Luận án hoàn thiện công nghệ bảo quản quả vải, nhãn trong môi trường lạnh kết hợp bao gói khí cải biến bằng mô hình hô hấp bay hơi cân bằng năng lượng

Để thực hiện được mục tiêu của Nghị quyết 48/NQ-CP, vấn đề cấp bách cần giải quyết hiện nay là nghiên cứu cải tiến công nghệ bảo quản rau quả sau thu hoạch nhằm kéo dài thời gian bảo quả

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Sau hơn 30 năm đổi mới, với kết quả của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập, mức sống của nhân dân tăng lên rõ rệt Khi tiêu chuẩn cuộc sống của con người tăng lên, các yêu cầu về chất lượng rau quả của người tiêu dùng cũng ngày càng cao hơn Không những thế nông nghiệp là một trong những thế mạnh xuất khẩu của Việt Nam góp phần thu về một lượng ngoại tệ không nhỏ Để xuất khẩu rau quả sang những thị trường khó tính của các nước phát triển, rất cần bảo quản rau quả trong thời gian dài, với chất lượng bảo toàn tối đa so với khi thu hoạch

Sau khi thu hoạch, rau quả tươi vẫn tiếp tục sống, các tế bào vẫn tiếp tục hoạt động sống thông qua quá trình hô hấp Trong quá trình hô hấp, khí O2 được hấp thụ

và khí CO2, hơi nước được thải ra Quá trình này xảy ra càng nhanh và thuận lợi thì

sự phân giải của các hợp chất hữu cơ càng nhanh, giải phóng nhiều năng lượng, thúc đẩy quá trình chín của sản phẩm Ngoài ra đi kèm với quá trình chín này là sự thay đổi một số chất cơ lý của sản phẩm như độ cứng, màu sắc, hương vị, hàm lượng đường, vitamin C Bảo quản tốt tốt bằng cách khống chế quá trình trao đổi năng lượng-trao đổi chất sẽ kéo dài thời gian giúp rau quả được tươi hơn, nâng cao chất lượng, sản lượng và giá trị sản phẩm Một trong những vấn đề tồn tại chính là công nghệ chế biến và bảo quản rau quả của nước ta chưa phát triển nên lượng tổn hao sau thu hoạch của rau quả Việt Nam rất lớn từ 1520%, đồng thời chất lượng bảo quản sau thu hoạch không cao, thời gian bảo quản ngắn

Nghị Quyết 48/NQ-CP của Chính phủ, ban hành ngày 23/09/2009 đã khẳng định: Mục tiêu của Nhà nước ta đến năm 2020 là giảm tổn thất rau quả sau thu hoạch xuống dưới 10%, nhằm mục tiêu: Nâng cao chất lượng và đảm bảo về số lượng cho nhu cầu dinh dưỡng ngày càng cao của nhân dân; và tăng lượng xuất khẩu, thu ngoại

tệ về cho đất nước Để thực hiện được mục tiêu của Nghị quyết 48/NQ-CP, vấn đề cấp bách cần giải quyết hiện nay là nghiên cứu cải tiến công nghệ bảo quản rau quả sau thu hoạch nhằm kéo dài thời gian bảo quản và nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất sau thu hoạch theo hướng kết hợp sử dụng công nghệ nhiệt độ thấp và các biện pháp bảo quản hiện đại, hạn chế tối đa việc sử dụng hóa chất trong công nghệ bảo quản

Năm 2012, Thủ tướng đã ban hành Quyết định số 1895/QĐ-TTg về Về việc phê duyệt Chương trình phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao thuộc Chương trình quốc gia phát triển công nghệ cao đến năm 2020 với các nhiệm vụ chủ yếu:

“Nghiên cứu phát triển công nghệ chiếu xạ, công nghệ xử lý hơi nước nóng, công nghệ xử lý nước nóng, công nghệ sấy lạnh, sấy nhanh trong bảo quản nông sản; công nghệ sơ chế, bảo quản rau, hoa, quả tươi quy mô tập trung; công nghệ bao gói khí quyển kiểm soát; công nghệ bảo quản lạnh nhanh kết hợp với chất hấp thụ etylen

để bảo quản rau, hoa, quả tươi; công nghệ tạo màng trong bảo quản rau, quả, thịt, trứng; công nghệ lên men, công nghệ chế biến sâu, công nghệ sinh học và vi sinh sản xuất chế phẩm sinh học và các chất màu, chất phụ gia thiên nhiên trong bảo quản và chế biến nông sản”

Bên cạnh phương pháp bảo quản lạnh truyền thống là sử dụng kho lạnh, phương pháp bảo quản Bao gói khí cải biến (Modified Atmosphere Packaging - MAP) đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như như là một phương pháp bảo quản rau quả tươi hiệu quả và kinh tế nhất Theo [1], lợi ích của MAP là nếu thời gian bảo quản rau quả ở 20-25oC là 1 đơn vị thời gian thì bảo quản bằng MAP là gấp đôi, bảo quản lạnh là gấp 3 và bảo quản MAP kết hợp với lạnh thì gấp 4 lần

Phương pháp MAP dùng để bảo quản các sản phẩm rau quả tươi được áp dụng

từ hơn 30 năm ở các nước phát triển Trong khu vực, Hàn Quốc và Thái Lan là hai nước châu Á điển hình sử dụng thành công phương pháp này để bảo quản rau quả tươi Ở Việt Nam, MAP được Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch của Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn nghiên cứu từ năm 2002 Tuy nhiên những nghiên cứu đó đa phần chỉ mang tính chất thực nghiệm, chưa nghiên cứu cơ bản về quá trình hô hấp - trao đổi chất – trao đổi năng lượng của quả trong quá trình bảo quản, nên ứng dụng của MAP chưa đạt hiệu quả cao Vì vậy, không khống chế và tìm

ra được chế độ bảo quản thích hợp cho từng loại quả

Quả vải (Litchi chinensis Sonn) và quả nhãn (Dimocarpus longan) là những loại quả có giá trị thương phẩm cao, màu sắc đẹp và giàu hàm lượng dinh dưỡng [2], [3]

Vì vậy quả vải, nhãn được xác định là một trong những loại quả chủ lực của Việt Nam dùng để xuất khẩu và nội tiêu Theo Tổng cục thống kê, năm 2016 sản lượng quả vải trong cả nước đạt 312,556 tấn, trong đó dẫn đầu là Bắc Giang với sản lượng khoảng 142,000 tấn, tiếp đến là Hải Dương khoảng 25,000 tấn, Quảng Ninh khoảng 8,000 tấn… Đến nay huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang trở thành nơi trồng quả vải lớn nhất nước với tổng diện tích đạt khoảng 30,000 ha, sản lượng hàng năm dao động từ 100,000 ÷ 190,000 tấn và tổng doanh thu đạt trên 5,000 tỷ đồng

Quả vải, nhãn là loại quả rất khó bảo quản do đặc tính hô hấp cao, ưa bảo quản lạnh, khả năng mất nước khá cao, dẫn tới nhanh héo và nâu hóa vỏ Không những thế, quả vải còn có tính thời vụ rõ rệt, với mỗi mùa thu hoạch chỉ khoảng 45-60 ngày,

nên tạo áp lực lưu thông rất lớn Hiện nay quả vải của Việt Nam chủ yếu mới được dùng nội tiêu trong nước, chỉ khoảng 10 ÷ 15% sản lượng tương đương 20,000 ÷ 30,000 tấn quả được xuất thô sang Trung Quốc Tuy nhiên lượng xuất khẩu này luôn

bị ép giá và không chủ động được về thị trường

Sản xuất quả vải, nhãn ở Việt Nam trong 10 năm gần đây tuy đã có bước phát triển vượt bậc nhưng lại thiếu tính bền vững Trong khi đó, đây là các loại quả nhiệt đới thuộc loại có cường độ hô hấp và phát thải etylen thuộc loại trung bình cao, vỏ mỏng nên rất khó bảo quản và vận chuyển Với công nghệ bảo quản lạc hậu như hiện nay, sản lượng xuất khẩu quả vải, nhãn tươi sang các thị trường cao cấp như Nhật,

Úc rất khiêm tốn chỉ khoảng vài trăm tấn/năm, hoàn toàn không tương xứng với tiềm năng xuất khẩu của hai loại quả này Do đó, rất cần thiết phải nghiên cứu hoàn thiện công nghệ bảo quản hai loại quả này

MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu hoàn thiện công nghệ bảo quản quả vải và nhãn bằng phương pháp bao gói khí cải biến (MAP) trên cơ sở nghiên cứu quá trình

hô hấp - bay hơi – cân bằng năng lượng nhằm tăng chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu xây dựng mô hình xác định cường độ hô hấp của quả vải và nhãn trong điều kiện môi trường khí cải biến (MAP) trên cơ sở nghiệm của

hệ phương trình men-chất xúc tác Michaelis-Menten;

 Xây dựng mô hình dự đoán nồng độ, nhiệt độ, độ ẩm không khí trong bao gói từ đó kiểm soát điều kiện bảo quản và dự đoán độ hao hụt tự nhiên, thời gian bảo quản, trên cơ sở tích hợp mô hình Michaelis-Menten cho hô hấp,

mô hình trao đổi năng lượng-trao đổi chất giữa quả và môi trường khí trong bao gói, giữa bao gói và môi trường bảo quản theo quan điểm đẳng áp-đẳng entanpy Đánh giá mô hình bằng thực nghiệm;

 Xây dựng mô hình tính toán lượng nước ngưng, độ hụt tự nhiên của quả, từ

đó làm cơ sở để dự đoán thời gian bảo quản trong môi trường MAP

 Đề xuất quy trình thiết kế lựa chọn loại bao bì MAP cho hai loại quả trên

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

 Quả vải

 Quả nhãn

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình cường độ hô hấp của quả vải và quả nhãn dựa trên mô hình Michaelis-Menten và xây dựng mô hình hô hấp - bay hơi – cân bằng năng lượng trên quan điểm đẳng áp-đẳng entanpy Các mô hình này được kiểm chứng độ chính xác bằng thực nghiệm

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN

Ý nghĩa khoa học của luận án:

- Đã xác định được cường độ hô hấp của quả vải, quả nhãn trong điều kiện môi trường khí cải biến (MAP) bằng phương pháp tính toán khoa học, có độ tin cậy cao

- Xây dựng được mô hình cường độ hô hấp của rau quả phụ thuộc vào nồng độ khí, được mô phỏng theo dạng nghiệm của phương trình Michaelis-Menten, tốc độ của hệ phản ứng men-xúc tác cho kết quả có độ tin cậy cao, kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả thực nghiệm Phần mềm mô phỏng dễ sử dụng, có độ chính xác cao

- Phát triển thành công mô hình toán học cho phép dự đoán nhiệt độ, độ ẩm tương đối, lượng nước ngưng tụ và độ hao hụt tự nhiên của quả trong bao gói MAP Kết quả tính toán bằng mô hình hô hấp – bay hơi – cân bằng năng lượng cho sai số trong khoảng cho phép

Ý nghĩa thực tiễn của luận án:

- Trên cơ sở mô hình hô hấp – bay hơi – cân bằng năng lượng đã hoàn thiện, có thể kiểm soát được các thông số của môi trường khí bao quanh quả trong quá trình bảo quản, đồng thời cho phép đề xuất quy trình thiết kế bao gói bảo quản quả vải

và quả nhãn tại mỗi mùa vụ thu hoạch trong bao gói khí cải biến với khối lượng thực nghiệm tối thiểu ở phạm vi công nghiệp

- Áp dụng mô hình dự đoán các thông số của quá trình bảo quản có thể rút ngắn thời gian và khối lượng thí nghiệm, cho phép tìm ra chế độ bảo quản tối ưu nhằm đảm bảo tối đa chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản, giảm hao hụt trong điều kiện thực tế

TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Đây là lần đầu tiên có một nghiên cứu toàn diện và đầy đủ mô hình hô hấp-bay hơi-cân bằng năng lượng cho quả vải và quả nhãn trong môi trường khí cải biến tại Việt Nam

- Đã xây dựng được phương pháp thí nghiệm trong hệ kín, đo nồng độ khí trong

hệ bằng thiết bị phân tích khí cũng như thuật toán xử lý số liệu Phương pháp thí nghiệm này cho phép xác định chính xác cũng như rút ngắn thời gian thực nghiệm xác định cường độ hô hấp của các loại rau quả không chỉ của quả vải và quả nhãn

mà còn cho các loại quả khác

- Từ nghiên cứu mô phỏng, trên cơ sở tích hợp mô hình hô hấp, phương trình khuếch tán khí qua thành bao gói theo dạng định luật 1 Fick, các phương trình cân bằng nhiệt và ẩm của môi trường khí trong bao gói MAP, đã phát triển thành công

mô hình toán học cho phép xác định nhiệt độ và độ ẩm, lượng nước ngưng tụ, độ hao hụt của rau quả trong môi trường MAP Kết quả tính toán bằng mô hình cho sai số trong khoảng cho phép, đặc biệt là về độ hao hụt tự nhiên là một đóng góp mới, quan trọng của luận án

- Trên cơ sở mô hình hô hấp – bay hơi – cân bằng năng lượng đã hoàn thiện, có thể kiểm soát được các thông số của môi trường khí bao quanh quả trong quá trình bảo quản, đồng thời cho phép đề xuất quy trình thiết kế bao gói bảo quản quả vải, quả nhãn tại mỗi mùa vụ thu hoạch trong môi trường khí cải biến với khối lượng thí nghiệm tối thiểu ở phạm vi công nghiệp, dẫn đến tăng hiệu quả và tính khả thi của phương pháp bảo quản Đây là đóng góp quan trọng cho việc đề xuất công nghệ bảo quản quả vải và quả nhãn trong thực tiễn sản xuất

- Xây dựng thành công mô hình dự đoán các thông số của quá trình bảo quản, có thể rút ngắn thời gian và khối lượng thí nghiệm, cho phép tìm ra chế độ bảo quản tối ưu nhằm đảm bảo tối đa chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản, giảm hao hụt trong điều kiện thực tế Kết quả này có ý nghĩa ứng dụng rất to lớn

BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN

- Mở đầu

- Chương 1 Tổng quan về bảo quản rau quả

- Chương 2 Cơ sở lý thuyết

- Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm

- Chương 4 Dự đoán các thông số bảo quản

- Chương 5 Kết luận và kiến nghị

- Danh mục các công trình đã công bố của luận văn

- Tài liệu tham khảo

TỔNG QUAN VỀ BẢO QUẢN RAU QUẢ 1.1 Tổng quan về thị trường rau quả Việt Nam

Việt Nam là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, có nền khí hậu nóng ẩm và mưa nhiều nên thảm thực vật ở nước ta rất phong phú Theo ước tính thì

có khoảng 14,500 các loài cây cỏ thuộc 200 họ, trong đó có khoảng 100 loại quả khác nhau Do đặc điểm khí hậu như vậy nên quanh năm ở nước ta đều có mùa vụ thu hoạch của một loại rau quả nào đó [4]

Bảng 1.1 Phân vùng nguyên liệu một số rau quả chủ lực của Việt Nam [4]

Nhãn Hưng Yên, Sơn La, Tiền Giang

Vải Bắc Giang, Hải Dương, Quảng Ninh

Chuối Phú Thọ, Tiền Giang, Kiên Giang

Dứa Ninh Bình, Tiền Giang, Kiên Giang

Thanh long Bình Thuận, Long An và Tiền Giang

Cam, quýt Hà Giang, Nghệ An, Bến Tre

Xoài Tiền Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ

Cà chua Hải Dương, Bắc Ninh, Lâm Đồng

Bắp cải Hải Dương, Hà Nội, Lâm Đồng

Dưa chuột Hải Dương, Hưng Yên, Sóc Trăng

Cà rốt Hưng Yên, Lâm Đồng

Kể từ đầu thập kỷ 90, khi chúng ta bắt đầu quá trình Mở cửa và Hội nhập với kinh tế Thế giới, diện tích rau, hoa, quả của Việt Nam phát triển nhanh chóng và ngày càng có tính chuyên canh cao

Tổng diện tích nhóm cây ăn quả cả nước năm 2018 khoảng 960,000 ha, tăng 3.9% so với năm 2017 Diện tích cây ăn quả tăng chủ yếu do nhiều địa phương đã chuyển một phần đất lúa năng suất thấp sang trồng cây ăn quả, rõ nét nhất là vùng đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng Tính riêng 15 loại quả có diện tích lớn nhất (trên 10,000 ha/loại) hiện đã chiếm hơn 86% tổng diện tích trồng cây ăn quả của cả nước: chuối có diện tích lớn nhất (140,000 ha, chiếm 16%); tiếp theo là xoài, nhãn, cam, vải, bưởi (50,000 – 85,000 ha/loại); thanh long, dứa, sầu riêng, chanh, chôm chôm (25,000 – 45,000 ha/loại); mít, mãng cầu, quýt, ổi (10,000 – 20,000 ha/loại) [5]

Về sản lượng, tổng sản lượng cây ăn quả cả nước năm 2018 đạt khoảng 10 triệu tấn, tăng gần 6% so với năm 2017 Trong đó: Xoài khoảng 788 nghìn tấn, tăng 6.0%; chuối khoảng 2.1 triệu tấn, tăng 3.0%; thanh long khoảng 1.0 triệu tấn, tăng 6.0%; bưởi khoảng 586.5 nghìn tấn, tăng 2.0%; nhãn khoảng 523.7 nghìn tấn, tăng 6.0%; vải khoảng 280.2 nghìn tấn, tăng 20.0% [5]

Đối với xuất khẩu, kim ngạch xuất khẩu rau quả của Việt Nam đã tăng trưởng nhẹ trong khoảng các năm từ 2005 đến 2010 và mức tăng cao hơn trong khoảng thời gian từ 2010 đến năm 2015 [6] Tổng hợp các nguồn dữ liệu của Tổng cục thống kê

và các Báo cáo xuất nhập khẩu Việt Nam năm 2016, 2017, 2018, 2019 trên Hình 1.1 cho thấy mức tăng trưởng của kim ngạch xuất khẩu rau quả của giai đoạn này

Hình 1.1 Kim ngạch xuất khẩu rau quả Việt Nam

Kim ngạch xuất khẩu rau quả năm 2016 đạt 2.458 tỷ USD, tăng mạnh 33.6% so với năm 2015 Đây là ngành hàng có tăng trưởng nổi bật nhất trong nhóm, trong khi các ngành hàng khác gặp khó khăn do sụt giảm lượng và giá xuất khẩu thì ngành hàng này liên tục tăng trưởng mạnh: năm 2014 tăng 28.4%, năm 2015 tăng 23.7% [7] Đến năm 2017 mức tăng còn cao hơn lên khoảng 42.5% so với năm 2016, tổng kim ngạch xuất khẩu rau quả đặt 3.5 tỷ USD, vượt kim ngạch xuất khẩu của một số mặt hàng nông sản chủ lực khác như gạo, hồ tiêu và mở ra hướng đi mới cho ngành nông nghiệp Việt Nam đứng thứ 12 trong các nước xuất khẩu rau quả lớn (thị phần toàn cầu tăng từ 2.1% lên 2.9%), đứng trên nhiều nước khác như Pháp, Đức, Ấn Độ,

Philippines Đối thủ cạnh tranh về rau quả của Việt Nam chủ yếu hiện nay là Trung Quốc, Ấn Độ và một số quốc gia ASEAN như Thái Lan, Malaysia, Indonesia [8] Xuất khẩu rau quả năm 2018 đạt 3.81 tỷ USD, tăng 8.8% so với năm 2017, nhưng nếu so với mức tăng trưởng trên 42.5% của năm 2017 thì mức tăng trưởng rau quả đang có phần chững lại Tuy nhiên, kết thúc 2018, hàng rau quả tiếp tục lập kỷ lục mới vượt dầu thô trong xuất khẩu [1]

Năm 2019 đánh dấu một năm đầy sóng gió đối với trái cây xuất khẩu của Việt Nam khi thị trường Trung Quốc - nơi tiêu thụ rau quả lớn nhất của Việt Nam, siết chặt việc nhập khẩu qua đường tiểu ngạch và qui định dán nhãn, đóng gói Theo đó, trong cả năm 2019, xuất khẩu rau quả chỉ đạt 3.75 tỷ USD, giảm gần 1.6% so với năm 2018 Tuy nhiên, điểm sáng là nhiều sản phẩm rau, quả đã chinh phục được những thị trường khó tính như EU, Mỹ, Nhật Bản [9] Xuất khẩu rau quả sang tất cả các thị trường chính khác đều tăng trưởng trên 10%, cụ thể: ASEAN tăng mạnh 68.7% (đạt 226.4 triệu USD), Hoa Kỳ tăng 7.2% (đạt 150.0 triệu USD), EU tăng 28.7% (đạt 148.2 triệu USD), Hàn Quốc tăng 15.7% (đạt 131.8 triệu USD), Nhật Bản tăng 28.0% (đạt 122.3 triệu USD)… Hàng rau quả vẫn là mặt hàng đầy tiềm năng của Việt Nam với khả năng tăng trưởng tốt ở nhiều thị trường mới [10]

Hình 1.2 Thị trường xuất khẩu rau quả các nước năm 2019 [10]

Theo Hiệp hội rau quả Việt Nam, năm 2019, nhiều sản phẩm rau, quả đã chinh phục được những thị trường khó tính Có thể kể tới như xoài chính thức trở thành loại quả tươi thứ 6 của Việt Nam xuất khẩu sang thị trường Hoa Kỳ sau vải, nhãn, chôm chôm, vú sữa và thanh long Hay việc Nhật Bản thông báo chính thức mở cửa cho quả vải thiều tươi Việt Nam xuất khẩu trực tiếp sang Nhật Bản Đây là tiền đề để năm

2020, ngành rau, quả có thêm cơ hội bứt phá hơn [9]

Tuy nhiên, để đạt được những kỳ vọng kể trên, ngành rau, quả phải khắc phục những điểm yếu về sản xuất, nguyên liệu qua việc đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế Báo cáo tổng kết nhiệm kỳ 2013-2018, Hiệp hội rau quả Việt Nam đã đánh giá một

số khó khăn, thách thức của ngành hàng rau quả xuất khẩu như [11]:

 Tỷ lệ thất thoát sau thu hoạch còn cao, công nghệ xử lý sau thu hoạch chậm được đầu tư cải thiện

 Rau quả có nhiều chủng loại nên còn nhiều mặt hạn chế trong lập hệ thống

dữ liệu thống kê và thông tin thị trường, chưa nghiên cứu đầy đủ và toàn diện về cung cầu ngành hàng rau quả, đặc biệt là những thị trường lớn Thị trường còn dựa nhiều vào thị trường Trung Quốc

 Cạnh tranh thương mại giữa các nước sản xuất, rào cản kỹ thuật từ các nước nhập khẩu, đặc biệt là các yêu cầu về kiểm dịch, an toàn thực phẩm

Khắc phục được các hạn chế, ngành rau quả sẽ phát triển vượt bậc và xuất khẩu sang nhiều thị trường hơn Giá bán đến tay người tiêu dùng ở các nước phát triển cao hơn rất nhiều so với tiêu thụ nội địa, điển hình thể hiện trên Bảng 1.2 đối với quả vải tươi tại các thị trường khác nhau Với việc xuất khẩu, sẽ thu được nguồn ngoại tệ lớn cho đất nước, cũng như cải thiện đời sống của người nông dân

Bảng 1.2 Giá bán tham khảo sản phẩm quả vải tươi tại một số thị trường [2]

1 Việt Nam Cửa hàng bán lẻ, siêu thị Tổng sản lượng: 192,940 tấn

Giá cả: 3,000 ~ 25,000 đ/kg

2 Úc Harris Farm Market

www.harrisfarm.com.au

20 AUD/kg (~350,000 đ/kg)

3 Anh My Supper Market

www.mysupermarket.co.uk

8.45 £/kg (~ 300,000 đ/kg)

4 Đức Fresh Plaza

www.freshplaza.com

9,90 €/kg (~ 270.000 đ/kg)

5 Hoa Kỳ Local Harvest

www.localharvest.org

31.6 USD/kg (~660,000 đ/kg)

6 Trung Quốc Cửa hàng bán lẻ 10-15 USD/kg

9 Trang bán hàng trực tuyến

www.buyexoticfruits.com

29.99 USD/kg (~620,000 đ/kg)

1.2 Tổng quan về bảo quản rau quả tươi

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản

Một trong những vấn đề tồn tại chính hiện nay là lượng tổn hao sau thu hoạch của các loại rau quả tươi rất lớn Theo đánh giá của Hội Lạnh quốc tế (IIR), tổn thất sau thu hoạch của thế giới khoảng hơn 25.7% trong khi thu hoạch, đóng gói và vận chuyển [12] Đối với các loại rau quả nhiệt đới và cận nhiệt đới, lượng tổn thất có thể đến 40÷50% Hơn nữa, ở các nước đang phát triển, do thiếu máy móc, công nghệ và

hạ tầng nên chỉ có một lượng hạn chế rau quả được tiêu thụ tại chỗ hoặc xuất khẩu Vấn đề cấp bách cần giải quyết hiện nay là cải thiện công nghệ bảo quản nhằm hạn chế tổn thất và chất lượng của rau quả tươi sau thu hoạch Để giải quyết vấn đề này, chúng ta cần đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản để hiểu sâu hơn về bản chất

1.2.1.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sống của rau quả tươi sau thu hoạch Tăng nhiệt độ sẽ làm tăng cường tốc độ phản ứng sinh hóa xảy ra bên trong rau quả, thúc đẩy quá trình trao đổi chất-trao đổi năng lượng làm rau quả nhanh

sự úa hỏng [13] Theo định luật Van’t Hoff, khi tăng nhiệt độ lên 10oC thì tốc độ phản ứng tăng lên khoảng hai lần Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ, cường độ hô hấp tăng đến mức độ tối đa ở vùng nhiệt độ (4045oC), sau đó giảm đi Khi nhiệt độ môi trường vượt quá 50oC,cường độ hô hấp giảm rất nhanh Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường

độ hô hấp được định lượng bằng Hệ số Q10 – mức tăng cường độ hô hấp khi nhiệt độ tăng 10oC [14]

=

⁄

Trong đó:

R1 : Cường độ hô hấp tại nhiệt độ T1, ml.kg-1.h-1

R2 : Cường độ hô hấp tại nhiệt độ T2, ml.kg-1.h-1

T : Nhiệt độ bảo quản, oC

Để bảo quản rau quả được lâu cần phải hạ nhiệt độ bảo quản, tức là sử dụng công nghệ bảo quản lạnh Khi giảm nhiệt độ từ 45oC đến 12oC thì cường độ hô hấp giảm nhanh, khi nhiệt độ giảm đến gần nhiệt độ điểm đóng băng thì sự giảm cường

độ hô hấp chậm lại Tuy nhiên, nhiệt độ bảo quản phải lớn hơn nhiệt độ điểm đóng băng của rau quả để không gây ra tác động cơ học phá huỷ tế bào Điểm đóng băng

của rau quả thường dưới 0oC (từ -0.5 đến -4oC) Một số rau quả như chuối, cà chua

dễ bị tổn thất lạnh nên cũng không thể bảo quản ở nhiệt độ quá thấp

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự suy giảm cường độ hô hấp [15]

Thời gian bảo quản tương đối, (%)

Hao hụt sản phẩm, (%)

Mỗi loại rau quả, kể cả các giống khác nhau trong cùng một loại, đều có nhiệt

độ bảo quản thích hợp nhất định, nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ bảo quản tối ưu

Ngoài việc duy trì nhiệt độ thích hợp, khi bảo quản còn cần đảm bảo sự ổn định nhiệt độ Sự tăng giảm nhiệt độ đột ngột sẽ làm thay đổi nhanh cường độ hô hấp, cũng như có khả năng gây ra hiện tượng đọng sương trên bề mặt rau quả, dẫn tới các hiện tượng bệnh lý làm hư hỏng rau quả

1.2.1.2 Độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí (gọi tắt là độ ẩm không khí) trong môi trường bảo quản có ảnh hưởng lớn đến sự bốc hơi nước của rau quả và tính đồng đều của quá trình chín Độ ẩm thấp làm tăng sự bay hơi nước, khi đó rau quả một mặt bị giảm khối lượng tự nhiên, mặt khác làm héo bề ngoài và bên trong, sinh ra hiện tượng co nguyên sinh, dẫn đến rối loạn sự trao đổi chất và rau quả mất khả năng đề kháng với các tác động bất lợi từ bên ngoài

Tăng độ ẩm không khí trong môi trường bảo quản vừa hạn chế quá trình hô hấp, vừa đảm bảo rau quả tươi, không héo Nhưng nếu tăng độ ẩm quá cao thì rau quả xảy

ra hiện tượng ngưng tụ hơi nước (ướt) trên bề mặt rau quả trong suốt quá trình bảo quản làm tăng khả năng thối rữa, gây tổn thương bề mặt, có lợi cho vi sinh vật hoạt động Do đó, trong quá trình bảo quản rau quả, độ ẩm của không khí cần được duy trì tối ưu để chống bốc hơi nước và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây thối hỏng

Bảng 1.4 trình bày nhiệt độ và độ ẩm tối ưu dành cho bảo quản một số loại quả chủ lực (xem thêm các loại rau quả khác ở phụ lục 2) Số liệu này dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả trong và ngoài nước được tổng hợp trong tài liệu [16]:

Bảng 1.4 Nhiệt độ và độ ẩm tối ưu của một số loại quả [16]

Đặc trưng của rau quả tươi là vẫn tiếp tục quá trình hô hấp sau khi thu hoạch Nồng độ CO2 cao có tác dụng kiềm chế hô hấp, sự phát triển của nấm mốc và làm suy giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng do etylen gây ra Nhưng trong môi trường này,

hô hấp yếm khí lại dễ xảy ra, dẫn đến hiện tượng chất dinh dưỡng trong sản phẩm bị chuyển hóa thành phenolic, ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm được bảo quản Nồng

độ O2 thấp làm giảm sự hô hấp và sự sản sinh etylen, nhưng bên cạnh đó làm gia tăng khả năng xảy ra hiện tượng hô hấp yếm khí và sự phát triển của các vi sinh vật yếm khí

Tăng hàm lượng CO2 và giảm O2 trong không khí có tác dụng hạn chế hô hấp của rau quả Khi hàm lượng CO2 tăng lên đến 3-5% và lượng O2 giảm đi tương ứng (chỉ còn 16-18%) thì thời gian bảo quản rau quả có thể tăng 3-4 lần, so với khi bảo quản ở khí quyển bình thường (0.03% CO2; 20.9% O2; 78% N2) Nhưng nếu CO2

tăng quá 15% sẽ sinh ra quá trình hô hấp yếm khí, phá vỡ cân bằng các quá trình sinh

lý, làm cho rau quả mất khả năng đề kháng tự nhiên, dẫn đến thâm đen và thối hỏng Ứng với mỗi loại rau quả sẽ có một dải nồng độ O2 và CO2 thích hợp để bảo quản Bảng 1.5 giới thiệu kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong và ngoài nước về nồng độ khí tối ưu và giới hạn cho phép của nồng độ O2 nhỏ nhất và CO2 cao nhất đối với một số loại rau quả thông dụng [17], [18], [19]

Bảng 1.5 Nồng độ O 2 và CO 2 tối ưu và giới hạn cho phép [17], [18], [19]

1.2.1.4 Sự sản sinh etylen

Etylen là một hóc môn sinh trưởng thực vật, là sản phẩm tự nhiên của thực vật được sản sinh ra trong quá trình chuyển hóa thực vật Sự sản sinh etylen phụ thuộc chủ yếu vào giống, độ chín thu hái, nhiệt độ, nồng độ O2 và CO2 trong môi trường Trong môi tường nghèo O2 và giàu CO2 sẽ hạn chế sự sản sinh etylen Mức CO2 cao

có thể cạnh tranh với ảnh hưởng etylen ở các vị trí liên kết trong tế bào Ở nồng độ

CO2 khoảng 10% thì hoạt tính sinh học của 1% etylen đối với quả bị mất và nồng độ

CO2 tích tụ ở trong khoang tế bào xem như là chất cạnh tranh với etylen Sự sản sinh etylen làm tăng cường độ hô hấp ở cả quả đột biến và không đột biến hô hấp Với quả không độ biến hô hấp, kích thích hô hấp chỉ khi quả bắt đầu sản sinh etylen Với quả đột biến hô hấp, sản sinh etylen có thể làm bắt đầu quá trình chín, kích thích hô hấp sau khi quả bắt đầu chín

Các phương pháp bảo quản rau quả tươi

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ ngày nay, các phương pháp bảo quản vật lý ngày càng được ứng dụng rộng rãi, do an toàn hơn so với phương pháp bảo quản bằng công nghệ hóa học truyền thống, không gây ra ô nhiễm hóa học hay phá hủy cấu trúc dinh dưỡng và hương vị tự nhiên

1.2.2.1 Công nghệ bảo quản tươi ở nhiệt độ thấp

Là phương pháp dùng nhiệt độ thấp để hạn chế quá trình hô hấp, biến đổi sinh học, kéo dài thời gian sử dụng [20] Nhiệt độ trong môi trường bảo quản càng thấp thì càng có tác dụng ức chế các quá trình sinh hoá xảy ra bên trong rau quả cũng như

sự phát triển của vi sinh vật, do đó có thể kéo dài thời gian bảo quản rau quả lâu hơn Quá trình bảo quản có thể được kéo dài bằng cách giảm nhiệt độ hơn nữa ở nhiệt độ thấp, với nhiệt độ thấp khoảng 1oC có thể làm tăng khả năng bảo quản một cách có ý nghĩa [21] Nhiệt độ thấp không chỉ kìm hãm được những biến đổi về lý, hóa, sinh học, kìm hãm hoạt động của vi sinh vật xảy ra trong rau quả, mà còn có tác dụng tăng phẩm chất của một số nguyên liệu rau quả như trái cây sẽ tích tụ được nhiều pectin hơn, mềm hơn (do pectin hòa tan trong nước); sẽ tích tụ được nhiều đường chuyển hóa hơn nên tăng được giá trị hấp thụ tiêu hóa, sẽ hấp dẫn người tiêu dùng hơn Hiện nay phương pháp bảo quản bằng công nghệ nhiệt độ thấp là biện pháp kỹ thuật thích hợp nhất cho công nghiệp chế biến và bảo quản rau quả, cho xuất khẩu lớn rau quả với cung độ vận chuyển quốc tế không giới hạn Đây cũng là xu hướng tương lai để bảo quản các loại rau quả tươi trong bối cảnh an toàn vệ sinh thực phẩm đang ngày càng nghiêm trọng

1.2.2.2 Công nghệ xử lý nhiệt sau thu hoạch

Xử lý nhiệt thường được tiến hành sau khi thu hái ở nhiệt độ khoảng 35-50oC, nhằm kìm hãm các tác nhân gây bệnh và kìm hãm sự hoạt động của enzyme, làm cho hoa quả tươi lâu hơn Phương pháp xử lý nhiệt sau thu hoạch thường được áp dụng

để xử lý các vi sinh vật có hại và bệnh tật, xử lý stress và duy trì chất lượng của quả trong suốt quá trình bảo quản Việc xử lý nhiệt vừa phải có thể làm giảm hoạt động của polygalacturonase (PGase) trong trái cây và rau quả, ngăn ngừa nhanh chóng làm mềm và lão hóa Thử nghiệm trước đây cho thấy rằng sau khi xử lý sốc nhiệt thích hợp, tính thấm của màng và sự tích tụ malondialdehyde (MDA) cũng như hoạt tính polyphenol oxidase (PPO) của đào giảm, và ở một mức độ nào đó, nó có thể làm chậm quá trình trưởng thành và già của trái cây Thử nghiệm cũng cho thấy xử lý nhiệt có thể tăng cường hiệu quả hoạt động của superoxide dismutase (SOD) và có thể làm tăng hoạt tính của peroxidase (POD), cải thiện khả năng loại bỏ độc tính của

H2O2, và cuối cùng kéo dài thời gian lưu trữ Ngoài ra xử lý nhiệt rất hữu ích trong việc chống lại sự tổn thương do lạnh của cây trồng Vì vậy, xử lý nhiệt là một phương pháp xử lý vật lý không gây hại, thường được áp dụng để kiểm soát côn trùng sâu bệnh, điều chỉnh phản ứng của trái cây với các áp lực khác và duy trì chất lượng trái cây trong quá trình bảo quản sau thu hoạch [22]

Mặc dù việc xử lý nhiệt có thể mang lại lợi ích cho các loại cây trồng làm vườn

đã qua xử lý, nhưng nhiệt độ không thích hợp (để trái cây tiếp xúc với nhiệt độ gây chết người hoặc trong thời gian quá dài) có thể gây hư hỏng Ví dụ đối với cà chua,

xử lý ở 42°C hoặc 46°C trong 24 giờ gây hư hỏng cả nhiệt bên ngoài và bên trong cà chua Một trong những dạng hư hỏng do nhiệt phổ biến nhất là bong tróc bề mặt Xoài 'Manila' cho thấy da bị tróc vảy nghiêm trọng khi làm nóng không khí cưỡng bức ở nhiệt độ 45°C hoặc cao hơn, bong vỏ nhẹ ở 44°C và không bị hư hại ở 43°C Tổn thương mô do nhiệt cũng sẽ làm tăng sự phát triển thối rữa, bằng chứng là sự phát triển màu sắc kém, mềm bất thường, thiếu sự phân hủy tinh bột và phát triển các khoang bên trong Tăng cường chất chống oxy hóa là một lợi ích mong đợi của việc

xử lý nhiệt; tuy nhiên, miễn là nhiệt độ cao hơn nhiệt độ ngưỡng, các tác động tiêu cực khác có thể đi kèm với tổn thương do nhiệt [23]

1.2.2.3 Công nghệ bảo quản tươi điều chỉnh khí quyển (CA)

Bảo quản điều chỉnh khí quyển (Controlled Atmosphere-CA) là phương pháp bảo quản trong đó nồng độ các khí như O2, CO2 được kiểm soát khác với điều kiện thông thường Nồng độ các khí được kiểm soát, duy trì ở giá trị nhất định ở nhiệt độ

và độ ẩm tối ưu, cho phép kéo dài thời gian bảo quản [24]

Lợi ích của CA bao gồm: Làm chậm quá trình lão hóa (bao gồm cả chín) và các thay đổi sinh hóa và sinh lý liên quan, ví dụ, làm chậm tốc độ hô hấp, sản xuất ethylene, làm mềm và thay đổi thành phần; Giảm độ nhạy cảm với tác động của ethylene ở mức O2 < 8% và hoặc nồng độ CO2 > 1%; Giảm các rối loạn sinh lý nhất định; CA có thể có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến mầm bệnh sau thu hoạch (vi khuẩn và nấm), tăng tỷ lệ mắc bệnh và mức độ nghiêm trọng [25]

Tuy nhiên, phương pháp CA cũng có các tác động có hại như sau: i) Tăng khả năng rối loạn sinh lý nhất định như nâu bên trong táo và lê, nâu hóa rau diếp và tổn thương lạnh một số loại rau quả; ii) Trái cây chín bất thường, chẳng hạn như chuối, xoài, lê và cà chua, có thể do tiếp xúc với nồng độ O2 dưới 2% hoặc mức CO2 trên 5% trong 1 tháng; iii) Làm mất mùi và vị ở nồng độ O2 rất thấp (kết quả của quá trình

hô hấp yếm khí) và nồng độ CO2 rất cao (kết quả của quá trình chuyển hóa lên men) iv) Tăng tính nhạy cảm với sâu bệnh khi quả bị tổn thương về mặt sinh lý do nồng độ

O2 quá thấp hoặc nồng độ CO2 quá cao [25] Ngoài ra nhược điểm cơ bản của phương pháp này là khi đã đưa quả ra khỏi môi trường bảo quản CA, quả sẽ ở trạng thái bị phá vỡ chuỗi bảo quản nên chín, hỏng rất nhanh Vì vậy đã mở kho bảo quản CA là phải cùng một lúc tiêu thụ hết lượng quả được bảo quản, gây khó khăn cho việc bán hàng

1.2.2.4 Công nghệ bảo quản tươi bức xạ Ion hóa

Sử dụng bức xạ ion hóa để bảo quản là công nghệ đã phát triển rất nhanh Xử

lý bức xạ có tác dụng nhằm tiêu diệt các sinh vật còn tồn dư trong thực phẩm, nhờ đó bảo quản thực phẩm, làm giảm nguy cơ bệnh tật do thực phẩm gây ra, ngăn chặn sự lây lan của các loài xâm hại, và làm chậm trễ hoặc loại bỏ mọc mầm hoặc chín Phương pháp này không phá hủy cảm quan của thực phẩm, có thể giữ mùi vị và các chất dinh dưỡng như khi mới hái, kéo dài thời gian bảo quản ở nhiệt độ lạnh, tiết kiệm năng lượng và phá hủy các kết tủa hóa học của quả [26], [27]

Tất nhiên, một số nhược điểm cũng tồn tại trong việc ứng dụng công nghệ này,

ví dụ, liều bức xạ quá mức có thể đẩy nhanh quá trình lão hóa thực phẩm; tuy nhiên, với một liều lượng rất nhỏ sẽ không ảnh hưởng đến quá trình tiệt trùng và giữ tươi cho rau quả [22] Hiện nay, bức xạ Ion hóa là biện pháp chiếu xạ được sử dụng rất phổ biến trong khử trùng, thanh trùng, kiểm dịch các loại rau quả tươi xuất khẩu

1.2.2.5 Công nghệ bảo quản trường tĩnh điện áp suất cao

Bảo quản trường tĩnh điện áp suất cao (HPP), còn được gọi là áp suất thủy tĩnh cao (HHP) là một phương pháp thanh trùng thực phẩm hiện đại được sử dụng thương mại ở nhiều nước Nó dựa vào việc áp dụng áp suất rất cao (lên đến 600 MPa) vào

thực phẩm/đồ uống để khử hoạt tính của vi sinh vật Vì không áp dụng nhiệt hoặc nhiệt nhẹ nên hầu hết các đặc tính cảm quan, chất dinh dưỡng và chức năng ban đầu của thực phẩm được giữ lại sau khi chế biến, và các sản phẩm trái cây tươi có thời hạn sử dụng lâu hơn được tạo ra [28]

Phương pháp bảo quản này dựa trên việc sử dụng trường tĩnh điện điện áp cao

để tác động đến dung ẩm và quá trình chuyển hóa của thực phẩm Nhiều thực nghiệm

đã chỉ ra rằng phương pháp này không chỉ có vai trò trong diệt khuẩn, mà còn đảm bảo màu sắc và mùi vị tự nhiên, không làm giảm vitamin C và thành phần axit amino [29] Tuy nhiên, điện từ sinh học là chuyên ngành mới, nghiên cứu mối quan hệ qua lại và tương tác giữa hệ thống thực vật và động vật và liên quan đến sinh học và vật

lý, và sinh lý học sau thu hoạch, đồng thời, nó xác định các đối tượng tương quan khác và phải kết hợp với nghiên cứu vấn đề bảo quản thực phẩm dưới điện trường

Do thực tế nghiên cứu rất khó, độ lặp lại kém và các nghiên cứu về cơ chế còn thiếu

là các hạn chế để thực hiện phương pháp này [22]

1.2.2.6 Công nghệ xử lý khử trùng bằng từ trường

Phương pháp này được chia thành phương pháp khử trùng ở trường điện từ tần

số cao và trường điện từ tần số thấp Nó không phá hủy thành phần dinh dưỡng, thay đổi đặc tính chất lượng và gây ô nhiễm cho rau quả Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bằng cách đặt thực phẩm trong một từ trường không đổi có cường độ nhất định, mục đích khử trùng và khử trùng có thể đạt được mà không ảnh hưởng đến dinh dưỡng và hương vị của chúng Theo Liu và cộng sự [30], đã báo cáo rằng bằng cách giữ cà chua trong từ trường không đổi với cường độ nhất định, cường độ hô hấp của chúng rõ ràng bị hạn chế, sự bốc hơi nước đã giảm và quá trình nấm mốc bị chậm lại Ngoài ra, một số loại trái cây và rau quả trong nước từ tính có thời gian lưu trữ lâu hơn và hiệu quả bảo quản tốt hơn so với những loại thuộc nhóm bình thường Hiện nay, công nghệ giữ tươi từ trường vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm và nghiên cứu,

do đó không thể đưa vào ứng dụng quy mô lớn [31]

1.2.2.7 Công nghệ khử trùng bằng bức xạ tử ngoại

Hiện tại có rất nhiều nghiên cứu về bức xạ tử ngoại (UV) Các nghiên cứu này

đã cho thấy, sau khi xử lý rau quả bằng tia UV, độ chua tăng lên, độ cứng của quả sau khi xử lý cao hơn so với khi chưa xử lý [32], [33] Các kết quả về việc sử dụng bức xạ tử ngoại sóng ngắn UVC để xử lý cà chua đã chứng minh hoạt động của thành

tế bào sẽ kìm hãm các enzyme (pectin cellulose enzyme, methyl enzyme, xylanase

và protease) đến mức rất thấp, vì vậy quá trình xử xý bằng UVC có thể làm chậm quá trình trưởng thành và thối rữa của cà chua, đạt mục tiêu bảo quản tươi cà chua [22]

Mặc dù bức xạ tử ngoại đã được chứng minh là một công nghệ thú vị để chế biến thực phẩm, nhưng nó có những ưu điểm và nhược điểm Những ưu điểm, nhược điểm và hạn chế chính của việc xử lý tia cực tím để bảo quản thực phẩm được mô tả trong Bảng 4, và những ưu điểm được trình bày trong Hình 4 [34] Là một công nghệ chế biến thực phẩm sáng tạo, bức xạ UV mang lại nhiều lợi thế hơn so với chế biến thông thường, chẳng hạn như vô hiệu hóa hiệu quả một loạt các vi sinh vật gây bệnh

và hư hỏng, cũng như giảm thiểu chất lượng dinh dưỡng và cảm quan trong các sản phẩm thực phẩm Ngoài ra, nó không có tác dụng độc hại và không tạo ra chất thải Bức xạ UV tiết kiệm năng lượng và hiệu quả về chi phí khi so sánh với các phương pháp khác Người ta quan sát thấy rằng tổng mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống

UV có thể thấp hơn 10000 lần so với quá trình thanh trùng bằng nhiệt Hơn nữa, UV cũng tiêu thụ ít năng lượng cụ thể hơn so với xử lý trường tĩnh điện áp suất cao (HPP), lọc màng (MF) và điện trường xung (PEF), là những công nghệ chế biến thực phẩm sáng tạo khác Bức xạ UV là một công nghệ đơn giản và rẻ tiền có thể được kết hợp với các kỹ thuật và phương pháp điều trị can thiệp khác để tạo ra các tác dụng cộng hưởng, và được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận

và Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA) Tuy nhiên, nó có ứng dụng hạn chế, một khi nó là một dạng bức xạ điện từ tương đối không xuyên qua được Thách thức quan trọng nhất đối với việc sử dụng thương mại công nghệ UV-C là vi sinh vật phải được tác động trực tiếp với ánh sáng UV-C để bị bất hoạt do khả năng thâm nhập hạn chế của ánh sáng UV Do đó, việc đảm bảo rằng tất cả các bề mặt thực phẩm được tiếp xúc với ánh sáng UV-C vẫn còn là vấn đề [34]

1.2.2.8 Công nghệ bảo quản tươi Ozone (O 3 )

Ozone (O3) là một chất diệt nấm rất tốt, do đó, khi sử dụng Ozone để khử trùng

có thể làm cho tăng nhanh quá trình oxy hóa và phân giải etylen được sinh ra từ quá trình hô hấp của rau quả, làm chậm quá trình chuyển hóa và kéo dài thời gian bảo quản Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra Ozone có hiệu quả diệt khuẩn rất tốt Ozone

có hiệu quả diệt vi khuẩn S.enteritidis trên bề mặt cà chua vì vậy có thể sử dụng để khử khuẩn trước khi bảo quản ở các điều kiện khác nhau [35], [36]

Trong nghiên cứu hiện tại, tác dụng của xử lý Ozone đối với vi khuẩn ảnh hưởng đến trái cây đã được nghiên cứu Quá trình ứng dụng Ozone để xử lý được gọi là kỹ thuật OTRE Ozone là một phân tử vô cơ trioxygen có mùi hăng và được hình thành

từ oxy trong khí quyển (O2) do tác động của phóng điện Ozone được tạo ra bằng cách sử dụng Ozonizer thông qua công nghệ xả corona Kỹ thuật OTRE là một giải

pháp nhanh chóng, tốt hơn để bảo quản trái cây khỏi vi khuẩn gây bệnh và tăng cường khả năng chống chịu hư hỏng trong quá trình bảo quản sau thu hoạch [37]

Tuy nhiên, việc sử dụng công nghệ này có một số vấn đề cần quan tâm Ozone

từ cấu trúc phân tử của nó rất không ổn định và rất dễ phản ứng về mặt hóa học vì nó phân hủy thành oxy (O2) ổn định hơn nhiều Oxy đơn phản ứng cao (O +) cũng được giải phóng là một gốc tự do rất mạnh và gây hại cho phổi và cơ thể khi hít phải Nói tóm lại, ozone có độc tính cao, có lẽ còn gây hại cho sức khỏe hơn cả lượng thuốc trừ sâu trong thực phẩm, trái cây và rau quả mà nó đang cố gắng làm sạch Mặc dù việc kết hợp các chất bảo quản và xử lý để bảo quản thực phẩm là một thực tế phổ biến, các nghiên cứu kết hợp ozone với các chất bảo quản khác để nâng cao chất lượng và

độ an toàn của trái cây và rau quả là rất hiếm Do đó, các nghiên cứu kết hợp hệ thống phụ gia và chất bảo quản với ozone vẫn còn là thách thức lớn [38] Ngoài ra, chi phí đầu tư cho hệ thống từ mức trung bình đến cao so với các phương pháp khác cũng là trở ngại của phương pháp này

1.2.2.9 Công nghệ bảo quản tươi plasma

Xử lý plasma nhiệt độ thấp (Cold plasma technology) là một kỹ thuật tiên tiến, thay thế Clo và nước để khử nhiễm một số loại trái cây và rau quả Các phương pháp

xử lý bằng plasma nhiệt độ thấp trên trái cây và các sản phẩm rau quả đã được nghiên cứu, kết quả cho thấy độ pH và độ axit của thực phẩm đã thay đổi Sự thay đổi này xảy ra khi các loại plasma hoạt động phản ứng với độ ẩm trên bề mặt Người ta cũng nhận thấy rằng sản phẩm đã qua xử lý đã có những thay đổi nhỏ về kết cấu (độ cứng)

và màu sắc trong thời gian bảo quản Các nghiên cứu đã được điều tra trên sản phẩm tươi và cắt nhỏ và kết quả đã chứng minh rằng phương pháp xử lý có hiệu quả chống lại vi khuẩn hiếu khí Các công trình tương tự trên bề mặt táo, dưa và xoài cho thấy rằng số lượng vi khuẩn salmonella và E coli giảm đáng kể sau khi xử lý bằng plasma

Do đó, việc khử nhiễm vi sinh vật bằng cách sử dụng plasma trên trái cây và rau quả

là có kết quả tích cực cùng một số tác động tiêu cực trong thời gian bảo quản [39] Phương pháp xử lý plasma nhiệt độ thấp có hiệu quả khử hoạt tính của vi sinh vật có thể đạt được ở nhiệt độ thấp, thích hợp để xử lý các sản phẩm thực phẩm tươi sống và nhạy cảm mà không làm thay đổi hoặc làm hỏng các chất dinh dưỡng chính của thực phẩm, không làm thay đổi đặc tính cảm quan và dinh dưỡng của nguyên liệu thực phẩm Ngoài ra phương pháp này còn giảm rủi ro do quá trình xử lý nguyên liệu thực phẩm bằng nhiệt và hóa chất, giảm sử dụng nước và hệ thống dung môi để xử

lý Trong khi đó, chi phí thiết bị thấp, điện năng tiêu thụ ít và plasma an toàn với môi trường khi không cung cấp nguồn điện [39]

Tuy nhiên, phương pháp này có một số hạn chế như khó xử lý đối với các sản phẩm cồng kềnh và có hình dạng bất thường, hạn chế về khối lượng và kích thước sản phẩm Một số loại ô xi phản ứng (ROS) xâm nhập hạn chế vào các sản phẩm, ảnh hưởng đến các thuộc tính cảm quan và dinh dưỡng của thực phẩm ở một mức độ nào

đó trong quá trình chế biến, có thể đẩy nhanh quá trình oxy hóa lipid và gây ra tác động tiêu cực [39]

1.2.2.10 Công nghệ nước khử điện hóa

Từ đầu những năm 1990, Nhật Bản đã nghiên cứu chức năng khử trùng của nước axit mạnh Các nghiên cứu gần đây cho thấy nước khử điện hoá (Electrolyzed water - EW) có thể diệt mầm và nấm mốc, đặc biệt khi đưa ra ngoài không khí sau khi khử trùng, nước sẽ dần dần được phục hồi mà không bị nhiễm bẩn hoặc gây hại [36] Một số nghiên cứu đã được thực hiện ở Nhật Bản, Trung Quốc và Hoa Kỳ về ứng dụng trước và sau thu hoạch của EW trong lĩnh vực chế biến thực phẩm Các nghiên cứu đã được thực hiện về việc sử dụng EW làm chất khử trùng cho trái cây,

đồ dùng và thớt Nó cũng có thể được sử dụng như một chất diệt nấm trong quá trình chế biến trái cây và rau quả sau thu hoạch, và như một chất khử trùng để rửa thân thịt

và gia cầm EW có thể được sản xuất bằng muối thông thường và thiết bị được kết nối với nguồn điện Nó có chi phí thấp và thân thiện với môi trường Việc sử dụng

EW là một công nghệ mới nổi với tiềm năng đáng kể.Một số lợi ích và hạn chế của phương pháp này đã được mô tả như sau [40]:

Ưu điểm: Là một phương pháp không sử dụng nhiệt, việc sử dụng EW không làm thay đổi thành phần, kết cấu, mùi hương, hương vị do xử lý nhiệt; EW giết chết các vi sinh vật về mặt vật lý, và vi sinh vật không có khả năng kháng thuốc; EW được sản xuất bằng phương pháp điện phân đơn giản sử dụng nước tinh khiết không thêm hóa chất ngoại trừ dung dịch muối loãng (NaCl hoặc KCl hoặc MgCl,); do đó ít tác động xấu đến môi trường và trở lại thành nước bình thường sau khi sử dụng, không thải ra một lượng lớn khí độc hại như Clo

Nhược điểm: EW có thể làm rỉ một số kim loại; nếu hoạt động ở pH < 5 sẽ sinh

ra khí Clo có mùi hắc gây khó chịu cho người vận hành; hiệu quả bị giảm khi có protein vì Clo phản ứng với protein, theo thời gian, hoạt tính diệt khuẩn của AEW bị giảm do mất Clo; AEW chứa Clo tự do, có thể gây độc cho thực vật và làm hỏng mô thực vật; Chi phí mua thiết bị ban đầu khá cao

1.2.2.11 Công nghệ xử lý siêu âm

Siêu âm là quá trình lan truyền dao động cơ học trong các môi trường, tần số của nó thường lớn hơn 20 kHz Tác động xâm thực của siêu âm sinh ra nhiệt độ và biến thiên nhiệt độ cao tức thời, áp suất và sự thay đổi áp suất tức thời nhanh trong chất lỏng được sử dụng để tiêu diệt một số vi khuẩn, không kích hoạt virus hay phá hủy thành tế bào của một số vi sinh vật nhằm kéo dài thời gian bảo quản [32] Sóng siêu âm có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ của các quá trình khác nhau trong ngành công nghiệp thực phẩm Sử dụng sóng siêu âm, các quy trình thực phẩm có thể được hoàn thành trong vài giây hoặc vài phút với khả năng tái tạo cao, giảm chi phí chế biến, đơn giản hóa thao tác và công việc, cho độ tinh khiết cao hơn của sản phẩm cuối cùng, loại bỏ nước thải sau xử lý và chỉ tiêu thụ phần thời gian và năng lượng thường cần cho các quy trình thông thường [41]

Các ứng dụng siêu âm mang lại nhiều lợi thế trong ngành công nghiệp thực phẩm: (1) Sóng siêu âm không có hóa chất, an toàn và thân thiện với môi trường Siêu âm có thể được kết hợp với nhiều phương pháp nhiệt và không nhiệt được coi là một phương tiện hiệu quả để khử hoạt tính của vi sinh vật, (2) Sử dụng siêu âm trong chiết xuất nước trái cây sẽ hiệu quả hơn trong việc nâng cao năng suất nước trái cây

so với các phương pháp chiết xuất nước trái cây khác, (3) Giảm Thời gian chế biến giảm 55% và nhiệt độ chế biến giảm 16%, (4) Sản phẩm được xử lý bằng sóng siêu

âm sẽ giảm thiểu tối đa hương vị, màu sắc và các hợp chất dinh dưỡng khác trong quá trình chế biến, (5) Sóng siêu âm đã đạt được những ứng dụng to lớn trong ngành công nghiệp thực phẩm như bảo quản, chế biến, chiết xuất, nhũ hóa, đồng nhất hóa

ly tâm Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng việc sử dụng sóng siêu âm có một số nhược điểm như: (1) Các gốc tự do hình thành trong quá trình xâm thực có thể gây ra tác dụng có hại cho người tiêu dùng, (2) Sự mọc mầm, (3) Sóng siêu âm có thể gây ra hiệu ứng hóa lý như sự mất hương vị, đổi màu và suy thoái của các thành phần, (4) Chi phí đầu tư ban đầu cao và (5) Tần số của sóng siêu âm có thể bị ảnh hưởng một phần bởi hiện tượng xâm thực và tăng cường chuyển khối [42]

1.2.2.12 Công nghệ làm lạnh quá băng và mạ băng

Các nghiên cứu về công nghệ này đang có bước nhảy vọt mới Bằng cách điều chỉnh tốc độ làm lạnh và sử dụng một số công nghệ đặc biệt, nhiệt độ có thể giảm xuống dưới điểm nhiệt độ đóng băng và được giữ ở trạng thái quá lạnh, sẽ không bị đóng băng Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã cho thấy so với bảo quản ở nhiệt độ dương nơi xảy ra phản ứng oxy hóa và lão hóa, bảo quản ở nhiệt độ quá băng có thể làm giảm phản ứng khử của một số hạt mà không liên quan oxy [22]

Khi bảo quản một số thực phẩm ít đường ở nhiệt độ thấp dưới 0oC, nhất là đối với những thực phẩm có cấu trúc nhiều lớp như rau bắp cải, chúng dễ xuất hiện hiện tượng khô bề mặt, bị tổn thương lạnh hoặc đông cứng một phần Rất nhiều thử nghiệm

và nghiên cứu đã thành công trong công nghệ bảo quản bằng mạ băng (Ice film), bằng cách phủ một lớp băng hoặc tuyết nhân tạo hoặc màng bảo vệ khác lên bề mặt thực phẩm, có thể tránh được hiện tượng khô bề mặt và tổn thương lạnh do không khí lạnh trực tiếp qua bề mặt của thực phẩm [22]

Phương pháp này thường kết hợp với từ trường yếu Tuy nhiên chi phí cao và phải đảm bảo từ trường yếu trong toàn quá trình bảo quản là rất khó khăn

Công nghệ nhiệt độ thấp kết hợp với bao gói khí cải biến

Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp bảo quản rau quả tươi ngày càng hoàn thiện hơn Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm khác nhau, tuy nhiên, phần lớn các phương pháp này vẫn chỉ áp dụng được trong phòng thí nghiệm, còn khá nhiều mặt hạn chế nên chưa thể áp dụng được vào phạm vi công nghiệp So với công nghệ bảo quản truyền thống, kỹ thuật bảo quản vật lý có thể giữ được đầy

đủ chất dinh dưỡng và hương vị ban đầu của thực phẩm, thậm chí tạo ra một số hương

vị đặc biệt, do đó, việc ứng dụng công nghệ vật lý trong bảo quản tươi rau quả có tiềm năng sản xuất rất lớn và có triển vọng Đồng thời, chúng ta cũng thấy rằng nhiều công nghệ bảo quản tươi vật lý vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và nghiên cứu, nguyên tắc tiệt trùng và bảo quản chưa rõ ràng đã hạn chế ứng dụng của chúng Các công nghệ bảo quản tươi sống vật lý khác cũng cần được nghiên cứu thêm để có thể hiểu rõ cơ chế tiệt trùng và bảo quản cũng như các yếu tố ảnh hưởng của nó để đạt được hiệu quả bảo quản tốt nhất Trên hết, các trọng tâm nghiên cứu trong tương lai là: Cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng và điều kiện áp dụng của công nghệ bảo quản thực phẩm; giảm chi phí hơn nữa; kết hợp các kỹ thuật bảo quản vật lý khác nhau để đạt được hiệu quả giữ tươi tốt nhất [22]

Bảo quản tươi ở nhiệt độ thấp được áp dụng để bảo quản trong thời gian ngắn với chi phí bảo quản thấp và rất đơn giản Bên cạnh đó, ngày nay người ta thường kết hợp phương pháp bảo quản lạnh truyền thống và phương pháp bảo quản Bao gói khí cải biến (Modified Atmosphere Packaging - MAP) để kéo dài thời gian bảo quản (có khả năng tăng thời gian bảo quản đến 4 lần so với bảo quản ở điều kiện thường) [17] Đây là phương pháp đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới và được coi là phương pháp bảo quản rau quả tươi hiệu quả và kinh tế nhất Trong khu vực, Hàn Quốc và Thái Lan là hai nước châu Á điển hình sử dụng thành công phương pháp này để bảo quản rau quả tươi

Modified Atmosphere Packaging - MAP là kỹ thuật được sử dụng để kéo dài thời gian sử dụng cho thực phẩm tươi hoặc đã qua sơ chế Nhiệm vụ của nó bao gồm giảm cường độ hô hấp bằng cách duy trì môi trường khí cải biến (giảm nồng độ O2, tăng nồng độ CO2) bên trong bao gói bằng chất dẻo thấm được

Ở phương pháp này ta chỉ việc đưa loại quả nhất định vào đóng kín trong bao gói Nhờ đặc tính hấp thụ O2 nhả CO2 khi hô hấp của quả và khả năng thẩm thấu khí qua lớp màng bao gói nên tại trạng thái cân bằng động: nồng độ O2 giảm đến giá trị xác định, nồng độ CO2 tăng lên giá trị xác định Với cách thức như vậy ta đã tạo ra môi trường khí cần thiết để hạn chế cường độ hô hấp và sự sản sinh etylen của rau quả, như vậy sẽ kéo dài thời gian và chất lượng bảo quản Phương pháp này thường được kết hợp với phương pháp bảo quản lạnh nêu ở trên

Hình 1.3 Bảo quản rau quả tươi sử dụng MAP [43]

Thông số quan trọng cần xác định khi thiết kế MAP là cường độ hô hấp Trên thực tế, dữ liệu về cường độ hô hấp của các sản phẩm tươi sau thu hoạch rất hạn chế Hơn nữa cường độ hô hấp của rau quả tươi sau thu hoạch phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản Sự phụ thuộc này trở nên rất khó kiểm soát, khi phần lớn các sản phẩm trong bao gói sẽ được vận chuyển từ nhà kho, trên xe tải tới nơi phân phối, mỗi nơi có một điều kiện nhiệt độ bảo quản tương đối khác nhau

Do đó, việc xác định cường độ hô hấp của sản phẩm được bảo quản tại những thời điểm có giá trị nhiệt độ và nồng độ hỗn hợp khí nhất định mất rất nhiều thời gian

và cần những dụng cụ và phần mềm phân tích chuyên dụng Vì vậy rất cần thiết phải xây dựng mô hình cho phép dự đoán được cường độ hô hấp của rau quả phụ thuộc vào nồng độ môi trường khí và nhiệt độ, với yêu cầu một mặt phải mô tả được chính xác được cường độ hô hấp, mặt khác lại không quá phức tạp và nhiều tham số để có khả năng ứng dụng trong thực tế

Do vậy thiết kế MAP cần phải tìm được loại bao bì thích hợp sao cho thỏa mãn những yếu tố kể trên Loại bao gói phù hợp phải là loại đạt tỷ lệ thẩm thấu khí tốt, tương thích với cường độ hô hấp của sản phẩm được bảo quản, giúp tạo ra một môi

trường khí cải biến cân bằng thích hợp bên trong bao gói Hình 1.4 thể hiện mối liên

hệ giữa nồng độ khí trong bao gói, đặc điểm thấm khí của bao gói thích hợp với các loại rau quả khác nhau Những sự khác nhau ở giống cây trồng, mùa vụ thu hoạch và

cả phân khúc thị trường đều là những yếu tố cần tính đến khi thiết kế MAP

Hình 1.4 Màng bao gói của một số loại rau quả tại Thái Lan [43]

Giải bài toán về bảo quản tươi rau quả ở nhiệt độ thấp kết hợp với bao gói nồng

độ khí cải biến -MAP, thực chất là giải bài toán mô hình hóa hô hấp – bay hơi – cân bằng năng lượng của quả trong điều kiện khí quyển có thành phần thay đổi Qua đó cho phép xác định chính xác sự thay đổi trường nồng độ khí trong bao gói, nhiệt độ,

độ ẩm, lượng nước ngưng và dòng nhiệt tỏa ra từ sản phẩm theo thời gian, đồng thời xác định được thời gian làm lạnh cần thiết, lựa chọn màng bao gói phù hợp Điều này cho phép thiết kế được công nghệ bảo quản lạnh tối ưu cho từng loại rau quả

1.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Kiểm soát nhiệt độ và điều chỉnh nồng độ thành phần khí quyển là hai yếu tố quan trọng trong việc kéo dài thời gian bảo quản của quả Các bao gói khí cải biến được thiết kế không chính xác có thể không hiệu quả hoặc thậm chí rút ngắn thời gian bảo quản của quả Thiết kế bao gói cần xem xét không chỉ các điều kiện trạng thái ổn định, mà cả quá trình quá độ, bởi vì nếu sản phẩm tiếp xúc trong một thời gian dài với thành phần khí không phù hợp trước khi đạt được không khí thích hợp, thiết kế MAP có thể không còn phù hợp Thiết kế MAP phụ thuộc vào một số biến số: đặc tính hô hấp-thải nhiệt-bay hơi của sản phẩm, khối lượng của sản phẩm, thành phần khí cải biến, tính chất của vật liệu đóng gói (độ dày màng, độ thấm, mật độ lỗ thủng

và diện tích bề mặt) và vào nhiệt độ Mục tiêu của thiết kế MAP là xác định các điều kiện sẽ tạo ra nồng độ khí trong bao gói tối ưu phù hợp nhất cho việc kéo dài thời gian bảo quản, đồng thời giảm thiểu thời gian quá độ để đạt tới trạng thái cân bằng cần thiết [44] Do đó, mô hình hóa quá trình hô hấp-bay hơi-tỏa nhiệt là trọng tâm trong thiết kế MAP cho rau quả tươi

Trước đây, cường độ hô hấp được xác định như là tốc độ hấp thụ O2 và tốc độ phát thải CO2 của rau quả Tuy nhiên, các dữ liệu thực nghiệm dựa trên hai thông số này thường có sai số lớn và tốn rất nhiều thời gian thí nghiệm, cũng như tính chất phức tạp của quy trình thí nghiệm là những hạn chế đối với việc phát triển các mô hình dự đoán Do đó, cường độ hô hấp đôi khi được xem như không đổi trong mô hình MAP [45], [46] Phương pháp này chỉ có thể được chấp nhận như một mô hình đơn giản hóa, vì trên thực tế, MAP dựa vào khả năng kiểm soát tốc độ hô hấp bằng cách thay đổi thành phần khí quyển Sự phát triển của các kỹ thuật và thiết bị phân tích chính xác hơn cũng như sự tinh vi của các công cụ tính toán về xử lý dữ liệu và tích hợp số, đã dẫn đến các nghiên cứu khác nhau về xác định mô hình hô hấp dự đoán Người ta nhận thấy rằng việc mô hình hóa quá trình hô hấp với tất cả các yếu

tố liên quan đến các phản ứng enzyme sẽ rất khó khăn hoặc thậm chí là không thể, do

đó các nghiên cứu thường phát triển các mô hình là hàm của các biến có thể kiểm soát như nhiệt độ và nồng độ khí Nhìn chung, các nghiên cứu về cường độ hô hấp đã được định hướng để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ hoặc để phân tích ảnh hưởng của nồng độ khí, nhưng hiếm khi cả hai yếu tố được xem xét đồng thời [47]

Cameron và cộng sự (1989) đã phát triển các mô hình khác nhau về tốc độ hấp thụ O2 của quả như là một hàm của áp suất riêng phần của O2, theo giai đoạn phát triển của cà chua, nhưng không tìm thấy sự khác biệt giữa cà chua xanh, cà chua hồng

và cà chua đỏ [48] Song và cộng sự (1992) đã báo cáo sự khác nhau về tốc độ hô hấp của ba giống việt quất khác nhau và các mô hình độc lập được phát triển cho mỗi loại [49] Ảnh hưởng của thời gian đến cường độ hô hấp được mô hình hóa bởi Yang và Chinnan (1988) đối với cà chua với phương trình đa thức, mô tả cả ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của O2 và CO2 (Bảng 1.6) Nhưng thời gian và nồng độ O2 và CO2

không phải là các biến độc lập, bởi vì các mẫu khí được lấy định kỳ trong một hệ thống kín [50] Smyth và cộng sự (1998) đã báo cáo một mô hình toán học mô tả cường độ phát thải CO2 là một hàm của thời gian, duy trì nồng độ khí và nhiệt độ không đổi [51]

Phương trình đơn giản nhất được trình bày bởi Henig và Gilbert (1975) cho cà chua, đó là cường độ hô hấp tăng tuyến tính với nồng độ O2 từ 4% đến 11.5% và không đổi đối với nồng độ O2 > 11.5% Một số phương trình khác là các hàm đa thức với các hệ số điều chỉnh (Yang và Chinnan, 1988, Talasila và cộng sự, 1992; Gong

và Corey, 1994), hoặc các hàm số mũ (Beaudry, 1993; Beaudry và cộng sự, 1992; Cameron và cộng sự, 1989; Emond và cộng sự, 1993; Talasila, 1992) Các mô hình này mô tả dạng hai pha của cường độ hô hấp theo nồng độ O2: cường độ hô hấp ban đầu giảm dần ở mức nồng độ O2 tương đối cao, sau đó giảm nhanh chóng khi nồng

độ O2 tiến đến 0 Tuy nhiên, sự phụ thuộc của cường độ hô hấp vào nồng độ O2 đã được thể hiện rộng rãi bằng phương trình kiểu Michaelis - Menten, đây là cơ chế động học enzyme đơn giản nhất Mô hình này là một đơn giản hóa có xu hướng phù hợp với dữ liệu thực nghiệm rất tốt, dựa trên một phản ứng enzyme giới hạn với chất nền

là O2 Một lý do khác cho việc sử dụng nó là sự tương tự với hô hấp của vi sinh vật,

mà phương trình này được sử dụng rộng rãi Mô hình này trước đây đã được đề xuất bởi Lee và cộng sự (1991) và đã được sử dụng từ đó để mô hình hóa tốc độ hô hấp của táo (Andrich và cộng sự, 1991; Andrich và cộng sự, 1998; Dadzie và cộng sự, 1996; Lee và cộng sự, 1991; Peppelenbos và Leven, 1996) [47] Các mô hình này được tổng hợp và phân tích trên bảng 1.6

Mô hình bao gồm tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ hô hấp là khá phức tạp Do đó, các mô hình được phát triển đã xem xét các tham số có thể được nghiên cứu thực nghiệm như thành phần khí, nhiệt độ và thời gian và thường dựa trên sự kết hợp của một hoặc hai trong số các tham số này [47] Hầu hết các mô hình đã được phát triển bằng cách coi cường độ hô hấp là hàm của nồng độ hoặc thời gian Các nghiên cứu khác đã sửa đổi các tham số mô hình phù hợp cho sự phụ thuộc nhiệt độ bằng phép nội suy tuyến tính hoặc sử dụng mối quan hệ Arrhenius (Caleb và cộng

sự, 2012; Singh, Giri và Rao, 2014) Cường độ hô hấp có quan hệ nghịch đảo với

nhiệt độ và thời gian bảo quản và cường độ hô hấp của sản phẩm tươi càng cao thì thời gian bảo quản càng ngắn (Garcia & Barrett, 2002) Do đó, hạ nhiệt độ sẽ làm tăng thời gian bảo quản vì giảm tốc độ phản ứng hóa học Quá trình này có thể được giải thích rõ ràng theo luật Van't Hoff, chỉ ra rằng tốc độ phản ứng enzyme được kiểm soát nhiệt độ và tốc độ phản ứng hóa học tăng gấp đôi cho mỗi lần tăng 10oC ở nhiệt

độ thường được viết tắt là Q10 Giá trị Q10 nên tính dựa trên cường độ hô hấp ban đầu

vì ở nhiệt độ khác nhau, sản phẩm tươi không còn ở cùng độ tuổi sinh lý và kết quả

có thể gây hiểu nhầm Do đó, các mô hình Arrhenius đã được giới thiệu và áp dụng bởi các nghiên cứu khác nhau để dự đoán cường độ hô hấp ở nhiệt độ khác nhau (Torrieri, Cavella và Masi, 2009; Xanthopoulos và cộng sự, 2012) [52]

Mô hình Arrhenius mô tả sự phụ thuộc của các phản ứng sinh học vào nhiệt độ (Caleb và cộng sự, 2012), quan trọng nhất là mô tả ảnh hưởng chính của nhiệt độ trong các mô hình dựa trên động học enzyme Do đó, hầu hết các nghiên cứu đã kết hợp phương trình Arrhenius với các dữ liệu thực nghiệm để phát triển mô hình thứ cấp, có thể mô tả ảnh hưởng của cả nhiệt độ và nồng độ khí đến cường độ hô hấp, xem xét tất cả các môi trường khí quyển bảo quản ở nhiệt độ khác nhau Các nghiên cứu khác nhau đã áp dụng các phương trình Arrhenius dạng đơn giản để mô tả nhiệt

độ như là một hàm của cường độ hô hấp và áp dụng chúng để phát triển các mô hình tổng thể cho các rau quả tươi khác nhau Caleb và cộng sự (2012) đã phát triển một

mô hình để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quả lựu Trong nghiên cứu này, mô hình đã mô tả một cách ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ hô hấp của quả Nghiên cứu tiếp tục khả năng nhận dạng của mô hình dựa trên dữ liệu thử nghiệm

ở 8oC Tương tự, nghiên cứu được báo cáo bởi Waghmare và cộng sự (2013) sử dụng cùng một mô hình chung đã phát hiện ra một mô hình dự đoán tốt về cường độ hô hấp khi thực nghiệm ở 15oC

Các nghiên cứu khác đã điều tra ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ hô hấp của rau quả tươi trong MAP như ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ hô hấp của cà rốt cắt nhỏ được báo cáo bởi Iqbal và cộng sự (2005) Caleb và cộng sự (2012) và Aindongo và cộng sự (2014) đã báo cáo những ảnh hưởng của nhiệt độ đối với cường

độ hô hấp của quả lựu Hầu hết các nghiên cứu được báo cáo coi cường độ hô hấp là độc lập với thời gian (Iqbal và cộng sự, 2009) Tuy nhiên, người ta đã chứng minh rằng cường độ hô hấp của rau quả tươi có thể thay đổi theo thời gian ngay cả ở nhiệt

độ và nồng độ khí không đổi (Uchino và cộng sự, 2004; Finnegan và cộng sự, 2013) [52]

Dựa trên cơ chế hô hấp bị chi phối bởi các phản ứng enzyme, nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình động học enzyme Michaelis-Menten để mô tả cường độ hô hấp của rau quả tươi Các mô hình động học enzyme Michaelis-Menten cung cấp mô

tả đơn giản, dựa trên giả định rằng sự khuếch tán và hòa tan của O2 và CO2 trong mô thực vật điều chỉnh các phản ứng được xúc tác bởi các enzyme Hằng số trong phương trình này được sử dụng để giải thích cho khả năng chống khuếch tán khí hoặc độ hòa tan vỏ hoặc thịt của sản phẩm Ảnh hưởng của O2 trong quá trình hô hấp, được biểu thị bằng tỷ lệ giữa nồng độ O2 và lượng O2 tiêu thụ Tuy nhiên, trong một số loại rau quả, cả O2 và CO2 đều có ảnh hưởng đến chất lượng, do đó, ảnh hưởng của CO2 được đưa vào phương trình Michaelis-Menten với vai trò là chất ức chế trong quá trình hô hấp Ảnh hưởng này được sử dụng để mô tả các mô hình là mô hình ức chế cạnh tranh, phi cạnh tranh và không cạnh tranh

Phương pháp mô hình hóa động học enzyme Michaelis-Menten đã được một số nghiên cứu áp dụng để mô tả mối quan hệ giữa hô hấp và nồng độ khí bao gồm cả tác dụng của CO2 với cường độ hô hấp Gomes và cộng sự (2010) đã mô tả quá trình hô hấp của quả Lê Rocha là một hàm của nồng độ O2 và nhiệt độ, với dự đoán chính xác bằng mô hình động học Michaelis-Menten Iqbal và cộng sự (2005) đã sử dụng mô hình không cạnh tranh Michaelis - Menten để đánh giá ảnh hưởng của thành phần khí đến tốc độ hô hấp của cà rốt cắt nhỏ

Mặt khác, nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tốc độ của quá trình trao đổi chất sẽ dẫn đến sự suy giảm sản phẩm, do đó, ảnh hưởng của nhiệt độ đến thành phần khí O2

tiêu thụ và CO2 phát thải đã được tính toán thông qua mô hình cường độ hô hấp động học enzyme tích hợp phương trình Arrhenius và tạo ra một mô hình thứ cấp Một số nghiên cứu đã áp dụng tích hợp phương trình Michaelis-Menten và quan hệ Arrhenius

để có được mô hình phù hợp nhất

Mô hình tổng thể tích hợp Arrhenius và Michaelis-Menten được phát triển bởi Torrieri và cộng sự (2010) để nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần khí và nhiệt độ đến cường độ hô hấp của bông cải xanh Nghiên cứu đã thể hiện sự phù hợp tốt giữa các dữ liệu thực nghiệm và thông số dự đoán, cho thấy mô hình kết hợp phương trình Michaelis-Menten dạng kìm hãm cạnh tranh với phương trình Arrhenius dự đoán chính xác ảnh hưởng của thành phần khí và nhiệt độ [52] Các dạng mô hình hô hấp được tổng hợp, phân tích ở Bảng 1.6:

Bảng 1.6 Tổng hợp các mô hình hô hấp [44], [47], [52]

Bông cải xanh

Bông cải xanh

Liberman và CS (1954) Jurin và Karel (1963) Karel và Go (1964) Fidler và North (1967) Henig và Gilbert (1975) Cameron và CS (1989) Thornton (1933) Jurin và Karel (1963) Liberman và CS (1968)

Hệ hở

20.3

20

19 3.3

23

25

25

20 7.2

Talasia và CS (1992)

Đối tượng Thực nghiệm Nhiệt độ, oC Mô hình Tham khảo

15

16

16 3.3

24

19

15

Lý thuyết hấp phụ Langmuir

Makino và CS (1996)

19 19.6 18.6 18.7 17.9 8.1 3.3

21

24

MM

MM MMC, MMCU MMC, MMCU

4 mô hình MMU, MMN MMU, MMN MMU, MMN

MM

Peppelenbos và Leven (1996)

Cà chua

Bông cải xanh

Việt quất

Henig và Gilbert (1975)

Lee và CS (1991) Beaudry và CS (1992)

MMU MMU MMU

Lee và CS (1996)

23

MM và Arrhennius

Ratti và CS (1996)

Arrhennius

Maneerat và CS (1997)

Arrhennius

Andrich và CS (1998)

Đối tượng Thực nghiệm Nhiệt độ, oC Mô hình Tham khảo

Torrieri và CS (2009)

Iqbal và CS (2009)

20, 25, 30

MM, ANN và Arrhenius

15, 20

MMUC, MMC, MMNC và Arrhenius

Torrieri và CS (2011)

MMNC và Arrhenius

Barbosa và CS (2011)

20, 25, 30

Goswami (2011)

25

MMU và Arrhenius

Nguyet NTM và CS (2013)

(2013)

Quá trình bay hơi nước là một trong những quá trình sinh lý quan trọng trong bảo quản rau quả tươi [44] Tốc độ bay hơi nước (TR) liên quan chặt chẽ đến quá trình hô hấp - truyền ẩm, theo đó hơi nước di chuyển từ bề mặt của rau quả vào không khí xung quanh Mất nước sau khi thu hoạch (tổn thất tự nhiên) làm giảm trọng lượng

và chất lượng sản xuất trong quá trình bảo quản [44], [53] Ngược lại, sự tích tụ nước

ở bề mặt sản phẩm trong MAP sẽ tăng sự phát triển của vi sinh vật gây hại Tốc độ thoát hơi nước trong quá trình bảo quản sau thu hoạch bị ảnh hưởng bởi các yếu tố rau quả tươi (đặc điểm hô hấp – thải nhiệt, hình thái, tỷ lệ bề mặt, thể tích, giai đoạn trưởng thành, chấn thương) và các yếu tố môi trường (chênh lệch áp suất hơi nước, tốc độ không khí, nhiệt độ bảo quản, độ ẩm tương đối và tốc độ hô hấp) [53] Đặc tính sinh lý của vỏ, kháng màng không khí, nhiệt do hô hấp và hơi nước là các biến ảnh hưởng đến tốc độ thoát hơi nước Tốc độ thoát hơi nước tăng khi nhiệt độ bảo quản tăng và độ ẩm tương đối giảm từ 100% đến 75% [54] Tương tự, Aindongo và cộng sự [55] đã cho rằng nhiệt độ thấp và độ ẩm tương đối cao làm giảm mất nước của quả lựu, tốc độ bay hơi giảm 68% khi độ ẩm tương đối tăng từ 76% lên 96% Các mô hình toán học để dự đoán TR trong rau quả tươi có nhiều hạn chế [44], [56] Điều này là do sự tương tác phức tạp giữa sự bốc hơi ẩm trên bề mặt sản phẩm

do chênh lệch áp suất hơi nước và ẩm thoát ra do hoạt động trao đổi chất của sản phẩm và ảnh hưởng liên hợp của quá trình hô hấp giải phóng năng lượng [56] Hầu hết các mô hình mô tả sự truyền ẩm qua bề mặt là một hàm của các đặc tính sinh lý - nhiệt – vật lý như cấu trúc tế bào bề mặt, độ dày của bề mặt, mật độ lỗ thông hơi trên

bề mặt, hình dạng và độ khuếch tán nhiệt của sản phẩm, và các yếu tố rất khó để đo lường hoặc xác định [56]

Có nhiều mô hình phi tuyến để xác định TR dựa trên định luật khuếch tán Fick

đã được công bố, trong đó mô hình được trình bày bởi Sastry (1985) là hình thức cơ bản nhất của mô hình thoát hơi nước, tuy nhiên dạng mô hình này lại không phản ánh được yếu tố nguồn gốc của bay hơi nước của quả là hô hấp-tỏa nhiệt, nên ứng dụng hạn chế Ngoài ra, có rất ít nghiên cứu được phát triển dự đoán TR cho bảo quản rau quả tươi trong môi trường MAP Có ít nhất hai lý do chính khiến mô hình toán học của TR cho các hệ thống MAP không được phát triển tốt, bao gồm: i) mô hình hóa hiện tượng này cần một sự hiểu biết đầy đủ về sự tương tác động giữa hô hấp giải phóng năng lượng và sự biến pha nước thành hơi ở bề mặt quả; ii) cơ chế thẩm thấu qua màng bao bì và sự thoát hơi nước từ bề mặt sản phẩm; và, iii) các mô hình này

có hạn chế là chỉ ứng dụng vào quá trình làm lạnh và bảo quản số lượng lớn, và các

mô hình này có thể không phù hợp với các hệ thống MAP [57]

Bảng 1.7 Tổng hợp các mô hình tốc độ thoát hơi nước [58]

RH: 100%

18.4 (normal air) 5.7 (1% O 2 , 1% CO 2 ) 8.7 (3% O 2 , 3% CO 2 )

Mô hình chưa kiểm chứng trong MAP

Kang& Lee (1998)

RH: 10, 60%

Nhiệt độ bao gói bằng nhiệt độ quả

Song và cộng sự (2002)

Nấm rơm T: 4, 10, 16 o C

RH: 76, 86, 96%

chứng trong MAP

Mahajan và cộng sự (2008)

Quả lựu T: 5, 10, 15 o C

RH: 76, 86, 96%

tính đến RR

Gallagher và cộng sự (2013)

Sousa-Cà chua nho T: 10, 15, 20 o C

RH: 70, 80, 92%

chứng trong MAP

Xanthopoulos

và cộng sự (2014) Nấm rơm

Dâu tây

Cà chua

T: 13 o C RH: 100%

713

122 17.6

Mô hình chưa kiểm chứng

Mahajan và cộng sự (2016)

Tổng hợp lại, ba cách tiếp cận thường được sử dụng cho mô hình toán học của các hiện tượng thoát hơi nước từ rau quả Cách thứ nhất dựa trên các phương trình khuếch tán của định luật Fick (Leonardi và cộng sự, 2000; Maguire và cộng sự, 2001) với giả thiết lớp biên không khí ở bề mặt quả là bão hòa và có nhiệt độ bằng nhiệt độ

bề mặt của quả Tuy nhiên với các nghiên cứu gần đây cho thấy với cấu trúc xốp rỗng

có các ống mao dẫn của quả việc thoát ẩm trên bề mặt quả là không liên tục nên dạng

mô hình này chỉ là thực nghiệm có phạm vi ứng dụng hẹp

Cách tiếp cận thứ hai dựa trên cân bằng nhiệt và khối lượng [57], [59], [60] Cách tiếp cận này gần với bản chất vật lý-sinh lý của quá trình là sự thoát ẩm gắn với

sự trao đổi nhiệt ẩn của quả với môi trường MAP Kang và Lee (1998) [59] đã phát triển một mô hình thoát hơi nước để dự đoán sự tổn thất khối lượng của rau quả tươi

trong điều kiện môi trường thường và môi trường điều chỉnh khí (CA) Trong mô hình này, tổng lượng nhiệt truyền do đối lưu tự nhiên với không khí xung quanh và lương nhiệt tạo ra từ hô hấp của rau quả được cho là được cung cấp để làm bay hơi

ẩm trên bề mặt sản phẩm Song và cộng sự (2002) [57] đã đề xuất một mô hình hô hấp bằng cách áp dụng đồng thời các nguyên tắc truyền nhiệt và truyền chất để biết quá trình sinh lý của rau quả tươi trong MAP Mô hình này áp dụng giả định rằng nhiệt độ bên trong bao bì bằng với nhiệt độ trên bề mặt sản phẩm và do đó lượng nhiệt đối lưu truyền từ bề mặt sản phẩm ra không khí bên trong bao bì không đáng

kể Lu và cộng sự (2013) [60] đã phát triển một mô hình thoát hơi nước dựa trên sự thay đổi khối lượng hơi nước trong môi trường MAP Kết quả tính toán thể hiện trên

Bảng 1.7 [58] Mô hình xem xét đến: Nhiệt hô hấp được tạo ra bởi sản phẩm, nhiệt

được hấp thụ bởi sản phẩm, nhiệt được hấp thụ bởi môi trường xung quanh sản phẩm, nhiệt được hấp thụ bởi bao bì và sự thay đổi nhiệt do khí truyền qua bao bì Tuy nhiên hạn chế của phương pháp trên là việc xác định nhiệt ẩn thông qua phương trình cân bằng nhiệt là không đủ để mô tả quá trình trao đổi liên hợp năng lượng-khối lượng rất phức tạp của quả với môi trường MAP, do đó vi phạm định luật II Nhiệt động

Các phương trình cân bằng nhiệt và khối lượng được thể hiện trên Hình 1.5 [52]

Cách tiếp cận thứ ba tổng quát hơn dựa trên quá trình bay hơi đẳng áp-entanpy theo đề xuất Trumac-Onhishenko, mà bản chất là xây dựng mô hình tổng quát cân bằng dòng năng lượng-vật chất, đồng thời có liên quan chặt chẽ với quá trình hô hấp đảm bảo nghiệm đúng điều kiện định luật II Nhiệt động Nhược điểm của phương pháp này là công thức rất phức tạp và đòi hỏi kỹ thuật tính toán cao [61]

Tóm lại các mô hình toán học cho quá trình thoát hơi nước với các cách tiếp cận khác nhau đã tính đến các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến TR Chúng giúp chọn các thiết kế bao gói MAP được nhắm mục tiêu với hệ số truyền ẩm tối ưu (WVTR) và giúp ước tính thời hạn bảo quản của sản phẩm tươi [58] Các mô hình đơn giản hóa (như ở phương pháp thứ nhất) không tính đến yếu tố hô hấp trong một số trường hợp

có thể thỏa đáng, nhưng có thể dẫn đến sai số lớn trong các trường hợp khác (Sastry, 1985) Tuy nhiên, các mô hình có tính đến quá nhiều yếu tố sẽ trở nên phức tạp, tính linh hoạt bị hạn chế, chỉ có thể áp dụng cho một số sản phẩm cụ thể hoặc không dễ

đo lường được Ví dụ, độ dày của bề mặt sản phẩm, tỷ lệ lỗ chân lông trên bề mặt, dạng hình học, độ khuếch tán nhiệt và cấu trúc tế bào bề mặt là những yếu tố không

dễ đo lường, xác định Do đó, việc tiếp tục phát triển một mô hình toán học quá trình thoát hơi nước có độ chính xác cao nhưng không quá phức tạp và có thể ứng dụng cho nhiều loại quả khác nhau là hết sức cần thiết

Hình 1.5 Bảng tổng hợp mô hình cân bằng nhiệt, cân bằng ẩm [52]

Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, phương pháp bảo quản bằng nhiệt độ thấp đã có từ rất lâu, tuy nhiên, phần lớn được áp dụng cho bảo quản các loại thực phẩm như thịt, cá còn số lượng kho dùng để bảo quản các loại rau quả tươi thì rất ít Các công trình khoa học nghiên cứu về bảo quản rau quả bằng nhiệt độ thấp không nhiều và khả năng áp dụng còn khá hạn chế, chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống Ví dụ như MAP đã được Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch của Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn nghiên cứu từ đầu những năm 2000 trên cơ sở thực nghiệm, trong đó đáng kể nhất phải nói tới nghiên cứu của Cao Văn Hùng [1], Nguyễn Thị Minh Nguyệt và cộng sự [62], Phạm Anh Tuấn và cộng sự [63] Trong lĩnh vực màng bao gói cũng đã có một số nghiên cứu về màng bao gói MAP, nổi bật là nghiên cứu xây dựng đặc tính của các loại màng bao gói [64], nghiên cứu chế tạo màng bao gói và triển khai sản xuất thử nghiệm màng bao gói [65], [66] Bước đầu các nghiên cứu này

đã đạt được một số thành công thể hiện việc Vải thiều Lục Ngạn đã xuất hiện ở một

số thị trường mới như Úc [2] Trong lĩnh vực bảo quản quả vải tươi ở nhiệt độ thấp,

Lê Xuân Tuấn đã có một số đề xuất xử lý lạnh sơ bộ và bảo quản ở quy mô lớn ở nhiệt độ thấp [67] Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này chỉ mang tính chất thực nghiệm, thiếu nghiên cứu cơ bản về quá trình hô hấp-trao đổi chất-nhiệt của quả trong môi trường MAP nên ứng dụng còn bị hạn chế hoặc chưa đạt hiệu quả cao Sự thiếu hụt mô hình dự đoán nồng độ, nhiệt độ trong bao gói đối với mỗi loại quả, dẫn tới không khống chế và tìm ra được chế độ bảo quản thích hợp cho từng loại quả

Từ kinh nghiệm tham gia vào các công trình nghiên cứu về bảo quản rau quả tươi, thể hiện qua các nghiên cứu liên tục các năm từ năm 2009 đến nay, trong đó thực hiện 01 luận văn thạc sỹ, 05 công trình nghiên cứu cấp Trường (2009, 2011,

2012, 2014, 2015) và tham gia 01 công trình cấp Bộ về bảo quản rau quả tươi, bản thân nghiên cứu sinh đã có những hiểu biết và kiến thức nhất định về lĩnh vực bảo quản rau quả tươi, trong đó có quả nhãn Với mong muốn nâng cao trình độ bản thân, đóng góp vào sự phát triển của nền Nông nghiệp Việt Nam, đặc biệt là giải quyết vấn

đề khó khăn của người nông dân, nâng cao hiệu quả kinh tế, cải thiện đời sống nhân dân, đề tài luận án tiến sĩ này sẽ tập trung chủ yếu về việc nghiên cứu công nghệ bảo quản tươi rau quả bằng phương pháp nhiệt độ thấp phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam, giải quyết vấn đề bảo quản các loại rau quả, đặc biệt là đối với vải và nhãn, những loại quả đang rất "hot" hiện nay

1.4 Kết luận

Để kéo dài thời gian bảo quản và tăng chất lượng bảo quản hoa quả sau thu hoạch, rất cần thiết phải khống chế quá trình hô hấp, mà đặc trưng là cường độ hô hấp Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hô hấp bao gồm: Nhiệt độ, nồng độ khí của môi trường bảo quản, độ chín của quả ánh sáng mặt trời, nồng độ etylen Trong đó các yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất là nhiệt độ và nồng độ khí Do đó, biện pháp tăng chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản của rau quả tươi sau thu hoạch, hạn chế tối đa sử dụng hóa chất chính là sử dụng công nghệ lạnh để giảm nhiệt độ kết hợp với thay đổi nồng độ khí bảo quản

Để thay đổi nồng độ khí bảo quản có hai công nghệ chính là công nghệ khí điều khiển - CA và công nghệ sử dụng bao gói bảo quản rau quả tạo môi trường khí cải biến - MAP Trong thời gian gần đây, công nghệ MAP rất phát triển với lý do có nhiều ưu điểm hơn công nghệ CA như giá thành rẻ hơn nhiều, dễ dàng chế tạo sử dụng, tạo ra môi trường khí ổn định từ khâu chế biến tới khâu tiêu thụ, dễ dàng bảo quản rau quả với số lượng lớn

Thiết kế được MAP cho một loại rau quả cụ thể cần phải giải quyết hai bài toán chính: (1) xây dựng mô hình xác định cường độ hô hấp phụ thuộc vào nồng độ khí

và nhiệt độ, (2) xây dựng mô hình trao đổi năng lượng - trao đổi chất giữa quả và môi trường bên trong bao gói MAP, giữa môi trường bên trong và bên ngoài bao gói để xác định sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm, lượng hao hụt của quả, lượng nước ngưng trong bao gói Từ đó cho phép xác định vật liệu, kích thước, bề dày thích hợp của bao gói đối với loại rau quả ở điều kiện bảo quản nhất định Cho tới nay ở trên thế giới

và ở nước ta, hai vấn đề trên vẫn chưa được giải quyết một cách đầy đủ và triệt để, dẫn đến việc ứng dụng công nghệ MAP còn nhiều hạn chế Do đó, nội dung nghiên cứu của luận án này tập trung vào giải quyết hai nội dung này

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về quá trình hô hấp của rau quả tươi

Trong giai đoạn sinh trưởng, phát triển, già và chín của rau quả có mối quan hệ mật thiết đến quá trình hô hấp của chúng Sau khi thu hoạch, tế bào của các sản phẩm rau hoa quả nông nghiệp vẫn tiếp tục hoạt động sống là hô hấp

Hình 2.1: Quá trình sinh trưởng và phát triển của rau quả [68]

Hô hấp là một quá trình mà các vật chất hữu cơ (carbonhydrate, protein, lipit) chuyển hóa thành các hợp chất cuối cùng đơn giản hơn và giải phóng năng lượng Trong quá trình hô hấp, khí O2 là chất tham gia phản ứng và khí CO2, hơi nước là sản phẩm tạo ra

Hình 2.1 thể hiện giản đồ về quá trình vòng đời của quả từ sinh trưởng tới thu

hoạch, bảo quản và chín - hỏng Trong qua trình sinh trưởng dưới tác động của năng lượng mặt trời xảy ra quá trình quang hợp tạo ra đường và các chất khác cấu thành nên quả làm cho quả lớn dần Dưới cách tiếp cận về năng lượng quá trình sinh trưởng

là quá trình tích lũy năng lượng sinh học E Tới một thời điểm nào đó E đạt tới Emax

khi này quả không có khả năng phát triển nữa mà chuyển sang chín sinh học Đây là thời điểm tốt nhất để thu hoạch quả Sau khi thu hoạch quả tiếp tục quá trình sống,

mà đặc trưng là hô hấp phân giải năng lượng sinh học đã tàng trữ để quả tiếp tục sống Quá trình sau thu hoạch sẽ kéo dài cho tới khi năng lượng tàng trữ trong quả đạt mức

độ Emin thì quả thối hỏng Như vậy ứng với một quả nhất định E= Emax- Emin đặc trưng cho lượng năng lượng cần thiết để quả tiếp tục chín sau thu hoạch Nếu gọi I là một đại lượng đặc trưng cho tốc độ tiêu thụ năng lượng trung bình của quả, khi đó ta

sẽ có thời gian bảo quản được xác định theo công thức 2.1:

∆

=

(2.1) Trong đó  là thời gian bảo quản

Như vậy với một loại quả xác định E xác định, vì vậy để kéo dài thời gian bảo quản cần phải giảm thiểu cường độ tiêu thụ năng lượng I Đối với quá trình bảo quản đại lượng I chính là cường độ hô hấp

Hình 2.2 Quá trình hô hấp sau thu hoạch

Bản chất của hô hấp là một quá trình trao đổi chất liên tục được đặc trưng bởi các phản ứng oxy hóa-khử, tuy nhiên để đơn giản có thể quy gần đúng về phương trình ô xi hóa đường glucoza [57]:

C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 2816 kJ (2.2) Đặc trưng cho quá trình hô hấp là cường độ hô hấp, thường được ký hiệu bởi chữ R Bản chất là tốc độ phản ứng của phương trình oxy hóa-khử

Cường độ hô hấp và hệ số hô hấp

Cường độ hô hấp (Respiration Rate - RR) thường được biểu diễn bởi lượng O2

tiêu thụ hoặc lượng CO2 phát thải của một đơn vị khối lượng rau quả trong một đơn

vị thời gian Trong một vài trường hợp, nó có thể được biểu diễn thông qua nhiệt năng được giải phóng trong quá trình hô hấp và tổn thất khối lượng (thường được gọi là độ hao hụt tự nhiên) Tuy nhiên, việc đo lường chính xác nhiệt năng được giải phóng là khá khó khăn, do nhiều quá trình chuyển hóa được liên quan với nhau và xảy ra trong

Nhiệt