Các phương pháp ức chế etylen trong bảo quản rau quả

Sự tổn thất này gây ra bởi nhiều nguyên nhân, trong đó sự sản sinh mạnh Ethylene khi trái cây chín là một nguyên nhân rất quan trọng đóng vai trò lớn đến chất lượng cũng như thời gian bả

MỞ ĐẦU

Cũng như Thái Lan, Malaysia, Indonesia…Việt Nam được coi là một trong những thiên đường của trái cây Người ta có thể tìm thấy ở đây những loại trái cây thuộc hàng “dân giã” như cóc, ổi, sơ ri… đậm chất bản xứ đến những loại trái cây thuộc hàng “quý tộc” như Sầu Riêng, Măng Cụt… đậm tính cộng đồng Và chính nguồn trái cây phong phú này đã giúp cho đời sống của nông dân Việt Nam không ngừng được nâng cao trong nhiều năm qua và đóng góp một phần không nhỏ vào tổng thu nhập quốc dân (GDP) của cả nước Song, so với các nước trong khu vực

có cùng một loại khí hậu cận nhiệt đới, trái cây Việt Nam vẫn chưa thực sự phổ biến trên thị trường quốc tế như trái cây Trung Quốc, Thái Lan hay Malaysia… và

vì thế thu nhập từ trái cây cũng chưa thực sự tương xứng với tiềm năng mà chúng

ta hiện có Vì sao trái cây Việt Nam chưa làm được điều này? Một trong những lý

do được đề cập đến nhiều nhất đó là do sự tổn thất do thời gian vận chuyển dài Sự tổn thất này gây ra bởi nhiều nguyên nhân, trong đó sự sản sinh mạnh Ethylene khi trái cây chín là một nguyên nhân rất quan trọng đóng vai trò lớn đến chất lượng cũng như thời gian bảo quản trái cây Vậy Ethylene có vai trò như thế nào đối với quá trình chín của trái cây và chúng ta nên có những phương pháp gì tác động ngược trở lại đối với chất này để bảo quản trái cây một cách tốt hơn?

I- ĐẶT VẤN ĐỀ

Để tăng thời gian bảo quản rau quả là một vấn đề được đặt ra hiện nay Có

rất nhiều nhân tố tác động, làm ảnh hưởng đến thời gian bảo quản Một trong

những nhân tố tác động này đó chính là việc sản sinh khí ethylene trong quá trình

chín Do vậy, trong kỹ thuật bảo quản, cần phải kiểm soát nồng độ khí này để đạt

được hiệu quả bảo quản

II-TỔNG QUAN VỀ ETHYLENE

Vai trò:

Ethylene được xem là hoocmon thực vật thúc đẩy quá trình chín ở quả.Đối

với các loại quả hô hấp đột biến , trong quá trình chín có giai đoạn hô hấp mạnh

nhất Thông thường vài giờ trước khi xảy ra hô hấp đột biến hàm lượng ethylene

nội sinh tăng, kích thích hoạt động của các enzym đẩy nhanh quá trình chín của

rau quả Dưới tác động của ethylene, màng tế bào của quả có những biến đổi cơ

bản: tính thấm của màng tăng lên đáng kể do ethylene có ái lực cao đối với lipit,

một thành phần chủ yếu cấu tạo nên màng tế bào Điều đó dẫn đến giải phóng các

enzym vốn tách rời với cơ chất do màng ngăn cách Các enzym này có điều kiện

tiếp xúc với cơ chất và gây ra các phản ứng có liên quan đến các quá trình sinh lý,

sinh hoá của quả thúc đẩy quá trình chín của quả

Quá trình sinh tổng hợp ethylene:

Theo Yang và cộng sự, quá trình sinh tổng hợp ethylene bao gồm những giai đoạn chính sau:

Xuất phát ban đầu từ axít amin methionine (MET) và sản phẩm quan trọng

nhất của chu trình này là tạo ra ethylene, quá trình này đi qua hai sản phẩm trung

gian chính đó là S-adenosyl methionine (SAM) và aminocyclopropane

1-cacboxylic axit (ACC) Từ methionine (MET) chuyển hoá thành S-adenosyl

methionine (SAM) nhờ tác dụng xúc tác của enzym SAM-synthetase

Từ SAM chuyển hóa theo 2 con đường khác nhau: một phần tổ hợp lại axit amin MET để tiếp tục quá trình sinh tổng hợp trong cơ thể sinh vật; một phần chuyển hóa thành 1-aminocyclopropane 1-cacboxylic axit (ACC) nhờ tác dụng xúc tác của enzym ACC-synthetase

Khi quả còn xanh, con đường hình thành trở lại MET xảy ra mạnh và sự hình thành ACC là yếu hơn Quá trình này sẽ diễn ra ngược lại khi quả chín dần

Từ ACC chuyển hoá thành ethylene (C2H4) nhờ tác dụng xúc tác của enzym

ACC-oxydase

III- CÁC PHƯƠNG PHÁP ỨC CHẾ ETHYLENE

1-Ức chế ethylene nội sinh

1.1 Sử dụng Aminoethoxyvinyglycin (AVG) và Axit Aminooxyacetic (AOA) :

Theo quan điểm của Lurssen và cộng sự, trong quá trình sinh tổng hợp ethylene từ axít amin methyonin (MET), hoạt tính của hai enzym ACC- synthetase

và ACC-oxydase đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều hoà sản sinh ethylene

Chất kháng ethylene, AVG và AOA là các hợp chất có tác dụng ức chế hoạt động của enzym ACC- synthetase, là enzym giữ vai trò quan trọng trong việc xúc

tác quá trình hình thành ethylene Nên quá trình chuyển hoá SAM thành ACC thấp (chất tiền ethylene) Chính vì vậy, hàm lượng ethylene tạo thành thấp Do đó làm trì hoãn quá trình chín của quả, duy trì được hương thơm của quả trong quá trình bảo quản

¾ Ứng dụng

Retain - AVG được sử dụng phổ biến hiện nay đối với các loại hoa quả

trước và sau thu hoạch Nó được ứng dụng để bảo quản các loại quả táo, lê, đào

Đối với quả lê, xử lý ở nồng độ 720 mg/l là cho chất lượng quả tốt nhất về

màu sắc, kích thước, độ cứng đồng đều

Đối với quả đào, Retain - AVG làm giảm độ cứng và hàm lượng axit nhưng

làm tăng hàm lượng chất khô hoà tan của quả Ngoài ra, nó còn làm trì hoãn quá

trình sản sinh ethylene và cường độ hô hấp của quả đào

1.2 Giảm nồng độ oxy

Bảo quản trong môi trường điều chỉnh thành phần khí: Controlled Atmosphere (CA) và Modified Atmosphere (MA)

Ta đã biết khí CO2 và O2 có tác dụng trực tiếp lên quá trình sinh lý, sinh hóa của rau quả, mặt khác thành phần của khí quyển bình thường chứa 21% O2, 0,03% CO2 và 78% N2, vì vậy khi bảo quản ở nhiệt độ bình thường với hàm lượng

O2 và CO2 như trên thì cường độ hô hấp hiếu khí rất cao, thúc đẩy quá trình chuyển hóa ACC thành ethylene, dẫn đến rau quả nhanh chín

Do đó việc bảo quản rau quả tươi trong môi trường có nồng độ O2 thấp hơn 21% và tăng hàm lượng CO2 thì cường độ hô hấp giảm, dẫn đến việc ức chế quá

trình sinh tổng hợp ethylene Giúp kéo dài thời gian bảo quản rau quả

1.2.1 Phương pháp bảo quản trong môi trường không khí có kiểm soát (CA):

Môi trường không khí có kiểm soát là môi trường có thành phần khí O2 và

CO2 được điều chỉnh khác với môi trường không khí bình thường

Để tạo ra môi trường CA thì cần có một phòng lạnh kín khí với thiết bị theo dõi nồng độ khí O2 và CO2 để giữ thành phần khí theo yêu cầu, bổ sung khí N2 vào phòng, dùng không khí đã rút bớt khí O2 Nồng độ CO2 được điều chỉnh bằng cách

bổ sung CO2, thêm nước đá khô

¾ Ưu điểm:

Nhìn chung, phương pháp bảo quản trong môi trường có kiểm soát thành phần khí quyển (CA) cho hiệu quả tốt, ức chế tốt quá trình sinh tổng hợp ethylene nên thời hạn bảo quản dài Trong thời giang bảo quản, chất lượng rau quả hầu như không đổi

¾ Nhược điểm:

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là phức tạp, chi phí xây dựng cũng như vận hành kho bảo quản lớn Tính ổn định của hệ thống không cao, phụ thuộc nhiều vào loại rau quả

1.2.2 Phương pháp bảo quản trong môi trường khí quyển điều chỉnh (MA):

Bảo quản rau quả trong môi trường khí quyển điều chỉnh thích hợp đối với khối lượng sản phẩm nhỏ Trong phương pháp này rau quả được đựng trong những loại màng mỏng (plastic flims) Trong các túi kín, khí quyển của túi thay đổi, giảm lượng O2, tăng lượng CO2 do hô hấp của quả bên trong Do đó có thể ức chế cường độ hô hấp, dẫn đến việc kiềm hãm quá trình sinh tổng hợp ethylene của rau quả

¾ Ưu điểm:

Phương pháp này đơn giản, chi phí thấp, thích hợp với khối lượng sản phẩm nhỏ nên có thể ứng dụng trong vận chuyển, tồn trữ cũng như bán lẻ

¾ Nhược điểm:

Bên cạnh những ưu điểm nói trên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm như: loại màng sử dụng tùy thuộc vào loại rau quả, như vậy phải nghiên cứu đặc tính của từng loại rau quả

1.3 Bảo quản ở nhiệt độ thấp:

Nhiệt độ thấp có tác dụng ức chế cường độ các quá trình sinh lý, sinh hóa xảy ra trong rau quả vì ở nhiệt độ thấp các enzym xúc tác bị ức chế hoạt động Do

đó, bảo quản rau quả ở nhiệt độ thấp có khả năng ức chế hoạt động các enzym xúc tác quá trình sinh tổng hợp ethylene đặc biệt là enzym ACC-oxydase Vì vậy hạn chế sự hình thành ethylene, giúp kéo dài thời gian bảo quản rau quả

Đồng thời trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và bảo quản rau quả cũng phải chú ý tránh gây ra những tổn thương cơ học cho rau quả Những tổn thương

sẽ làm tăng cường độ hô hấp và quá trình sản sinh ethylene trong rau quả

1.4.Các ion kim loại nặng :

Các ion kim loại nặng như bạc (Ag), coban (Co)… có thể ức chế quá trình

chuyển triptophan thành ACC (chất tiền thân của ethylene), do đó ethylene không

được hình thành Chính vì vậy, chúng ta có thể kéo dài thời gian bảo quản Ngoài

tác dụng kể trên, ion kim loại còn được biết như một chất ức chế ethylene tiềm

tàng, vì nó gây trở ngại đối với các vị trí liên kết của ethylene, ức chế sự trao đổi

ethylene, hình thành một phức diethylene

2-Dùng hóa chất hấp thụ

2.1.Sử dụng 1-methylcyclopropene (1-MCP)

Phương trình phản ứng

Khi 1-MCP được phun vào kho bảo quản, nó sẽ hấp thụ khí ethylene, ức chế sự hoạt động của nối đôi ở khí ethylene R là hợp chất trùng hợp theo nguyên tắc thống kê (có sự kết hợp ngẫu nhiên giữa các phân tử với nhau) Bằng cách này, 1-MCP có thể trì hoãn quá trình chín, kéo dài thời gian bảo quản của rau quả

¾ Ưu điểm

Dễ áp dụng đối với những quả thuộc loại climacteric

Không gây độc đối với sản phẩm, tác dụng được ở nồng độ thấp

¾ Nhược điểm

Tạo ra những rối loạn sinh lý:

9 Quả chín, màu không tự nhiên: đối với chuối, trước khi đạt hô hấp

cực đại, sử dụng 1-MCP sẽ làm trì hoãn thay đổi của quá trình chín

Tuy nhiên, loại quả này sẽ bị rối loạn sinh lý, trái chín không đều (not properly degree)

9 Ức chế sự tạo mùi

9 Phản ứng khác nhau đối với các loại quả chưa đạt độ chín kỹ thuật:

trên chuối có những trái chín không đều, khi sử dụng 1-MCP, sản

CH

C

H3C

H2C

CH2

phẩm có trái chín, trái sống Hay trong cùng một trái chuối, phản ứng này cũng xảy ra tương tự làm cho quả chín không đều

Khó kiểm soát về chất lượng, 1-MCP có thể gây ra những rối loạn sinh lý, tuy

nhiên việc này phụ thuộc vào từng loại rau quả

Chi phí đầu tư cao: khi sử dụng 1-MCP cần có hệ thống phòng hoặc buồng

xông khói chuyên dụng để kiểm soát được nồng độ hóa chất, cũng như chất lượng

của rau quả

Tạo ra những tổn thương trong quá trình bảo quản: đối với cam sẽ có những

tổn thương lạnh ở bên ngoài sản phẩm, còn đối với dứa sẽ gây ra hiện tượng hóa

nâu bên trong

¾ Ứng dụng

9 Bảo quản cà chua

Cà chua được xử lý với 1-MCP kìm hãm sự mềm hóa và sự phát triển của

sắc tố đỏ trên trái cà chua hơn các loại khác Cà chua không được xử lý với

1-MCP sẽ đạt tới độ chín sau 5-7 ngày bảo quản ở nhiệt độ 20oC trong khi cà chua

được xử lý với 1-MCP (1ppm, 24h) quá trình này có thể kéo dài từ 13-15 ngày ở

cùng nhiệt độ Như vậy, việc xử lý với 1-MCP có thể kéo dài gấp đôi thời gian bảo quản

9 Bảo quản bơ

1-MCP có tác dụng trì hoãn quá trình mềm hóa và sự mất màu xanh của bơ Cũng như cà chua, khi việc xử lý bơ với 1-MCP (400ppm, 12h) thì thời gian bảo

quản từ khi thu hoạch tới khi bơ đạt độ chín phù hợp gấp 2 lần so với bơ không

được xử lý

Hình: Quả bơ sau 6 ngày ở 200C

2.2 Sử dụng KMNO 4

Quá trình oxy hoá ethylen bằng KMnO4 xảy ra theo hai bước: ban đầu, khí

ethylen sẽ bị oxy hoá thành acetaldehyt, sau đó quá trình oxy hoá lại tiếp tục

xảy ra tạo thành axit acetic, axit acetic có thể bị oxy hoá tiếp cho sản phẩm

cuối cùng là CO2 và H2O

3CH2CH2 + 2KMnO4 + H2O 2MnO2 + 3CH3CHO + 2KOH (1)

3CH3CHO + 2KMnO4 + H2O 2MnO2 + 3CH3COOH + 2KOH (2)

3CH3COOH+ 8KMnO4 8MnO2 + 6CO2 + 8KOH + 2H2O (3)

Từ (1), (2), (3) ta có phương trình tổng như sau:

3CH2CH2 + 12KMnO4 12MnO2 + 6CO2 + 12KOH

¾ Ưu điểm

Dễ sử dụng (ngâm, bôi, phun, bao gói)

Giá thành thấp

¾ Nhược điểm

Tăng hàm lượng CO2, có khả năng chuyển thành hô hấp kỵ khí

Có khả năng gây độc

¾ Ứng dụng

9 Công nghệ bảo quản khoai tây

Củ khoai tây được nhúng vào dung dịch nước ozôn (O3) nồng độ 140ppm

trong thời gian 5 phút rồi đưa bảo quản trong kho lạnh ở nhiệt độ từ 00C đến 20C,

ẩm độ không khí từ 90 đến 95%, rải đều lên trên đống khoai tây các túi vải thưa có chứa bột khử ethylen (KMnO4-CaSiO3), mỗi túi 3g, tỷ lệ 0,1% Sau 3 tháng bảo

quản tỷ lệ củ bị hư hỏng là 3%, tỷ lệ giảm khối lượng 4% và độ Brix tăng từ

0,75% đến 3,45%

9 Công nghệ bảo quản hồng

Công nghệ này được áp dụng bảo quản cho hai loại hồng dấm đỏ và hồng

ngâm Các bước tiến hành bảo quản như sau: thu hoạch hồng xong, lựa chọn quả,

tiến hành tẩy rửa, đưa hồng nhúng vào chất bảo quản, sau đó hong khô và đóng túi

(khi đóng túi phải sử dụng chất hấp thụ Ethylen- R3), cuối cùng đem xếp lên giàn

bảo quản

Để bảo quản hồng được tốt, trong quá trình bảo quản cần chú ý nguyên liệu

bảo quản phải tươi tốt, không sâu bệnh, quả đạt độ già khi thu hái (vỏ quả màu

xanh chuyển sang xanh vàng) Sử dụng chất hấp thụ R3 và chất chống nấm Bendo

đúng liều lượng (2,5 gam R3/kg quả, 1,5 gam Bendo/lít nước) Ngoài ra, phải luôn

giữ cho kho bảo quản sạch sẽ, môi trường thoáng mát, tiệt trùng

3- Loại bỏ hoặc cô lập nguồn sản sinh ethylene

Như ta đã biết trong quá trình chín, khí ethylenee được sinh ra và chính khí này lại tác động ngược trở lại, kích thích quả chín nhanh hơn.Điều này gây ảnh hưởng

nghiêm trọng đối với việc bảo quản rau quả nhạy cảm với nguồn ethylene ngoại

sinh Chính vì vậy chúng ta cần phải có những biện pháp để loại bỏ hoặc cô lập

nguồn ethylene ngoại sinh này

Chọn nguyên liệu đồng đều, tươi

9 Rau, quả còn tươi, toàn vẹn, không bị trầy xước, có hình dạng bình

thường, có màu sắc tự nhiên, giòn chắc, cầm nặng tay

9 Rau quả không bị héo úa, giập nát, hoặc dính các chất lạ

9 Không có mùi vị lạ

9 Rau quả phải có độ chín đồng đều với nhau: điều này rất quan trọng

vì nếu độ chín của các quả khác nhau, trong quá trình bảo quản, một

số quả chín trước sẽ vừa sản sinh ra nguồn ethylene kích thích bản thân nó, vừa sản sinh ra nguồn ngoại sinh kích thích những trái bên cạnh Hậu quả của việc này là làm giảm khả năng bảo quản rau quả

Phân loại trái sống riêng, trái chín riêng: điều này có ý nghĩa rất lớn đối với việc ngăn ngừa nguồn ethylene ngoại sinh

Cần kiểm tra định kỳ , thường xuyên để loại bỏ trái chín, trái hư hỏng trong

kho bảo quản Đồng thời kết hợp sử dụng bao bì phù hợp, làm thông gió kho

để hạn chế sự sinh nhiệt

9 Điều chỉnh nhiệt độ

Nhiệt độ là thành phần rất quan trọng đối với quá trình hô hấp Nhiệt độ và

cường độ hô hấp có mối quan hệ chặt chẽ với nhau thông qua định luật Q10

Có nghĩa là trong một giới hạn nhiệt độ xác định, nếu tăng nhiệt độ lên 100C

thì cường độ hô hấp sẽ tăng lên 2-3 lần

Trong kho bảo quản, nếu nhiệt độ tăng lên đột ngột, cường độ hô hấp sẽ

tăng lên, điều này đồng nghĩa với việc sản sinh hàm lượng khí ethylene cao

kích thích rau quả chín nhanh Đồng thời còn gây ra một số tổn thất khác như:

hao tổn chất khô, mất nước…Do đó việc kiểm tra thường xuyên thông số nhiệt

độ là rất cần thiết

9 Kiểm tra ẩm độ: độ ẩm kho bảo quản thấp, tạo điều kiện cho các phản ứng

sinh hóa diễn ra mạnh mẽ, đồng thời nó là điều kiện thuận lợi cho quá trình

chín Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ thuân lợi cho sự nảy mầm của các loại

rau củ, quả…

9 Kiểm soát nồng độ khí trong kho bảo quản: mặc dù có những biện pháp để

ức chế quá trình hô hấp diễn ra, tuy nhiên ta không thể đạt được kết quả

tuyệt đối, do đó vẫn có sự thay đổi thành phần khí trong quá trình bảo quản

Vì vậy việc kiểm tra định kỳ hàm lượng khí CO2 và O2 là cần thiết