Nghiên cứu công nghệ bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phương pháp chiếu xạ

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đã đ−ợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

Ninh Bình, ngày 10 tháng 09 năm 2004

Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Vũ

lời cảm ơn

Trong thời gian làm luận văn, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi

đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và bạn bè Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông nghiệp I, Ban Chủ nhiệm Khoa và các thầy cô giáo trong Khoa Cơ điện đã chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình qua

Đặc biệt tôi chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Trần Đình

Đông - Trưởng Bộ môn Vật lý và thầy giáo TS Trần Như Khuyên - Trưởng Bộ môn Máy nông nghiệp - Khoa Cơ điện - Trường Đại học Nông nghiệp I

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng tập thể nhân viên Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội Ban lãnh đạo, cán bộ trong Phòng Hoá sinh - ứng dụng

- Viện Sinh học Nông nghiệp - Trường Đại học Nông nghiệp I

Đồng thời tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng toàn thể bạn bè đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện đề tài

Mặc dù có sự cố gắng nỗ lực của bản thân, nhưng do điều kiện về thời gian và khả năng có hạn nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự giúp đỡ, góp ý chỉ bảo của các thầy, cô giáo và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Ninh Bình, ngày 10 tháng 09 năm 2004

Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Vũ

Mục lục

Mở đầu 1

1 Tổng quan nghiên cứu 4

1.1 Giới thiệu chung về sản phẩm chiếu xạ 4

1.1.1 Tầm quan trọng của sản phẩm chiếu xạ 4

1.1.2 Các quá trình xảy ra trong rau, cũ khi bảo quản 9

1.2 Các phương pháp bảo quản sản phẩm dạng củ 13

1.2.1 Phương pháp bảo quản ở trạng thái thoáng 13

1.2.2 Phương pháp bảo quản ở trạng thái lạnh 14

1.2.3 Phương pháp bảo quản bằng hóa chất 15

1.2.4 Phương pháp bảo quản bằng chất đồng vị phóng xạ 15

1.3 Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ ở trong và ngoài nước 16

1.3.1 Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ 16

1.3.2 Tình hình bảo quản sản phẩm khoai tây 17

1.3.3 Tình hình bảo quản sản phẩm hành tây 19

1.4 Tình hình nghiên cứu bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phương pháp chiếu xạ trong và ngoài nước 20

1.4.1 Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phương pháp chiếu xạ 20

1.4.2 Tình hình Bảo quản sản phẩm chiếu xạ khoai tây 22

1.4.3 Tình hình bảo quản sản phẩm chiếu xạ hành tây 23

1.5 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 23

1.5.1 Mục đích nghiên cứu 23

1.5.2 Nhiệm vụ của đề tài 24

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 24

2 Cơ sở lý thuyết về chiếu xạ trong bảo quản sản phẩm dạng củ 25

2.1 Cơ sở lý thuyết về chiếu xạ 25

2.1.1 Chất đồng vị phóng xạ không bền - Nguồn chủ yếu phát tia bức xạ nhiệt 25

2.1.2 Các quy luật về phóng xạ 28

2.1.3 Cơ sở lý thuyết về phóng xạ cobalt-60 (co60) 30

2.2 Những đại lượng đo lường cơ bản dùng trong sinh học phóng xạ 31

2.2.1 Đơn vị liều lượng chiếu xạ 31

2.2.2 Đơn vị liều lượng hấp thụ 32

2.2.3 Đơn vị sinh học Rơnghen 32

2.3 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa 32

2.3.1 Sự phân ly của nước do bức xạ ion hóa 33

2.3.2 Tác dụng bức xạ ion hóa lên phân tử sinh vật 34

2.4 ảnh hưởng của chiếu xạ đến sản phẩm dạng củ 36

3 Nghiên cứu thực nghiệm 41

3.1 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 41

3.1.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 41

3.1.2 Phương pháp nghiên cứu 41

3.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 42

3.2.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khoai tây 43

3.2.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm hành tây 49

3.2.3 Sự thay đổi hàm lượng vitamin C và hàm lượng đường đối với khoai tây 56

4 Cơ sở tính toán thiết kế kho bảo quản sản phẩm dạng củ sau khi chiếu xạ 58 4.1 Tính toán thông gió tự nhiên 58

4.1.1 Khái niệm chung 58

4.1.2 Thông gió tự nhiên dưới tác dụng của nhiệt thừa 60

4.1.3 Thông gió tự nhiên dưới tác dụng của gió 61

4.1.4 Thông gió tự nhiên dưới tác dụng tổng hợp của nhiệt thừa và gió 62

4.2.3 Thiết bị lắp đặt trong kho 68

4.3 Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số cơ bản trong kho bảo quản 70

4.3.1 Đặt vấn đề 70

4.3.2 Các thông số lựa chọn ban đầu 70

4.3.3 Nhiệt lượng trong kho bảo quản 71

4.3.4 Xác định độ tăng nhiệt độ trong kho bảo quản 72

4.3.5 Xác định áp suất thừa trong kho 72

4.3.6 Xác định diện tích của thông gió 73

4.3.7 Lập mối quan hệ giữa vận tốc không khí, diện tích của thông gió và nhiệt độ môi trường 73

Kết luận và đề nghị 76

Tài liệu tham khảo 77

Mở đầu

Trong những năm qua kể từ khi đất nước ta thực hiện công cuộc đổi mới

và mở cửa nền nông nghiệp nước ta đã đạt được những thành quả đáng khích

lệ Từ một nước nhập khẩu lương thực trở thành nước xuất khẩu lương thực

đứng thứ 3 trên thế giới, tổng sản lượng nông nghiệp hàng năm tăng lên rất rõ rệt Năm sau cao hơn năm trước [1] Đó là nhờ sự lãnh đạo đúng đắn của Đảng

và nhà nước cũng như của Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, đã giải quyết tương đối đồng bộ giữa các lĩnh vực thuỷ lợi, phân bón, giống cây trồng Những công đoạn đó đều nhằm tăng năng suất và sản lượng của lương thực khi thu hoạch Tuy nhiên chúng ta còn ít quan tâm đến tổn thất sau thu hoạch Điều này không những xảy ra ở nước ta mà còn ở nhiều nước trên thế giới Theo Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực Thế giới (FAO - Food Agriculture Organization), hàng năm trên thế giới nhất là các nước đang phát triển, tổn thất nông sản sau thu hoạch rất lớn, cả về mặt số lượng và chất lượng

là khoảng từ 5 - 30% Đối với các loại cây màu, nhất là cây có củ như Khoai tây, khoai lang, sắn, hành, tỏi Sự hao này còn lớn hơn nhiều[5] Nếu lấy mức hao hụt trung bình là 10% của sản lượng lương thực nước ta trong 2003 Thì tổng sản lượng lương thực bị hao hụt của ta là 3,6 triệu tấn tương đương 458,640 triệu $ Mỹ (tổng sản lượng quy ra thóc 36 triệu tấn)

Đó là chưa tính đến hao thất của các loại rau quả và các loại đậu đỗ cũng như các loại nông sản khác ở công đoạn sau thu hoạch Ngoài sự hao thất về

số lượng, sự hao thất về chất lượng cũng khá nghiêm trọng và gây ra hậu quả xấu về mặt kinh tế xã hội trong tiêu dùng Đặc biệt các loại cây rau, củ là thực phẩm rất cần thiết trong đời sống hàng ngày và không thể thay thế vì nó cung cấp cho cơ thể những chất quan trọng như protein, lipít, vitamin, axit amin Ngoài ra nhiều cây rau củ như gừng, nghệ, hành tây còn được sử dụng như những loại dược liệu quý Gieo trồng các loại cây rau, củ còn cho hiệu quả

kinh tế cao, do cây rau có thời gian sinh trưởng ngắn, có thể gieo trồng nhiều

vụ trong năm, nên tăng được sản lượng trên một đơn vị diện tích canh tác và góp phần tăng thu nhập cho người lao động, giải quyết việc làm cho nông dân Khoai tây và hành tây là loại cây rau dạng củ có giá trị dinh dưỡng cao và là cây trồng chính của vụ đông ở lưu vực đồng bằng Bắc bộ

Khoai tây là một trong những cây lương thực chính của nhiều nước trên thế giới và được xếp hàng thứ 4 sau lúa mì, lúa gạo, ngô Ngoài giá trị lương thực khoai tây còn là nguyên liệu cung cấp cho ngành công nghiệp thực phẩm

và thức ăn cho gia súc Khoai tây được du nhập vào nước ta từ thế kỷ 19 và

được trồng cho đến nay Có năm diện tích trồng khoai tây của nước ta lên tới

103000 ha với năng suất trung bình 12,5 tấn/ha

Hành tây là một trong những cây lâu đời, chiếm vị trí quan trọng trong sản suất rau trên thế giới, hầu như tất cả các nước trên thế giới đều đưa hành tây vào khẩu phần ăn hàng ngày Hành tây không những có giá trị về mặt dinh dưỡng mà còn được sử dụng như một loại thuốc quý, chữa được nhiều loại bệnh, kích thích sự hoạt động của tim, thận Khoai tây, hành tây lại là một trong những cây tổn thất sau thu hoạch là lớn nhất, có thể lên tới 40% tổng sản lượng do hiện tượng mọc mầm và nấm mốc gây thối trong quá trình bảo quản Hầu như tất cả các tổn thất của công đoạn sau thu hoạch là do khâu bảo quản của chúng ta chưa đi vào nề nếp, còn ở trình độ thấp, kho tàng quá cũ và thiếu, không đảm bão quy cách các phương tiện phòng chống vi sinh vật phá hại (chuột, nấm mốc ) còn quá ít và chưa đáp ứng được kịp thời đòi hỏi của sản xuất, trang bị về kho, vận chuyển cũng như hệ thống kiểm tra chất lượng

từ trung ương đến cơ sở còn nghèo nàn, lạc hậu

Bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ là sử dụng các chất đồng vị phóng xạ để hạn chế sự hô hấp, tiêu diệt một số vi sinh vật So với các phương pháp bảo quản khác bảo quản bằng phương pháp chiếu xạ có nhiều ưu điểm:

+ Sản phẩm sau khi chiếu xạ vẫn giữ nguyên vẹn màu sắc và giá trị dinh

dưỡng

+ Hiệu quả bảo quản cao, bức xạ gamma có sức xuyên thấu mạnh, có thể nhanh chóng tiêu diệt côn trùng, ẩu trùng, vi khuẩn, nấm mốc, ngay cả những côn trùng ẩn nấp sau lần vỏ mà sử dụng hóa chất không thể tiêu diệt được + Không để lại dư lượng hoá chất độc hại như khi dùng hoá chất để bảo quản thực phẩm Điều này đặc biệt quan trọng vì trong thời gian gần đây ở nhiều nước đã cấm dùng các loại hoá chất thường dùng từ trước tới nay như etylen oxyt, etylen dibromua vì các hoá chất này có khả năng gây ung thư + Tiết kiệm năng lượng [9]

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên Được sự giúp đỡ và sự hướng dẫn của Thầy giáo TS Trần Đình Đông Trưởng bộ môn Vật lý Trường Đại học Nông Nghiệp I Thầy giáo TS Trần Như Khuyên Trưởng Bộ Môn Máy Nông Nghiệp, Trường Đại học Nông Nghiệp I Chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề

tài "Nghiên cứu công nghệ bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phương pháp

chiếu xạ"

Trong nội dung luận văn này chúng tôi hướng chủ yếu vào việc nghiên cứu công nghệ bảo quản khoai tây và hành tây đó là hai sản phẩm nông nghiệp quan trọng Bằng phương pháp chiếu xạ mà nguồn chiếu xạ là Co60

được sản xuất từ Coban thiên nhiên trong lò phản ứng hạt nhân

1 Tổng quan nghiên cứu

1.1 Giới thiệu chung về sản phẩm chiếu xạ

1.1.1 Tầm quan trọng của sản phẩm chiếu xạ

a) Tầm quan trọng của ngành sản xuất rau, củ nói chung

Rau, củ là thức ăn thiết yếu trong đời sống hàng ngày của con người và không thể thay thế Vì nó có ý nghĩa quan trọng đối với sức khỏe con người, cung cấp cho cơ thể những chất quan trọng như protein, lipít, muối khoáng, axít hữu cơ, vitamin (vitamin A, B1, B2, C, E, ), các chất thơm Chúng có tác dụng quan trọng trong quá trình phát triển của cơ thể, nếu thiếu một trong các chất đó thì sẽ gây ra nhiều bệnh tật

Rau, củ còn là cây trồng cho hiệu quả kinh tế cao, giá trị sản xuất một ha gấp 2 - 3 lần một ha trồng lúa, thời gian sinh trưởng ngắn có thể trồng nhiều

vụ trong năm do đó tăng sản lượng trên một đơn vị diện tích, góp phần tăng thu nhập cho người lao động, giải quyết việc làm cho người nông dân Ngoài

ra rau, củ còn có giá trị xuất khẩu cao, thời gian 1986 - 1990, nước ta đã xuất khẩu rau, củ đến một số nước như Liên Xô với sản lượng 290000 tấn/năm, giá trị đạt 5,15 triệu USD Sau năm 1990 do biến động chính trị ở Liên Xô và các nước Đông Âu phe XHCN, nên việc xuất khẩu sang khu vực này bị gián đoạn

Từ năm 1995 xuất khẩu rau, củ được phục hồi trở lại và tăng thêm về số lượng, thị trường xuất khẩu mở rộng hơn Đến nay Việt Nam đã xuất khẩu sang thị trường khoảng 30 nước

Rau, củ còn hỗ trợ cho các ngành công nghiệp khác phát triển như chế biến tinh bột từ khoai, sắn, chế biến đồ hộp rau quả và cung cấp thức ăn cho ngành chăn nuôi [4]

Ngoài ra rau, củ cũng được xem như một loại dược liệu quý (tỏi, gừng,

nghệ, hành tây ), đặt biệt tỏi được xem như một loại dược liệu quý trong nền

y học cổ truyền của nhiều nước như Ai Cập, Trung Quốc, Việt Nam

Chính vì cây rau, củ có giá trị như vậy mà việc trồng rau, củ đã được phát triển từ rất lâu Ngay từ thời kỳ cổ đại con người đã biết đem những cây dại về trồng và chăm sóc trở thành những cây rau, củ ngày nay Cùng với sự phát triển khoa học và kỹ thuật, ngày nay đã tạo ra nhiều giống rau, củ mới rất

đa dạng và phong phú, cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao

b) Vai trò của sản phẩm khoai tây và hành tây trong sản xuất nông nghiệp

Vai trò của sản phẩm khoai tây

Khoai tây (Potato) có nguồn gốc từ vùng núi cao nam Mỹ, trên dãy Andes ở phía Bắc Bolivia; là cây lương thực chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân của nhiều nước trên thế giới [15]

Khoai tây là một loại cây có giá trị dinh dưỡng cao, quan trọng như protein, đường, lipít, các vitamin B1, B2, B3, B6, PP và nhiều nhất là vitamin

C (20 - 25 mg%) và các chất K, Ca, P và Mg, đồng thời sự có mặt của nhiều axít amin tự do làm tăng giá trị dinh dưỡng cho khoai tây Với 100g khoai tây

có thể cung cấp ít nhất 5% về nhu cầu protein, 3% nhu cầu năng lượng, 7 - 12

% nhu cầu về Fe, 10% nhu cầu về vitamin B6 và 50 % nhu cầu về vitamin C cho 1 người /ngày [4]

Trong số các cây trồng của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới thì khoai tây

là cây sinh lợi hơn cả cho năng suất về năng lượng và prôtêin cao hơn cả

Khoai tây còn hỗ trợ cho ngành công nghiệp khác phát triển như làm thức ăn cho gia súc, nguồn nguyên liệu cho công nghiệp chế biến Tinh bột của khoai tây được dùng trong công nghiệp dệt, sợi gỗ ép, giấy và đặc biệt là trong công nghiệp chế biến axít hữu cơ (lactíc, xitrit), dung môi hữu cơ (etanol, butaol) và một số sản phẩm phụ khác Khoai tây được trồng từ 710 vĩ

độ bắc đến 400 vĩ độ nam, và được trồng đầu tiên ở vùng nam Mỹ, Tây Ban

Nha, Colombia, Ecuador Sau đó được trồng khắp các nước Anh, Italia, và các nước Bắc Âu, rồi lan rộng ra các nước châu á Cho đến nay khoai tây

được trồng ở khoảng 130 nước Do trình độ kỹ thuật và điều kiện khí hậu của mỗi nước là khác nhau nên năng suất ở mỗi nước là khác nhau

Theo số liệu thống kê của FAO tính đến năm 1993 năng suất khoai tây trên thế giới đạt từ 4 - 42 tấn/ha Sản lượng của Liên Xô (cũ) và Trung Quốc là hai nước đứng đầu, đạt từ 35 - 37 triệu tấn/ năm, sau đó là Ba Lan, các khối

EC và Mỹ Năng suất bình quân ở Hà Lan là cao nhất đạt 42 tấn/ha, Anh đạt

40 tấn/ha, Pháp đạt 35 tấn/ha, còn các nước nằm trong vùng nhiệt đới thì năng suất thấp hơn chỉ đạt 9 - 10 tấn/ha Nhưng những năm gần đây năng suất ở các vùng nhiệt đới tăng lên đáng kể

Khoai tây được du nhập vào Việt Nam từ năm 1930 và chủ yếu trồng ở vùng đồng bằng sông Hồng Trước năm 1970 diện tích trồng khoai tây còn thấp, khoảng 20 ha và chỉ được coi như một cây rau Từ năm 1970 khoai tây

được đưa vào trồng vụ đông và được coi là cây trồng chính lý tưởng cho vụ

đông ở vùng đồng bằng sông hồng và trở thành cây lương thực quan trọng

Từ năm 1987, cây khoai tây chính thức được Bộ Nông nghiệp đánh giá là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa cũng từ đó chương trình quốc gia

về khoai tây đã được hàng loạt các cơ quan nghiên cứu và phát triển rất mạnh

Củ khoai tây hiện nay được coi là một trong những loại “thực phẩm sạch" và là một loại rau hàng hoá được lưu thông rộng rãi, được trồng ở các tỉnh Hà Nội,

Hà Tây, Nam Định, Hưng Yên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc

Tuy nhiên cho đến nay khoai tây ở nước ta vẫn được coi là cây trồng phụ nên chưa được quan tâm đúng mức, do đó khoai tây cần phải được quan tâm nhiều hơn, việc bảo quản khoai tây thực sự cần thiết trong quy trình sản xuất

củ giống ở Việt Nam, để chủ động cung cấp giống đảm bảo chất lượng tốt nhằm tăng năng suất, hạ giá thành, khuyết khích mở rộng diện tích trồng khoai tây để khoai tây thực thụ trở thành cây lương thực thứ hai sau cây lúa

Vai trò của sản phẩm hành tây

Hành tây (onion) là cây rau đã được trồng từ rất lâu đời, chiếm vị trí quan trọng trong ngành sản suất rau, cũ trên thế giới Hầu như tất cả các nước trên thế giới đều đưa hành tây vào khẩu phần ăn hàng ngày Đặc biệt đối với người

La Mã nhất thiết phải dùng hành tây vào khẩu phần ăn của quân đội

Hành tây được sử dụng rộng rãi, lượng hành sử dụng hàng ngày tuy không nhiều nhưng cho cả năm thì số lượng đáng kể, như Liên Xô (cũ), những năm 1980 bình quân đầu người sử dụng từ 14 - 17 kg/năm

Hành tây còn là loại rau, củ có giá trị dinh dưỡng cao Thành phần của hành tây gồm có 86 % là nước, 3 % prôtêin, vitamin C 30 - 3 mg % và còn chứa các vitamin A, B1, B2, B6, PP, các chất khoáng như Na, K, Ca, Mg, P, Fe Đối với giống hành tây F1 Granex của Nhật Bản, được trồng tại Mê Linh (Vĩnh Phúc) có thành phần hoá học là chất khô là 12 %, đường tổng số 6,5 %, prôtêin thô 1,8 % vitamin C 8,9 mg% Ngoài ra hành tây còn có mùi thơm

đặc trưng do trong củ hành tây có 0,015 % tinh dầu [4]

Hành tây không những được sử dụng làm thực phẩm mà còn được sử dụng như một loại thuốc quý, vì trong hành tây có nhiều chất diệt khuẩn đặc biệt là chất phitonxit, hành tây có thể chữa được nhiều loại bệnh, kích thích sự hoạt động của tim, thận và đường tiêu hoá, chữa các bệnh đau mắt, viêm tai, viêm khớp, chữa ho, bệnh đường ruột, bệnh huyết áp và xơ cứng động mạch tuỳ theo từng cách chế biến Chính vì vậy người Ai Cập đã tỏ rõ sự quý trọng của hành tây trên tượng đài kỷ niệm

Diện tích và năng suất của hành tây trên thế giới không ngừng tăng lên theo thời gian, diện tích trồng hành tây ở châu á là lớn nhất, nhưng nước trồng nhiều nhất lại là Mỹ, còn về sản lượng thì lớn nhất là Trung Quốc và năng suất cao nhất lại là Liên Xô (cũ)

Hành tây còn là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều nước trên thế giới, như năm 1981 Mỹ đã thu được từ việc xuất khẩu hành tây là 427 triệu $

ở Việt Nam hành tây là cây trồng vụ đông quan trọng của nhiều vùng và

có hiệu quả kinh tế cao hơn các cây trồng khác như: lúa, bí xanh, dưa lê Hành tây được trồng nhiều ở một số vùng như Tiên Sơn (Bắc Ninh), Mê Linh (Vĩnh Phúc), Hà Nội, Hưng Yên, Hải Phòng, Quãng Ngãi, Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận và Đà Lạt Hàng năm diện tích trồng hành tây ở Mê Linh từ

500 - 600 ha Nhưng năng suất chưa cao, do thiếu giống tốt và hành tây bị nhiễm bệnh hại

c) Đặc điểm cơ lý của sản phẩm chiếu xạ

Đặc điểm của sản phẩm chiếu xạ là khoai tây

Hình 1.1 Cấu tạo củ khoai tây

Khoai tây càng phát triển thì vỏ ngoài càng nhẵn, nhưng có trường hợp vẫn giữ trạng thái sần sùi Trên mặt vỏ có những mắt, củ càng lớn thì mắt càng

rõ, ở mỗi mắt thường là chỗ mọc mầm cho khoai tây [11], từ cuống củ có những đường gân và ống dẫn qua khối củ đến các mầm gần mắt, tích tụ talin, nhất là thời gian nảy mầm, ở mầm cũng có tinh bột nhưng kích thước nhỏ và vòng hạt không rõ Vỏ ngoài như lớp da mỏng bảo vệ củ, chỗ mắt thì lõm xuống và vỏ mỏng Vỏ trong củ khoai tây mềm và tách ra khỏi ruột củ, ruột củ

khoai tây khác với rễ cây là củ không có lõi Đó là khối mô tế bào mềm, nơi tập trung nhiều tinh bột nhất, càng vào sâu tâm, lượng tinh bột càng ít và tích

Hình 1.2 Cấu tạo củ Hành tây

Củ hành tây được cấu tạo bởi các bẹ lá, ở phần dưới gốc phình to ra và tạo thành củ, có một lớp vỏ mỏng ở ngoài bảo vệ củ Số bẹ lá thay đổi tuỳ thuộc vào giống và kỹ thuật trồng, số bẹ lá sắp xếp trên thân theo hình xoắn

ốc, khoảng cách giữa các bẹ lá càng nhỏ thì củ hành tây càng chặt, do đó tăng khả năng bảo quản và vận chuyển, tăng năng suất, và khối lượng củ phụ thuộc vào số bẹ lá, số lớp và bề dày của mỗi bẹ Sự sinh trưởng của lá là yếu tố quan trọng để đánh giá sự phát triển của cây

1.1.2 Các quá trình xảy ra trong rau, cũ khi bảo quản

Những biến đổi về vật lý, sinh lý và hoá sinh xảy ra trong rau, củ khi bảo quản có liên quan chặt chẽ và phụ thuộc vào tính chất tự nhiên và kỷ thuật bảo quản Phần lớn các biến đổi của rau, củ sau thu hoạch là tiếp tục biến đổi

trong quá trình phát triển của chúng

Sự mất nước thay đổi trong quá trình bảo quản, ở giai đoạn đầu mất nước mạnh, giai đoạn giữa giảm đi và cuối cùng lại tăng lên

Độ ẩm giảm, nhiệt độ tăng đều làm cho sự mất nước tăng lên Để tính toán cường độ bốc ẩm của rau, củ có thể dựa trên cơ sở là 75 - 85 % sự giảm khối lượng khi bảo quản là do mất nước còn 15 - 25 % là do tiêu hao chất khô trong quá trình hô hấp [15]

Trong thực tế bảo quản để làm giảm sự mất nước của rau, cũ người ta thường áp dụng các biện pháp hạ thấp nhiệt độ, tăng độ ẩm, giảm tốc độ chuyển động của không khí trong kho bảo quản ngoài ra còn xếp rau, cũ vào trong hầm đất, vùi trong cát, đựng trong túi kín Tuy nhiên các biện pháp này

có thể làm ảnh hưởng đến rau, củ Vì hô hấp hiếm khí, độ ẩm cao ở mức độ nhất định lại là nguyên nhân gây hư hỏng rau, cũ tươi

Do vậy khi bảo quản từng loại rau, cũ cần phải nghiên cứu điều kiện bảo quản thích hợp để sự mất nước là thấp nhất

Sự giảm khối l ượng tự nhiên

Sự giảm khối lượng tự nhiên là sự giảm khối lượng của rau, củ do bay hơi nước và tổn hao các chất hữu cơ trong khi hô hấp Trong bất cứ điều kiện bảo quản nào không thể tránh khỏi sự giảm khối lượng tự nhiện Tuy nhiên khi tạo

điều kiện bảo quản tối ưu thì có thể giảm khối lượng đến tối thiểu

Khối lương rau, củ giảm đi trong thời gian bảo quản dài ngày phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, công nghệ bảo quản, thời gian bảo quản

Sự sinh nhiệt

Tất cả các lượng nhiệt sinh ra trong rau, củ khi bảo quản là do hô hấp, hai phần ba lượng nhiệt này toả ra môi trường xung quanh, còn một phần ba được dùng vào các quá trình trao đổi chất bên trong tế bào, quá trình bay hơi và một phần dự trữ ở dạng năng lượng hoá học

Có thể tính lượng nhiệt do rau, củ tỏa ra khi bảo quản gần đúng lượng CO2sinh ra trong quá trình hô hấp

C6H12O6 + 6O2 6CO→ 2 +6H2O + 674 Kcal Lượng CO2 còn có thể sinh ra do hô hấp hiếm khí và các quá trình decacboxyl hóa

C6H12O6 → 2CO2 + 2C2H5OH + 28 Kcal Biết được cường độ hô hấp và nhiệt độ bảo quản có thể tính ra lượng nhiệt tỏa

b) Các quá trình sinh lý hoá sinh

Sự hô hấp

Sự hô hấp làm giảm khối lượng rau, củ một cách tự nhiên Các biện pháp làm giảm cường độ hô hấp sẽ hạn chế sự giảm khối lượng tự nhiên, có ý nghĩa thực tiễn lớn trong bảo quản rau, củ

Trong quá trình hô hấp rau, củ tiêu hao các chất gluxit, axit hữu cơ, hợp chất

nitơ, pectin, tanin, lipit, glucozit

Cường độ hô hấp của mỗi loại rau, củ phụ thuộc và bản thân rau, củ đem bảo quản và các yếu tố của môi trường bảo quản

Hệ số hô hấp là tỷ lệ giữa thể tích khí CO2 sinh ra và O2 tiêu thụ

K =

2

2

Vo Vco

Hệ số hô hấp là một chỉ tiêu chỉ mức độ hiếu khí (Hiếu khí là sử dụng đủ oxy của không khí) của quá trình hô hấp và loại chất tham gia quá trình hô hấp

Cùng một loại rau, củ nếu giống nào có khả năng bảo quản tốt hơn thì thường có cường độ hô hấp mạnh hơn (như trong cải bắp, khoai tây)

Tuy nhiên không phải ở tất cả rau, củ khi có cường độ hô hấp mạnh thì khả năng bảo quản tốt hơn Các loại rau, củ bị dập nát thì cường độ hô hấp tăng và khả năng chống thối hỏng càng cao (Đó là phản ứng tự vệ của cơ thể sống, tạo ra chất đề kháng, sinh ra các phản ứng Oxy hoá các độc tố và tạo ra lớp tế bào bảo vệ nơi vết thương) Cường độ hô hấp tuỳ thuộc vào mức độ dập nát (diện tích, độ sâu) và vị trí dập nát Thời kỳ cường độ hô hấp cực đại thường đặc trưng bằng sự tăng nhiệt đến mức tối đa các loại rau, cũ ở giai

đoạn cuối của quá trình bảo quản ( gần thời kỳ nảy mầm), cường độ hô hấp lại bắt đầu tăng lên rõ rệt Nhiệt độ môi trường giảm sẽ làm giảm mức độ hô hấp cực đại

Lượng CO2 và O2 trong rau, củ khác nhau rất nhiều Trong khoai tây 32,4 % CO2 và 11,8 % O2 Trong quá trình bảo quản rau, củ lượng CO2 trong nội bào tăng dần và O2 giảm dần

Các quá trình hô hấp hiếm khí làm giảm chất lượng, mùi vị rau, củ tươi nếu không cần bảo quản dài ngày thì nên bảo quản rau, củ ở nơi thoáng mát và khô ráo có mái che

Sự thay đổi thành phần hoá học

Gluxit luôn là thành phần có thay đổi lớn và mạnh nhất trong khi bảo quản cũng như trong quá trình sinh trưởng và phát triển của rau, củ Khi bảo quản các loại đậu, ngô, hoai còn non có sự chuyển hoá đường thành tinh bột Riêng với khoai tây khi bảo quản có những biến đổi đường thành tinh bột và ngược lại tinh bột thành đường

Sự sụt giảm axít là do quá trình hô hấp và decacboxyl hoá Hàm lượng axít giảm cùng với sự giảm lượng tinh bột và sự tăng lượng đường làm tăng trị

số pH

Vitamin C giảm mạnh trong quá trình bảo quản, đặc biệt với các loại rau,

củ không bảo quản được lâu

1.2 Các phương pháp bảo quản sản phẩm dạng củ

1.2.1 Phương pháp bảo quản ở trạng thái thoáng

Bảo quản ở trạng thái thoáng là để khối củ tiếp xúc dễ dàng với môi trường không khí bên ngoài nhờ hệ thống kho vừa thoáng vừa kín Việc điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong kho được thực hiện nhờ biện pháp thông gió theo nguyên tắc chung là khi nhiệt độ và độ ẩm của khối củ cao hơn so với không khí bên ngoài thì tiến hành đưa không khí khô và lạnh ở bên ngoài vào Ngược lại, khi nhiệt độ và độ ẩm không khí ở ngoài cao hơn trong kho phải

đóng kín kho để ngăn ngừa không cho không khí nóng và ẩm xâm nhập vào kho Có thể thực hiện thông gió tự nhiên hoặc cưỡng bức

Thông gió tự nhiên là hoàn toàn lợi dụng thiên nhiên để thông gió, bằng cách mở cửa kho để cho không khí khô và lạnh ở ngoài vào kho Đây là phương pháp tương đối đơn giản, rẽ tiền nhưng phải tính toán nắm đúng thời cơ thì thông gió mới có lợi

Thông gió cưỡng bức là thổi một luồng không khí đi qua khối củ, nhờ đó

sẽ làm thay đổi độ ẩm, nhiệt độ và thành phần khí có trong khối củ Để đạt

được mục đích làm giảm độ ẩm và nhiệt độ của củ, lượng không khí thổi vào kho phải thỏa mãn các điều kiện sau:

* Không khí phải sạch không làm ô nhiễm khối củ bảo quản

* Cần đảm bảo đủ lượng không khí để thực hiện mục đích giảm nhiệt độ

Phương pháp thông gió cưỡng bức làm giảm nhiệt độ và độ ẩm hơn nhiều

so với phương pháp thông gió tự nhiên Tuy nhiên thông gió tự nhiên và thông gió cưỡng bức là phương pháp đơn giảm, rẻ tiền, dễ cơ khí hóa, được áp dụng phổ biến trong các kho bảo quản củ Nhưng nếu khi độ ẩm củ quá cao thì áp dụng cả hai phương pháp này đều không thỏa mãn

1.2.2 Phương pháp bảo quản ở trạng thái lạnh

Nguyên tắc của phương pháp này là hạ thấp nhiệt độ của khối sản phẩm xuống một mức độ nhất định (5oC - 6oC) để làm suy yếu hoặc tê liệt mọi hoạt

động sống trong khối sản phẩm, do đó sản phẩm sẽ bảo quản được lâu mà không bị hư hỏng Để thực hiện phương pháp này người ta phải xây dựng các kho lạnh

Phương pháp này có nhược điểm là kết cấu kho khá phức tạp, sử dụng nhiều thiết bị đắt tiền, chi phí giá thành cho một đơn vị sản phẩm khá cao

1.2.3 Phương pháp bảo quản bằng hóa chất

Thực chất của phương pháp này là dùng thuốc hóa học để kìm hãm những hoạt động sống của khối sản phẩm và do tính độc của hóa chất mà vi sinh vật và côn trùng bị tiêu diệt

Đây là phương pháp có hiệu quả cao ngày càng được sử dụng rộng rãi với qui mô lớn Khi sử dụng các loại thuốc hóa học để bảo quản phải đảm bảo yêu cầu triệt để bảo vệ sức khỏe cho con người, không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Tùy theo từng loại sản phẩm mà sử dụng thuốc và nồng độ cho thích hợp Đối với các loại củ để chống nẩy mầm sớm thường dùng M-1(Estemêtyl), M-2 (Estedimêtyl) [15]

Phương pháp này có nhược điểm là giảm khả năng tự đề kháng của củ, có

ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng, nhiều loại hóa chất nay bị cấm

1.2.4 Phương pháp bảo quản bằng chất đồng vị phóng xạ

Người ta đã sử dụng tia bức xạ của các chất đồng vị phóng xạ để hạn chế

sự hô hấp, tiêu diệt vi khuẩn để tăng thời gian bảo quản cho nhiều loại rau củ

và đặc biệt là chống nẩy mầm sớm ở khoai tây và hành tây Nguồn bức xạ

được sử dụng là Co60 được sản xuất từ Coban thiên nhiên trong các lò phản ứng hạt nhân

Phương pháp này có ưu điểm là chất lượng củ ít thay đổi, sản phẩm tươi giữ được mùi vị, thành phần protein và vitamin không thay đổi, không gây hại cho người sử dụng, có hiệu quả kinh tế rất cao, giá thành chỉ bằng 50% so với bảo quản lạnh Nhược điểm chủ yếu là làm giảm sức đề kháng của củ, giảm khả năng tạo màng bảo vệ ở những nơi có vết thương, có mùi lạ còn gọi là

“mùi phóng xạ” tuy nhiên không độc với cơ thể con người [13]

1.3 Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ ở trong và ngoài nước

1.3.1 Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ

Kỹ thuật bảo quản lương thực thực phẩm đã góp phần làm giảm tổn thất nông sản sau thu hoạch, tức là tăng thêm nguồn lương thực thực phẩm cho con người Theo thống kê của FAO thì hàng năm trên thế giới có khoảng 25 - 30

% lượng lương thực bị tổn thất sau thu hoạch, đối với các nước nhiệt đới thì tổn thất này còn cao hơn Muốn tăng thêm 10 % sản lượng lương thực không phải là điều dễ dàng Nhưng nếu ta giảm tổn thất đi 10 % thì cũng giống như tăng thêm 10% Do vậy bảo quản lương thực cũng có phần quan trọng trong việc sản xuất lương thực thực phẩm [13]

Từ nhiều thế kỷ nay con người đã biết bảo quản củ tươi bằng nhiều phương pháp thông thường không dùng đến máy móc và thiết bị như vùi trong cát và đất ẩm, để trong hầm tối và đựng trong túi kín Tuy nhiên các phương pháp này chỉ có tính chất tạm thời, thời hạn và chất lượng củ không chủ động

mà còn phụ thuộc và các điều kiện bên ngoài

Khi những nghiên cứu về quá trình biến đổi của củ và các chế độ bảo quản tối ưu bắt đầu đem lại kết quả áp dụng trong thực tiễn thì các thiết bị máy móc và kho bảo quản ra đời Ngày nay đã có các loại kho bảo quản hàng ngàn tấn củ hiện đại có trang bị thiết bị máy lạnh và hệ thống điều khiển tự

động, các thông số tối ưu của khí quyển trong phòng bảo quản Thành tựu của ngành vật lý đang được áp dụng trong bảo quản củ có kết quả

Vào những năm 1806 - 1807 nhà công nghệ người Pháp Nicolas Appert (1749 - 1841) đã phát minh ra đồ hộp bảo quản, đây được gọi là cuộc cách mạng lần thứ nhất trong bảo quản và công nghệ chiếu xạ được gọi là cuộc

cách mạng lần thứ hai trong bảo quản lương thực thực phẩm

1.3.2 Tình hình bảo quản sản phẩm khoai tây

Trong quá trình bảo quản ước tính tỷ hệ hao hụt của khoai tây có khi lên tới 40 % mà nguyên nhân lớn nhất là do xâm nhập, phá hại của vi sinh vật gây thối Do quá trình bảo quản làm giảm hàm lượng nước, những biến đổi sinh lý hoá sinh cũng xảy ra trong quá trình bảo quản Ngoài ra khoai tây có thể bị các bệnh khác như thâm đen thịt củ do tổn thương, bệnh thối củ, bệnh đen tím

do thiếu oxy và thừa khí CO2

Gần đây diện tích trồng khoai tây ở nước ta giảm dáng kể là do thiếu giống và giảm chất lượng giống Thông thường tỷ lệ hao hụt củ giống trong thời gian bảo quản từ 50 - 70 %, nguyên nhân chính là:

* Do nảy mầm sớm dẫn đến sự hao hụt về trọng lượng

* Do sự phá hại của vi sinh vật, nấm gây bệnh

Cả hai yếu tố này đều liên quan mật thiết đến điều kiện của khí hậu trong kho Vì vậy hiện nay bảo quản khoai tây giống là một vấn đề cấp bách và cần thiết để giải quyết nhu cầu cung cấp đầy đủ giống cho việc mở rộng diện tích trồng khoai tây và giảm chi phí cho việc nhập khoai tây giống từ nước ngoài

H×nh d, B¶o qu¶n cã m¸i che

H×nh 1.3 Mét sè ph−¬ng ph¸p b¶o qu¶n khoai t©y

ở một số nước sản phẩm dạng củ nói chung như hành tây, khoai lang, cà rốt và khoai tây nói riêng ở hộ gia đình được bảo quản theo một số hình thức như : trong giếng hang, giếng đồi, giếng dưới đất có mái che

ở Việt Nam nhân dân ta vẫn bảo quản khoai tây theo các phương pháp như ủ đống có thông thoáng, để trên giàn, vùi trong cát hoặc tro, xếp sọt Nhưng các cách trên chỉ kéo dài thời gian 2 - 3 tháng nhưng tỷ lệ hao thối và mọc mầm cao

Bảo quản trên giàn là phương pháp bảo quản đơn giảm nhất được áp dụng rộng rãi ở nước ta trong phạm vi gia đình và hợp tác xã với khối lượng không lớn lắm Giàn được làm bằng gỗ, tre, nứa, sắt có nhiều tầng, mỗi tầng được xếp khoai, khoảng cách giữa các tầng là 40 - 50 cm, kích thước (dài x rộng x cao) của giàn tuỳ thuộc vào kho

Trong quá trình bảo quản do khoai tây hô hấp mạnh, nên tăng lượng khí oxy Đồng thời độ ẩm không khí tăng gây hiện tượng ngưng tụ hơi nước làm cho khoai tây chóng thối

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới và cơ sở vật chất còn nhiều hạn chế ở nước ta nên việc áp dụng kỹ thuật tiên tiến là vấn đề khó khăn Mặt khác cả giống và phương pháp chăm sóc, bảo quản cũng khác nhau cho từng địa phương và gia đình vì vậy để có được chế độ bảo quản thích hợp chúng ta cần phải nghiên cứu một cách hoàn thiện hơn

1.3.3 Tình hình bảo quản sản phẩm hành tây

Quá trình bảo quản hành tây dễ mất một lượng lớn dịch bào do bốc hơi, nhưng dù mất tới 50 % hàm lượng nước thì tính miễn dịch vẫn không giảm, còn tạo màng vỏ tốt chống nhiễm vi sinh vật hành, tỏi tươi có thể cất giữ lâu dài ở nhiệt độ cao (khoảng 25 0C) trong điều kiện khô (độ ẩm khoảng 75%) ở

độ ẩm không khí cao hành tây chóng ra khỏi trạng thái ngủ và bắt đầu mọc

mầm và dễ bị thối, hỏng củ bị bệnh, ta cần phải loại bỏ những củ thối hỏng mọc mầm ngay Vì thế độ ẩm tương đối của không khí thấp khi bảo quản là cần thiết Mặt khác độ ẩm thấp còn là phương tiện gia tăng quá trình chín và tạo điều kiện ngủ Khác với các loại củ khác, hành tây chịu được nhiệt độ thấp (-4 → 5 0 C) mà khi tan giá vẫn giữ được hoạt độ sống, vì trong chất nguyên sinh có hàm lượng chất khô cao [11]

Trước khi bảo quản hành tây được hong khô ở nhiệt độ 30 - 40 0C, lúc cuối nâng lên 45 0C cho tới khi vỏ ngoài có độ ẩm 14 - 16 % bằng phơi nắng hay sấy

Trong kho thông gió tích cực, không những có thể bảo quản hành tây tốt

mà còn có thể hong sấy trước khi bảo quản Có thể đổ đống cao tới 4m duy trì nhiệt độ ở -10C đến 0 0C, độ ẩm không khí 70 - 75 %, sau 6 - 7 tháng hành tốt

đạt 94,7% hao hụt giảm hơn kho thường 2 - 4 lần

Trong kho thông gió tự nhiên, hành tây dựng trong sọt tre hay thùng gỗ khoảng 10 - 20 kg, trong côngtenơ 250 kg hay trải trên dàn kho với lớp dày tới

45 cm, nhiệt độ không khí từ -10C đến -30C, độ ẩm 70 - 75 %, nếu nhiệt độ 18

- 200C thì độ ẩm là 65 - 70 %

1.4 Tình hình nghiên cứu bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phương pháp chiếu xạ trong và ngoài nước

1.4.1 Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phương pháp chiếu xạ

Bảo quản nông sản bằng phương pháp chiếu xạ tuy chưa được phổ biến rộng rãi nhưng xu hướng của nó là đầy triển vọng vì nó cho những sản phẩm tươi, giữ nguyên mùi vị và chất dinh dưỡng mà các phương pháp khác không thể có được Nhiều nhà khoa học cho rằng phương pháp chiếu xạ là một thử thách đối với bảo quản lạnh

Những nghiên cứu về khả năng ứng dụng của bức xạ của các chất đồng vị phóng xạ trong bảo quản đã có gần 50 năm nay nhưng ở thời gian đầu không

được triển khai trong thương mại do các chất đồng vị đắt và hiếm, một phần

do người tiêu dùng cho là ăn thực phẩm bảo quản bằng chiếu xạ sẽ nhiễm chất phóng xạ Nhưng đến năm 1991 đã có 37 nước trên thế giới cho phép chiếu xạ trong khoảng 40 loại thực phẩm như các loại hạt gia vị rau, cũ tươi Trong đó

có 24 nước đã thương mại hoá phương pháp ứng dụng này như Mỹ, Liên Xô (cũ), Anh, Canada, Pháp, Nhật Bản, ấn Độ Năm 1989 Bộ Y tế Việt Nam đã cho phép tiêu thụ bảy loại thực phẩm chiếu xạ là khoai tây, hành tây, tỏi, hạt ngô, cá khô, đậu xanh và bột ớt [13]

Hội nghị quốc tế tại Gơnevơ 1980 do tổ chức FAO, tổ chức Y tế Quốc tế (World Health Organization - WHO) và tổ chức năng lượng nguyên tử quốc tế (International Atomic Energy Agancy - IAEA) đã kết luận về tính không độc hại của sản phẩm chiếu xạ, có khi còn khử được một số chất độc hại như khử Solamin trong lớp vỏ củ khoai tây [10]

Theo tính toán thì việc sử dụng các chất đồng vị phóng xạ để bảo quản nông sản rất kinh tế, giá thành chỉ bằng một nữa so với phương pháp bảo quản lạnh

Trong bảo quản sản phẩm củ, chất đồng vị phóng xạ thường được dùng

để chống nảy mầm cho khoai tây, hành tây, tỏi hay để tăng cường thời gian bảo quản cho nhiều loại củ khác nhau do có tính chất sát trùng bề mặt, tiêu diệt các vi sinh vật

Tia bức xạ có thể làm mất khả năng tích tụ ATP, thậm chí phá vỡ liên kết ATP, giảm hoạt độ của enzin tổng hợp ARN và ADN, là những yếu tố sinh năng lượng và nhân tố sinh sản trong phát triển tế bào

Tác dụng tiêu diệt vi sinh vật của tia ion hoá không xảy ra ngay lúc chiếu xạ mà sau vài giờ đến vài ngày, nhưng với sâu mọt lại xảy ra ngay sau khi

chiếu xạ, tuy vẫn tiếp tục diễn ra trong thời gian tiếp theo Tác dụng này càng mạnh khi có oxy và độ ẩm cao Nhiệt độ tăng làm giảm tính bền của bức xạ vì khi ấy tốc độ hình thành các ion và các phản ứng hóa học xảy ra càng mạnh Một số thành phần có tính bảo vệ vi sinh vật khi chiếu xạ là xistin (có khả năng tạo liên kết với nhóm -OOH sinh ra), các liên kết chứa sunfit - xisteamin (tạo liên kết bền với ADN, liên kết với oxy), các axít hữu xơ, đường

và etanol

1.4.2 Tình hình Bảo quản sản phẩm chiếu xạ khoai tây

Trong vài năm gần đây nhiều nước đã và đang nghiên cứu phương pháp kìm hãm nảy mầm bằng bức xạ iôn hóa hoặc phối hợp giữa xử lý nhiệt và bức xạ cơ chế hoá sinh của việc kìm hãm nảy mầm bằng bức xạ kìm hãm việc tổng hợp axít glulêic và ngăn cản việc phân chia tế bào Thời kỳ chiếu xạ sau thu hoạch càng sớm càng tốt thường từ 2 - 4 tuần[14] Nhưng đối với điều kiện Việc Nam có thể kéo dài đến 8 tuần Sở dĩ có sự khác nhau đó là do điều kiện thời tiết, khí hậu, giống và kỹ thuật của mỗi nước là khác nhau

Nghiên cứu liều lượng chiếu xạ gamma đã cho thấy liều chiếu xạ kìm hãm nảy mầm của khoai tây chỉ làm giảm nhẹ hàm lượng vitamin C và làm tăng hàm lượng đường [23]

Chúng ta chưa có điều kiện để khống chế nhiệt độ và độ ẩm như một số nước nên việc bảo quản sau chiếu xạ thường ở trong điều kiện tự nhiên Sau chiếu xạ nếu bảo quản trong điều kiện thông thoáng hay bảo quản lạnh là tốt nhất, bảo quản trong điều kiện mát (10 - 15 0C)

Sản lượng khoai tây hàng năm ở nước ta trên dưới 25000 tấn và chủ yếu xuất khẩu sang vùng Viễn Đông Liên Xô trên dưới 15000 tấn/năm nếu chấp nhận tiêu thụ khoai tây chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao cho nhà nước cũng như cho người sản xuất

1.4.3 Tình hình bảo quản sản phẩm chiếu xạ hành tây

Cũng như khoai tây việc kìm hãm nảy mầm bằng tia gamma chịu ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng như: điều kiện phát triển của củ hành trước khi thu hoạch, trạng thái ngủ sinh lý khi chiếu xạ, liều xạ hấp thụ, môi trường bảo quản sau khi chiếu xạ đặc biệt là độ ẩm Việc làm cho hành tây trước khi chiếu xạ và bảo quản là rất quan trọng vì nó làm tăng sức đề kháng, chống sự xâm nhập của vi sinh vật từ bên ngoài và hạn chế sự mất nước do hiện tượng khuếch tán nước từ trong ra ngoài Tác dụng của bức xạ đối với việc kìm hãm nảy mầm trong những trường hợp này rất rõ rệt.Thời gian ngủ sinh lý của hành tây khác với thời gian ngủ sinh lý của khoai tây, của hành tây thường trong vòng 4 - 5 tuần Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng chiếu xạ kìm hãm nảy mầm có hiệu quả nhất trong thời gian ngủ sinh lý (tốt nhất 1- 2 tuần sau thu hoạch) [23] Trong quá trình chiếu xạ nhiệt độ và độ ẩm có ảnh hưởng rất lớn

Liều xạ kìm hãm nảy mầm không có tác dụng hạn chế sự phát triển của

vi sinh vật gây thối Nhưng có thể kìm hãm nảy mầm và giảm tỷ lệ thối khi bảo quản ở điều kiện tự nhiên Khi sử lý phối hợp trước và sau khi thu hoạch giữa liều xạ thấp và axít Salicilíc và sử lý giữa liều xạ cao và nhiệt độ, có tác dụng hạn chế sự phát triển của Botry líc spp trong thời gian bảo quản [14] Liều xạ kìm hãm nảy mầm không gây những biến đổi đáng kể trong thành phần dinh dưỡng của hành tây như hàm lượng đường, Vitamin C, hàm lượng Protein [22]

1.5 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

1.5.1 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu lựa chọn một số liều lượng chiếu xạ thích hợp để bảo quản

sản phẩm dạng củ nói chung và khoai tây, hành tây nói riêng

Nghiên cứu, lựa chọn một số điều kiện nhiệt độ, độ ẩm bảo quản sản phẩm dạng củ sau khi chiếu xạ

Nghiên cứu biện pháp bảo quản sản phẩm sau chiếu xạ trong điều kiện thông gió tự nhiên nhằm đảm bảo chất lượng của sản phẩm dạng củ

1.5.2 Nhiệm vụ của đề tài

* Nghiên cứu tác dụng của bức xạ gamma đến kìm hãm nảy mầm

* Nghiên cứu thông gió tự nhiên trong kho bảo quản

* Thiết lập mối quan hệ giữa nhiệt độ, tốc độ gió và diện tích của thông

gió của kho bảo quản

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về chiếu xạ và liều lượng chiếu xạ

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về công nghệ bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phương pháp chiếu xạ nói chung và đối với khoai tây, hành tây nói riêng

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về kỹ thuật thông gió tự nhiên

- Vận dụng các phương pháp như phân tích tổng hợp, thu thập, xử lý các

số liệu thí nghiệm thực tế để rút ra những kết luận mang tính khoa học trong quá trình bảo quản vừa đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật, vừa đảm bảo tính kinh tế

2 Cơ sở lý thuyết về chiếu xạ trong bảo quản sản phẩm dạng củ

Có hai loại đồng vị phóng xạ

Đồng vị bền gồm những nguyên tử có hạt nhân ở trạng thái ổn định ở những chất này có tỷ số N/Z thích hợp (số nơtron/số proton) thích hợp đạt từ 1-1,5

Những chất có tỷ số N/Z không thích hợp (số nơtron nhiều quá hoặc ít quá) thì hạt nhân không tồn tại đ−ợc và phân rã tạo nên những hạt nhân của nguyên tử khác, những chất đó gọi là chất đồng vị phóng xạ không bền

Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử này biến đổi thành hạt nhân nguyên tử khác

Trong quá trình biến đổi các chất có thể tự phát ra những tia không nhìn thấy có năng lượng lớn như tia α (24He) tia β (β+,βư) và tia γ

Các nguyên tố có số proton > 82 đều có tính phóng xạ và thường gặp trong những nguyên tố phóng xạ tự nhiên

10

1 ), năng lượng hạt từ 4 - 9 MeV Trên đường đi năng lượng bị mất dần và tốc độ bị giảm dần

Tia β có hai loại βưvà tia β +

Tia βư là dòng hạt điện từ chuyển động với vận tốc lớn

Phản ứng βư có dạng ZXA → Z + 1YA + -1e 0 + ν ω

Trong đó ν ωlà phản ứng nơtrino có khối lượng và điện tích = 0 và SpinS =

2 1

Tia β+ là dòng hạt Prositron chỉ khác với điện tử ở chỗ có một điện tích nguyên tố dương (trái dấu với điện tích của điện tử)

Phân rã β+ có dạng ZXA → Z -1YA + +1e 0 + ν

Trong đó ν là nơtrino, hạt trung hòa có khối lượng rất bé Phân rã xảy ra khi số nơtron trong hạt nguyên tử nhiều hơn số proton

Bức xạ γ

Bản chất của tia gamma (γ ) là một loại bức xạ điện từ giống tia Rơnghen bước sóng ngắn ( λ < 0,1 A0) Có năng lượng lớn hơn tia Rơnghen, loại tia với năng lượng 100 KeV gọi là tia mềm

Nguồn cung cấp tia γ là các phản ứng hạt nhân Trong phóng xạ sinh học thường dùng Cobalt-60, thời gian phân rã là 5,3 năm

Proton và đơtron

Proton là loại hạt nhân nhẹ của nguyên tử hiđrô, còn đơtron là hạt nhân nặng, điện tích bằng một nguyên tố dương, khối lượng proton bằng 1/4 khối lượng hạt α, còn đơtron = 1/2 khối lượng hạt α

Proton và đơtron phóng ra từ phản ứng hạt nhân khi dùng tia α làm đạn bắn phá hạt nhân, chẳng hạn:

n p Cu

n Zn

n Zn

62 62 63

2

Trong các phản ứng hạt nhân phóng xạ proton thường kèm theo các tia

khác nên không sạch, hơn nữa năng lượng lại nhỏ Do vậy người ta thường dùng máy gia tốc để tạo ra nguồn proton hay đơtron sạch, năng lượng lớn Nơtron là một phần của hạt nhân nguyên tử có số khối = 1, điện tích = 0 (0n1) Giữa proton và nơtron có nhiều điểm giống nhau, chúng có khối lượng gần bằng nhau và có khả năng chuyển hóa lẫn nhau, các nơtron không có khả năng gây hiệu ứng ion hóa mà chúng chỉ tương tác với hạt nhân, đánh bật proton ra khỏi hạt nhân và chính proton này lại gây tác động ion hóa Như vậy tác động cuối cùng của nơtron có thể xem như tác động của proton

Nguồn cung cấp nơtron có thể do tương tác giữa hạt α hoặc hạt β với hạt nhân của các nguyên tố nhẹ như Be, Li,

4Be9 + 4 →

2α 6C12 + 0n1 Nơtron tạo ra có vận tốc, năng lượng lớn (khoảng vài MeV), gọi là nơtron nhanh, những nơtron có năng lượng < 10 KeV gọi là nơtron chậm và với năng lượng gần bằng 0,025 eV thì gọi là nơtron nhiệt

Trong cơ thể sống khi chiếu xạ nơtron, thường xảy ra phản ứng tương tác giữa hạt nhân nitơ và nơtron Hạt nhân nitơ sau khi hấp thụ nơtron sẽ biến thành chất đồng vị phóng xạ cacbon và phóng xạ proton

a) Quy luật thời gian

Do quá trình phân rã nên số lượng ban đầu của các nguyên tử phóng xạ

sẽ giảm theo thời gian, theo quy luật mũ

Giả sử ở thời điểm ban đầu (t = 0) một lượng chất phóng xạ chứa N0nguyên tử và ở thời gian dt có dN phân rã, ta thấy dN tỷ lệ thuận với thời gian

Chu kỳ bán rã là thời gian trong đó một nữa số nguyên tử bị phân rã,

hay số nguyên tử phóng xạ còn lại N =

.2

693,02ln2 /

⇒ T

Chu kỳ bán rã của một chất phóng xạ đặc trưng riêng cho chất ấy [6]

b) Các quy luật bảo toàn

Phân rã phóng xạ là một sự chuyển dạng vật chất từ một nguyên tố này thành nguyên tố khác và tuân theo một số

Bảo toàn điện tích: là tổng đại số điện tích của các hạt tham gia phản ứng bằng tổng đại số điện tích của các hạt sinh ra sau phản ứng

Bảo toàn số khối (A - số nucleon): Là tổng số khối của một hệ trước và

sau phản ứng là không đổi

Bảo toàn động l−ợng (→P ): Coi hệ hạt trong một phản ứng hạt nhân là

hệ kín thì động l−ợng của hệ đ−ợc bảo toàn P→h = const

Bảo toàn năng l−ợng E: Năng l−ợng toàn phần của hệ (động năng +

năng l−ợng tĩnh (thế năng)) đ−ợc bảo toàn

2.1.3 Cơ sở lý thuyết về phóng xạ cobalt-60 (co 60 )

Hiện nay có hơn 85 % thiết bị dùng chiếu xạ đang hoạt động trên thế giới dùng nguồn đồng vị phóng xạ Cobalt-60

Cobalt-60 là một chất đồng vị phóng xạ đ−ợc chế tạo trong lò phản ứng hạt nhân từ Cobalt thiên nhiên, là chất đồng vị bền Cobalt-59 Cobalt thiên nhiên là một kim loại màu sáng nh− thép mật độ 8,839 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 14900 C Cobalt có đặc tính lý hóa của thép và kiềm Trong lò phản ứng hạt nhân dòng nơtron chiếu lên Cobalt-59 biến đồng vị bền này thành đồng vị phóng xạ Cobalt-60 Có thời gian phân rã là 5,3 năm, phát ra hai bức xạ gamma có năng l−ợng 1,17 MeV và 1,33 MeV, tính trung bình là 1,25 MeV Quá trình đó xảy ra nh− sau: Đầu tiên Co60 phóng xạ hạt β−để thành Ni60 ở trạng thái kích thích Khi hạt nhân Ni60 chuyển từ trạng thái kích thích trở về trạng thái cơ bản sẽ phát ra hai tia có năng l−ợng khác nhau

* Các máy chiếu xạ bán công nghiệp: Hoạt độ nguồn phóng xạ từ 50 kci

đến khoảng 200 kci, có hệ thống băng tải dây truyền

* Các máy chiếu xạ thương nghiệp: Hoạt độ từ 500 kci - 4 Mci

Theo thống kê của IAEA trên thế giới hiện nay có khoảng 300 thiết bị chiếu xạ Co60 trong đó có khoảng 60 thiết bị chiếu xạ bán thương nghiệp và 10 -15 thiết bị chiếu xạ thương nghiệp Thiết bị chiếu xạ của ta xây dựng tại Hà Nội với hoạt độ 220 kci, thuộc loại bán thương nghiệp [9]

Tia phóng xạ ion hoá tác dụng lên vật chất theo quy luật khác với quy luật tương tác của bức xạ nhìn thấy và ngay cả với tia tử ngoại Bức xạ ion hoá qua vật chất sẽ gây tương tác với phân tử của nó, kết quả dẫn tới sự ion hóa hoặc kích thích các nguyên tử và phân tử của môi trường vật chất đó

2.2 Những đại lượng đo lường cơ bản dùng trong sinh học phóng xạ

Khi chiếu xạ vào hệ sinh học, trong hệ xảy ra những biến đổi sinh hoá nhất định phụ thuộc vào liều lượng và bản chất chiếu xạ, liều lượng hấp thụ

do đó ta có các đơn vị đo là:

2.2.1 Đơn vị liều lượng chiếu xạ

Rơnghen (R) là liều lượng chiếu xạ của tia X hoặc tia gamma cần thiết

để tạo ra trong một kg không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, các ion có tổng điện lượng bằng 1C đối với điện tích của các ion cùng dấu

1R tương ứng với 0,111 erg/cm3 và 84 erg/g

Đối với bức xạ hạt, người ta thường dùng đơn vị vật lý, tuy nhiên hiện nay đơn vị này ít sử dụng vì khó khăn về phương tiện và kỹ thuật

2.2.2 Đơn vị liều lượng hấp thụ

Là đại lượng cho biết phần năng lượng mà đơn vị khối lượng vật bị chiếu xạ hấp thụ được của chùm tia phóng xạ theo định nghĩa, liều lượng hấp thụ D sẽ là: D =

m

E

∆

∆

Trong đó ∆E – năng lượng bức xạ ion hoá do mẫu hấp thụ

khối lượng mẫu nghiên cứu

m

∆

Đơn vị của D là j/kg Khi khối lượng vật bị chiếu xạ là một kg hấp thụ năng lượng của chùm tia chiếu xạ là 1(j) thì liều lượng hấp thụ là 1 j/kg

1 rad = 10 –2j/kg người ta hay dùng 1krad = 103 rad; 1Gy= 102 rad

Công suất hấp thụ là đại lượng đo liều lượng hấp thụ trong một đơn vị thời gian: P=

Ret – năng lượng bức xạ nào đó được tế bào hấp thụ sao cho tác dụng sinh học của nó tương đương với tác dụng sinh học của tia X hay tia gamma Khi chiếu xạ lên đối tượng đó với liều bằng 1 Rơnghen

2.3 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa

ở vật bị chiếu xạ thường xảy ra thay đổi chức năng sinh lý của hệ, gây

bệnh lý hay gây tử vong đối với cơ thể sống được gọi tắc là sự tổn thương phóng xạ

Tác dụng của bức xạ ion hóa có thể trực tiếp lên các phân tử hữu cơ hoặc gián tiếp thông qua các phân tử nước (môi trường) chứa trong hệ

2.3.1 Sự phân ly của nước do bức xạ ion hóa

Trong hệ sinh vật có chứa một lượng nước khá lớn (chiếm từ 60 – 90 %) trong trọng lượng cơ thể, 65 – 75 % trong tế bào, 83% trong não, 90 % trong huyết tương) Dưới tác dụng của bức xạ ion hóa, trong nước sẽ tạo ra các ion

và các phân tử bị kích thích, quá trình có thể xảy ra như sau [6]

+

ư +

H

H OH

O H e

O H

e

anly

ph 2

2

Các gốc tự do cũng có thể tương tác với nhau tạo thành các phân tử H2,,

→+

→+

ư

ư

ư

2 2 2

OH

O H OH

H

H H

O H

e OH

H O H

2

2 2

2

O có tạora

ν

Sản phẩm của quá trình phân ly nước là sản phẩm sơ cấp, sản phẩm cuối cùng là sản phẩm thứ cấp

Các sản phẩm sơ cấp và thứ cấp này tác dụng lên phân tử hữu cơ của hệ

bị chiếu xạ sẽ gây ra các biến đổi về cấu trúc và hoá học của các phân tử đó

2.3.2 Tác dụng bức xạ ion hóa lên phân tử sinh vật

a) Tác dụng tia phóng xạ lên phân tử Protein

Protein là phân tử có ý nghĩa rất lớn đối với sự sống, nó có nhiều chức năng như:

* Là các enzin xúc tác cho các phản ứng hóa sinh

* Giữ vai trò về mặt cấu trúc trong thành phần màng tế bào

* Có chức năng trong quá trình vận chuyển trao đổi chất

Tác dụng bức xạ ion hoá lên phân tử Protein rất phức tạp nhưng vẫn có những biến đổi phân tử dễ dàng phát hiện như:

Các thay đổi trên đây làm cho khả năng xúc tác của phản ứng xúc tác với phân tử cơ bản bị giảm xuống

b) Tác dụng phóng xạ lên axit nuclêic

Axít nuclêic là thành phần cơ bản của nucleotít, dưới tác dụng của enzin các loại nucleotít bị phân huỷ mạch thành các phân tử Protein đơn giản cấu tạo bởi axit amin và axít nuclêic

Các loại axít nuclêic như ARN và ADN có vai trò đặc biệt chúng tham gia ít nhất vào hai quá trình đặc biệt quan trọng của sinh vật sống đó là quá trình tích luỹ truyền thông tin và sinh tổng hợp

Khi chiếu xạ lên các axít nuclêic có thể xảy ra các hiệu ứng:

* Hai chuỗi xoắn kép ADN bị dứt

* Các phân tử ADN có thể liên kết với nhau tạo gen, đó là quá trình khâu dính các chuỗi polinucléit với nhau

* Trong phân tử ADN có thể xảy ra sự biến đổi gốc của bazơ, nitơ, các phân