2.4 Bảo quản đông lạnh rau quả
2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản đông lạnh
2.4.2.2 Quá trình chín của trái sau thu hoạch
Sau khi thu hoạch, quá trình chín sinh hóa vẫn tiếp tục xảy ra và quá trình này phụ thuộc rất lớn vào hoạt động của hệ enzyme nội tại trong trái. Sự chín của trái sau thu hoạch sẽ trải qua các biến đổi sinh hoá dẫn đến nhiều thay đổi về màu sắc, thành phần carbohydrate, cường độ hô hấp, tốc độ sản sinh ethylene, thay đổi về tính thấm của mô, sự mềm trái, thay đổi các acid hữu cơ, protein và sản sinh các chất bay hơi. Trong đó, thành phần tạo mùi vị chiếm một lượng rất ít bao gồm những chất như alcohol, aldehyde, ketone, ester, terenoid, ... Sau thu hoạch, vách và màng tế bào của trái trở nên dễ thấm hơn, do đó mùi hương thoát ra ngoài làm cho trái có mùi thơm ngon, có hương vị đặc trưng cho mỗi loại trái.
Trong quá trình bảo quản, trái càng chín thì có độ ngọt càng cao do tinh bột được biến đổi thành đường; đường saccharose bị thủy phân thành glucose và fructose, ... làm lượng đường hòa tan tăng lên, lượng acid hữu cơ giảm đi và các sản phẩm ester được hình thành (Trần Minh Tâm, 2000). Theo Bial (1950) (được trích dẫn bởi Nguyễn Minh Chơn, 2005) cho rằng, những trái non-climacteric như cam, quýt, chanh, nho, chôm chôm… thường có ít tinh bột và phải để chín trên cây do những trái không có hô hấp đỉnh này khi rời khỏi cây mẹ thì quá trình hô hấp đỉnh hầu như không xảy ra, đây là một đặc điểm quan trọng cần chú ý nhằm đưa ra một phương pháp tồn trữ trái thích hợp. Trong quá trình tồn trữ, các biến đổi về vật lý, sinh lý và sinh hóa xảy ra có liên hệ chặt chẽ và phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của trái như: giống, điều kiện trồng trọt và chăm sóc, độ già chín khi thu hái, kỹ thuật thu hái, vận chuyển và những yếu tố kỹ thuật khác trong quá trình tồn trữ.
Gian bào
Tế bào
a c
b
Hình 2.3: Các dạng hình của tinh thể đá: (a)Tinh thể đá dạng hình sợi bọc xung quanh tế bào; (b) Dạng hình sợi; (c) Dạng hình khối (Trần Đức Ba và ctv., 2006)
a. Biến đổi vật lý
Trong quá trình tồn trữ trái luôn xảy ra các biến đổi vật lý. Đó là hiện tượng bay hơi nước, sự sinh nhiệt và giảm khối lượng tự nhiên. Các hiện tượng này làm giảm khối lượng của trái, trái bị khô héo, gây rối loạn sinh lý và mất khả năng kháng khuẩn, kết quả là trái bị thối rửa và hư hỏng.
* Sự thoát hơi nước
Sự thoát hơi nước là hiện tượng mất nước qua bề mặt. Đây là nguyên nhân làm vỏ nhãn bị khô cứng, hình thức bên ngoài xấu đi và hao hụt khối lượng. Sự bay hơi trước hết phụ thuộc vào: mức độ háo nước của hệ keo trong tế bào, cấu tạo và trạng thái của mô bao che, mức độ bị giập, ẩm độ và nhiệt độ môi trường xung quanh, cường độ hô hấp. Sự quá chín của trái kèm theo sự tăng lượng ẩm thoát ra do quá trình lão hóa của hệ keo làm giảm tính háo nước. Độ ẩm giảm, nhiệt độ tồn trữ tăng, tốc độ chuyển động của không khí trong môi trường bảo quản cũng ảnh hưởng trực tiếp đến sự mất nước của trái nhãn trong quá trình bảo quản (Nguyễn Vân Tiếp và ctv., 2008). Sự mất nước quá mức không những làm hao hụt khối lượng đáng kể mà còn làm giảm giá trị dinh dưỡng, trái bị giảm sức đề kháng, dễ bị hư hỏng. Sự hóa nâu ở vỏ trái cũng liên quan đến sự mất nước của trái do hoạt hóa enzyme polyphenol oxidase (Lu et al., 1992; Su and Yang, 1996). Trong bảo quản, hạn chế sự mất nước cho trái được thực hiện bằng các biện pháp: hạ nhiệt độ, tăng độ ẩm, giảm tốc độ chuyển động của không khí trong kho bảo quản, bao gói trái.
* Sự sinh nhiệt
Trái sau thu hoạch, các quá trình trao đổi chất, hoạt động sinh lý, sinh hóa vẫn diễn ra, điển hình là quá trình hô hấp. Theo Nguyễn Vân Tiếp và ctv.
(2008), sự sinh nhiệt chủ yếu do hô hấp, 2/3 lượng nhiệt sinh ra trong quá trình hô hấp được thải ra môi trường làm tăng nhiệt độ khối nguyên liệu tồn trữ trong thời gian bảo quản. Nhiệt độ cao kết hợp với ẩm do hô hấp là điều kiện thích hợp cho vi sinh vật phát triển và kích thích hô hấp. Điều này ảnh hưởng xấu đến trái khi tồn trữ vì nó làm giảm giá trị dinh dưỡng và giá trị thương phẩm của trái. Sự thông gió và thoáng khí là cần thiết để thay đổi nhiệt độ, ẩm độ và thành phần không khí xung quanh khối trái trong kho bảo quản.
* Sự giảm khối lượng tự nhiên
Sự giảm khối lượng tự nhiên của rau quả sau thu hoạch có liên quan mật thiết đến sự bay hơi nước và tổn thất chất khô trong quá trình hô hấp. Trái sau khi thu hoạch, các hoạt động sống vẫn tiếp tục diễn ra, sự đốt cháy chất hữu cơ sinh ra CO2, H20 và năng lượng để duy trì hoạt động sống. Quá trình này kết
hợp với quá trình bay hơi nước làm cho trái bị giảm khối lượng tự nhiên. Đối với rau quả tươi, 75-85% sự giảm khối lượng khi tồn trữ là do mất nước, còn 15-25% là do tiêu hao chất khô trong quá trình hô hấp (Nguyễn Minh Thủy, 2010). Khối lượng trái bị giảm đi trong thời gian tồn trữ phụ thuộc vào mùa thu hoạch, giống loại, điều kiện bảo quản, độ nguyên vẹn của trái. Khi bảo quản ta cần chọn ra phương pháp thích hợp để hạn chế sự tiêu hao này, đảm bảo cho trái vẫn giữ được giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng trong suốt thời gian tồn trữ. Trong bất cứ điều kiện tồn trữ nào cũng không thể tránh khỏi sự giảm khối lượng tự nhiên. Tuy nhiên, khi tạo được điều kiện tồn trữ tối ưu, sự giảm khối lượng tự nhiên có thể giảm đến mức tối thiểu.
b. Biến đổi sinh lý sinh hóa
* Hô hấp
Về sinh hóa, hô hấp là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ phức tạp diễn ra trong cơ thể sống. Dưới tác dụng của enzyme các chất này bị phân giải thành các chất đơn giản hơn và giải phóng năng lượng. Theo Lê Văn Hòa và Nguyễn Bảo Toàn, 2004; Nguyễn Vân Tiếp và ctv. (2008) quá trình hô hấp có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí (có O2) lẫn yếm khí (thiếu O2) làm tổn thất chất khô, đầu tiên là glucid rồi đến các chất khác: acid hữu cơ, các hợp chất nitơ, pectin, tannin, chất béo, glycoside,... Phương trình hô hấp hiếu khi và yếm khí:
- Hiếu khớ: C6H1206 + 6O2 -ằ 6CO2 + 6H20 + 674 kcal (1) - Yếm khớ: C6H1206 -ằ 2C02 + 2C2H5OH + 28 kcal (2)
Trong quá trình tồn trữ trái cây sau thu hoạch, các tế bào dần dần mất khả năng hấp thu oxy và chuyển dần sang hô hấp yếm khí (phương trình 2), tích tụ các hợp chất như rượu, acetaldehyde, acetic acid, lactic acid có tác dụng giết chết tế bào; đồng thời, lượng nhiệt sinh ra trong quá trình hô hấp yếm khí ít hơn hô hấp hiếu khí khoảng 20 lần, cho nên khi trái xảy ra trong quá trình hô hấp yếm khí sẽ làm tiêu hao một lượng lớn chất dự trữ để đảm bảo nhiệt lượng nhiệt lượng duy trì quá trình sống dẫn đến sự giảm khối lượng tự nhiên (Quách Đĩnh và ctv., 1996).
Về sinh lý, nhãn là loại trái không có đỉnh hô hấp đột biến (non- climacteric) nên không có sự tăng vọt cường độ hô hấp sau thu hoạch (Bial, 1950 được trích dẫn bởi Nguyễn Minh Chơn (2005). Tuy nhiên, trong quá trình bảo quản Shi (1990) đã ghi nhận có sự gia tăng dần cường độ hô hấp của trái nhãn
“Tongpe” khi thu hoạch ở 250C, trong khi Pan (1994) ghi nhận trên trái nhãn
“Shixia” có sự giảm cường độ hô hấp ở ngày đầu tiên sau thu hoạch, sau đó tăng dần. Sự gia tăng nhanh cường độ hô hấp trong bảo quản có thể liên quan đến sự phát triển mầm bệnh. Theo Nguyễn Mạnh Dũng (2001), cũng giống
như một số loại trái trong nhóm trái hô hấp không đột phát, trái nhãn không có đỉnh hô hấp khi chín nên cần phải thu hoạch đúng lúc. Mặt khác cường độ hô hấp sau khi thu hái lớn (100-150 mg C02/kg/h, gấp 3-4 lần cam, quýt) nên sự tiêu hao chất khô trong trái lớn, chất lượng trái giảm rất nhanh.
Tóm lại, hô hấp là yếu tố quan trọng đối với nhãn sau thu hoạch, cường độ hô hấp sẽ gia tăng nếu không hạn chế được sự phát triển của mầm bệnh và nhiệt độ tồn trữ. Tạo môi trường bảo quản thích hợp để hạn chế hô hấp ở mức độ nhất định là yêu cầu cần thiết để kéo dài thời gian bảo quản trái nhãn.
* Sự sản sinh khí ethylene
Ethylene được biết như hormon gây chín cho trái thực hiện nhiệm vụ kích thích quá trình sinh tổng hợp các loại enzyme thúc đẩy quá trình chín như enzyme thủy phân protopectin thành pectin hòa tan làm cho trái mềm dần, enzyme oxy hóa chlorophyll làm trái mất màu xanh, ... Sự tổng hợp ethylene được thực hiện ở tất cả các mô nhưng với tỉ lệ khác nhau tùy giai đoạn phát triển cây. Trong bảo quản, ethylene là nguyên nhân gây bất lợi do thúc đẩy nhanh quá trình chín và hư hỏng. Nhãn có sự sản sinh ethylene thấp sau thu hoạch (< 2.3 àl/kg/h) (Shi, 1990). Dự vậy, tốc độ sản sinh ethylene cao cũng được ghi nhận gắn với việc nhiễm nấm, mất nước và tồn trữ ở nhiệt độ cao (26-320C) (Shi, 1990; Pan et al., 1996).
* Sự chuyển hóa các chất
Màu sắc vỏ trái là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng và mức độ tươi của trái trong suốt thời gian tồn trữ. Trong suốt quá trình chín, màu sắc trái không ngừng biến đổi do các quá trình oxy hóa; trong khi đó, các sắc tố như carotenoid, lycopene, anthocyanin… được hình thành và không ngừng tăng lên tạo thành màu sắc đặc trưng cho mỗi loại trái khi chín, Vitamin C bị giảm mạnh do các quá trình khử trong mô bị phá hủy và không khí xâm nhập, hương thơm được sản sinh do các chất bay hơi được tổng hợp trong quá trình chín của trái gồm có aldehid, rượu, este, .... (Tôn Nữ Minh Nguyệt và ctv., 2008; Lê Văn Hòa và Nguyễn Bảo Toàn, 2004). Sự thay đổi màu sắc vỏ trái là do sự suy giảm hàm lượng diệp lục tố bắt nguồn từ sự phân hủy cấu trúc của màng diệp lục, sự tiết acid hữu cơ từ không bào vào hệ thống oxy hóa trong tế bào chất làm thay đổi pH của màng, sự phân hủy phức hợp protein-chlorophyll bởi enzyme chlorophyllase đưa đến sự tách rời màng thylakoid làm cho trái mất dần màu xanh. Quá trình hô hấp và trao đổi chất bên trong trái làm xuất hiện các hợp chất phenol tham gia vào các phản ứng tạo màu xúc tác bởi enzyme polyphenol oxydase tạo nên những màu đặc trưng cho từng loại trái cây khi chín. Đối với trái nhãn, enzyme polyphenol oxydase gây ra hiện tượng
hóa nâu trên vỏ trái (Jiang, 1999a). Trong thành phần vỏ nhãn chứa hàm lượng tannin (là hợp chất polyphenol gồm có cathesin, leucoanthocyanin và một số hydroxyl acid) nhất định. Sự hóa nâu vỏ trái chủ yếu là do hợp chất polyphenol tiếp xúc với không khí dưới tác động của enzyme polyphenol oxidase có sẵn trong vỏ sẽ chuyển hóa thành orthoquinon gây sẫm màu vỏ trái.
Trong điều kiện bảo quản không thích hợp, enzyme polyphenol oxidase cũng được hoạt hóa bởi sự mất nước (Su and Yang, 1996) làm quá trình biến màu vỏ trái xảy ra nhanh chóng. Vì vậy nên có biện pháp xử lý và phương pháp bảo quản hợp lý nhằm ức chế sự hoạt dộng của enzyme polyphenol oxydase là yêu cầu cần thiết trong quá trình bảo quản trái nhãn.
Tổng chất rắn hòa tan, acid, các loại đường sẽ gia tăng trong suốt thời gian chín và sau đó giảm dần sau thu hoạch (Lu et al., 1992). Trong tồn trữ lạnh, tổng chất rắn hòa tan và acid trong cơm nhãn vẫn giảm nhẹ do quá trình hô hấp (Jiang, 1999b). Mặc dù tổng các acid hữu cơ trong trái giảm nhưng từng loại acid có thể tăng lên do những nguyên nhân khác nhau (Tôn Nữ Minh Nguyệt và ctv., 2008). Sự thay đổi tổng chất rắn hòa tan và acid tổng sau thu hoạch của nhãn ít hơn so với trái có đỉnh hô hấp đột biến (Jiang et al., 2002).
Trái cây thường chứa các loại đường có giá trị dinh dưỡng cao như: glucose, fructose, saccarose và một số dạng đường khử khác. Trong quá trình bảo quản đường bị biến động nhiều, sau thu hoạch vẫn có quá trình chín tiếp, đồng thời nó còn bị ảnh hưởng bởi các điều kiện bảo quản và chín thì tinh bột bị thủy phân và hàm lượng đường tăng lên. Đối với sản phẩm là trái cây, thời gian bảo quản càng dài, lượng đường càng tăng (chủ yếu là dạng đường đơn) (Trần Minh Tâm, 2002). Sự thay đổi hàm lượng đường và tổng chất rắn hòa tan trong dịch trái tùy thuộc vào điều kiện bảo quản. Nhiệt độ xung quanh cao và ẩm độ thấp làm sự mất nước nhanh chóng và gây ra sự gia tăng hàm lượng tổng chất rắn hòa tan. Độ Brix trong dịch trái tăng trong giai đoạn đầu của quá trình tồn trữ một phần cũng là do sự gia tăng của hàm lượng đường tổng số.
Theo Trần Minh Tâm (2002), hàm lượng đường tổng số của trái khi chín sẽ không ngừng tăng lên nhưng đến một thời điểm nhất định nào đó nó sẽ giảm xuống do bị sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình hô hấp, lên men… Khi quá trình chín xảy ra, các enzyme phân giải như glucose-6phosphatase, fructose-6- diphosphatase… hoạt động mạnh làm lượng đường tổng số gia tăng trong quá trình chín và phát triển của trái. Thời gian bảo quản càng dài sẽ làm cho hàm lượng đường tổng số càng tăng, chủ yếu ở dạng đường đơn là do sự hoạt động của các enzyme thủy phân vách tế bào, trong đó phần lớn là sự hòa tan thành phần pectin.
c. Sự thay đổi cấu trúc và thành phần hóa học của vách tế bào
Vỏ trái cây là một rào chắn vững chắc chống lại sự tấn công của nấm bệnh; trái bị mềm hoặc quá chín sẽ dễ bị nấm bệnh xâm nhiễm hơn những trái đang trưởng thành (Crisosto, 1999). Sự mềm trái liên quan đến quá trình biến đổi của vách sơ lập, sự cắt đứt các mạch polymer đặc biệt là pectin và các chuỗi cellulose-xyloglucan (Redgwell et al., 1997). Sự thay đổi thành phần hóa học của vách tế bào và sự mất độ cứng của trái có liên quan chặt chẽ đến hoạt động của các enzyme phân hủy vách tế bào (Ali et al., 2004). Khi trái chín các enzyme polygalacturonase, cellulase, hemicellulose, … gia tăng hoạt động dẫn đến sự suy giảm hàm lượng pectin, cellulose và hemicellulose trong vách tế bào do chúng bị thủy phân thành các đường glucose, galactose, mannose, arabinose… mà các enzyme phân hủy này không có hoặc có rất ít ở trái còn xanh. Ngoài ra, sự gia tăng hàm lượng đường khi trái chín đã tạo điều kiện cho nước từ trong vỏ trái di chuyển vào phần thịt trái bên trong làm cho các tế bào vỏ trái dần mất đi sức trương, thúc đẩy trái mau mềm hơn (Harker et al., 1997; Sams, 1999).
Vào giai đoạn đầu của quá trình tồn trữ trái, vách tế bào dần trở nên lỏng lẻo, sự phân hủy hemicellulose xảy ra trước tiên và sau đó là sự thủy phân thành phần pectin; sự biến đổi từ thành phần pectin không hòa tan thành hòa tan đóng vai trò quan trọng làm giảm đi độ cứng chắc của trái (Huber et al., 2001). Điều này có thể giải thích là do được cấu tạo từ nhiều loại đường trung tính và acid, dễ bị thủy phân bởi các enzyme liên quan đến việc cắt mạch ra khỏi chuỗi xyloglucan nên hàm lượng hemicellulose giảm dần theo thời gian chín của trái (Serrano et al., 2002; Huỳnh Nga, 2006). Trái cây sau thu hoạch có hàm lượng cellulose tương đối thấp nên thành phần này bị biến đổi rất ít trong quá trình chín. Khi nghiên cứu thành phần vách tế bào trái dâu tây, Abeles and Takeda (1990) cho rằng enzyme cellulase rất quan trọng trong quá trình chín của trái, khi lượng enzyme này tăng lên thì tính dẻo của carboxymethyl cellulose trong vách tế bào của trái dâu tây sẽ giảm đi. Sheng et al. (2001) đã đặt ra giả thiết cho rằng sự mềm mô và hiện tượng vách tế bào trở nên lỏng lẻo đi là do sự thủy phân hoặc phá vỡ các cầu nối glycoside của các loại đường hình thành nên các thành phần cấu tạo của vách tế bào và đặc biệt là sự suy yếu của hệ thống vi sợi cellulose.
Sự thay đổi thành phần pectin chủ yếu xảy ra ở khoảng gian bào. Khi trái chín, protopectin dạng đơn hoặc ở dạng kết hợp với các thành phần khác của vách tế bào (sự liên kết pectate của Ca2+ với pectin) sẽ bị các enzyme như pectinase và polygalacturonase biến đổi thành các pectic acid còn gọi là pectin hòa tan, đường, rượu ethylic làm cho liên kết giữa các thành phần tế bào lỏng