Đề tài Công nghệ sinh học trong bảo quản rau củ quả

1 Viện sinh học và thực phẩm -------- Tiểu luận môn: Công nghệ sinh học thực phẩm Đề tài: CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BẢO QUẢN RAU CỦ QUẢ GVHD: Cô Đàm Sao Mai Lớp: DHTP4 TpHCM, tháng 1 năm 2011 2 Viện sinh học và thực phẩm -------- Tiểu luận môn: Công nghệ sinh học thực phẩm Đề tài: CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BẢO QUẢN RAU CỦ QUẢ GVHD: Cô Đàm Sao Mai Lớp: DHTP4 TpHCM, tháng 1 năm 2011 Danh sách thành viên MSSV Liêu Khả Chúc 08111301 Võ Thị Hồng Cúc 08111201 Vũ Đức Hải 08105731 Nguyễn Phương Tâm 08109611 3 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................... 5 NỘI DUNG ............................................................................... 6 1. Nguyên liệu rau quả: ............................................................................... 6 1.1. Đặc điểm của nguyên liệu rau quả: .............................................................. 6 1.1.1. Nguyên liệu trái cây: .............................................................................. 6 1.1.2. Nguyên liệu rau củ: ............................................................................... 8 1.2. Những biến đổi sau thu hoạch khiến rau quả dễ hư hỏng: ............................ 9 1.2.1. Biến đổi vật lý: ...................................................................................... 9 1.2.1.1. Sự mất nước: .................................................................................. 9 1.2.1.2. Sự giảm khối lượng tự nhiên: ......................................................... 11 1.2.1.3. Sự sinh nhiệt: ................................................................................ 11 1.2.2. Biến đổi sinh lý: ................................................................................... 13 1.2.2.1. Sự hô hấp: .................................................................................... 13 1.2.2.2. Sự chín và già hóa: ........................................................................ 18 1.2.2.3. Rối loạn sinh lý: ............................................................................. 19 1.2.3. Biến đổi hóa sinh:................................................................................ 22 1.2.3.1. Nước: ............................................................................................ 22 1.2.3.2. Glucid: .......................................................................................... 22 1.2.3.3. Các chất chứa Nitơ: ....................................................................... 24 1.2.3.4. Lipid: ............................................................................................. 25 1.2.3.5. Sắc tố: .......................................................................................... 25 1.2.3.6. Hợp chất bay hơi: .......................................................................... 26 1.2.3.7. Acid hữu cơ: .................................................................................. 26 1.2.3.8. Vitamins: ....................................................................................... 26 1.2.4. Hệ vi sinh vật rau quả: ........................................................................ 27 2. Bảo quản nguyên liệu rau quả: ............................................................. 30 2.1. Mục đích – nguyên tắc của việc bảo quản rau quả:..................................... 30 4 2.1.1. Mục đích: ............................................................................................ 30 2.1.2. Nguyên tắc: ........................................................................................ 30 2.2. Tình hình bảo quản rau quả hiện nay – sử dụng hóa chất VS sử dụng chế phẩm sinh học: ................................................................................................ 31 2.3. Các phương pháp bảo quản rau quả theo công nghệ sinh học: ................... 34 2.3.1. Phương pháp Modified atmosphere packaging (MAP): ........................... 34 2.3.1.1. Đặc tính của màng MAP: ................................................................ 34 2.3.1.2. Màng MAP cải tiến: ........................................................................ 35 2.3.2. Sử dụng chế phẩm màng sinh học: ...................................................... 35 2.3.2.1. Màng Chitosan:.............................................................................. 37 2.3.2.2. Màng tinh bột: ............................................................................... 40 2.3.2.3. Màng bán thấm BOQ -15: .............................................................. 41 2.3.2.4. SH - Chất bảo quản rau, hoa quả: .................................................. 41 2.3.2.5. Màng bán thấm có nguồn gốc protein: ........................................... 42 2.3.2.6. Màng bán thấm làm từ chất béo:.................................................... 42 2.3.3. Ứng dụng công nghệ chín chậm vào bảo quản rau quả: ........................ 43 2.3.3.1. Đặt vấn đề: ................................................................................... 43 2.3.3.2. Vì sao ethylene lại ảnh hưởng đến sự chín? .................................... 43 2.3.3.3. Sự sinh tổng hợp ethylene: ............................................................ 45 2.3.3.4. Các phương pháp ức chế ethylene:................................................. 46 2.3.3.4.1. Chất kháng ethylene: ............................................................... 46 2.3.3.4.2. Bảo quản trong môi trường điều chỉnh thành phần khí: ............. 47 2.3.3.4.3. Bảo quản ở nhiệt độ thấp: ........................................................ 48 2.3.3.4.4. Dùng hóa chất hấp thu: ........................................................... 48 2.3.3.4.5. Loại bỏ hoặc cô lập nguồn sản sinh ethylene: ........................... 50 2.3.3.4.6. Công nghệ chín chậm ứng dụng công nghệ gene – công nghệ Delayed repening (DR): ........................................................................... 51 KẾT LUẬN ..............................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................58 5 MỞ ĐẦU Nông sản nói chung và rau quả nói riêng là một thành phần quan trọng trong hệ thống thực phẩm của con người. Do đó, việc tìm cách nâng cao sản lượng, năng suất là một yêu cầu vô cùng cấp thiết. Thế nhưng nếu chỉ tập trung vào việc gia tăng sản xuất thôi thì vẫn chưa đủ. Đặc điểm của rau quả là loại thực phẩm rất dễ bị tổn thương về nhiều khía cạnh và dẫn đến hư hỏng. Hơn nữa, rau quả còn là loại thực phẩm theo mùa, việc có trái cây trái mùa đôi khi cũng phục vụ cho con người về mặt thị hiếu và góp phần làm tăng tính đa dạng trong khẩu phần ăn của con người. Vì thế, song song với việc tìm cách nâng cao sản lượng đến mức tối đa cũng không thể không quan tâm đến vấn đề bảo quản nông sản sau thu hoạch. Để làm được điều đó cần phải nghiên cứu tất cả các quá trình xảy ra trong bản thân các loại rau quả khi bảo quản để từ đó tìm mọi biện pháp nhằm đề phòng, ngăn chặn hoặc hạn chế những hiện tượng hư hại có thể xảy ra. Bảo quản nông sản nói chung thật sự cũng còn tồn tại nhiều vấn đề lợi bất cập hại. Việc sử dụng hóa chất để bảo quản trái cây ít nhiều làm giảm khả năng tự đề kháng chống bệnh tật của quả và ảnh hưởng đến chất lượng trái cây, mặt khác có khi làm ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng. Chính vì hậu quả tiềm ẩn của các hóa chất bảo vệ này mà hiện nay chúng ta phải dè chừng khi sử dụng chúng. Xu thế mới của con người hiện nay hướng đến với các hợp chất tự nhiên, hạn chế tối đa việc đưa các nguồn độc hại vào cơ thể qua đường ăn uống. Bởi lẽ đó, hiện nay trên thế giới ứng dụng công nghệ sinh học vào công đoạn bảo quản rất nhiều. Các loại sản phẩm được bảo quản bằng công nghệ sinh học thật sự an toàn hơn, lành tính hơn đối với người tiêu dùng vì quá trình bảo quản dựa trên các chế phẩm có nguồn gốc hoàn toàn tự nhiên. Yêu cầu muốn có đa dạng loại rau quả để sử dụng quanh năm mà bản chất rau quả lại là sản phẩm theo mùa vụ. Nghịch lý đó có thể thực hiện được không? Công nghệ sinh học thật sự cũng đã có câu trả lời. 6 NỘI DUNG 1. Nguyên liệu rau quả: 1.1. Đặc điểm của nguyên liệu rau quả: 1.1.1. Nguyên liệu trái cây: Các loại trái cây thương phẩm được hình thành đa dạng do kết hợp các phần mô tế bào của bầu nhụy, hạt, và các phần khác của cây như đế hoa (như táo, dâu tây), lá bắc và cuống hoa (như dứa). Sự kết hợp các phần tạo nên trái cây và được từ điển Oxford định nghĩa là “sản phẩm ăn được của cây, có chứ hạt và vỏ , đặc biệc là các phần khác khi chín và mọng nước. Người tiêu dùng định nghĩa trái cây là “sản phẩm cây trồng có mùi thơm, có vị ngọt tự nhiên hoặc được xử lý để quả tự ngọt trước khi ăn”. Tuy nhiên, tùy mục đích sử dụng phổ biến mà một số quả chưa chín (như dưa chuột, đậu) hay đã chín (như cà chua, ớt) được sử dụng làm rau. Những sản phẩm này được gọi là rau dạng quả và được sử dụng để ăn tươi hay nấu chín, dùng làm thức ăn riêng biệt hay trộn thành salad. Quả thông thường bắt nguồn từ bầu nhụy và các mô bao quanh. 7 Hình: Nguồn gốc hình thành: (A) cuống hoa; (B) đế hoa; (C) áo hạt; (D) nội bì; (E) vỏ ngoài; (F) vách ngăn; (G) giá noãn; (H) vỏ giữa; (I) vỏ trong; (J) lá noãn; (K) mô phụ; (L) cuống (Wills et al., 1998) Phần lớn sự phát triển lớn lên của một phần nào để sau này trở thành quả là do tăng trưởng tự nhiên, nhưng cũng có thể do con người tác động thêm thông qua các họat động lai tạo và chọn giống nhằm tạo ra kích thước tối đa phần sử dụng được và hạn chế sự phát triển của các phần không cần thiết. Có thể thấy nhiều giống trái cây không có hạt 1 cách tự nhiên (như chuối, nho, cam navel) hay do lai tạo (như dưa hấu, ổi) hay do kĩ thuật canh tác (như hồng). Trái cây là nguồn cung cấp đường, khoáng, vitamin,...cho nhu cầu dinh dưỡng người và cũng là nguyên liệu quan trọng trong công nghệ thực phẩm. 8 1.1.2. Nguyên liệu rau củ: Khác với quả, rau không đại diện cho nhóm cấu trúc thực vật nào mà là những phần đa dạng khác nhau của cây trồng. Tuy vậy, có thể nhóm rau thành 3 loại như sau: hạt và quả (đậu); củ (hành tỏi, khoai sắn, khoai tây); hoa, chồi, thân, lá. Trong nhiều trường hợp, bộ phận được sử dụng thường đã được biến đổi rất nhiều so với cấu trúc nguyên sơ. Bộ phận sử dụng làm rau thường rất dễ nhận ra khi quan sát. Một số khó định loại hơn, đặc biệt là những nông sản loại củ phát triển dưới mặt đất. Ví dụ như củ khoai tây là dạng cấu trúc dự trữ của thân biến đổi, nhưng dạng khác như khoai lang lại do rễ phình ra thành củ. Hình: Nguồn giốc hình thành rau và củ từ thực vật: (A) chồi hoa; (B) chồi thân; (C) hạt; (D) chồi nách; (E) cuống lá; (F) củ (chồi ngầm); (G) thân củ; (H) rễ; (I) rễ củ; (J) trụ dới lá mầm; (K) gốc lá; (L) phiến lá; (M) quả; (N) hoa; (O) chồi chính (Wills et al., 1998) 9 Nguồn gốc cấu tạo của rau và quả là cơ sở quan trọng quyết định kỹ thuật bảo quản. Nói chung, nông sản trên mặt đất có xu hướng phát triển lớp sáp bề mặt giúp hạn chế hô hấp và thoát hơi nước khi chín, còn các loại rễ củ lại không phát triển lớp vỏ ngoài nên cần được bảo quản ở điều kiện có độ ẩm tương đối cao để hạn chế mất nước. Các loại rễ củ có khả năng tự hàn gắn vết thương do côn trùng gây hại. Đặc tính này cũng giúp làm tăng tính an toàn cho nông sản nếu có những vết thương cơ học trong quá trình thu hoạch. Rau là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, đường và chất xơ cho nhu cầu dinh dưỡng người. 1.2. Những biến đổi sau thu hoạch khiến rau quả dễ hư hỏng: 1.2.1. Biến đổi vật lý: 1.2.1.1. Sự mất nước: Quá trình bay hơi nước trên bề mặt lá và các bộ phận khác của cây vào không khí được gọi là quá trình thoát hơi nước. Quá trình này được điều chỉnh bằng các qui luật vật lý và cả trạng thái sinh lý của cây. Quá trình thoát hơi nước diễn ra liên tục trong suốt đời sống của cây trồng, thậm chí ngay cả khi các bộ phận của cây tách ra khỏi cơ thể mẹ (như thu hoạch), chúng vẫn tiếp tục thoát hơi nước. Phần lớn các nông sản tươi chứa tới 65-95% nước khi thu hoạch. Khi còn ở trên cây, lượng nước bốc hơi từ nông sản được bù đắp thường xuyên nhờ sự hấp thu nước của rễ cây và vận chuyển đến các bộ phận trên cây. Nhưng sau khi thu hoạch, lượng nước mất đi này không được bù đắp lại. Vì vậy sự mất nước của các nông sản tươi sau thu hoạch có ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái sinh lý cũng như chất lượng của sản phẩm. Sự thoát hơi nước của nông sản sau thu hoạch là quá trình nước tự do trong nông sản khuyếch tán ra bên ngoài môi trường. Sự thoát hơi nước phụ thuộc trước hết vào đặc điểm của nông sản như mức độ háo nước của hệ keo trong tế bào, thành phần, cấu tạo và trạng thái của mô bảo vệ, cường độ hô hấp của nông sản . Ở rau, 10 quả, củ non, tế bào có lớp cutin mỏng, chứa ít protein nên khả năng giữ nước kém. Rau ăn lá có nhiều khí khổng trên bề mặt lá nên thoát hơi nước nhiều hơn các loại rau khác. Tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích của nông sản cũng ảnh hưởng đến tốc độ thoát hơi nước của nông sản. Tỷ lệ này càng lớn, tốc độ thoát hơi nước càng cao dày và đặc tính của lớp sáp trên vỏ nông sản cũng ảnh hưởng đến tốc độ thoát hơi nước. Lớp vỏ của cà rốt có ít sáp trên bề mặt nên thoát hơi nước nhiều hơn quả lê và táo. Các nông sản tươi như rau quả mọng nước có cường độ thoát hơi nước mạnh hơn ở các loại hạt. Các tổn thương cơ giới và vết thương gây ra bởi sinh vật cũng là yếu tố làm tăng tốc độ thoát hơi nước. Những vết thương nhỏ có tiết diện vài centimet vuông trên một quả cam có thể làm tăng sự mất nước lên 3-4 lần. Quá trình thoát hơi nước ở thực vật về bản chất là một quá trình bay hơi vật lý nên phụ thuộc vào độ ẩm của không khí trong môi trường bảo quản. Sự chênh lệch về áp suất hơi nước trên bề mặt sản phẩm và áp suất hơi nước trong không khí càng lớn thì sự thoát hơi nước càng nhanh. Các nghiên cứu cho thấy, nếu bảo quản nông sản ở nhiệt độ 0oC và ẩm độ không khí (RH) là 100% thì tốc độ thoát hơi nước rất thấp, nhưng ở cùng nhiệt độ bảo quản mà RH là 90% thì tốc độ thoát hơi nước đã tăng lên 6 lần, và khi RH giảm xuống 80% thì tốc độ thoát hơi nước tăng lên 12 lần. Nhiệt độ bảo quản quá cao hay quá thấp nếu có thể làm tổn thương tế bào, gây rối loạn trao đổi chất, ảnh hưởng đến tốc độ thoát hơi nước của nông sản. Khi bảo quản lạnh rau quả cần tránh thay đổi nhiệt độ đột ngột làm ảnh hưởng đến tốc độ thoát hơi nước. Ánh sáng mặt trời cũng có ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước. Ánh sáng làm tăng nhiệt độ của khối nông sản, làm tăng độ mở khí khổng, tăng tính thấm của nguyên sinh chất trong tê bào, do đó cũng làm tăng sự thoát hơi nước. Sự thoát hơi nước của nông sản sau thu hoạch làm cho nông sản bị héo, giảm mẫu mã, giảm sức đề kháng. Nếu mất nước quá nhiều nông sản sẽ không còn giá trị thương phẩm. 11 Trong thực tế bảo quản, nên hạn chế sự thoát hơi nước của nông sản, người ta thường áp dụng các biện pháp sau: hạ thấp nhiệt độ, tăng độ ẩm, giảm tốc độ chuyển động của không khí trong kho bảo quản. Đặc biệt, việc bao gói sản phẩm bằng các vật liệu phù hợp có thể giảm đáng kể sự mất nước. Cũng cân phải lưu ý đặc điểm của từng nhóm nông sản (hạt, củ hay rau quả) nên có chế độ bảo quản thích hợp, tránh hiện tượng mất nước quá nhiều hoặc đọng nước trên bề mặt nông sản. * Hiện tượng đọng nước của nông sản trong bảo quản: Hiện tượng đọng nước (hay còn gọi là đổ mồ hôi) là hiện tượng ngưng tụ nước trên bề mặt của nông sản. Hiện tượng này thường xuyên ra khi có sự thay đổi nhiệt độ hoặc ẩm đột ngột từ lạnh sang nóng hoặc từ khô lên ẩm. Mật độ hơi nước trong không khí sát lớp vỏ nông sản tăng đến điểm quá bão hoà và ngưng tụ lại. Cũng có thể do bản thân nông sản hô hấp mạnh, cường độ các phản ứng sinh hoá cao, nước tạo và ngưng tụ tại các cơ quan mở của vỏ ngoài nông sản. Trường hợp này thường xuyên xảy ra với các nông sản tươi mới thu hoạch có hàm lượng nước cao. Hiện tượng đọng nước trên bề mặt nông sản nếu không khắc phục kịp thời sẽ làm cho khối nông sản bị úng, ẩm ướt, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây hại. 1.2.1.2. Sự giảm khối lượng tự nhiên: Sự giảm khối lượng của rau quả do bay hơi nước và tiêu tốn các chất hữu cơ trong khi hô hấp gọi là sự giảm khối lượng tự nhiên. Sự giảm khối lượng tự nhiên này không thể tránh khỏi trong bất kì hình thức bảo quản nào nhưng có thể giảm đến mức tối thiểu nếu tạo được điều kiện bảo quản tối ưu. Khối lượng giảm đi trong thời gian bảo quản dài ngày phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại và giống, vùng khí hậu trồng, phương pháp và điều kiện bảo quản trong năm và thời hạn bảo quản. Ngoài ra, còn phụ thuộc vào mức độ xây xát của rau quả. 1.2.1.3. Sự sinh nhiệt: Tất cả nhiệt sinh ra trong rau quả tươi khi bảo quản là do sự hô hấp: 2/3 lượng nhiệt này tỏa ra môi trường xung quanh, còn 1/3 được dùng cho các quá trình trao 12 đổi chất bên trong tế bào và một số quá trình khác (quá trình bốc hơi, dự trữ trong phân tử cao năng ATP). Lượng nhiệt sinh ra có thể tính theo lượng CO2 sinh ra trong quá trình hô hấp. 6126 OHC + 6 2O = 6 C 2O + 6 2H O + 674 Kcal Lượng CO2 sinh ra được xác định bằng thí nghiệm, và từ đó tính ra lượng nhiệt sinh ra (xem bảng sau). Trong quá trình bảo quản rau quả, cần phải duy trì nhiệt độ, độ ẩm tối ưu trong kho. Nhiệt độ, độ ẩm của khối nguyên liệu và môi trường trong kho bảo quản luôn có sự khác nhau. Sự khác nhau nhiều hay ít, một mặt phụ thuộc vào cường độ hô hấp của mỗi loại rau quả và mức độ thông gió, mặt khác phụ thuộc vào tính chất lí nhiệt của khối nguyên liệu (chủ yếu là cường độ sinh nhiệt và sinh ẩm, nhiệt dung, hệ số dẫn nhiệt và sự phân tán nhiệt từ kho nguyên liệu ra xung quanh). Các loại rau quả xanh có cường độ hô hấp mạnh nên ngay ở nhiệt độ tối ưu gần OoC, nhiệt độ vẫn có thể tăng lên 1-2oC trong một ngày đêm. Nhiệt độ tăng làm kích thích và đẩy mạnh hơn nữa cường độ hô hấp. Khi nhiệt độ và độ ẩm tăng đến một mức độ thích hợp cho sự phát triển của các vi khuẩn và nấm mốc thì nhiệt lượng sinh ra lại tăng nhanh hơn nữa vì ngoài do hô hấp của rau quả còn do hô hấp của vi sinh vật. Đó là điều kiện dẫn đến hư hỏng rau quả một cách nhanh chóng. Cho nên cần phải lưu ý làm sao được thông thoáng hạ nhiệt và độ ẩm. *Lượng nhiệt tỏa ra của 1 tấn rau quả tươi ở các nhiệt độ khác nhau trong 1giờ ,Kcal: Loại rau quả Nhiệt độ bảo quản ( o C) 0 2 5 10 15 20 Chanh 200 260 400 670 970 1420 Cam 260 270 390 720 1150 1200 Mơ (L.Xô) 350 550 1150 2100 3200 4100 13 Khoai tây 380 360 320 400 700 750 Bắp cải 400 680 650 920 2400 2500 Cà rốt 390 570 690 730 2000 2300 Hành tây 320 340 430 580 900 1080 Cà chua 360 370 470 750 1800 2000 1.2.2. Biến đổi sinh lý: 1.2.2.1. Sự hô hấp: Hô hấp là một trong những quá trình sinh lý quan trọng của cơ thể sống. Sau khi thu hoạch, nông sản tiếp tục hô hấp để duy trì sự sống nhưng các chât hữu cơ đã tiêu hao không được bù đắp lại như khi còn ở trên cây nên chúng sẽ tồn tại cho đến khi nguồn dự trữ cạn kiệt. Về bản chất, hô hâp là quá trình phân giải oxy hóa các vật chất của tế bào (tinh bột, đường, lipid, protein, acid hữu cơ v.v…) thành các chất có cấu tạo phân tử đơn giản hơn, đồng thời giải phóng năng lượng và các phân tử vật chất cần thiết cho các phản ứng tổng hợp của tế bào. Tuy nhiên hoạt động hô hấp tiêu hao một lượng lớn các chất hữu cơ dự trữ làm nông sản hao tốn cả về khối lượng và chất lượng. Sự hô hấp của nông sản có thể diễn ra với sự có mặt của oxy (hô hâp háo khí) hoặc thiếu oxy (hô hấp yếm khí). Sản phẩm của quá trình hô hấp háo khí và yếm khí là khác nhau. * Hô hấp háo khí Trong quá trình hô hấp háo khí, cơ chất hô hấp chủ yếu là lượng glucose. Sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa là CO2,H2O và năng lượng.