Thứ sáu, 30/09/2022 | 19:49

Thứ sáu, 30/09/2022 | 19:49

Bài báo khoa học

Cập nhật 10:08 ngày 21/09/2022

Xây dựng quy trình sản xuất dịch chiết lá neem Ninh Thuận bằng phương pháp cô đặc chân không và ứng dụng trong phòng ngừa sâu bệnh

TÓM TẮT:
Dịch ép lá neem Ninh Thuận được chiết xuất và cô đặc với sự hỗ trợ của thiết bị chân không. Ảnh hưởng của các yếu tố như áp suất, tốc độ khuấy, nhiệt độ và thời gian đến quá trình cô đặc dịch ép lá neem; tỷ lệ và chu kỳ phun dịch cô đặc lá neem trên rau cải ngọt, rau dền và rau mồng tơi được lựa chọn để khảo sát. Dịch cô đặc lá neem thu được có màu xanh sẫm, mùi hắc đặc trưng của lá neem. Kết quả của quá trình nghiên cứu cho thấy khi thực hiện cô đặc dịch ép lá neem, sẽ thu được dịch lá neem có nồng độ cao, giúp tăng hiệu quả phòng trừ sâu bệnh đối với các loại rau được khảo sát tương đối cao.
Từ khóa: lá neem, chiết xuất chân không, cô đặc chân không, phòng trừ sâu bệnh.
1. Đặt vấn đề
Cây neem hay còn gọi là cây xoan Ấn Độ, tên khoa học Azadirachta indica A. Juss, thuộc họ Xoan (Meliacaea), xuất xứ từ Ấn Độ, được trồng đại trà thành rừng ở khắp nước này và là một nguồn lợi rất lớn của Ấn Độ. Từ năm 1993, ông Lâm Công Định đã mang hạt giống cây neem Ấn Độ từ Senegal về và gieo trồng thành công ở tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận. Đến nay, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Ninh Thuận đã phát triển trồng trên 2.000 ha cây neem thành rừng cao 8 ÷ 10 m (Nguyễn Thị Ý Nhi, 2006; Lâm Ngọc Thanh Vân, 2006).
Việc sử dụng lá neem trong nông nghiệp đã và đang được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ở Ấn Độ, hệ thống canh tác truyền thông sử dụng chiết xuất lá neem để quản lý dịch hại và cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng (Mossini và Kemmelmeier, 2005; Sujarwo và cộng sự, 2016). Nhiều nghiên cứu khoa học chỉ ra rằng lá neem an toàn cho người sử dụng, không có rủi ro và có thể sử dụng trong toàn bộ chu trình sản xuất cây trồng (Boeke và cộng sự, 2004).
Chiết xuất lá neem đã được thừa nhận là sản phẩm thương mại rộng rãi, nhờ các đặc tính và lợi ích của nó. So với các hóa chất thông thường, thường tồn tại lâu trong môi trường và có độc tính cao, thuốc trừ sâu thực vật có khả năng phân hủy sinh học và không để lại dư lượng có hại. Hầu hết, các loại thuốc trừ sâu thực vật không gây độc tế bào và cũng có tính chọn lọc nhiều hơn đối với sâu bệnh. Về mặt ứng dụng thương mại, thuốc trừ sâu sinh học có thể mang lại lợi thế kinh tế đáng kể, vì cơ sở hạ tầng cần thiết là không đắt hơn so với thuốc trừ sâu thông thường (Pant và cộng sự, 2016).
Nhược điểm của dịch chiết lá neem là tính ổn định thấp trong điều kiện đồng ruộng, chủ yếu là do tốc độ phân hủy cao, cũng như thời gian lưu ngắn và tốc độ tiêu diệt sâu bọ chậm, so với thuốc trừ sâu thông thường (Isman, 2006; de Oliveira và cộng sự, 2014; Miresmailli và Isman, 2014). Các phương pháp chiết xuất lá neem khác nhau như chiết thô (ép), chiết ngâm, chiết lạnh, chiết soxhlet, chiết có sự hỗ trợ của vi sóng (Hoàng Thùy Dương, 2020),… có thể dẫn đến sự khác biệt đáng kể thành phần các hợp chất có hoạt tính sinh học có trong dịch chiết. Kết quả là, không có hoạt chất tiêu chuẩn trong thành phần của loại thuốc trừ sâu thực vật này, điều này hạn chế ứng dụng của nó trong việc kiểm soát sâu hại nông nghiệp (Ghosh và cộng sự, 2012; Tangtrakulwanich và Reddy, 2014; Siegwart và cộng sự, 2015).
Để khắc phục những hạn chế nêu trên, công nghệ chiết xuất và cô đặc dịch chiết lá neem với hệ thống thiết bị chân không được lựa chọn. Bằng công nghệ chân không giúp làm tăng hiệu suất và giảm thời gian trích ly dịch ép từ lá neem so với các phương pháp trích ly thông thường. Đồng thời, dưới áp suất chân không, nhiệt độ sôi của dịch chiết sẽ giảm (60 ÷ 80°C) giúp hạn chế quá trình biến tính các hoạt chất quý có trong dịch chiết từ lá neem như azadirachtin, meliantriol, salannin, nimbin và nimbidin,… đồng thời kéo dài thời gian bảo quản thành phẩm sau cô đặc.
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ chân không trong chiết xuất và cô đặc dịch ép lá neem để ứng dụng trong phòng trừ sâu bệnh trên các loại rau cải ngọt, rau mồng tơi và rau dền. Đồng thời, khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc chân không dịch ép lá neem và khả năng phòng trừ sâu bệnh trên hoa màu. Kết quả thu được sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo.  
2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Nguyên vật liệu
Nguyên liệu chính: lá neem tươi (Hình 1) được thu hái trực tiếp tại vườn trồng ở xã Phước Thái, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận vào khoảng tháng 4 - 9/2021. Nguyên liệu được lựa chọn là lá thứ 8 ÷ 12 tính từ đỉnh cành, có chất lượng đồng đều, màu xanh đậm, không bị vàng úa và dập nát. Lá neem hái về được rửa sạch, để ráo nước, gói bằng giấy báo và bảo quản trong kho mát ở nhiệt độ 10 ÷ 12°C trước khi ép.
Hình 1: Lá neem Ninh Thuận
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
Hóa chất: natri benzoate và kali sorbate (Trung Quốc).
Dụng cụ: lưới lọc (inox 304, kích thước lỗ 0,5 mm), chai thủy tinh có nắp đậy 1 lít (Trung Quốc) và các dụng cụ khác trong phòng thí nghiệm.
Thiết bị: máy ép trục vít (Hình 2) và máy cô đặc đặc chân không Model 50 lít (Hình 3) (Công ty TNHH Thiết bị Thực phẩm Pháp Việt).
       Hình 2: Máy ép trục vít                                      Hình 3: Máy cô đặc chân không Model 50 lít
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Chiết xuất và cô đặc dịch ép lá neem
Lá neem tươi (m1 = 50 Kg) được ép từ từ bằng máy ép trục vít ở nhiệt độ £ 35°C, tốc độ quay của trục vít khoảng 60 ÷ 80 vòng/phút. Quá trình ép lá được lặp lại 3 ÷ 5 lần để lá nhuyễn và khô hẳn không còn tiết dịch được nữa thì dừng lại (Hình 4). Dịch ép tổng thu hồi được lọc qua lưới lọc để loại bỏ bã ép mịn còn sót lại. Sau đó, để yên dịch lọc khoảng 2 giờ, tiến hành chiết lấy phần dịch ở phía trên trước khi cho vào hệ thống máy cô đặc chân không.
Hình 4: Ép lá neem
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
Dịch lá neem sau lọc kỹ được cô đặc ở nhiệt độ khảo sát (45 ÷ 75°C) và thời gian cô đặc khảo sát (1 ÷ 3 giờ). Các thí nghiệm được thực hiện ở áp suất 700 mmHg (0,92 atm) với tốc độ khuấy là 28 vòng/phút. Quan sát sự thay đổi màu sắc, pH ở 25°C và độ nhớt của dịch lá neem sau cô đặc, để chọn ra nhiệt độ và thời gian thích hợp nhất.
Dịch cô đặc lá neem được bảo quản trong lọ thủy tinh tối màu với chất bảo quản (tỷ lệ 1 gam/lít). Theo dõi sự thay đổi màu sắc, pH ở 25°C và độ nhớt của dịch cô đặc lá neem ở các khoảng nhiệt độ khác nhau như 10 ÷ 20°C, 20 ÷ 30°C và 30 ÷ 40°C.
2.2.2. Ứng dụng dịch cô đặc lá neem trong phòng trừ sâu bệnh
Dịch cô đặc lá neem được hòa với nước theo tỷ lệ khảo sát (1/1 ÷ 1/10 w/v), khuấy đều để hỗn hợp đồng nhất với thể tích 5 lít. Có thể phối trộn thêm dung dịch phụ gia với tỷ lệ 1/40 (v/v) để tăng hiệu quả phòng trừ sâu bệnh. Mỗi bình dung dịch thuốc trừ sâu sinh học được chuẩn bị (5 lít) để phun vào cùng một thời điểm trong các ngày (6 ÷ 7 giờ sáng) cho 1 luống rau với diện tích 1 x 3 m2 (Hình 5), phun phòng trừ 1 lần cho rau ở giai đoạn rau còn non khoảng 2 ÷ 3 tuần tuổi.
Dung dịch phụ gia được chuẩn bị bao gồm các nguyên liệu như ớt, tỏi, gừng được giã nhỏ và ngâm với rượu 75°C theo tỷ lệ 1:1 (w/v) với thời gian 15 ngày để thu được dung dịch ngâm chứa các chất gây cay hỗ trợ cho việc tiêu diệt sâu bệnh.
Các loại rau được lựa chọn khảo sát bao gồm rau cải ngọt, rau dền và rau mồng tơi. Thời gian thu hoạch ngắn ngày từ 20 ÷ 45 ngày, có thể trồng quanh năm, thích hợp với khí hậu nơi thực nghiệm (huyện Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh).
2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng dịch cô đặc lá neem
Các phương pháp đánh giá chất lượng dịch cô đặc lá neem được thể hiện ở Bảng 1.
Bảng 1. Các phương pháp đánh giá chất lượng dịch cô đặc lá neem
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
2.4. Phương pháp xác định hiệu lực trừ sâu bệnh của dịch cô đặc lá neem
Thí nghiệm được thực hiện trên 3 loại như rau cải ngọt, rau mồng tơi và rau dền, với diện tích mỗi ô là 0,5 m2 (Hình 6), bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên, không lặp lại với 10 công thức xử lý thuốc và 1 công thức đối chứng không xử lý thuốc.
Hình 6: Khảo sát tỷ lệ dịch phun trên luống rau
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
Phun dung dịch thuốc trực tiếp lên bề mặt rau từ 15 ÷ 20 ngày tuổi tùy loại rau với lượng nước và dịch cô đặc lá neem. Liều lượng sử dụng 0,5 Lít dịch phun/ô. Tỷ lệ lá bị hại do sâu bệnh được ghi nhận 1 ngày, 3 ngày và 7 ngày sau khi xử lý thuốc. So sánh với công thức đối chứng không phun.
Phương pháp xác định hiệu lực trừ sâu bệnh của dịch cô đặc lá neem được tính theo công thức Henderson-Tilton (1955):
Trong đó:        
Ta: Số sâu sống ở công thức thí nghiệm sau phun
Tb: Số sâu sống ở công thức thí nghiệm trước phun
Ca: Số sâu sống ở công thức đối chứng sau phun
Cb: Số sâu sống ở công thức đối chứng trước phun.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Kết quả chiết xuất và cô đặc dịch ép lá neem Ninh Thuận
Với khối lượng khoảng 50 kg lá neem tươi sau khi ép thu được 32,3 lít dịch ép và 5,1 lít dịch cô đặc lá neem. Dịch ép lá neem được cô đặc bằng thiết bị cô đặc chân không trong khoảng thời gian 150 phút, ở nhiệt độ 65°C, với áp suất 700 mmHg được thực hiện theo quy trình ở sơ đồ 2.1 có đặc điểm thể hiện ở Bảng 2.
Bảng 2. Đặc điểm của dịch ép và dịch cô đặc lá neem
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
Dịch cô đặc lá neem có pH dao động 6 ÷ 7 ở 25°C trong khoảng thời gian 2 tháng. Từ tháng thứ 3 trở đi, pH của dịch cô đặc giảm xuống dao động 4 ÷ 5 ở 25°C, bề mặt dịch chiết có sự đóng váng do bị oxy hóa và màu sắc của dịch nhạt hơn so với lúc ban đầu.
3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phòng trừ sâu bệnh trên hoa màu
3.2.1. Kết quả khảo sát yếu tố tỷ lệ dịch cô đặc lá neem
Kết quả khảo sát tỷ lệ dịch phun được thể hiện ở Hình 7 và Bảng 3 cho thấy: vào 1 NSP tỷ lệ hoa màu bị gây hại do sâu bệnh ở các tỷ lệ dung dịch khác biệt nhau không có ý nghĩa thống kế và dao động từ 8,3 ÷ 12%. Vào 7 NSP, tỷ lệ hại do sâu bệnh gây ra ở các công thức có tăng nhẹ so với thời điểm 1 NSP. Sau 14 NSP, tỷ lệ rau bị hại ở 3 mức 1 ÷ 6, 1 ÷ 7 và 1 ÷ 8 là thấp nhất. Tỷ lệ rau bị hại ở mẫu đối chứng là cao nhất. Do đó, lựa chọn tỷ lệ dịch cô đặc lá neem: nước ở 1:8 là phù hợp nhất.
Bảng 3. Kết quả khảo sát tỷ lệ dịch phun trên rau mồng tơi
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
Hình 7: Mẫu rau mồng ở các điều kiện phun và không phun
3.2.2. Kết quả khảo sát yếu tố chu kỳ phun
Kết quả khảo sát chu kỳ phun ở 4 loại rau cải xanh, cải ngọt, cải bèo và rau dền được thể hiện qua Hình 8 và Biểu đồ 1 cho thấy hiệu lực phòng trừ sâu bệnh ở chu kỳ phun 3 ngày và 5 ngày là cao nhất và không khác biệt nhiều. Đối với cải xanh, cải ngọt, cải bèo (xà lách) và rau dền, hiệu quả phòng trừ sâu bệnh ở chu kỳ phun 3 ngày là cao nhất.
Biểu đồ 1: Kết quả hiệu lực phòng trừ sâu bệnh trên một số loại hoa màu
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
Hình 8: Rau xà lách trước và sau khi phun theo chu kỳ
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
3.2.3. Kết quả khảo sát yếu tố khi có hỗ trợ của phụ gia
Kết quả khảo sát hiệu quả phòng trừ sâu bệnh của dịch cô đặc lá neem và dịch cô đặc lá neem có bổ sung phụ gia cho thấy hiệu lực của dịch cô đặc lá neem có bổ sung phụ gia cao nhất sau 5 ngày phun và giảm dần sau 7 đến 10 ngày phun. 
Bảng 4. Kết quả khảo sát hiệu lực phòng trừ sâu bệnh của dịch cô đặc lá neem có hỗ trợ của phụ gia
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
3.3. Kết quả chất lượng hoa màu trong phòng trừ sâu bệnh bằng dịch cô đặc lá neem Ninh Thuận
Sau khi kết thúc chu kỳ phun, bước vào giai đoạn thu hoạch, kiểm tra và nhận xét cảm quan cho thấy các loại hoa màu có một số đặc điểm được thể hiện ở Bảng 5.
Bảng 5. Đặc điểm của hoa màu thu hoạch khi sử dụng dịch cô đặc lá neem Ninh Thuận trong phòng trừ sâu bệnh
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
 4. Kết luận
Nghiên cứu bước đầu đã xây dựng thành công quy trình sản xuất dịch chiết lá neem Ninh Thuận bằng phương pháp cô đặc chân không, với dịch cô đặc thu được có màu xanh sẫm và mùi hắc đặc trưng, được bảo quản tốt nhất trong thời gian khoảng 2 tháng, ở nhiệt độ phòng. Kết quả nghiên cứu ban đầu đã chứng tỏ vai trò của dịch cô đặc lá neem trong phòng trừ sâu bệnh. Trên cơ sở nghiên cứu, có thể áp dụng dịch cô đặc lá neem trên các loại cây trồng khác hoặc bảo vệ các kho lương thực để hạn chế tình trạng mối mọt.
Lời cảm ơn: Nhóm tác giả trân trọng cảm ơn Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh và Công ty TNHH Công nghệ Thiết bị Thực phẩm Pháp Việt đã hỗ trợ kinh phí và tạo điều kiện về cơ sở vật chất giúp chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Nguyễn Thị Ý Nhi, Trần Lê Quan, Trần Kim Qui (2006). Điều chế thuốc Limo 300 BR với hoạt chất trích ly từ lá neem Ninh Thuận - Khảo sát sự tác dụng diệt mối mọt ngũ cốc bảo vệ kho lương thực, thực phẩm. Tuyển tập các công trình Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hóa hữu cơ toàn quốc lần thứ IV, Hà Nội, tr. 846-851.
2. Lâm Ngọc Thanh Vân, Lê Thị Thanh Phượng (2006). Bước đầu nghiên cứu các chế độ bảo quản chế phẩm Neem (Azadirachta indica A.juss) dạng viên nén để phòng trừ côn trùng hại kho. Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.
3. Mossini, S. A. G., and Kemmelmeier, C. (2005). A árvore Nim (Azadirachta indica A. Juss): múltiplos usos. Acta Farmaceutica Bonaerense, 24, 139-148.
4. Sujarwo, W., Keim, A. P., Caneva, G., Toniolo, C., and Nicoletti, M. (2016). Ethnobotanical uses of neem (Azadirachta indica A. Juss.; Meliaceae) leaves in Bali (Indonesia) and the Indian subcontinent in relation with historical background and phytochemical properties. Journal of Ethnopharmacology, 189, 186-193. Doi: 10.1016/j.jep.2016.05.014.
5. Boeke, S. J., Boersma, M. G., Alink, G. M., van Loon, J. J., van Huis, A., Dicke, M., et al. (2004). Safety evaluation of neem (Azadirachta indica) derived pesticides.
Journal of Ethnopharmacology, 94, 25-41. doi: 10.1016/j.jep.2004.05.011.
6. Pant, M., Dubey, S., and Patanjali, P. K. (2016). Recent advancements in bio-botanical pesticide formulation technology development. In Herbal Insecticides, Repellents and Biomedicines: Effectiveness and Commercialization, eds V. Veer and R. Gopalakrishnan (New Delhi: Springer), 117-126.
7. Isman, M. B. (2006). Botanical Insecticides, Deterrents, and Repellents in Modern Agriculture and an Increasingly Regulated World. Annual Review of Entomology, 51, 45-66. doi: 10.1146/annurev.ento.51.110104.151146.
8. De Oliveira, J. L., Campos, E. V. R., Bakshi, M., Abhilash, P. C., and Fraceto,L. F. (2014). Application of nanotechnology for the encapsulation of botanical insecticides for sustainable agriculture: prospects and promises. Biotechnology Advances, 32, 1550-1561. doi: 10.1016/j.biotechadv.2014.10.010.
9. Miresmailli, S., and Isman, M. B. (2014). Botanical insecticides inspired by plant-herbivore chemical interactions. Trends in Plant Science, 19, 29-35. doi:10.1016/j.tplants.2013.10.002.
10. Hoàng Thùy Dương, Ngô Hồng Loan, Phan Thị Kim Ngân, Lâm Hoàng Anh Thư, Phạm Tiến Dũng, Ngô Võ Kế Thành, Nguyên Hữu Tuyển (2020). Thu nhận và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của chiết xuất lá neem (Azadirachta Indica) bằng phương pháp sử dụng sóng siêu âm. Hội nghị Công nghệ sinh học toàn quốc, tr. 218-224.
11. Ghosh, A., Chowdhury, N., and Chandra, G. (2012). Plant extracts as potential mosquito larvicides. Indian Journal of Medical Research, 135, 581-598.
12. Tangtrakulwanich, K., and Reddy, G. V. P. (2014). Development of insect resistance to plant biopesticides: An overview. Advances in Plant Biopesticides, ed. D. Singh (New Delhi: Springer), 47-62.
13. Siegwart, M., Graillot, B., Blachere Lopez, C., Besse, S., Bardin, M., Nicot, P. C., et al. (2015). Resistance to bio-insecticides or how to enhance their sustainability: a review. Frontiers in Plant Science, 6, 381. doi: 10.3389/fpls.2015.
00381.
14. Trần Lê Quan, Nguyễn Minh Thanh, Trần Kim Qui (2005). Nghiên cứu thành phần hóa học của lá cây neem Azadirachta indica II-Limonoid mới trong lá neem. Tuyển tập các công trình Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hóa hữu cơ toàn quốc lần thứ 3, Hà Nội, tr. 406-408.
BUILDING THE PRODUCTION PROCESS OF NINH THUAN NEEM LEAF JUICE BY USING THE VACUUM EXTRACTION METHOD AND ITS APPLICATION IN PEST CONTROL
Master. DAO THANH KHE1
  Master. LE THUY NHUNG1
1 Ho Chi Minh city University of Food Industry
ABSTRACT:
Juice from neem leaf grown in Ninh Thuan province is extracted and concentrated with a vacuum equipment. This study assesses the effects of extraction factors such as pressure, stirring speed, temperature and time on the process of concentrating neem leaf juice. The rate of cycle of spraying concentrated solution of neem leaves on collard greens, amaranth and spinach are surveyed in this study. The obtained neem leaf concentrated juice has a dark green color, and a characteristic pungent odor of neem leaves. This study’s results show that when neem leaf juice is concentrated, we obtain a high concentration of neem leaf juice which helps to increase the effectiveness of pest control for the surveyed vegetables.
Keywords: neem leaves, vacuum extraction, vacuum concentration, pest control.
ThS. ĐÀO THANH KHÊ - ThS. LÊ THÚY NHUNG (Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh)
(Nguồn: Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 18(2), tháng 8 năm 2022)
Tổng số lượt truy cập :
  • 5
  • 8
  • 7
  • 5
  • 6
  • 9
  • 4
lên đầu trang