Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp chế phẩm sinh học dạng vi nhũ, định hướng ứng dụng trong bảo quản thóc giống

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là tổng hợp được hệ vi nhũ tương tinh dầu Bạch đàn và dịch chiết từ bã hạt Jatropha, đánh giá về độ ổn định, đưa ra mẫu vi nhũ tương ổn định nhất (kích thước hạt trung bình nhỏ nhất) để định hướng vào mục đích sử dụng làm chất bảo quản thóc giống sau khi thu hoạch. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp chế phẩm sinh học dạng vi nhũ, định hướng ứng dụng trong bảo quản thóc giống

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẾ PHẨM SINH HỌC DẠNG VI NHŨ, ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THÓC GIỐNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2017
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẾ PHẨM SINH HỌC DẠNG VI NHŨ, ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THÓC GIỐNG Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS. Phạm Xuân Núi TS. Phƣơng Thảo Hà Nội – Năm 2017
LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Xuân Núi, giảng viên Bộ môn Lọc - Hóa dầu, Khoa Dầu khí, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất và TS. Phƣơng Thảo, giảng viên Bộ môn Hóa Môi trƣờng, Khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã hƣớng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu, chỉ bảo nhiệt tình, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn này. Em cũng xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô thuộc bộ môn Lọc - Hóa dầu và Phòng thí nghiệm Hóa Môi trƣờng đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho em học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, sự chỉ bảo rất nhiệt tình của tất cả các anh chị đi trƣớc, gia đình và bạn bè. Mặc dù đã cố gắng, nỗ lực hết sức mình, song chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự thông cảm và chỉ bảo tận tình từ quý thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 18 tháng 11 năm 2017 Học viên
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chƣơng 1 – TỔNG QUAN ......................................................................................... 1 1.1. Tác động của thuốc BVTV đối với con ngƣời và môi trƣờng ......................... 1 1.2. Chế phẩm sinh học trong BVTV ...................................................................... 4 1.3. Tổng quan về nhũ tƣơng ................................................................................... 8 1.4. Các hệ vi nhũ tƣơng........................................................................................ 18 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 29 2.2. Đối tƣợng, dụng cụ và hóa chất nghiên cứu ................................................... 29 2.3. Quy trình tạo ra dịch chiết Jatropha từ bã hạt Jatropha. ................................. 30 2.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................... 39 3.1. Kết quả khảo sát thời gian tối ƣu để chiết tinh dầu từ bã hạt Jatropha .......... 44 3.2. Kết quả xác định thành phần hoạt tính 1,8 – Cineole trong tinh dầu Bạch đàn và vi nhũ tƣơng ...................................................................................................... 45 3.3. Kết quả xác định thành phần hoạt tính Phorbol ester trong dịch chiết Jatropha và vi nhũ tƣơng ...................................................................................................... 51 3.4. Đánh giá độ bền (độ ổn định) của các mẫu qua quan sát trực quan ............... 55 3.5. Kết quả khảo sát kích thƣớc hạt ..................................................................... 56 3.6. Kết quả phân tích kích thƣớc hạt bằng phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .................................................................................................................... 73 3.7. Kết quả khảo sát trong bảo quản thóc giống của vi nhũ tƣơng tinh dầu Bạch đàn và dịch chiết bã hạt Jatropha ........................................................................... 73 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 80
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Các loại nhũ tương ......................................................................................9 Hình 1.2. Quá trình phá nhũ .....................................................................................13 Hình 1.3. Cấu trúc của vi nhũ ở nồng độ chất hoạt động bề mặt cho trước ............19 Hình 1.4. Công thức cấu tạo của 1,8 - Cineole và 1,4 - Cineole ..............................22 Hình 1.5. Công thức của Phorbol etster ...................................................................27 Hình 2.1. Bộ chiết Soxhlet .........................................................................................31 Hình 2.2. Bộ chiết Soxhlet trong phòng thí nghiệm ..................................................32 Hình 2.3. Quy trình chiết tách tinh dầu từ hạt Jatropha bằng dung môi n-hexan ...33 Hình 2.4. Hình ảnh hạt Jatropha và bã hạt Jatropha sau khi chiết tinh dầu ...........33 Hình 2.5. Mô hình thu hồi n - hexan trong phòng thí nghiệm ..................................34 Hình 2. 6. Quy trình chiết dịch chiết từ bã hạt Jatropha ..........................................35 Hình 2.7. Bã hạt Jatropha khi ngâm với nước cất và dịch chiết từ bã hạt Jatropha36 Hình 2.8. Quy trình tổng hợp vi nhũ tương tinh dầu Bạch đàn và dịch chiết từ bã hạt Jatropha. .............................................................................................................36 Hình 2.9. Mô hình tổng hợp vi nhũ tương từ tinh dầu Bạch đàn và dịch chiết từ bã hạt Jatropha trong phòng thí nghiệm .......................................................................37 Hình 3.1. Tinh dầu Jatropha sau khi chiết ................................................................44 Hình 3.2. Quan hệ thể tích tinh dầu thu được và thời gian chiết ..............................45 Hình 3.3. Kết quả phân tích GC – MS của tinh dầu Bạch đàn .................................46 Hình 3.4. Sắc đồ mẫu tinh dầu Bạch đàn - Phổ khối của tín hiệu với thời gian lưu là 6,062 phút ..................................................................................................................46 Hình 3.5. Sắc đồ mẫu tinh dầu Bạch đàn - Phổ khối của tín hiệu với thời gian lưu là 8,418 phút ..................................................................................................................47 Hình 3.6. Kết quả phân tích GC – MS của vi nhũ tương M1 ....................................48 Hình 3.7. Sắc đồ mẫu M1 - Phổ khối của tín hiệu với thời gian lưu là 6,067 phút ..48
Hình 3.8. Sắc đồ mẫu M1 - Phổ khối của tín hiệu tại thời gian lưu 8,421 phút .......49 Hình 3.9. Phổ FT - IR của tinh dầu Bạch đàn ..........................................................49 Hình 3.10. Phổ FT – IR của vi nhũ tương M1 ..........................................................50 Hình 3.11. Sắc ký đồ LC tại thời gian lưu 9,571 phút của mẫu dịch chiết ..............51 Hình 3.12. Phổ UV mẫu dịch chiết ở 280 nm với thời gian lưu 9,571 phút .............52 Hình 3.13. Phổ FT – IR của dịch chiết từ bã hạt Jatropha ......................................53 Hình 3.14. Phổ FT – IR của vi nhũ tương (M1) ........................................................54 Hình 3.15. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M1) khảo sát theo thành phần .........................................................................................................57 Hình 3.16. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M7) khảo sát theo thời gian khuấy 20 phút .....................................................................................58 Hình 3.17. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M5) khảo sát theo thời gian khuấy 40 phút .....................................................................................59 Hình 3.18. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M6) khảo sát theo thời gian khuấy 80 phút .....................................................................................60 Hình 3.19. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M8) khảo sát theo thời gian khuấy 100 phút ...................................................................................61 Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc kích thước hạt trung bình theo thời gian khuấy .........................................................................................................................62 Hình 3.21. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M9) khảo sát theo tốc độ khuấy 600 vòng/phút ..............................................................................63 Hình 3.22. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M10) khảo sát theo tốc độ khuấy 800 vòng/phút .........................................................................64 Hình 3.23. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M11) khảo sát theo tốc độ khuấy 1200 vòng/phút .......................................................................65 Hình 3.24. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M12) khảo sát theo tốc độ khuấy 1400 vòng/phút .......................................................................66
Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc kích thước hạt trung bình theo tốc độ khuấy .........................................................................................................................67 Hình 3.26. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M13) khảo sát theo nhiệt độ ở 75oC ............................................................................................68 Hình 3.27. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M14) khảo sát theo nhiệt độ ở 60oC ............................................................................................69 Hình 3.28. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương (M15) khảo sát theo nhiệt độ ở 30 oC ...........................................................................................70 Hình 3.29. Kết quả đo phân tích kích thước hạt của mẫu vi nhũ tương(M16) khảo sát theo nhiệt độ ở 15 oC ...........................................................................................71 Hình 3.30. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kích thước hạt trung bình theo nhiệt độ. ..............................................................................................................................72 Hình 3.31. Kết quả đo SEM của mẫu M1 .................................................................73 Hình 3.32. Tỷ lệ mọt R.dominica chết theo thời gian sau xử lý chế phẩm M1 với thí nghiệm đã nhiễm mọt (Viện BVTV, tháng 7/2017). ..................................................75 Hình 3.33. Tỷ lệ mọt R.dominica chết theo thời gian sau xử lý chế phẩm M1 ở .......76 thí nghiệm tiếp xúc với mọt (Viện BVTV, tháng 7/2017). .........................................76
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thang giá trị HLB .....................................................................................16 Bảng 1.2. Thành phần chính của tinh dầu tách chiết từ một số loài Bạch đàn ........23 Bảng 2.1. Thí nghiệm khảo sát thời gian tối ưu chiết tách tinh dầu .........................34 Bảng 2.2. Thông số thành phần, thời gian khuấy, tốc độ khuấy và nhiệt độ khuấy .37 Bảng 3.1. Kết quả khảo sát thời gian tối ưu chiết tách tinh dầu ..............................44 Bảng 3.2. Kết quả đánh giá độ ổn định của nhóm mẫu vi nhũ tương khảo sát kích thước hạt theo thành phần pha .................................................................................55 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá độ ổn định của nhóm mẫu vi nhũ tương khảo sát kích thước hạt theo thời gian khuấy..................................................................................55 Bảng 3.4. Kết quả đánh giá độ ổn định của nhóm mẫu vi nhũ tương khảo sát kích thước hạt theo tốc độ khuấy ......................................................................................56 Bảng 3.5. Kết quả đánh giá độ ổn định của nhóm mẫu vi nhũ tương khảo sát kích thước hạt theo nhiệt độ khuấy ...................................................................................56 Bảng 3.6. Theo dõi mật độ mọt đục hạt nhỏ trong quá trình thí nghiệm ..................74 Bảng 3.7. Khả năng xua đuổi mọt đục hạt nhỏ của chế phẩm .................................74 Bảng 3.8. Hiệu lực phòng chống mọt đục hạt nhỏ của chế phẩm ............................77 Bảng 3.9. Khả năng nảy mầm của hạt thóc sau xử lý chế phẩm ..............................78
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DLS Dynamic Light Scattering FAO The Food and Agricultural Organization FT –IR Fourier Transform Infrared Spectroscopy GC – MS Gas Chromatography - Mass Spectrometry HLB Hydrophilie – Lipophilie Balance LC – MS Liquid Chromatography– Mass Spectrometry O/W Oil/Water OECD Tổ chức Hợp tác và Phát triển Quốc tế PG Propylene Glycol SEM Scanning Electron Microscopy UNEP Chƣơng trình Môi trƣờng của Liên hợp quốc UNIDO Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên hợp quốc. W/O Water/ Oil
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 (
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.
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN 1.1. Tác động của thuốc BVTV đối với con ngƣời và môi trƣờng 1.1.1. 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 1.1.2. 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
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 đến hơn 116.000 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
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. Theo thống kê, cả nƣớc hiện có 98 cơ sở sản xuất thuốc BVTV, tập trung chủ yếu tại các khu công nghiệp phía Nam. Nhiều nhất là ở TP Hồ Chí Minh với 66 cơ sở. Nhƣng hầu hết các cơ sở sản xuất trong tình trạng gia công, sang chai, đóng gói ra thành phẩm thuốc BVTV, không có cơ sở nào trực tiếp sản xuất nguyên liệu thuốc BVTV, đa số nguyên liệu nhập khẩu và 90% là nhập từ Trung Quốc, rất khó kiểm soát thành phần. Hiện cả nƣớc có 16.659 doanh nghiệp kinh doanh buôn bán thuốc BVTV, tức trung bình mỗi tỉnh có 265 cơ sở, nhiều cơ sở tại các khu vực đông dân cƣ xen kẽ không thể kiểm soát nổi. Hầu hết các loại thuốc BVTV đều có tính độc cao và trong quá trình dùng, một lƣợng thuốc nào đó có thể đi vào trong thân cây, quả, hoặc dính bám chặt trên lá, quả. Ngƣời và động vật ăn phải các loại nông sản này có thể bị ngộ độc tức thời, hoặc nhiễm độc nhẹ, từ từ gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe. Một số loại thuốc trừ sâu có khả năng bay hơi mạnh nên gây khó chịu, mệt mỏi, thậm chí choáng ngất cho ngƣời trực tiếp phun thuốc sâu trên đồng ruộng, nhất là trong trƣờng hợp không có các biện pháp phòng tránh tốt. Một số loại thuốc trừ sâu có tính năng hóa học ổn định, khó phân hủy, nên sẽ tích luỹ trong môi trƣờng. Sau nhiều lần sử dụng, lƣợng tích lũy này có thể cao đến mức gây độc cho môi trƣờng đất, nƣớc, không khí và con ngƣời. Do thuốc tồn đọng lâu không phân hủy, nên có 3
thể theo nƣớc, gió và các loài sinh vật phát tán tới các vùng khác... Không chỉ gây ra ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng, hóa chất bảo vệ thực vật tồn lƣu với bốn tính chất độc hại, khó phân hủy, khả năng di chuyển xa, tích lũy sinh học còn gây ra những ảnh hƣởng có hại đối với khả năng sinh sản, sự phát triển, hệ thần kinh, tuyến nội tiết và hệ miễn dịch đều có liên quan tới hóa chất. Con ngƣời bị nhiễm chủ yếu thông qua các thực phẩm ô nhiễm, các đƣờng khác ít phổ biến hơn là uống nƣớc ô nhiễm và tiếp xúc trực tiếp với hoá chất. Đối với con ngƣời và động vật có vú, các hóa chất bảo vệ thực vật có thể đƣợc lây truyền thông qua nhau thai và sữa mẹ tới động vật sơ sinh [10]. Do đó xu hƣớng quay trở lại nền nông nghiệp hữu cơ với việc tăng cƣờng sử dụng các loại “thuốc trừ sâu sinh học” (chế phẩm sinh học) đang là xu hƣớng chung của toàn cầu. 1.2. Chế phẩm sinh học trong BVTV 1.2.1. Tình hình sử dụng thuốc trừ sâu hóa học ở Việt Nam Số lƣợng hoạt chất đăng ký sử dụng ở Việt Nam hiện nay xấp xỉ 1000 loại trong khi của các nƣớc trong khu vực từ 400 - 600 loại, nhƣ Trung Quốc 630 loại, Thái Lan, Malasia 400 - 600 loại. Sử dụng thuốc BVTV bình quân đầu ngƣời ở Trung Quốc là 1,2 kg, ở Việt Nam là 0.95 kg (2010). Theo số liệu của cục BVTV trong giai đoạn 1981 - 1986 số lƣợng thuốc sử dụng là 6,5 - 9,0 ngàn tấn thƣơng phẩm, tăng lên 20 - 30 ngàn tấn trong giai đoạn 1991 - 2000 và từ 36 - 75,8 ngàn tấn trong giai đoạn 2001 - 2010. Lƣợng hoạt chất tính theo đầu diện tích canh tác (kg/ha) cũng tăng từ 0,3kg (1981 - 1986) lên 1,24 - 2,54kg (2001 - 2010). Nhƣ vậy trong vòng 10 năm (2000 - 2011) số lƣợng thuốc BVTV sử dụng tăng 2,5 lần, số loại thuốc nhập khẩu tăng khoảng 3,5 lần. Trong năm 2010 lƣợng thuốc Việt Nam sử dụng bằng 40% mức sử dụng TB của 4 nƣớc lớn dùng nhiều thuốc BVTV trên thế giới (Mỹ, Pháp, Nhật, Brazin) trong khi GDP của nƣớc ta chỉ bằng 3,3% GDP trung bình của họ. Năm 2010, 19,59% nông dân cả nƣớc vi phạm sử dụng thuốc, trong đó không đúng nồng độ là 73,2%. Năm 2010, Cục BVTV cho biết còn 5,19% 4
số hộ dùng thuốc cấm, ngoài danh mục, 10,22% không đúng thời gian cách ly, 51% không thực hiện theo khuyến cáo của nhãn. [10]. Ƣu điểm thuốc trừ sâu hóa học: tác động nhanh, triệt để, dễ sử dụng nên có thể nhanh chóng hạn chế, dập dịch, đem lại hiệu quả kinh tế cao, góp phần quan trọng hạn chế thiệt hại do sâu bệnh gây nên. Nhƣợc điểm thuốc trừ sâu hóa học: Dƣ lƣợng thuốc BVTV trên nông sản là phổ biến và còn cao, đặc biệt trên rau, quả, chè… Kết quả kiểm tra, năm 2010 của cục BVTV cho thấy ở vùng Hà Nội số mẫu có dƣ lƣợng quá mức cho phép khá cao, trên rau, nho, chè từ 15% - 30%, ở TPHCM từ 20 - 30%. Thuốc BVTV làm tăng tính kháng thuốc của sâu bệnh, tiêu diệt ký sinh thiên địch, có thể gây bột phát các dịch hại cây trồng. Theo Phạm Bình Quyến, khi phun thuốc Padan trên lúa, nhóm thiên địch nhện lớn bắt mồi giảm mật độ 13 lần trong khi không phun tăng 25 lần. Điều tra tổng số loài thiên địch ở vùng chè Thái Nguyên nơi không sử dụng thuốc trừ sâu nhiều gấp 1,5 - 2 lần so với nơi có sử dụng thuốc. Sâu tơ hại rau kháng 24 loại thuốc [10]. Sử dụng nhiều thuốc tác động xấu đến môi trƣờng, gây ô nhiễm đất và nƣớc không khí ảnh hƣởng đến sức khỏe cộng đồng. Theo thống kê cả nƣớc hiện còn tồn đọng trên 706 tấn thuốc cần tiêu hủy và 19.600 tấn rác bao bì thuốc bảo vệ thực vật chƣa đƣợc thu gom và xử lý, hàng năm phát sinh mới khoảng 9.000 tấn [10]. Do vậy, phát triển nền nông nghiệp hữu cơ với việc tăng cƣờng sử dụng các loại “thuốc trừ sâu sinh học” (chế phẩm sinh học) đang là xu hƣớng chung của toàn cầu. Tính năng và lợi ích của thuốc trừ sâu sinh học đƣợc thừa nhận có các ƣu điểm nhƣ sau: - Có thể khống chế cùng lúc nhiều loại bệnh cho một loại cây trồng. - Có tác dụng đồng hóa các chất dinh dƣỡng, góp phần tăng năng suất và đạt hiệu quả chất lƣợng nông sản phẩm. - Có thể ngăn chặn, giảm thiểu tác hại của một số bệnh nguy hiểm mà các loại thuốc hiện hành không thực hiện đƣợc. 5
- Không làm hại kết cấu đất, không làm chai đất, thoái hóa đất mà còn góp phần tăng độ phì nhiêu của đất. - Có tác dụng tiêu diệt côn trùng gây hại, giảm thiểu bệnh hại, tăng khả năng đề kháng bệnh của cây trồng mà không làm ảnh hƣởng đến môi trƣờng nhƣ các loại thuốc BVTV có nguồn gốc hóa học khác. - Không gây ảnh hƣởng tiêu cực đến sức khỏe con ngƣời, vật nuôi cây trồng. - Không gây ô nhiễm môi trƣờng sinh thái. - Tiết kiệm chi phí. - Dễ sử dụng. 1.2.2. Những thành tựu về sản xuất chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật ở Việt Nam trong những năm gần đây Trong 30 năm gần đây, các nhà khoa học nƣớc ta nghiên cứu rất nhiều chế phẩm sinh học trong BVTV và đã đạt đƣợc một số thành tựu [6]: - Nhân nuôi phổ biến ong mắt đỏ trừ sâu hại (Trichograma.spp). - Sản xuất thuốc vius trừ sâu xanh ( Heliosis armigera), sâu đo xanh (Anomis aflava), sâu khoang (Spodoptera litura),… - Sản xuất hàng loạt côn trùng trên môi trƣờng thức ăn nhân tạo từ các nguyên liệu rẻ tiền của Việt Nam. - Sản xuất thuốc nấm Beauveria và Metarrhizium để trừ châu chấu, đo đay và rầy nâu hại lúa. - Sản xuất chế phẩm bào tử xạ khuẩn trên môi trƣờng nuôi cấy đơn giản để trừ bệnh đạo ôn, bệnh khô vằn lúa và bệnh thối rễ cây non. Theo ghi nhận chung từ Chƣơng trình trọng điểm phát triển công nghệ sinh học giai đoạn 2011-2015 đã chọn tạo đƣợc 42 giống cây trồng bằng công nghệ chỉ thị phân tử và công nghệ tế bào; 33 dòng chuyển gien; xây dựng quy trình sản xuất tám chế phẩm sinh học phòng trừ tuyến trùng nấm, vi khuẩn gây hại trên rễ cây hồ tiêu, cà-phê, bông, ngô…; năm loại chế phẩm sinh học phục vụ trong chế biến sản phẩm, bảo quản rau quả tƣơi… Điều đáng nói là tất cả các giống cây trồng nêu trên đã và đang trải qua mô hình thử nghiệm, trình diễn và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong 6
cả nƣớc, góp phần nâng cao năng suất, chất lƣợng sản phẩm, cho thu nhập hàng trăm triệu đồng/ha, cao gấp hai đến ba lần so với mô hình thông thƣờng. Đặc biệt, Việt Nam còn là một trong năm quốc gia trên thế giới đã nuôi trồng thành công Đông trùng hạ thảo, một trong những vị thuốc quý có giá trị kinh tế cao. Mới đây, Bộ NN và PTNT cũng đã công nhận kết quả khảo nghiệm năm giống ngô biến đổi gien gồm: BT11, GA21, MON98034, NK603, TC1507 để chuyển Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng cấp phép an toàn sinh học. Đây là một mốc quan trọng của ngành trồng trọt và cũng là giải pháp gỡ khó cho việc sản xuất thức ăn chăn nuôi. 1.2.3. Một số loại thuốc trừ sâu sinh học được sử dụng hiện nay BIO-S Natural: Khử mùi hôi thối, diệt vi khuẩn, nấm mốc. Enretech-1: Thấm hút, kết bao dầu dùng cho ứng cứu, xử lý ô nhiễm tràn dầu vào đất cát. Chế phẩm sinh học khử mùi cao su (HN FAR Fresh Air for Rubber Industry): Khử mùi hôi trong các công đoạn chế biến và sản xuất cao su. Bio World Algae Treatment: Xử lý tảo sợi, tảo xoắn trong nƣớc. Bio World Green Water Algae Treatment: Xử lý tảo đơn bào, tảo lục, sinh vật phù du. Chế phẩm vi sinh AT-YTB: Xử lý rác thải tại các bãi rác, chuồng trại chăn nuôi. Chế phẩm sinh học xử lý môi trƣờng WEVIRO: Khử mùi hôi, phân hủy chất hữu cơ. Chế phẩm sinh học Sagi Bio: Thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy các chất hữu cơ, làm nguyên liệu cho sản xuất phân bón hữu cơ, cạnh tranh dinh dƣỡng và ức chế vi sinh vật gây bệnh trong chất thải, giảm phát sinh mùi hôi. Chế phẩm sinh học Sagi Bio-1: Xử lí mùi môi trƣờng chuồng trại chăn nuôi và bãi chôn lấp chất thải, cạnh tranh dinh dƣỡng và ức chế vi sinh vật gây bệnh trong chất thải. 7
Chế phẩm sinh học Sagi Bio-2: Làm tăng mật độ vi sinh vật hữu ích cho các hệ thống xử lý nƣớc thải, ao hồ để thúc đẩy quá trình phân hủy chất thải hữu cơ không phát sinh mùi hôi, cạnh tranh dinh dƣỡng và ức chế vi khuẩn gây hại trong môi trƣờng nƣớc. Chế phẩ m vi sinh khƣ̉ mùi – L2100CHV: Xƣ̉ lý mùi hôi ta ̣i các baĩ rác , bãi chôn lấ p chấ t thải, các hê ̣ thố ng xƣ̉ lý chấ t thải [10]. Vi-BT 32000WP, 16000WP; BT Xentary 35WDG, Firibiotox P dạng bột; Firibiotox C dạng dịch cô đặc... Các sản phẩm này có tác dụng tốt trên một số sâu hại chính trên đồng ruộng nhƣ sâu xanh bƣớm trắng, sâu xám, sâu tơ, sâu hại bông, sâu đo. Vineem 1500 EC của Công ty thuốc sát trùng Miền Nam, đƣợc chiết xuất từ nhân hạt neem chứa hoạt chất azadirachtin. Thuốc có hiệu lực phòng trừ nhiều loại sâu hại trên lúa, rau màu, cây công nghiệp, cây ăn trái, hoa, cây cảnh bằng cách gây chán ăn, xua đuổi, ngăn cản sự lột xác và đẻ trứng, làm giảm khả năng sinh sản. Thuốc không tạo nên tính kháng của dịch hại, không ảnh hƣởng đến thiên địch và không để lại dƣ lƣợng trên cây trồng Binhtox 1.8EC, Abasuper3.6EC, Sertin 5.0EC, Sisau 4.5EC và Agun 5WDG, Golnitor 50WDG, Emaben 2.0EC, Susuper 1.9EC,…diệt trừ đƣợc sâu vẽ bùa, nhện, sâu tơ, sâu xanh, bọ trĩ, bọ phấn. Biostar-1 đến Biostar-6 diệt sâu nhanh, phổ diệt sâu rộng, an toàn cho ngƣời, động vật và không gây kháng thuốc ở sâu hại Sofri Protein 10DD, Entro-Pro 150DD trừ một số côn trùng hại rau ăn lá nhƣ sâu tơ, sâu xanh, sâu khoang... và côn trùng hại cây ăn quả nhƣ ruồi đục quả, sâu đục vỏ cam quýt... 1.3. Tổng quan về nhũ tƣơng 1.3.1. Khái niệm nhũ tương Nhũ tƣơng là một hệ phân tán cao của hai hay nhiều chất lỏng không trộn lẫn vào nhau, trong đó một pha lỏng gọi là pha phân tán đƣợc phân tán đồng nhất dƣới dạng giọt mịn trong một pha lỏng khác gọi là môi trƣờng phân tán (pha liên tục) [3]. 8
1.3.2. Phân loại nhũ tương Ngƣời ta thƣờng phân loại nhũ tƣơng theo các cách sau đây [3]: 1.3.2.1. Phân loại theo tính chất của pha và môi trường phân tán Nhũ tƣơng loại một hay còn gọi là nhũ tƣơng thuận: là nhũ tƣơng chứa chất lỏng không phân cực ( hoặc phân cực yếu) trong chất lỏng phân cực, thƣờng đƣợc ký hiệu O/W. Ví dụ: mayonnaise, sữa, kem, sốt,…. Nhũ tƣơng loại hai hay còn gọi là nhũ tƣơng nghịch: là chất lỏng phân cực trong chất lỏng không phân cực, thƣờng đƣợc ký hiệu W/O. Ví dụ: bơ, magarin, các chất phết lên bánh,… Ngoài ra còn có dầu phức: dầu có thể phân tán trong pha nƣớc của nhũ W/O để tạo ra hệ phức O/W/O, tƣơng tự nƣớc phân tán trong pha dầu của nhũ O/W để tạo ra hệ phức W/O/W. Kiểu nhũ tƣơng đƣợc hình thành phụ thuộc chủ yếu vào độ tan tƣơng đối trong các pha của chất nhũ hóa. Theo quy tắc Bancroft, chất nhũ hóa tan trong pha nào thì pha đó sẽ trở thành pha hƣớng ngoại. Nhƣ vậy các chất nhũ hóa ƣa nƣớc tạo nhũ tƣơng W/O, còn ƣa dầu thì tạo nhũ tƣơng O/W. Hình 1.1. Các loại nhũ tương 1.3.2.2. Phân loại theo nồng độ pha phân tán 9