Sự hô hấp làm giảm khối lượng rau quả một cách tự nhiên. Các biện pháp làm giảm cường độ hô hấp sẽ hạn chế sự giảm khối lượng tự nhiên, có ý nghĩa thực tiễn lớn trong tồn trữ rau quả tươi.
Khi hô hấp hiếu khí (sử dụng đủ oxi của không khí), rau quả tươi thải ra khí cacbonic và nước, cứ một phân tử gram đường hexose sinh ra 674kcal, làm bốc nóng khối nguyên liệu trong kho tồn trữ. Nếu không làm thông thoáng đầy đủ thì sự sinh nhiệt này sẽ kích thích trở lại làm tăng cường độ hô hấp, tích tụ thêm hơi nước. Nhiệt độ và độ ẩm tăng cao còn là nguyên nhân thúc đẩy sự hoạt động của vi khuẩn và nấm mốc gây hư hỏng nguyên liệu bảo quản.
Trong quá trình hô hấp của rau quả, trước hết là tiêu hao các chất glucid, acid hữu cơ, hợp chất nitơ, pectin, hô hấp tanin, lipid và glucozit.
Khi hô hấp yếm khí (không có oxi), sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy hexose là khí cacbonic và etanol.
Lượng nhiệt sinh ra từ 1 phân tử gam hexose do hô hấp yếm khí sẽ ít hơn 24 lần so với khi hô hấp hiếu khí. Cho nên, để đảm bảo nhiệt lượng duy trì trong quá trình sống, khi hô hấp yếm khí sẽ tiêu hao một lượng chất dự trữ lớn hơn nhiều lần so với khi hô hấp hiếu khí. Vì vậy, sự giảm khối tự nhiên có thể ít nhưng chất khô lại tiêu hao nhiều.
Những nghiên cứu tồn trữ rau quả tươi trong môi trường khí nitơ, tức là trong điều kiện yếm khí cho thấy tiêu hao các chất hữu cơ cao hơn nhiều lần so với hô hấp đầy đủ không khí. Tuy nhiên, trong bảo quản rau quả tươi, các tế bào dần dần mất khả năng hấp thu oxi và dần dần chuyển qua hô hấp yếm khí, sự tích tụ các hợp chất trung gian của quá trình hô hấp không hoàn toàn như các rượu axetaldehit, acid axetic, acid lactic,… có tác dụng giết chết tế bào.
Sự già của tế bào rau quả cũng kèm theo sự tích tụ các sản phẩm của sự phân hủy yếm khí.
Vì vậy, sự gia tăng quá trình hô hấp yếm khí cần được coi như một hiện tượng bệnh lý không đặc trưng cho rau quả tươi.
Quá trình hô hấp của rau quả liên quan chặt chẽ với môi trường bên ngoài. Cả hai quá trình hô hấp đều dẫn đến một sản phẩm trung gian là acid piruvic và tiếp theo nếu là yếm khí sẽ dẫn đến CO2 và C2H5OH.
Các yếu tố ảnh hưởng tới cường độ hô hấp:
Cường độ hô hấp được biểu thị bằng số mg (ml) CO2 sinh ra (hoặc O2 hấp thu vào) của 1kg rau quả trong 1 giờ (mg/kg.h hay ml/kg.h). Cường độ hô hấp của mỗi loại rau quả phụ thuộc vào bản thân rau quả tồn trữ (giống loại, độ già chín, mức độ
nguyên vẹn) và vào các yếu tố của môi trường tồn trữ (nhiệt độ, độ ẩm, sự thông gió, thời hạn tồn trữ, ánh sáng…).
Hệ số hô hấp k là tỷ lệ giữa thể tích CO2 sinh ra và O2 tiêu thụ: k = 2 2 O CO V V
Hệ số hô hấp k- một chỉ tiêu thể hiện mức độ hiếu khí của quá trình hô hấp và loại chất tham gia quá trình đó.
Sự tăng hệ số k là dấu hiệu sinh lý đặc trưng của quá trình chín nhiều loại rau quả. Trong cùng một loại rau quả, nếu giống nào có khả năng tồn trữ lâu hơn thì thường có cường độ hô hấp mạnh hơn. Điều này thấy rõ trong bắp cải, khoai tây.
Tuy nhiên, không phải tất cả rau quả khi có cường độ hô hấp mạnh thì khả năng tồn trữ tốt hơn. Các loại rau quả dập nát thì cường độ hô hấp tăng và càng tăng thì khả năng chống thối hỏng càng cao. Đó là phản ứng tự vệ tự nhiên của cơ thể sống, tạo ra chất đề kháng, sinh ra các phản ứng oxy hóa các độc tố và tạo ra lớp tế bào bảo vệ nơi vết thương. Cường độ hô hấp lúc đó còn tùy thuộc vào mức độ giập (diện tích, độ sâu) và vị trí dập nát. Ở các rau quả bị sần rám, do việc thấm oxy vào tế bào bị cản trở so với rau quả lành nên hô hấp có phần yếm khí, CO2 sinh ra tăng lên so với oxy hấp thu nên làm cho hệ số hô hấp tăng lên.
Ở những độ già chín khác nhau, rau quả có cường độ hô hấp khác nhau. Khi đang chín, rau quả có cường độ hô hấp cao nhất. Đối với chuối là quá trình rấm chín. Từ lúc chín đến quá chín, cường độ hô hấp giảm nhanh đồng thời cũng là giai đoạn giảm khả năng tự đề kháng để đi đến thối hỏng. Thời kỳ cường độ hô hấp cực đại thường đặc trưng bằng sự tăng nhiệt độ đến mức tối đa cũng thường trùng với giai đoạn chín sử dụng để ăn tươi tốt nhất của quả nên cũng dễ nhận biết.
Ở những loại quả không có hô hấp đột biến thì cường độ hô hấp giảm dần.
Trong các loại rau, cà chua có cường độ hô hấp đột biến nhưng đỉnh cực đại khá thấp còn phần lớn rau có cường độ hô hấp không đột biến.
Ngược lại với rau thường có cường độ hô hấp lúc đầu tồn trữ thì cao rồi giảm dần về cuối, các loại củ ở giai đoạn tồn trữ cuối (gần thời kì nảy mầm) cường độ hô hấp lại bắt đầu tăng lên rõ rệt.
Giai đoạn cường độ hô hấp tăng lên cực đại đối với các loại rau quả khác khác nhau xảy ra ở những thời kỳ không giống nhau. Ví dụ: ở chuối giai đoạn cực đại kéo dài 24 – 60 giờ. Ở các loại quả khác, mức độ thấp hơn nhưng thời gian dài hơn, như đối với quả citrus giai đoạn này kéo dài mấy tháng nên không thấy rõ. Nhiệt độ môi
trường giảm sẽ làm giảm mức độ hô hấp cực đại, làm thời gian này trải dài ra nên rau quả được tồn trữ lâu hơn.
Trong môi trường có ít oxy, môi trường khí nitơ hay môi trường khí điều chỉnh (MA) tăng CO2 và giảm O2 tương ứng, mức độ hô hấp cực đại cũng bị ức chế. Ngược lại, một số hydrocacbon không no lại kích thích quá trình hô hấp. Etylen (C2H4) được công nhận từ lâu là hoocmon thực vật, nó khởi động quá trình chín cũng như điều chỉnh nhiều khía cạnh sinh trưởng, phát triển và lão hóa của thực vật. Axetylen (C2H2) cũng có tác dụng làm chín như etylen nhưng hoạt độ chỉ bằng 1/100.
Sau đỉnh cực đại, hô hấp bắt đầu giảm, lúc đó quá trình trao đổi chất bị phá hủy, các quá trình phân hủy chất hữu cơ phức tạp tăng lên, quá trình oxy hóa và phosphat hóa bị tách rời, ti thể và các thành phần khác trong nội bào bị phá hủy. Sự tích tụ axetaldehit và rượu làm hoạt lực của dehydrogenase bị ức chế và tích tụ các sản phẩm của sự oxy hóa các polyphenol… Tất cả những điều đó gây ra các hiện tượng bệnh lý và là cơ chế làm cho cơ thể sống bị chết dần. Cơ chế như thế xuất hiện ở thời kì cuối của quá trình tồn trữ rau quả tươi.
Thành phần khí trong mô rau quả tươi có ảnh hưởng lớn đến quá trình hô hấp, vì lượng khí này thường chiếm khoảng 20 – 30% (có khi cao hơn) tổng thể tích rau quả tươi và nằm chủ yếu ở gian bào và các khoảng trống trong các mô. Một lượng ít khí hòa tan trong dịch bào lại không ảnh hưởng đến thể tích và thành phần khí trong nội bào.
Thành phần khí của nội bào phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của bản thân cấu trúc rau quả và của điều kiện ngoại cảnh. Nó giữ cân bằng động học giữa lượng oxy sử dụng và lượng oxy xâm nhập vào trong tế bào và mô, cũng như CO2 hình thành do hô hấp và CO2 mất đi do khuếch tán. Nói khác đi, thành phần khí của nội bào phụ thuộc chặc chẽ vào lượng CO2 và O2 trong khí quyển xung quanh. Nơi gần cuống quả (cà chua, citrus,…) và mắt củ (khoai tây) là những vị trí thoát khí chủ yếu. Lượng CO2 và O2 trong rau quả khác nhau rất nhiều: trong khoai tây 32,4% CO2 và 11,8% O2, trong citrus 42,2% CO2 và 7,6% O2.
Trong quá trình tồn trữ rau quả tươi, lượng CO2 trong nội bào tăng dần và O2. Đến khi quả quá chín, hô hấp hiếu khí giảm dần, làm cho nhu cầu O2 của tế bào giảm nên tổng lượng O2 tăng lên và tổng lượng CO2 giảm đi.
Nhiệt độ tăng làm cường độ hô hấp và nhu cầu O2 của rau quả tăng. Nếu lượng O2
không được cung cấp đủ thì sẽ dẫn đến hô hấp yếm khí một phần. Từ đó, lượng CO2
Đối với rau quả nhiệt đới và cận nhiệt đới như dứa, chuối, cam…nếu tồn trữ ở nhiệt độ ẩm thì chất lượng cấu trúc ban đầu của chúng không hồi phục sau khi tan giá, vì thế các loại rau quả này chỉ bảo quản ở nhiệt độ dương thấp.
Theo F.V.Serevitinov, khi nâng nhiệt độ môi trường tồn trữ lên 10C lượng CO2 của rau quả tươi tăng lên là 1mg/kg.h. Nếu thay đổi nhiệt độ đột ngột cũng làm cường độ hô hấp tăng lên quá mức bình thường.
Tỷ lệ CO2/O2 của không khí tồn trữ có tác dụng rất quyết định đến quá trình hô hấp. Nếu O2 giảm dưới 3,5% thì cường độ hô hấp bắt đầu giảm thấp. Vì thế giảm O2 tăng CO2 trong không khí bảo quản là một biện pháp làm ngưng trệ quá trình đang chín và quá chín của rau quả, kéo dài thời hạn tồn trữ. Tuy nhiên, quá trình hô hấp làm giảm chất lượng, mùi vị rau quả tươi do tích rượu, aldehit, acid axetic và acid lactic, đồng thời tiêu hao nhiều chất dinh dưỡng. Do vậy, nếu không cần tồn trữ dài ngày thì nên bảo quản rau quả tươi ở nơi thoáng mát và khô ráo.
Hơi nước thoát ra từ rau quả khi tồn trữ là sản phẩm của quá trình hô hấp hiếu khí trong rau quả. Do vậy, nếu môi trường có độ ẩm cao, rau quả thoát ẩm chậm đã hạn chế một phần quá trình hô hấp hiếu khí làm cho rau quả có thể tồn trữ lâu hơn. Độ ẩm không khí càng cao thì rau quả càng ít bốc hơi và lâu khô héo. Tuy nhiên, độ ẩm của không khí cao lại là điều kiện cho nấm mốc và vi khuẩn phát triển. Do vậy, trong các kho tồn trữ độ ẩm tương đối của không khí thường được khống chế ở 80 – 90%.
Ánh sáng có tác dụng kích thích hô hấp, ví dụ với carrot cường độ hô hấp ở các điều kiện chiếu sáng khác nhau là:
- Bóng tối: 10,76mg CO2/kg.h - Ánh sáng ngày: 23,76mg CO2/kg.h - Đèn điện mạnh: 24,65mg CO2/kg.h
Do đó, cần tồn trữ rau quả ở nơi râm mát, có mái che, tốt nhất là nơi tối.
2.3.2.2 Sự thay đổi thành phần hóa học
Glucid luôn là thành phần có sự thay đổi lớn và mạnh nhất trong khi tồn trữ cũng như trong quá trình sinh trưởng và phát triển của rau quả tươi.
Trong nhiều loại quả có hô hấp đột biến, sự biến đổi tinh bột thành đường là một đặc trưng. Hàm lượng tinh bột giảm do quá trình đường hóa, dưới tác dụng của enzyme nội tại mà chủ yếu là ba loại phosphorilase. Tổng lượng đường khi đó tăng lên và đến khi đạt cực đại nhất định lại giảm xuống.
Sự tích tụ đường trong thời kì chín không chỉ do đường hóa tinh bột mà còn do sự thủy phân hemixellulose. Khi bị thủy phân, hemixellulose tạo ra các đường petose (xilose, manose, galactose và arabinose) và cấu trúc tế bào bị phá hủy.
Chất pectin chiếm một phần ba chất khô của thành tế bào sơ cấp của rau quả. Trong quá trình chín, protopectin chuyển thành pectin hòa tan làm cho liên kết giữa tế bào và giữa các mô yếu đi và rau quả bị mềm. Khi quá chín, chất pectin phân hủy đến acid pectic và metanol làm cho rau quả bị nhũng và cấu trúc bị phá hủy. Nhưng đối với một số quả hạch có thể thấy hiện tượng ngược lại là lượng protopectin tăng lên trong quá trình chín dù tổng lượng pectin giảm và chỉ khi quá chín lượng protopectin mới giảm đi.
Khi tồn trữ đậu, ngô, khoai còn non có sự chuyển hóa đường thành tinh bột, sự chuyển hóa này có thể tăng 2 – 3 lần nếu tách hạt đậu khỏi quả. Riêng với khoai tây, khi tồn trữ có những biến đổi đường thành tinh bột và tinh bột thành đường.
Hàm lượng xellulose trong rau quả hầu như không đổi.
Tùy theo lượng rau quả và điều kiện sinh lý cũng như tùy thời gian và nhiệt độ tồn trữ, tốc độ biến đổi của glucid có khác nhau. Rau quả ở thời kì đang chín và củ ở thời kì nảy mầm có những biến đổi mạnh nhất.
Sự sụt giảm acid do tiêu hao vào quá trình hô hấp và decacboxyl hóa. Khi đó acid hữu cơ (ví dụ acid malic) bị phân hủy đến CO2, CH3CHO (axetandehit). Tổng các acid hữu cơ trong quả giảm đi, tuy nhiên từng loại acid có thể tăng lên do những nguyên nhân khác nhau. Hàm lượng acid giảm cùng với sự giảm tinh bột và sự tăng lượng đường làm tăng trị số pH và tăng vị ngọt của quả.
Các chất màu thay đổi rõ nhất trong quá trình chín. Thường thường chlorophyll dần dần giảm đi trong khi các carotenoids dần dần tăng lên để trở thành màu chính của quả chín. Tuy nhiên, trong chuối tiêu carotenoids không đổi trong quá trình chín, còn trong cam carotenoids bắt đều tăng dần khi trên vỏ không còn màu xanh.
Hàm lượng tanin giảm đi trong quá trình chín và giảm ngày càng nhanh, làm thay đổi vị (nhất là vị chát) của quả.
Hương thơm được sản sinh do các chất bay hơi được tổng hợp trong quá trình chín của quả và gồm các aldedit, rượu, este, lacton, tecpen và hợp chất lưu huỳnh.
Vitamin C giảm mạnh trong quá trình tồn trữ, đặc biệt là đối với các loại rau quả không tồn trữ được lâu. Trong quá trình chín, vitamin C của quả giảm nhanh do các quá trình khử trong các mô bị phá hủy và không khí xâm nhập.