Vai trò của công nghệ làm chậm chín quả. Các biện pháp Công nghệ Sinh học làm chậm chín quả

Công nghệ Sinh học trong Bảo quản chế biến nông sản GV hướng dẫn: PGS. TS. Ngô Xuân Mạnh - Trái cây chín chậm một yêu cầu cho cuộc sống: - Trái cây chín là một giai đoạn bình thường trong chu kỳ sinh t

tài:

3 Lê Văn Doanh 4 T ng Chí Công ố

5 Lê Th Tuy t ị ế 6 Nguy n H u Lung ễ ữ

7 Ngô Th Mai ị 8 Hoàng Văn D ươ ng

9 L u Th Ph ư ị ươ ng 10 Nguy n Văn Khoa ễ

11: Mông Th Thu ị

Th y ủ

12: Ph m Th Thùy Linh ạ ị

13 Nguy n H u Ti p ễ ữ ệ

Vai trò c a công ngh làm ch m chín qu ủ ệ ậ ả Các bi n pháp Công ngh Sinh h c ệ làm ch m chín quậ ệả ọ

I Đ t v n đ Đ t v n đ ặ ấ ặ ấ ề ề

- Trái cây chín là một giai đoạn bình thường trong  chu kỳ sinh trưởng của cây trồng. 

- Tiến trình này nhanh chậm tùy thuộc vào trạng  thái sinh lý của giống cây trồng nhưng trong đa 

số trái cây thực phẩm cho người tiêu dùng như 

cà chua dưa hấu và đu đủ là sự chín xảy ra rất  nhanh  gây  nên  những  thiệt  hại  cho  cả  người  trồng trọt và khách tiêu dùng.

- Do  trái  cây  chín  nhanh  nên  nhà  trồng  trọt  thường cố ép thu hoạch sớm khi trái cây chưa  chín, chưa đủ độ phát triển, chưa đạt tới thành  phần  dinh  dưỡng  của  trái  chín  mong  muốn  cho người sử dụng, và nhà thương mại bằng  mọi  cách  tạo  ra  trái  cây  chín  giả  tạo,  không 

đủ thành phần hóa học của độ chín.

- Hiện nay các khoa học gia đã nghiên cứu để tìm 

ra  phương  pháp  làm  chậm  tiến  trình  chín  của  trái cây giúp nhà trồng trọt có thể chủ động tiêu  thụ  nông  sản  và  đảm  bảo  cho  người  tiêu  dùng 

có  thể  sử  dụng  những  trái  cây  tươi  có  giá  trị  dinh dưỡng.

1 Vì sao cần trái cây chín chậm:

sử dụng sản phẩm tăng lên mang lại lợi ích  cho cả người sản xuất và người tiêu dùng. 

II N i dung nghiên c u ộ ứ

II N i dung nghiên c u ộ ứ

- Bảo  đảm  về  chất  lượng  rau  quả  trên  thị  trường. Nông dân yên tâm khi vận chuyển sản  phẩm  của  mình  trong  một  khoảng  thời  gian  dài mà không cần phải bảo quản lạnh. 

- Giảm thiệt hại sau thu hoạch. Kéo dài thời hạn 

sử dụng, người tiêu dùng yên tâm sử dụng trái  cây tươi và đảm bảo dinh dưỡng.

- Chín là một giai đoạn bình thường trong quá trình  trưởng thành của rau và quả. 

- Quá  trình  chỉ  xảy  ra  mạnh  mẽ  vài  ngày  trước  khi  rau và quả có thể ăn được. 

- Sự  chín  không  thể  tránh  khỏi  này  gây  thiệt  hại  không nhỏ cho cả nông dân và người tiêu dùng.

- S bi n đ i màu s c c a qu : ự ế ổ ắ ủ ả

- Sự  biến  đổi  này  theo  hướng  biến  đổi  nhanh  chóng clorophin mà không phân huỷ carotenoit,  trái lại trong nhiều quả carotenoit lại được tổng  hợp trong quá trình chín.

- Sự biến đổi màu sắc của quả:

- Ở giai đoạn xanh, diệp lục tố (chlorophylle) cho  màu xanh của trái. 

- Dưới  tác  dụng  của  enzym  chlorophyllase,  diệp  lục  tố  bị  phân  hủy  nên  để  lộ  ra  những  sắc  tố  khác đã có sẵn trong trái. 

- Các  sắc  tố  này  thường  tạo  thành  các  hợp  chất  phức tạp để khỏi tạo thành màu xanh lơ. 

- Sự biến đổi màu sắc của quả:

- Quá trình biến đổi sắc tố này xảy ra khác nhau ở  mỗi loại quả nên màu sắc của chúng cũng khác  nhau.

- Chẳng  hạn  ở  chuối,  hàm  lượng  clorophin  giảm  rất  nhanh  nhưng  hàm  lượng  caotenoit  không  giảm nên quả hoá vàng nhanh chóng. 

- Sự biến đổi màu sắc của quả: 

- Ở táo giảm hàm lượng clorophin nhưng lại tăng  hàm lượng xanthophin. 

- Ở cam quít, giảm nhanh hàm lượng clorophin và  tăng hàm lượng carotenoit. 

- Ở quả dâu đất, có sự tăng hàm lượng  antoxian 

và  flavon,  quá  trình  xảy  ra  mạnh  mẽ  dưới  tác  dụng  của  ánh  sáng  vì  có  sự  tham  gia  của  phytocrom .

- Sự biến đổi độ mềm của quả:  

- Khi  quả  chín,  pectat  canxi  gắn  chặt  các  tế  bào  với nhau lập tức bị phân huỷ dưới tác dụng của  enzim pectinaza.

- Hợp  chất  ethylene  cũng  hoạt  hóa  các  men  pectinase  giúp  thủy  phân  pectin  (loại  chất  giữ  cho  trái  cây  cứng)  khi  hoạt  động  của  men  này  chúng ta cảm nhận trái cây chín sẽ mềm hơn. 

- Sự biến đổi độ mềm của quả:  

- Hình dạng của trái cây và vỏ của trái cây do các  thành phần tạo nên sự trương cứng của mô và tế  bào của trái cây. 

- Những thay đổi thành phần của sự trương cứng 

sẽ làm thay đổi cấu trúc của trạng thái của mô 

và tế bào và làm thay đổi độ cứng của trái cây.

- Sự biến đổi độ mềm của quả:  

- Đây là kết quả hoạt hóa các hoạt động của các  men thủy phân được tổng hợp trong lúc trưởng  thành dưới sự có mặt của ethylene dẫn tới thay  đổi cấu trúc tế bào và mô làm mất đi sự kết dính  giữa các tế bào và những thay đổi áp suất thẩm  thấu, kết quả làm cho trái cây mềm.

- Sự biến đổi mùi thơm của quả:  

- Khi quả chín thì xuất hiện các mùi đặc trưng cho  từng loại quả. 

- Sự chín đã hoạt hoá quá trình tổng hợp các chất  gây  mùi  thơm  đặc  trưng  có  bản  chất  este,  aldehyt hoặc xeton.

- Đây  là  quá  trình  xảy  ra  có  liên  quan  đến  hoạt  động  của  các  enzim  đặc  trưng  cho  từng  loại  quả.

- Sự biến đổi hương vị của quả:  

- Tùy theo trái, tỷ lệ đường khác nhau và thay đổi  tùy độ chín. 

- Các hợp chất như tanin, axít hữu cơ, alcaloit bị  phân  hủy  nhanh  chóng,  đồng  thời  các  đường  đơn  xuất  hiện  (xaccaroz,  fructoz  )  nên  vị  ngọt  tăng lên …

- Người  tiêu  dùng  có  thể  mua  được  hàng  hóa  tốt với giá tiền phù hợp.

3. Vai trò của công nghệ chín chậm

- Nông dân yên tâm khi vận chuyển sản phẩm của  mình trong một khoảng thời gian dài mà không  cần phải bảo quản lạnh.

- Giảm thiệt hại sau thu hoạch. 

- Quả  DR  có  độ  cứng  cao  hơn  quả  thông  thường do đó nó không bị bầm dập trong quá  trình  vận  chuyển  và  thời  gian  lưu  thông  trên  thị trường lâu hơn.

- Kéo dài thời hạn sử dụng nhưng rau quả vẫn  tươi ngon.

3. Vai trò của công nghệ chín chậm

- Ng ườ i ta cho r ng phytohormone này thúc đ y quá ằ ẩ trình chín c a r t nhi u loài qu nh : chu i, d a, ủ ấ ề ả ư ố ứ

cà chua, xoài, d a h u và đu đ ư ấ ủ

- Nó đ ượ c t o ra nhi u n ng đ khác nhau ph ạ ở ề ồ ộ ụ thu c vào nhi u lo i qu ộ ề ạ ả

- Khi n ng đ ethylene đ t t 0,1 đ n 1,0 ppm (Ph n ồ ộ ạ ừ ế ầ

tri u) thì b t đ u x y ra quá trình chín c a qu ệ ắ ầ ả ủ ả vùng nhi t đ i ệ ớ

- S n ph m ethylene trong qu là tín hi u cho ho t ả ẩ ả ệ ạ

đ ng c a nhi u lo i enzyme khác nhau d n đ n ộ ủ ề ạ ẫ ế

nh ng thay đ i sinh lý nh trên ữ ổ ư

- Ả nh h ưở ng không t t c a Ethylene đ i v i quá ố ủ ố ớ trình b o qu n t ả ả ươ i:

- Tăng c ườ ng đ hô h p, do đó làm gi m nhanh ộ ấ ả

l ượ ng ch t khô d tr , hao h t kh i l ấ ự ữ ụ ố ượ ng t ự nhiên l n nên ch t l ớ ấ ượ ng qu chu i gi m nhanh ả ố ả trong th i gian b o qu n ờ ả ả

- Kích thích s xu t hi n và gây h i c a các vi sinh ự ấ ệ ạ ủ

v t gây th i h ng, m t s nghiên c u v nh ậ ố ỏ ộ ố ứ ề ả

h ưở ng etylen đ n quá trình h h ng các lo i rau ế ư ỏ ạ

qu cho r ng có đ n 50% thi t h i, h h ng trên ả ằ ế ệ ạ ư ỏ

qu có liên quan đ n etylen ả ế

Cơ chế sinh tổng hợp Ethylene:

- Từ  methionine  (MET)  chuyển  hoá  thành  S­ adenosyl methionine (SAM) nhờ tác dụng xúc  tác của enzym SAM­synthetaza. 

- Từ  SAM  chuyển  hóa  theo  2  con  đường  khác  nhau: 

- Một phần tổ hợp lại axit amin MET để tiếp  tục  quá  trình  sinh  tổng  hợp  trong  cơ  thể  sinh vật. 

aminocyclopropane  1­cacboxylic  axit  (ACC)  nhờ  tác  dụng  xúc  tác  của  enzym  ACC­synthetaza. 

- Cơ chế sinh tổng hợp Ethylene:

- Khi quả còn xanh, con đường hình thành trở  lại MET xảy ra mạnh và sự hình thành ACC là  yếu hơn. 

- Quá  trình  này  sẽ  diễn  ra  ngược  lại  khi  quả  chín  dần.  Từ  ACC  chuyển  hoá  thành  etylen  (C2H4) nhờ tác dụng xúc tác của enzym ACC­ oxydaza. 

- Cơ chế sinh tổng hợp Ethylene:

- Các ion kim loại nặng như bạc (Ag), coban (Co),  titan (Ti), thuỷ ngân (Hg), paladi (Pd).

- Các ion kim loại nặng kể trên có thể ức chế quá  trình  chuyển  triptophan  thành  ACC  (chất  tiền  thân của etylen), do đó etylen không được hình  thành. 

- Chính vì vậy, chúng ta có thể kéo dài thời gian  bảo quản. 

- Ngoài  tác  dụng  kể  trên,  ion  kim  loại  còn  được  biết như một chất kháng etylen tiềm tàng. 

- Nó  gây  trở  ngại  đối  với  các  vị  trí  liên  kết  của  etylen, ức chế sự trao đổi etylen, hình thành một  phức  dietylen  thực  sự  do  đó  có  tác  dụng  như  một chất kháng etylen. 

- Hiện nay, việc sử dụng các chất kháng etylen có  nguồn gốc ion kim loại nặng có một số nhược  điểm như: 

- Các  dung  dịch  chứa  các  ion  kim  loại  nặng  không bền vững nếu để thời gian dài. 

- Sự  tồn  dư  các  hàm  lượng  ion  kim  loại  này  trong nước và đất, chúng gây nên ảnh hưởng  đến môi trường và sức khoẻ của cộng đồng. 

- Vì  vậy,  phương  án  sử  dụng  chất  kháng  etylen  này không được khuyến khích sử dụng nhiều

- Các  chất  oxy  hóa  mạnh  như  ozon  (O3),  thuốc  tím (KMnO4), tia cực tím (UV) sẽ oxy hóa ngay  lập tức etylen trước khi chúng gây ra những tác  động xấu. 

- Ngoài các chất kháng etylen kể trên, trong bảo  quản  chuối  tươi  còn  áp  dụng  các  biện  pháp  khác để hạn chế tối đa những tác động xấu của  etylen như: làm giảm nhanh chóng etylen cùng  với  nhiệt  lượng  cao  ra  khỏi  phòng  bảo  quản  bằng thông gió sao cho nồng độ etylen nhỏ hơn  0,01µl/l. 

- Người ta cũng có thể bảo quản ở nhiệt độ thấp,  nồng độ CO2 thấp tức là ức chế sự hình thành  ACC nên etylen sẽ không được tạo thành. Theo  kết  quả  nghiên  cứu  cho  thấy,  khi  sử  dụng  KMnO4 để hấp thụ etylen trong bảo quản chuối  thì thời gian bảo quản sẽ tăng lên 3 lần so với  khi không sử dụng KMnO4. 

- Nếu cân bằng các chất kích thích sinh trưởng và 

ức chế sinh trưởng hay cụ thể là cân bằng Gib  (Gibberellin),  thì  tác  động  của  etylen  lên  quá  trình chín của quả sẽ giảm. 

- Các  chất  kích  thích  sinh  trưởng  Gib  có  ứng  dụng rộng rãi để kháng lại tác động của etylen. 

- Etylen  kích  thích  sự  chín  của  quả  thì  việc  sử  dụng các chất chống lại sự hình thành etylen sẽ 

có  tác  dụng  ngược  lại,  nghĩa  là  làm  chậm  sự  chín. 

- Đây chính là mục đích mà sử dụng chất kháng  etylen (Retain ­ AVG) cho quá trình nghiên cứu  kéo dài thời gian bảo quản. 

- Retain ­ AVG là một chất điều hoà sinh trưởng  thực vật, có chứa 15% thành phần hoạt động đó 

là AVG.

- Retain  ­  AVG  là  một  hợp  chất  có  tác  dụng  ức  chế một cách hoàn toàn hoạt động của enzym  ACC­  synthetaza,  là  enzym  giữ  vai  trò  quan  trọng  trong  việc  xúc  tác  quá  trình  hình  thành  etylen. 

- Do đó, làm trì hoãn quá trình chín của quả, duy  trì  được  hương  thơm  của  quả  trong  quá  trình  bảo  quản.  Đồng  thời  Retain  ­  AVG  cũng  làm  giảm hiện tượng rụng hoa quả trên cây 

2 Ti p c n v i công ngh chín ch m ế ậ ớ ệ ậ

2 Ti p c n v i công ngh chín ch m ế ậ ớ ệ ậ

- Đi u khi n quá trình chín ch m: ề ể ậ

- Đi u khi n s t ng h p ethylene: ề ể ự ổ ợ

- Đi u khi n vi c nh n Ethylene: ề ể ệ ậ

- Ứ c ch ho t tính c a polygalacturonase: ế ạ ủ

pháp đ đi u khi n quá trình chín ch m b ng công ể ề ể ậ ằ ngh bi n đ i gen: ệ ế ổ

cách “đóng” ho c làm gi m s t o ethylene trong qu , ặ ặ ả ả ự ạ ự ạ ả ả theo m t s cách sau đây: ộ ố

theo m t s cách sau đây: ộ ố

a c ch s bi u hi n c a gen ACC synthase Ứ ế ự ể ệ ủ

a c ch s bi u hi n c a gen ACC synthase Ứ ế ự ể ệ ủ

- ACC (1–Aminocyclopropane–1–Carbonxylic acid) synthase là enzyme ch u trách nhi m chuy n hóa S- ị ệ ể

synthase là enzyme ch u trách nhi m chuy n hóa S- ị ệ ể

Adenosylmethiomine (SAM) thành ACC.

- T b T b ừ ướ ừ ướ c th hai t i b c th hai t i b ứ ứ ớ ướ ớ ướ c cu i cùng trong quá trình c cu i cùng trong quá trình ố ố sinh t ng h p ethylene ổ ợ

sinh t ng h p ethylene ổ ợ

antisense ho c m t đo n c a b n sao gen synthase ặ ộ ạ ủ ả

antisense ho c m t đo n c a b n sao gen synthase ặ ộ ạ ủ ả

đ ượ c chuy n vào trong genome c a th c v t ể ủ ự ậ

đ ượ c chuy n vào trong genome c a th c v t ể ủ ự ậ

b Chuy n gen ACC diaminase ể

- Gen mã hóa cho enzyme này nh n đ Gen mã hóa cho enzyme này nh n đ ậ ậ ượ ượ c t m t vi c t m t vi ừ ừ ộ ộ khu n đ t (Pseudomonas chlororaphis) không gây ẩ ấ

khu n đ t (Pseudomonas chlororaphis) không gây ẩ ấ

b nh ệ

b nh ệ

- Vi khu n này có kh năng chuy n hóa ACC thành Vi khu n này có kh năng chuy n hóa ACC thành ẩ ẩ ả ả ể ể

m t phân t khác, nh v y làm gi m l ộ ử ờ ậ ả ượ ng ACC có

m t phân t khác, nh v y làm gi m l ộ ử ờ ậ ả ượ ng ACC có

th nh n đ ể ậ ượ c đ t o ethylene ể ạ

th nh n đ ể ậ ượ c đ t o ethylene ể ạ

- Ph Ph ươ ươ ng pháp này cũng t ng pháp này cũng t ươ ươ ng t nh ACC ng t nh ACC ự ự ư ư diaminase, b ng cách gi m ti n ch t c a ethylene ằ ả ề ấ ủ

- Khi ethylene có tín hi u b t đ u cho vi c chín qu , Khi ethylene có tín hi u b t đ u cho vi c chín qu , ệ ệ ắ ắ ầ ầ ệ ệ ả ả

phân gi i pectin, ch t duy trì đ c ng cho thành t bào ả ấ ộ ứ ế

phân gi i pectin, ch t duy trì đ c ng cho thành t bào ả ấ ộ ứ ế

khoa h c đã chuy n gen antisene ho c m t đo n b n sao ọ ể ặ ộ ạ ả

c a gen PG vào trong genome c a th c v t d n đ n s ủ ủ ự ậ ẫ ế ự

c a gen PG vào trong genome c a th c v t d n đ n s ủ ủ ự ậ ẫ ế ự

c ch t o ra enzyme PG.

ứ c ch t o ra enzyme PG ế ạ