Tổng quan nghiên cứu

Quả bơ (Persea americana Mill.) là loại quả giàu dinh dưỡng, chứa protein, chất béo không bão hòa, vitamin và các chất chống oxy hóa như ascorbic acid và glutathione. Theo số liệu FAOSTAT năm 2018, tổng giá trị xuất khẩu quả bơ toàn cầu đạt 14 tỷ USD và dự báo tăng lên 23 tỷ USD vào năm 2027. Ở Việt Nam, diện tích trồng bơ năm 2016 khoảng 5,1 nghìn ha với sản lượng 27,8 nghìn tấn, chủ yếu tập trung ở Tây Nguyên. Tuy nhiên, quả bơ chín nhanh và khó bảo quản, chỉ giữ được 5-7 ngày ở nhiệt độ phòng, gây tổn thất lớn sau thu hoạch.

Quá trình chín của quả bơ là quá trình hô hấp bột phát, tạo ra nhiều gốc oxy phản ứng (ROS) gây lão hóa và giảm chất lượng quả. Chu trình ascorbate-glutathione (AsA-GSH) là hệ thống chống oxy hóa quan trọng giúp loại bỏ ROS, duy trì chất lượng quả. Melatonin (ML) là hợp chất tự nhiên có khả năng chống oxy hóa mạnh, được phát hiện ở thực vật từ năm 1995, có vai trò bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa và làm chậm quá trình lão hóa quả sau thu hoạch.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của melatonin ngoại sinh đến các chất chống oxy hóa trong chu trình AsA-GSH và enzyme làm mềm quả bơ trong quá trình chín, nhằm kéo dài thời gian bảo quản và nâng cao chất lượng quả bơ sau thu hoạch. Nghiên cứu được thực hiện trên quả bơ giống 034, thu hái tại Gia Lai, bảo quản ở 22°C trong 12 ngày, với các nồng độ melatonin xử lý 0,1 mM và 0,5 mM. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc ứng dụng melatonin để giảm tổn thất sau thu hoạch, nâng cao giá trị kinh tế của quả bơ Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính:

  1. Chu trình ascorbate-glutathione (AsA-GSH): Đây là hệ thống chống oxy hóa quan trọng trong thực vật, bao gồm các chất chuyển hóa ascorbic acid (AsA), glutathione (GSH) và các enzyme như ascorbate peroxidase (APX), dehydroascorbate reductase (DHAR), glutathione reductase (GR). Chu trình này giúp loại bỏ các gốc oxy phản ứng (ROS) như H2O2, bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa.

  2. Enzyme làm mềm quả: Quá trình làm mềm quả bơ liên quan đến sự phân giải thành tế bào qua hoạt động của các enzyme như pectin methylesterase (PME), polygalacturonase (PG), cellulase (Cx). Các enzyme này phá vỡ pectin, hemicellulose và cellulose, làm giảm độ cứng và chất lượng quả.

Các khái niệm chính bao gồm: ROS, chất chống oxy hóa phi enzyme (AsA, GSH), enzyme chống oxy hóa (APX, DHAR, GR), enzyme làm mềm quả (PME, PG, Cx), melatonin ngoại sinh và quá trình chín quả bơ.

Phương pháp nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Quả bơ giống 034 thu hái ở giai đoạn già thu hoạch tại xã Gào, thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai.
  • Thời gian và địa điểm: Tháng 12/2021 đến tháng 8/2022 tại phòng thí nghiệm Sinh lý thực vật – Hóa sinh, Trường Đại học Quy Nhơn và Phòng thí nghiệm Trung tâm Khoa học và Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
  • Xử lý mẫu: Quả bơ được ngâm trong dung dịch melatonin 0,1 mM và 0,5 mM trong 2 giờ, mẫu đối chứng ngâm nước cất. Sau đó bảo quản ở 22°C ± 1, độ ẩm 75-80%.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu quả đồng nhất về kích thước, hình dạng, không hư hỏng, lấy ngẫu nhiên 3 lần lặp lại cho mỗi chỉ tiêu phân tích.
  • Chỉ tiêu nghiên cứu: Hàm lượng ascorbic acid (AsA), glutathione (GSH); hoạt độ enzyme APX, DHAR, GR; hoạt độ enzyme làm mềm quả PME, PG, Cx; độ cứng quả.
  • Phương pháp phân tích: Xác định hàm lượng AsA theo phương pháp AOAC (1995), GSH theo Brehe và Burch (1976). Hoạt độ enzyme được đo bằng các phương pháp chuẩn như Nakano và Asada (1981) cho APX, DHAR; Smith (1988) cho GR; Yoshida và cộng sự (1984) cho PG; Pressey (2010) cho PME; Durbin và Lewis (1988) cho Cx. Độ cứng quả đo bằng thiết bị Mark 10.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm SAS 8, phân tích ANOVA và kiểm định LSD 5% để so sánh sự khác biệt giữa các nghiệm thức.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hàm lượng ascorbic acid (AsA):

    • AsA tăng dần trong những ngày đầu, đạt cực đại vào ngày 6 (7,47 mg/100g FW) ở mẫu đối chứng và ngày 8 (7,55 mg/100g FW) ở mẫu xử lý melatonin 0,5 mM.
    • Mẫu xử lý melatonin duy trì hàm lượng AsA cao hơn đối chứng trong suốt quá trình bảo quản, giảm chậm hơn ở cuối thời gian (ngày 12: 4,79 mg/100g FW ở 0,5 mM so với 2,12 mg/100g FW đối chứng).

  2. Hàm lượng glutathione (GSH):

    • GSH tăng mạnh, đạt cực đại ngày 6 với 122,28 µM/g FW (đối chứng) và 178,3 µM/g FW (melatonin 0,5 mM, cao hơn 46%).
    • Sau đó giảm dần nhưng mẫu melatonin hạn chế sự sụt giảm, duy trì hàm lượng GSH cao hơn đối chứng.

  3. Hoạt độ enzyme ascorbate peroxidase (APX):

    • APX tăng dần, đạt cực đại ngày 6 (4,72 U/phút/g FW đối chứng) và ngày 8 (5,45 U/phút/g FW melatonin 0,5 mM).
    • Mẫu melatonin 0,5 mM duy trì hoạt độ APX cao hơn 22% so với đối chứng vào cuối thời gian bảo quản.

  4. Hoạt độ enzyme dehydroascorbate reductase (DHAR):

    • DHAR tăng đến cực đại ngày 6, mẫu melatonin 0,5 mM đạt 33,55 U/phút/g FW, cao hơn 61% so với ban đầu.
    • Mẫu melatonin 0,5 mM có hoạt độ DHAR cao hơn rõ rệt so với đối chứng và 0,1 mM.

  5. Hoạt độ enzyme glutathione reductase (GR):

    • Hoạt độ GR giảm dần trong quá trình bảo quản, nhưng melatonin 0,5 mM hạn chế sự giảm này, duy trì hoạt độ cao hơn 21% so với đối chứng tại ngày 6.
    • Đến ngày 12, hoạt độ GR ở mẫu 0,5 mM vẫn cao hơn đối chứng.

  6. Độ cứng quả bơ:

    • Độ cứng giảm dần trong quá trình chín, nhưng mẫu xử lý melatonin duy trì độ cứng cao hơn so với đối chứng, đặc biệt ở phần giữa quả.
    • Melatonin ức chế hoạt động enzyme làm mềm quả như PME, PG, Cx, góp phần duy trì cấu trúc thành tế bào và độ cứng quả.

Thảo luận kết quả

Melatonin ngoại sinh đã làm tăng hàm lượng các chất chống oxy hóa AsA và GSH, đồng thời tăng hoạt độ các enzyme APX, DHAR và GR trong chu trình AsA-GSH, giúp loại bỏ hiệu quả ROS sinh ra trong quá trình chín và bảo quản quả bơ. Điều này làm chậm quá trình oxy hóa, giảm tổn thất dinh dưỡng và kéo dài thời gian bảo quản.

Hoạt động enzyme làm mềm quả bị ức chế bởi melatonin, làm chậm quá trình phân giải pectin và cellulose, duy trì độ cứng và chất lượng quả. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trên quả anh đào, táo tàu, kiwi và táo tàu, cho thấy melatonin là chất điều hòa hiệu quả quá trình chín và lão hóa quả sau thu hoạch.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến đổi hàm lượng AsA, GSH và hoạt độ enzyme theo thời gian, cũng như bảng so sánh độ cứng quả giữa các nghiệm thức. Các kết quả này cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng melatonin trong bảo quản quả bơ, góp phần giảm tổn thất sau thu hoạch và nâng cao giá trị kinh tế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng melatonin 0,5 mM trong xử lý sau thu hoạch quả bơ:

    • Mục tiêu: Kéo dài thời gian bảo quản, duy trì hàm lượng chất chống oxy hóa và độ cứng quả.
    • Thời gian thực hiện: Ngay sau thu hoạch, trong vòng 12 giờ.
    • Chủ thể thực hiện: Các cơ sở thu mua, chế biến và bảo quản quả bơ.

  2. Phát triển quy trình xử lý melatonin kết hợp với các phương pháp bảo quản hiện đại:

    • Mục tiêu: Tăng hiệu quả bảo quản, giảm tổn thất chất lượng và số lượng quả.
    • Thời gian: Nghiên cứu và áp dụng trong 1-2 năm.
    • Chủ thể: Các viện nghiên cứu, doanh nghiệp nông nghiệp.

  3. Đào tạo kỹ thuật cho nông dân và doanh nghiệp về xử lý melatonin và bảo quản quả bơ:

    • Mục tiêu: Nâng cao nhận thức và kỹ năng bảo quản, tăng giá trị sản phẩm.
    • Thời gian: Tổ chức định kỳ hàng năm.
    • Chủ thể: Sở Nông nghiệp, các trung tâm đào tạo.

  4. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng melatonin cho các giống bơ khác và các loại quả khác:

    • Mục tiêu: Khai thác tiềm năng của melatonin trong bảo quản nông sản.
    • Thời gian: 2-3 năm nghiên cứu.
    • Chủ thể: Các trường đại học, viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nông dân và nhà sản xuất quả bơ:

    • Lợi ích: Áp dụng kỹ thuật xử lý melatonin để kéo dài thời gian bảo quản, giảm tổn thất sau thu hoạch, nâng cao thu nhập.
    • Use case: Xử lý quả bơ ngay sau thu hoạch để duy trì chất lượng khi vận chuyển và tiêu thụ.

  2. Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu nông sản:

    • Lợi ích: Nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng giá trị thương phẩm, mở rộng thị trường xuất khẩu.
    • Use case: Áp dụng quy trình bảo quản melatonin kết hợp với công nghệ bảo quản hiện đại.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành sinh học thực nghiệm, công nghệ thực phẩm:

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả và ứng dụng melatonin trong bảo quản quả tươi.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu tiếp theo hoặc ứng dụng trong các nghiên cứu liên quan.

  4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp:

    • Lợi ích: Xây dựng chính sách hỗ trợ ứng dụng công nghệ bảo quản tiên tiến, phát triển ngành trồng trọt bền vững.
    • Use case: Đề xuất các chương trình hỗ trợ kỹ thuật và tài chính cho nông dân và doanh nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Melatonin ngoại sinh có tác dụng gì trong bảo quản quả bơ?
    Melatonin giúp tăng hàm lượng chất chống oxy hóa như ascorbic acid và glutathione, đồng thời tăng hoạt độ enzyme chống oxy hóa, giảm ROS gây hại, làm chậm quá trình chín và mềm quả, kéo dài thời gian bảo quản.

  2. Nồng độ melatonin nào hiệu quả nhất cho quả bơ?
    Nghiên cứu cho thấy nồng độ 0,5 mM melatonin có hiệu quả cao hơn 0,1 mM trong việc duy trì hàm lượng chất chống oxy hóa và hoạt độ enzyme, cũng như giữ độ cứng quả lâu hơn.

  3. Quá trình xử lý melatonin được thực hiện như thế nào?
    Quả bơ được ngâm trong dung dịch melatonin trong 2 giờ ngay sau thu hoạch, sau đó bảo quản ở nhiệt độ phòng khoảng 22°C với độ ẩm 75-80%.

  4. Melatonin có ảnh hưởng đến các enzyme làm mềm quả như thế nào?
    Melatonin ức chế hoạt động của các enzyme phân giải thành tế bào như pectin methylesterase, polygalacturonase và cellulase, giúp duy trì cấu trúc thành tế bào và độ cứng của quả bơ.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các loại quả khác không?
    Có, nhiều nghiên cứu trên quả anh đào, táo tàu, kiwi đã chứng minh melatonin có tác dụng tương tự trong việc kéo dài thời gian bảo quản và cải thiện chất lượng quả sau thu hoạch.

Kết luận

  • Melatonin ngoại sinh ở nồng độ 0,5 mM hiệu quả trong việc duy trì hàm lượng ascorbic acid và glutathione, tăng hoạt độ enzyme APX, DHAR, GR trong chu trình AsA-GSH của quả bơ trong quá trình chín và bảo quản.
  • Melatonin ức chế hoạt động enzyme làm mềm quả như PME, PG, Cx, giúp duy trì độ cứng và chất lượng quả bơ.
  • Quá trình xử lý melatonin làm chậm quá trình oxy hóa và lão hóa quả bơ, kéo dài thời gian bảo quản lên đến 12 ngày ở nhiệt độ phòng.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho ứng dụng melatonin trong bảo quản quả bơ, góp phần giảm tổn thất sau thu hoạch và nâng cao giá trị kinh tế.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng melatonin cho các giống bơ khác và các loại quả khác, đồng thời phát triển quy trình xử lý kết hợp công nghệ bảo quản hiện đại.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở sản xuất và bảo quản quả bơ nên áp dụng xử lý melatonin 0,5 mM ngay sau thu hoạch để nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm trên thị trường.