Mở đầu (4 tr.Tổng quan (32 tr.Vật liệu và phƣơng pháp nghiên cứu (14 tr. Kết quả và thảo luận (72 tr. Kết luận và kiến nghị (2 tr.); Tài liệu tham khảo với 151 tài liệu tham khảo và Phần phụ lục. Công nghệ tạo màng ứng dụng trong bảo quản rau quả tƣơi 1.
Đặc tính của rau quả sau thu hoạch và các phƣơng pháp bảo quản 1. Đặc tính của rau quả sau thu hoạch Trao đổi chất của tế bào thực vật diễn ra hai quá trình: Quá trình tổng hợp các chất đặc trƣng đồng thời tích lũy năng lƣợng thƣờng đƣợc gọi là đồng hóa và quá trình phân giải các chất đặc trƣng đồng thời giải phóng năng lƣợng gọi là dị hóa. Sau thu hoạch, quá trình đồng hóa ở rau quả gần nhƣ dừng lại do đã bị tách ra khỏi nguồn cung cấp dinh dƣỡng trực tiếp từ cây. Để cung cấp năng lƣợng cho duy trì hoạt động sống của tế bào, các phản ứng sinh hóa diễn ra theo con đƣờng dị hóa.
Trong đó, các vật chất hữu cơ (carbohydrate, lipit, protein) sẽ chuyển hóa thành các hợp chất cuối cùng và sản sinh ra năng lƣợng, đồng thời thải ra hơi nƣớc, CO2, khí etylene. Song song với dị hóa là quá trình già hóa và chín của quả diễn ra. Đến thời điểm nhất định, các phản ứng sinh hóa bị đình chỉ và tế bào thực vật dừng sự sống [93]. Cƣờng độ hô hấp là chỉ tiêu đánh giá mức độ trao đổi chất của rau, quả.
Phƣơng trình tổng thể cho hô hấp hiếu khí nhƣ sau: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal/mol (1.1a) Làm chậm quá trình hô hấp sẽ hạn chế những biến đổi sinh lý và sinh hóa, nhờ đó quá trình sống của tế bào thực vật kéo dài lâu hơn [35]. Tuy nhiên, trong điều kiện hàm lƣợng ô xy cung cấp cho thực vật nhỏ hơn 2%, rau quả hô hấp yếm khí, đƣờng bị lên men theo phƣơng trình 1.1b: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2 CO2 + 117,23 kcal/mol (1.1b) Quá trình hô hấp yếm khí phân giải đƣờng ra rƣợu, acetaldehyde, CO2 và axit lactic, sau đó acetaldehyde tạo ra ethanol, mất mùi, sản phẩm bị hƣ hỏng trƣớc khi xảy ra chết tế bào [23]. Do đó, để kéo dài thời gian bảo quản rau thu hoạch cần giảm cƣờng độ hô hấp, qua đó giảm tốc độ chuyển hóa cơ chất và kéo dài thời gian bảo quản. Bảo quản rau quả tươi trong môi trường nhiệt độ thấp, độ ẩm cao Để hạn chế cƣờng độ hô hấp của rau quả và vi sinh vật gây thối hỏng, phƣơng pháp bảo quản lạnh kết hợp duy trì độ ẩm môi trƣờng bảo quản cao là phƣơng pháp phổ biến nhất.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp là nhiệt độ yêu cầu kiểm soát phải phù -5- hợp với sinh lý của từng nhóm rau quả, đảm bảo không gây tổn thƣơng lạnh cho sản phẩm, đặc biệt là đối với rau quả nhiệt đới. Đồng thời, phƣơng pháp bảo quản lạnh còn chƣa kinh tế cho các nƣớc nghèo do vốn đầu tƣ và chi phí năng lƣợng cao. Bảo quản rau, quả tươi bằng hóa chất Nguyên tắc bảo quản dựa vào tác dụng diệt nấm mốc của một số chất diệt nấm, ví dụ benomil (benlat), carbendazim, topsin, funginex, rovral (iprodione), v. Một nhóm chất khác tác dụng theo nguyên tắc kích thích sinh trƣởng thực vật, ví dụ 2,4-D.
Hiện nay, hầu hết các chất này đều bị cấm hoặc khuyến cáo không nên sử dụng sau thu hoạch cho rau quả tƣơi vì để lại dƣ lƣợng gây ảnh hƣởng tới sức khoẻ ngƣời tiêu dùng và tác hại đến môi trƣờng. Các chất diệt nấm hóa học trên nếu sử dụng phải là những chất ít độc hại và phải đƣợc phép của quốc gia và quốc tế. Bảo quản rau quả tươi bằng chất hấp thụ khí etylen và 1-MCP Nguyên tắc của phƣơng pháp là sử dụng chất hấp thụ khí etylen đặt trong môi trƣờng bảo quản rau quả (và hoa) tƣơi. Chất hấp thụ phổ biến nhất dựa vào khả năng khử của kali permanganate (KMnO4) biến etylen thành CO2 và hơi nƣớc.
Chất khử này đƣợc dung nạp trong chất mang là loại chất hấp thụ bề mặt lớn, thông thƣờng là alumina hay zeolit. Kỹ thuật hấp thụ khí etylen dễ thực hiện, giá thành thấp nhƣng hiệu quả không cao và chỉ hiệu quả với một số loại rau quả. Cần kết hợp với phƣơng pháp khác. Để hạn chế tác dụng của etylen, 1-MCP (methylcy- clopropen) cũng đƣợc sử dụng.
Với một lƣợng rất nhỏ (ppb) 1-MCP có thể ức chế etylen làm dừng các quá trình biến đổi sinh hóa của rau quả. Hiện nhiều nƣớc vẫn đang tiếp tục nghiên cứu đặc biệt là về tính an toàn của 1-MCP [11, 17]. Bảo quản rau quả tươi bằng bao gói biến đổi khí (MAP) và kiểm soát khí (CA) Phƣơng pháp MAP và CA đều dựa trên nguyên tắc thay đổi thành phần khí trong môi trƣờng bảo quản đáp ứng nồng độ khí carbonic cao và ô xy thấp làm giảm cƣờng độ hô hấp và làm chậm quá trình già hóa giúp kéo dài thời gian bảo quản. Hiện đã có nhiều nghiên cứu và công thức thành phần khí thích hợp cho nhiều loại rau quả khác nhau.
Tuy nhiên, để đạt đƣợc hiệu quả cao, phƣơng pháp này yêu cầu cần tính toán chính xác mối quan hệ giữa cƣờng độ hô hấp và nồng độ khí yêu cầu. Việc áp dụng đòi hỏi kỹ thuật cao và thƣờng yêu cầu kết hợp với nhiệt độ thấp. Bên cạnh các hạn chế nêu trên, chi phí đầu tƣ cao vẫn là lý do chủ yếu của việc thiếu khả thi phổ cập công nghệ này tại nhiều nƣớc đang phát triển [12]. Bảo quản rau quả tươi bằng kĩ thuật bao gói kín riêng từng quả (Invididual Seal Technique, SIT) Đây là một dạng biến thể của phƣơng pháp MAP.
Kỹ thuật bao gói bằng túi chất dẻo kín và sát bề mặt quả rất có hiệu quả chống mất nƣớc, có thể sử dụng hiệu quả cho các loại quả có múi nhƣ cam, bƣởi. Nhƣợc điểm lớn nhất là rất dễ mắc nấm mốc gây thối hỏng, hô hấp yếm khí. Ngoài ra, giá thành thƣờng cao do tốn nhiều chi phí nhân công, đồng thời cần xem xét về vấn đề rác thải cho môi trƣờng 1. Bảo quản rau quả tươi bằng phương pháp phủ màng bề mặt Tƣơng tự với kỹ thuật túi màng phim chất dẻo (SIT), kỹ thuật phủ màng là tạo ra một dịch lỏng dạng compozit, colloid hoặc nhũ tƣơng rồi phủ lên bề mặt từng quả (hoặc rau ăn quả, rau ăn củ) riêng rẽ bằng cách phun, nhúng, xoa.
Khi dịch lỏng khô đi tạo ra một lớp màng mỏng gần nhƣ trong suốt trên quả. Nhờ tính chất bán thấm điều chỉnh khí và hơi nƣớc của màng mà quả đƣợc giữ tƣơi lâu hơn. Màng phủ làm giảm tổn thất khối lƣợng và làm chậm sự nhăn nheo của quả do hạn chế quá trình mất nƣớc. Màng phủ có thể tạo ra vùng vi khí quyển điều chỉnh xung quanh quả do đó làm thay đổi sự trao đổi khí với không khí xung quanh.
Nhƣ vậy, về bản chất kỹ thuật màng bán thấm cũng là một dạng của phƣơng pháp MA [43]. Phƣơng pháp này hạn chế đƣợc nguy cơ rác thải cho môi trƣờng. Công nghệ bảo quản bằng chế phẩm tạo màng và ý nghĩa thực tiễn 1. Tính chất thẩm thấu khí và nước của màng Tính thẩm thấu hơi nƣớc, khí, chất tan hoặc lipit của màng phim (film) và màng phủ (coating) là một tính chất quan trọng để lựa chọn nguyên liệu tạo phim hay làm màng phủ cho một đối tƣợng cụ thể.
Tính thấm thấu của màng phim đƣợc tính toán kết hợp định luật khuyết tán bậc nhất Ficks và định luật hoà tan Henry [18]. Đƣợc dùng để xác định mức độ thẩm thấu khí và hơi nƣớc qua màng không có lỗ xốp. Mức độ khuếch tán phản ánh độ thẩm thấu không tính đến độ dày màng hoặc gradien áp suất thẩm thấu riêng phần. Tốc độ khuếch tán khí và hơi nƣớc phụ thuộc vào rào cản thẩm thấu nƣớc và khí của vật liệu.
Mô tả cụ thể về thuật ngữ, phƣơng trình và lý thuyết của tính thẩm thấu đƣợc giới thiệu bởi Miller & Krochta [103]. Tính thẩm thấu của màng thực phẩm (ăn đƣợc) phụ thuộc vào thành phần hoá học và cấu trúc của polyme tạo màng. Nguyên liệu phân cực cao với số lƣợng cầu hydro lớn tạo ra sự thấm khí thấp, nhất là trong điều kiện độ ẩm thấp, nhƣng chúng lại có độ cản mất hơi nƣớc kém. Nguyên liệu không phân cực nhƣ lipit có khả năng cản thất thoát hơi nƣớc tốt, nhƣng có tính thẩm thấu với các loại khí nhƣ ôxy.
-7- Các loại nhóm chức trong polyme cũng có thể có tác dụng, phụ thuộc vào kết quả tƣơng tác mạch, sự chuyển động và việc nhóm chức này là kị nƣớc hay ƣa nƣớc. Các nhóm chức mang điện tích i-ôn tạo nên các liên kết mạch polyme mạnh nên sẽ bị hạn chế chuyển động giúp màng có mức độ cản ôxy tốt, nhƣng các liên kết hydro sẽ tạo ra màng có độ thấm hơi nƣớc cao. Bên cạnh đó, sự hấp thụ nƣớc phá vỡ sự tƣơng tác giữa các chuỗi polyme làm tăng tính thấm. Đây là nguyên nhân các màng phim thƣờng có tính thẩm thấu cao hơn khi ở môi trƣờng có độ ẩm cao.
Các nhóm không phân cực tạo ra màng phim có tính cản trở ô xy ít hiệu quả hơn nhƣng lại cải thiện rõ rệt tính cản thấm nƣớc [57]. Để giảm tính giòn của màng và tăng tính mềm dẻo giúp màng ít bị gãy và bong, các thành phần có trọng lƣợng phân tử thấp, hoặc các chất dẻo hoá thƣờng đƣợc bổ sung. Các thành phần này có thể tác động tới tính thấm (đặc biệt tính thấm hơi nƣớc) và tính dẻo của màng nhờ phá vỡ các cầu hydro trên mạch polyme. Cấu trúc của các polyme tạo màng cũng quan trọng đối với tính thấm của màng.
Kích thƣớc của mạch nhánh làm cho liên kết giữa các polyme chặt hoặc lỏng tƣơng ứng là làm tăng hoặc giảm tính thẩm của màng. Trọng lƣợng phân tử và cấu trúc tinh thể của polyme có thể có các hiệu ứng. Lipit có thể tồn tại ở một số trạng thái tinh thể khác nhau dẫn đến các tính chất cản thấm khác nhau. Mức độ tinh thể càng cao thì tính thấm càng đƣợc hạn chế.
Sự định hƣớng của các polyme cũng ảnh hƣởng tới tính thấm. Chẳng hạn, những tinh thể sáp sắp xếp vuông góc trực tiếp với dòng khí sẽ tạo tính cản khí tốt hơn khi xếp song song. Sự khâu mạch của các chuỗi polyme bởi i-ôn hay enzym có thể làm giảm giá trị tính thấm vì thay đổi pH (phụ thuộc vào điểm đẳng điện trong trƣờng hợp màng protein).
