Công nghệ bao phủ hạt giống được sử dụng phổ biến trong công nghiệp sản xuất hạt giống cây trồng, hạt giống sau bao phủ sẽ an toàn hơn cho nông dân khi gieo trồng, dễ bảo quản hơn và có giá trị cao hơn. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết để nắm chi tiết các bước trong công nghệ này.
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ HẠT GIỐNG Hồ Việt Cường PHẦN 1: KỸ THUẬT SẢN XUẤT CHẤT BAO PHỦ Mở đầu Từ cơng nghiệp hạt giống hình thành giới kéo theo hàng loạt vấn đề xử lý bảo quản hạt giống với mục đích bảo vệ hạt trước cơng côn trùng nấm mốc, kéo dài thời gian bảo quản hạt giống tồn trữ, cải thiện nẩy mầm hạt giống gieo trồng nâng cao khả chống chịu trước điều kiện bất lợi thời tiết,…vv Để giải vấn đề đặt đó, hàng loại biện pháp thực loại hạt giống phương pháp chủ yếu trộn hố chất trừ nấm bệnh, trừ mối mọt trùng, trừ cỏ…vv, với nồng độ định vào hạt giống Tuy nhiên đặt tính bề mặt hạt giống thường có cấu tạo trơn nhẵn khó giữ thuốc xử lý bề mặt hạt, việc làm cho hiệu loại thuốc bảo vệ thực vật giảm nhiều, việc xử lý hố chất độc hại có ảnh huởng lớn đến sửc khoẻ công nhân nhà máy chế biến giống nông dân đem hạt gieo trồng…vv hoá chất không bám vào bề mặt hạt mà lại bong tróc nhiều có va chạm Vào cuối kỷ XX công ty giống hàng đầu giới đưa vào sử dụng công nghệ bao film hạt giống, với mục đích tạo màng mỏng loại polymer ưa nước nhằm bao phủ toàn bề mặt hạt để giải vấn đề nêu Tuy phát triển lâu từ Công ty Giống hàng đầu giới Việt Nam công nghệ bao film hạt giống chưa áp dụng tất loại hạt giống sản xuất Việt Nam ngoại trừ số loại hạt giống nhập ngoại lý đưa sau: - Cơng nghiệp hạt giống Việt Nam cịn non trẻ nên chưa đủ khả để thực cơng nghệ nêu - Chi phí xử lý hạt giống theo dạng bao film cao toàn dung dịch bao film thiết bị nhập ngoại hoàn toàn Tuy nhiên gần việc bao film hạt giống bắt đầu áp dụng số công ty giống hàng đầu Việt Nam Cty CP Giống trồng Miền nam với dung dịch bao phủ nhập ngoại có giá thành tương đối cao, việc bao phủ hạt giống theo dạng film coating sử dụng hạn chế vài loại hạt giống có giá trị cao Nhận thức nhu cầu thực tế đó, với mong muốn nâng tầm công nghệ hạt giống Việt Nam, từ năm 2004 nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm đưa vào sử dụng với khối lượng lớn hạt giống ngô lai LVN 10 vụ Hè Thu 2007 bước đầu đạt kết khả quan Công nghệ bao film hạt giống cấu thành bao gồm hai yếu tố dung dịch bao phủ thiết bị bao phủ Dung dịch bao phủ hạt giống thường gồm thành phần chủ yếu sau: - Chất hay cịn gọi chất mang (Binder) - Chất dẽo hóa (Plasticizer) - Chất hoạt động bề mặt (Surface Active Agents) - Chất tạo khô nhanh (Drying agent) - Chất tạo màu (Chromogen) - Chất pha loãng (Diluted liquid) - Chất điền đầy (Thickeners) - Chất điều chỉnh pH (pH regulating agent) - Chất khử bọt (Defoamer) Các thành phần hỗn hợp 2.1 Chất (Binder): Chất thành phần chủ yếu dung dịch, chất thường có dạng polymer hay copolymer ưa nước, polysaccharide biến tính…vv Chất phải có đặc tính dễ hồ tan nước, khơng gây độc cho hạt giống, khơng đóng rắn biến tính suốt q trình tồn trữ hạt bao phủ, tạo màng nhiệt độ thường, màng bao phải có tính mềm dẽo đàn hồi tốt, ngồi chất cịn phải có tính chất độ chống thấm khí, khả phân hủy sinh học để không gây hại cho môi trường đặc biệt khả hoạt hoá ẩm trở lại khả trơ với chất khác để khơng thể kết hợp làm biến tính hố chất có thuốc BVTV dùng để xử lý kèm theo Chất tạo kết hợp hai hay nhiều loại polymer với đặc tính hồn tồn khác nhau, kết hợp loại polymer khác trở nên dễ dàng nhờ phát triển nhanh chóng chất phụ gia Hạt giống sau bao phủ với chất nêu trở nên linh hoạt “thơng minh” hơn, thơng qua người ta điều tiết nẩy mầm hạt giống Các đặc tính chất + Tính hồ tan: Hầu hết loại polymer dùng làm chất hồ tan nước thường, nước nóng số dung mơi định, khả tan nước thay đổi khoảng rộng ứng dụng đa dạng Tình tan khác lớn loại polymer, tính tan phụ thuộc vào yếu tố loại dung môi, nhiệt độ chất hòa tan, khối lượng phân tử polymer…, nói tính tan đặc tính quan trọng loại polymer gốc nước, nhờ có đặc tính mà việc chuẩn bị dung dịch số polymer trở nên đơn giản + Tạo màng: Sau tính hồ tan, khả tạo màng đặc tính quan trọng hàng đầu polymer gốc nước, chế hình thành màng bao từ phân tán polymer vấn đề phức tạp Trong trạng thái dung dịch polymer diện hạt rời, sau bay chất lỏng pha lỗng diễn ra, hạt có xu hướng kết hợp với nhau, trình nước tiếp tục diễn làm biến dạng hạt cuối hạt liên kết khuyếch tán vào tạo thành màng bao chất lỏng pha loãng bay hồn tồn Tồn q trình diễn phụ thuộc lớn vào nhiệt độ chuyển hoá thuỷ tinh (Tg) loại polymer Nhiều nghiên cứu khuyến cáo nên giữ cho nhiệt độ hình thành màng bao khoảng 10-20°C so với nhiệt độ tối thiểu để đảm bảo điều kiện tối ưu cho hình thành màng bao đạt Có thể nói cách đơn giản việc hình thành màng bao diễn cách cho nước bay khỏi dung dịch So với loại polymer không ưu nước, màng bao polymer gốc nước bền dễ bị phân huỷ Tuy nhiên ứng dụng nơng nghiệp đặc tính lại yếu tố quan trọng vô quý giá + Khả chống thấm khí: Như đa số loại polymer, màng bao tạo thành từ polymer gốc nước có tính chống thấm khí tốt ngoại trừ ẩm, khả chống thấm khí kháng ẩm loại polymer khác lớn, nhiều nghiên cưú khẳng định có nghịch đảo khả thấm khí Oxy tính kháng ẩm màng bao Các chất thích hợp dùng là: Polyvinyl acetate, Polyvinyl acetate copolymer, Polyvinyl ancohol, Polyvinyl ancohol copolymer, Carboxymethylcenlullose, Methylcenlullose, Ethyl-cenlullose, hydroxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxymethylpropylcellulose, Hemicellulose, Tinh bột biến tính, Polyacrylamide, Polyacrylate, Polyvinylpyrolidones, dixtrin, maltodextrin, calicum lignosulfonate, zein, gelatin, chitosan, polyetylen oxide, polyhydroxyethyl acrylate, alginate, polychloroprene,…vv Trạng thái 1: Sự nước để tạo màng Trạng thái 2: Sự kết hợp hạt polymer nước Trạng thái 3: Các hạt polymer bị biến dạng Trạng thái 4: Sự khuyết tán hạt để tạo màng bao Hình 1: Cơ chế hình thành màng bao chất Chất thường chiếm khoảng tử 20 – 60% hỗn hợp, chất giúp gia tăng khối lượng hạt từ 0.1 – 10% trọng lượng, chất thường có phân tử lượng từ vài chục ngàn đến vài trăm ngàn Trong công nghệ xử lý bao phủ hạt giống, chất có ảnh hưởng lớn đến nẩy mầm (germination) sức sống (vigor) hạt, đặc biệt nồng độ chất định tỷ lệ nẩy mầm sức sống hạt giống sau Nhiều thử nghiệm khoa học chứng minh với chất với nồng độ khác cho kết khác tỷ lệ nẩy mầm (germination) sức sống hạt (vigor) sau thời gian tồn trữ định Ngoài yếu tố thuộc đặc tính hố lý chất ảnh hưởng không nhỏ đến sức sống hạt tỷ lệ nẩy mầm, xin đơn cử chất Polyvinyl Ancohol loại thông dụng Việt Nam, có khả hoạt hố ẩm giảm dần theo phần trăm thuỷ phân làm cho tỷ lệ nẩy mầm sức sống hạt thay đổi theo Do việc lựa chọn chất liệu gì, nồng độ hố tính để làm chất việc cần thử nghiệm đầy đủ Hình 2: Cấu trúc phân tử chất gốc cellulose (HPMC) Ngày chất có gốc axít sử dụng nhiều công nghệ bao film hạt giống với ưu không làm giảm tỷ lệ nẩy mầm sức sống hạt, kéo dài thời gian tồn trữ hạt giống, kết hợp với nhiều chất khác, góp phần gia tăng khả cải tạo đất…vv, chất kể như: Polyacrylic Axít, Polyapartic axít, Polyglutamic axít, ….vv 2.2 Chất dẽo hóa (Plasticizer) Thơng thường sau thời gian bảo quản kéo dài màng bao chất nhiều bị ảnh hưởng tác nhân bên nhiệt độ khơng khí, độ ẩm ánh sáng, ngồi chất có hỗn hợp thuốc BVTB xử lý kèm theo góp phần làm cho màng bao nhanh chóng bị lão hóa trở nên dịn, dễ bị rạng nứt, bể vỡ có va chạm Việc làm cho khả bao film hạt giống chất khơng cịn ý nghĩa Do ch ất dẽo hóa thường bổ sung thêm vào dung dịch với mục đích tăng cường khả dẽo hóa màng bao Tuy nhiên điều kiện tối quan trọng chất dẽo hóa chúng phải có đặc tính lý hóa tương tự chất nền, có nghĩa chất dẽo hóa phải có khả phân hủy sinh học, khả hoạt hoá ẩm tốt, tan nước không gây độc cho hạt giống mơi trường đặc biệt phải có khả tương thích kết hợp tốt với chất Mặt khác chất dẽo hóa cịn làm cho hình dạng bên ngồi hạt giống bóng đẹp hơn, đồng thời chất dẽo hóa cịn lưu giữ mỹ quan hạt giống suốt q trình tồn trữ mà khơng bị tác động điều kiện bất lợi bên ngồi Các chất dẽo hố thường có khối lượng phân tử thấp trung bình, loại vật liệu tương đối đơn giản, chúng có khả thay đổi lý tính loại polymer dùng làm chất nền, làm cho màng bao trở nên mềm dẽo hơn, linh hoạt Hình 3: Sự thay đổi sức bền kéo chất HPMC với có mặt chất dẽo hoá Glycerol (nồng độ từ – 20%) Mục đích q trình dẽo hóa làm giảm nhiệt độ hố thuỷ tính loại polymer dùng làm chất nền, làm giảm độ dịn tạo cho polymer gia tăng tính đàn hồi Q trình dẽo hóa giúp làm tăng độ mềm mạch, làm tăng độ bền va đập độ giãn dài kéo đứt Cơ chế hoạt động chất hoá dẽo xảy polymer tiếp xúc với chất hoá dẽo có tồn lực chúng với nhau, phân tử chất hoá dẽo khuyếch tán vào pha polymer Nếu lực chúng khơng lớn phân tử chất hố dẽo phân tán vào cấu trúc với nhau, trường hợp gọi hóa dẽo cấu trúc Đối với polymer vơ định hình, lực chúng chất dẽo hóa đủ lớn, phân tử hóa dẽo “chui” vào bó, trường hợp gọi hóa dẽo bên cấu trúc bó Q trình dẻo hố polyme thực chất q trình hồ tan chất thấp phân tử khơng bay vào polymer với mục đích làm tăng tính mềm dẻo polymer, làm giảm nhiệt độ thuỷ tinh hoá nhiệt độ chảy nhớt Các chất dẽo hố có điểm tương đồng hố học với chất gồm: Polyetylen glycol, Propylenglycol, glycerin, polyol, dầu thực vật nhóm cellulose có gốc OH…vv Với thành phần chiếm từ – 20% trọng lượng dung dịch Nói chung chất dẽo hóa thành phần khơng thể thiếu hỗn hợp, định thành cơng việc bao film Khí lựa chọn chất dẽo hố cần quan tâm điều kiện sau: - Nhiệt độ sôi chất dẽo hóa phải cao để hóa trình trộn lẫn khơng bị bay - Chất hóa dẽo phải không độc, không cháy để không ảnh hưởng đến trình sử dụng sản phẩm - Chất dẽo hóa phải có khả trộn lẫn tốt với polymer dùng làm chất - Chất dẽo hóa phải có nhiệt độ hóa thuỷ tinh thấp - Phù họp với quan điểm kinh tế, nghĩa gía thành thấp, thực tế yếu tố quan trọng 2.2 Chất hoạt động bề mặt (Surface Active Agents) Trong vật lý học, sức căng bề mặt (còn gọi lượng bề mặt hay ứng suất bề mặt) mật độ dài lực xuất bề mặt chất lỏng chất khí, chất lỏng hay chất rắn khác; có chất chênh lệch lực hút phân tử khiến phân tử bề mặt chất lỏng thể đặc tính màng chất dẻo chịu lực kéo căng Sức căng bề mặt gia tăng chất lỏng có lẫn nhiếu tạp chất khoáng chất, với hỗn hợp polymer có độ nhớt cao nhiều thành phần khác dùng dung dịch để bao film hạt giống sức căng bề mặt vấn đề nan giải, gây trở ngại lớn cho việc phủ dung dịch lên bề mặt hạt vị trí lõm loại hạt giống việc khơng phủ dung dịch bao film bề mặt hạt giống ảnh hưởng lớn đến khả bảo vệ hạt giống chống lại nấm mốc đồng thời làm nghĩa việc bao film Từ yếu tố chất hoạt động bề mặt nghiên cứu bổ sung vào hỗn hợp với mục đích giảm đến mức tối thiểu sức căng bề mặt hỗn hợp giúp cho việc bao phủ hoàn thiện Tuy nhiên chất HĐBM yếu tố không thuận lợi nẩy mầm sức sống hạt giống số chất HĐBM có phân tử lượng thấp Ngày nhiều loại chất HĐBM có khối lượng phân tử lớn có đặc tính gây độc cho hạt giống, khả dàn trãi tốt đươc nghiên cưú ứng dụng thành phần dung dịch bao phủ Chất hoạt động bề mặt chất có sức căng bề mặt nhỏ sức căng bề mặt dung mơi dung dịch, nồng độ bề mặt cao bên dung dịch, làm giảm sức căng bề mặt dung dịch Những CHĐBM quan trọng thường hợp chất hữu gồm hai phần: phần phân cực (phần ưa nước) phần không phân cực (phần kị nước) Axit béo CHĐBM gồm gốc hiđrocabon phần khơng phân cực nhóm cacboxyl phần phân cực Tuỳ theo tính chất mà chất hoạt động bề mặt phân theo loại khác bao gồm: - Chất hoạt hoá ion (ionic): bị phân cực bi ion hố - Chất hoạt hóa dương: phân cực đầu phân cực mang điện dương - Chất hoạt hố âm: phân cực đầu phân cực mang điện tích âm - Chất hoạt hố phi ion: đầu phân cực khơng bị ion hóa - Chất hoạt hóa lưỡng cực: phân cực đầu phân cực mang điện âm dương tuỳ theo pH dung mơi Hình 1: Cơng thức phân tử chất HĐBM TriSiloxane Ethoxylate (TSE) Chất hoạt động bề mặt thường sử dụng dung dịch bao film gồm có: Lecitine, lignosulphonate este axít béo hay polyol, monoglycerides, diglycerides nhóm axít béo alkoxylated sorbitan, Ankyl phenol ethoxylate…vv Trong hỗn hợp chất hoạt động bề mặt thường chiếm khoảng từ 0.1 – 15% trọng lượng hỗn hợp tuỳ theo thành phần chất Nói chung chất hoạt động bề mặt tác nhân thiếu thành phần hỗn hợp polymer dùng cho bao film hạt giống, mặt dù ngày với thiết bị bao film đại việc đưa hỗn hợp polymer đến vị trí lõm khuyết bề mặt cải thiện nhiều Hình 2: Một số chất HĐBM thường dùng 2.3 Chất làm khô (Dry charge) Hạt giống sau thu hoạch phải trãi qua nhiều cơng đoạn q trình chế biến nhà máy bao gồm sấy khô, phân loại chế biến, xử lý thuốc cuối đóng gói thành phẩm, quy trình chung áp dụng cho tất loại hạt giống, cơng đoạn xử lý thuốc hạt giống ngô công ty giống thường chọn phương pháp xử lý thuốc ướt Việc xử lý thuốc ướt làm nảy sinh vấn đề phải xử lý ẩm cho hạt giống sau xử lý thuốc việc làm gia tăng đáng kể chi phí sấy lại đồng thời làm nhiều thời gian, làm chậm tiến độ cung cấp giống cho thị trường Chất làm khô tác nhân đặc biệt dung dịch bao film hạt giống, có mặt chất làm khô làm cho dung dịch trở nên hiệu việc chống lại tăng ẩm cục hạt giống bao film, yếu tố có tác động lớn đến việc giảm chi phí sấy lại để cân ẩm cho hạt sau xử lý bao film Các chất thường sử dụng cho mục đính gồm có: chất thuộc nhóm rượu methalnol, ethanol, chất thuộc nhóm hydrocarbons nhóm khác Đa số chất có nhiệt độ sơi khơng q cao q thấp có khả làm bay đáng kể lượng nước dùng pha lỗng dung dịch, đặc tính giúp hạt sau xử lý tăng ẩm tăng khơng nhiều phần lớn lượng nước pha loãng để xử lý bị bóc nhanh chất tạo Chất làm khô thường chiếm khoảng từ – 10% trọng lượng dung dịch 2.4 Chất tạo màu (Chromogen) Chất tạo màu thường sử dụng trình xử lý hạt giống với mục hạt giống xử lý với hoá chất BVTV, nhằm phân biệt với loại hạt giống không xử lý, ngày ngồi mục đích người ta cịn sử dụng chất tạo màu cho mục đích làm tăng vẽ mỹ quan hạt giống đồng thời che lấp bớt số khuyết tật hạt có màu sắc không đẹp lẫn lô hạt giống Cũng không ngồi hai mục đích nêu chất tao màu có dung dịch với mục đích gia tăng mỹ quan hạt giống loại hạt giống có giá trị cao có mặt chất tạo màu làm cho giá trị hạt giống gia tăng đáng kể kết hợp với chất phù hợp Các chất tạo màu thường sử dụng thuận lợi với chất kể chất tạo màu có nguồn gốc hữu cơ, loại không gây độc cho hạt giống lẫn môi trường, dễ phân huỷ Tuy nhiên chất tạo màu hữu lại có nhiều nhược điểm việc trì màu bề mặt hạt Chất tạo màu gốc vô cơ, loại dùng phổ biến cơng ty giống, màu vơ có nhiều ưu điểm việc lưu giữ màu sắc bề mặt hạt giống, đồng thời màu vơ có giá thành thấp, nhiên màu vơ lại có nhiều nhược điểm gây ngộ độc cho hạt giống tác động xấu cho mơi trường công nhân trực tiếp sản xuất nông dân trực tiếp tiêu thụ Do việc sử dụng chất tạo màu để phù hợp với chất nhằm gia tăng khả lưu giữ màu sắc bề mặt hạt giống mà không gây ngộ độ cho hạt không ảnh hưởng môi trường việc phải cân nhắc kỹ nhà sản xuất Nồng độ màu sử dụng dung dịch thuờng khoảng từ 0.05 – 5% trọng lượng dung dịch Hình 3: So sánh đặc tính màu vơ hữu 2.5 Chất pha loãng (Diluted liquid) Chất pha loãng đóng vai trị tác nhân nhằm làm giảm mật độ phân tử có chất nền, chất thường có đặc tính dễ pha lỗng, giúp cho hoạt động xử lý hạt giống thuận lợi hỗn hợp dễ dàng pha loãng với chất khác với nhiều nồng độ khác Việc dễ dàng pha loãng hỗn hợp polymer có ý nghĩa lớn q trình xử lý hạt giống dung dịch lỗng nên dễ dàng len vào chỗ khiếm khuyết bề mặt hạt, giúp gia tăng khả bao phủ lên bề mặt hạt đáng kể Các chất pha loãng thường dùng hỗn hợp là: ethanol, methanol, nước, glycerin, nitrocellulose…vv, chiếm tỷ lệ khoảng từ 20 – 50% trọng lượng dung dịch 2.6 Chất điền đầy (Thickeners) Chất điền đầy chất thiếu hỗn hợp polymer dùng công nghệ bao film hạt giống, xuất chất điền đầy hỗn hợp giúp cho bề mặt hạt trơn nhẵn hơn, đẹp vị trí bị khuyết tật bề mặt hạt che lắp, việc trám kín khuyết tật bề mặt hạt làm cho khả tồn trữ hạt gia tăng đáng kể ẩm nấm móc thâm nhập vào bên hạt bị chặn lại Ngồi chất điền đầy cịn đóng vai trị tác nhân làm tăng dịng chảy hạt ống dẫn thiết bị chuyển tải giúp cho việc chuyển tải hạt rời thuận lợi Các chất điền đầy thường dùng Magesium stearic, alumium stearic, axít stearic, talcum, cacbonatcalci, cao lanh, thạch cao, bentonite, titanum dioxide…vv, với tỷ lệ chiếm hỗn hợp từ – 20 % trọng lượng dung dịch 2.7 Chất điều chỉnh pH (pH regulating agent) Chất điều chỉnh pH thường có dung dịch với vai trò hỗ trợ điều chỉnh pH cho hỗn hợp nhằm giúp cho hỗn hợp dễ thích ứng với loại thuốc BVTV, ngồi cịn gớp phần nhỏ việc cải tạo pH đất trồng…vv có mặt chất điều chỉnh pH giúp cho hỗn hợp trở nên linh hoạt gia tăng khả dung nạp hỗn hợp với chất khác Các chất điều chỉnh pH thường dùng gồm axít vơ nitrogen phosphoric axít axít hưu monocarboxylic axít, hydroxy-carboxylic axít dicarboxylic axít, chất có gốc bazờ sử dùng natri hydroxide kali hydroxide 2.8 Chất khử bọt (Defoamer) Chất khử bọt thường bổ sung vào thành phần hỗn hợp với mục đích chống lại phát sinh bọt khí xảy trình sản xuất dung dịch bao phủ Những hạt bọt khí li ti phát sinh q trình khuấy trộn hỗn hợp ngăn cản kết hợp chất thành phần có hỗn hợp, ngồi bọt khí ảnh hưởng xấu đến chất lượng hạt sau bao phủ màng bao bị thủng nhiều vị trí bọt khí để lại Từ nguyên nhân chất khử bọt bổ sung vào hỗn hợp dung dịch với liều lượng thích hợp từ 0.5 – 5% trọng lượng dung dịch Về nguyên tắc, muốn khử bọt làm giảm sức căng bề mặt được, thường dùng hợp chất HĐBM (Surfactant) có số HLB