(Người Chăn Nuôi) – Độc tố nấm mốc trong ngũ cốc vẫn là thách thức dai dẳng của ngành chăn nuôi, bất chấp nhiều nỗ lực kiểm soát trong nhiều năm qua. Nghiên cứu mới tại Canada đang mở ra hướng xử lý đầy triển vọng thông qua việc kết hợp hai công nghệ phân hủy độc tố DON.
Deoxynivalenol (DON) là một trong những độc tố nấm mốc phổ biến nhất ảnh hưởng đến gia cầm, heo và bò sữa. Tại Canada, Tiến sĩ Alvin Alvarado thuộc Đại học Saskatchewan và Trung tâm Nghiên cứu Heo Prairie đang phát triển một hướng tiếp cận mới nhằm phân hủy DON dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Bernardo Predicala. Phương pháp này kết hợp vật liệu nano graphene oxide từ tính (MGO) với công nghệ tia UV và xúc tác quang. Trước đó, MGO đã được chứng minh có khả năng giảm tới 34% nồng độ DON trong thức ăn chăn nuôi mà không ảnh hưởng đến sức khỏe hay tăng trưởng vật nuôi, trong khi tia UV kết hợp xúc tác quang cho thấy tiềm năng phân hủy độc tố thông qua các phản ứng ôxy hóa.
Hướng tiếp cận mới
Alvarado đang nghiên cứu kết hợp vật liệu nano graphene oxide từ tính (MGO) với công nghệ xúc tác quang, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý độc tố DON. Theo ông, thành phần từ tính của MGO cho phép vật liệu được thu hồi dễ dàng sau xử lý bằng phương pháp tách từ, giúp hạn chế tồn dư hạt nano trong thức ăn chăn nuôi và đảm bảo an toàn sản phẩm. Đồng thời, graphene oxide còn giúp cải thiện hiệu quả xúc tác quang khi kết hợp với các vật liệu như oxit kẽm (ZnO) và titan dioxide (TiO₂), thông qua việc tăng khả năng phân tách điện tích và điều chỉnh khả năng hấp thụ ánh sáng. Nhờ đó, hệ thống có thể hoạt động dưới ánh sáng khả kiến thay vì chỉ phụ thuộc vào tia UV, giúp quy trình trở nên thực tiễn hơn và giảm nguy cơ ảnh hưởng đến các dưỡng chất nhạy cảm. Theo Alvarado, các chất xúc tác quang dựa trên MGO nhờ vậy trở thành giải pháp hiệu quả hơn, có thể thu hồi sau xử lý và phù hợp hơn với ứng dụng thực tế trong phân hủy DON.
Trong nghiên cứu, Alvarado đã tự tổng hợp thành công các vật liệu nano-composite nền MGO và sử dụng chúng để phân hủy độc tố DON. Nhóm nghiên cứu tiếp tục đánh giá hình thái bề mặt và thành phần vật liệu bằng các kỹ thuật kính hiển vi và quang phổ, nhằm làm rõ đặc tính của nano-composite, trước khi tối ưu hóa quá trình tích hợp MGO với chất xúc tác quang để tạo thành vật liệu hoàn chỉnh. Theo Alvarado, quy trình sản xuất tương đối đơn giản, sử dụng lò vi sóng để gia nhiệt dung dịch chứa hai thành phần, sau đó tiến hành lọc, rửa và sấy khô phần vật liệu thu được.
Ông cho rằng phương pháp này có tính tương thích cao với sản xuất công nghiệp do hệ thống gia nhiệt vi sóng có thể thay thế bằng quy trình gia nhiệt theo mẻ hoặc liên tục, trong khi các công đoạn tách rắn – lỏng và sấy khô đều đã được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất khi mở rộng quy mô sản xuất composite MGO – xúc tác quang là duy trì tính ổn định của vật liệu nano, đòi hỏi tối ưu quy trình và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Dù vậy, theo ông, với thiết bị và hệ thống kiểm soát phù hợp, công nghệ này vẫn là giải pháp đầy tiềm năng cho ứng dụng công nghiệp quy mô lớn.
Kết quả phân hủy DON
Để đánh giá hiệu quả của các phức hợp MGO – xúc tác quang trong phân hủy độc tố DON, Alvarado đã thử nghiệm nhiều công thức nano-composite dưới các điều kiện xử lý khác nhau, tập trung vào nồng độ vật liệu và thời gian chiếu sáng. Kết quả cho thấy, nano-composite MGO-TiO₂ mang lại hiệu quả vượt trội nhất, dù cả hai yếu tố trên đều ảnh hưởng đáng kể đến khả năng phân hủy độc tố.
Ở nồng độ 30 mg/ml, MGO-TiO₂ giúp giảm tới 81% hàm lượng DON sau 6 giờ tiếp xúc với ánh sáng khả kiến. Trong cùng điều kiện, MGO-ZnO đạt mức giảm 54%, thấp hơn đáng kể. Khi rút ngắn thời gian chiếu sáng xuống còn 2 giờ, hiệu quả xử lý của MGO-TiO₂ giảm xuống 62%, trong khi MGO-ZnO chỉ đạt 21,5%. Đáng chú ý, riêng MGO ở nồng độ thấp cũng cho kết quả tích cực khi giúp giảm 38% DON sau 2 giờ và đạt 68% sau 6 giờ, thậm chí cao hơn một chút so với hiệu quả của MGO-TiO₂ ở mốc 2 giờ.
Song song với đánh giá hiệu quả xử lý, Alvarado cũng nghiên cứu khả năng phản ứng quang xúc tác tác động đến chất lượng lúa mì. Tuy nhiên, dựa trên các nghiên cứu trước đây và cơ chế hoạt động của hệ xúc tác nền MGO, ông cho rằng ảnh hưởng này rất hạn chế. Các nano-composite được thiết kế để hoạt động dưới ánh sáng khả kiến thay vì tia UV năng lượng cao, nhờ đó giảm nguy cơ gây tổn thương ngoài ý muốn đối với hạt ngũ cốc. Ngoài ra, đặc tính từ tính của MGO còn giúp thu hồi hiệu quả các nano-composite sau xử lý, góp phần hạn chế nguy cơ tồn dư vật liệu trong lúa mì.
Hiện nhóm nghiên cứu vẫn tiếp tục tối ưu hóa quy trình. Theo Alvarado, bước tiếp theo là kiểm chứng hiệu quả trên lúa mì nhiễm DON tự nhiên – môi trường phức tạp hơn do các thành phần trong hạt có thể ảnh hưởng đến quá trình xử lý. Nhóm đang tập trung đánh giá các thông số vận hành quan trọng như loại ánh sáng, cường độ và thời gian chiếu sáng, cũng như loại và liều lượng nano-composite phù hợp.
Ông cho biết thách thức lớn nhất hiện nay là chuyển kết quả từ quy mô phòng thí nghiệm sang điều kiện thực tế. “Lúa mì là một hệ nền phức tạp chứa protein, tinh bột và nhiều hợp chất tự nhiên khác. Những thành phần này có thể cạnh tranh với độc tố trong phản ứng với các gốc ôxy hóa hoạt tính hoặc che chắn độc tố, từ đó làm giảm hiệu quả phân hủy. Hiệu ứng này cũng ảnh hưởng đến khả năng xuyên sáng và mức độ tiếp xúc của chất xúc tác, khiến hiệu quả xử lý trong điều kiện thực tế trở nên phức tạp hơn” – Alvarado giải thích.
➢ Một hướng tiếp cận sinh học mới cũng vừa được nhóm nhà khoa học Ba Lan và Áo công bố trên tạp chí Nature. Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng nấm men Debaryomyces hansenii có thể làm giảm sự phát triển của nấm Fusarium gây bệnh bạc lá (FHB) và giảm nồng độ độc tố DON liên quan. Kết quả cho thấy ứng dụng Debaryomyces hansenii giúp giảm hàm lượng DON trong hạt lúa mì tới 60%. Mức độ nghiêm trọng của bệnh FHB cũng giảm tới 80% sau hai lần xử lý bằng nấm men. Tuy nhiên, phương pháp này không làm giảm sự hiện diện của sáu loài Fusarium cụ thể được tìm thấy trong mẫu lúa mì nhiễm bệnh, cũng không ngăn chặn sự xâm nhiễm của chúng vào hạt.
Dũng Nguyên
(Theo Feed&Additives)
