Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Việt Nam có diện tích trồng cây ăn quả trên 800 nghìn ha, trong đó kim ngạch xuất khẩu rau quả năm 2014 đạt 1,47 tỷ USD (trái cây chiếm gần 90%). Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch về số lượng và chất lượng vẫn ở mức cao. Tại tỉnh Ninh Thuận, diện tích trồng nho đạt khoảng 2.500 ha (tập trung tại các huyện Ninh Phước, Ninh Hải và thị xã Phan Rang - Tháp Chàm), sản lượng hàng năm dao động từ 60.000 đến 65.000 tấn. Dù vậy, công tác sơ chế sau thu hoạch tại địa phương còn thô sơ, việc bảo quản bằng hóa chất tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn thực phẩm, trong khi các giải pháp như sục ozone hay ngâm dung dịch anolyte chưa được áp dụng đại trà do chi phí cao. Nho Ninh Thuận chủ yếu được tiêu thụ ăn tươi tại chỗ hoặc các tỉnh lân cận và gần như vắng bóng tại thị trường các tỉnh phía Bắc do nhanh thối hỏng và rụng cuống trong quá trình vận chuyển.

Bảo quản bằng phương pháp điều chỉnh khí quyển (Controlled Atmosphere - CA) thông qua việc chủ động kiểm soát nồng độ khí $\text{O}_2$ và $\text{CO}_2$ kết hợp nhiệt độ thấp đã được nghiên cứu trên thế giới cho nhiều loại quả. Tại Việt Nam, công nghệ CA từng được thử nghiệm trên xoài Cát Hòa Lộc, ớt cay Ấn Độ F1 TN 138, vải thiều hay hoa lily. Tuy nhiên, trước thời điểm luận án thực hiện, chưa có công trình nghiên cứu hệ thống nào về đặc tính sinh lý, biến đổi sinh hóa, thành phần hệ vi sinh vật đặc trưng cũng như xác lập chế độ công nghệ bảo quản CA tối ưu dành riêng cho các giống nho trồng tại Ninh Thuận.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Xác định được cơ sở khoa học và xây dựng được quy trình công nghệ sơ chế bảo quản quả nho Ninh Thuận bằng phương pháp điều chỉnh khí quyển CA.
  2. Đảm bảo chất lượng dinh dưỡng, cảm quan và an toàn thực phẩm (ATTP), kéo dài thời gian bảo quản từ 10 - 12 ngày so với phương pháp bảo quản lạnh ẩm thông thường.

Nội dung nghiên cứu

  1. Phân lập và định tên vi sinh vật từ 2 giống nho NH01-48 (nho xanh) và Red Cardinal (nho đỏ). Xác định giải pháp xử lý nguyên liệu tiền bảo quản bằng một số axit hữu cơ thân thiện môi trường.
  2. Nghiên cứu đặc tính sinh lý, những biến đổi sinh hóa của quả nho xanh NH01-48 Ninh Thuận và khả năng ức chế vi sinh vật trong môi trường điều chỉnh khí CA.
  3. Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và đề xuất quy trình công nghệ sơ chế và bảo quản quả nho xanh NH01-48 Ninh Thuận bằng phương pháp điều chỉnh khí quyển CA ở quy mô phòng thí nghiệm.
  4. Nghiên cứu khảo nghiệm và hoàn thiện quy trình công nghệ sơ chế bảo quản quả nho xanh NH01-48 Ninh Thuận bằng phương pháp điều chỉnh khí quyển CA ở quy mô Pilot.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hai giống nho gồm giống nho đỏ Red Cardinal (chiếm trên 96% diện tích canh tác tại Ninh Thuận) và giống nho xanh NH01-48 (chiếm khoảng 4% diện tích, được công nhận giống năm 2002, có giá trị kinh tế và chất lượng ăn tươi cao). Sau giai đoạn phân lập vi sinh vật ban đầu, giống nho xanh NH01-48 được chọn làm đối tượng nghiên cứu trọng tâm cho các nội dung bảo quản bằng CA.
  • Phạm vi không gian: Vùng nguyên liệu tại thôn Thanh Sơn, xã Xuân Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận (canh tác theo tiêu chuẩn VietGAP). Địa điểm thực nghiệm tại Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) và Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch (Hà Nội).
  • Phạm vi thời gian: Mẫu nho được thu hoạch chính vụ vào tháng 4 các năm 2014, 2015, 2016 và 2017. Độ tuổi thu hoạch từ 115 - 120 ngày sau cắt cành đối với giống NH01-48 và 90 - 95 ngày đối với giống Red Cardinal.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước

  1. Nghiên cứu hệ vi sinh vật trên quả nho:

    • Daniela Bulgari và cộng sự (2011), Guilherme Martins và cộng sự (2013), Gilbert và cộng sự (2014), Maulani và cộng sự (2012), Bokulich và cộng sự (2014), Bae và cộng sự (2006) đã phân lập và xác định các loài vi khuẩn trên bề mặt vỏ nho tại Ý, Pháp, Mỹ, Iran, Úc (Bacillus subtilis, Bacillus mycoides, Enterobacter sp., Pseudomonas sp., Burkholderia sp., Lactobacillus sp., Weissella sp.).
    • Tournas và cộng sự (2005), Peter Raspor và cộng sự (2006), Lonvaud-Fune (2007) xác định các loài nấm men (Sporobolomyces roseus, Cryptococcus albidus, Rhodotorula, Hanseniaspora uvarum, Pichia, Candida, Metschnikowia) và nấm mốc (Cladosporium sp., Penicillium spp., Aspergillus carbonarius, Aspergillus niger, Botrytis cinerea).
  2. Các phương pháp bảo quản nho sau thu hoạch:

    • Bảo quản lạnh: Arin và cộng sự (2004), Yuan và cộng sự (2014) khảo sát biến đổi chất khô hòa tan (TSS), độ axit chuẩn độ (TA) và độ cứng của nho ở các mức nhiệt độ từ 1°C đến 3°C.
    • Bao gói khí quyển biến đổi (MAP): Silva-Sanzana (2016) chứng minh MAP giảm hiện tượng nâu cuống sau 90 ngày ở 0°C; Candir (2012) kết hợp MAP với hơi ethanol; Sabir (2011) kết hợp tiền xử lý axit salicylic và MAP; Valero (2006) và Juan (2005) kết hợp MAP với tinh dầu eugenol, thymol; Gatto và cộng sự (2015), Cefola (2016) xác định nồng độ $\text{CO}_2$ thích hợp trong túi MAP từ 7% đến 15%.
    • Bảo quản bằng hóa chất và các hợp chất sinh học: Chervin và cộng sự dùng $\text{SO}_2$; Susan (2006) sử dụng dung dịch và hơi ethanol; Nguyễn Hoài Châu (2012) dùng dung dịch anolit bảo quản nho tươi; Sánchez-González (2011) dùng màng bao phủ sinh học bổ sung tinh dầu; Romanazzi (2007) và De Oliveira (2014) sử dụng chitosan (nồng độ 8,8%, pH 5 - 5,5 hoặc kết hợp ethanol) để ức chế Botrytis cinerea và Penicillium.
    • Bảo quản bằng Ozone và giải pháp phối hợp: Khadre và cộng sự (2001), Gabler và Smilanick (2001), Sharpe và cộng sự (2009) dùng ozone nồng độ 0,1 - 0,3 ppm hoặc 450 ppb; Kou (2009) và Wu và cộng sự (2015) dùng nước nóng 45°C trong 8 phút; Venditti và cộng sự (2017) dùng hơi axit axetic (30 - 50 ml/l); Trần Minh Tâm (2005) nghiên cứu $\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_8$ kết hợp ethanol; Nguyễn Duy Lâm (2015) kết hợp xử lý nước nóng (45 - 52°C) với ethanol (20 - 30%) ức chế nấm mốc xám Botrytis cinerea trên nho Ninh Thuận.
  3. Nghiên cứu công nghệ điều chỉnh khí quyển (CA) trên quả nho và nông sản:

    • Kader (1985) khuyến cáo chế độ CA cho nho ở 0 - 5°C với 2 - 5% $\text{O}_2$ và 1 - 3% $\text{CO}_2$ (hoặc 10 - 15% $\text{CO}_2$ để kiểm soát nấm bệnh).
    • Deng và cộng sự (2005), Wu và cộng sự (2007), Crisosto và cộng sự (2002, 2003) chứng minh $\text{CO}_2$ cao (9 - 30%) kết hợp $\text{O}_2$ thấp (3 - 4%) ức chế hoạt độ các enzyme cellulase, polygalacturonase (PG), peroxidase (POD) và pectinesterase (PE), giúp duy trì lực liên kết cuống quả (Fruit detachment force - FDF), giảm tỷ lệ rụng và giảm nhiễm nấm Botrytis cinerea.
    • Navarro và cộng sự (2015), Blanch và cộng sự, Romeo và cộng sự, Artés-Hernández và cộng sự (2003, 2004), Imlak và cộng sự (2017) làm rõ tác động của CA đến việc duy trì chất chống oxy hóa tổng số (TAC), Fructo-oligosaccharides (FOS), màu sắc anthocyanin và làm chậm suy giảm độ cứng, TSS, TA.
    • Tại Việt Nam: Nghiên cứu CA trên xoài Cát Hòa Lộc (nhiệt độ 9,5°C, 4,7% $\text{O}_2$, 5% $\text{CO}_2$) và trên ớt cay Ấn Độ F1 TN 138 (nhiệt độ 10,8°C, 2,08% $\text{O}_2$, 6% $\text{CO}_2$).
Tác giả / Công trình Đối tượng nghiên cứu Phương pháp / Thông số chính Kết quả đạt được
Daniela Bulgari và cs. (2011) Nho vùng Tây Bắc Ý Giải trình tự 16S rRNA Xác định Bacillus subtilis, Enterobacter sp.
Peter Raspor và cs. (2006) Nho vùng Dolenjska (Slovenia) Sinh học phân tử Phân lập 13 loài nấm men (Hanseniaspora uvarum, Pichia...)
Deng và cs. (2005) Nho ăn tươi CA (4% $\text{O}_2$ + 9 - 30% $\text{CO}_2$, 0°C) Tăng FDF, giảm rụng quả 1,5 lần sau 60 ngày
Crisosto và cs. (2002, 2003) Nho Thompson Seedless, Redglobe CA (10 - 15% $\text{CO}_2$ + 3 - 12% $\text{O}_2$, 0°C) Ức chế Botrytis cinerea, kiểm soát sâu thối đến 12 tuần
Nguyễn Duy Lâm (2015) Nho Ninh Thuận (Red Cardinal, NH01-48) Nước nóng (45 - 52°C) + Ethanol 25 - 30% Ức chế bào tử Botrytis cinerea, giảm thối hỏng sau 2 tuần
Nghiên cứu xoài Cát Hòa Lộc (2011) Xoài Cát Hòa Lộc CA (9,5°C, 4,7% $\text{O}_2$, 5% $\text{CO}_2$) Kéo dài thời gian bảo quản thêm 7 - 10 ngày

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

  1. Thiếu dữ liệu phân lập và định danh sinh học phân tử về hệ vi sinh vật hoại sinh và gây bệnh trên 2 giống nho Red Cardinal và NH01-48 tại Ninh Thuận.
  2. Chưa có đánh giá về hoạt tính kháng các chủng vi sinh vật phân lập từ nho Ninh Thuận của các axit hữu cơ an toàn nhằm thay thế hóa chất độc hại trong khâu tiền xử lý.
  3. Chưa xác lập được mối tương quan định lượng giữa nồng độ $\text{O}_2$, nồng độ $\text{CO}_2$ và nhiệt độ đối với hoạt tính enzyme làm mềm quả/rụng cuống (cellulase, pectinesterase), cường độ hô hấp và các chỉ tiêu hóa lý, cảm quan của nho xanh NH01-48 để tối ưu hóa quy trình bảo quản CA ở quy mô phòng thí nghiệm và pilot.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

  • Nguyên lý bảo quản bằng khí quyển điều chỉnh (CA): Giảm nồng độ $\text{O}_2$ xuống mức tối thiểu (nhưng cao hơn ngưỡng hô hấp yếm khí) và tăng nồng độ $\text{CO}_2$ đến ngưỡng an toàn sinh lý nhằm ức chế cường độ hô hấp, làm chậm quá trình chín già và thoát hơi nước. Nồng độ $\text{CO}_2$ cao có tác dụng ức chế trực tiếp hoạt tính các enzyme thủy phân pectin và cellulose (PE, PG, cellulase) ở tầng rời cuống quả, duy trì độ cứng và ngăn ngừa rụng quả, đồng thời ức chế sự nảy mầm bào tử và phát triển của nấm bệnh (đặc biệt là Botrytis cinerea).
  • Thành phần dinh dưỡng tham chiếu của quả nho ngọt (trong 100g phần ăn được):
Chỉ tiêu dinh dưỡng Giá trị Đơn vị
Năng lượng 286 kJ
Nước 82,1 g
Protein 0,4 g
Lipid 0,2 g
Celluloza 0,6 g
Glucid 16,3 g
Tro 0,4 g
Đường tổng số 15,48 g
Vitamin C 3,0 mg
Vitamin $\text{B}_1$ 0,06 mg
Vitamin $\text{B}_{12}$ 0,04 mg

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Thu thập và xử lý mẫu nguyên liệu: Mẫu nho thu hoạch trước 6 giờ sáng tại xã Xuân Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận; chùm đồng đều (550 - 650 g/chùm, kích thước quả $28 \pm 2\text{ mm} \times 18 \pm 2\text{ mm}$); bao gói PE đục lỗ (2 chùm/túi), bảo ôn trong thùng xốp có đá giữ ở 10 - 12°C, vận chuyển hàng không về phòng thí nghiệm trong vòng 24 giờ.
  • Phương pháp vi sinh vật và sinh học phân tử:
    • Phân lập từ dịch rửa mẫu nho tự thối hỏng sau 48 giờ ở 30°C trên môi trường Trypton Glucoza Agar (TGA) và Yeast Glucoza Chloramphenicol (YGC).
    • Tách chiết DNA tổng số theo phương pháp của Marmur (1961) và Saito (1963); kiểm tra bằng điện di gel agarose 0,8% trong đệm Tris-acetate-EDTA ở hiệu điện thế 100V.
    • Phản ứng PCR khuếch đại gen 16S rRNA đối với vi khuẩn và vùng ITS đối với nấm men, nấm mốc.
Nhóm vi sinh vật Ký hiệu primer Chuỗi trình tự primer ($5' - 3'$)
Vi khuẩn 27-F $5'\text{ - AGAGTTTGATCCTGGCTCAG - }3'$
1492-R $5'\text{ - GGTTACCTTGTTACGACTT - }3'$
Nấm men, nấm mốc ITS1 $5'\text{ - TCCGTAGGTGAACCTGCGG - }3'$
ITS4 $5'\text{ - CCTCCGCTTATTGATATGC - }3'$
  • Thành phần phản ứng PCR (tổng thể tích $25\ \mu\text{l}$): DNA mẫu ($1,0\ \mu\text{l}$), mồi ($2,0\ \mu\text{l}$), dNTP 5mM ($1,5\ \mu\text{l}$), đệm Buffer ($2,5\ \mu\text{l}$), Taq polymerase ($0,3\ \mu\text{l}$), $\text{H}_2\text{O}$ ($17,5\ \mu\text{l}$).
  • Giải trình tự gen bằng phương pháp Sanger (1977); phân tích xử lý chuỗi bằng phần mềm BioEdit, MultAlin và tra cứu đối chiếu trên cơ sở dữ liệu GenBank (NCBI BLAST).
  • Phương pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của axit hữu cơ: Phương pháp đục lỗ thạch (đường kính lỗ 6 mm) với axit lactic, axit citric, axit ascorbic ở nồng độ 1%; xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC), nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC) và nồng độ diệt nấm tối thiểu (MFC).
  • Phương pháp phân tích hóa sinh, sinh lý và enzyme:
    • Cường độ hô hấp đo bằng phương pháp kín xác định lượng $\text{CO}_2$ sinh ra.
    • Độ cứng thịt quả đo bằng máy đo độ cứng chuyên dụng.
    • Hàm lượng chất khô hòa tan tổng số (TSS) đo bằng khúc xạ kế (°Brix).
    • Hàm lượng axit tổng số (TA) xác định bằng phương pháp chuẩn độ trung hòa với NaOH 0,1N.
    • Hoạt độ enzyme cellulase và pectinesterase (PE) xác định theo phương pháp hóa sinh chuẩn.
    • Tổng số vi sinh vật hiếu khí (TVC) đếm khuẩn lạc (log CFU/g).
    • Tỷ lệ rụng quả và chất lượng cảm quan đánh giá theo thang điểm tiêu chuẩn.
  • Hệ thống thiết bị CA: Hệ thống 10 buồng bảo quản (dung tích 90 lít/buồng) kết nối hệ điều khiển PLC - máy tính trung tâm, tự động giám sát và điều chỉnh 4 thông số: nhiệt độ ($\pm 0,5^\circ\text{C}$), độ ẩm ($\pm 2%$), nồng độ $\text{O}_2$ ($\pm 0,5%$), nồng độ $\text{CO}_2$ ($\pm 0,5%$) và hiển thị cảnh báo khí $\text{C}_2\text{H}_4$. Mô hình Pilot có dung tích từ $0,2 - 20\text{ m}^3$.
  • Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa: Phương pháp bề mặt đáp ứng đa yếu tố với các hàm hồi quy mô tả:
    • $Y_1$: Độ cứng thịt quả (N).
    • $Y_2$: Hàm lượng chất khô tổng số TSS (°Brix).
    • $Y_3$: Hàm lượng axit tổng số TA (g/l hoặc %).
    • $Y_4$: Điểm đánh giá chất lượng cảm quan. Tối ưu hóa chế độ công nghệ thông qua việc giải bài toán hàm mong đợi tổng thể (Desirability function).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về quả nho

  1. Đặc điểm thực vật và thành phần sinh hóa: Quả nho thuộc họ Vitaceae (Vitis vinifera L.), chứa 70 - 80% nước, đường chủ yếu là glucose và fructose (tỷ lệ 1:1 khi chín), axit hữu cơ chính là tartaric và malic, các hợp chất màu anthocyanin, hợp chất tannin và pectin. Quá trình chín kèm theo sự giảm axit malic, mềm hóa thịt quả do enzyme pectolytic phân giải pectin.
  2. Biến đổi sinh lý và nguyên nhân gây tổn thất sau thu hoạch: Nho là quả không có đỉnh hô hấp đột biến (non-climacteric), dễ mất nước gây héo và thối cuống, gãy dập quả. Quá trình nâu cuống chịu tác động đồng thời của mất nước và sự kích hoạt của ethylene đối với các enzyme oxy hóa polyphenol (PPO, PAL). Thối hỏng do vi sinh vật (chủ yếu là nấm mốc xám Botrytis cinerea) là nguyên nhân gây suy giảm phẩm chất nghiêm trọng nhất.
  3. Thực trạng ngành nho Ninh Thuận: Tổng diện tích vùng an toàn đạt trên 2.553 ha (Ninh Phước, Ninh Hải, Phan Rang - Tháp Chàm). Giống Red Cardinal ngắn ngày (3 vụ/năm, >96% diện tích), giống NH01-48 dài ngày hơn (2 vụ/năm, ~4% diện tích nhưng chất lượng thịt giòn, ngọt, giá trị kinh tế cao). Khâu sơ chế và bảo quản toàn tỉnh còn lạc hậu, phụ thuộc xử lý $\text{SO}_2$ hoặc rửa anolyte cục bộ, thiếu công nghệ bảo quản hoàn chỉnh để đưa sản phẩm đi xa.
  4. Phân tích các công nghệ bảo quản: Đánh giá ưu nhược điểm của bảo quản lạnh, MAP, hóa chất, màng polyme sinh học, ozone và CA. Luận án khẳng định CA là giải pháp công nghệ giữ được trạng thái tươi tự nhiên, ức chế enzyme nội tại và kiểm soát vi sinh vật mà không để lại dư lượng độc hại.

Chương 2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu

  1. Quy chuẩn nguyên liệu: Tiêu chuẩn hóa quy trình thu hái 2 giống nho Red Cardinal và NH01-48 đạt chuẩn VietGAP tại thôn Thanh Sơn, xã Xuân Hải, Ninh Hải, Ninh Thuận; phương thức đóng gói PE đục lỗ và vận chuyển lạnh về phòng thí nghiệm trong 24 giờ.
  2. Quy trình phân lập và định danh sinh học phân tử: Mô tả chi tiết kỹ thuật nuôi cấy trên môi trường TGA/YGC; tách chiết DNA bộ gen; điều kiện chạy chu trình nhiệt PCR cho gen 16S rRNA và đoạn ITS; phương pháp giải trình tự Sanger và tra cứu BLAST GenBank.
  3. Quy trình thử nghiệm hoạt tính kháng vi sinh vật: Phương pháp đục lỗ thạch đo đường kính vòng vô khuẩn ($D - d\text{ mm}$) của axit lactic, citric, ascorbic; kỹ thuật pha loãng xác định MIC, MBC, MFC.
  4. Phương pháp bố trí thực nghiệm bảo quản CA: Thiết lập các thông số kiểm tra đơn yếu tố (nhiệt độ: 0°C, 2°C, 4°C...; nồng độ $\text{O}_2$: 1%, 2%, 3%, 5%...; nồng độ $\text{CO}_2$: 0%, 5%, 10%, 15%...); mô hình quy hoạch thực nghiệm trực giao đa yếu tố; phương pháp xác định hoạt độ enzyme cellulase, PE, đo biến đổi độ cứng, TSS, TA, TVC và đánh giá cảm quan.

Chương 3. Kết quả và thảo luận

  1. Phân lập và định tên vi sinh vật trên quả nho Ninh Thuận:
    • Phân lập và mô tả đặc điểm hình thái, sinh hóa của các chủng vi khuẩn, nấm men, nấm mốc đặc trưng trên 2 giống nho Red Cardinal và NH01-48.
    • Định danh chính xác các chủng vi sinh vật phân lập được bằng phương pháp sinh học phân tử giải trình tự gen 16S rRNA và vùng ITS qua so sánh ngân hàng dữ liệu GenBank.
  2. Khả năng kháng vi sinh vật của các axit hữu cơ và ứng dụng tiền xử lý:
    • So sánh hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm men và kháng nấm mốc của axit lactic, axit citric và axit ascorbic: Axit lactic thể hiện hiệu lực kháng vi sinh vật phổ rộng cao nhất với đường kính vòng kháng khuẩn lớn, giá trị MIC, MBC, MFC thấp đối với các chủng vi khuẩn và nấm mốc (Penicillium, Botrytis).
    • Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ xử lý axit lactic đến độ cứng, màu sắc, hàm lượng TSS, TA và tổng số vi sinh vật (TVC) của quả nho xanh NH01-48 trong bảo quản, chọn ra nồng độ tiền xử lý tối ưu trước khi đưa vào môi trường CA.
  3. Nghiên cứu biến đổi sinh lý và sinh hóa của nho xanh NH01-48:
    • Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ thấp làm giảm rõ rệt cường độ hô hấp của quả nho NH01-48, hạn chế tốc độ suy giảm độ cứng thịt quả và giữ ổn định hàm lượng TSS, TA.
    • Ảnh hưởng của nồng độ $\text{O}_2$: Nồng độ $\text{O}_2$ thấp (giảm từ không khí thường xuống mức kiểm soát) giúp kiềm chế hô hấp hiếu khí, làm chậm quá trình già hóa thịt quả mà không gây ra hiện tượng hô hấp yếm khí sinh mùi lạ.
    • Ảnh hưởng của nồng độ $\text{CO}_2$ cao: Nồng độ $\text{CO}_2$ nâng cao làm giảm mạnh hoạt độ của hai enzyme cellulase và pectinesterase (PE) ở vùng cuống, giữ vững lực liên kết FDF, từ đó làm giảm tỷ lệ rụng cuống và duy trì độ cứng quả, ức chế tỷ lệ nhiễm nấm mốc.
  4. Quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố và tối ưu hóa chế độ CA:
    • Xây dựng ma trận thực nghiệm đa yếu tố kết hợp giữa nồng độ $\text{O}_2$ và $\text{CO}_2$.
    • Thiết lập các phương trình hồi quy tương quan và vẽ đồ thị biểu diễn 2D, 3D mối quan hệ giữa các thông số khí quyển đến 4 hàm mục tiêu: $Y_1$ (Độ cứng), $Y_2$ (Hàm lượng chất khô tổng số TSS), $Y_3$ (Hàm lượng axit tổng số TA), $Y_4$ (Chất lượng cảm quan).
    • Tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phương pháp hàm mong đợi, xác định được bộ thông số công nghệ CA tối ưu cho quả nho xanh NH01-48.
  5. Khảo nghiệm và hoàn thiện quy trình công nghệ ở quy mô Pilot:
    • Thử nghiệm kiểm chứng bộ thông số tối ưu trên hệ thống buồng pilot. Đánh giá diễn biến chất lượng quả nho (độ cứng, TSS, TA, TVC, tỷ lệ rụng quả, điểm cảm quan) theo thời gian bảo quản.
    • Xây dựng sơ đồ quy trình công nghệ hoàn thiện bảo quản nho xanh NH01-48 bằng phương pháp điều chỉnh khí CA từ khâu thu hái, phân loại, sơ chế, tiền xử lý axit lactic, làm ráo, nạp phòng CA, duy trì chế độ khí và nhiệt độ đến giai đoạn xuất kho phân phối.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

  1. Đóng góp về mặt lý luận và khoa học:

    • Cung cấp dữ liệu khoa học có hệ thống đầu tiên về thành phần các loài vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc) hiện diện trên hai giống nho Ninh Thuận (Red Cardinal và NH01-48) được định danh chính xác bằng phương pháp sinh học phân tử (giải trình tự 16S rRNA và đoạn gen ITS).
    • Chứng minh bằng thực nghiệm khả năng ức chế vi sinh vật gây hại của axit lactic, xác lập cơ sở khoa học cho việc ứng dụng axit hữu cơ an toàn này làm tác nhân tiền xử lý thay thế các hóa chất truyền thống.
    • Làm sáng tỏ cơ chế tác động của nồng độ khí $\text{CO}_2$ cao và $\text{O}_2$ thấp trong việc ức chế các enzyme phân giải thành tế bào (cellulase, pectinesterase), kiềm chế cường độ hô hấp, hạn chế tiêu hao chất khô hòa tan và duy trì lực liên kết cuống quả FDF, từ đó ngăn ngừa hiện tượng mềm quả và rụng cuống ở nho xanh NH01-48.
    • Bổ sung cơ sở phương pháp luận quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa đa yếu tố cho công nghệ bảo quản nông sản bằng khí quyển điều chỉnh CA tại Việt Nam.
  2. Đóng góp về mặt thực tiễn:

    • Xác định được tập hợp thông số công nghệ thích hợp để bảo quản nho xanh NH01-48 trong môi trường CA, giúp kéo dài thời gian bảo quản thêm từ 10 - 12 ngày so với phương pháp bảo quản lạnh ẩm thông thường trong khi vẫn duy trì giá trị dinh dưỡng, cảm quan và tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
    • Thiết lập quy trình công nghệ sơ chế và bảo quản nho xanh NH01-48 bằng phương pháp CA đã được khảo nghiệm thành công ở quy mô pilot, sẵn sàng chuyển giao cho các cơ sở sản xuất, hợp tác xã và doanh nghiệp sau thu hoạch tại Ninh Thuận nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ nho ra các tỉnh miền Bắc và phục vụ phân phối chất lượng cao.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Nghiên cứu tập trung đi sâu tối ưu hóa quy trình bảo quản CA hoàn chỉnh đối với giống nho xanh NH01-48; giống nho đỏ Red Cardinal mới dừng lại ở nội dung phân lập và định danh hệ vi sinh vật.
  • Thử nghiệm công nghệ mới được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm (buồng 90 lít) và khảo nghiệm ở quy mô Pilot ($0,2 - 20\text{ m}^3$), chưa triển khai vận hành trên hệ thống kho lạnh CA dung tích thương mại công nghiệp lớn.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng khảo sát và xác lập chế độ công nghệ bảo quản CA tối ưu cho các giống nho khác đang trồng tại Ninh Thuận (Red Cardinal, NH01-93, NH01-96).
  • Ứng dụng kết quả chế độ khí CA tối ưu đã xác định để tính toán, thiết kế vật liệu màng bao gói khí quyển biến đổi (MAP) chuyên dụng cho nho Ninh Thuận nhằm giảm chi phí thiết bị và phục vụ phân phối bán lẻ.
  • Triển khai thử nghiệm quy trình công nghệ CA ở quy mô kho thương mại công nghiệp lớn gắn liền với chuỗi cung ứng logistics lạnh phân phối liên vùng.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sau thu hoạch, Công nghệ sinh học: Luận án là tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp định danh vi sinh vật sau thu hoạch bằng kỹ thuật sinh học phân tử (16S rRNA, ITS), phương pháp đánh giá hoạt tính enzyme phân giải pectin/cellulose, và kỹ thuật quy hoạch thực nghiệm bề mặt đáp ứng tối ưu hóa đa mục tiêu trong bảo quản nông sản.
  • Đối với các doanh nghiệp, hợp tác xã và người sản xuất nho tại Ninh Thuận: Tài liệu cung cấp quy trình công nghệ cụ thể từ khâu thu hái đạt chuẩn VietGAP, kỹ thuật tiền xử lý bằng dung dịch axit lactic an toàn đến các thông số điều khiển nồng độ khí quyển CA để duy trì độ tươi ngon của chùm nho, hạn chế rụng quả khi lưu kho và vận chuyển đường dài.
  • Đối với cơ quan quản lý nông nghiệp và khuyến nông: Là cơ sở khoa học để hoạch định các chính sách đầu tư hạ tầng chuỗi lạnh và công nghệ sau thu hoạch, nâng cao giá trị thương hiệu và sức cạnh tranh cho đặc sản nho Ninh Thuận.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ vi sinh vật trên quả nho Ninh Thuận được định danh bằng phương pháp sinh học phân tử nào?

Tác giả tách chiết DNA genome theo phương pháp của Marmur (1961) và Saito (1963), sau đó thực hiện phản ứng PCR khuếch đại gen 16S rRNA đối với vi khuẩn (sử dụng cặp mồi 27-F và 1492-R) và vùng gen ITS đối với nấm men, nấm mốc (sử dụng cặp mồi ITS1 và ITS4). Sản phẩm khuếch đại được giải trình tự bằng phương pháp Sanger (1977) và phân tích đối chiếu trên cơ sở dữ liệu GenBank qua công cụ BLAST.

2. Loại axit hữu cơ nào được lựa chọn làm giải pháp tiền xử lý quả nho và hiệu quả của nó được đánh giá ra sao?

Axit lactic được lựa chọn sau khi thực nghiệm so sánh với axit citric và axit ascorbic thông qua phương pháp đục lỗ thạch xác định vòng kháng khuẩn, nồng độ MIC, MBC và MFC. Tiền xử lý quả nho xanh NH01-48 bằng axit lactic giúp kiểm soát mật độ vi sinh vật tổng số (TVC), duy trì độ cứng thịt quả, ổn định màu sắc và hạn chế suy giảm hàm lượng chất khô hòa tan (TSS) và axit tổng số (TA).

3. Cơ chế nào giúp phương pháp điều chỉnh khí CA hạn chế hiện tượng rụng cuống quả nho trong quá trình bảo quản?

Nồng độ $\text{CO}_2$ cao kết hợp với nồng độ $\text{O}_2$ thấp trong môi trường CA ức chế hoạt độ của hai enzyme cellulase và pectinesterase (PE) ở tầng rời cuống quả. Việc kiềm chế hoạt tính của các enzyme này giúp duy trì độ bền vững của vách tế bào, bảo toàn lực liên kết giữa quả và cuống (Fruit detachment force - FDF), từ đó làm giảm tỷ lệ rụng quả trong suốt thời gian bảo quản.

4. Luận án đã giải quyết bài toán tối ưu hóa đa yếu tố đối với những hàm mục tiêu nào?

Luận án tiến hành quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố khảo sát tác động đồng thời của nồng độ khí $\text{O}_2$ và $\text{CO}_2$ đến 4 hàm mục tiêu gồm: hàm hồi quy $Y_1$ (Độ cứng thịt quả), $Y_2$ (Hàm lượng chất khô tổng số TSS), $Y_3$ (Hàm lượng axit tổng số TA), và $Y_4$ (Điểm đánh giá chất lượng cảm quan). Sau đó, bài toán tối ưu hóa được giải bằng phương pháp hàm mong đợi tổng thể.

5. Tiêu chuẩn chọn mẫu nguyên liệu nho xanh NH01-48 phục vụ nghiên cứu thực nghiệm được quy định như thế nào?

Mẫu nho được thu hoạch chính vụ vào tháng 4 tại vùng trồng đạt chuẩn VietGAP ở thôn Thanh Sơn, xã Xuân Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận; độ tuổi quả từ 115 - 120 ngày sau khi cắt cành; thời điểm thu hái kết thúc trước 6 giờ sáng; chọn chùm quả đồng đều (khối lượng 550 - 650 g/chùm, kích thước quả dài $28 \pm 2\text{ mm}$, rộng $18 \pm 2\text{ mm}$); bao gói PE đục lỗ và bảo ôn ở nhiệt độ 10 - 12°C trong thùng xốp khi vận chuyển hàng không về phòng thí nghiệm trong vòng 24 giờ.


Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thị Hạnh đã giải quyết một vấn đề kỹ thuật cấp thiết của chuỗi giá trị nho ăn tươi Ninh Thuận thông qua việc thiết lập cơ sở khoa học sinh lý, sinh hóa và vi sinh vật cho công nghệ điều chỉnh khí quyển CA. Nghiên cứu đã định danh thành công các chủng vi sinh vật đặc trưng, đề xuất giải pháp tiền xử lý an toàn bằng axit lactic và làm sáng tỏ cơ chế ức chế enzyme cellulase, pectinesterase để hạn chế hiện tượng mềm quả và rụng cuống ở nho xanh NH01-48. Kết quả tối ưu hóa đa biến và khảo nghiệm ở quy mô pilot đã xây dựng thành công quy trình công nghệ bảo quản CA giúp kéo dài thời gian lưu trữ thêm 10 - 12 ngày so với phương pháp bảo quản lạnh ẩm thông thường mà vẫn bảo đảm đầy đủ các chỉ tiêu dinh dưỡng, cảm quan và an toàn thực phẩm. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị cao cho công tác đào tạo, nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ sau thu hoạch cũng như ứng dụng thực tiễn trong ngành sản xuất và chế biến rau quả tại Việt Nam.