thay đổi sinh lý và sinh hóa trong quá trình chín của quả

II,Những biến đổi sinh lý,sinh hóa trong quá trình chín. 2.Ethylen và sự chín 2.3,Chất ức chế ethylen 3. Những thay đổi trong quá trình chín 4, Tóm tắt các thay đổi xảy ra trong quá trình chín của thịt quả

Học viện nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thực phẩm

- -Tiểu luận : Hóa sinh thực phẩm

Đề tài : Sự biến đổi sinh lý,sinh hóa của rau quả trong

quá trình chín

Giảng viên hướng dẫn: TS.Lại Thị Ngọc Hà

Nhóm: 07

Hà Nội,2018

Danh sách sinh viên

Thanh

10

I,Giới thiệu chung

Rau quả là một trong những loại thực phẩm không thể thiếu trong thực đơn dinh dưỡng của mỗi người,chúng chứa rất nhiều thành phần dinh dưỡng như :

vitamin,protein,chất khoáng,chất xơ Các loại rau quả ở những độ chín khác nhau thường có những giá trị dinh dưỡng,giá trị thương phẩm khác nhau do những biến đổi về sinh lý và sinh hóa xảy ra trong quá trình chín đã làm thay đổi cấu

trúc,thành phần dinh dưỡng,màu sắc và hương vị của rau quả

II,Những biến đổi sinh lý,sinh hóa trong quá trình chín.

1,Quá trình chín

Sự chín và trưởng thành đối với trái cây và rau thường khó xác định Chúng thường được sử dụng để xác định trạng thái thích hợp để thu hoạch và để ăn

Sự chín của quả là sự phối hợp ở mức độ cao ,theo như di truyền thì hiện tượng này là một quá trình dẫn đến sự phát triển quả chín mềm và ăn được với các thuộc tính chất lượng mong muốn thông qua hàng loạt các thay đổi sinh lý,sinh hóa và cảm quan

Độ chín xác định sự sẵn sàng cho thu hoạch.Đó là kết quả của những thay đổi phức tạp mà chúng có thể xảy ra độc lập với nhau

Chín là kết thúc quá trình phát triển của quả và bắt đầu già hóa

Sự phát triển và sinh trưởng của quả chỉ được hoàn thành khi nó còn trên cây nhưng chín và già hóa có thể xảy ra khi quả đã được thu hoạch.Trái cây thường được thu hoạch khi chín hoặc khi trưởng thành,một số có thể được tiêu tụ như rau

có thể thu hoạch trước khi trưởng thành(ví dụ như quả bí)

Trong rau giai đoạn chín không xảy ra và chúng được thu hoạch ở nhiều độ tuổi sinh lý.Vì vậy khó phân biệt sự thay đổi khi trưởng thành đến già hóa trong rau Trong quá trình chín có sự thay đổi về tốc độ hô hấp,sinh tổng hợp và sự phát triển của hormone chín ethylene Dựa vào hô hấp và sinh tổng hợp ethylene trong quá trình chín,trái cây thu hoạch có thể được phân loại là quả hô hấp đột biến và quả hô hấp không đột biến.Hô hấp đột biến là một giai đoạn trong sự phát triển của trái cây trong đó một loạt các thay đổi sinh hóa được bắt đầu bằng cách sản xuất tự động của ethylene làm thay đổi từ phát triển đến già hóa và có sự gia tăng hô hấp dẫn đến chín trái cây.Hiện tượng này được quan sát lần đầu tiên bởi Kiss và West vào năm 1925

Quả hô hấp đột biến:

chúng được thu hoạch khi đã hoàn toàn trưởng thành,có thể chín khi đã được hái khỏi cây mẹ.Chúng tạo ra một lượng lớn ethylene cùng với quá trình chín của chúng,khi tiếp xúc với xử lý ethylene sẽ chín nhanh hơn và đồng đều hơn.Tốc độ hô hấp là tối thiểu khi trưởng thành và vẫn

khá ổn định,ngay cả sau khi thu hoạch.Tốc độ sẽ tăng đột ngột đến đỉnh điểm chỉ khi quá trình chín sắp diễn ra và sau đó nó sẽ từ từ giảm.Làm mềm trái cây,thay đổi màu sắc,phát triển hương vị và hương thơm và một số thông số khác của quá trình chín liên quan đến chu trình hô hấp đột biến

Tác động của ethylen đối với quả hô hấp đột biến

Quả hô hấp không đột biến: chúng không có khả năng tiếp tục quá trình chín khi

đã tách khỏi cây mẹ.Ngoài ra,các loại trái cây này tạo ra một lượng rất nhỏ etylrn nội sinh và không đáp ứng với việc xử lý ethylene bên ngoài Quả hô hấp không đột biến cho thấy sự biến đổi về cường độ hô hấp và sự sản sinh ethylen tương đối thấp trong suốt quá trình chín

Bảng 1 : Một số loại quả hô hấp đột biến và hô hấp không đột biến

Quả hô hấp đột biến Quả không hô hấp đột biến

Bơ

Chuối

Cacao Đào lộn hột

Mãng cầu xiêm,

Ổi

Xoài

Đu đủ

Sầu riêng

Cà chua

Vải Măng cụt Cam Dứa Chôm chôm Táo

2.Ethylen và sự chín

Ethylene là hormone chín ở trái cây, một lượng nhỏ ethylen có thể kích hoạt sự chuyển hóa của tế bào bao gồm chín và già hóa

Đối với quả chưa chín ethylene được sản sinh ra với một số lượng nhỏ (0.01-0.05 phần triệu không khí nội bộ ) nhưng khi quá trình chín bắt đầu lượng ethylene sinh

ra tăng gấp hàng nghìn lần so với khi quả chưa chín

Việc xử lý quả hô hấp đột biến khi chưa chín với nồng độ ethylene thấp gây ra sự tăng cường độ hô hấp đột biến và sự khởi phát của quá trình chín đồng thời kích thích mô quả sinh ra ethylen riêng Do đó, nếu nguồn cung cấp ethylene bên ngoài được loại bỏ, thì quá trình làm chín cũng sẽ không bị gián đoạn

Ở quả không hô hấp đột biến, sự sản sinh ethylene không tăng lên khi chín nhưng việc xử lý ethylen ở quả chưa chín để kích thích cường độ hô hấp tăng lên

và đẩy mạnh một số thay đổi liên quan đến chín như tỉ lệ mất màu xanh ở vỏ Tuy nhiên, điều đó không kích thích mô của quả có múi tạo ra nguồn cung cấp ethylene riêng và do đó, nếu nguồn cung cấp ethylene bên ngoài được loại bỏ, thì tỷ lệ hô

hấp và mất màu xanh trở về mức ban đầu.

Tác động của ethylen đối với quả không hô hấp đột biến

Ethylene đóng vai trò không quan trọng trong sự trưởng thành của hầu hết các loại rau Nói chung nó được sản sinh với số lượng nhỏ trong suốt vòng đời của rau

và không có sự sản sinh đột ngột khi nó đã trưởng thành Trong rau không có sự gián đoạn đột ngột cường độ hô hấp Tuy nhiên, sự thay đổi quá trình trao đổi chất được nhận thấy khi xử lý rau với ethylen Ví dụ như tỷ lệ hô hấp của khoai tây tăng lên khi có một lượng nhỏ ethylene trong khi đó cà rốt sản xuất ra một hợp chất vị

đắng isocoumarin.

2.1 Sinh tổng hợp ethylen-khởi đầu quá trình chín.

Ethylene được tổng hợp từ methionine theo ba bước:

-Bước 1: Chuyển đổi methionine thành S-adenosyl-L-methionine (SAM) được xúc tác bởi enzyme SAM synthetase

-Bước 2: Sự hình thành của 1-aminocyclopropane-1-carboxylic axit (ACC)

từ SAM qua hoạt động ACC synthase (ACS)

-Bước 3: Chuyển đổi ACC sang ethylene, được xúc tác bởi ACC oxidase (ACO) Khi bắt đầu sự chín của trái cây, biểu hiện gen tổng hợp phức ACC được hoạt động, dẫn đến tăng sản sinh ACC.Trong hầu hết các trường hợp,sự hoạt động của ACC giúp quyết định tỷ lệ sinh tổng hợp ethylen

Chu trình yang

2.2,Tác động của ethylen

Ethylen là chất kết hợp cùng với các kích thích tố (hormone) thực vật khác (auxin ,gibberlin , kinin và abscissic acid ) để kiểm soát quá trình chín Hiện nay chưa xác định rõ mối quan hệ của các hoocmone thực vật trong quá trình chín Các loại trái cây khác nhau thì quá trình tạo ra ethylen cũng khác nhau Quá trình tổng hợp ethylen của trái cây hô hấp đột biến và hô hấp không đột biến sẽ khác nhau Quá trình tổng hợp ethylen trong trái cây được cho là sự tự xúc tác Trái cây hô hấp đột biến tiếp xúc với propylen bắt đầu tổng hợp ethylen theo cách tự xúc tác (trái cây loại này hô hấp mạnh , tạo ra ethylen ) ; còn trái cây hô hấp không đột

biến thì không xảy ra phản ứng tự tổng hợp Để điều chỉnh sự sinh tổng hợp ethylen thì nó được đề xuất ra 2 hệ thống

Hệ thống 1:

Nó phổ biến cho trái cây hô hấp đột biến ,hô hấp không đột biến và chịu trách nhiệm cơ bản trong việc sản xuất ethylen,ethylen được tạo ra khi mà mô bị tổn thương Hệ thống này hoạt động trong quá trình tăng trưởng và phát triển và trong các phản hồi ứng suất Nó tương ứng với việc tạo ra lượng ethylen thấp ở thời kì trước khi chín của trái cây hô hấp đột biến Hệ thống này có khả năng ức chế tự động sao cho ethylen ngoại sinh ức chế tổng hợp và ức chế hoạt động ethylen có thể kích thích sự tạo ra ethylen

Tuy nhiên , ứng dụng bên ngoài của ethylen trong trái cây hô hấp không đột biến

có thể đẩy nhanh quá trình trong một số trường hợp

Hệ thống 2 :

Hệ thống này hoạt động trong quá trình lão hóa và chín quả Nó đề cập đến việc kích thích tự động lớn tạo ra ethylen , được gọi là tổng hợp tự phân tích và đặc trưng cho trái cây hô hấp đột biến Chất ức chế hoạt động ethylen ức chế tạo ra ethylen

Ngoài việc kích thích sự chín muồi của các loại quả hô hấp đột biến và một số loại trái cây hô hấp không đột biến, ethylen cũng là nguyên nhân tổng hợp nên anthocyanin, sự thoái hóa chất diệp lục ,nảy mầm hạt hình thành rễ, rụng lá ,sự bắt đầu của hoa,hô hấp và sự trao đổi chất của phenyl propanoid

Hình B Quá trình tổng hợp ethylene từ hệ thống 1 sang hệ thống 2

Hình A Ethylene tác động đến quá trình chín của quả 2.3,Chất ức chế ethylen

Hóa chất ức chế sự tổng hợp etylen hoặc ức chế hoạt động của nó gọi là chất ức

chế etylen

Chất ức chế sự tổng hợp etylen: Những hợp chất này ngăn chặn sự tổng hợp ACC

từ SAM, ví dụ: Aminoethoxy vinyl glyxin, amino axetic, vvv

Chất ngăn chặn tác động etylen: ức chế trực tiếp tác dụng của etylen như bạc thiosulphate, cacbon dioxit, nickel, coban, mety xiclo propan, norbonadiene, vv

Bảng phân loại hoa quả theo lượng etylen tại 20◦C

Rất thấp <0.1 Atiso, măng tây, súp lơ, dâu tây anh đào, lựu,

các loại rau lá, khoai tây Thấp 0,1 - 1 Việt quất, dưa chuột, cà tím, đậu bắp, ô liu,

tiêu, hồng, dứa, bí ngô, mâm xôi, dưa hấu Vừa phải 1 10 Chuối vải, ổi, dưa, mật, xoài,khoai

cao 10 100 Táo, mơ, bơ, dưa đỏ, kiwi, xuân đào, đu đủ

3 Những thay đổi trong quá trình chín

Trái cây đang chín liên quan đến những thay đổi hóa sinh phức tạp, bao gồm sự thành thục của hạt, thay đổi màu sắc, hình thành tầng dời ( tách khỏi cây mẹ), kết cấu mềm ra, sản sinh hương vị thơm ngon, lớp sáp phát triển trên vỏ quả, thẩm thấu mô và thay đổi thành phần carbohydrat , acid hữu cơ và protins Trong quá trình chín thành phần của quả bị thay đổi do hình thành các hợp chất mới hoặc suy thoái của một số hợp chất khác Trong số các thay đổi sinh ly và sinh hóa xảy ra, thay đổi trong hương vị, màu sắc và kết cấu là rất quan trọng, tính chất có thể chấp nhận được của trái cây

3.1 Thay đổi màu sắc

Sự thay đổi màu sắc của chuối trong quá trình chin

Sự thay dổi màu sắc của cà chua trong quá trình chin

Sắc tố là cần thiết cho sự hấp dẫn của trái cây và thường được tích lũy trên vỏ quả trong quá trình chín.Màu sắc thường là tiêu chuẩn được sử dụng bởi người tiêu dùng để xác định quả chín hay chưa chín Như quả già và chín, màu xanh dần dần biến mất và thay thế bằng màu vàng , đỏ hoặc màu sắc khác do sự hiện diện của các sắc tố phụ, đó là đặc trưng của các giống khác nhau

- Sự hình thành của sắc tố: Trong suốt quá trình chin có sự phát triển của các enzyme xúc tác cho sự hình thành của sắc tố Các sắc tố chính được hình thành và tích trữ: -caroten, xanthophyll esters, xanthophylls và lycopene Các anthocyanins(chất sắc) được hình thành một phần từ acid acetic và một phần

từ amino acid, phenylalanine Carotenoids là các hợp chất terpenoids và có nguồn gốc từ acetyl CoA qua con đường acid mevalonic Carotene chính được sản xuất ra là phytoene được chuyển hóa tiếp để tạo ra sắc tố carotenoid khác

- Sự suy thoái của sắc tố: Quả hô hấp đột biến cho thấy sự mất màu xanh lá cây nhanh chóng với chất lượng sử dụng đạt tối ưu Một và quả hô hấp không đột biến cũng có dấu hiệu mất màu xanh lá cây chất lượng đạt tối ưu Màu xanh lá cây mất đi là do sự suy thoái kết cấu của chlorophyll Các yếu tố chính gây ra

sự thay đổi chlrophyll là: sự thay đổi pH( chủ yếu do sự rò rỉ của các acid hữu

cơ tạo thành không bào), hệ thống oxy hóa và enzyme chlorophyllase.

3.2 Sự thay đổi hương vị.

Hương vị của trái cây phụ thuộc vào sự tổng hợp của một số hương liệu phức hợp, mỗi loại trái cây đều có hương vị khác nhau Một số các hợp chất là phức tạp và 1

tỷ lệ lớn các hợp chất là những chất dễ bay hơi trong tự nhiên toả ra hương thơm đặc biệt Những hợp chất hương phức hợp có trọng lượng rất thấp gồm ancol , anđehit, este, lactose, các hợp chất chứa lưu huỳnh và 1 số nhóm hoá học khác Ở

cả quả hô hấp đột biến và không đột biến , mùi thơm dễ bay hơi quan trọng nhất và tăng lên trong suốt quá trình chín là este

Sự hình thành các hương vị.

- Sinh tổng hợp: Sự giá tăng hương vị và hương thơm trong trái cây chín là sự

đóng góp của các sản phẩm hỗn hợp phức tạp của phức hợp để bay hơi và làm giảm sự chua chát nguyên chất : flavanoid, tannins và phức hợp liên quan Tổng

hợp sinh học của các phân tử dễ bay hơi là 1 quá trình phức tạp của trái cây còn nguyên vẹn Ancol và Anđehit tạo ra sau sự trao đổi chất amino axit của oxo-đường tương ứng Một vài hương thơm khác được tổng hợp thì quá còn oxo-đường dẫn xuất isoprene Axit hữu cơ khác cũng hoạt động như chất nền cho sản xuất hương

vị Một số loại hương vị quan trọng khác như monoterpenes, sesquiterpenes tạo thành từ amino axit, đường và lipit

Chất dễ bay hơi của thực vật trong tự nhiên như este béo, ancol, axit và cacbonyl được chuyển hoá từ axit béo metabolism Hầu hết trái cây chưa chín như táo , chuối và dâu tây trong suốt quá trình chín sản sinh đa dạng nhiều axit béo là sự chuyển hoá từ este ,ketones, ancol thông qua B- oxidation

- Phản ứng phân hủy: Một số chất dễ bay hơi được tạo ra khi thuỷ phân mô trái

cây tức là các hợp chất chịu trách nhiệm về hương vị và hương vị đặc trưng không

có trong dưa chuột nguyên vẹn nhưng được hình thành bởi sự phân hủy enzyme của các axit béo của màng tế bào bị phá vỡ khi chất kết dính bị cắt hoặc nhai

Tannins( chất chuyển hóa thứ cấp) và các thành phần phenolic khác, có trong các loại trái cây truyền đạt khả năng làm se Lượng nhỏ của sự phóng đại là rất cần thiết cho hương vị của nhiều trái cây nhưng mức độ cao được tìm thấy trong trái cây chưa chín khiến chúng không thể chấp nhận được Trong quá trình chín tannins phân hủy 1 phần hoặc trùng hợp thành các sản phẩm làm se

Quá trình chín tạo ra sự phân hủy các polyme carbohydrate, bởi các carbohydrate khác nhau và dẫn đến tổng lượng chuyển hoá gần như tình bột thành đường Điều này có tác dụng kép của việc thay đổi hương vị và kết cấu của sản phẩm Sự giả tăng đường làm cho trái cây ngọt hơn và do đó có thể chấp nhận được Tuy nhiên

có nhiều ngoại lệ cam và bưởi hàm lượng axit giảm xuống trong quá trình chín, trong khi chanh có sự tăng axit Tổng hợp axit ascorbic cũng có tác dụng trong nhiều loại quả trong quá trình chín

Nói chung , độ giảm axit như axit hữu cơ được sử dụng trong hô hấp của trái cây

Tỷ lệ đường với axit và lượng tuyệt đối của cả đường và axit là quan trọng trong chất lượng hương vị của nhiều trái cây chín

Sự phân hủy của polysaccharids bởi các enzyme không chỉ mang lại vị ngọt điển hình, mà còn là tiền thân của nhiều hợp chất hương vị thơm

3.3 Thay đổi cấu trúc

Sự thay đổi cấu trúc là hiện tượng quan trọng trong việc làm mềm trái cây và

là một phần không thể tách rời của quá trình chín, là kết quả của sự phân hủy cấu trúc của enzyme cũng như lưu trữ các polysaccharides Quá trình làm mềm cấu trúc có tầm quan trọng trong thương mại vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hạn sử dụng của trái cây và khả năng chấp nhận của người tiêu dùng Thành tế bào trái cây bị thoái hóa tự nhiên trong suốt quá trình chín của quả, làm giảm độ cứng của thành tế bào và sự kết dính giữa tế bào Dẫn đến trước tiên là việc đạt được một cấu trúc mong muốn sử dụng nhưng sau đó, khi lão hóa bắt đầu, kết cấu mong muốn này sẽ bị mất đi

Cấu trúc trái cây bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tính toàn vẹn của cấu trúc của vách tế bào, thành tế bào và phiến giữa, sự tích tụ của polysaccharides lưu trữ

và áp suất thẩm thấu tạo ra trong các tế bào bởi hiện tượng thẩm thấu Thay đổi áp suất thẩm thấu, sự phân hủy các polysaccharides và tinh bột của tế bào xác định mức độ làm mềm của trái cây Các polysaccharides điều chỉnh quá trình chín là pectin, cellulose, và hemicellulose Hoạt tính của amylase tăng lên đến mức độ nào

đó trong quá trình chín quả Tinh bột hầu như được thủy phân thành các đường tự

do, do đó góp phần làm nới lỏng cấu trúc tế bào và làm mềm các tế bào trong quá trình chín

Pectin là chất chính liên quan đến sức mạnh cơ học của thành tế bào sơ cấp, các phiến kính giữa và góp phần tạo cấu trúc quả Trong quá trình chín, làm mềm trái cây là do sự chuyển đổi protopectin - một chất không tan trong dnước, khi quả chín chuyển dần thành pectin hòa tan Sau sự hòa tan pectin là quá trình phân hủy

và đổi mùi; Những thay đổi này đi cùng với sự mất mát rất nhiều đường trung tính

và axit galacturonic, tiếp theo là sự hòa tan các chất cặn còn lại và oligosaccharides