Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu kinh tế. Chính vì vậy việc nghiên cứu chế tạo các chế phẩm tăng trưởng thực vật có nguồn gốc tự nhiên an toàn và hiệu quả cao ứng dụng tăng năng suất cây trồng đã và đang là nhu cầu rất cần thiết hiện nay và rất được chú trọng. Các chế phẩm này giúp phát triển một nền nông nghiệp sạch, bền vững và an toàn cho người sử dụng cũng như môi trường.

Nhóm nghiên cứu phòng CNSH Vật liệu và Nano của Trung tâm CNSH Tp. Hồ Chí Minh đã nhiều năm nghiên cắt mạch alginate tách chiết từ rong nâu bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma Co-60 để chế tạo chế phẩm oligoalginate có tác dụng thúc đẩy mạnh quá trình tăng trưởng ở thực vật, đặt biệt là nhóm cây rau ăn lá và ăn quả. Ngoài ra hoạt chất có nguồn gốc tự nhiên này còn thể hoạt tính tăng cường khả năng kháng bệnh cho cây trồng giúp cây trồng tăng khả năng kháng nhiều loại bệnh hại do vi sinh vật gây ra. Chế phẩm oligoalginate chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ rất phù hợp để sửng dụng trong sản xuất rau an toàn theo hướng hữu cơ. Tuy nhiên việc sử dụng alginate để chiếu xạ cắt mạch tốn khá nhiều thời gian, nhân lực, hóa chất cũng như dụng cụ và thiết bị để tách chiết alginate từ rong do alginate khi tách chiết từ rong nâu có khối lượng phân tử (Mw) lớn và có độ nhớt rất cao. Việc nghiên cứu chiếu xạ trực tiếp rong nâu để cắt mạch alginate vốn có Mw cao thành các oligoalginate có Mw thấp cho phép rút ngắn được rất nhiều công đoạn chế tạo chế phẩm oligoalginate từ rong nâu. Chiếu xạ bã rong kết hợp xứ lý H₂O₂ là một phương pháp mới nhằm tạo hiệu ứng đồng vận (synergistic effect) trong quá trình chiếu xạ giúp gia tăng hiệu quả cắt mạch alginate trong rong nâu nên có thể làm giảm đáng kể liều xạ cần thiết khi chế tạo oligoalginate. Qua đó giúp giảm đáng kể giá thành sản phẩm cũng như loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng các hóa chất và dung môi trong quá trình tách tách chiết alginate.  

Hiện nay công nghệ sản xuất fucoidan từ rong nâu đã và đang thải ra một lượng bã rong rất lớn mà trong đó hầu như vẫn còn nguyên toàn bộ lượng alginate chứa trong thành tế bào. Xu hướng của một nền kinh tế tuần hoàn hiện đang được chú trọng hiện nay là sử dụng các chất thải ra từ một quá trình sản xuất để làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất tiếp theo tạo ra một sản phẩm mới có giá trị sử dụng và giá trị kinh tế cao, đồng thời giảm thiểu lượng chất thải trong sản xuất, qua đó góp phần giảm ô nhiễm môi trường và tái sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên.

Chính vì vậy Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Tp.HCM phê duyệt và cấp kinh phí để Trung tâm CNSH thực hiện đề tài “Chế tạo và phát triển sản phẩm phân bón oligoalginate bằng phương pháp chiếu xạ kết hợp xử lý hóa học trực tiếp bã rong nâu sau khi chiết fucoidan”. Sau hơn 2 năm thực hiện, nhóm nghiên cứu đã đạt được những kết quả rất khả quan và có ý nghĩa thiết thực nên đề tài đã được Hội đồng nghiệm thu đánh giá xuất sắc. Những kết quả chính mà nhóm nghiên cứu đã đạt được đó là:
- Đã chế tạo thành công chế phẩm oligoalginate bằng phương pháp chiếu xạ trực tiếp bã rong nâu kết hợp H₂O₂. Kết quả phân tích bằng sắc ký gel thấm qua (GPC) cho thấy chế phẩm oligoalginate chế tạo được có Mw khoảng 14,4 kDa. Ngoài ra kết quả phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) cũng khẳng định được mẫu chế phẩm oligoalginate sau khi chế tạo có cấu trúc hầu như không có sự khác biệt so với mẫu alginate được tách chiết từ bã rong nâu.
- Đề tài cũng đã xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo chế phẩm oligoalginate bằng phương pháp chiếu xạ trực tiếp bã rong nâu kết hợp xử lý với H₂O₂ với quy mô 100 lít/mẻ (xem hình 1). Sử dụng quy trình này không chỉ tối giản được rất nhiều công đoạn trong quá trình tách chiết alginate mà còn giảm được hơn 50% giá thành sản phẩm so với phương pháp chế tạo thông thường (tách chiết alginate từ rong nâu rồi mới tiến hành chiếu xạ cắt mạch alginate).
- Kết quả nghiên cứu về hiệu ứng tăng trưởng của chế phẩm oligoalginate chế tạo được theo quy trình trên cây rau cải xanh và rau xà lách được trồng trên hệ thống thuỷ canh hồi lưu và thuỷ canh nhỏ giọt cho thấy chế phẩm oligoalginate có Mw khoảng 14,4 kDa cho kết quả tối ưu trên cả 2 loại rau được trồng trên 2 hệ thống thuỷ canh khác nhau. Cụ thể:
- Khi trồng bằng hệ thống thuỷ canh hồi lưu, sinh khối tươi của rau xà lách ở nghiệm thức bổ sung oligoalginate có Mw~14,4 kDa đạt 50,7 g/cây (tăng 191,6% so với nghiệm thức đối chứng) (xem hình 2). Đối với rau cải, sinh khối tươi ở nghiệm thức bổ sung chế phẩm oligoalginate có Mw~14,4 kDa đạt đến 118,9 g/cây (tăng 192,7% so với nghiệm thức đối chứng) (xem hình 3).
- Khi canh tác trên hệ thống nhỏ giọt, sinh khối tươi của rau xà lách ở nghiệm thức tối ưu (14,4 kDa) là khoảng 40,4 g/cây (tăng 152,7% so với rau ở nghiệm thức đối chứng). Trong khi ở rau cải, sinh khối tươi ở nghiệm thức bổ sung chế phẩm oligoalginate có Mw~14,4 kDa cũng đạt khoảng 100,5 g/cây (tăng 146,7% so với nghiệm thức đối chứng).
- Ngoài ra quy trình chế tạo chế phẩm oligoalginate bằng phương pháp chiếu xạ trực tiếp bã rong nâu kết hợp xử lý với H₂O₂ mà nhóm nghiên cứu đã xây dựng được không chỉ tận dụng được nguồn bã rong nâu (thải ra từ công nghệ tách chiết fucoidan) mà còn giúp giảm thiểu một lượng lớn các hoá chất sử dụng (HCl, Na₂CO₃ và ethanol) trong chế tạo sản phẩm theo cách thông thường, góp phần bảo vệ môi trường cũng như phát triển nền nông nghiệp bền vững.