Trong những năm gần đây sản lượng lương thực của Việt Nam đã tăng lên rõ rệt, trong đó ngô, lạc, cà phê là những sản phẩm nông sản điển hình được trồng ở nhiều tỉnh thành nước ta. Nước ta cũng là một nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nên rất thuận lợi cho nấm mốc gây bệnh lây nhiễm và phát triển mạnh trên nông sản bảo quản. Những loại nông sản này thường xuất hiện các loại nấm mốc chủ yếu là Aspergilus flavus, A. fumigates, A. niger, Fusarium spp. và Penicillium spp. Các loại nấm này không những làm hỏng chất lượng nông sản mà còn sinh độc tố gây ung thư. Trong số đó A. flavus và A. parasiticus là hai loài xuất hiện phổ biến và có khả năng sinh độc tố aflatoxin mạnh nhất. Bên cạnh đó A. ochraceus, A. niger và P. viridicatum có khả năng sinh ocharatoxin và một số nấm Fusarium có khả năng sinh độc tố trichothecen và fumonisin. Việc sử dụng tràn lan các chất hóa học cho bảo quản nông sản bao gồm trái cây và hạt nông sản đã gây nên sự nguy hiểm đối với sức khỏe con người, vật nuôi và môi trường. Vì vậy, việc nghiên cứu các biện pháp sinh học đã và đang được khuyến khích phát triển để có thể thay thế dần các sản phẩm hóa học.
Nhiều công trình trên thế giới đã nghiên cứu về syringomycin E (SRE -là lipodepsipeptide có khả năng ức chế một số loài nấm mốc và nấm men gây bệnh trên nông sản) và rhamnolipids (RL) vừa là chất hoạt hóa bề mặt sinh học lại vừa có khả năng diệt nấm và vi khuẩn gây bệnh. Hỗn hợp SRE và RL này có hiệu quả diệt cao trên 95% trong việc phòng chống một số loại nấm bệnh và nấm sinh độc tố trên nông sản như: Aspergilus spp, Fusarium spp. Penicillium spp, trong đó điển hình là A. flavus, A. fumigates, A. niger, F. moniliforme, P. digitatum. Ngoài ra nó cũng có khả năng diệt một số chủng vi sinh vật gây bệnh như: B. cinerea, Greeneria uvicola, Rhizopus stolonifer, P.expansum… Tuy nhiên, ở Việt Nam việc nghiên cứu công nghệ sản xuất chế phẩm syringomycin E (SRE) và (rhamnolipids (RL), có hiệu quả cao và phổ diệt rộng với nhiều loại vi sinh vật gây bệnh, nhằm ứng dụng cho bảo quản cả trái cây và hạt nông sản vẫn là lĩnh vực mới mẻ, chưa có công trình nghiên cứu về vấn đề này mặc dù đây là sản phẩm sinh học hứa hẹn mang lại nhiều tiềm năng ứng dụng lớn trong ngành nông nghiệp Việt Nam. Vì thế, việc chủ động sản xuất chế phẩm SRE và RL trong nước là việc làm cần thiết.
Xuất phát từ những lý do nói trên, nhóm nghiên cứu do ThS. Nguyễn Ngọc Huyền, Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đứng đầu đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học Syringomycin E (SRE) và Rhamnolipid (RL) diệt nấm để bảo quản một số trái cây và hạt nông sản” với mục tiêu có được công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học syringomycin E (SRE) và rhamnolipid (RL) diệt nấm an toàn và đạt hiệu quả phòng trừ 95% một số loài nấm gây bệnh, nấm sinh độc tố để bảo quản nho và ngô.
Sau một thời gian triển khai nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã đạt được các kết quả như sau:
– Đã tuyển chọn được 02 chủng P. syringae PS120 và P. syringae PS52 cho khả năng tạo SRE cao đạt 36 u/ml và 34 u/ml, sản lượng SRE là 2,5 g/l và 2,4 g/l theo thứ tự. 01 thể đột biến P. syringae PS 120-15 có khả năng sinh SRE 48 u/ml, thể đột biến ổn định ở thế hệ cấy chuyền F3.
– Đã tuyển chọn được 02 chủng P. aeruginosa HW20 và P. fluorescens HS5 cho khả năng tạo RL cao đạt 8,0 và 8,4 g/l, theo thứ tự. 01 thể đột biến P. fluorescens HS5-M19 có khả năng sinh RL 13,2 g/l, thể đột biến ổn định ở thế hệ cấy chuyền F3.
– Đã phân tích tính chất của gen SyrB1 và SyrB2 liên quan đến quá trình sinh tổng hợp SRE. Xác định được một số đột biến trên gen SyrB1 gồm đột biến điểm và đột biến thêm đoạn nucleotide với chiều dài 186 nucleotide liên quan đến tăng sinh tổng hợp SRE ở chủng đột biến P. syringae PS120-15. Các đột biến nằm ở vùng AMP. Mức độ biểu hiện của gen SyrB1 ở chủng đột biến cao hơn 6 lần so với chủng dại.
– Đã nghiên cứu lựa chọn các chế độ công nghệ thích hợp để lên men SRE và RL qui mô phòng thí nghiệm và trên hệ thống lên men 100 lít
– Thông số tối ưu qui mô phòng thí nghiệm cho lên men sản xuất SRE: môi trường IMM-CT; pH 6,0; tỷ lệ giống cấp 6%; nhiệt độ nuôi cấy 28oC, lắc định kỳ 4 tiếng/ lần, tốc độ lắc 120 vòng/phút, thời gian lắc15 phút; sau 54 giờ hoạt tính SRE đạt 750 u/ml. Trên thiết bị 100 lít: lựa chọn chế độ khuấy định kỳ 5 tiếng/lần, tốc độ khuấy 120 vòng/phút, thời gian khuấy 15 phút, sau 42 giờ hoạt tính SRE đạt 735 u/ml.
– Thông số tối ưu qui mô phòng thí nghiệm cho lên men sản xuất RL: môi trường MSM7ct; pH 7,0, tỷ lệ giống cấp 8%, nhiệt độ nuôi cấy 30oC, lắc 200 vòng/phút, sau 60 giờ hàm lượng RL đạt 19,1 g/l. Trên thiết bị 100 lít lựa chọn tốc khuấy 250 vòng/phút, tốc độ thồi khí 1 lít/phút, sau 48 giờ hàm lượng RL đạt 22,4g/l.
– Đã hoàn thiện và đưa ra qui trình sản xuất chế phẩm SRE và RL quy mô xưởng thực nghiệm trên thiết bị lên men 1500 lít. Tạo sản phẩm SRE và RL bột bằng phương pháp sấy phun, sản phẩm SRE sau sấy có chỉ tiêu hoạt tính SRE đạt 196 u/mg, hiệu suất thu hồi đạt 67%. Sản phẩm RL có hàm lượng RL 68%, chỉ số nhũ hóa E24 85%, sức căng bề mặt 25 mN/m và nồng độ Micelle tới hạn 210 mg/ml.
– Đã sản xuất được 27,65 kg chế phẩm SRE và 80 kg chế phẩm RL. Chế phẩm SRE và RL đạt các chỉ tiêu an toàn thực phẩm. Kết quả phân tích độc tính cấp của chế phẩm SRE và RL cho thấy không xác định được liều gây chết 50% (LD50) trên động vật thí nghiệm. Giá thành ước tính cho 1 kg SRE là 15.780.000 đồng và 1 kg RL là 740.000 đồng.
– Đã nghiên cứu một số đặc tính của chế phẩm SRE: Nồng độ MIC của SRE với các nấm A. flavus, P. vitiscola, Fusarium sp., P. digitatum, P. expansum, B. cinerea, A. niger là 235 µg/ml, 252 µg/ml, 160 µg/ml, 134 µg/ml, 160 µg/ml, 67 µg/ml, 80 µg/ml, theo thứ tự. Chế phẩm có hiệu quả ức chế 98% – 100% với B. cinerea, A. niger ở nồng độ 0,0001%; ức chế 95 100% với Fusarium sp., P. digitatum, P. expansum ở nồng độ 0,0002%; ức chế 90 – 95% nấm A. flavus và P.vitiscola ở nồng độ 0,0003%. Chế phẩm SRE bền nhiệt, ổn định ở pH từ 4-7 và không bị ảnh hưởng bởi tia UV.
– Đã nghiên cứu một số đặc tính của chế phẩm RL: chế phẩm có khả năng nhũ hóa hydrocarbon như pentan, hexan, toluen, hexadecan, diesel, kerosen và một số loại dầu như dầu đậu nành, dầu dừa, dầu oliu với chỉ số nhũ hóa E24 dao động từ 22-89%. Giá trị CMC của chế phẩm RL là 200 mg/l. Chế phẩm RL bền nhiệt, ổn định ở pH từ 2 đến 12. Sức căng bề mặt dao động trong khoảng 27,0 đến 32,12 mN/m.
– Đã thử nghiệm và xây dựng qui trình sử dụng chế phẩm SYRA8 cho phòng chống nấm bệnh trên nho giai đoạn cận thu hoạch, qui mô 2000m2 tại Xã Nhơn Sơn, huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận. Chế phẩm có hiệu quả giảm tỷ lệ nấm bệnh, nứt quả, thối hỏng xuống còn 3,32 % với lô đối chứng là 13,50 %. Chế phẩm SYRA8 có tác dụng tăng khả năng sinh trưởng và phát triển của cây nho, làm tăng năng suất nho 10,12%, tăng thu nhập 1.976.250đ/sào (1000m2) so với lô đối chứng không sử dụng chế phẩm. Ước tính chi phí sử dụng chế phẩm SYRA8 cho phòng chống nấm bệnh ở qui mô 2000 m2 là 1.687.500 đồng.
– Đã thử nghiệm và xây dựng qui trình sử dụng chế phẩm SYRA8 cho bảo quản nho sau thu hoạch, qui mô 0,5 tấn tại Công ty TNHH Thái Thuận, tỉnh Ninh Thuận. Sử dụng chế phẩm SYRA8 kết hợp với bao gói PE-2 cho bảo quản nho ở nhiệt độ thường có thể tăng thời gian bảo quản gấp 2 lần so với không sử dụng chế phẩm, thời gian bảo quản ở điều kiện thường có thể kéo dài lên 6 ngày. Sử dụng chế phẩm SYRA8 kết hợp với bao gói PE-1 cho bảo quản nho ở 100C – 120C có thể tăng thời gian bảo quản nho trên 3tuần. Tỷ lệ thối hỏng và hao hụt khối lượng tự nhiên là 6,27%, hình thức và chất lượng quả vẫn đảm bảo. Tỷ lệ lãi trên tổng đầu tư sau 3 tuần bảo quản nho đạt khoảng 38%. Ước tính chi phí sử dụng chế phẩm SYRA8 cho bảo quản nho qui mô 0,5 tấn là 170.000 đồng.
– Đã thử nghiệm và xây dựng qui trình sử dụng chế phẩm SYRA-M2 cho bảo quản ngô sau thu hoạch tại Hợp tác xã Đan Phượng, qui mô 1 tấn. Chế phẩm SYRA-M2 có hiệu quả giảm mức nhiễm nấm mốc sau 6 tháng bảo quản xuống 2% so với lô đối chứng là 19%, không phát hiện aflatoxin, tỉ lệ hao hụt trọng lượng chỉ còn 4,5% so với lô đối chứng là 16,2%. Hình thức và chất lượng của ngô sau bảo quản đạt loại khá. Ước tính chi phí sử dụng chế phẩm SYRA-M2 cho bảo quản ngô qui mô 1 tấn là 448.000 đồng
– Đã xây dựng được tiêu chuẩn cơ sở: TCCL/SRE/2015 cho chế phẩm SRE và TCCL/RL/2015 cho chế phẩm RL theo quyết định số 100/QĐ/VCĐ- KH, ký ngày 21/03/2016
Từ các kết quả thu được, nhóm nghiên cứu kiến nghị cần Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện chủng giống nâng cao sản lượng SRE và RL. Cần hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất SRE và RL quy mô công nghiệp, đặc biệt là khâu thu hồi dung môi từ dịch sau ly tâm. Tiếp tục hoàn thiện chế phẩm, mở rộng áp dụng cho các đối tượng rau quả khác.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 12713/2016) tại Cục Thông tin KH&CNQG.
P.T.T. (NASATI)