INH LÝ, HÓA SINH NÔNG SẢN SAU THU HOẠCH

CÁC HOẠT ĐỘNG SINH LÝ CHỦ YẾU CỦA NÔNG SẢN SAU THU HOẠCH Rối loạn sinh lý Sự hô hấp Sự thoát hơi nước Sự nảy mầm Sự ngủ nghỉ Sự phát triển cá thể... Các giai đoạn của sự phát triể

Giảng viên: ThS Nguyễn Thị Hạnh

SINH LÝ, HÓA SINH NÔNG SẢN

SAU THU HOẠCH

BÀI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 3 CÁC HOẠT ĐỘNG SINH LÝ CHỦ YẾU

CỦA NÔNG SẢN SAU THU HOẠCH

ThS Nguyễn Thị Hạnh

CHƯƠNG 3 CÁC HOẠT ĐỘNG SINH LÝ CHỦ YẾU CỦA

NÔNG SẢN SAU THU HOẠCH

Rối loạn sinh lý

Sự hô hấp

Sự thoát hơi nước

Sự nảy mầm

Sự ngủ nghỉ

Sự phát triển

cá thể

3.1 Sự phát triển cá thể nông sản

3.1.1 Các giai đoạn của sự phát triển cá thể nông sản

- Sự phát triển cá thể nông sản là một chuỗi các quá trình từ khi nông sản hoặc bộ phận của nông sản bắt đầu quá trình sinh trưởng cho tới khi chết

- Sự phát triển cá thể nông sản có thể chia làm 3 giai đoạn sinh lý chính:

+ Sự sinh trưởng

+ Sự thành thục - chín

+ Sự già hóa

3.1.1 Các giai đoạn của sự phát triển cá thể nông sản

+ Sự sinh trưởng: Phân chia và phát triển tế bào cho tới khi nông

sản đạt kích thước ổn định

+ Sự thành thục - chín: Thường bắt đầu trước khi nông sản ngừng

sinh trưởng, kết thúc trước khi nông sản già hóa Sự chín - thuật ngữ chỉ dùng riêng cho quả - là tổng hợp các quá trình được bắt đầu trước khi giai đoạn thành thục kết thúc

Quá trình sinh trưởng và thành thục - chín có thể gọi chung là pha phát triển của nông sản

+ Sự già hóa: Xuất hiện sau khi nông sản đã thành thục - chín, quá

trình đồng hóa (tổng hợp) kết thúc và thay bằng quá trình dị hóa (phân giải) dẫn đến sự già hóa và chết của mô tế bào

Quá trình phát triển này không thể đảo ngược và ranh giới phân chia giữa các giai đoạn sinh lý là không rõ ràng

3.1 Sự phát triển cá thể nông sản

3.1.1 Các giai đoạn của sự phát triển cá thể nông sản

Hình 3.1 Quá trình phát triển cá thể, kiểu hô hấp và sản sinh ethylene

của nông sản loại hô hấp đột biến và hô hấp thường

3.1 Sự phát triển cá thể nông sản

Hiểu được các giai đoạn phát triển cá thể của nông sản sẽ giúp:

- Xác định được thời điểm thu hái phù hợp

- Hiểu được đặc điểm, cấu trúc của sản phẩm, mức độ hoạt động sinh lý của nông sản ở thời điểm thu hái, từ đó định hướng được các biện pháp kỹ thuật sau thu hoạch phù hợp để duy trì chất lượng và tuổi thọ của nông sản

3.1.2 Ý nghĩa của việc nghiên cứu sự phát triển cá thể nông sản

Khái niệm: Tuổi thọ của nông sản là thời gian bắt đầu từ khi nông sản được thu hoạch và kết thúc khi nông sản không còn giá trị thương phẩm

- Hạt và củ (seed life spand, seed longevity): vòng đời kết thúc khi hạt, củ nảy mầm

- Rau quả (shelf life): vòng đời kết thúc khi rau quả chín hoặc già hóa

- Hoa cắt (vase life): vòng đời kết thúc khi hoa tàn

3.1.3 Tuổi thọ của nông sản

Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ nông sản

- Đặc điểm của nông sản

- Điều kiện chăm sóc trước thu hoạch

- Kỹ thuật và điều kiện thu hoạch

- Điều kiện chăm sóc sau thu hoạch

3.1.3 Tuổi thọ của nông sản

3.2 Sự chín của nông sản

3.2.1 Khái niệm sự chín

Sự chín - thuật ngữ chỉ dùng riêng cho quả - là tổng hợp các quá trình được bắt đầu trước khi giai đoạn thành thục kết thúc cho đến giai đoạn đầu của sự già hóa

3.2.1.1 Độ chín của nông sản

- Độ chín sinh lý (Physiological maturity)

Là một giai đoạn của quá trình phát triển, khi nông sản hoặc một bộ phận của nông sản đã phát triển thuần thục hoàn toàn về phương diện sinh lý, có thể tiếp tục phát triển sau khi tách khỏi cơ thể mẹ

- Độ chín thu hoạch (Commercial maturity)

Là một giai đoạn của quá trình phát triển, khi toàn bộ hoặc một bộ phận của nông sản được người tiêu dùng chấp nhận, có thể sử dụng cho một mục đích nào đó.

Watada et al., 1984

Hình 3.2 Độ chín thu hoạch của nông sản

3.2 Sự chín của nông sản

3.2 Sự chín của nông sản

3.2.1.2 Sự chín của nông sản (Ripening)

- Quả và hạt muốn đạt yêu cầu tiêu dùng hay nảy mầm được cần phải trải qua giai đoạn chín để hoàn thành nốt các quá trình sinh lý và các biến đổi sinh hóa cần thiết

- Đối với quả, quá trình chín là một sự thay đổi mạnh mẽ trong cả vòng đời, chuyển từ trạng thái thuần thục về sinh lý nhưng không ăn được sang trạng thái hấp dẫn về màu sắc, mùi

và vị

- Quá trình chín là hệ quả của một phức hợp các thay đổi

+ Thay đổi về cường độ hô hấp

+ Thay đổi về cường độ sản sinh ethylene

+ Thay đổi về tính thẩm thấu của mô và thành tế bào

+ Thay đổi về cấu trúc (thay đổi về thành phần các hợp chất pectin) + Thay đổi về thành phần các hợp chất hydratcarbon

+ Thay đổi các axít hữu cơ

+ Thay đổi các protein

+ Sản sinh các hợp chất tạo mùi thơm

+ Phát triển lớp sáp bên ngoài vỏ quả

Wills et al., 1984

Hình 3.3 Biến đổi sinh lý, sinh hóa của quả chuối trong quá trình chín

Stanley P Burg & Ellen A Burg, 1961

Hình 3.4 Sự tổng hợp ethylene và sự hô hấp của quả chuối trong quá trình chín

• Khi quả xanh: tổng hợp ethylene không đáng kể

• Khi bắt đầu chín: tăng cường tổng hợp ethylene, đạt đỉnh cao

nhất trước đỉnh hô hấp đột biến

3.2 Sự chín của nông sản

3.2.2 Quá trình chín nhân tạo (dấm chín)

- Phương pháp xử lý nhiệt: Tăng nhiệt độ của môi trường để

tăng cường độ hô hấp của rau quả làm cho quả nhanh chín hơn Nhiệt độ xử lý là 20 - 250C, độ ẩm của không khí trong phòng bảo quản là 85 - 90%

- Phương pháp dùng oxy: Dùng oxy để tăng quá trình hô

hấp hiếu khí, thúc đẩy cho quá trình chín nhanh hơn Nồng

độ oxy có ý nghĩa trong khoảng 5 - 20%

- Phương pháp dùng hóa chất kích thích: Dùng các chất có

bản chất tương tự như hormon chín (ethylene)

Giống Xử lý Thời gian chín (ngày)

(ppm/h) C2H4 Đối chứng

VanDyke

5/24 7 - 8 10 - 12 10/24 6 - 7 10 - 12 10/48 5 - 6 10 - 12

Haden

5/24 6 - 7 9 - 10 5/48 5 - 6 9 - 10 10/24 5 - 6 9 - 10 10/48 5 9 - 10

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của ethylene đến sự hoàn thiện màu sắc và

thời gian chín của một số giống xoài

Barmore, 1974

3.3 Sự ngủ nghỉ của nông sản

3.3.1 Khái niệm

- Ngủ nghỉ là trạng thái mà nông sản vẫn còn sức sống nhưng các hoạt động trao đổi chất hầu như không diễn ra hoặc diễn ra một cách rất hạn chế

- Sự ngủ nghỉ của nông sản sau thu hoạch được chia làm 2 loại:

+ Nghỉ tự phát (dormancy): Chỉ xảy ra trên hạt và củ Bản thân hạt và

củ chưa hoàn thành giai đoạn chín sinh lý, nếu ở trong điều kiện ngoại cảnh thích hợp vẫn không nảy mầm Thời gian nghỉ tự phát phụ thuộc vào loại và giống cây trồng

+ Nghỉ cưỡng bức (quiescence): Do nguyên nhân bên ngoài (nhiệt độ,

độ ẩm, thành phần khí quyển, ánh sáng, hóa chất…) làm hạn chế các hoạt động sinh lý, sinh hóa, nông sản duy trì ở trạng thái ban đầu

3.3 Sự ngủ nghỉ của nông sản

3.3.2 Nguyên nhân của sự ngủ nghỉ

3.3.2.1 Nguyên nhân nội tại

-Hạt chưa hoàn thành giai đoạn chín sinh lý

+ Tổ chức phôi chưa phân hóa đầy đủ (chưa đủ 4 bộ phận: rễ mầm, thân mầm, chồi mầm và tử diệp)

+ Phôi đã phân hóa đầy đủ nhưng chưa thành thục về phương diện sinh lý

+ Ở một số hạt, phôi chỉ phân hóa sau khi hạt đã được gieo xuống đất

- Ảnh hưởng của trạng thái, cấu trúc vỏ hạt

+ Tính không thấm nước của vỏ hạt

+ Tính không hút khí của vỏ hạt

+ Cấu trúc cứng và bền vững của một số loại vỏ hạt

- Các chất ức chế nảy mầm

Hoa tú cầu: Phôi chỉ phân hóa sau khi hạt đã được gieo

xuống đất

Họ bầu bí: Lớp bên trong vỏ hạt có khả năng thấm khí cao hơn

lớp bên ngoài

Hình 3.5 Cấu trúc của vỏ hạt Melilotus alba (họ đậu)

Sự hóa gỗ của một số loại vỏ hạt

3.3 Sự ngủ nghỉ của nông sản

3.3.2 Nguyên nhân của sự ngủ nghỉ

3.3.2.1 Nguyên nhân ngoại cảnh

- Phản ứng ánh sáng: Một số loại hạt rất mẫn cảm với ánh sáng, đòi hỏi thời gian chiếu sáng đủ dài mới nảy mầm

- Phản ứng nhiệt độ: Một số loại hạt, củ yêu cầu xử lý nhiệt độ thấp

3.3 Sự ngủ nghỉ của nông sản

3.3.4 Ý nghĩa của sự ngủ nghỉ

- Đối với nông sản: Hiện tượng ngủ nghỉ của hạt và củ là một

hình thức thích nghi với điều kiện ngoại cảnh để bảo tồn nòi giống của cây trồng, vì vậy nó mang tính di truyền của loài

- Đối với quản lý sau thu hoạch: Việc đưa nông sản vào trạng

thái ngủ nghỉ trong thời gian bảo quản sẽ có tác dụng giảm bớt tổn thất, kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm Tuy nhiên thời gian ngủ nghỉ quá lâu có thể làm giảm tỷ lệ nảy mầm của hạt và củ

3.4 Sự nảy mầm của hạt, củ sau thu hoạch

- Giai đoạn 2: Sự hình thành hay hoạt hóa các enzym, làm tăng cường các hoạt động trao đổi chất

- Giai đoạn 3: Sự dài ra của các tế bào rễ mầm và rễ mầm trồi

ra khỏi vỏ hạt

- Giai đoạn 4: Sự phát triển tiếp của cây con.

3.4 Sự nảy mầm của hạt, củ sau thu hoạch 3.4.1 Khái niệm

Hình 3.7 Sự nảy mầm của hạt nông sản

3.4.2 Hoạt động sinh lý và biến đổi hóa sinh của hạt, củ trong quá trình nảy mầm

- Khi hạt, củ nảy mầm, các hợp chất hữu cơ dự trữ trong nông sản được phân giải thành các chất hữu cơ hòa tan, đồng thời giải phóng năng lượng cung cấp cho quá trình phát triển của tế bào mầm

- Hạt bị thay đổi màu sắc, mùi vị chủ yếu do hô hấp yếm khí và

sự tạo ra các sản phẩm trung gian như aldehyt, alcohol, …

- Hoạt động sinh lý chủ yếu của hạt, củ trong quá trình nảy mầm là sự hô hấp

3.4 Sự nảy mầm của hạt, củ sau thu hoạch

Thời gian nảy mầm

Bảng 3.2 Sự hao hụt chất khô của hạt lúa mạch khi nảy mầm

3.4 Sự nảy mầm của hạt, củ sau thu hoạch

Loại hạt Trước khi nảy mầm

Bảng 3.3 Sự hao hụt chất dinh dưỡng của hạt khi nảy mầm

3.4 Sự nảy mầm của hạt, củ sau thu hoạch

3.4.3 Các yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến sự nảy mầm

3.4.4 Hạn chế sự nảy mầm của hạt, củ trong thời gian bảo quản

- Duy trì độ ẩm an toàn của hạt trước khi nhập kho cũng

như trong suốt thời gian bảo quản

- Hạ thấp nhiệt độ môi trường, giảm nồng độ oxy không khí, hạn chế ánh sáng

- Dùng chất ức chế nảy mầm như ABA hoặc Malein hydrazit

3.4 Sự nảy mầm của hạt, củ sau thu hoạch

3.5.1 Khái niệm

- Quá trình bay hơi nước từ bề mặt lá và các bộ phận khác của cây vào không khí được gọi là quá trình thoát hơi nước Quá trình thoát hơi nước diễn ra liên tục trong suốt đời sống của cây trồng

- Sự mất nước của các nông sản tươi sau thu hoạch có ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái sinh lý cũng như chất lượng của sản phẩm

3.5 Sự thoát hơi nước của nông sản

3.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước của nông sản sau thu hoạch

-Yếu tố nội tại

- Yếu tố ngoại cảnh

3.5 Sự thoát hơi nước của nông sản

3.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước của nông sản sau thu hoạch

-Yếu tố nội tại:

+ Loại nông sản

+ Mức độ háo nước của các hệ keo trong tế bào

+ Cấu tạo và trạng thái của mô bao che

+ Vết thương cơ học

+ Độ chín của quả

Loại sản phẩm Hệ số thoát hơi nước

Bảng 3.4 Hệ số thoát hơi nước của một số loại rau quả

(Nguồn: S.Ben – Yohoshua, 1987)

Hình 3.8 Mối quan hệ giữa và tỉ lệ diện tích bề mặt/khối lượng (SA/FW) và tỷ lệ bay hơi nước của quả (WLR) ở ớt ngọt

(Nguồn: Juan et al., 2007)

Độ chín

Khối lượng (g)

Diện tích bề mặt (cm2)

Diện tích đài hoa (cm2)

Tỷ lệ diện tích

bề mặt/khối lượng

Tỷ lệ bay hơi nước (%/ngày

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của độ chín đến khối lượng quả, diện tích

bề mặt, và tỷ lệ bay hơi nước qua bề mặt và đài hoa ở ớt ngọt

(Nguồn: Juan et al., 2007)

3.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước của nông sản sau thu hoạch

3.5.3 Biện pháp hạn chế sự thoát hơi nước của nông sản

- Hạ thấp nhiệt độ, tăng độ ẩm, giảm tốc độ chuyển động của không khí trong kho bảo quản

- Bao gói sản phẩm bằng những vật liệu phù hợp cho từng loại nông sản

Lưu ý: Hiện tượng đọng nước của nông sản trong bảo quản

3.5 Sự thoát hơi nước của nông sản

Vật liệu bao gói Thời gian bảo quản (ngày)

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của một số vật liệu bao gói đến sự tổn thất

khối lượng của quả chanh trong quá trình bảo quản

(Nguồn: Bali Reddy et al., 2008)

Hàng hóa Sự mất nước tối đa cho phép

3.6 Sự hô hấp của nông sản

3.6 Sự hô hấp của nông sản

3.6.1 Khái niệm chung về hô hấp

3.6.1.1 Lịch sử nghiên cứu về hô hấp thực vật

- Ingenhousz (1779 – 1780): Nhận thấy thực vật hấp thụ O2 và thải CO2

- Sausure: Trong cây có hai quá trình song song trái ngược nhau là quang hợp và hô hấp

- Đầu thế kỷ XX, các học thuyết về hô hấp phát triển mạnh mẽ (Borodin, Bakh, Paladin, Warbug ): xác định “sự đốt cháy” chất hữu

cơ trong cơ thể thực vật xảy ra do xúc tác của enzyme mà không cần năng lượng từ bên ngoài

- Tập trung nghiên cứu bản chất vật lý, hóa học, sinh học của hô hấp thực vật

- Sinh học Nông nghiệp nghiên cứu mối quan hệ hô hấp – quá trình sinh lý khác và phương hướng điều khiển hô hấp

3.6.1 Khái niệm chung về hô hấp

3.6.1.2 Định nghĩa hô hấp

Về bản chất, hô hấp là quá trình phân giải oxy hóa các hợp chất hữu cơ dự trữ trong nông sản (tinh bột, đường, lipid, protein, axít hữu cơ) với sự tham gia của O2 không khí để giải phóng năng lượng cung cấp cho mọi hoạt động sống của cơ thể cũng như tạo thành các sản phẩm trung gian cho quá trình sinh tổng hợp trong cơ thể

3.6.2 Hô hấp của nông sản sau thu hoạch

3.6.2.1 Bản chất hóa học của hô hấp

-Nông sản sau thu hoạch có thể hô hấp khi có hoặc không có oxy

3.6.2 Hô hấp của nông sản sau thu hoạch

3.6.2.1 Bản chất hóa học của hô hấp

Quá trình đường phân

3.6.2.1 Bản chất hóa học của hô hấp

Hô hấp hảo khí

Quá trình hô hấp hảo khí có thể chia ra thành 2 giai đoạn

+ Phân giải liên tục acid pyruvic dưới tác dụng của enzyme oxy hóa khử theo chu trình Crebs, tạo ra nguồn năng lượng dự trữ là các chất khử NADH2, FADH2 và nhiều sản phẩm trung gian, đặc biệt là các xetoaxít (oxal-axetic,  xeto-glutamic,…) Chu trình Creb lặp đi lặp lại cho tới khi sản phẩm cuối cùng tạo ra là CO2

và H2O

+ Quá trình vận chuyển điện tử và H+ từ NADH2, FADH2 đến O2không khí nhờ chuỗi vận chuyển điện tử, tạo ra năng lượng ở dạng nhiệt năng hoặc dạng ATP

3.6.2.1 Bản chất hóa học của hô hấp

Hô hấp hảo khí

3.6.2.1 Bản chất hóa học của hô hấp

Hô hấp hảo khí

3.6.2.1 Bản chất hóa học của hô hấp

Hô hấp hảo khí

3.6.2.1 Bản chất hóa học của hô hấp

Hô hấp yếm khí

Trong điều kiện yếm khí, axít piruvic sẽ tham gia vào các quá trình lên men khác nhau tùy thuộc vào sự có mặt của các hệ enzym

• Sản phẩm tạo ra

• Năng lượng sinh ra

• Ý nghĩa đối với quá trình bảo quản nông sản

sau thu hoạch?

Sự khác nhau giữa hô hấp hảo khí và hô hấp yếm khí

Chu trình

Pentose Phosphate

-Tạo ra nguồn 5-phosphate cho quá trình tổng hợp acid nucleic

Ribose Tạo ra chất khử NADPH cung cấp cho các phản ứng tổng hợp

- Chuyển hóa các loại đường cung cấp cho các phản ứng sinh tổng hợp

3.6.2 Hô hấp của nông sản sau thu hoạch

Ihh dùng để đánh giá mức độ hô hấp của nông sản

Cường độ hô hấp được xác định chủ yếu bằng lượng O2hấp thụ hoặc lượng CO2 tạo ra của một đơn vị trọng lượng nông sản trong một đơn vị thời gian Ví dụ đơn vị đo cường

độ hô hấp là mgCO2/kg.h

 Phương pháp hóa học

 Phương pháp sắc kí khí

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ hô hấp của nông sản

Yếu tố nội tại

- Loại nông sản: Cơ chất hô hấp khác nhau

- Tuổi của nông sản và tuổi của mô: Mô non, bộ phận non hô hấp mạnh hơn

- Tổn thương mô thực vật

- Tỷ lệ diện tích bề mặt và thể tích

- Cấu trúc bề mặt nông sản