Giải pháp hóa học xanh cho sản xuất nông nghiệp từ ANOLYTE trung tính A7

Trịnh Xuân Đức- Ths. Lê Anh Tuấn

Sâu đục khoét, ăn lá cây| Nguồn FAO.OGR

Áp lực dân số đòi hỏi nhu cầu lương thực, thực phẩm ngày càng tăng dẫn đến phải tăng cường các hoạt động sản xuất, hay kích thích thu hoạch các sản phẩm nông nghiệp.

Các biện pháp được người nông dân sử dụng đó là tăng cường các hóa chất, phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, các loại thuốc kích thích với liều lượng lớn, làm cho đất tại các khu vực này bị ô nhiễm trầm trọng, pH đất càng ngày càng thấp (đất chua), môi trường ngày càng ô nhiễm và các chất độc hoá học tác động xấu đến sức khoẻ con người.

Trên thực tế, ngoài các loại côn trùng, sâu bọ gây hại cho cây trồng, các vi sinh vật mà mắt thường chúng ta không nhìn thấy được cũng là những tác nhân làm cây trồng nhiễm bệnh. Chúng bao gồm virus, vi khuẩn hoặc thậm chí cả nấm.

Những bệnh này gây thiệt hại năng suất đáng kể cho nông nghiệp. Chính vì thế, cũng dễ hiểu khi các thuốc bảo vệ thực vật được đa phần những người nông dân coi là giải pháp nhanh chóng và tiết kiệm bất chấp sức khoẻ của con người và môi trường. Hệ quả là hàng loạt các trường hợp nhiễm độc hoá chất bảo vệ thực vật, thậm chí là tử vong do các chất hoá học này.

Nhằm giảm thiểu các tác hại cho sản xuất nông nghiệp Viện Khoa học Kỹ thuật Hạ tầng và Môi trường (SIIEE) đã nghiên cứu tạo ra dung dịch Anolyte trung tính A7 để hỗ trợ người dân trong quá trình sản xuất, đến bảo quản và hỗ trợ tiêu diệt sâu bệnh, vi rút, vi khuẩn.

ANOLYTE trung tính A7 là gì?

Anolyte trung tính A7 là dung dịch có chứa 0.02-0.05% HOCl và 99.98% nước điện phân chứa các gốc oxi hóa mạnh, tiêu diệt ngay lập tức các loại vi khuẩn, vi rút, nấm tảo, trong nguồn nước, bề mặt và không gian xung quanh.

HOCL là axit diệt khuẩn tự nhiên, có trong cơ thể người để chống nhiễm trùng. Nguyên liệu đầu vào của phương pháp sản xuất dung dịch anolyte trung tính đó là dung dịch muối ăn NaCl 5% và dòng điện, muối biển (muối ăn) là thành phần hoàn toàn tự nhiên không gây ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường và con người; không độc hại và được sử dụng trong ngành thực phẩm.

Quá trình điện phân dung dịch muối ăn tạo ra một lượng lớn dung dịch có tính kháng khuẩn cực kì mạnh. Chúng có khả năng tiêu diệt nhanh vi khuẩn, virus, bào tử, vảy và màng sinh học. Anolyte trung tính ổn định, tiết kiệm chi phí để sản xuất, “giải pháp xanh” so với công nghệ khử khuẩn truyền thống và có thể được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Thành phần chính của dung dịch Anolyte trung tính gồm acid HOCl, CLO-, HO•, HO2•, HO2, 1O2, O3, O•, CL•… Trong đó, ở trạng thái cân bằng, tức pH của dung dịch bằng 7, hàm lượng HOCl và ion ClO- đạt giá trị cao nhất. Lúc này trong dung dịch anolyte trung tính tồn tại đồng thời cả HOCl và ClO-. HOCl là acid có tính oxy hóa mạnh, được sản sinh trong hệ miễn dịch ở người.

Do có hỗn hợp chất oxy hóa và gốc tự do vì vậy dung dịch có tính kháng khuẩn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng dung dịch Anolyte trung tính có khả năng diệt khuẩn cao và làm giảm đáng kể các mầm bệnh như E.coli, Samolnella mà không cần sử dụng hóa chất độc hại, tốn kém. Ngoài ra, nó cung cấp các lợi ích bổ sung của việc có thể loại bỏ màng sinh học và cặn bẩn từ thiết bị sản xuất; từ đó giảm thiểu đáng kể nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường.

Nhờ vào khả năng tiêu diệt vi khuẩn một cách hiệu quả, Anolyte trung tính đã thay thế các dung dịch khử khuẩn khác. Các hóa chất độc hại có thể tạo ra mầm bệnh trở nên kháng thuốc theo thời gian vì tế bào có thể đào thải hoặc trung hòa hóa chất trước khi tiêu diệt chúng, do đó hiệu quả tổng thể của hóa chất diệt khuẩn giảm đi đáng kể.

Nhiều ứng dụng đã được xác định trong các địa điểm nông nghiệp, công nghiệp, bán lẻ, các ngành sản xuất… Anolyte trung tính được áp dụng an toàn cho ngành công nghệ thực phẩm được sử dụng bằng nhiều phương pháp khác nhau bao gồm phun sương, sử dụng trực tiếp hoặc định lượng. Đáp ứng được các tiêu chí đặt ra cho một sản phẩm xanh, Anolyte trung tính mang lại những lợi ích cụ thể và hiệu quả cho nền công nghiệp sản xuất.

Hiệu quả về chi phí do thực tế là cần phải vận chuyển nhiều hóa chất số lượng lớn hơn cho cùng một lượng tương đương clo được tạo ra bởi một lần phân phối muối, một thực tế thậm chí còn trở nên quan trọng hơn khi chi phí nhiên liệu tăng. Giảm chi phí mua, vận chuyển, lưu trữ, pha chế và sử dụng hóa chất truyền thống.

 Các tác nhân gây bệnh, làm giảm năng suất cây trồng

Trong nông nghiệp có hàng trăm loài côn trùng, sâu, bọ. Trong số đó chỉ có khoảng 0.1% loài là thực sự có lợi cho cây trồng, phần còn lại đều là các loại côn trùng phá hoại cây trồng, nông sản. Những loài côn trùng, sâu, bọ tuy nhỏ bé nhưng số lượng lại đông, nên chúng một khi phá hoại thì rất có hại cho chất lượng và năng suất cây trồng. Trên thực tế, một con sâu cắn lá có thể nhai hoặc gặm nhấm một cây rau có kích thước lớn chỉ trong vòng một đêm.

Vi khuẩn Pantoea stewartii gây ra bệnh xơ đen trên mít. Ngoài ra nó cũng gây ra bệnh héo vi khuẩn và bệnh bạc lá trên bắp| Nguồn nchuyvn

Trên thực tế, thực vật cũng dễ dàng bị nhiễm các bệnh do vi sinh vật gây ra. Trong đó các loại nấm gây hại là chủ yếu nhưng những bệnh do vi khuẩn và virus gây ra thì rất khó phòng trừ.
Vi khuẩn gây bệnh cho cây trồng là các vi sinh vật đơn bào kích thước nhỏ bé, có nhiều hình dạng khác nhau, không thể nhìn thấy bằng mắt thường, một số chủng vi khuẩn thậm chí còn có khả năng di chuyển, có thể nhân nuôi trong môi trường nhân tạo,…

Đa số vi khuẩn phát triển trong trong điều kiện ẩm độ cao, nhiệt độ từ 20-30°C. Vi khuẩn lây lan qua nước, gió và qua vết thương do côn trùng cắn trên cây… Bệnh do vi khuẩn gây ra thì dễ phòng ngừa nhưng lại khó chữa trị do mật độ của vi khuẩn rất cao. Dễ phát sinh trở lại khi điều kiện độ ẩm cao, mùa mưa…

Bệnh chổi rồng trên cây nhãn do vi khuẩn nhóm Gamma Proteopacteria| Nguồn NNVN

Các virus gây bệnh thực vật được cấu tạo từ axit nucleic, thường là ARN; tuy nhiên, một số cấu tạo từ ADN. Hầu hết virus có vỏ protein, không thể phân lập và nuôi cấy virus thực vật trên môi trường thạch, bởi vì chúng chỉ có thể tái tạo trong tế bào ký chủ còn sống.

Khi virus xâm nhập vào được tế bào của cây, nó sẽ làm cho những tế bào đang khỏe mạnh của cây thành những tế bào dị dạng hoặc thành tế bào có cấu trúc khác lạ, làm cho cây bị biến dạng, ví dụ như: Bệnh Khảm do Mosaic virus gây ra trên các loại cây trồng như: cà chua, ớt, khoai mì, thuốc lá… làm lá cây bị xoắn lại, lốm đốm, cây còi cọc, trái nhỏ và dị dạng, không có năng suất.

Bệnh phấn trắng trên cây chanh dây do virus Passion Fruit Woodiness gây ra. Virus gây hại và làm cho quả chanh dây có màu trắng, quả khô cứng lại, lá vàng, quắn quéo| Nguồn chuyengianongnghiep

Nấm gây bệnh cho cây trồng là những sinh vật dị dưỡng (có nghĩa là chúng cần nguồn dinh dưỡng bên ngoài để sinh trưởng và phát triển), không có diệp lục tố, sắc tố, sống ký sinh ở các bộ phận và gây bệnh cho cây, không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Nấm ký sinh là đối tượng gây bệnh hại chính trên cây trồng.

Nấm có rất nhiều cách gây hại cho cây trồng như tấn công vào vết thương trên cây hoặc xâm nhập thẳng qua mô tế bào non, mềm ở rìa lá, gân lá, rễ, thân, chồi non… Nấm rất nguy hiểm vì nó chủ động tấn công vào các mô thực vật để xâm nhập vào cây trồng chứ không thụ động, xâm nhập qua vết thương như vi khuẩn và vi rút…

Nấm gây hại luôn tồn tại dưới dạng bào tử ở môi trường xung quanh cây, thậm chí là ở trên cây. Khi gặp điều kiện thích hợp, theo gió, nước hoặc côn trùng…, bào tử nấm sẽ xâm nhập và phát triển trên cây.

Bào tử nấm ký sinh sẽ mọc ra vòi bám. Vòi của nấm đi đến đâu sẽ tiết ra men phân hủy tầng cutin đến đó, vòi hút đục thủng màng tế bào và hút chất dinh dưỡng cây trồng, tạo thành các vết lở loét, thối các bộ phận trên cây, cây còi cọc và chết dần.

Bào tử lớn và phát triển thành sợi nấm, sau khi kết thúc thời kỳ sinh trưởng, sợi nấm sẽ sinh ra các cơ quan sinh sản, phát triển qua lỗ khí không thành từng cụm sinh ra bào tử, phát tán gây hại ở điểm khác.

Bệnh thán thư trên sầu riêng do nấm Colletotrichum gloeosporioidess gây ra| Nguồn internet

Tác hại của hóa chất bảo vệ thực vật

Dưới sự đe doạ từ các tác nhân trong tự nhiên với cây trồng, thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) được đa phần những người nông dân coi là giải pháp hữu hiệu mà không lường trước được sự nguy hại của nó.

Thuốc bảo vệ thực vật là tên gọi chung để chỉ các sản phẩm hóa chất được dùng trong nông nghiệp, lâm nghiệp. Chúng có tác dụng ngăn ngừa, phòng trừ và tiêu diệt các đối tượng gây hại cho cây trồng, cho nông lâm sản; hay để điều hòa, kích thích sinh trưởng cho cây trồng từ đồng ruộng cho đến kho bảo quản.

Tuy sử dụng thuốc BVTV có hiệu quả tức thời, nhanh chóng và mang lại những lợi ích đáng kể, thế nhưng nó lại chính là nguyên nhân gây ra những hệ quả nghiêm trọng trên nhiều mặt. Một phần do chính bản chất độc hại của thuốc BVTV. Mặt khác, là do người sử dụng không ý thức được tầm nguy hiểm của nó. Nên bắt đầu lạm dụng, sử dụng thuốc BVTV một cách vô tội vạ, không kiểm soát và dùng sai cách.

Đối với môi trường, thuốc BVTV có thể diệt cả những côn trùng và động vật hữu ích cho con người, có thể làm biến đổi thế cân bằng tự nhiên của hệ sinh thái gây ô nhiễm đất, nước, không khí.

Ví dụ như những loại thiên địch như ong kí sinh hay côn trùng bắt mồi, thường nhạy cảm với thuốc hơn những loài gây hại. Sau khi dùng thuốc, số lượng côn trùng và sâu gây hại chết rất nhiều, làm các loài thiên địch bị thiếu thức ăn và chết dần, phần khác thì lại bị ngộ độc từ con mồi đã bị trúng thuốc.

Trái xoài bị bệnh thán thư cũng do nấm Colletotrichum gloeosporioides gây ra.| Nguồn internet

Mặt khác, các thuốc trừ sâu tồn dư lâu, không bị phân hủy ở trong đất và trong nước có thể làm cho động vật, cây trồng sống ở đó bị nhiễm thuốc lâu dài, con người ăn các sản phẩm trồng trọt và chăn nuôi bị nhiễm thuốc trừ sâu hằng ngày một cách gián tiếp, lâu ngày sẽ có hại cho sức khỏe. Đặc biệt là nhóm Clo có trong nó cực kỳ khó phân hủy trong nhiều năm. Điều này dẫn đến việc lượng tồn dư khi ở lại trong đất quá lâu sẽ sinh ra một hợp chất mới.

Thường sẽ có độc tính cao hơn cả bản thân nó ban đầu. Ví dụ: Sản phẩm tồn lưu của DDT (Diclodiphenyltricloetan) trong đất là DDE có tác dụng như thuốc trừ sâu. Tác hại đối với sự phát triển của phôi bào trứng chim độc hơn DDT từ 2-3 lần.

Hay loại thuốc Aldrin tương tự như DDT, có khả năng tồn lưu trong môi trường sinh thái đất. Tạo thành sản phẩm “Dieldrin” mà độc tính của nó cao hơn Aldrin nhiều lần. Thuốc diệt cỏ 2.4-D tồn lưu trong môi trường sinh thái đất cũng có khả năng tích lũy trong quả hạt cây trồng.

Đối với con người, khi được sử dụng không đúng cách, thuốc BVTV sẽ gây nhiễm độc cấp tính: Bỏng mắt cấp tính, hủy hoại da, ảnh hưởng thần kinh, gan. Khi bị nhiễm độc mãn tính sẽ ảnh hưởng đến tủy xương (thiếu máu bất sản và loạn tạo máu); ảnh hưởng đến sinh sản (vô sinh ở nam, sảy thai, thai dị dạng…); gây độc thần kinh; ảnh hưởng đến cơ chế miễn dịch…

Các thuốc trừ sâu dẫn xuất từ EDBC (Acid Ethylene Bis Dithiocarbamate) như Maned, Propionate không có tính độc cao đối với động vật máu nóng. Không tồn tại lâu trong môi trường. Nhưng lượng dư của chúng trên nông sản như khoai tây, cà rốt,… dưới tác dụng của nhiệt độ có thể tạo thành ETV (Ethylenethiourea). Mà ETV, qua nghiên cứu cho chuột ăn gây ung thư và đẻ ra chuột quái thai.

Dư lượng thuốc BVTV còn là nguyên nhân chính của các vụ ngộ độc cấp tính và mãn tính cho người tiếp xúc, người sử dụng. Đó là nguy cơ tiềm ẩn của một số bệnh ung thư do nhiễm hóa chất BVTV. Theo điều tra của Cục Y tế dự phòng và môi trường Việt Nam, hằng năm có trên 5000 trường hợp nhiễm độc hóa chất bảo vệ thực vật phải cấp cứu tại bệnh viện và có trên 300 trường hợp tử vong.

Ứng dụng ANOLYTE trung tính A7 trong nông nghiệp

Những tác hại khôn lường của hoá chất BVTV đến môi trường và con người thôi thúc các nhà khoa học không ngừng tìm tòi và nghiên cứu ra giải pháp thay thế hiệu quả và an toàn hơn. Qua nhiều nghiên cứu và thử nghiệm, Anolyte trung tính A7 ra đời đã được chứng minh là một sản phẩm có khả năng diệt khuẩn khử trùng cao trong nông nghiệp đồng thời hoàn toàn không gây hại cho con người và môi trường.

Ngăn ngừa và diệt trừ các vi sinh vật gây hại cây trồng: Anolyte trung tính A7 bao gồm các chất oxi hóa HOCl và OCl có khả năng diệt khuẩn. Khi Anolyte trung tính tiếp xúc với vi sinh vật; các ion tự do của nó tấn công và làm biến tính các protein của chúng nằm trong màng tế bào. Do sự khác biệt về độ thẩm thấu (nồng độ của các ion trong dung dịch so với trong tế bào chất), anolyte trung tính làm vỡ màng tế bào, dẫn đến phá huỷ tế bào.

Ngay cả khi cái chết tức thì không xảy ra, tất cả các chức năng của enzyme trong màng đều bị ảnh hưởng và điều này cũng làm mất khả năng sống của tế bào. Người ta đã thí nghiệm phun Anolyte trung tính lên cây dâu tây bị nhiễm nấm Colletotrichum fructicola gây bệnh thán thư. Kết quả thu được cho thấy việc tưới anolyte trung tính hỗ trợ tăng cường kiểm soát bệnh thán thư trên dâu tây một cách đáng kể.

Mặt khác, tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, thử nghiệm phun anolyte lên cây dâu giúp chúng không bị nhiễm các bệnh bạc thau, bệnh rệp, bệnh xoăn lá so với mẫu chỉ tưới nước thường.

Chăm sóc hạt giống: Trước đây một số phương pháp kích thích hạt giống nảy mầm bằng các phương pháp vật lý (nhiệt độ, siêu âm, điện trường, từ trường), hoá học (khử trùng, khử nấm, các chế phẩm vi lượng) đã được đề xuất, nhưng do tính hiệu quả và kinh tế không cao nên không được phổ biến rộng rãi.

Ngoài ra các chế phẩm này thường có ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất trong cây trồng: ức chế quá trình tổng hợp chlorophyl, ức chế quá trình hô hấp của cây. Nhiều nghiên kết quả nghiên cứu đã cho thấy Anolyte trung tính có khả năng vượt trội trong việc tiêu diệt vi khuẩn, virus, nấm mốc, mầm bệnh có trong hạt giống, tăng khả năng nảy mầm và cho cây khỏe.

Các nhà khoa học thuộc Viện Nông nghiệp Xanh-Petécbua đã sử dụng dung dịch Anolyte để xử lý hạt lúa mì trước khi gieo. Hạt giống được ngâm 2 giờ trong dung dịch anolyte đã làm tăng năng lượng nảy mầm lên 45% và tỉ lệ nảy mầm tăng 16%, kích thước rễ và thân sau 5 ngày nảy mầm tăng từ 12-22%. Xử lý hạt lúa trước khi gieo bằng anolyte trung tính cho phép tăng thu hoạch trung bình ít nhất 30%.

Bảo quản nông sản: Sau khi thu hoạch, nông sản cần được bảo quản đúng cách để giữ được độ tươi ngon cho đến tay người tiêu dùng. Bởi các vi khuẩn dễ bám vào trong quá trình vận chuyển, tiếp xúc, nên rau củ quả thường dễ bị thối rữa, không để được lâu. Nhờ tính sát khuẩn, khử trùng cao nên anolyte trung tính A7 có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn này, làm giảm nguy cơ thối rữa, tăng thời gian bảo quản.

So sánh tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cho thấy các trái cam, nho sau khi được xử lý anolyte cho tỉ lệ số quả được bảo quản cao hơn hẳn số cam, nho không được xử lý anolyte. Ngoài ra, chỉ số độ Brix (độ đường) của những trái được xử lý anolyte cũng cao hơn hẳn những trái không được xử lý.

Loại bỏ dư lượng thuốc trừ sâu: dựa trên quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ (RH hay PhX), kim loại và chất vô cơ, anolyte có tác dụng rõ ràng trong việc loại bỏ dư lượng thuốc trừ sâu trên thực phẩm mà không làm giảm chất lượng của chúng. Thử nghiệm trên bắp cải Trung Quốc có chứa các thuốc trừ sâu chlorpyrifos, prothiofos và deltamethrin, sau khi được ngâm rửa với anolyte trung tính cho thấy hàm lượng các hoá chất này đã giảm 63,79-78,30%.

Anolyte trung tính đem lại một giải pháp thân thiện với con người và môi trường, thay thế cho các hoá chất bảo vệ thực vật độc hại trong nông nghiệp. Với các hoá chất độc hại thông thường, vi sinh vật có thể biến đổi và tạo ra các chủng mầm bệnh trở nên kháng thuốc theo thời gian, bởi tế bào có thể đào thải hoặc trung hòa hóa chất trước khi có thể tiêu diệt nó, do đó làm giảm đáng kể hiệu quả khử trùng.

Nhưng với Anolyte trung tính A7, chúng không thể xây dựng khả năng chống lại anolyte trung tính như đối với các chất khử trùng khác, từ đó giúp tiêu diệt vi sinh vật một cách hiệu quả hơn.

Mặt khác, không giống như các chất cực kỳ độc hại, chẳng hạn như chloramines, formaldehyde hoặc iốt, các thành phần hoạt tính của Anolyte trung tính A7 không độc hại, không gây kích ứng, vô hại về mặt sinh học và an toàn với hệ sinh thái. Do có độ pH trung tính, anolyte trung tính hoàn toàn không gây ăn mòn thiết bị hoặc kích ứng dụng

Từ kết quả nghiên cứu và phân tích như trên, dung dịch Anolyte trung tính A7 là giải pháp công nghệ “Xanh” hoàn toàn tự nhiên, không độc hại, không gây kích ứng, ô nhiễm môi trường sinh thái và là dung dịch khử trùng an toàn được tạo ra từ các nguyên liệu tự nhiên gồm muối và nước, giúp tiết kiệm chi phí sản xuất, chi phí tiêu thụ và sử dụng sản phẩm, tránh được tình trạng sử dụng các hóa chất độc hại hiện nay.

Anolyte trung tính đang cách mạng hóa việc khử trùng khử khuẩn trong ngành công nghiệp thực phẩm tại Mỹ. Sản phẩm này không chỉ cung cấp một giải pháp Xanh giúp bảo vệ nguồn lương thực quốc gia của Mỹ mà còn đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng đối với ngành công nghiệp này để nhanh chóng triển khai các sản phẩm an toàn và tự nhiên hơn.