Tài liệu CáC CHế PHẩM CôNG NGHệ BứC Xạ PHụC Vụ NôNG NGHIệP pdf

ứng dụng năng l-ợng nguyên tử cho phát triển kinh tế xã hội
1
CáC CHế PHẩM CôNG NGHệ BứC Xạ PHụC Vụ NôNG NGHIệP
TS. Nguyễn Quốc Hiến
Trung tâm Nghiên Cứu và Triển Khai Công nghệ Bức xạ
I. Mở đầu
Công nghệ bức xạ (CNBX) là loại hình công nghiệp trong đó bức xạ ion
hóa đ-ợc sử dụng làm nguồn năng l-ợng trong các quá trình sản xuất. CNBX sử
dụng tia gamma Co-60, dòng điện tử gia tốc và tia X (chuyển đổi từ dòng điện tử
gia tốc) đang đ-ợc triển khai ứng dụng ở nhiều n-ớc trên thế giới. Hiện nay trên
thế giới có hơn 200 nguồn chiếu xạ gamma Co-60 và khoảng hơn 1.000 máy gia
tốc điện tử hoạt động cho mục đích ứng dụng công nghiệp. Trong khoảng 30
năm qua, ứng dụng công nghiệp CNBX chủ yếu trên các lĩnh vực:
1. Biến tính polyme nh- vật liệu cách điện, màng ống co nhiệt, tiền l-u hóa
cao su chế tạo vỏ (lốp) ô tô, l-u hóa latex, vật liệu biến tính polyme hóa
ghép,
2. Khử trùng dụng cụ y tế, thanh trùng d-ợc phẩm, mỹ phẩm,
3. Chiếu xạ thực phẩm
4. Chiếu xạ xử lý khí thải, n-ớc thải.
Xử lý bức xạ đang đ-ợc đánh giá là một kỹ thuật đặc thù thuận lợi để chế
tạo các sản phẩm mới, sản phẩm có giá trị gia tăng (value added products). Hơn
nữa CNBX là công nghệ thân thiện với môi tr-ờng và tiết kiệm năng l-ợng.
Trong những năm gần đây áp dụng CNBX xử lý polyme tự nhiên bao gồm
polysacarit biển (alginat, chitin/chitosan, caraginan), biến tính xenluloze, tinh
bột, và các dẫn xuất của chúng để chế tạo các chế phẩm điều hòa tăng tr-ởng,
bảo vệ thực vật và gel tr-ơng n-ớc giữ ẩm cho đất đ-ợc đánh giá là rất triển vọng
ứng dụng qui mô lớn. Xử lý bức xạ polysacarit với mục đích là điều chỉnh giảm
khối l-ợng phân tử và chế tạo oligosacarit. Đối với các dẫn xuất polysacarit thì
mục đích chủ yếu là khâu mạch tạo vật liệu hydrogel (vật liệu gel tr-ơng n-ớc).
Ngoài ra polyme hóa ghép bức xạ biến tính polysacarit và dẫn xuất của chúng
với các loại monome sẽ tạo ra hàng loạt các sản phẩm với nhiều mục đích ứng

dụng khác nhau.
Polysacarit với trữ l-ợng trong tự nhiên rất lớn và có khả năng tái tạo.
Hiện nay trừ xenluloze và các dẫn xuất, sản l-ợng khai thác hàng năm trên thế
giới đối với alginat: 30.000 tấn, chitin/chitosan: 10.000 tấn, caraginan: 40.000
tấn là nguồn nguyên liệu dồi dào và có tiềm năng ứng dụng để xử lý bức xạ ở qui
mô công nghiệp.
Trong bài này chúng tôi trình bày qui trình chế tạo chất tăng tr-ởng thực
vật từ alginat rong biển, chất bảo vệ và kích kháng bệnh thực vật từ chitosan vỏ
ứng dụng năng l-ợng nguyên tử cho phát triển kinh tế xã hội
2
tôm và gel tr-ơng n-ớc từ tinh bột biến tính ghép với acrylic axít trên cơ sở áp
dụng CNBX.
II. Các chế phẩm công nghệ bức xạ phục vụ nông nghiệp
1. Chế phẩm tăng tr-ởng thực vật từ alginat rong biển
Rong biển nâu (Brown seaweedSargassum) là nguồn nguyên liệu dồi dào
và sẵn có ở n-ớc ta, -ớc tính sản l-ợng rong nâu hiện nay khoảng 30.000 tấn
rong t-ơi/năm. Hàm l-ợng alginat trong rong nâu khô khoảng từ 20-40%. Sản
l-ợng alginat trong rong nâu ở n-ớc ta -ớc tính vào khoảng 500 tấn/năm. Hiện
tại ở n-ớc ta ch-a có nhà máy chiết tách alginat từ rong nâu qui mô công nghiệp
và nh- vậy nguồn nguyên liệu rong nâu ch-a đ-ợc sử dụng hiệu quả.
ứng dụng
CNBX để chế tạo chất tăng tr-ởng thực vật từ alginat rong biển nâu nhằm đóng
góp sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu rong nâu và đóng góp phát triển nền
nông nghiệp sinh thái bền vững.
Quy trình chế tạo chất tăng tr-ởng thực vật T&D 4DD từ alginat rong biển
nâu bằng kỹ thuật chiếu xạ nh- sau:
Rong biển nâu

Phơi khô

Xay

Chiết alginat (Na
2
CO
3
)

Chiếu
xạ cắt mạch alginat,

Co-60

Xử lý sau chiếu xạ

Chất tăng tr-ởng thực vật
oligoalginat,T&D 4DD (dạng dung dịch)
T&D 4DD chế tạo từ alginat rong biển chiếu xạ đ-ợc đánh giá là loại hoạt
chất tăng tr-ởng đơn h-ớng, an toàn và hiệu quả, đáp ứng nhu cầu sản xuất nông
phẩm sạch và phát triển nông nghiệp bền vững. Sử dụng phun lá chất T&D 4DD
với độ pha loãng từ 1/500 - 1/1000 đã làm gia tăng năng suất nhiều loại cây
trồng nh- cà rốt, nho, chè, cà chua, hành, đậu phộng, từ 10-40%. Chất T&D
4DD đã đ-ợc Bộ NN & PTNT cấp giấy phép sử dụng trên đồng ruộng số
88/2000/QĐ-BNN-BVTV.
0
20
40
60
80
0 50 100 150 200

Nong ủoọ, ppm
Taờng NS, %
Carot
Cheứ
Hình 1: Hiệu ứng tăng tr-ởng của T&D 4DD trên cây chè và càrốt
ứng dụng năng l-ợng nguyên tử cho phát triển kinh tế xã hội
3
2. Chế phẩm bảo vệ thực vật từ chitosan vỏ tôm (fungicide)
Có một l-ợng lớn vỏ, đầu tôm đ-ợc thải ra từ các nhà máy chế biến hải
sản ở n-ớc ta, -ớc tính hàng chục ngàn tấn/năm. Trong đó hàm l-ợng
chitin/chitosan vào khoảng 5-7% (tính theo vỏ t-ơi). Nh- vậy n-ớc ta mỗi năm
có sản l-ợng chitin/chitosan khoảng hơn 1.000 tấn/năm, cũng đ-ợc đánh giá là
nguồn nguyên liệu dồi dào và sẵn có. Hiện tại ở n-ớc ta đã có nhà máy sản xuất
chitin/chitosan (Chitosan Cà Mau) chủ yếu xuất khẩu nên chitin/chitosan vẫn
ch-a đ-ợc sử dụng hiệu quả ở trong n-ớc.
áp dụng CNBX để chế tạo chất phòng
trị nấm bệnh thực vật từ chitin/chitosan vỏ tôm cũng nhằm mục đích đóng góp sử
dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu phế thải vỏ tôm, phát triển nền nông nghiệp
sinh thái bền vững và làm giảm ô nhiễm môi tr-ờng.
Qui trình chế tạo chất bảo vệ thực vật từ chitosan vỏ tôm bằng kỹ thuật
chiếu xạ nh- sau:
Vỏ tôm

Chiết protein (NaOH)

Khử khoáng (HCl)

Chitin

Deaxetyl hóa chitin (NaOH)

Chitosan

Chiếu xạ cắt mạch chitosan,

Co-
60

Xử lý sau chiếu xạ

Chất bảo vệ thực vật (dạng dung dịch)
Chất phòng trị nấm bệnh thực vật OLICIDE 9DD dùng cho cây chè và bắp
cải, GOLDRICE 8DD trị bệnh đạo ôn cho cây lúa chế tạo từ chitosan vỏ tôm
chiếu xạ đ-ợc đánh giá là loại thuốc bảo vệ thực vật hiệu quả, đáp ứng nhu cầu
sản xuất nông phẩm sạch và an toàn. Chất phòng trị nấm bệnh thực vật OLICIDE
9DD (No. 53/2002/QĐ-BNN) và GOLDRICE 8DD (No. 49/03 SRN) đ-ợc Bộ
NN & PTNT cho phép sử dụng đồng ruộng.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 5 10 15 20
Sau xửỷ lyự, ngaứy
CSB ủaùo oõn, %
ẹC
CTS-50kGy
Hình 2: Hiệu ứng của GOLDRICE trị bệnh đạo ôn (Pyricularia Oryzae) trên cây
lúa

3. Chế phẩm kích kháng bệnh thực vật (biotic elicitor)
Oligochitosan đ-ợc xác nhận là chất kích kháng bệnh thực vật hiệu quả
(vắc xin thực vật). Hơn nữa oligochitosan là chất kích kháng bệnh ngoại bào
ứng dụng năng l-ợng nguyên tử cho phát triển kinh tế xã hội
4
(exogenous elicitor) có độ nhạy kích kháng bệnh cao hơn loại nội bào
(endogenous elicitor), ví dụ oligoalginat.
Qui trình chế tạo chất kích kháng bệnh từ chitosan vỏ tôm bằng kỹ thuật
chiếu xạ nh- sau:
Chitosan

Xử lý kỹ thuật

Hòa tan thành dung dịch

Chiếu xạ cắt
mạch tạo oligochitosan,

Co-60

Xử lý sau chiếu xạ

Chất kích kháng bệnh
thực vật (dạng dung dịch)
Bảng 1. Hiệu ứng kích kháng bệnh của chitosan chiếu xạ trên cây mía (VN85-
1427)
Mẫu Chỉ số bệnh
lá, %
Thân cây bị
bệnh, %

tăng năng
suất
%
Chất l-ợng
mía
chữ đ-ờng, %
Đối chứng 11,95 10,82 0 11,36
Chitosan,
0kGy
8,10 6,16 9,3 11,65
Chitosan,
30kGy
6,17 7,43 12,9 11,71
Chitosan,
50kGy
6,06 3,98 21,8 11,54
Chất kích kháng bệnh sinh học oligochitosan chế tạo bằng xử lý chiếu xạ
đã thể hiện hiệu ứng kích kháng bệnh hiệu quả đối với cây mía. Ngoài ra năng
suất cây mía cũng tăng lên đáng kể (21,8%). Hiện tại đang tiếp tục thử nghiệm
hiệu ứng kích kháng bệnh trên các đối t-ợng cây trồng khác nh- cây lúa, cây
tiêu, .
4. Gel siêu hấp thụ n-ớc điều hòa độ ẩm cho đất (super-water absorbent)
CNBX đ-ợc sử dụng hiệu quả để khâu mạch các polyme tổng hợp tan
trong n-ớc nh- polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA),
polyacrylic axit (PAA), polyacrylamide (PAM), polyethylene glycol (PEG), và
các dẫn suất polyme có nguồn gốc tự nhiên nh- carboxymetyl (CM) xenluloze,
CM-tinh bột, CM-chitin/ chitosan để tạo vật liệu hydrogel ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực. Việc ứng dụng gel siêu hấp thụ n-ớc sẽ cải thiện đ-ợc khả năng giữ ẩm
cho đất.
Qui trình chế tạo gel siêu hấp thụ n-ớc nh- sau:

Tinh bột

Hồ hóa bằng KOH

Trung hòa với axit acrylic

Chiếu xạ,

Co-
60

Sấy khô

Tạo hạt

Sản phẩm (gel siêu hấp thụ n-ớc).
ứng dụng năng l-ợng nguyên tử cho phát triển kinh tế xã hội
5
0
80
160
240
320
0 12 24 36 48
Thụứi gian, giụứ
g(H
2
O)/g(gel)
Haỏp phuù
Giaỷi haỏp

Hình 3. Hấp phụ và giải hấp n-ớc của gel siêu tr-ơng n-ớc
Kết quả thử nghiệm cho thấy chế phẩm này có hiệu ứng giữ n-ớc và điều
hòa độ ẩm cho đất hiệu quả, đặc biệt đối với những vùng khô hạn.
Bảng 2. Đặc tr-ng của chế phẩm gel siêu tr-ơng n-ớc Tb-g-AAc
Chỉ tiêu Kết quả
1. Tỉ lệ hợp phần Tb/AAc, g/g
2. Độ hấp thụ n-ớc, gH
2
O/g(gel
khô)
3. Hàm l-ợng Kali, %
4. Độ ẩm, %
5. Kích th-ớc hạt, mm
6. Màu
7. Phân hủy trong đất, %
- Sau 3 tháng
- Sau 6 tháng
- Sau 9 tháng
1/2
~ 300
19,3
3-5
0,3-0,7
Trắng đục
46,2
82,1
85,5
III. Nhận xét chung
Các chế phẩm tăng tr-ởng, bảo vệ và kích kháng bệnh sinh học chế tạo từ
polysacarit tự nhiên (alginat, chitin/chitosan) và chất gel siêu hấp phụ n-ớc từ

tinh bột biến tính bằng xử lý bức xạ rất có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong
nông nghiệp. Sử dụng các chế phẩm này sẽ làm giảm hay hạn chế việc sử dụng
các loại nông d-ợc phòng trị bệnh độc hại, gia tăng năng suất chất l-ợng nông
phẩm và giảm thiểu việc gây ô nhiễm môi tr-ờng góp phần phát triển nền nông
nghiệp sinh thái an toàn, bền vững.