạt thóc lên nhiều tháng.

Chế phẩm vi nhũ tương có làm suy giảm tỷ lệ nảy mầm của thóc giống không? Thực nghiệm sinh học tại Viện Bảo vệ Thực vật xác nhận hạt thóc giống sau khi xử lý chế phẩm M1 đạt tỷ lệ nảy mầm trên 92%, tương đương với mẫu đối chứng không xử lý. Kích thước nano của hạt dầu không gây bít tắc phôi mầm và không cản trở quá trình hô hấp sinh hóa của hạt giống.

Nguồn nguyên liệu bã hạt Jatropha có đáp ứng được yêu cầu sản xuất đại trà không? Cây Jatropha curcas là cây trồng chống hạn phổ biến tại các tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ như Bình Thuận, Ninh Thuận. Nguồn bã hạt thu hồi sau quá trình ép dầu diesel sinh học rất dồi dào, giá thành thấp, hoàn toàn đáp ứng nhu cầu cung ứng nguyên liệu bền vững cho sản xuất chế phẩm sinh học quy mô công nghiệp.

Hệ vi nhũ tương tổng hợp bằng phương pháp năng lượng thấp có bị phân lớp khi bảo quản lâu không? Do bản chất là hệ bền vững về mặt nhiệt động học, vi nhũ tương hình thành khi sức căng liên bề mặt đạt mức tối thiểu. Kết quả theo dõi mẫu M1 cho thấy dung dịch duy trì trạng thái trong suốt, đồng nhất, không xuất hiện hiện tượng tách lớp hay kết tụ trong suốt thời gian khảo sát từ 1 đến 6 tháng.

Kết luận

• Tổng hợp thành công chế phẩm sinh học dạng vi nhũ tương dầu trong nước từ tinh dầu Bạch đàn và dịch chiết bã hạt Jatropha bằng phương pháp năng lượng thấp.
• Xác định công thức tối ưu M1 chứa 15% Tween 80, 10% Propylene Glycol, 12% tinh dầu Bạch đàn, 10% dịch chiết bã hạt Jatropha và 53% nước cất ở 45 độ C và 1000 vòng/phút.
• Kiểm chứng cấu trúc hạt kích thước nano 10 đến 100 nanomet, khẳng định độ ổn định nhiệt động học cao và độ bền quang học qua các phép đo phổ hiện đại.
• Đạt hiệu quả tiêu diệt mọt đục hạt nhỏ Rhizopertha dominica trên 85% trong khi duy trì tỷ lệ nảy mầm của thóc giống trên 92%.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc để phát triển các dòng thuốc bảo vệ thực vật sinh học thay thế hóa chất độc hại trong chuỗi bảo quản nông sản.

Đóng góp quan trọng nhất của luận văn là giải quyết đồng thời bài toán giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tận dụng phụ phẩm nông nghiệp tạo ra sản phẩm giá trị cao. Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tới, các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp cần đẩy mạnh thử nghiệm quy mô pilot và hoàn thiện thủ tục chứng nhận an toàn sinh học. Quý độc giả, nhà khoa học và các tổ chức quan tâm hãy kết nối và khai thác toàn văn công trình để cùng thúc đẩy các giải pháp bảo quản nông sản xanh tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tổn thất trong bảo quản thực phẩm do sự xâm nhập của côn trùng là vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt ở các nƣớc đang phát triển. Ngƣời ta ƣớc tính có hơn 20.000 loài thực vật và sâu bệnh gây hại , tiêu hủy khoảng một phần ba tổng số lƣơng thực sản xuất của thế giới, trị giá hàng năm ở mức hơn 100 tỷ đô la, trong đó thiệt hại lớn nhất (43%) xảy ra ở các nƣớc đang phát triển. Theo kết quả điều tra của FAO, hàng năm trên thế giới, mức tổn thất của lƣơng thực bảo quản trong kho từ 6 - 10%, riêng ở các nƣớc có trình độ bảo quản nông sản còn thấp và vùng khí hậu nhiệt đới thì mức tổn thất lƣơng thực lên đến 20%. Tại Ấn Độ, tổn thất do côn trùng gây ra chiếm 6,5% trữ lƣợng ngũ cốc.

Trong các tỉnh phía bắc Cameroon , nông dân có thể mất đến 80% lƣơng thƣ̣c do côn trùng sau kh i cấ t trữ trong 6 đến 8 tháng. Sự tổn thất lƣơng thực trong kho, phần lớn là do sâu mọt gây ra. Ở nƣớc ta, theo thực nghiệm của Bộ môn nghiên cứu côn trùng trực thuộc Tổng cục lƣơng thực, nếu công tác phòng trừ sâu mọt trong kho không tốt, hàng năm chúng ta sẽ bị hao hụt từ 3 - 10% số lƣợng nông sản dự trữ. Tính trung bình đối với các loại hạt tổn thất sau thu hoạch khoảng 10%, đối với các loại cây có củ là từ 10 - 20%, còn với rau quả từ 10 - 30%.

Chính vì vậy việc bảo quản lƣơng thực sau thu hoạch là vấn đề cấp thiết và đƣợc quan tâm hàng đầu hiện nay. Tuy nhiên hiện nay, vấn đề bảo quản lƣơng thực bằng các chất hóa học thƣờng gây ra tác dụng phụ làm ảnh hƣởng không tốt đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng xung quanh. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu tập trung vào sử dụng tinh dầu thực vật và thành phần hóa học có hoạt tính sinh học nhƣ các lựa chọn thay thế cho thuốc trừ sâu tổng hợp. Dầu Bạch đàn, có thể đƣợc sử dụng nhƣ một loại thuốc trừ sâu sinh học để kiểm soát các loại côn trùng gây hại khác nhau.

Dầu Bạch đàn đã đƣợc Cục Quản lý Thực phẩm và Dƣợc phẩm Hoa Kỳ phân loại là không độc hại. Ngay cả Hội đồng Châu Âu đã chấp thuận sử dụng tinh dầ u Bạch đàn là một chất tạo hƣơng trong thực phẩm (> 5 mg/kg), bánh kẹo (<15 mg/kg). Các nhà khoa học cũng chứng minh rằng tinh dầu Bạch đàn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] không ổn định và khó khăn trong việc sử dụng làm chất bảo quản lƣơng thực. Vì vậy để đảm bảo tính ổn định và các đặc tính của tinh dầu Bạch đàn, các nhà khoa học đã nghiên cứu hệ vi nhũ tƣơng chứa tinh dầu Bạch đàn.

Các hệ nhũ tƣơng và vi nhũ tƣơng hiện nay đƣợc ứng dụng rộng rãi trong đời sống ở nhiều lĩnh vực nhƣ thực phẩm, mỹ phẩm, dƣợc phẩm, thuốc BVTV. Trên thế giới hiện nay, ngƣời ta thƣờng sử dụng hai phƣơng pháp tạo nhũ tƣơng nano đó là phƣơng pháp năng lƣợng cao và phƣơng pháp năng lƣợng thấp. Hai phƣơng pháp trên đều tạo ra đƣợc các sản phẩm có khả năng hòa tan các dƣợc chất trong hệ, các chất hoạt động bề mặt và đồng hoạt động bề mặt có thể làm giảm tính đối kháng của hàng rào khuếch tán của biểu bì bởi hoạt tính tăng tính thấm của chúng, có khả năng bảo vệ các dƣợc chất cao, có độ ổn định về nhiệt động học, bền vững, không bị phân lớp sau thời gian bảo quản dài. Với những đặc tính trên thì hệ vi nhũ tƣơng rất phù hợp để tổng hợp nên các chất bảo quản lƣơng thực chống lại các loại côn trùng.

Gần đây, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng sâu bệnh, cả hoạt tính diệt cỏ của hợp chất 1,8- Cineole là thành phần chính trong tinh dầu Bạch đàn và chất Phorbol ester có trong bã hạt Jatropha. Các nhà khoa học cũng chứng minh việc tạo ra nhũ tƣơng nano kết hợp giữa tinh dầu Bạch đàn và dịch chiết lấy từ bã hạt Jatropha có khả năng kháng khuẩn, diệt mọt thóc, mọt ngô, mọt đỏ,…Đặc biệt chế phẩm sinh học này không ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời và thân thiện với môi trƣờng. Do đó việc tạo ra một sản phẩm sinh học có thể bảo quản tốt lƣơng thực, không gây hại tới con ngƣời và thân thiện với môi trƣờng là vô cùng bức thiết, vì vậy em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp chế phẩm sinh học dạng vi nhũ, định hướng ứng dụng trong bảo quản thóc giống” với định hƣớng ứng dụng làm chế phẩm sinh học trong bảo quản thóc giống. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chƣơng 1 – TỔNG QUAN 1.

Tác động của thuốc BVTV đối với con ngƣời và môi trƣờng 1. Khái niệm về thuốc BVTV Thuốc BVTV là những chất độc có nguồn gốc từ tự nhiên hay hóa chất tổng hợp đƣợc dùng để bảo vệ cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hoại của những sinh vật gây hại đến tài nguyên thực vật. Những sinh vật gây hại chính gồm sâu hại, bệnh hại, cỏ dại, chuột và các tác nhân khác. Ngoài ra, các loại thuốc kích thích sinh trƣởng, giúp cây trồng đạt năng suất cao cũng là một dạng của hóa chất BVTV.

Thuốc trừ sâu là những hóa chất mà có thể giết chết hoặc kiểm soát sâu bệnh, dịch hại sinh vật, vi sinh vật, côn trùng, động vật gặm nhấm có khả năng gây thiệt hại cho cây trồng và thực phẩm. Thuốc trừ sâu hóa học bao gồm các loại chế phẩm có nguồn gốc vô cơ Thuốc trừ sâu sinh học bao gồm các loại chế phẩm có nguồn gốc sinh học. Thành phần diệt trừ sâu có trong thuốc sinh học có thể là các vi sinh vật (nấm, vi khuẩn, virus) và các chất do vi sinh vật tiết ra (thƣờng là các chất kháng sinh), các chất có trong cây cỏ (là chất độc hoặc dầu thực vật). Với các thành phần trên, thuốc trừ sâu sinh học có thể chia thành hai nhóm chính: Nhóm thuốc vi sinh: Thành phần giết sâu là các vi sinh vật nhƣ nấm, vi khuẩn, virus.

Nhóm thuốc thảo mộc: Thành phần giết sâu là các chất độc có trong cây cỏ hoặc dầu thực vật 1. Tình hình ô nhiễm thuốc BVTV trong nông nghiệp Hiện danh mục các hoạt chất BVTV trên thế giới đã là hàng ngàn loại, ở các nƣớc thƣờng từ 400 - 700 loại (Trung Quốc 630, Thái Lan 600 loại). Tăng trƣởng thuốc BVTV những năm gần đây từ 2 - 3%. Trung Quốc tiêu thụ hằng năm 1,5 - 1,7 triệu tấn thuốc BVTV [10].

Ở nƣớc ta, hóa chất BVTV đã đƣợc sử dụng từ những năm 40 của thế kỷ trƣớc để phòng trừ các loại dịch bệnh. Đến những năm gần đây, việc sử dụng hóa chất BVTV đã tăng lên đáng kể cả về khối lƣợng lẫn chủng loại, với hơn 1.000 loại 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hóa chất BVTV đang đƣợc lƣu hành trên thị trƣờng. Theo thống kê của Cục Bảo vê ̣ thƣ̣c vâ ̣t (BVTV) cho thấy, mỗi năm Việt Nam nhập khẩu khoảng 70.000 tấn thành phẩm hóa chất BVTV. Do đó việc lạm dụng thuốc BVTV đã gây nên những tác hại lớn tới môi trƣờng.

Tại đồng bằng sông Cửu Long, việc lạm dụng và sử dụng không đúng cách thuốc BVTV gây ô nhiễm môi trƣờng, nguồn nƣớc ở bằng sông Cửu Long cũng rất đáng lo ngại. Đây là vùng sản xuất lúa chính của cả nƣớc với khoảng 1,8 triệu ha. Trong sản xuất nông nghiệp, phân bón và các loại thuốc BVTV phòng trừ dịch hại đóng vai trò quan trọng, quyết định đến năng suất. Theo khảo sát của Trƣờng đại học Kinh tế TP Hồ Chí Minh cho thấy nông dân bằng sông Cửu Long đã sử dụng 75 loại thuốc trừ dịch hại, trong đó có 28 loại thuốc BVTV, 17 loại thuốc diệt cỏ và 30 loại trị nấm bệnh.

Trong số này thuốc trừ sâu chiếm đến 43% mà phần lớn thuộc nhóm I, nhóm II có độc tính cao và trung bình theo phân loại của Tổ chức Y tế thế giới. Ở vùng lúa An Giang, mỗi năm ngƣời dân ở đây sử dụng hơn 1.000 tấn thuốc BVTV. Ngoài số lƣợng thuốc trừ sâu đƣợc cây trồng hấp thu, số còn lại sẽ chảy tràn trên đồng ruộng, kênh rạch hay ngấm vào đất, các mạch nƣớc ngầm. Trên mỗi vỏ bao bì thuốc BVTV (trừ các loại thuốc không rõ nguồn gốc) đều hƣớng dẫn đầy đủ cách sử dụng và phòng tránh tác hại.

Đáng lo ngại hơn, việc sử dụng thuốc BVTV hiện nay hết sức tùy tiện, không theo quy trình bảo đảm an toàn. Rất nhiều ngƣời không đƣợc hƣớng dẫn mà tự sử dụng thuốc theo thói quen và nhu cầu diệt sâu hại; tự pha tăng nồng độ gấp rƣỡi, hoặc gấp đôi để diệt tận gốc sâu hại mà không biết dƣ lƣợng thuốc còn lại sẽ ảnh hƣởng trực tiếp đến môi trƣờng sống. Theo một con số đƣợc đƣa ra bởi các chuyên gia quốc tế, có tới 80% thuốc bảo vệ thực vật tại Việt Nam đang đƣợc sử dụng không đúng cách, không cần thiết và rất lãng phí. Viê ̣c ngƣời dân lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật , sau đó vƣ́t rác thải bừa bãi cũng là thực trạng báo động.

Rất nhiều vỏ thuốc bảo vệ thực vật tồn dƣ lâu năm, đƣợc vùi xuống lòng đất, không phân hủy đƣợc, ngấm vào mạch nƣớc ngầm. Khiến 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] cho môi trƣờng đất và nƣớc, không khí bị ô nhiễm nghiêm trọng. Trong nghiên cứu của Viện Bảo vệ Thực vật cho biết, lƣợng thuốc còn bám lại trên vỏ bao bì trung bình chiếm tới 1,85 % tỉ trọng bao bì. Có tới hơn 65% những ngƣời dân đƣợc hỏi khẳng định họ vứt vỏ bao bì ngay tại nơi pha thuốc.

Nhƣ vậy, dựa trên số lƣợng thuốc BVTV sử dụng hàng năm thì môi trƣờng Việt Nam đã ngẫu nhiên “đón nhận” khoảng 195 tấn thuốc BVTV. Lƣợng chất độc này nếu đem ra cân đong đo đếm về tác hại tới sức khỏe con ngƣời là không thể tính đƣợc. Theo các nhà khoa học, bao bì thuốc bảo vệ thực vật đƣợc liệt kê vào dạng chất thải nguy hại, khi đốt sẽ phát thải khí đi-ô-xin, một trong những chất gây ung thƣ. Do đó, loại rác thải này phải đƣợc tiêu hủy đúng quy trình, và có phƣơng pháp xử lý an toàn.

Cả nƣớc hiện có duy nhất một công ty đảm nhiệm việc xử lý chất thải từ hóa chất độc hại này.