Tài liệu Nghiên cứu khả năng bảo quản cà chua của chitosan hòa tan trong các dung môi khác nhau

i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp tôi đã được học hỏi cũng như bổ sung thêm nhiều kiến thức, kinh nghiệm thực tế mà trong quá trình học mà trong quá trình học chưc có cơ hội tìm hiểu. Trong quá trình thực hiện tuy còn gặp nhiều khó khăn nhưng tôi cũng thực hiên xong đề tài nhà trường giao, được như vậy là nhờ sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa đã tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện đề tài này. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Công Minh, thầy Hoàng Ngọc Cương và đặc biệt là thầy Trang Sĩ Trung – thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện đề tài này và các thầy cô giáo đã tận tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm của bộ môn cũng như các thầy cô khác đã nhiệt tình hướng dẫn cũng như tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt đề tài này. Sinh viên Phạm Thị Thu Vân ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN....................................................Error! Bookmark not defined. LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................i MỤC LỤC ..............................................................................................................ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... v DANH MỤC BẢNG .............................................................................................vi DANH MỤC HÌNH ..............................................................................................vii MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................3 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÀ CHUA ........................................................................4 1.1.1 Đặc điểm của cà chua .............................................................................4 1.1.2. Thành phần hóa học................................................................................6 1.1.3. Vai trò của cà chua .................................................................................8 1.2. TỔNG QUAN VỀ RAU QUẢ TƯƠI............................................................8 1.2.1. Các biến đổi của rau quả tươi sau thu hoạch ..........................................8 1.2.1.1. Biến đổi sinh hóa .............................................................................8 1.2.1.2. Biến đổi vật lý................................................................................ 11 1.2.1.3. Biến đổi hóa học ............................................................................ 13 1.2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN RAU QUẢ TƯƠI....................... 14 1.2.2.1. Nguyên lý bảo quản rau quả tươi ................................................... 14 1.2.2.2. Các phương pháp bảo rau quả tươi ................................................ 15 1.3.2. Chitin ................................................................................................... 21 1.3.2.1. Cấu trúc của phân tử chitin............................................................. 21 1.3.2.2. Tính chất của chitin........................................................................ 22 1.3.3. Chitosan .............................................................................................. 22 1.3.3.1. Cấu trúc phân tử của chitosan......................................................... 22 1.3.3.2. Tính chất của chitosan.................................................................... 23 1.3.4. Ứng dụng của chitosan ......................................................................... 24 iii CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................... 30 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ..................................................................... 31 2.1.1. Cà chua................................................................................................. 31 2.1.2. Chitosan ............................................................................................... 31 2.1.3. Hóa chất ............................................................................................... 31 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................. 31 2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm.............................................................. 31 2.2.1.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát .................................................. 32 2.2.1.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ chitosan để giữ tươi cà chua trong acid acetic ................................................................................. 33 2.2.1.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ chitosan để giữ tươi cà chua trong acid lactic .................................................................................. 34 2.2.1.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ chitosan để giữ tươi cà chua trong acid citric .................................................................................. 35 2.2.1.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định khả năng bảo quản cà chua của chitosan trong các dung môi khác trong quá trình bảo quản. ....................... 36 2.2.2 Phương pháp phân tích và xác định các chỉ tiêu..................................... 38 2.2.2.1.Phương pháp phân tích cảm quan .................................................... 38 2.2.2.2. Phương pháp xác định tỷ lệ hao hụt trọng lượng ............................ 39 2.2.2.3. phương pháp xác định hàm lượng acid tổng số .............................. 40 2.2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng đường ...................................... 40 2.2.2.5. Phương pháp xác định hàm lượng caroten ..................................... 40 2.2.2.6. Phương pháp xác định hàm lượng lycopen .................................... 40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ 41 3.1. Thành phần hoá học của nguyên liệu.......................................................... 42 3.2. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến các chỉ tiêu cảm quan của cà chua trong thời gian bảo quản ............................................................................ 42 3.2.1. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến màu sắc trạng thái bên ngoài của cà chua trong thời gian bảo quản ................................................... 42 iv 3.2.2. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến mùi vị của cà chua trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh (8 ÷ 12oC).................... 47 3.2.3. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến cấu trúc bên trong của cà chua bảo quản ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh (8 ÷ 12oC). ......................... 50 3.3. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến tỷ lệ hao hụt khối lượng của cà chua trong thời gian bảo quản........................................................................ 53 3.4. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hàm lượng acid tổng số của cà chua trong thời gian bảo quản ............................................................................ 56 3.5. Ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng đường tổng số của cà chua trong thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh........................................ 59 3. 6. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hàm lượng caroten của cà chua trong thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh .................................... 62 3.7. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hàm lượng lycopen của cà chua trong thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh ...................... 65 3.8. Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến khả năng kháng khuẩn trên bề mặt cà chua sau thời gian bảo quản. ................................................................... 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 70 1. KẾT LUẬN ................................................................................................... 70 2. KIẾN NGHỊ................................................................................................... 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 74 PHỤ LỤC v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT A: Chitosan 0,75% trong acid acetic 1%. C: Chitosan 0,3% trong acid citric 1%. ĐC: Đối chứng. L: Chitosan 0,75% trong acid lactic 1%. ĐCQTB: Điểm cảm quan trung bình. L: Nhiệt độ lạnh (8 ÷ 120C). T: Nhiệt độ phòng (28 ÷ 320). PPO: Polyphenoloxidase vi DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Hàm lượng acid amin trung bình của cà chua ..........................................7 Bảng 1.2: Hàm lượng chất khoáng trong 100g cà chua ...........................................7 Bảng 1.3: Số lượng solanin theo độ chín của cà chua...............................................7 Bảng 1.4: Các dung môi thường sử dụng để hòa tan chitosan ................................ 23 Bảng 2.1: Bảng tiêu chuẩn cảm quan cho cà chua.................................................. 38 Bảng 3.1: Thành phần hóa học ban đầu của cà chua .............................................. 42 vii DANH MỤC HÌNH Trang Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến màu sắc, trạng thái bên ngoài của cà chua sau thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng ............ 42 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến màu sắc, trạng thái bên ngoài của cà chua bảo quản ở nhiệt độ (8 -120C) ............. 45 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến màu sắc, trạng thái bên ngoài của cà chua bảo quản ở nhiệt độ phòng và lạnh...... 46 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến mùi vị của cà chua sau bảo quản ở nhiệt độ phòng (28 ÷ 32)................................... 47 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến mùi vị của cà chua bảo quản ở nhiệt độ (8 ÷120C) .................................................. 49 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến mùi vị của cà chua bảo quản ở nhiệt độ phòng và lạnh............................................ 49 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi đến cấu trúc bên trong của cà chua bảo quản ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh (8 ÷ 12oC). ............... 51 Hình 3.8 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của loại dung môi đến tỷ lệ hao hụt khối lượng của cà chua trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng (28 ÷ 320C) và nhiệt độ lạnh (8 ÷ 120C) . .................................................................. 54 Hình 3.9 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của loại dung môi đến hàm lượng acid tổng số của cà chua trong quá trình bảo quản................................................. 57 Hình 3.10 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của loại dung môi đến hàm lượng đường tổng số của cà chua trong quá trình bảo quản......................................... 60 Hình 3.11 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của loại dung môi đến hàm lượng caroten của cà chua trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh. .......... 63 Hình 3.12 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng lycopen của cà chua trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng (28 ÷ 320C) và nhiệt độ lạnh (8 ÷ 120C) . ............................................................................... 66 1 MỞ ĐẦU Trái cây và rau quả sau khi thu hoạch thì sự sống vẫn còn tiếp tục diễn ra nên sau khi thu hoạch nếu biện pháp bảo quản không tốt sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng và giới hạn về thời gian bảo quản của nguyên liệu. Để kéo dài thời gian bảo quản cho các loại quả tươi như cam, quýt, vải, xoài, mãng cầu... thì cần có công nghệ bảo quản thích hợp. Do các loại trái cây và rau quả tươi nước chiếm tỷ lệ khá cao (80– 85%) và còn chứa thành phần dinh dưỡng phong phú là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động nên dễ bị hư hỏng khi bảo quản trong điều kiện không thuận lợi. Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện nhiều chế phẩm bảo quản không rõ nguồn gốc, có thể giữ tươi quả trong thời gian dài nhưng nếu sử dụng quá liều lượng quy định sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe người tiêu dùng và môi trường. Do đó, sử dụng phương pháp bảo quản rau quả vừa hiệu quả, an toàn về chất lượng vừa đạt hiệu quả về kinh tế là vấn đề đang được quan tâm. Chitosan là một polyme sinh học có nguồn gốc tự nhiên, đang trở thành một biện pháp bảo quản tiềm năng thay thế cho các phương pháp bảo quản trái cây và rau quả hiện nay. Do đặc tính tự nhiên của nó là có tính kháng nấm, kháng khuẩn, không độc hại cho người sử dụng và không gây ô nhiễm môi trường nên được xem là một chất bảo quản hoa quả cho tương lai. Hiện nay cũng có nhiều nghiên cứu ứng dụng chitosan để bảo quản trái cây như bưởi, cam, quýt, cà chua, xoài, lựu...Các nghiên cứu này đều cho thấy mẫu có qua xử lý chitosan thì thời gian bảo quản kéo dài hơn so với các mẫu không có xử lý dung dịch chitosan. Hầu như chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến khả năng bảo quản của chitosan. Vì vậy, để làm quen với việc nghiên cứu và vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn nên tôi chọn thực hiện đề tài "Nghiên cứu khả năng bảo quản cà chua của chitosan hòa tan trong các dung môi khác nhau". Đề tài gồm các nội dung sau: - Xác định một số chỉ tiêu chất lượng cơ bản của cà chua. 2 - Xác định các tính chất cơ bản của dung dịch chitosan hòa tan trong các dung môi khác nhau. - Xác định khả năng bảo quản cà chua của chitosan hòa tan trong các dung môi khác nhau. - Đề xuất chế độ bảo quản cà chua bằng dung dịch chitosan thích hợp. Từ kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đưa ra dung môi khi hòa tan chitosan mà kết quả tốt hơn trong quá trình bảo quản nhằm kéo dài thời gian sử dụng cho cà chua mà vẫn đảm bảo chất lượng của chúng. Trong quá trình thực tập tốt nghiệp mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do thời gian và kinh nghiệm của bản thân nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót, vì vậy rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đề tài này hoàn chỉnh hơn. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÀ CHUA 1.1.1 Đặc điểm của cà chua - Cà chua có tên tiếng Anh là: tomato - Tên khoa học là: Lycopersicon esculentum miller thuộc họ cà Solanaceae. - Cây cà chua thuộc họ cà, là nguồn thực phẩm rất có giá trị đối với con người. - Cà chua có nguồn gốc từ Nam Mỹ, là loại rau ăn quả. Cây cà chua có 2 loại hình sinh trưởng: có hạn và vô hạn. Cà chua là cây dài ngày, tự thụ phấn. Cây cà chua có thể sinh trưởng trên nhiều loại đất khác nhau như đất sét, đất cát, đất pha cát, có độ pH= 6 – 6,5. Đất có độ ẩm cao và ngập nước kéo dài sẽ làm giảm khả năng sinh trưởng của cây cà chua. Nhiệt độ thích hợp cho cà chua để đạt năng suất cao, chất lượng tốt khoảng 21-240C và thời tiết khô. Ở Việt Nam, cây cà chua được xếp vào các loại rau có giá trị kinh tế cao, diện tích trồng cà chua lên đến chục ngàn hecta, tập trung chủ yếu ở đồng bằng và trung du phía Bắc. Hiện nay có một số giống chịu nhiệt mới lai tạo chọn lọc có thể trồng tại miền Trung, Tây Nguyên và Nam Bộ nên diện tích ngày càng được mở rộng. Nhiều giống cà chua lai ghép chất lượng tốt được phát triển mạnh ở Đà Lạt, Lâm Đồng. Một số giống cà chua chất lượng đã được xuất khẩu ra thị trường thế giới. Có nhiều giống cà chua đang được trồng ở Việt Nam. Có thể chia cà chua thành ba loại dựa vào hình dạng như sau: - Cà chua hồng: quả có hình dạng quả hồng, không chia múi. Thịt quả đặc, lượng đường trong quả cao. Năng suất thường đạt 25 – 30 tấn/ha. Các giống cà chua thường gặp: Ba Lan, Hồng Lan của Viện cây lương thực; giống 214; HP5; HP1 của Hải Phòng… 5 - Cà chua múi: quả to, nhiều ngăn tạo thành múi, là giống cây có thời gian sinh trưởng dài, năng suất và khả năng chống chịu khá nhưng chất lượng không bằng cà chua hồng. - Cà chua bi: quả nhỏ, chua, giá trị thấp, thường dùng làm nguyên liệu tạo giống. Quả cà chua có nhiều kích cỡ và màu sắc khi chín khác nhau (vàng, da cam, hồng, đỏ…) nhưng cà chua màu đỏ giàu chất dinh dưỡng và các hợp chất có hoạt tính sinh học nhất. Trong số các loại rau, củ, quả dùng làm rau thì cà chua là thực phẩm chứa vitamin, chất khoáng và nhiều chất có hoạt tính sinh học nhất, là thực phẩm có lợi cho sức khỏe được dùng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới… 6 1.1.2. Thành phần hóa học Cà chua được cho là nguồn thực phẩm quan trọng, có chứa lượng đáng kể các chất dinh dưỡng (tiền vitamin A, vitamin C, một số muối và kali) cũng như các vi chất như lycopen và các polyphenol có giá trị cao đồng thời lại có tỉ lệ các chất đạm, chất béo thấp. - Glucid: Hàm lượng glucid trong cà chua phụ thuộc vào loại nguyên liệu và điều kiện trồng trọt, chiếm khoảng 4 – 8%. Trong thành phần glucid bao gồm các chất: Đường: 2 – 5%, phần lớn là fructoza, glucoza còn saccaroza chiếm rất ít (< 0,5%) (cần chú ý khi tiến hành cô đặc thì phải tiến hành cô đặc ở nhiệt độ thấp để giảm bớt mức độ xảy ra phản ứng melanoidin hay caramen hóa sẽ làm thành phẩm có màu tối kém hấp dẫn). Tinh bột: chỉ có ở dạng vết khoảng 0,07% – 0,26%. Trong quá trình chín, tinh bột sẽ chuyển thành đường. Cellulose: có nhiều trong quả xanh, càng chín thì hàm lượng càng giảm dần. Pecin: có nhiều khi quả chín (pectin có khả năng tạo nhớt cao, góp phần tạo độ paste cho sản phẩm vì vậy cần chú ý nhiệt độ khi chế biến tránh phá hủy cấu trúc pectin). - Acid hữu cơ: Hàm lượng acid chung của cà chua chín trung bình khoảng 0,4% (theo acid malic), ngoài ra còn có acid citric và lượng nhỏ acid tatric, pH= 3,1– 4,1. Khi còn xanh, acid ở dạng tự do. Khi chín nó có dạng muối acid. Môi trường chua làm môi trường tốt cho sự phát triển của các loại nấm men, nấm mốc nhưng các vi khuẩn ưa nhiệt lại rất kỵ môi trường này. - Nitơ: Nitơ trong cà chua khoảng 1% lúc còn xanh, nitơ ở dạng tự do, khi chín nó bị phân hủy thành acid amin. Hàm lượng trung bình của bốn acid amin quan trọng được liệt kê trong Bảng 1.1. 7 Bảng 1.1: Hàm lượng acid amin trung bình của cà chua Acid amin mg/gN Lysine 180 Methionine 40 Cystine 40 Trytophan 50 - Chất khoáng: Bảng 1.2: Hàm lượng chất khoáng trong 100g cà chua Hàm lượng (µg/100g) 3 13 11 0.4 0.2 Chất khoáng Na Ca Mg Fe Zn - Chất chát: Ở cà chua thường có vị đắng, hăng đó là do có chứa glucosid solanin. Bảng 1.3: Số lượng solanin theo độ chín của cà chua Cà chua Xanh Ửng Chín Solanin 4 mg% 5 mg% 8 mg% - Sắc tố: Trong cà chua thường có sắc tố thuộc nhóm carotenoid như carotene, lycopen, xantophyl. Ở quả xanh còn có chlorophyll. Tùy theo mức độ chín mà các sắc tố kia tăng dần nên màu của quả trở nên đậm hơn. - Vitamin: Vitamin K (7,9 µg/100g). Vitamin C (40mg/100g). Beta-caroten (393 µg/100g). Với thành phần hóa học như trên, cà chua là một trong những nguồn nguyên liệu đang được sử dụng phổ biến một cách trực tiếp hoặc là sản phẩm phụ trong chế biến thực phẩm. 8 1.1.3. Vai trò của cà chua Cà chua là một trong những loại rau quả chứa nhiều chất dinh dưỡng quan trọng được sử dụng làm thực phẩm hàng ngày, trong cà chua chứa nhiều lycopene, betacarotene và rất nhiều loại vitamin khác nhau như vitamin C, B1, B6, PP…Lycopene là chất chống oxy hóa tự nhiên, có khả năng ngăn ngừa sự hình thành các gốc tự do gây ung thư như ung thư vú, tuyến tiền liệt, tuyến tụy và đại tràng mà cơ thể không thể tự cung cấp được cần phải bổ sung từ bên ngoài vào. Thành phần đạm, đường, chất béo có trong cà chua rất ít nên rất phù hợp với những người mắc bệnh béo phì hoặc một số bệnh khác như cao huyết áp và tiểu đường. Một số nghiên cứu khoa học cũng đã chứng minh: - Cà chua có tác dụng giảm huyết áp, giảm lượng cholesterol trong máu, từ đó sẽ ngăn chặn được tình trạng xơ vữa động mạch và các nguy cơ dẫn tới đột quỵ. - Cà chua có tác dụng kích thích tiết ra nước bọt, để trợ giúp cho quá trình tiêu hóa của cơ thể được dễ dàng. - Cà chua có tác dụng phòng chống một số căn bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư tiền liệt tuyến ở nam giới. Lý do, trong cà chua có chứa lycopene - đây là chất có tác dụng chống oxy hóa rất quan trọng, làm tiêu diệt một số tế bào có nguy cơ gây ung thư, những người có hàm lượng lycopene trong cơ thể cao sẽ ít có nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch. - Ngoài ra, các sắc tố hồng trong cà chua có tác dụng làm hòa tan mỡ và đường giống như caroten. 1.2. TỔNG QUAN VỀ RAU QUẢ TƯƠI 1.2.1. Các biến đổi của rau quả tươi sau thu hoạch [16] 1.2.1.1. Biến đổi sinh hóa [16] Trong quá trình phát triển của rau quả luôn luôn có mối quan hệ mật thiết với môi trường xung quanh thông qua quá trình trao đổi chất, đó là quá trình đồng hóa và dị hóa. Khi đang còn trên cây mẹ, rau quả lấy chất dinh dưỡng, nước, khoáng chất từ đất, lấy CO2 từ không khí và ánh sáng mặt trời mà tổng hợp nên các thành phần hữu cơ trong tế bào – đó là quá trình đồng hóa. Đồng thời để cung cấp năng 9 lượng cho hoạt động sống, những chất được tạo thành sẽ bị phân giải để giải phóng ra năng lượng thông qua quá trình hô hấp – đó là quá trình dị hóa. Khi rau quả chưa được thu hái tức là quá trình tổng hợp các chất xảy ra nhiều hơn. Sau khi rau quả tách khỏi cây mẹ chủ yều là quá trình phân giải các chất tích lũy được khi chúng còn đang ở trên cây mẹ. Như vậy, hô hấp là quá trình sinh học xảy ra trong rau quả khi bảo quản tươi. Về bản chất hóa học, hô hấp là quá trình oxy hóa chậm các chất hữu cơ phức tạp. Dưới tác dụng của enzyme các chất này phân hủy thành các chất đơn giản hơn và giải phóng ra năng lượng. Người ta thấy rằng hầu hết các chất đều có tham gia vào quà trình hô hấp (trừ protein), nhưng chủ yếu vẫn là các hợp chất đường – nhất là đường đơn. Các chất không phải tham gia trực tiếp vào chu trình hô hấp tạo nên các chất trung gian, không qua khâu chuyển hóa đường. Quá trình hô hấp có sự tham gia của oxy (O2) được gọi là hô hấp hiếu khí, biểu diễn bằng công thức hóa học sau: C6H12O6 + O2 6CO2 + 6 H2O + 282.104 J (1) Khi lượng oxy của môi trường không cung cấp đủ để tiến hành hô hấp hiếu khí thì sẽ xảy ra hiện tượng hô hấp yếm khí là hô hấp không có sự tham gia của oxy và tạo ra sản phẩm cuối cùng là rượu etylic và CO2, có tỏa nhiệt: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 11,7.104 J (2) Qua phương trình (1) và (2) ta thấy: Hô hấp hiếu khí tỏa nhiệt nhiều gấp 24 lần hô hấp yếm khí. Trên thực tế quá trình hô hấp xảy ra phức tạp hơn nhiều. Dưới tác dụng của enzyme, phân tử đường phân giải thành các chất trung gian acid pyruvic bị oxy hóa trong chu trình Kreept tạo thành CO2 và H2O: CH3CO.COOH CO2 + H2O Tiếp theo, acetaldehyd tác dụng với nước cho rượu etylic và acid acetic: CH3CHO + H2O C2H5OH + CH3COOH Mức độ của quá trình hô hấp được đánh giá bằng cường độ hô hấp. Đó là số miligam CO2 thoát ra từ 1kg nguyên liệu trong 1 giờ. 10 * Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ hô hấp Nhiệt độ: nhiệt độ môi trường càng cao thì cường độ hô hấp càng mạnh. Sự phụ thuộc này được biểu thị qua biểu thức: dC/dt = kC Trong đó: C : cường độ hô hấp (mg CO2/Kg.h) t : nhiệt độ bảo quản ( 0C) k : hệ số nhiệt độ (0C-1) Giải tích phân ta có: lnC = kt + A A được xác định từ điều kiện ban đầu, khi t = 00C, thì A = lnC0exp(t.k). Vì nhiệt lượng giải phóng ra do hô hấp tỷ lệ thuận với cường độ hô hấp, nên giữa nhiệt độ t và nhiệt lượng q có sự phụ thuộc sau: Q = q0 exp(k.t) Trong đó q0 nhiệt lượng tỏa ra khi bảo quản ở 00C, đo bằng kj/tấn.giờ. Nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình hô hấp là rất đáng kể, có thể làm tăng nhiệt độ môi trường, thúc đẩy quá trình hô hấp. Thành phần không khí: Khí O2 càng nhiều thì cường độ hô hấp càng cao. Trái lại, khi O2 thấp, CO2 và N2 càng cao thì cường độ hô hấp bị ức chế. Sự có mặt của một số hydrocacbon không no như etylen làm cường độ hô hấp tăng nhanh. Độ ẩm và ánh sáng: Độ ẩm và ánh sáng cũng làm ảnh hưởng đáng kể đến cường độ hô hấp. Cường độ ánh sáng thì tỷ lệ thuận với cường độ hô hấp. * Diễn biến của cường độ hô hấp trong quá trình phát triển của rau quả: Theo dõi quá trình phát triển của rau củ quả thấy rằng: Từ khi hình thành quả cho đến khi bị phân hủy diễn biến cường độ hô hấp trải qua nhiều giai đoạn: giai đoạn đầu tiên là từ lúc quả bắt đầu hình thành cho đến khi phát triển đầy đủ cả về khối lượng lẫn chất lượng. Ở giai đoạn này cường độ hô hấp giảm dần và đạt cực đại khi quả sắp chín. Thời gian quả có cường độ hô hấp nhỏ nhất là thời kỳ ngủ tĩnh. Thời gian này có thể kéo dài hay ngắn là tùy thuộc tính chất từng loại quả. Khi quả bắt đầu chín cường độ hô hấp tăng nhanh và đạt cực đại khi quả chín hoàn toàn. Tiếp 11 theo là quá trình phân hủy và chết. Ở thời kỳ này cường độ hô hấp nói chung là giảm, chỉ tăng một ít trước khi quả phân hủy hoàn toàn. 1.2.1.2. Biến đổi vật lý Rau quả tươi sau thu hái để trong môi trường bảo quản sẽ xảy ra một số biến đổi vật lý có thể dẫn đến giảm chất lượng cũng như khối lượng của rau quả như là: bay hơi nước, giảm khối lượng tự nhiên, sự sinh nhiệt. Sự bay hơi nước Quá trình vật lý của sự bay hơi nước phụ thuộc vào mức độ háo nước của hệ keo trong tế bào, cấu tạo và trạng thái của cấu trúc bao che (chiều dày và độ chắc của vỏ, lớp phấn ngoài vỏ, ...) đặc điểm và mức độ bị dập cơ học, độ ẩm và nhiệt độ môi trường xung quanh, tốc độ chuyển động của không khí, độ chín của rau quả, phương pháp bao gói, thời hạn và phương pháp bảo quản và các yếu tố khác như cường độ hô hấp hiếu khí cũng sinh ra nước. Trong quả và các củ còn non, rau xanh, thành phần keo trong chất nguyên sinh và trong không bào có khả năng giữ nước yếu nên dễ bị mất nước, héo và mất tươi sau khi thu hái. Thương tật do sâu bọ, chim, chuột, va đập cơ học và nấm bệnh cũng làm tăng sự mất nước. Những vết thương nhỏ vài centimet vuông trên một quả cam, quýt cũng có thể làm tăng sự mất nước lên 3 hay 4 lần. Diện tích thương tật tăng lên gấp đôi thì sự mất nước có thể tăng lên gấp hơn hai lần. Sự mất nước thay đổi trong quá trình bảo quản. Giai đoạn đầu (sau thu hái) mất nước mạnh, giai đoạn giữa giảm đi và giai đoạn cuối cùng khi chín hay khi bắt đầu hư hỏng lại tăng lên. Sự quá chín của quả cũng kèm theo sự tăng lượng ẩm thoát ra vì đó là quá trình lão hóa của hệ keo, làm giảm tính hóa nước. Lượng nước mất đi trong quá trình bảo quản rau tùy thuộc vào từng loại rau quả, độ chín thu hái: độ ẩm giảm, nhiệt độ tăng đều làm tăng sự mất nước. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng lượng nước mất nhiều hay ít phụ thuộc vào việc bao gói chứ không phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản. 12 Tốc độ bay hơi nước trong quá trình bảo quản khác nhau: giai đoạn đầu (ngay sau khi thu hái) mất nước mạnh, giai đoạn giữa giảm đi và cuối cùng khi rau bắt đầu hư hỏng lại tăng lên. Sự mất nước không chỉ làm giảm khối lượng tự nhiên mà còn làm ảnh hưởng đến vẻ bề ngoài của sản phẩm, đến trạng thái và giá trị dinh dưỡng của rau quả. Những loại rau quả thu hái chưa đến độ thu hoạch tốc độ bay hơi nước mạnh bởi vì các phần tử keo trong chất nguyên sinh và trong không bào có khả năng giữ nước yếu dễ bị mất nước, héo và mất tươi. Trong thực tế để ngăn chặn sự mất nước một cách triệt để, có thể áp dụng đồng thời các biện pháp xử lý như: hạ thấp nhiệt độ, tăng độ ẩm, giảm tốc độ chuyển động của không khí trong kho, điều chỉnh thành phần không khí bảo quản ... Sự giảm khối lượng tự nhiên Sự giảm khối lượng của rau quả do bay hơi nước (75% đến 85%) và tiêu tốn các chất hữu cơ trong khi hô hấp (15 đến 25%) gọi là sự giảm khối lượng tự nhiên. Trong bất kỳ điều kiện tồn trữ nào cũng không tránh khỏi việc làm giảm khối lượng tự nhiên. Tuy nhiên, khi tạo điều kiện bảo quản tối ưu thì có thể giảm tối thiểu sự hao hụt trọng lượng tự nhiên của rau quả. Khối lượng rau quả giảm đi trong thời gian bảo quản phụ thuộc vào nhiều yếu tố: giống, loài, vùng khí hậu, cách thức chăm sóc, phương pháp và điều kiện bảo quản, mức độ nguyên vẹn cũng như độ chín thu hái. Sự sinh nhiệt. Tất cả lượng nhiệt sinh ra trong quá trình bảo quản rau quả là do hô hấp, 2/3 lượng nhiệt thải ra môi trường xung quanh, còn 1/3 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 hóa học (ATP). Sự sinh nhiệt là một yếu tố bất lợi cho quá trình bảo quản. Ngay cả ở nhiệt độ bảo quản tối ưu, gần 00C, nhiệt độ khối rau quả có thể tăng lên (1 đến 20C trong 1 ngày đêm). 13 Sự sinh nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì sự sinh nhiệt càng lớn. Nhiệt độ tăng sẽ kích thích rau quả hô hấp mạnh thì hoạt động sinh lý tăng lên, độ ẩm tăng. Đó là điều kiện thích hợp cho vi sinh vật phát triển và làm rau quả hỏng một cách nhanh chóng. Vì vậy, trong quá trình bảo quản rau quả phải khống chế điều kiện bảo quản tối ưu để sự sinh nhiệt là ít nhất. 1.2.1.3. Biến đổi hóa học Trong thời gian bảo quản, hầu hết các thành phần hóa học của rau quả đều bị biến đổi do tham gia vào quá trình hô hấp hoặc do các hoạt động của enzyme. Glucid 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 quả tươi. Trong nhiều loài quả có hô hấp đột biến thì sự biến đổi tinh bột thành đường là một đặt trưng. Hàm lượng tinh bột giảm do quá trình đường hóa, dưới tác dụng của enzyme nội tại mà chủ yếu là ba loại photphorilaza. Tổng lượng đường khi đó tăng lên và đến khi đạt cực đại thì lại giảm xuống. Sự tích tụ đường trong quá trình chín không chỉ do đường hóa tinh bột mà còn do thủy phân hemicellulose. Khi bị thủy phân, hemicellulosa tạo thành các đường xilose, manose, galactose và arabilose (các pentose) và cấu trúc tế bào bị phá hủy. Chất pectin chiếm một phần ba của thành tế bào sơ cấp của rau quả. Trong quá trình chín, protopectin chuyển thành pectin hòa tan, làm cho liên kết giữa các tế bào và giữa các mô yếu đi nên rau quả bị mềm. Khi quả chín thì các chất pectin bị phân hủy đến acid pectic và metanol làm cho rau quả bị nhũn và cấu trúc bị phá hủy. Khi tồn trữ các loại đậu, ngô, khoai còn non thì có sự chuyển hóa đường thành tinh bột. Sự chuyển hóa này có thể tăng 2 đến 3 lần nếu tách hạt đậu khỏi quả. Riêng đối với khoai tây khi bảo quản có sự chuyển hóa đường thành tinh bột và tinh bột thành đường. Hàm lượng cellulose trong quả hầu như không đổi.