Ethylene và ứng dụng 1-mcp trong ức chế ethylene - Copy

- Từ SAM chuyển hóa theo 2 con đường khác nhau: một phần tổ hợp lại acid amin MET để tiếp tục quá trình sinh tổng hợp trong cơ thể sinh vật; một phần chuyển hóa thành 1-

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI: ETHYLENE VÀ ỨNG DỤNG 1-MCP TRONG ỨC CHẾ ETHYLENE

GVHD: ThS.LÂM THANH HIỀN

SVTH: NHÓM 1

MSSV : 10125008 MSSV : 10125013 MSSV : 10125077 MSSV : 10125127 MSSV : 10125141 MSSV : 10125165 MSSV : 10155182

MỤC LỤC ETHYLENE VÀ ỨNG DỤNG CỦA 1-MCP

I GIỚI THIỆU CHUNG: 5

1 Ethylene : Error! Bookmark not defined 2 Vai trò của ethylene: Error! Bookmark not defined II ỨC CHẾ ETHYLENE(1-MCP) 5

1.Giới thiệu về 1-MCP: 6

2 Cơ chế tác động đến ethylene: 7

3.Các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lí 1-MCP: 8

4.Một vài ví dụ điển hình trong xử lí 1-MCP: 9

5.So sánh rau quả khi chưa và được xử lí 1-MCP: 9

III KẾT LUẬN 13

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

LỜI NÓI ĐẦU

Với lợi thế là một nước nằm trong khu vực nhiệt ẩm gió mùa, lại được thiên nhiên ưu đãi cho nhiều khu vực địa lý khí hậu khác nhau, nên Việt Nam có thể trồng được nhiều loại rau quả phong phú Bên cạnh đó, nước ta cũng trồng được nhiều loại rau quả nhiệt đới quý hiếm có

giá trị kim ngạch xuất khẩu

Song, vấn đề tiêu thụ các sản phẩm rau quả hiện đang gặp rất nhiều khó khăn, trở ngại Tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn : Đối với hạt là 10%, đối với cây ăn củ là 10 – 20%, cây ăn quả là 15 – 30% và công nghệ bảo quản chế biến của chúng ta còn nhiều hạn chế nên đã làm cho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trên thị trường trong nước cũng như xuất khẩu , do đó để các mặt hàng rau quả Việt Nam có giá trị trên thị trường, thì trong công tác bảo quản phải đảm bảo được một số yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm để tránh các biến đổi của rau quả trong quá trình bảo quản.Để giảm những tổn thất đó , rau quả sau thu hoạch cần được xử lí để giữ được tối đa chất lượng sản phẩm ,giảm đến mứa tối thiểu các tổn thất sau thu hoạch Một trong những yếu tố cần quan tâm là sự ảnh hưởng của Ethylen đối với rau quả Bên cạnh vai trò mang tính tích cực mà Ethylen mang lại , kèm theo là những tác hại không mong muốn Vì vậy cần phải biết cơ chế tác động của ethylen cách khắc phục từ đó có những biện pháp để hạn chế các biến đổi cũng như giữ lại chất lượng của rau quả trong quá trình bảo quản, và cũng góp phần nâng cao giá trị của mặt hàng rau quả Việt Nam trên thị trường

I GIỚI THIỆU CHUNG

1 Ethylene

Ehtylene là loại hormone thực vật (phytohormone) duy nhất tồn tại ở dạng khí

- Công thức: C2H4

- Khối lượng mol: 28,05 g/mol

- Nhiệt độ sôi: -103,7oC

- Nhiệt độ tự bốc cháy 540oC ( trong không khí )

- Nhiệt độ đông đặc: -181oC

- Độ hòa tan trong nước: 3.5mg/100ml ( 17oC )

- Độ tan trong ethanol: 4.22 mg/l

- Là chất khí không màu, không rõ mùi, nhẹ hơn không khí, không bị phân hủy nhưng lại có thể biến mất trong không khí

2 Sự sinh tổng hợp ethylene:

- Acid amin methionine ( MET ) đi qua hai sản phẩm trung gian S-adenosyl methionine và 1- aminocyclopropane 1-cacboxylic acid (ACC), tạo ra sản phẩmcuối cùng là ethylene Từ methionine (MET) chuyển hoá thành S-adenosylmethionine (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 acid amin MET để tiếp tục quá trình sinh tổng hợp trong cơ thể sinh vật; một phần chuyển hóa thành 1-aminocyclopropane 1-cacboxylic acid (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-oxydas

3.Vai trò của Ethylene:

 Có lợi:

- Kích thích sự chín của quả

- Xử lí để loại màu xanh của một số quả ( cam, quýt,chuối, )

- Thúc đẩy sự nở hoa của các chồi, búp

- Phá vỡ thế miên trạng ( hoa tulip, hoa li, ) và thúc đẩy sự nảy mầm của khoai tây

- Giúp hình thành tầng rời ở cuống trái ( sầu riêng, măng cụt, )

 Có hại:

- Đẩy nhanh quá trình chín, già hóa của rau quả, hoa tươi

- Gây rụng cơ quan (lá, quả, cành, cuống…)

- Ức chế sự nở hoa (hoa cắt cành)

- Ngăn cản sự hút nước (hoa cắt cành)

- Làm tăng sự mẫn cảm của rau hoa quả với các bệnh

- Hình thành vị đắng của sản phẩm

 Tác dụng của ethylene đến quá trình chín của quả:

- Ethylene được sinh tổng hợp tại các tế bào và các mô thực vật vào lúc trái đã phát triển

hoàn chỉnh để kích thích sự chín của quả Do ethylene có liên quan đến quá trình sinh tổng hợp các loại enzym thúc đẩy quá trình chín như: protopectinase thủy phân protopectin thành pectin hòa tan làm cho trái mềm dần, enzym chlorophyllase oxy hóa chlorophyll làm trái mất màu xanh, chuyển qua màu của chính nó (anthoxyanne, carotenoid ), enzym phân hủy các

hợp chất cao phân tử thành các hợp chất đơn giản hơn như các axít hữu cơ, este

- Dưới tác dụng của ethylene, màng tế bào của quả có những biến đổi cơ bản, tính thấm của màng trong các tế bào thịt quả tăng lên đáng kể do ethylene có ái lực cao đối với lipit, một thành phần chủ yếu cấu tạo nên tế bào Dẫn đến sự giải phóng các enzyme vốn tách rời với

cơ chất do màng ngăn cách Các enzyme này (như enzyme hô hấp, enzyme biến đổi độ chua, độ mềm của quả) sẽ có điều kiện tiếp xúc dễ dàng với cơ chất gây nên những phản ứng có liên quan đến các quá trình sinh lý, sinh hóa của rau quả thúc đẩy quá trình chín của nguyên liệu

- Hàm lượng ethylene cần thiết cho quá trình chín của các loại quả rất khác nhau nhưng thường dao động trong khoảng 0.1 – 1.0 ppm

Ngưỡng nồng độ ethylene của một số rau, hoa quả

II ỨC CHẾ ETHYLENE ( 1-MCP)

Để hạn chế tác hại của ethylene, có thể áp dụng các biện pháp sau:

- Sử dụng chất Aminoethoxyvinuyglycin (AVG) và Axit Amionooxyacetic (AOA) ức chế sự hình thành các enzyme tham gia quá trình tổng hợp ethylene

- Giảm nồng độ oxy trong môi trường tồn trữ để hạn chế hoạt động của enzyme ACC oxydase

- Xua đuổi ethylene và nhiệt ẩm ra khỏi khí quyển bảo quản bằng thông gió cưỡng bức sau thu hoạch

- Phá hủy ngay ethylene khi chúng vừa hình thành bằng khí O3. Khí O3 sẽ kết hợp ngay với ethylene tạo thành CO2, H2O, và O2.

- Dùng các muối kim loại nặng như Ti, Co, Ag…trong dung dich cắm hoa tươi

- Dùng chất hấp thụ ethylene như 1-Methylcyclopropane (1-MCP), hấp phụ ngay rồi phá hủy ngay ethylene khi chúng vừa hình thành bằng thuốc tím bão hòa..

- Không nên tồn trữ chung rau quả có độ chín khác nhau Ví dụ: không nên bảo quản chung quả chìn và quả chưa chín ví ethylene sản sinh từ một quả chín có thể làm chín nhanh chống toàn bộ quả xanh còn lại Tồn trữ hoa cắt đã nở cùng với hoa chưa nở là không tốt vì khi hoa

nở ( hoàn thành quá trình thụ phấn, thụ tinh), ethylene sản sinh ra rất lớn

Trong đó, phương pháp dùng chất 1-MCP để ức chế ethylene là một phương pháp phổ biến, được áp dụng rộng rãi hiện nay Chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về phương pháp dùng chất ức chế 1-MCP:

1.Giới thiệu về 1-MCP:

Chất điều hòa sinh trưởng 1- Methylcyclopropene (1-MCP) có vai trò ức chế quá trình sinh tổng hợp của ethylene 1-MCP đã được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi cho các cây trồng rau hoa quả ở nhiều nước trên thế giới Đây là một hướng nghiên cứu tiên tiến và ứng dụng trong việc nâng cao chất lượng sau thu hoạch nông sản

Etylen là một hocmon thực vật tự nhiên liên quan chín và sự lão hóa của thực vật, thúc đẩy quá trình chín của rất nhiều rau quả như chuối, cà chua, xoài, đu đủ và quá trình vàng lá ở hoa và rau Etylen bắt đầu được nội sinh ở giai đoạn chín của rau hoa quả và ở nồng độ khác nhau tùy theo loại rau hoa quả Sử dụng 1-MCP có tác dụng ức chế quá trình nội sinh này

1-Methylcyclopropene (1-MCP) là dẫn xuất cyclopropene (một hợp chất hữu cơ có công

thức hóa học là C3H4) được sử dụng để điều chỉnh sự tăng trưởng của cây trồng Nó có liên quan về mặt cấu trúc với êtylen kích thích tố của cây trồng tự nhiên và nó được sử dụng mang tính thương mại nhằm giảm quá trình chín của quả và giúp giữ sự tươi nguyên của hoa sau khi thu hoạch

Đặc tính

Trạng thái tiêu chuẩn ở nhiệt độ 25 °C, 100 kPa

 Đặc tính hóa học

1-MCP là một loại cycloalkene (là một dạng của hyđrô cácbon alkene) có công thức phân tử

là C4H6 Nó là một loại khí dễ bay hơi ở nhiệt độ tiêu chuẩn và áp suất ở nhiệt độ sôi xấp xỉ

12 °C

 Cơ chế hoạt động

Êtylen thoát ra ở dạng khí và nó hoạt động ở các mức truy xuất trong suốt vòng đời của cây trồng bằng cách kích thích hoặc điều chỉnh các quá trình khác nhau như quá trình chín của quả ở giai đoạn cuối của quá trình sinh trưởng, quá trình nở hoa, và rụng lá Cơ chế hoạt động của 1-MCP bao hàm sự gắn kết chặt chẽ của nó với sự hấp thụ êtylen ở cây trồng, do đó ngăn chặn những tác động của êtylen

 Sử dụng mang tính thương mại

- Trong thương mại, 1-MCP được sử dụng nhằm 2 mục đích chủ yếu là: Giữ cho hoa quả được tươi lâu, và ngăn lại quá trình chín của quả Trong mỗi một trường hợp, người ta sử

dụng 1-MCP kết hợp với những nguyên liệu khác và hòa với một lượng nước hoặc dung dịch hòa tan khác và sử dụng nó ở dạng khí Nó thường được sử dụng trong những nơi kín có tường bao quanh như phòng làm lạnh, xe lạnh, nhà kính, cơ sở bảo quản và container hàng

- 1-MCP có tên thương mại là EthylBloc, và đã được cơ quan bảo vệ môi trường Hoa kỳ phê chuẩn để sử dụng cho sản phẩm sau thu hoạch Nó được sử dụng cho hoa đã cắt khỏi cây, hoa trồng trong chậu và trên luống, sử dụng trong vườn ươm và cây trồng lấy lá với mục đích ngăn chặn sự héo ở lá non, sự vàng lá, nở sớm, và chết sớm

- Chế phẩm đã được cấp phép sử dụng bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường của Mỹ (EPA) Chế phẩm phổ biến trên thị trường hiện nay có tên thương mại là SmartFresh do hãng AgroFresh Inc sản xuất hay EthylBloc do hãng Floralife Inc sản xuất Cả hai chế phẩm này đã được sử dụng đại trà cho rau hoa quả ở các nước như Mỹ, Isarel, Trung Quốc, Úc

2 Cơ chế tác động đến ethylene:

- Ở trạng thái bình thường, khi ethylene tiếp xúc với cơ quan thụ cảm trên tế bào thực vật, tế bào sẽ có tín hiệu trả lời bằng một loạt các phản ứng hóa sinh, dẫn đến các biến đổi sinh lý sinh hóa của thực vật (hình 1)

Hình 1: Ethylene gắn kết với cơ quan thụ cảm trên tế bào thực vật

Phân tử ethylene trong không khí gắn vào cơ quan thụ cảm ethylene trên tế bào thực vật

Ethylene hoạt động theo nguyên tắc

“chìa khóa và

ổ khóa”

Tín hiệu hóa học được gửi đến tế bào và

ethylene được giải phóng

- Khi có mặt trong tế bào, phân tử 1-MCP sẽ cạnh tranh và chiếm chỗ của ethylene để kết hợp với bộ phận thụ cảm ethylene trong tế bào, dẫn đến các phản ứng sinh hóa bị ngưng trệ Sự gắn kết giữa 1-MCP với cơ quan thụ cảm ethylene là vĩnh viễn Nhưng

cơ quan thụ cảm ethylene khác có thể hình thành và tế bào lại trở lên nhạy cảm với ethylene Vì vậy 1-MCP chỉ có tác dụng làm chậm chứ không ngăn chặn hoàn toàn các hoạt động sinh lý, sinh hóa của thực vật

Hình 2: Phân tử 1-MCP chiếm chỗ trên cơ quan thụ cảm ethylene

Phân tử 1-MCP

gắn vào cơ

quan thụ cảm

ethylene trên tế

bào

Tế bào thực vật không có tín hiệu trả lời kích thích của 1-MCP

1-MCP chiếm

ethylene vĩnh viễn trên cơ quan thụ cảm

Cơ quan thụ cảm mới được hình thành sau đó và gắn kết với ethylene

3.Các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lí 1-MCP:

Thời điểm xử lý sau thu hoạch cũng phụ thuộc vào các loại cây trồng khác nhau Nhìn chung các cây dễ thối hỏng cần xử lý 1-MCP sớm, như đối với súp lơ xanh và cải trắng cần xử lý sớm nhất có thể Xử lý 1-MCP sau bảo quản góp phần ức chế sự nội sinh ethylen, quá trình mềm quả và quá trình biến nâu của quả mơ, mận

- Thời điểm xử lý sau thu hoạch và nhiệt độ tại thời điểm xử lý sẽ ảnh hưởng đến khoảng

thời gian cần thiết cho quá trình xử lý, nhiệt độ thấp là điều kiện lý tưởng Thời điểm xử lý

thì phụ thuộc vào các loại cây trồng khác nhau Nhìn chung các cây dễ thối hỏng cần xử lý 1-MCP sớm, ví dụ như broccoli và pak choy

- Nồng độ 1-MCP phải đủ để gắn kết với các cơ quan cảm thụ ethylene và có thể cạnh tranh

với bất kỳ một phân tử ethylene nào Nồng độ xử lý phụ thuộc cụ thể vào từng loại cây trồng,

thời điểm xử lý, nhiệt độ và phương pháp xử lý Nồng độ biến đổi từ 0,1ppm đến 25ppm tùy theo từng loại rau hoa quả

- Thời gian xử lý phải đủ dài để 1-MCP ở dạng khí được giải phóng và thâm nhập vào bên

trong tế bào thực vật

Ngoài ra, độ già của sản phẩm cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của 1-MCP Nếu quả quá chín hoặc quá già thì 1-MCP cũng không phát huy được tác dụng (Blankenship, 2001)

4.Một vài ứng dụng điển hình trong xử lí 1-MCP

- Acuna và cộng sự (2010) đã nghiên cứu ảnh hưởng của 1-MCP ở các nồng độ 0, 50, 100 mg/l trên giống lê Bartlett Kết quả cho thấy ở các nồng độ xử lý 1-MCP đều kiểm soát quá trình chín và làm chậm quá trình mềm hóa của quả, giúp kéo dài lưu trữ quả được hơn 3.5 tháng ở 1oC

- Đối với cà chua, xử lý 1-MCP sau thu hoạch là một phương pháp hiệu quả trong việc làm chậm sự mềm hóa và sự hình thành sắc tố mà không ảnh hưởng đến hàm lượng axit, hàm

lượng chất khô hòa tan tổng số của quả (Celse et al., 2002) Tuy nhiên, theo Hurr và cộng sự

(2005), nếu xử lý 1-MCP cho cà chua xanh thì quá trình chín sau bảo quản diễn ra không đồng loạt Nếu xử lý 1-MCP trên cà chua ở trạng thái bắt đầu chuyển màu sẽ cho chất lượng chín sau thu hoạch tốt hơn (Watkins, 2008)

- Trên Xoài, Penchaiya đã xử lý 1-MCP ở các nồng độ 250, 500 và 1000 ppm trong 24h ở

25oC và bảo quản ở 20 oC Xoài được xử lý bằng 1-MCP với các nồng độ 250 ppm cho thấy hiệu quả cao nhất trong việc duy trì độ cứng của quả trong suốt thời gian bảo quản Nếu xử

lý ở nồng độ cao hơn sẽ dẫn đến giảm cường độ hô hấp và cường độ sinh etylen, làm chậm sự biến đổi màu sắc của vỏ quả Xoài được xử lý bằng 1-MCP có thể kéo dài thời gian bảo quản đến 15 ngày ở 20oC (Penchaiya et al., 2006)