Quy trình sản xuất dầu neem chứa hoạt chất azadirachtin hàm lượng cao

Dù được mệnh danh là loại “thần dược” bảo vệ thực vật, nhưng hàm lượng hoạt chất azadirachtin - có khả năng kháng sâu bệnh - chiết xuất từ cây neem trồng tại Việt Nam lại rất thấp.

Hiệu quả về kinh tế trong quy trình do nhóm nghiên cứu của TS. Lưu Xuân Cường đề xuất. Giá thành của sản phẩm dầu neem và tinh chất azadirachtin rẻ hơn 20% so với nhập khẩu từ Ấn Độ.

Nghiên cứu của TS. Lưu Xuân Cường và các cộng sự tại Công ty Cổ phần Quốc tế AOTA được kỳ vọng sẽ giúp nâng cao hàm lượng hoạt chất trong hạt neem, góp phần tạo ra loại chế phẩm sinh học an toàn giúp phòng chống sâu bệnh hiệu quả.

Cây neem hay còn gọi là cây sầu đâu (azadirachta indica, họ Meliaceae) có xuất xứ từ Ấn Độ. Đây là loài cây dễ trồng, dễ chăm sóc với tốc độ phát triển nhanh, có khả năng thích nghi rộng và chịu được điều kiện khắc nghiệt hơn nhiều loài cây khác. Nhờ khả năng phát triển mạnh ở các khu vực dễ xảy ra hạn hán nên neem rất phổ biến tại Ấn Độ, Đông Nam Á, Nam Mỹ, các vùng dọc theo khu vực vành đai phía Nam của sa mạc Sahara v.v.

Không chỉ giúp tạo bóng mát, từ lâu cây neem còn được ví như “thần dược”, có thể dùng làm thuốc chống sốt rét, eczema, chống nhiễm trùng. Hoạt chất azadirachtin trong neem có khả năng kháng viêm, kháng trùng cao, do đó những sản phẩm được chế biến từ hạt và lá neem có hoạt tính trừ sâu, nấm gây bệnh, tuyến trùng, ức chế sinh trưởng, giảm khả năng đẻ trứng, gây ngán ăn, xua đuổi côn trùng.

Nhận thấy được tiềm năng của loài cây này, vào năm 1981, GS. Lâm Công Định - một nhà lâm nghiệp nhiều kinh nghiệm - đã mang giống cây từ Cộng hòa Senegal về và ươm trồng đầu tiên tại Phan Thiết. Hơn 40 năm sau, neem đã phủ bóng mát dọc vùng ven biển miền Trung, đặc biệt nhiều nhất ở tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận.

Những tưởng giờ đây người nông dân Việt Nam đã có được một nguồn cung dầu neem dồi dào với hàng ngàn hecta cây neem xanh mát, nhưng thực chất hằng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu Ấn Độ khoảng 300 kg bột tinh chất azadirachtin có trong hạt neem. Phải chăng nhu cầu sử dụng hoạt chất azadirachtin quá lớn khiến chúng ta phải nhập khẩu thêm? “Ồ không, lý do là vì chúng ta đã không thành công trong việc nghiên cứu khai thác nguồn dược liệu quý này nên phải nhập khẩu từ nước ngoài”, TS. Lưu Xuân Cường (Giám đốc Công ty Cổ phần Quốc tế AOTA) lý giải.

Năm 2018, trong một dịp đến Ninh Thuận, anh được nhiều nông dân, nhà quản lý chia sẻ rằng hiệu quả chống sâu bệnh của dầu neem rất thấp, “không ăn thua”, thậm chí họ đã nghĩ đến việc “chặt bớt cây đi”. Tuy nhiên, TS. Lưu Xuân Cường cho rằng hiệu quả chống sâu bệnh thấp không phải vì hoạt chất azadirachtin trong cây neem trồng ở Việt Nam kém chất lượng hơn so với cây neem Ấn Độ, mà vì cách thức khai thác còn thô sơ đã khiến chúng ta không chiết xuất được hết lượng hoạt chất trong hạt neem.

Giá trị của hạt neem chủ yếu nằm ở hoạt chất azadirachtin. Thông thường người nông dân sẽ ép hạt neem ra để lấy dầu neem, dầu neem theo cách này sẽ có tối đa 2000 ppm hoạt chất, tương đương 0.2% - trong khi tiêu chuẩn hoạt chất azadirachtin trong hạt neem ứng dụng trong nông nghiệp là 1%, thậm chí bột tinh chất azadirachtin chúng ta nhập khẩu từ Ấn Độ có hàm lượng lên tới 30%.

Với xuất phát điểm là người chuyên nghiên cứu kỹ thuật hóa học, mong muốn ‘cứu lấy’ cây neem đã thôi thúc TS. Lưu Xuân Cường và các cộng sự bắt tay vào nghiên cứu tìm kiếm một cách thức tinh chế phù hợp.

Bài toán thu hồi dung môi

Trong nghiên cứu của mình, TS. Lưu Xuân Cường vẫn giữ công đoạn đầu tiên là ép hạt neem để lấy dầu. Trước tiên nhóm nghiên cứu tiến hành bóc vỏ ra, sấy từ 20-500C, sau đó bảo quả hạt neem trong độ ẩm phù hợp từ 6-7% - nếu không nhân hạt neem sẽ mốc chỉ sau một tuần và ép hầu như không ra dầu. Kế đó, nhóm tiến hành ép thủy lực, sản phẩm thu được là dầu neem có hàm lượng hoạt chất 0.2% và bã neem.

“Số hoạt chất còn lại vẫn còn nằm trong bã neem, nhưng nếu chỉ mang bã đi trộn với nước rồi xịt lên cây thì khả năng chống sâu bọ cũng rất thấp”, anh nhìn nhận. Cần lưu ý rằng những sản phẩm bảo vệ thực vật hiệu quả có chứa hoạt chất azadirachtin thông thường sẽ ở dạng nhũ tương pha dầu, vì vậy sẽ có hai bước quan trọng mà anh cần thực hiện: lấy hoạt chất ra khỏi bã neem, và đưa hoạt chất này trở lại trong phần dầu neem được ép trước đó.

Để lấy được hoạt chất ra khỏi bã neem, nhóm tiếp tục xay phần bã, bỏ thêm dung môi là cồn vào, pha lỏng, đưa nhiệt độ lên tới khoảng 600C, sau đó cô đặc trên không để cò quay thu hồi dung môi. “Yếu tố quyết định nằm ở bước thu hồi dung môi này”, anh nhấn mạnh. Nếu vẫn còn dung môi thì hoạt chất kém tinh khiết và sẽ không đạt tiêu chuẩn. Cao chiết azadirachtin thu được khoảng 5%, dù đã dư tiêu chuẩn ứng dụng trong nông nghiệp, nhưng về nguyên tắc vẫn chưa thương mại hoá để thay thế hàng nhập khẩu được. Các loại bột tinh chất azadirachtin trên thế giới thường có ba ngưỡng: 10%, 15% và 30%.

Nhóm nghiên cứu quyết định tiếp tục thêm bước tinh chế. Cao chiết sẽ được bỏ vào nước để khuấy, sau đó bổ sung Hexane nhằm loại dầu, pha etyl axetat để chiết lỏng - lỏng. “Bước này vẫn dùng rất nhiều dung môi, vì vậy cần phải tiếp tục cô đặc chân không, cò quay nhằm loại bỏ các dung môi này”, TS. Lưu Xuân Cường mô tả các bước. Cao chiết hợp chất thu được có hàm lượng hợp chất lên tới 30%, tương đương với các sản phẩm nhập khẩu. Để có thể tự tin khẳng định con số này, nhóm đã phải mua chất chuẩn bên Singapore với giá thành cao (khoảng 4,5 triệu đồng/gram) để đối chứng, đồng thời phải tự phát triển kỹ thuật phân tích để định lượng.

Tuỳ theo nhu cầu sản phẩm, nhóm sẽ phối trộn cao chiết vào trong dầu neem đã được ép ban đầu theo các tỷ lệ phù hợp. Còn nếu muốn tạo bột, cao chiết azadirachtin sẽ trải qua thêm bước sấy phun tạo hạt để ra bột neem hoạt chất cao.

Để rút ra được những công đoạn tỉ mỉ này, nhóm đã trải qua nhiều lần cân nhắc lựa chọn dung môi, phương pháp đạt hiệu quả sản xuất quy mô lớn. “Nếu không có cách tiếp cận như vậy, mọi kết quả nghiên cứu không mang lại nhiều ý nghĩa, đặc biệt khi chúng tôi là doanh nghiệp tham gia nghiên cứu”, TS. Lưu Xuân Cường bày tỏ sự băn khoăn. Điều này đã giúp nhóm hạ giá thành sản phẩm thấp hơn 20% so với các sản phẩm nhập ngoại mà vẫn đảm bảo được tiêu chuẩn quốc tế.

Hợp tác với doanh nghiệp tạo ra sản phẩm cuối

Dù đã thu được những thành công ban đầu về mặt nghiên cứu, nhưng TS. Lưu Xuân Cường thừa nhận rằng Công ty AOTA gặp khó khăn trong việc chào mời các doanh nghiệp sử dụng sản phẩm, một phần vì họ chưa rõ cách phối trộn sản phẩm theo tỷ lệ, mặt khác họ còn giữ ‘định kiến’ về neem như một loại chế phẩm sinh học để ‘làm màu’. “Có một số trường hợp doanh nghiệp thường thêm neem vào bảng thành phần như một cách chứng minh đây là sản phẩm tự nhiên, dù họ biết rằng dầu neem hoạt chất thấp không đạt hiệu quả chống sâu bệnh”, TS. Cường cho biết.

Để chứng minh hiệu quả của sản phẩm, nhóm quyết định tạo ra chế phẩm bảo vệ thực vật và dùng thử tại các vườn trồng. Tiến hành thử nghiệm đối với một số loại sâu bệnh hại trên cây chè ở Tây Bắc, kết quả cho thấy các cây được phun thuốc bảo vệ thực vật chiết xuất từ cây Neem đều sinh trưởng phát triển tốt hơn, búp lên đều, dài, lá nhẵn bóng, không có triệu chứng của sinh vật gây hại. Còn bên ô đối chứng không phun, búp phát triển ngắn lá dày, giòn dễ gãy. Ngoài ra, sản phẩm khi được kiểm chứng tại vườn dừa tỉnh Bến Tre, hàng dừa phun thử nghiệm có lá xanh tươi, phát triển tốt, không phát hiện đuông dừa đục thân cây…

Đội ngũ nghiên cứu còn tạo ra sản phẩm nanoneem tăng cường hiệu quả diệt trừ các loại sâu bệnh. Các hoạt chất tự nhiên rất dễ bị phân hủy, đặc biệt khi gặp môi trường nước và phơi lộ trước ánh nắng Mặt trời. Việc bao bọc các hoạt chất sẽ giúp bảo vệ chúng trước tác động của nước và ánh nắng Mặt trời. Bên cạnh đó, các hạt có kích thước nano cũng dễ dàng thẩm thấu hơn so với các hạt có kích thước lớn, tăng hiệu quả với côn trùng. Thử nghiệm trên cây ớt Trà Vinh cho thấy sản phẩm giúp giảm bọ trĩ gây hại trên cây.

Từ những kết quả tích cực này, nhóm đã quay lại liên hệ với các doanh nghiệp. “Chúng tôi quyết định gửi cho Tập Đoàn Mỹ Lan 5 lít chế phẩm dùng thử”, TS. Lưu Xuân Cường nhớ lại. Dù lúc bấy giờ Chủ tịch Tập đoàn - TS. Nguyễn Thanh Mỹ - vẫn còn nghi ngờ hiệu quả chống sâu bệnh của sản phẩm dầu neem, nhưng với tinh thần cởi mở trước những công nghệ mới, ông đã đồng ý thử nghiệm sản phẩm trong một khu vực trồng rau. Kết quả cho thấy vườn rau thử nghiệm ở Mỹ Lan có lá xanh to, không bị sâu, vị rau không thay đổi.

Hiện tại, Tập đoàn Mỹ Lan đã hợp tác với công ty nhằm đưa sản phẩm vào thực tế thông qua việc bán sản phẩm thành phẩm. “Tuy vậy hiện tại đơn hàng đang nhỏ, vì dù sản phẩm hiệu quả, giá thành của chế phẩm bảo vệ thực vật an toàn tự nhiên vẫn thuộc mức giá cao hơn so với các thuốc hóa học”, TS. Cường chia sẻ về tình hình hiện tại.

Là tập đoàn có kinh nghiệm làm việc với người nông dân, hiểu rõ về nhu cầu của ngành nông nghiệp, Tập đoàn Mỹ Lan đã thảo luận với nhóm nghiên cứu để điều chỉnh hàm lượng hoạt chất azadirachtin trong chế phẩm nông nghiệp. Dựa trên giá thành sản phẩm (mức độ chấp nhận của nông dân) và hiệu quả của sản phẩm (hiệu quả kinh tế), công ty AOTA và Tập đoàn Mỹ Lan đã lựa chọn mức hàm lượng 1.5%. “Chúng tôi đã cố gắng làm việc cùng nhau để sản phẩm cạnh tranh sòng phẳng, từ đó dễ dàng tiếp cận nhà nông”.

Từ lần hợp tác này, TS. Lưu Xuân Cường rút ra được kinh nghiệm cho mình rằng việc phối hợp với những doanh nghiệp giàu kinh nghiệm để ra sản phẩm cuối cùng (như mô hình hợp tác với Tập đoàn Mỹ Lan) sẽ giúp tạo ra sự bền vững của quá trình sản xuất. “Hiện tại, chúng tôi đang cố gắng tạo thêm nhiều sản phẩm cuối cùng có khả năng thương mại sử dụng để kích hoạt dự án sản xuất azadirachtin trên quy mô lớn - đủ để thay thế hàng nhập khẩu hiện nay”.

Theo Khoahocphattrien