Vì sao một dung dịch hình thành từ quá trình nhiệt phân sinh khối lại có thể giúp gỗ hạn chế nấm, mốc và mối?
Các nghiên cứu cho thấy giấm gỗ có thể tạo ra nhiều tác động sinh học cùng lúc. Một số thành phần làm môi trường trở nên kém thuận lợi cho nấm phát triển; một số hợp chất phenol có khả năng ức chế vi sinh vật và côn trùng; với mối, một số thử nghiệm còn ghi nhận tỷ lệ chết tăng rõ sau khi tiếp xúc hoặc ăn gỗ sau xử lý.
Giấm gỗ không hoạt động như một hoạt chất đơn lẻ. Nó là một hỗn hợp gồm axit hữu cơ, các hợp chất phenol và nhiều thành phần khác. Khả năng bảo quản gỗ của giấm gỗ đến từ nhiều cơ chế tác động song song, thể hiện qua khả năng ức chế nấm mốc, nấm mục và tác động lên mối.
Giấm gỗ ức chế nấm bằng cách nào?
Nấm là một trong những tác nhân quan trọng gây suy giảm chất lượng gỗ. Để phát triển, nấm phải nảy mầm, hình thành hệ sợi và duy trì các quá trình trao đổi chất cần thiết để khai thác chất dinh dưỡng từ vật liệu. Giấm gỗ có thể cản trở quá trình này qua nhiều nhóm hợp chất khác nhau.
Axit hữu cơ tạo môi trường bất lợi cho sự phát triển của nấm
Axit axetic thường là một trong những axit hữu cơ chiếm tỷ lệ lớn trong giấm gỗ. Cùng với các axit hữu cơ khác, nó làm giảm pH của môi trường và có thể tạo áp lực lên hoạt động của tế bào nấm.
Trong vi sinh học nói chung, các axit hữu cơ yếu có thể đi qua màng tế bào ở dạng chưa phân ly, sau đó phân ly bên trong tế bào và làm thay đổi cân bằng pH nội bào. Tế bào phải tiêu tốn năng lượng để khôi phục trạng thái cân bằng, từ đó làm chậm sinh trưởng hoặc giảm khả năng phát triển khi nồng độ axit đủ cao.
Ở nồng độ đủ cao, cơ chế này có thể làm chậm sinh trưởng của nấm và góp phần vào hoạt tính kháng nấm của giấm gỗ. Nhưng độ axit không giải thích toàn bộ hiệu quả. Một số thử nghiệm cho thấy giấm gỗ vẫn duy trì hoạt tính kháng nấm sau khi trung hòa axit, cho thấy các hợp chất phenol cũng đóng vai trò quan trọng.
Các hợp chất phenol bổ sung tác động kháng nấm
Giấm gỗ có thể chứa phenol, guaiacol, cresol và nhiều dẫn xuất phenol khác. Nhiều nghiên cứu ghi nhận các hợp chất trong nhóm này có khả năng hạn chế sự phát triển của nấm hoặc vi sinh vật.
Các hợp chất phenol có thể tác động lên màng tế bào, protein và một số quá trình enzyme, từ đó làm gián đoạn hoạt động sống của vi sinh vật. Mức tác động còn phụ thuộc vào loại hợp chất và cấu trúc hóa học của chúng, nên hai mẫu giấm gỗ có cùng tổng hàm lượng phenol vẫn có thể cho kết quả khác nhau.
Vì vậy, có thể hiểu cơ chế kháng nấm của giấm gỗ là tác động kết hợp giữa môi trường axit và các hợp chất phenol có hoạt tính.
Tác động của giấm gỗ lên nấm mốc và nấm mục có giống nhau không?
Không hoàn toàn. Cả hai đều là nấm, nhưng vị trí gây hại và hậu quả với gỗ khác nhau.
Nấm mốc chủ yếu phát triển trên hoặc gần bề mặt, làm đổi màu, tạo mùi và giảm chất lượng cảm quan. Nấm mục đi xa hơn: hệ sợi có thể xâm nhập vào gỗ và phân hủy cellulose, hemicellulose hoặc lignin, khiến vật liệu mất khối lượng và yếu dần.
Giấm gỗ có thể tác động lên cả hai nhóm theo cùng nền tảng kháng nấm đã nói ở trên: axit hữu cơ làm môi trường bất lợi hơn, còn các hợp chất phenol cản trở hoạt động và sự phát triển của tế bào nấm. Các nghiên cứu đã ghi nhận khả năng ức chế cả nấm mục trắng và nấm mục nâu.
Với nấm mục, ý nghĩa của cơ chế này lớn hơn việc giữ bề mặt sạch mốc. Khi hệ sợi phát triển chậm hoặc bị ức chế, khả năng xâm nhập vào mô gỗ và tiếp tục quá trình phân hủy cấu trúc cũng giảm theo.
Nói ngắn gọn, cơ chế kháng nấm về nền tảng khá giống nhau, nhưng kết quả bảo vệ khác nhau: với nấm mốc là hạn chế phát triển trên bề mặt; với nấm mục là làm chậm quá trình xâm nhập và phá hủy cấu trúc gỗ.
Giấm gỗ tác động lên mối như thế nào?
Với mối, giấm gỗ có thể tạo hai lớp tác động khác nhau: xua đuổi và gây độc sau khi tiếp xúc hoặc ăn phải.
Mùi khói đặc trưng của giấm gỗ đến từ nhiều hợp chất bay hơi khác nhau. Một số chất trong nhóm này có thể làm mối tránh khu vực có hơi giấm gỗ. Thử nghiệm trên mối cho thấy khi lượng chất bay hơi trong không khí tăng, phản ứng tránh xa cũng rõ hơn; furfural là một trong những thành phần đã cho tác dụng xua đuổi đáng chú ý. Tuy nhiên, không phải mọi hợp chất tạo mùi đều khiến mối tránh xa, nên mức xua đuổi còn phụ thuộc vào thành phần cụ thể và lượng chất thực sự bay hơi.
Nếu mối vẫn tiếp xúc hoặc ăn gỗ đã xử lý, lớp tác động thứ hai bắt đầu phát huy. Axit axetic và một số dẫn xuất phenol đã cho hoạt tính diệt mối; sau khi mối hấp thụ các hợp chất này, độc tính tăng theo mức phơi nhiễm và có thể làm tỷ lệ chết tăng theo thời gian.
Tóm lại, có thể hiểu cơ chế bảo vệ trước mối theo hai bước: một số hợp chất bay hơi làm giảm khả năng mối tiếp cận; các hợp chất có độc tính tiếp tục tác động nếu mối vẫn tiếp xúc hoặc ăn gỗ.
Hai lớp này không phải lúc nào cũng mạnh như nhau. Nếu tác dụng xua đuổi yếu và độc tính phát huy chậm, mối vẫn có thể ăn một phần gỗ trước khi chết. Do đó, mức bảo vệ thực tế phụ thuộc cả vào khả năng hạn chế mối tiếp cận, lượng gỗ bị ăn và thời gian các hợp chất còn lưu lại trong vật liệu.
Từ cơ chế đến một sản phẩm giấm gỗ kỹ thuật
Hiểu cơ chế cũng cho thấy vì sao một sản phẩm giấm gỗ dùng cho bảo quản gỗ không thể chỉ dựa vào độ chua hay mùi khói. Muốn tạo hiệu quả ổn định, cần kiểm soát cả nguồn nguyên liệu, quá trình tạo giấm gỗ, thành phần có hoạt tính và cách những thành phần đó đi vào vật liệu.
Maya Farm tiếp cận bài toán này từ nguồn nguyên liệu với 100% gáo dừa, thay vì phối trộn nhiều loại sinh khối. Gáo dừa là nguyên liệu lignocellulose có hàm lượng lignin tương đối cao; khi nhiệt phân, lignin là một trong những nguồn hình thành các hợp chất phenol như guaiacol và cresol – cũng là nhóm chất liên quan đến hoạt tính kháng nấm và côn trùng của giấm gỗ. Điều này không có nghĩa giấm gỗ gáo dừa mặc định hiệu quả hơn mọi nguồn khác, nhưng tạo một nền nguyên liệu đồng nhất và có cơ sở hóa học phù hợp để phát triển sản phẩm kỹ thuật.
Trên nền nguyên liệu đó, Maya Farm sử dụng quá trình nhiệt phân chậm trong hệ thống khép kín, sau đó lắng lọc, chưng cất đa tầng và tinh chế sâu. Cách tiếp cận này hướng tới việc kiểm soát thành phần giữa các lô và loại bỏ các tạp chất không mong muốn, thay vì chỉ tập trung vào một chỉ số đơn lẻ như pH.
Với dòng giấm gỗ kỹ thuật dành cho các ứng dụng như ngâm gỗ và tẩm tre, bài toán tiếp theo là đưa đủ lượng các hợp chất có hoạt tính vào gỗ và giữ chúng trong vật liệu đủ lâu. Nồng độ xử lý, cấu trúc từng loại gỗ, mức thấm và khả năng rửa trôi đều ảnh hưởng trực tiếp đến bước này.
Có thể hình dung hiệu quả bảo quản như một chuỗi liên tục: nguyên liệu đồng nhất → quy trình được kiểm soát → thành phần có hoạt tính phù hợp → gỗ hấp thụ đủ lượng chất → các hợp chất được duy trì trong vật liệu đủ lâu để phát huy tác dụng. Đó cũng là cách một cơ chế sinh học của giấm gỗ được chuyển thành một sản phẩm bảo quản gỗ có thể kiểm soát trong thực tế.
Đọc thêm: Từ CCA đến chất bảo quản sinh học: Ngành bảo quản gỗ đang thay đổi như thế nào?
Nguồn tham khảo
Arango, R. A., Lebow, S. T., & Glaeser, J. A. (2021). Chapter 14: Biodeterioration of wood. In Wood handbook—Wood as an engineering material (General Technical Report FPL-GTR-282). USDA Forest Service, Forest Products Laboratory. https://research.fs.usda.gov/treesearch/62262
Daglia, M. (2012). Polyphenols as antimicrobial agents. Current Opinion in Biotechnology, 23(2), 174–181. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2011.08.007
Lee, C. L., Chin, K. L., Khoo, P. S., Hafizuddin, M. S., & H’ng, P. S. (2022). Production and potential application of pyroligneous acids from rubberwood and oil palm trunk as wood preservatives through vacuum-pressure impregnation treatment. Polymers, 14(18), 3863. https://doi.org/10.3390/polym14183863
Maya Farm. (n.d.). Giấm gỗ. https://mayafarm.vn/giam-go/
Oramahi, H. A., Yoshimura, T., Diba, F., Setyawati, D., & Nurhaida. (2018). Antifungal and antitermitic activities of wood vinegar from oil palm trunk. Journal of Wood Science, 64, 311–317. https://doi.org/10.1007/s10086-018-1703-2
Sari, R. M., Wahono, S. K., Anwar, M., Rizal, W. A., Suryani, R., & Suwanto, A. (2024). Pyrolysis of coconut shells for liquid smoke production: Effect of integrated water scrubber on reduction of tar. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(20), 26105–26119. https://doi.org/10.1007/s13399-023-04675-y
Stratford, M., Plumridge, A., Nebe-von-Caron, G., & Archer, D. B. (2009). Inhibition of spoilage mould conidia by acetic acid and sorbic acid involves different modes of action, requiring modification of the classical weak-acid theory. International Journal of Food Microbiology, 136(1), 37–43. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2009.09.025
Velmurugan, N., Han, S. S., & Lee, Y. S. (2009). Antifungal activity of neutralized wood vinegar with water extracts of Pinus densiflora and Quercus serrata saw dusts. International Journal of Environmental Research, 3(2), 167–176. https://doi.org/10.22059/ijer.2009.45
Yamada, H., Shibutani, S., & Yatagai, M. (2012). The repellent activity of wood vinegar and its volatile components against Japanese subterranean termites, Reticulitermes speratus. Wood Carbonization Research, 8(2), 69–76. https://doi.org/10.32143/wcr.8.2_69
Yatagai, M., Nishimoto, M., Hori, K., Ohira, T., & Shibata, A. (2002). Termiticidal activity of wood vinegar, its components and their homologues. Journal of Wood Science, 48(4), 338–342. https://doi.org/10.1007/BF00831357
