MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Cà phê là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên toàn thế giới được chế biến từ hạt của trái cà phê chín, sau khi trải qua nhiều giai đoạn như phơi, rang, xay. Thức uống có hương vị thơm ngon và chứa chất caffeine gây hưng phấn thần kinh. Cà phê chế biến từ hạt của cà phê chè (Coffea arabica) được người tiêu dùng ưa thích vì vị đắng ít hơn và hương vị thơm hơn so với các loại cà phê khác (như cà phê mít Coffea excelsa hay cà phê vối Coffea canephora). Ở Việt Nam, cà phê mang lại lợi ích kinh tế cho nhiều nông dân trồng trọt.
Cà phê được trồng chủ yếu ở các tỉnh Tây Nguyên như Đồng Nai, Đaklak, Lâm Đồng, Kontum. Tuy nhiên khi khảo sát tại một số trang trại trồng cà phê chè tại Đà Lạt cho thấy tình trạng ra hoa không đồng đều dẫn tới chín trái không đồng đều. Cụ thể: cà phê chè ra 3-4 đợt hoa vào tháng 2-3 dương lịch dẫn đền trái chín không đồng đều chia ra thành 4 đợt thu hoạch vào tháng 11-12 dương lịch. Sự chín trái không đồng đều gây ra khó khăn đối với quản lý và sản xuất cà phê.
Những hợp chất tích lũy trong hạt của trái cà phê ở những giai đoạn khác nhau đóng vai trò quan trọng trong chất lượng của cà phê sau chế biến. Trái cà phê chín đỏ sẽ cho hạt có chất lượng tốt nhất. Sự hiện diện của những trái hái quá xanh hoặc quá chín làm thay đổi nồng độ các alkaloid có trong hạt cà phê như caffeine và chlorogenic (CGA) làm thức uống tăng vị đắng (Leloup et al.,1995) từ đó làm giảm chất lượng sản phẩm. Để tránh điều này, người nông dân phải thu gom cà phê bằng tay, chia ra nhiều lần thu hoạch hoặc lựa chọn lại sau thu hoạch, điều này làm chi phí tăng lên do phải thuê nhân công và tốn nhiều thời gian.
Do vậy, đề tài “Bước đầu khảo sát quá trình chín trái ở cây cà phê chè (Coffea arabica L.)” được thực hiện. Mục đích nghiên cứu Khảo sát về quá trình chín của trái cà phê Coffea arabica và tìm biện pháp giúp trái chín nhanh, đồng đều hơn. 2 Nhiệm vụ nghiên cứu Khảo sát một số chỉ tiêu về hình thái, sinh lý và sinh hóa trong quá trình chín của trái cà phê. Tìm hiểu sự tác động của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên quá trình chín của trái cà phê từ đó tìm ra biện pháp giúp trái cà phê chín nhanh và đồng đều hơn.
Thời gian, địa điểm nghiên cứu Đề tài được thực hiện từ tháng 2/2014 đến tháng 9/ 2014 tại Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật trường Đại học Sư phạm Tp. HCM và Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học quốc gia Tp. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Định nghĩa trái Trái là kết quả biến đổi của bầu noãn, vách bầu noãn cho các mô vỏ trái.
Trái bao gồm cả hạt và vỏ hạt. Ở trái khô, vỏ trái hóa lignin. Ở trái mập vỏ trái có phần giữa là nhu mô. Hạt có nguồn gốc từ noãn.
Hạt bao gồm vỏ hạt, phôi nhũ và phôi (hình 1.1) BẦU NOÃN Vách bầu noãn Noãn Vỏ noãn Phôi tâm Túi phôi (2n) Noãn cầu Nhân phụ 2 1 (n) (n) Thụ tinh Vỏ trái Vỏ hạt Ngoại nhũ Phôi Phôi nhũ (2n) (2n) (3n) NHÂN TRÁI HẠT TRÁI Hình 1. Nguồn gốc của trái và hạt (Bùi Trang Việt, 2000). Tùy theo trạng thái sau cùng của sự thủy giải phôi tâm bởi phôi nhũ, và của sự thủy giải phôi nhũ bởi phôi người ta phân biệt 3 kiểu hạt: 4 - Hạt có phôi nhũ và ngoại nhũ: sự thủy giải phôi tâm không hoàn toàn, phần còn lại của phôi tâm được gọi là ngoại nhũ. Ngoại nhũ cũng là mô dự trữ ( gặp ở Caryophyllaceae, Piperraceae, Rubiaceae.
- Hạt có phôi nhũ: sự thủy giải phôi tâm diễn ra hoàn toàn, hạt không có ngoại nhũ, chỉ có phôi nhũ. Phôi thường có kích thước nhỏ. - Hạt không có phôi nhũ: phôi đã phân giải hoàn toàn phôi nhũ trong quá trình trưởng thành của hạt. Khi đấy, các tử diệp của phôi có kích thước lớn vì tích lũy các chất dự trữ.
- Trong vài trường hợp, phôi nhũ của hạt hoàn toàn không phát triển ( Họ Lan, Canna) 1. Quá trình chín trái 1. Định nghĩa Chín trái là một quá trình sinh lý không đảo ngược bắt đầu khi trái đã phát triển đầy đủ, tương ứng với sự thiết lập một trạng thái sinh lý mới, độc lập với sự hiện diện của hạt (sự chín trái cũng diễn ra ở trái trinh sản). Hạt hoàn tất sự trưởng thành trước khi quá trình chín trái diễn ra.
Hiện tượng chín trái được chú ý ở các trái mập vì thịt trái là nơi chịu nhiều thay đổi biến dưỡng rất quan trọng liên quan đến các tính chất sinh lý, sinh hóa làm ảnh hưởng mạnh đến chất lượng trái như tăng nước, độ mềm (tăng sự thủy giải vách tế bào), ngọt (tăng đường), thay đổi màu sắc (các flavonoid) nhưng bớt dần vị chua (giảm acid hữu cơ) và chát (giảm tanin) (Bùi Trang Việt, 2000). Sự biến đổi của trái trong giai đoạn chín 1. Biến đổi về sinh lý Đỉnh climax Đỉnh climax đặc trưng trong sự chín của nhiều loại trái cây: cường độ hô hấp của trái tăng mạnh tới một đỉnh để khởi động quá trình chín trái. Đỉnh này do sự tiêu thụ đường và acid hữu cơ, đi kèm với sự sản xuất ethylene (Bùi Trang Việt, 2000).
Dựa vào sự hô hấp và sự sản xuất ethylene, trái cây được chia thành 2 loại là trái có đỉnh hô hấp (climaxteric) như chuối, cà chua, đào, táo. và trái không có đỉnh hô 5 hấp (nonclimaxteric) như nho, cam, chanh, bưởi. Trái có đỉnh hô hấp cho thấy có sự bột phát trong hô hấp và sản xuất ethylene, còn trái không có đỉnh hô hấp sản xuất ethylene từng ít trong suốt quá trình chín trái và không đáp ứng rõ rệt với việc xử lý ethylene ngoại sinh (Giovannoni et al. Quá trình đường phân và chu trình Crebs tạo năng lượng cho sự hoạt động của trái trong quá trình chín đồng thời làm tăng sự sản sinh CO 2.
Sự thay đổi màu sắc Trong sự chín trái, dưới tác dụng của enzyme chlorophyllase , các diệp lục tố bị phân hủy để lộ ra các sắc tố khác có sẵn trong trái (như là carotenoid) làm trái mất đi màu xanh chuyển sang vàng (như trường hợp ở trái đủ đủ). Song song với quá trình này các sắc tố khác cũng được tổng hợp tạo nên các màu sắc khác cho trái. Thường các sắc tố nằm ở trong mô ngoại vi (vỏ trái) nhưng cũng có thể nằm trong phần thịt trái (Giovannoni et al. Phần lớn các sắc tố trái thuộc về 2 nhóm: carotenoid (thích lipid không tan trong nước) và nhóm flavonoid (tan trong nước và tích tụ ở không bào).
Các carotenoid như caroten, licopen, xanthophil cho màu đỏ, cam hoặc vàng. Các flavonoid như flavon cho màu vàng hay cam và anthocyanin cho màu đỏ, tím hay xanh da trời tùy theo pH acid, trung tính hay base (Bùi Trang Việt, 2000). Sự thay đổi mùi hương Sự chín hoạt hóa quá trình tổng hợp các chất tạo mùi thơm (bản chất là este, aldehyde hoặc acetone) liên quan đến hoạt động của các enzyme đặc trưng cho từng loại trái (Quách Đĩnh và cộng sự,1996). Sự thay đổi vị Các hợp chất như acid hữu cơ, tanin, alkaloid bị phân hủy nhanh chóng do hoạt động của các enzyme, đồng thời các đường đơn (glucose, fructose) xuất hiện giúp vị ngọt tăng (Quách Đĩnh và cộng sự,1996).
Sự thay đổi tính chất cơ lý Một tính chất đặc trưng trong quá trình chín trái đó là trái mềm đi. Quá trình này xảy ra do sự rối loạn tế bào như độ lớn và hình dạng tế bào, thể tích liên tế bào, sự toàn vẹn, bề dày của màng tế bào, áp suất thẩm thấu. 6 Sự thoái hóa thành tế bào là kết quả hoạt động của các enzyme thủy phân được tổng hợp trong lúc trái chín và dẫn tới sự phá hoại cấu trúc tế bào và mô. Cho dù sự rối loạn của tế bào được xem như nguyên nhân chính làm thay đổi cấu hình trái, còn có những biến cố khác được quan sát trong quá trình chín trái như mất đi sự kết dính giữa các tế bào và những thay đổi áp suất thẩm thấu, cũng làm cho trái mềm đi (Quách Đĩnh và cộng sự,1996).
- Protopectin Protopectin là phức chất giữa pectin với cellulose, hemicellulose, không tan trong nước, làm nên cấu trúc vách tế bào. Khi trái xanh, hàm lượng protopectin rất cao, tập trung chủ yếu ở thành tế bào, giúp gắn kết các tế bào thực vật với nhau và hình thành vách tế bào, làm cho trái cây có độ cứng nhất định. Khi trái chín, dưới tác dụng của acid hữu cơ và xúc tác của emzyme protopectinase, protopectin bị thủy phân thành các sản phẩm như acid pectic, acid polygalacturonic, glucose, galactose, arabinose, methanol.làm giảm cường lực liên kết giữa các tế bào, vỏ tế bào trở nên mỏng, tế bào mềm dần ra, làm cho trái bị nhũn và cấu trúc trái bị phá hủy (Quách Đĩnh và cộng sự,1996). - Áp suất thẩm thấu Độ cứng của trái cũng có liên quan đến thành phần hóa học của trái.
Quá trình giảm độ cứng của trái không chỉ do thủy phân các chất pectin, mà còn do thủy phân cellulose, hemicellulose và tinh bột. Khi trái cây chín, dưới tác dụng của hệ enzyme amylase, tinh bột chuyển dần thành đường, khiến cho nồng độ đường bên trong tế bào tăng lên. Sự chênh lệch nồng độ đường trong và ngoài tế bào tạo nên một áp suất thẩm thấu, nước từ bên ngoài môi trường đi vào bên trong tế bào, các tế bào luôn ở căng nước (Quách Đĩnh và cộng sự,1996). Biến đổi về sinh hóa Trái cây cũng là những cơ thể sống, nên ngoài sự hô hấp, bên trong chúng còn xảy ra những biến đổi hoá sinh học.Trong quá trình chín diễn ra chủ yếu nhất là các phản ứng thuỷ phân các chất phức tạp thành các chất đơn giản hơn nhờ một loạt các enzyme thủy phân.
7 Biến đổi của các acid hữu cơ Các acid di- và tricacboxylic rất phổ biến trong trái. Thường nhất là acid malic (táo, lê), acid citric (cam, quýt, chanh), acid tartric (nho), acid isocitric (dâu tằm Morus alba) và acid chlorogenic (cà phê). Hàm lượng các chất này thấp trong trái non nhưng tăng lên trong giai đoạn tăng kích thước tế bào và giảm mạnh trong quá trình chín trái. Sự giảm dần các acid hữu cơ trong quá trình chín trái do sự oxid hóa (do tăng mạnh hô hấp) trở thành các tiền chất để tổng hợp đường và protein.