Vai trò của công nghệ làm chậm chín quả. Các biện pháp Công nghệ Sinh học làm chậm chín quả

Công nghệ Sinh học trong Bảo quản chế biến nông sản GV hướng dẫn: PGS. TS. Ngô Xuân Mạnh - Trái cây chín chậm một yêu cầu cho cuộc sống: - Trái cây chín là một giai đoạn bình thường trong chu kỳ sinh t

3 Lê Văn Doanh4 T ng Chí Côngố5 Lê Th Tuy tịế6 Nguy n H u Lungễữ7 Ngô Th Maiị8 Hoàng Văn Dương9 L u Th Phưịương10 Nguy n Văn Khoaễ11: Mông Th Thu ị

Th yủ

12: Ph m Th Thùy Linhạị

13 Nguy n H u Ti pễữệ

Vai trò c a công ngh làm ch m chín quủệậả Các bi n pháp Công ngh Sinh h c ệ làm ch m chín quậ ệả ọ

I.Đ t v n đĐ t v n đặ ấặ ấềề

- Trái cây chín là một giai đoạn bình thường trong chu kỳ sinh trưởng của cây trồng. 

- Tiến trình này nhanh chậm tùy thuộc vào trạng thái sinh lý của giống cây trồng nhưng trong đa số trái cây thực phẩm cho người tiêu dùng như cà chua dưa hấu và đu đủ là sự chín xảy ra rất nhanh  gây  nên  những  thiệt  hại  cho  cả  người trồng trọt và khách tiêu dùng.

- Do  trái  cây  chín  nhanh  nên  nhà  trồng  trọt thường cố ép thu hoạch sớm khi trái cây chưa chín, chưa đủ độ phát triển, chưa đạt tới thành phần  dinh  dưỡng  của  trái  chín  mong  muốn cho người sử dụng, và nhà thương mại bằng mọi  cách  tạo  ra  trái  cây  chín  giả  tạo,  không đủ thành phần hóa học của độ chín.

- Hiện nay các khoa học gia đã nghiên cứu để tìm ra  phương  pháp  làm  chậm  tiến  trình  chín  của trái cây giúp nhà trồng trọt có thể chủ động tiêu thụ  nông  sản  và  đảm  bảo  cho  người  tiêu  dùng có  thể  sử  dụng  những  trái  cây  tươi  có  giá  trị dinh dưỡng.

1 Vì sao cần trái cây chín chậm:

II N i dung nghiên c uộứ

II N i dung nghiên c uộứ

- Bảo  đảm  về  chất  lượng  rau  quả  trên  thị trường. Nông dân yên tâm khi vận chuyển sản phẩm  của  mình  trong  một  khoảng  thời  gian dài mà không cần phải bảo quản lạnh. 

- Giảm thiệt hại sau thu hoạch. Kéo dài thời hạn sử dụng, người tiêu dùng yên tâm sử dụng trái cây tươi và đảm bảo dinh dưỡng.

- Chín là một giai đoạn bình thường trong quá trình trưởng thành của rau và quả. 

- Quá  trình  chỉ  xảy  ra  mạnh  mẽ  vài  ngày  trước  khi rau và quả có thể ăn được. 

- Sự  chín  không  thể  tránh  khỏi  này  gây  thiệt  hại không nhỏ cho cả nông dân và người tiêu dùng.

 

- S bi n đ i màu s c c a qu :ự ếổắ ủả

- Sự  biến  đổi  này  theo  hướng  biến  đổi  nhanh chóng clorophin mà không phân huỷ carotenoit, trái lại trong nhiều quả carotenoit lại được tổng hợp trong quá trình chín.

- Sự biến đổi màu sắc của quả:

- Ở giai đoạn xanh, diệp lục tố (chlorophylle) cho màu xanh của trái. 

- Dưới  tác  dụng  của  enzym  chlorophyllase,  diệp lục  tố  bị  phân  hủy  nên  để  lộ  ra  những  sắc  tố khác đã có sẵn trong trái. 

- Các  sắc  tố  này  thường  tạo  thành  các  hợp  chất phức tạp để khỏi tạo thành màu xanh lơ. 

- Sự biến đổi màu sắc của quả:

- Quá trình biến đổi sắc tố này xảy ra khác nhau ở mỗi loại quả nên màu sắc của chúng cũng khác nhau.

- Chẳng  hạn  ở  chuối,  hàm  lượng  clorophin  giảm rất  nhanh  nhưng  hàm  lượng  caotenoit  không giảm nên quả hoá vàng nhanh chóng. 

- Sự biến đổi màu sắc của quả: 

- Ở táo giảm hàm lượng clorophin nhưng lại tăng hàm lượng xanthophin. 

- Ở cam quít, giảm nhanh hàm lượng clorophin và tăng hàm lượng carotenoit. 

- Ở quả dâu đất, có sự tăng hàm lượng  antoxian và  flavon,  quá  trình  xảy  ra  mạnh  mẽ  dưới  tác dụng  của  ánh  sáng  vì  có  sự  tham  gia  của phytocrom .

- Sự biến đổi độ mềm của quả: 

- Khi  quả  chín,  pectat  canxi  gắn  chặt  các  tế  bào với nhau lập tức bị phân huỷ dưới tác dụng của enzim pectinaza.

- Hợp  chất  ethylene  cũng  hoạt  hóa  các  men pectinase  giúp  thủy  phân  pectin  (loại  chất  giữ cho  trái  cây  cứng)  khi  hoạt  động  của  men  này chúng ta cảm nhận trái cây chín sẽ mềm hơn. 

- Sự biến đổi độ mềm của quả: 

- Hình dạng của trái cây và vỏ của trái cây do các thành phần tạo nên sự trương cứng của mô và tế bào của trái cây. 

- Những thay đổi thành phần của sự trương cứng sẽ làm thay đổi cấu trúc của trạng thái của mô và tế bào và làm thay đổi độ cứng của trái cây.

- Sự biến đổi độ mềm của quả: 

- Đây là kết quả hoạt hóa các hoạt động của các men thủy phân được tổng hợp trong lúc trưởng thành dưới sự có mặt của ethylene dẫn tới thay đổi cấu trúc tế bào và mô làm mất đi sự kết dính giữa các tế bào và những thay đổi áp suất thẩm thấu, kết quả làm cho trái cây mềm.

- Sự biến đổi mùi thơm của quả: 

- Khi quả chín thì xuất hiện các mùi đặc trưng cho từng loại quả. 

- Sự chín đã hoạt hoá quá trình tổng hợp các chất gây  mùi  thơm  đặc  trưng  có  bản  chất  este, aldehyt hoặc xeton.

- Đây  là  quá  trình  xảy  ra  có  liên  quan  đến  hoạt động  của  các  enzim  đặc  trưng  cho  từng  loại quả.

- Sự biến đổi hương vị của quả: 

- Tùy theo trái, tỷ lệ đường khác nhau và thay đổi tùy độ chín. 

- Các hợp chất như tanin, axít hữu cơ, alcaloit bị phân  hủy  nhanh  chóng,  đồng  thời  các  đường đơn  xuất  hiện  (xaccaroz,  fructoz  )  nên  vị  ngọt tăng lên …

- Sự biến đổi hương vị của quả: 

- Khi  trái  chín  thành  phần  ethylene  được  tạo  ra trong tế bào dẫn tới thay đổi hay hoạt hóa một số  men  trong  trái  cây  bao  gồm:  men  amylase, giúp thủy phân tinh bột tạo ra những đường đơn làm chúng ta có cảm nhận được vị ngọt của trái cây.

- Người  tiêu  dùng  có  thể  mua  được  hàng  hóa tốt với giá tiền phù hợp.

3. Vai trò của công nghệ chín chậm

- Nông dân yên tâm khi vận chuyển sản phẩm của mình trong một khoảng thời gian dài mà không cần phải bảo quản lạnh.

- Giảm thiệt hại sau thu hoạch. 

- Quả  DR  có  độ  cứng  cao  hơn  quả  thông thường do đó nó không bị bầm dập trong quá trình  vận  chuyển  và  thời  gian  lưu  thông  trên thị trường lâu hơn.

- Kéo dài thời hạn sử dụng nhưng rau quả vẫn tươi ngon.

3. Vai trò của công nghệ chín chậm

4 Ethylene.

- Là m t hormone th c v t t nhiên liên quan đ n ộựậ ựếquá trình sinh trưởng, phát tri n, chín và s lão hóa ểực a th c v t ủựậ

- Người ta cho r ng phytohormone này thúc đ y quá ằẩtrình chín c a r t nhi u loài qu nh : chu i, d a, ủấềảưốứcà chua, xoài, d a h u và đu đ ưấủ

- Nó được t o ra nhi u n ng đ khác nhau ph ạởềồộụthu c vào nhi u lo i qu ộềạả

- Khi n ng đ ethylene đ t t 0,1 đ n 1,0 ppm (Ph n ồộạ ừếầ

tri u) thì b t đ u x y ra quá trình chín c a qu ệắầảủảvùng nhi t đ i ệ ớ

- S n ph m ethylene trong qu là tín hi u cho ho t ảẩảệạ

đ ng c a nhi u lo i enzyme khác nhau d n đ n ộủềạẫếnh ng thay đ i sinh lý nh trên.ữổư

- Ảnh hưởng không t t c a Ethylene đ i v i quá ốủốớtrình b o qu n tảả ươi:

- Tăng cường đ hô h p, do đó làm gi m nhanh ộấảlượng ch t khô d tr , hao h t kh i lấựữụố ượng t ựnhiên l n nên ch t lớấ ượng qu chu i gi m nhanh ảốảtrong th i gian b o qu n ờảả

- Kích thích s xu t hi n và gây h i c a các vi sinh ựấệạ ủv t gây th i h ng, m t s nghiên c u v nh ậốỏộốứề ảhưởng etylen đ n quá trình h h ng các lo i rau ếư ỏạqu cho r ng có đ n 50% thi t h i, h h ng trên ảằếệ ạư ỏqu có liên quan đ n etylen.ảế

- Cơ chế sinh tổng hợp Ethylene:

- Xuất  phát  ban  đầu  từ  axít  amin methionine  (MET)  và  sản  phẩm quan trọng nhất của chu trình này là tạo  ra  etylen,  quá  trình  này  đi  qua hai sản phẩm trung gian chính đó là S­adenosyl  methionine  (SAM)  và  1­ aminocyclopropane 1­cacboxylic axit (ACC).

- Từ  methionine  (MET)  chuyển  hoá  thành  S­adenosyl methionine (SAM) nhờ tác dụng xúc tác của enzym SAM­synthetaza. 

- 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. 

aminocyclopropane 1­cacboxylic axit (ACC)  nhờ  tác  dụng  xúc  tác  của  enzym ACC­synthetaza. 

- Cơ chế sinh tổng hợp Ethylene:

- 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  etylen (C2H4) nhờ tác dụng xúc tác của enzym ACC­oxydaza. 

- Cơ chế sinh tổng hợp Ethylene:

- Vấn đề đặt ra là, tạo hàm lượng  ethylene  giảm  là mục tiêu ứng dụng để kéo dài thời gian bảo quản trái cây.

nghiên  cứu  để  tìm  ra phương  pháp  làm  chậm quá trình chín của quả

- Các ion kim loại nặng như bạc (Ag), coban (Co), titan (Ti), thuỷ ngân (Hg), paladi (Pd).

- Các ion kim loại nặng kể trên có thể ức chế quá trình  chuyển  triptophan  thành  ACC  (chất  tiền thân của etylen), do đó etylen 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 kháng etylen tiềm tàng. 

- Nó  gây  trở  ngại  đối  với  các  vị  trí  liên  kết  của etylen, ức chế sự trao đổi etylen, hình thành một phức  dietylen  thực  sự  do  đó  có  tác  dụng  như một chất kháng etylen. 

- Hiện nay, việc sử dụng các chất kháng etylen có nguồn gốc ion kim loại nặng có một số nhược điểm như: 

- Các  dung  dịch  chứa  các  ion  kim  loại  nặng không bền vững nếu để thời gian dài. 

- Sự  tồn  dư  các  hàm  lượng  ion  kim  loại  này trong nước và đất, chúng gây nên ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ của cộng đồng. 

- Vì  vậy,  phương  án  sử  dụng  chất  kháng  etylen này không được khuyến khích sử dụng nhiều

- Các  chất  oxy  hóa  mạnh  như  ozon  (O3),  thuốc tím (KMnO4), tia cực tím (UV) sẽ oxy hóa ngay lập tức etylen trước khi chúng gây ra những tác động xấu. 

- Ngoài các chất kháng etylen kể trên, trong bảo quản  chuối  tươi  còn  áp  dụng  các  biện  pháp khác để hạn chế tối đa những tác động xấu của etylen như: làm giảm nhanh chóng etylen cùng với  nhiệt  lượng  cao  ra  khỏi  phòng  bảo  quản bằng thông gió sao cho nồng độ etylen nhỏ hơn 0,01µl/l. 

- Người ta cũng có thể bảo quản ở nhiệt độ thấp, nồng độ CO2 thấp tức là ức chế sự hình thành ACC nên etylen sẽ không được tạo thành. Theo kết  quả  nghiên  cứu  cho  thấy,  khi  sử  dụng KMnO4 để hấp thụ etylen trong bảo quản chuối thì thời gian bảo quản sẽ tăng lên 3 lần so với khi không sử dụng KMnO4. 

- Nếu cân bằng các chất kích thích sinh trưởng và ức chế sinh trưởng hay cụ thể là cân bằng Gib (Gibberellin),  thì  tác  động  của  etylen  lên  quá trình chín của quả sẽ giảm. 

- Các  chất  kích  thích  sinh  trưởng  Gib  có  ứng dụng rộng rãi để kháng lại tác động của etylen. 

- Etylen  kích  thích  sự  chín  của  quả  thì  việc  sử dụng các chất chống lại sự hình thành etylen sẽ có  tác  dụng  ngược  lại,  nghĩa  là  làm  chậm  sự chín. 

- Đây chính là mục đích mà sử dụng chất kháng etylen (Retain ­ AVG) cho quá trình nghiên cứu kéo dài thời gian bảo quản. 

- Retain ­ AVG là một chất điều hoà sinh trưởng thực vật, có chứa 15% thành phần hoạt động đó là AVG.

- Retain  ­  AVG  là  một  hợp  chất  có  tác  dụng  ức chế một cách hoàn toàn hoạt động của enzym ACC­  synthetaza,  là  enzym  giữ  vai  trò  quan trọng  trong  việc  xúc  tác  quá  trình  hình  thành etylen. 

- Do đó, làm trì hoãn quá trình chín của quả, duy trì  được  hương  thơm  của  quả  trong  quá  trình bảo  quản.  Đồng  thời  Retain  ­  AVG  cũng  làm giảm hiện tượng rụng hoa quả trên cây 

2 Ti p c n v i công ngh chín ch mếậớệậ

2 Ti p c n v i công ngh chín ch mếậớệậ

- Đi u khi n quá trình chín ch m:ềểậ

- Đi u khi n s t ng h p ethylene:ềểự ổợ

- Đi u khi n vi c nh n Ethylene: ềểệậ

- Ức ch ho t tính c a polygalacturonase:ếạủ

pháp đ đi u khi n quá trình chín ch m b ng công ểềểậằngh bi n đ i gen:ệ ếổ

cách “đóng” ho c làm gi m s t o ethylene trong qu , ặặảảự ạự ạảảtheo m t s cách sau đây:ộ ố

theo m t s cách sau đây:ộ ố

a c ch s bi u hi n c a gen ACC synthase Ứế ự ểệủ

a c ch s bi u hi n c a gen ACC synthase Ứế ự ểệủ

- ACC (1–Aminocyclopropane–1–Carbonxylic acid) synthase là enzyme ch u trách nhi m chuy n hóa S-ịệể

synthase là enzyme ch u trách nhi m chuy n hóa S-ịệể

Adenosylmethiomine (SAM) thành ACC.

- T bT bừ ướừ ước th hai t i bc th hai t i bứứớ ướớ ước cu i cùng trong quá trình c cu i cùng trong quá trình ốốsinh t ng h p ethylene ổợ

sinh t ng h p ethylene ổợ

antisense ho c m t đo n c a b n sao gen synthase ặộạủả

antisense ho c m t đo n c a b n sao gen synthase ặộạủả

được chuy n vào trong genome c a th c v t ểủựậ

được chuy n vào trong genome c a th c v t ểủựậ

b Chuy n gen ACC diaminase.ể

- Gen mã hóa cho enzyme này nh n đGen mã hóa cho enzyme này nh n đậậượược t m t vi c t m t vi ừừộộkhu n đ t (Pseudomonas chlororaphis) không gây ẩấ

khu n đ t (Pseudomonas chlororaphis) không gây ẩấ

- PhPhươương pháp này cũng tng pháp này cũng tươương t nh ACC ng t nh ACC ựựưưdiaminase, b ng cách gi m ti n ch t c a ethylene ằảềấ ủ

- Khi ethylene có tín hi u b t đ u cho vi c chín qu , Khi ethylene có tín hi u b t đ u cho vi c chín qu , ệệắắầầệệảảvi c làm ch m quá trình chín có th đ t đệậể ạ ược b ng cách ằ

phân gi i pectin, ch t duy trì đ c ng cho thành t bào ảấộ ứế

phân gi i pectin, ch t duy trì đ c ng cho thành t bào ảấộ ứế

khoa h c đã chuy n gen antisene ho c m t đo n b n sao ọểặộạả

c a gen PG vào trong genome c a th c v t d n đ n s ủủựậẫếự

c a gen PG vào trong genome c a th c v t d n đ n s ủủựậẫếự

c ch t o ra enzyme PG.ức ch t o ra enzyme PG.ế ạ