3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực ti ễn của đề tài
1.4.4. Thành phần khí quyển
Không khí là một tập hợp các chất khí cùng với hơi nước. Thành phần và nồng độ chất khí trong không khí là: N2 = 78%, O2 = 21%, CO2 = 0,03%, còn lại là các chất
khí khác. Khái niệm khí quyển bảo quản là khái niệm chỉ thành phần và nồng độ chất khí trong môi trường tiểu khí hậu (không khí trong kho bảo quản) [6].
Oxy tham gia các phản ứng hóa học, oxy hóa các thành phần hóa học trong rau quả, làm giảm giá trị dinh dưỡng của chúng, khi giảm nồng độ oxy xuống dưới 21%
cường độ hô hấp cũng giảm dần. Tăng tỷ lệ CO2 có tác dụng ức chế trực tiếp sự tiếp
nhận ethylene cũng như cường độ hô hấp [22].
Hiện tượng rối loạn hô hấp xảy ra khi nồng độ O2 thấp (dưới 2 - 3%) gây hô hấp
yếm khí và giảm hương vị. Tương tự khi nồng độ CO2 quá cao (trên 10%) phá vỡ cân
bằng các quá trình sinh lý làm cho quả mất khả năng đề kháng tự nhiên làm cho vỏ và ruột quả biến màu, úng nước [6].
Nghiên cứu của Hatton (1990) cho thấy: bảo quản bơ “Lula” thành công trong 8
tuần trong điều kiện 10% CO2 và 2% O2 ở nhiệt độ 4 - 7oC. Tương tự, giống bơ
“Fuchs” và “Waldin” bảo quản ở điều kiện này đã kéo dài được 3 - 4 tuần [46].
1.4.5. Vi sinh vật gây bệnh
Việc trồng không theo quy hoạch và kỹ thuật canh tác, mua giống không đảm bảo thì nguy cơ phát sinh sâu bệnh là rất lớn. Một số bệnh thường gặp:
- Bệnh thối rễ (Phytophthora): thường do chủng nấm gây ra (đây cũng là chủng
nấm gây bệnh về rễ cho nhiều loại cây trồng khác như tiêu, cà phê, sầu riêng,…). Bệnh
phát triển mạnh trong điều kiện ẩm ướt, đất ngập nước thời gian dài, bón phân không
cân đối. Gây chết cây con, giảm sức sinh trưởng cây lớn, nếu ngập úng thời gian dài,
chữa trị không kịp thời thì có thể gây chết cả cây trưởng thành.
- Bệnh đốm lá, đốm quả (Cerocospora purpurea): gây hại trên lá và quả bơ,
và kích thước tương đồng nhau, sau lan rộng và liên kết với nhau thành mảng. Trên quả vết bệnh thường có màu nâu hoặc đen, làm quả biến dạng, phần thịt quả bên trong hình thành các lõi cứng, gây giảm giá trị, nặng hơn có thể gây thối quả, rụng trái.
- Bệnh khô cành (Colletotrichum cloeosporiodes): thường bị trên các cành non, lớp vỏ chưa gỗ hóa, còn màu xanh. Trên quả thường gây hại trên quả già, vị trí thường
bị cọ sát với nhau hoặc vết thương do côn trùng chích hút. Bệnh làm khô cành, chết
cành, gây thối cuống và rụng quả già.
- Bệnh héo rũ (Verticillium albo – atrum): cây bị bệnh thường có biểu hiện héo
rũ đột ngột, có thể là toàn bộ cây hoặc một phần cành, thân… Bệnh tiến triển rất
nhanh, thường làm cho lá héo rũ, chuyển sang vàng rồi rụng dần, cây có thể chết đứng
mà chưa kịp trút hết lá. Bóc vỏ cây, rễ cây bị bệnh thường sẽ thấy các mạch dẫn
chuyển sang màu nâu. Cây trưởng thành (5 năm trở lên) có thể sẽ hồi phục được, nhưng thường còi cọc và không ra trái trong 1 - 2 năm.
Hình 1.5. Các biểu hiện của vi sinh vậy gây bệnh trên quả bơ [89],
1.5. Các phương pháp bảo quản quả bơ sau thu hoạch
1.5.1. Xử lý nước nóng
Xử lý nước nóng là phương pháp cho nguyên liệu ngập trong nước nóng ở nhiệt
độ thích hợp. Nhiệt được truyền trực tiếp từ nước vào nguyên liệu, dưới tác dụng của
nhiệt độ cao làm cho màng nguyên sinh chất của vi sinh vật bị phá hủy do lớp lipid bị
hòa tan [27]. Florissen và cộng sự (1996) đánh giá rằng xử lý nhiệt trước khi bảo quản làm thay đổi độ cứng, thành phần hóa học, sản sinh ethylene trên quả bơ và đã đưa ra
Mặt khác, ảnh hưởng của nhiệt độ cũng làm protein của vi sinh vật bị biến tính, ức
chế sự hoạt động của các enzyme. Do đó, các tế bào vi sinh vật bị tổn thương, quá trình
trao đổi chất bị rối loạn dẫn tới sinh trưởng của chúng bị kìm hãm hoặc bị đình trệ [3].
1.5.2. Phương pháp bảo quản lạnh
Thực phẩm nói chung, rau quả nói riêng được bảo quản ở môi trường có nhiệt
độ từ 20 - 24oC (giới hạn nóng - lạnh) đến nhiệt độ gần điểm đóng băng của dịch bào trong nguyên liệu gọi là bảo quản lạnh [22].
Nhiệt độ môi trường bảo quản càng thấp thì càng có tác dụng ức chế cường độ
của các quá trình sinh lý - sinh hoá xảy ra trong rau quả cũng như trong vi sinh vật.
Điều đó đảm bảo kéo dài thời hạn bảo quản rau quả tươi. Như vậy, bảo quản lạnh là
dựa vào nguyên lý tiềm sinh. Phương pháp này được sử dụng rất phổ biến trên thế giới
hiện nay vì đây là phương pháp chắc chắn nhất, ít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
nhất và thời hạn bảo quản cũng dài nhất [22].
Năm 2007, kết quả nghiên cứu Maria cho thấy giống “Hass” được bảo quản ở
nhiệt độ 7oC, độ ẩm 90% giúp hạn chế sự mềm hóa, biến đổi về màu sắc và kéo dài quá trình chín [58]. Trước đó, nghiên cứu của Donald (1976) cũng đã kết luận rằng: giống bơ “Lula” lưu trữ ở nhiệt độ 4oC kéo dài đến 3 tuần, trong khi nhiệt độ bảo quản tối ưu
của các giống bơ “Waldin”, “Fuchs”, “Pollock” là 13oC [72].
1.5.3. Phương pháp bảo quản cải biến (MAP), điều chỉnh khí quyển (CA)
Bao gói trong khí quyển điều chỉnh (Modified Atmosphere Packaging) là phương
pháp đóng gói một sản phẩm dễ hư hỏng trong môi trường khí quyển có thành phần được
thay đổi khác với không khí thông thường [49]. Các loại thực phẩm đóng gói trong khí
quyển điều chỉnh thích hợp có thể kéo dài thời hạn sử dụng, nâng cao chất lượng và thuận
tiện trong quá trình phân phối.
Bơ “Hass” được bảo quản theo phương pháp MAP ở 5 - 7oC và kết quả tốt nhất
thu được với túi PE 30 µm [44]. Ở Việt Nam, kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Toản
và cs (2010) cho thấy khi sử dụng bao bì LDPE có chiều dày từ 25 µm đến 35 µm kết
hợp với nồng độ, thời điểm phun AVG tương thích (0,8 g/l, 78 ngày) và bảo quản ở
nhiệt độ thấp (13oC) có thể kéo dài thời gian bảo quản tươi chuối tiêu 44 - 46 ngày, so với thời gian chỉ 38 ngày khi bảo quản ở cùng điều kiện không sử dụng bao bì[23].
Phương pháp CA (Controlled Atmosphere) là phương pháp bảo quản rau quả
tươi trong môi trường khí quyển mà thành phần không khí như O2 và CO2được điều
chỉnh hay được kiểm soát khác với các khí quyển bình thường. Khí O2 và CO2 có tác
dụng trực tiếp lên quá trình sinh lý, sinh hóa của rau quả và từ đó ảnh hưởng đến thời
gian bảo quản của chúng. Nhiều nghiên cứu cho rằng, bảo quản rau quả tươi trong
thấy thời gian bảo quản tăng. Đó là sự kết hợp của 2 loại khí trên ở cùng điều kiện
nhiệt độ [6].
Qua nghiên cứu ứng dụng phương pháp CA cho một số loại trái cây của Salama (1965) cho thấy bơ được lưu trữ trong điều kiện khí quyển 5% O2, 13% CO2ở 10oC sau 5 tuần có thể bán ra thị trường [68].
Tuy nhiên, do chi phí cao và vận hành phức tạp nên phương pháp này chưa áp
dụng phổ biến trong thực tế sản xuất hiện nay ở nước ta.
1.5.4. Phương pháp bảo quản bằng chất kháng ethylene
Quá trình sinh tổng hợp ethylene diễn ra trong rau quả có thể ức chế bằng biện
pháp có sử dụng chất kháng như: STS, 2,5-norbormadiene aminoethoxyvinylglycine, 1- methylcyclopropene,… Riêng AVG và 1-MCP có ưu điểm hơn là: ít độc hại, liều lượng
sử dụng thấp, hiệu quả cao, không ảnh hưởng đến môi trường. Các chất này đã được
kiểm chứng, được phần lớn các quốc gia trên thế giới phê duyệt cho phép sử dụng trong
xử lý rau quả và nông nghiệp [85], [86].
1.6. Quá trình sinh tổng hợp ethylene của rau quả
1.6.1. Vài nét về ethylene
Ethylene là chất khí không màu, không mùi, hơi nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước, tan nhiều trong ete và một số dung môi hữu cơ. Là chất đầu tiên trong dãy anken, trọng lượng phân tử là 28,05 g/mol với công thức CH2 = CH2 hoặc C2H4.
Về cấu tạo hoá học, trong phân tử C2H4 có một liên kết đôi giữa hai nguyên tử
carbon. Trong liên kết đôi có một liên kết kém bền, liên kết này dễ đứt ra trong các
phản ứng hóa học [94]. Ethylene có công thức cấu tạo như sau:
Hình 1.6. Công thức cấu tạo ethylene [94]
Nhà khoa học Crocker (1935) và các cộng sự người Mỹ đề nghị ethylene là một hormone thúc đẩy sự chín. Trong các lần nghiên cứu tiếp theo các nhà khoa học sử
dụng phương pháp phân tích cực nhạy (sắc ký khí) đã phát hiện ra ethylene có mặt ở
phytohormone của thực vật vì nó được hình thành với một lượng nhỏ ở trong cây, nó
có thể vận chuyển trong các tế bào bằng hình thức khuếch tán và đặc biệt nó gây hiệu
quả sinh lý của cây trong suốt quá trình phát triển cá thể của chúng [80].
1.6.2. Cơ chế sinh tổng hợp ethylene ở giai đoạn sau thu hoạch của rau quả
Trong cây trồng, ethylene được tổng hợp với một lượng nhỏ từ các quá trình
trao đổi chất ở tất cả các mô khác nhau của cây rồi được khuếch tán đến các cơ quan,
bộ phận khác nhau của cây dưới dạng hợp chất ACC (1-aminocyclopropane 1-
carboxylic acid). Tại mọi nơi trong cây trồng, ACC có thể được chuyển hóa thành ethylene và gây ảnh hưởng đến sinh lý phát triển của cây cho dù vị trí đó ở xa nơi sản
sinh ra ACC [19].
Quả sau khi thu hái vẫn tiếp tục các hoạt động sống, biến đổi sinh lý, sinh
hoá,… trong quả vẫn xảy ra trong quá trình bảo quản. Song song với quá trình hô hấp,
quả sản sinh ra khí ethylene. Khi quả gần chín hàm lượng chất này đạt đến mức cực
đại. Khí ethylene kích thích sự phân giải chlorophyll và quá trình chín quả. Quả hô hấp đột biến sinh ra nhiều ethylene trong quá trình chín hơn các loại khác. Sự chín trong
quả đột biến hô hấp được bắt đầu bởi sự tăng đột biến trong sự sinh sản ethylene. Mức
độ sản sinh ra ethylene thay đổi nhiều theo từng loại quả [6].
Theo Scaramagli và cs (1999), ethylene là tín hiệu biểu đạt cho hoạt động của
nhiều enzyme khác nhau dẫn đến sự thay đổi về màu sắc, hương vị và trạng thái của
quả. Do đó, có thể xem ethylene là chất xúc tác sinh học quan trọng cho nhiều quá trình sinh lý, sinh hóa xảy ra trong cơ thể thực vật [71].
Đường hướng sinh tổng hợp ethylene đã được Yang và Edward phát hiện vào
năm 1984 [79]. Xuất phát ban đầu của chu trình là acid amin methionine (MET), đi qua
hai sản phẩm trung gian là S-adenosyl methionine (SAM) và 1-aminocyclopropane 1- cacboxylic acid (ACC), tạo ra sản phẩm cuối cùng là ethylene. Quá trình sinh tổng hợp
Hình 1.7. Sơ đồ sinh tổng hợp ethylene [94]
Chu trình tổng hợp ethylene hay còn được gọi là chu trình Yang [79] hoặc MSAE
(viết tắt các từ đầu sản phẩm của chu trình). Quá trình sinh tổng hợp ethylene được bắt
đầu từ acid amin methionine (MET), từ MET chuyển hoá thành S-adenosyl methionine
(SAM) nhờ tác dụng xúc tác của enzyme SAM synthase. Theo quan điểm của Lurssen
và cs (1979), trong quá trình sinh tổng hợp ethylene từ acid amin MET, hoạt tính của hai
enzyme ACC-synthase và ACC-oxydase đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều
hoà sản sinh ethylene và bị ảnh hưởng bởi các ion kim loại nặng [57].
Từ SAM chuyển hóa theo 2 con đường khác nhau, một phần chuyển hóa thành
1-aminocyclopropane 1-carboxylic acid (ACC) nhờ tác dụng xúc tác của enzyme
aminocyclopropane carboxylate synthase (ACC synthase). Ngoài ACC, nó còn chuyển
hóa thành 5’-methylthioadenosine (MTA), được sử dụng cho quá trình tổng hợp
methionine mới. Quá trình trở lại MET sẽ diễn ra yếu khi quả chín dần; khi đó hợp
chất ACC sinh ra nhiều. Từ ACC chuyển hoá thành ethylene nhờ xúc tác của enzyme
aminocyclopropane carboxylate oxydase (ACC oxydase) [54].
Một hướng thực hiện khác, khi trong môi trường có mặt enzyme ACC-N-
malonyltransferase thì enzyme này có thể làm đổi hướng đi từ ACC đến ethylene để
tạo ra một dẫn xuất kết hợp, đó là Malonyl ACC (MACC). MACC được coi là một sản
phẩm không hoạt động, bị cô lập ở trong không bào và chỉ có thể biến đổi trở lại ACC
1.7. Chất kháng ethylene aminoethoxyvinylglycine (AVG)
1.7.1. Vài nét về AVG
AVG là chất điều hòa sinh trưởng có tác dụng ức chế hoạt động của enzyme
ACC synthase, giữ vai trò quan trọng trong việc xúc tác quá trình hình thành ethylene, làm chậm quá trình chín và tăng cường độ chắc cho quả, do đó tăng khả năng chống
chịu sự va đập của rau quả trong quá trình vận chuyển thu hoạch [61].
Aminoethoxyvinylglycine là sản phẩm được chiết xuất từ thực vật bằng phương
pháp lên men đậu nành nên không ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng và có
tên thương mại là Retain [86]. AVG có công thức phân tử: C6H12N2O3 và công thức
cấu tạo như sau:
Hình 1.8. Công thức cấu tạo AVG [86]
Trên thang độ độc giảm dần từ I đến IV, aminoethoxyvinylglycine (AVG) có độ
độc hạng III (độ độc nhẹ) cho da và đường hô hấp, nên với bảo hộ lao động dùng cho
xử lý thuốc bảo vệ thực vật đủ đảm bảo an toàn vệ sinh trong lao động. AVG không có
ảnh hưởng đến sức khỏe khi sử dụng. Trong tự nhiên, AVG còn được sinh ra bởi vi
khuẩn có trong đất là Streptomyces sp. [61].
1.7.2. Cơ chế tác dụng của AVG
Cơ chế tác dụng chính của AVG là ức chế hoạt lực ACC synthase - enzyme có
nhiệm vụ chuyển hóa tạo ACC (chất tiền ethylene) từ cơ chất SAM. Trong chu trình
Yang, SAM là một chất trung gian đồng thời là một phân tử hữu ích để kích hoạt chu
kỳ methionine. Cơ chế tác dụng của AVG như sau:
- ACC synthase kết hợp với cofactor pyridoxal phosphate (PLP, dạng hoạt động của vitamin B6) để ổn định và giữ vai trò quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác.
O O
HO NH2
Hình 1.9. ACC synthase kết hợp cofactor PLP
- AVG liên kết đến vị trí lân cận của PLP, các nhóm alpha-carboxylate của
AVG hình thành 3 liên kết hydro với PLP tại Ala54, Arg412 và nước. Ngoài ra, AVG tạo một lực liên kết Vander Waals liên kết với Tyr152 (Tyr152 nằm song song với PLP để ổn định cấu trúc). Do đó, AVG ức chế được sự hoạt động enzyme ACC
synthase [24].
1.8. Chất kháng ethylene 1-methylcyclopropene (1-MCP)
1.8.1. Vài nét về 1-MCP
1-MCP là một dẫn xuất cyclopropene, cấu tạo phân tử là C4H6 và khối lượng
phân tử chiếm 54,09 g/mol. 1-MCP tồn tại ở dạng khí và rắn, tan hoàn toàn trong
nước ở nhiệt độ thường. Nó có thể hoạt động ở nhiệt độ rất thấp, nhiệt độ sôi xấp xỉ
12oC [34].
1-methylcyclopropene được tổng hợp bằng phản ứng của methallyl chloride và
phenyllithium, có chức năng như một bazơ [37].
Hình 1.11. Công thức cấu tạo 1-MCP [64]
Với thương hiệu Smart Fresh, 1-MCP được sử dụng trong ngành nông nghiệp bởi
những người trồng trọt và chủ cửa hàng để đóng gói, duy trì chất lượng của trái cây và rau quả bằng cách ngăn chặn hoặc trì hoãn quá trình chín tự nhiên. Việc sử dụng 1-MCP trong các sản phẩm nông nghiệp bao gồm táo, kiwi, cà chua, chuối, mận, hồng, bơ và dưa đã
được phê duyệt và chấp nhận sử dụng ở hơn 34 quốc gia bao gồm Liên minh châu Âu và
Hoa Kỳ [85].
1.8.2. Cơ chế tác động của 1-methylcyclopropene
Ethylene 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