Ứng dụng công nghệ chín chậm vào bảo quản trái cây

Nội dung text: Ứng dụng công nghệ chín chậm vào bảo quản trái cây

1. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHÍN CHẬM VÀO BẢO QUẢN TRÁI CÂY GV hướng dẫn : Nguyễn Trọng Thăng Nhóm sv : Hà Thị Hiền Phương Thị Hương Nguyễn Thị Năm Nguyễn Thị Phú Lê Thị Thảo 1
2. A - ĐẶT VẤN ĐỀ ◼ Nước ta có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nên thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, các sản phẩn rau quả, trái cây phong phú quanh năm. Tuy nhiên, do đặc trưng của sản xuất nông nghiệp là mang tính thời vụ, rau quả trái cây thường chín đồng loạt, khi đó, khí hậu nóng ẩm lại gây ra những tổn thất về số lượng và chất lượng nông sản một cách nhanh chóng. Mặt khác, nông dân ta sản xuất manh mún, nhỏ lẻ, gây khó khăn cho việc áp dụng các tiến bộ kỹ thuật vào quá trình bảo quản, nông dân vất vả làm ra sản phẩm nhưng lại bị thương nhân ép giá nên bị thiệt hại không nhỏ. Tất cả những nguyên nhân trên dẫn tới một nghịch lý: được mùa là nỗi lo lắng lớn của đa số người trồng trọt nước ta. 2
3. ◼ Để giải quyết tình trạng trên, nông dân thường cố ép thu hoạch sớm khi trái cây chưa đủ độ chín, chưa đạt tới thành phần dinh dưỡng của trái chín, hoặc áp dụng các phương pháp bảo quản nhưng chất lượng của trái cây không còn nguyên vẹn, hay sử dụng các loại hóa chất bảo quản không rõ nguồn gốc làm ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng cũng như thương hiệu của trái cây Việt Nam trên thị trường quốc tế. 3
4. ◼ Nhiều năm gần đây, các nhà khoa học đã bắt tay nghiên cứu để tìm ra phương pháp làm chậm quá trình chín của quả, giúp nhà trồng trọt có thể chủ động tiêu thụ nông sản và đảm bảo cho người tiêu dùng có cơ hội sử dụng những trái cây tươi có giá trị dinh dưỡng cao mà lại “sạch”. Thuật ngữ Công nghệ chín chậm đã ra đời. Một số ứng dụng mới đã được triển khai trên thực tế và mang lại kết quả tương đối khả quan cho nông dân. Tuy nhiên, việc áp dụng những tiến bộ đó vào nước ta còn chưa nhiều. Vậy công nghệ chín chậm là gì? Và hiệu quả mà nó mang lại cho sản xuất nông nghiệp nói chung, người trồng trọt nói riêng như thế nào? 4
5. B - NỘI DUNG Sự hình thành của quả 5
6. Sự chín của quả 6
7. Ethylene – hormon kiểm soát sự chín của quả Năm 1935, Ethylene được công nhận là một phytohormon thực vật 7
8. Cơ chế sinh tổng hợp Ethylene Năm 1979, Adams và Yang đã phát hiện ra cơ chế sinh tổng hợp của Ethylene. SAM : S-adenosyl methionine ACC : 1- aminocyclopropane 1-cacboxylic axit 8
9. Tác dụng của ethylene lên sự chín của quả 9
10. Những biến đổi sinh lý, sinh hóa trong quá trình chín của quả ◼ Biến đổi sinh lý: Đặc trưng nhất của biến đổi sinh lý trong quá trình chín là sự tăng cường hô hấp nhanh và sự biến đổi nhanh cân bằng phytohormon trong quả. 10
11. Biến đổi sinh hóa của quả chín Những biến đổi sinh hóa đặc trưng là sự thủy phân mạnh mẽ hàng loạt các chất và xuất hiện nhiều chất mới, gắn liền với sự bến đổi màu sắc, hương vị, độ mềm, độ ngọt của quả. 11
12. Sự biến đổi màu sắc của quả ◼ Quả còn xanh vỏ quả chứa nhiều sắc tố chlorophyl và cả carotenoit. ◼ Khi quả chín, 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, đồng thời, các sắc tố khác được tổng hợp. ◼ Có hai nhóm sắc tố carotenoide là: nhóm beta- carotene sẽ cho màu vàng, cam như trái xoài; nhóm anthocyanes, và pelargonidol sẽ cho trái dâu có màu đỏ. Các sắc tố này thường tạo thành các hợp chất phức tạp để khỏi tạo thành màu xanh lơ. 12
13. Quá trình biến đổi sắc tố khác nhau ở mỗi loại quả Chlorophyl giảm nhanh, caotenoit không Giảm hàm lượng chlorophyl nhưng lại tăng giảm nên quả hoá vàng nhanh chóng hàm lượng xantophyl Tăng hàm lượng antocyan và flavon Giảm nhanh hàm lượng chlorophyl và tăng hàm lượng carotenoit 13
14. Sự biến đổi độ mềm của quả 14
15. Sự biến đổi mùi vị 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 cơ bản: este, aldehyt hoặc xeton. Qúa trình này xảy ra có liên quan đến hoạt động của các enzim đặc trưng cho từng loại quả. ◼ Đồng thời với biến đổi mùi thì vị chua chát giảm đi và biến mất do các hợp chất như tanin, axít hữu cơ, alcaloit bị phân hủy nhanh chóng, còn vị ngọt tăng lên do lượng đường (glucoza, frutoza, saccaroza) tăng lên. Tuy nhiên mỗi loại quả lại có vị đặc trưng, đó là kết quả của sự cân bằng giữa đường với độ chua trong mỗi loại quả. 15
16. Công nghệ chín chậm là gì? ◼ Công nghệ chín chậm là các quá trình công nghệ nhằm kìm hãm sự chín của quả, tức là nhằm ức chế sự hình thành của ethylene. 16
17. Các phương pháp thông thường ức chế ethylene trong quá trình bảo quản nông sản ◼ Sử dụng các chất kháng ethylene ◼ Bảo quản trong môi trường điều chỉnh thành phần khí ◼ Bảo quản ở nhiệt độ thấp ◼ Loại bỏ hoặc cô lập nguồn sản sinh ethylene ◼ Dùng hóa chất hấp thụ 17
18. Sử dụng các chất kháng ethylene ◼ Aminoethoxyvinyglycin (AVG) và Axit Aminooxyacetic (AOA) có tác dụng ức chế hoạt động của enzym ACC- synthetase, là enzym giữ vai trò quan trọng trong việc xúc tác quá trình hình thành ethylene. Nên quá trình chuyển hoá SAM thành ACC thấp (chất tiền ethylene). ◼ Các ion kim loại nặng như: Ag, Co, Ti, Hg, Pd, có thể ức chế quá trình chuyển triptophan thành ACC (chất tiền thân của etylen), do đó etylen không được hình thành. 18
19. Sử dụng các chất kháng ethylene ◼ Ưu điểm: Dễ áp dụng, hiệu quả nhanh, gía thành rẻ. ◼ Nhược điểm: - Các chất kháng ethylene thường không bền vững nếu để thời gian dài. - Sự tồn dư hàm lượng các ion kim loại trong nước và đất, chúng gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ của cộng đồng. 19
20. Bảo quản trong môi trường điều chỉnh thành phần khí ◼ Nguyên tắc: giảm quá trình hô hấp bằng cách hạ thấp [O2] , tăng [CO2] ◼ Bao gồm: - PP bảo quản trong môi trường khí quyển điều chỉnh (MA) - PP bảo quản trong môi trường không khí có kiểm soát (CA) 20
21. PP bảo quản trong môi trường khí quyển điều chỉnh (MA) ◼ Bảo quản rau quả trong môi trường khí quyển điều chỉnh thích hợp đối với khối lượng sản phẩm nhỏ. Trong phương pháp này rau quả được đựng trong những loại màng mỏng (plastic flims). ◼ Trong các túi kín, khí quyển của túi thay đổi, giảm lượng O2, tăng lượng CO2 do hô hấp của quả bên trong. Do đó có thể ức chế cường độ hô hấp, dẫn đến việc kìm hãm quá trình sinh tổng hợp ethylene của rau quả. ◼ Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản, chi phí thấp, thích hợp với khối lượng sản phẩm nhỏ nên có thể ứng dụng trong vận chuyển, tồn trữ cũng như bán lẻ. ◼ Nhược điểm: Loại màng sử dụng tùy thuộc vào loại rau quả, như vậy phải nghiên cứu đặc tính của từng loại rau quả. 21
22. PP bảo quản trong môi trường không khí có kiểm soát (CA) ◼ Môi trường không khí có kiểm soát CA là môi trường có [O2] và [CO2] được điều chỉnh khác với môi trường không khí bình thường. Để tạo ra môi trường CA thì cần có một phòng lạnh kín khí với thiết bị theo dõi [O2] và [CO2] để giữ thành phần khí theo yêu cầu, bổ sung khí N2 vào phòng, dùng không khí đã rút bớt khí O2 còn [CO2] được điều chỉnh bằng cách bổ sung CO2, thêm nước đá khô. ◼ Ưu điểm: Nhìn chung, pp này cho hiệu quả tốt, ức chế tốt quá trình sinh tổng hợp ethylene nên thời hạn bảo quản dài. Trong thời gian bảo quản, chất lượng rau quả hầu như không đổi. ◼ Nhược điểm: Phức tạp, chi phí xây dựng cũng như vận hành kho bảo quản lớn. Tính ổn định của hệ thống không cao, phụ thuộc vào từng loại rau quả. 22
23. Bảo quản ở nhiệt độ thấp ◼ Nhiệt độ thấp có tác dụng ức chế các quá trình sinh lý, sinh hóa xảy ra trong tế bào, do đó các enzym nội bào bị ức chế (đặc biệt là enzym ACC-oxydase), quá trình sinh tổng hợp ethylene bị kìm hãm. Đồng thời trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và bảo quản rau quả cũng phải chú ý tránh gây ra những tổn thương cơ học cho rau, quả. Những tổn thương sẽ làm tăng cường độ hô hấp và quá trình sản sinh ethylene trong rau quả. ◼ Ưu điểm: hiệu quả, trái cây có thể được bảo quản trong một thời gian mà hầu như không giảm chất lượng. ◼ Nhược điểm: tốn kém, không thích hợp với quy mô sản xuất nhỏ lẻ. 23
24. Dùng hóa chất hấp thụ Sử dụng 1-methylcyclopropene (1-MCP) ◼ Khi 1-MCP được phun vào kho bảo quản, nó sẽ hấp thụ khí ethylene, ức chế sự hoạt động của nối đôi ở khí ethylene. Bằng cách này, 1-MCP có thể trì hoãn quá trình chín, kéo dài thời gian bảo quản của rau quả. ◼ Ưu điểm - Dễ áp dụng đối với những quả thuộc loại climacteric - Không gây độc đối với sản phẩm, tác dụng được ở nồng độ thấp. 24
25. ◼ Nhược điểm - Tạo ra những rối loạn sinh lý, quả chín màu không tự nhiên: đối với chuối, trước khi đạt hô hấp cực đại, sử dụng 1-MCP sẽ làm trì hoãn thay đổi của quá trình chín, trái chín không đều. - Ức chế sự tạo mùi. - Phản ứng khác nhau đối với các loại quả chưa đạt độ chín kỹ thuật: trên chuối có những trái chín không đều, khi sử dụng 1-MCP, sản phẩm có trái chín, trái sống. Hay trong cùng một trái chuối, phản ứng này cũng xảy ra tương tự làm cho quả chín không đều. - Khó kiểm soát về chất lượng, 1-MCP có thể gây ra những rối loạn sinh lý, tuy nhiên việc này phụ thuộc vào từng loại rau quả. - Chi phí đầu tư cao: khi sử dụng 1-MCP cần có hệ thống phòng hoặc buồng xông khói chuyên dụng để kiểm soát được nồng độ hóa chất, cũng như chất lượng của rau quả. - Tạo ra những tổn thương trong quá trình bảo quản: đối với cam sẽ có những tổn thương lạnh ở bên ngoài sản phẩm, còn đối với dứa sẽ gây ra hiện tượng hóa nâu bên trong. 25
26. Sử dụng chất oxi hóa mạnh: KMnO4 ◼ Ưu điểm - Dễ sử dụng (ngâm, bôi, phun, bao gói). - Giá thành thấp. ◼ Nhược điểm - Tăng hàm lượng CO2, có khả năng chuyển thành hô hấp kỵ khí. - Có khả năng gây độc 26
27. Loại bỏ hoặc cô lập nguồn sản sinh ethylene ◼ Trong quá trình chín, khí ethylene được sinh ra và chính khí này lại tác động ngược trở lại, kích thích quả chín nhanh hơn. Điều này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đối với việc bảo quản các loại rau quả nhạy cảm với nguồn ethylene ngoại sinh. Chính vì vậy cần phải loại bỏ hoặc cô lập nguồn ethylene ngoại sinh này. Bằng cách: ◼ Chọn nguyên liệu tươi, đồng đều. ◼ Điều chỉnh nhiệt độ bảo quản thích hợp. ◼ Kiểm tra ẩm độ kho bảo quản. ◼ Kiểm soát nồng độ khí trong kho bảo quản. ◼ Thông gió kho bảo quản. 27
28. Công nghệ chín chậm có ứng dụng Công nghệ gen – Công nghệ DR (Delayed Repening) ◼ Nghiên cứu sự biểu hiện gene liên kết với sự phát triển và sự chín của quả giúp ta hiểu được chức năng của gene, nhận biết được các gene và cô lập chúng. Trên cơ sở đó, những năm gần đây các nhà khoa học tiến hành chuyển gene trong phòng thí nghiệm để chứng minh giả thuyết về chức năng của gene. Người ta chuyển những gene có ích vào bộ gene của cây và quan sát sự thay đổi của quả. Người ta cũng có thể làm giảm sự biểu hiện gene bằng cách chặn đứng con đường sinh hóa. Nhờ vậy, quá trình chín của quả hoàn toàn có thể kiểm soát bằng công nghệ biến đổi gen. 28
29. ◼ Năm 1994, giống cà chua Calgene chuyển gen chín chậm lần đầu tiên được sản xuất và tiêu thụ ở Hoa Kỳ đã đánh dấu sự ra đời của Công nghệ DR. 29
30. Điều khiển sự tổng hợp ethylene ◼ Lượng ethylene tạo ra có thể được điều khiển bằng cách “đóng” hoặc làm giảm sự tạo ethylene trong quả, theo một số cách sau đây: ◼ Ức chế sự biểu hiện của gen ACC synthase. ◼ Chuyển gen ACC diaminase. ◼ Chuyển gen SAM hydrolase. ◼ Ức chế sự biểu hiện của gen ACC oxidase. 30
31. Ức chế sự biểu hiện của gen ACC synthase. ◼ ACC synthase là enzyme chịu trách nhiệm chuyển hóa S- adenosylmethiomine (SAM) thành ACC; từ bước thứ hai tới bước cuối cùng trong quá trình sinh tổng hợp ethylene. Sự biểu hiện của enzyme bị cản trở khi một antisense hoặc một đoạn của bản sao gen synthase được chuyển vào trong genome của thực vật. 31
32. Chuyển gen ACC diaminase. ◼ Gen mã hóa cho enzyme này nhận được từ một vi khuẩn đất (Pseudomonas chlororaphis) không gây bệnh. Vi khuẩn này có khả năng chuyển hóa ACC thành một phân tử khác, nhờ vậy làm giảm lượng ACC có thể nhận được để tạo ethylene. 32
33. Chuyển gen SAM hydrolase. ◼ Phương pháp này cũng tương tự như ACC diaminase, bằng cách giảm tiền chất của ethylene. Trong trường hợp này, SAM được chuyển hóa thành homoserine. Gen mã hóa cho enzyme này được phân lập từ thể thực khuẩn E. Coli T3. 33
34. Ức chế sự biểu hiện của gen ACC oxidase. ◼ ACC oxidase là enzyme xúc tác cho sự oxi hóa ACC thành ethylene, bước cuối cùng trong con đường sinh tổng hợp ethylene. Thông qua công nghệ anti- sense, giảm sự điều khiển gen ACC oxidase dẫn đến ức chế sự hình thành ethylene, do đó làm chậm sự chín của quả. 34
35. Điều khiển việc nhận ethylene ◼ Khi ethylene có tín hiệu bắt đầu cho việc chín quả, việc làm chậm quá trình chín có thể đạt được bằng cách biến đổi thụ thể của ethylene. Gen ETR1 là một ví dụ, nó mã hóa cho protein liên kết ethylene. Ở thực vật ETR1 là một ví dụ, nó mã hóa cho protein liên kết ethylene. Ở thực vật ETR1 được biến đổi thì mất khả năng phản ứng với ethylene. 35
36. Ức chế hoạt tính của polygalacturonase ◼ Enzyme polygalatuonae (PG) chịu trách nhiệm cho việc phân giải pectin, chất duy trì độ cứng cho thành tế bào thực vật. Việc phân giải pectin xảy ra lúc bắt đầu quá trình chín, làm cho mềm quả. Để tạo ra quả DR bằng phương pháp này, các nhà khoa học đã chuyển gen antisene hoặc một đoạn bản sao của gen PG vào trong geome của thực vật dẫn đến sự ức chế tạo ra enzyme PG. 36
37. Thực trạng của Công nghệ DR hiện nay ◼ Trên thế giới, Công nghệ DR đã được áp dụng cho cà chua, dưa hấu và đu đủ. Một ứng dụng đáng chu ý khác của công nghệ DR là trong nghề trồng hoa và các thử nghiệm đang áp dụng công nghệ này để làm chậm quá trình héo của hoa. ◼ Ở Đông Nam Á, công nghệ DR đang được áp dụng cho đu đủ, một loại thức ăn được sử dụng phổ biến trong khu vực. ◼ Ở nước ta hiện nay chưa có trái cây DR. 37
38. ◼ Cà chua chín chậm là sản phẩm biến đổi gen đầu tiên đã được sản xuất ở rất nhiều nơi trên thế giới. Các nhà nghiên cứu đã kéo dài “cuộc sống” của cà chua thêm 60 ngày bằng cách ức chế các loại men gây ra quá trình chín của quả. Các men này gồm có hai loại, phát triển trong cà chua trong giai đọan quả đã trưởng thành để xúc tiến sự chín của quả. Tuy nhiên, các men này cũng làm thịt quả mềm ra và đó chính là lý do không giữ được lâu, gây tổn thất lớn, thường lên tới 40% sau khi thu hoạch. Họ đã dùng kỹ thuật gen để bắt các gen này “ngủ yên”, khiến cho thịt quả vẫn rắn, độ cứng tăng lên được gấp đôi, nhờ vậy kéo dài được một thời gian mới bị thối nhũn. Công trình này do Viện nghiên cứu hệ gen của Ấn Độ thực hiện và công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences (Thông báo của VHLKH). Cây cà chua chuyển gen vẫn mọc bình thường và cung cấp rau quả tươi có giá trị dinh dưỡng cao, không có gì khác biệt đối với cà chua thường. Công nghệ xử lý men chín đối với cây cà chua hoàn toàn có thể áp dụng với các loại rau quả khác. 38
39. ◼ Tuy nhiên hiện nay vẫn còn nhiều quan điểm về tính lợi, hại của cây trồng biến đổi gene nên sự phổ biến của công nghệ DR vẫn còn hạn chế ở một số quốc gia trên thế giới. 40
40. Tính ưu việt của công nghệ DR ◼ Áp dụng với tất cả các loại quả, thậm chí có thể áp dụng trên các loại nông sản khác. ◼ Giảm thiệt hại sau thu hoạch. Quả DR có độ cứng cao hơn quả thông thường do đó nó ít bị bầm dập trong quá trình thu hái. ◼ Người trồng trọt không còn phải bỏ quá nhiều chi phí vào quá trình bảo quản quả sau khi thu hái như trước kia nữa. Thậm chí họ có thể bảo quản ngay trên đồng ruộng của mình. ◼ Nông dân yên tâm khi vận chuyển nông sản trong một khoảng thời gian dài mà không cần phải bảo quản lạnh. Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các loại trái cây có giá trị xuất khẩu. ◼ Người trồng trọt giờ đây có thể chủ động hơn trong vấn đề tìm đầu ra cho sản phẩm do quả DR có thể thu hái trong một thời gian dài hơn mà không lo bị thối, hỏng. ◼ Người tiêu dùng có thể mua được những sản phẩm tươi ngon, đảm bảo chất lượng mà vẫn an toàn. Đồng thời họ có thể kéo dài thời hạn sử dụng nhưng rau quả vẫn tươi ngon. 41
41. KẾT LUẬN ◼ Như vậy Công nghệ chín chậm có vai trò vô cùng quan trọng trong bảo quản trái cây nói riêng và các loại nông sản nói chung. Đặc biệt là Công nghệ DR. Tuy hiện nay vẫn còn nhiều tranh cãi về mức độ an toàn của cây trồng biến đổi gen nhưng con người không thể phủ nhận những lợi ích to lớn mà nó mang lại. Điều này hứa hẹn tiềm năng phát triển của Công nghệ chín chậm nói chung và Công nghệ DR nói riêng là rất lớn. 42
42. TÀI LIỆU THAM KHẢO ◼ Kỹ thuật thu hái bảo quản quả tươi sạch một số loại trái cây – PGS.TS.Phạm Văn Côn – NXB Nông nghiệp. ◼ Bảo quản chế biến hoa quả tươi – KS.Nguyễn Thị Minh Phương – NXB Tri thức. ◼ GTr: Bảo quản chế biến nông sản – Nguyễn Mạnh Khải – NXB Nông nghiệp. ◼ Nguồn Internet. 43