Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tạo chế phẩm Aminoethoxyvinylglycine từ Streptomyces spp. có khả năng ức chế sinh tổng hợp ethylene để trì hoãn quá trình chín quả giai đoạn cận và sau thu hoạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN NGUYỆN

NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM
AMINOETHOXYVINYLGLYCINE TỪ Streptomyces spp. CÓ KHẢ
NĂNG ỨC CHẾ SINH TỔNG HỢP ETHYLENE ĐỂ TRÌ HOÃN
QUÁ TRÌNH CHÍN QUẢ GIAI ĐOẠN CẬN VÀ SAU THU
HOẠCH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN NGUYỆN

NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM
AMINOETHOXYVINYLGLYCINE TỪ Streptomyces spp. CÓ KHẢ
NĂNG ỨC CHẾ SINH TỔNG HỢP ETHYLENE ĐỂ TRÌ HOÃN
QUÁ TRÌNH CHÍN QUẢ GIAI ĐOẠN CẬN VÀ SAU THU HOẠCH

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số

: 94 20 201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Trịnh Khắc Quang
2. PGS. TS. Phạm Anh Tuấn

HÀ NỘI – 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
cứ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2020
Tác giả luận án

Nguyễn Văn Nguyện


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện công trình nghiên cứu, tôi đã nhận được nhiều sự

giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo tận tình của các thầy, cô, bạn bè đồng nghiệp
và các cơ quan.
Đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn,
Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam, Ban Đào tạo Viện Khoa học nông nghiệp
Việt Nam, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Viện Nghiên
cứu rau quả và các cơ quan hữu quan, các doanh nghiệp, các cá nhân và tập thể ở
các địa phương đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận án tiến sĩ này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Khắc Quang, PGS.TS
Phạm Anh Tuấn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
thực hiện và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các anh/chị đồng nghiệp Bộ môn Nghiên cứu
Công nghệ sau thu hoạch, Bộ môn Nghiên cứu công nghệ bảo quản nông sản thực
phẩm, Bộ môn Cây ăn quả đã rất nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực
hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến Lãnh đạo và các cán bộ Viện Khoa học Nông
nghiệp Việt Nam, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch, Viện
Nghiên cứu rau quả, Ban thông tin và đào tạo VAAS đã luôn động viên, tạo điều
kiện và giúp đỡ để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ là chủ tịch hội
đồng, ủy viên phản biện, ủy viên hội đồng đã dành thời gian quý báu để đọc và
tham gia hội đồng chấm luận án này.
Cuối cùng, tôi xin tỏ lòng biết ơn gia đình nội, ngoại, vợ, con tôi và bạn bè
đã động viên, cổ vũ, khích lệ trong suốt quá trình thực hiện luận án.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii

MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... x
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................xii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................. 5
1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ quả tươi ................................................................ 5
1.1.1. Trên thế giới ...................................................................................................... 5
1.1.2. Ở Việt Nam ....................................................................................................... 5
1.1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cam (Citrus sinensis) ..................................... 6
1.1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ chuối tiêu (Musa cavendish) ........................ 7
1.2. Đặc điểm quá trình sinh trưởng, phát triển, lão hóa của quả trước và sau thu
hoạch ........................................................................................................................... 9
1.3. Tác động của ethylene nội sinh đến quá trình sinh trưởng, phát triển và lão hóa
của quả......................................................................................................................... 9
1.4. Các nghiên cứu ức chế hoạt động của ethylene nội sinh trước và sau thu hoạch12
1.4.1. Ức chế sinh tổng hợp ...................................................................................... 13
1.4.1.1. Kìm hãm enzyme ACS................................................................................. 13
1.4.1.2. Ức chế enzyme ACO ................................................................................... 13
1.4.1.3. Cạnh tranh cơ chất SAM .............................................................................. 14
1.4.2. Kìm hãm các thụ thể nhận biết ethylene ......................................................... 14
1.4.3. Loại bỏ ethylene .............................................................................................. 15
1.4.3.1. Hấp phụ ........................................................................................................ 15
1.4.3.2. Oxy hóa ........................................................................................................ 15
1.4.3.3. Xúc tác phân hủy .......................................................................................... 16


iv

1.4.3.4. Bộ lọc sinh học ............................................................................................. 16

1.5. Hoạt chất AVG .................................................................................................. 18
1.5.1. Cấu tạo phân tử AVG ...................................................................................... 18
1.5.2. Tính chất hóa lý của AVG .............................................................................. 19
1.5.3. Cơ chế kìm hãm sinh tổng hợp ethylene của AVG......................................... 19
1.5.3.1. ACS và các tác nhân kìm hãm ACS ............................................................ 19
1.5.3.2. Cơ chế ức chế ACS của AVG ...................................................................... 20
1.6. Công nghệ sản xuất chế phẩm chứa hoạt chất AVG.......................................... 21
1.6.1. Sản xuất AVG bằng xạ khuẩn Streptomyces spp. ........................................... 21
1.6.1.1. Đặc điểm của xạ khuẩn Streptomyces spp. ................................................. 21
1.6.1.2. Lên men xạ khuẩn Streptomyces spp. để sản xuất AVG ............................ 25
1.6.1.3. Tách và tinh sạch AVG ................................................................................ 25
1.6.1.4. Công nghệ tạo chế phẩm AVG .................................................................... 27
1.6.2. Sản xuất AVG bằng tổng hợp hóa học............................................................ 29
1.6.3. Kỹ thuật tạo các sản phẩm điều hòa sinh trưởng ............................................ 29
1.7. Các công trình nghiên cứu ứng dụng hoạt chất AVG ....................................... 30
1.7.1. Giai đoạn trước thu hoạch .............................................................................. 30
1.7.1.1. Trên thế giới ................................................................................................. 30
1.7.1.2. Ở Việt Nam .................................................................................................. 31
1.7.2. Giai đoạn sau thu hoạch .................................................................................. 32
1.7.2.1. Trên thế giới ................................................................................................. 32
1.7.2.2. Ở Việt Nam .................................................................................................. 32
1.8. Những ý kiến rút ra từ tổng quan ...................................................................... 33
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 35
2.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................ 35
2.1.1. Vật liệu ............................................................................................................ 35
2.1.2. Môi trường, hóa chất ....................................................................................... 35
2.1.3. Thiết bị, dụng cụ ............................................................................................. 36
2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 36

v

2.2.1. Các phương pháp nghiên cứu chung ............................................................... 36
2.2.1.1. Phân tích hàm lượng AVG bằng HPLC ....................................................... 36
2.2.1.2. Xác định pH dịch lỏng ................................................................................. 37
2.2.1.3. Xác định sinh khối chủng xạ khuẩn trong dịch lên men .............................. 37
2.2.1.4. Xác định hàm lượng chất khô tổng số trong dịch lỏng ................................ 37
Nhỏ 1 giọt mẫu dịch kiểm tra vào lăng kính của khúc xạ kế .................................... 37
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu theo nội dung................................................... 37
2.2.2.1. Phân lập và tuyển chọn chủng Streptomyces sp. có khả năng sinh tổng hợp
hoạt chất AVG........................................................................................................... 37
2.2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng và các điều kiện lên
men đến sinh trưởng và sinh tổng hợp hoạt chất AVG của chủng Streptomyces sp.
đã lựa chọn ................................................................................................................ 40
2.2.2.3. Nghiên cứu làm sạch, thu hồi và tạo chế phẩm AVG có khả năng ức chế
sinh tổng hợp ethylene cho trì hoãn quá trình chín quả ............................................ 43
2.2.2.4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG .................................. 49
2.2.3. Các phương pháp xử lý số liệu........................................................................ 53
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 54
3.1. Phân lập và tuyển chọn xạ khuẩn Streptomyces sp. có khả năng sinh tổng hợp
hoạt chất AVG........................................................................................................... 54
3.1.1. Kết quả phân lập chủng xạ khuẩn có khả năng sinh tổng hợp AVG .............. 54
3.1.2. Đặc điểm hình thái chủng S6 .......................................................................... 57
3.1.2. Định tên chủng S6 ........................................................................................... 58
3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện lên men đến sinh trưởng và sinh tổng hợp hoạt
chất AVG của chủng S6 ............................................................................................ 60
3.2.1. Ảnh hưởng của nguồn carbon ......................................................................... 60
3.2.2. Ảnh hưởng của nguồn nitơ .............................................................................. 61
3.2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng .......................................................... 62
3.2.4. Ảnh hưởng của các nguyên tố đa lượng.......................................................... 63

3.2.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ tiếp giống ........................................................................ 64


vi

3.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................................................. 66
3.2.7. Ảnh hưởng của độ oxy hòa tan (DO) .............................................................. 67
3.2.8. Ảnh hưởng của pH môi trường ....................................................................... 68
3.2.9. Động học sinh trưởng và sinh tổng hợp AVG của chủng S6.......................... 69
3.2.10. Tối ưu hóa một số thông số kỹ thuật cho lên men sinh tổng hợp AVG bằng
chủng S6 .................................................................................................................... 71
3.3. Làm sạch, thu hồi và tạo chế phẩm AVG .......................................................... 77
3.3.1. Làm sạch dịch chứa AVG bằng li tâm ............................................................ 77
3.3.2. Tinh sạch dịch chứa AVG sau li tâm bằng trao đổi ion .................................. 78
3.3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian lưu dịch chứa AVG và tốc độ dòng tháo đến hiệu
quả hấp phụ AVG trên cột trao đổi ion ..................................................................... 78
3.3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian lưu và tốc độ dòng rửa giải đến hiệu quả thu hồi
AVG từ cột trao đổi ion............................................................................................. 79
3.3.2.3. Ảnh hưởng của pH dịch cấp đến khả năng hấp phụ AVG của cột trao đổi
ion .............................................................................................................................. 81
3.3.2.4. Ảnh hưởng của pH dịch rửa giải đến hiệu suất thu hồi AVG từ cột trao đổi
ion .............................................................................................................................. 83
3.3.2.5. Mức độ tinh sạch AVG của dịch thu hồi sau trao đổi ion ............................ 83
3.3.2.6. Tăng cường tinh sạch AVG bằng nhiều cột trao đổi ion ............................. 84
3.3.3. Cô đặc dịch sau tinh sạch bằng trao đổi ion .................................................... 87
3.3.4. Thực nghiệm lên men, tinh sạch và cô đặc dịch chứa AVG ở quy mô lên men
100 lít/mẻ................................................................................................................... 88
3.3.5. Tạo chế phẩm AVG ........................................................................................ 90
3.3.5.1. Ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào của không khí sấy đến hiệu suất thu hồi của
chế phẩm AVG .......................................................................................................... 90

3.3.5.2. Ảnh hưởng nhiệt độ đầu ra của không khí sấy đến hiệu suất thu hồi của chế
phẩm AVG ................................................................................................................ 91
3.3.5.3. Ảnh hưởng của tốc độ bơm dịch nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi chế
phẩm AVG ................................................................................................................ 92


vii

3.3.6. Chất lượng của chế phẩm AVG ...................................................................... 94
3.3.6.1. Các chỉ tiêu vật lý của chế phẩm AVG ........................................................ 94
3.3.6.2. Các chỉ tiêu sinh học của chế phẩm AVG ................................................... 95
3.3.6.3. Khả năng ức chế sinh tổng hợp ethylene trên quả tươi của chế phẩm AVG
trong điều kiện thí nghiệm ........................................................................................ 97
3.3.7. Quy trình tạo chế phẩm AVG ......................................................................... 98
3.4. Khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG ......................................................... 100
3.4.1. Khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG trong trì hoãn sự chín, kéo dài thời
gian thu hoạch cam (Citrus sinensis) ...................................................................... 100
3.4.1.1. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến các chỉ tiêu sinh hóa của cam .......... 100
3.4.1.2. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến các chỉ tiêu cảm quan của cam ........ 102
3.4.1.3. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến sinh trưởng và phát triển của cây cam104
3.4.2. Khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG trong trì hoãn sự chín, kéo dài thời
gian thu hoạch và bảo quản chuối tiêu hồng (Musa cavendish) ............................. 106
3.4.2.1. Khả năng trì hoãn sự chín, kéo dài thời gian thu hoạch chuối ................... 106
3.4.2.2. Khả năng trì hoãn sự chín, kéo dài thời gian bảo quản chuối .................... 110
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 116
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 119
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 139

viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ACC

: 1-aminocyclopropane-1-carboxylic axit

ACO

: 1-aminocyclopropane-1-Carboxylic axit oxidase

ACS

: Aminocyclopropane-1-cacboxylic axit synthase

AOAC

: Association of Official Analytical Chemists (Hiệp hội các nhà hoá phân
tích chính thống)

AVG

: Aminoethoxyvinylglycine

CV

: Coefficient of variation (hệ số biến động)

DTT

: DL-dithiothreitol

ĐVTN

: Động vật thí nghiệm

EDTA

: Ethylene diamine tetraacetic axit

EIN

: Ethylene insensitive (thụ thể chống nhạy cảm ethylene)

ERS

: Ethylene response sensor (thụ thể cảm biến phản ứng ethylene)

ETR

: Ethylene response (thụ thể phản ứng ethylene)

GDP

: Gross domestic product (tổng sản phẩm quốc nội)

HEPES

: 4-2-hydroxyetyl-1-piperazine etan sulfonic axit

HPLC

: High performance liquid chromatography

LD50

: Lethal dose, 50% (liều gây chết 50% động vật thí nghiệm)

LeETR

: Ethylene receptor family from tomato (họ thụ thể ethylene cà chua)

LSD

: Least significant difference (khác biệt nhỏ nhất có ý nghĩa)

MES

: 2-(N-morpholino) etan sulfonic axit

MOPS

: 3-(N-morpholino) propan sulfonic axit

OECD

: Organisation for economic co-operation and development (Tổ chức hợp
tác và phát triển Kinh tế)

ppm

: Parts per million (một phần triệu)

sp.

: Species (một loài, chủng thuộc chi)

SPE

: Solid-phase extraction (chiết pha rắn)


ix

spp.

: Several species (một số loài thuộc chi)

TAPS

: 3-{[tri (hidroxymetyl) methyl] amino}propan sulfonic axit

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TSS

: Total soluble solids (chất khô hòa tan tổng số)

UV

: Ultra violet (tia cực tím)

VSTP

: Vệ sinh thực phẩm


x

DANH MỤC BẢNG

TT

Tên bảng

Trang

Khả năng ức chế xạ khuẩn S. cellulosae VTCC 41913 của dịch lên

54

bảng
3.1

men một số chủng có đặc điểm tương tự xạ khuẩn đã phân lập
3.2.

Mô hình tối ưu

71

3.3

Kết quả thực nghiệm theo mô hình

72

3.4

Kết quả phân tích ANOVA mô hình

73

3.5

Sự phù hợp của mô hình

74

3.6

Ảnh hưởng của tốc độ li tâm đến khả năng loại bỏ xác tế bào và độ

77

tinh sạch của AVG trong dịch lên men chủng S6
3.7

Ảnh hưởng của thời gian lưu và tốc độ dòng tháo đến hiệu quả hấp

79

phụ AVG trên cột trao đổi ion
3.8

Ảnh hưởng của tốc độ dòng rửa giải đến hiệu quả thu hồi AVG từ

80

cột trao đổi ion
3.9

Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ AVG của cột trao đổi ion

82

3.10

Ảnh hưởng của pH rửa giải đến hiệu suất thu hồi AVG từ cột trao

83

đổi ion
3.11

Mức độ tinh sạch AVG trong dịch thu hồi sau trao đổi ion

84

3.12

Khả năng tinh sạch AVG với nhiều cột liên tiếp

85

3.13

Tính toán tỉ lệ cô đặc dịch sau trao đổi ion cho 1 lít dịch lên men

87

3.14

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của dịch cô đặc chứa AVG

88

3.15

Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hình thái pellet, sinh khối và hàm

89

lượng AVG
3.16

Kết quả sản xuất, tinh sạch và cô đặc dịch chứa AVG quy mô 100

89

lít/mẻ
3.17

Ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào không khí sấy đến hiệu suất thu hồi và

91


xi

chất lượng chế phẩm AVG
3.18

Ảnh hưởng nhiệt độ đầu ra không khí sấy đến hiệu suất thu hồi và

92

chất lượng chế phẩm AVG
3.19

Ảnh hưởng của tốc độ bơm dịch đến hiệu suất thu hồi và chất

93

lượng chế phẩm AVG
3.20. Chỉ tiêu vật lý của chế phẩm AVG

94

3.21. Khả năng ức chế xạ khuẩn S. cellulosae VTCC 41913 của chế

95

phẩm AVG
3.22. Chỉ tiêu vi sinh vật của chế phẩm AVG

96

3.23. Một số chỉ tiêu kim loại nặng của chế phẩm AVG

96

3.24. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến các chỉ tiêu sinh hóa của cam

101

3.25. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến cảm quan của cam

103

3.26. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến thân tán của cây cam

105

3.27. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến các chỉ tiêu về lộc đông cây

105

cam
3.28. Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến các chỉ tiêu về quả và năng

106

suất cam
3.29

Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến chất lượng của chuối sau quá
trình bảo quản

114


xii

DANH MỤC HÌNH

TT

Tên hình

Trang

hình
1.1

Chu trình Yang

10

1.2.

Sơ đồ nguyên lý sinh tổng hợp và truyền tín hiệu ethylene

11

1.3

Cơ chế ức chế hoạt động enzyme ACS nhờ phản ứng tạo phức

20

ketimine ACS-AVG
3.1.

Khả năng ức chế xạ khuẩn S. cellulosae VTCC 41913 của dịch lên

55

men chủng S6
3.2.

Khả năng sinh tổng hợp AVG của các chủng xạ khuẩn phân lập

55

được trên môi trường Gause II
3.3.

Sắc ký đồ AVG chuẩn (Sigma)-HPLC, C18

56

3.4.

Sắc ký đồ AVG sinh tổng hợp từ chủng S6-HPLC, C18

56

3.5.

Ảnh khuẩn lạc sau 7 (a), 14 (b), 21 (c) ngày nuôi cấy và ảnh bào tử

57

của chủng S6 (d)
3.6.

Kết quả nhân bản đoạn gen 16S rARN của chủng S6

58

3.7.

Vị trí phân loại của chủng S6 và các loài có họ hàng gần

59

3.8.

Ảnh hưởng của nguồn carbon đến sinh tổng hợp AVG của chủng S6

60

3.9.

Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến sinh tổng hợp AVG của chủng S6

62

3.10.

Ảnh hưởng của một số nguyên tố vi lượng đến khả năng sinh tổng

63

hợp AVG của chủng S6
3.11.

Ảnh hưởng của một số nguyên tố đa lượng đến sinh tổng hợp AVG

64

của chủng S6
3.12.

Ảnh hưởng của tỉ lệ tiếp giống đến sinh trưởng và sinh tổng hợp

65

AVG của chủng S6
3.13.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng và sinh tổng hợp AVG

66

của chủng S6
3.14.

Ảnh hưởng của độ oxy hòa tan đến sinh trưởng và sinh tổng hợp

67


xiii

AVG của chủng S6
3.15.

Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng và sinh tổng hợp AVG của

69

chủng S6
3.16.

Động học sinh trưởng và sinh tổng hợp AVG của chủng S6

70

3.17.

Điểm tối ưu hàm lượng AVG của chủng S6 theo mô hình

75

3.18.

Sinh khối chủng S6 trước (CT1) và sau tối ưu (CT2)

75

3.19.

Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng

76

AVG
3.20.

Dịch tháo sau cột trong các điều kiện pH dịch lên men khác nhau

81

3.21.

Sắc ký đồ chuẩn AVG 100ppm, cột Amino_axit_Xbrige

85

3.22.

Sắc ký đồ dịch lên men sau li tâm, cột Amino_axit_Xbrige

86

3.23.

Sắc ký đồ dịch lên men sau trao đổi ion lần 1, cột

86

Amino_axit_Xbrige
3.24.

Sắc ký đồ dịch lên men sau trao đổi ion lần 2, cột

86

Amino_axit_Xbrige
3.25.

Ảnh hưởng của chế phẩm AVG đến sinh tổng hợp ethylene của

97

chuối ở 20oC
3.26.

Độ chín của chuối tiêu hồng theo thời gian, đối chứng (a); chế

98

phẩm AVG (b); Retain (c)
3.27.

Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm AVG dạng bột

98

3.28.

Khả năng kéo dài thời gian thu hoạch chuối

107

3.29.

Biến đổi độ tròn của các mẫu chuối theo thời gian

108

3.30.

Biến đổi độ cứng của các mẫu chuối theo thời gian

108

3.31.

Thay đổi tỉ lệ bột/vỏ của chuối theo thời gian

109

3.32.

Biến đổi hàm lượng TSS của chuối theo thời gian

110

3.33.

Tốc độ chín của chuối ở 13±0,5oC

111

3.34.

Hô hấp của chuối trong quá trình bảo quản

112

3.35.

Sản xuất ethylene của chuối trong quá trình bảo quản

112

3.36.

Biến đổi độ cứng của chuối trong quá trình bảo quản

113


-1-

MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Năm 2019, mặt hàng rau quả nước ta tiếp tục đạt kim ngạch xuất khẩu với
khoảng 3,74 tỷ USD, tương đương năm 2018, tăng 6,8% so với năm 2017 và 55,8%
so với năm 2016 (Tổng cục Hải quan), vượt qua nhiều mặt hàng nông sản vốn là thế
mạnh như chè, hạt tiêu, lúa gạo và trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu
chủ lực. Theo các chuyên gia, nhu cầu thị trường toàn cầu cho rau quả ngày càng
tăng và sẽ đạt khoảng 320 tỷ USD vào năm 2020, đây là tiềm năng rất lớn cho phát
triển của ngành rau quả Việt Nam.
Điều kiện tự nhiên thuận lợi, người dân có trình độ canh tác cao, Việt Nam
có nhiều lợi thế để phát triển ngành rau quả. Với diện tích và sản lượng rau quả
không ngừng tăng qua các năm, đạt khoảng 1,8 triệu ha và 27 triệu tấn năm 2019,
trong đó nhóm cây ăn quả đạt 1049,6 nghìn ha với sản lượng khoảng 10 triệu
tấn/năm, tăng 5,7% so với năm 2018 (Tổng cục Thống kê, Hiệp hội rau quả Việt
Nam, 2019). Tuy nhiên, do sản lượng lớn, thu hoạch tập trung, thời hạn sử dụng
ngắn, tỉ lệ chế biến thấp, trên 90% rau quả được tiêu thụ ở dạng tươi trong khi công
nghệ bảo quản hạn chế gây nhiều khó khăn cho người dân, doanh nghiệp trong tiêu
thụ các sản phẩm rau quả, tiềm ẩn nguy cơ an toàn thực phẩm. Mặc dù nhiều biện
pháp đã được áp dụng, tổn thất sau thu hoạch rau quả ở nước ta vẫn ở mức cao, 2025%. Để khai thác, phát huy tiềm năng và lợi thế của rau quả Việt Nam, ngoài việc

triển khai đồng bộ các giải pháp hiện có, cần nghiên cứu ứng dụng các giải pháp
công nghệ mới, tiên tiến theo chuỗi giá trị từ sản xuất đến bảo quản chế biến và tiêu
thụ sản phẩm. Trong đó, việc nghiên cứu ứng dụng các các công nghệ thân thiện
môi trường nhằm nâng cao giá trị, giảm tổn thất sau thu hoạch và tồn dư hóa chất
độc hại trên rau quả là thực sự cần thiết.
Trên thế giới, để kéo dài thời hạn sử dụng của rau quả, hạn chế tổn thất, nhiều
chế phẩm sinh học và hóa học an toàn đã được nghiên cứu. Trong đó, hoạt chất
aminoethoxyvinylglycine (AVG) tổng hợp từ xạ khuẩn Streptomyces spp. đã được
chứng minh là an toàn và có hiệu quả cao trong kéo dài thời gian thu hoạch và bảo


-2-

quản nhiều loại quả tươi nhờ khả năng ức chế sinh tổng hợp ethylene-một
phytohormon có hiệu ứng thúc đẩy quá trình chín và hư hỏng của quả trước và sau
thu hoạch [30], [149]. Trước những hiệu quả và tính an toàn của hoạt chất AVG,
hãng Valent BioSciences Corporation (Úc) đã phát triển và sản xuất thành công sản
phẩm Retain và được ứng dụng khá phổ biến hiện nay ở nhiều nước phát triển cho
trì hoãn sự chín, kéo dài thời gian thu hoạch và bảo quản nhiều loại quả tươi.
Để tăng cường năng lực cung cấp AVG đáp ứng nhu cầu thực tiễn, một số
nghiên cứu tổng hợp AVG bằng phương pháp hóa học đã được nghiên cứu. Tuy
nhiên, kỹ thuật hiện tại cho thấy có quá nhiều dung môi và hóa chất độc hại phải sử
dụng, quy trình tổng hợp và tinh sạch phức tạp, tốn kém cùng với hiệu suất tổng
hợp còn quá thấp, 1-6% [93]. Do đó, phương pháp sinh học vẫn là hướng nghiên
cứu chính hiện nay được sử dụng để sản xuất AVG. Nhu cầu sản phẩm như Retain
hiện tại là không nhỏ không chỉ ở trong nước mà cả trên thế giới, trong khi đó, nước
ta có khí hậu nhiệt đới với nguồn giống vi sinh vật rất phong phú và đa dạng, rất
thuận lợi cho nghiên cứu, sản xuất các sản phẩm chứa hoạt chất sinh học như AVG.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn cùng tiềm năng của Việt Nam, trên cơ sở kế thừa và
phát triển hướng nghiên cứu sinh học, tôi thực hiện đề tài nghiên cứu sinh: “Nghiên

cứu tạo chế phẩm Aminoethoxyvinylglycine từ Streptomyces spp. có khả năng
ức chế sinh tổng hợp ethylene để trì hoãn quá trình chín quả giai đoạn cận và
sau thu hoạch”.
2. Mục đích của đề tài
Phân lập, tuyển chọn được một số chủng xạ khuẩn Streptomyces spp. có khả
năng sinh tổng hợp AVG từ đất trồng cây ăn quả của Việt Nam và xây dựng được
quy trình tạo chế phẩm AVG có độ tinh khiết cao sử dụng cho trì hoãn sự chín của
quả, đạt chỉ tiêu an toàn thực phẩm.
Đánh giá được khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG tạo ra, có hiệu quả
trong kéo dài thời gian thu hoạch cam (Citrus sinensis) và kéo dài thời gian thu
hoạch, bảo quản chuối tiêu hồng (Musa Cavendish).
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các chủng Streptomyces spp. có khả năng sinh tổng hợp AVG trong đất
trồng cây ăn quả của Việt Nam. Quy trình phân lập, tuyển chọn, nuôi cấy, lên men,


-3-

thu hồi và tạo chế phẩm AVG. Đánh giá khả năng ứng dụng của chế phẩm AVG tạo
được trong kéo dài thời gian thu hoạch cam (Citrus sinensis) và kéo dài thời gian
thu hoạch, bảo quản chuối tiêu hồng (Musa cavendish).
4. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
4.1. Địa điểm nghiên cứu
Phòng thí nghiệm Bộ môn Nghiên cứu Công nghệ sinh học sau thu hoạchViện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, vùng trồng cam tại Hưng
Yên, vùng trồng chuối tiêu hồng tại Thái Nguyên.
4.2. Thời gian nghiên cứu: từ 10/10/2013-10/10/2019
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Cung cấp cơ sở khoa học, các dữ liệu liên quan đến các chủng xạ khuẩn
Streptomyces spp. sinh tổng hợp AVG phân lập được từ đất tại một số vùng trồng

cây ăn quả của Việt Nam, môi trường dinh dưỡng và điều kiện nuôi cấy, lên men,
kỹ thuật tách chiết, thu hồi và tạo chế phẩm AVG. Kết quả của luận án là tài liệu
tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về hoạt chất AVG.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Xây dựng được quy trình tạo chế phẩm AVG từ xạ khuẩn Streptomyces sp.
của Việt Nam góp phần bổ sung, hỗ trợ hiệu quả cho các giải pháp hiện có để tăng
sản lượng, chất lượng của các loại quả tươi, tiến tới thay thế và loại bỏ từng phần
các hợp chất bảo quản có nguồn gốc hóa học độc hại.
5.3. Tính mới của luận án
Là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu sản xuất chế phẩm AVG từ xạ
khuẩn Streptomyces sp. phân lập từ đất tại Việt Nam ứng dụng trong kéo dài thời
gian thu hoạch và bảo quản quả tươi;
Xây dựng được quy trình công nghệ lên men, sinh tổng hợp AVG từ xạ
khuẩn Streptomyces sp. S6, tinh sạch hoạt chất AVG từ dịch lên men, tạo được chế
phẩm AVG đạt hàm lượng hoạt chất 10% tính theo khối lượng; Quy trình này có
thể áp dụng ở quy mô thích hợp để sản xuất ra chế phẩm AVG đáp ứng cho nhu cầu
cấp bách của sản xuất nông nghiệp ở nước ta;


-4-

Xây dựng được 02 quy trình sử dụng chế phẩm AVG tạo ra: (i) để kéo dài
thời gian thu hoạch cam (Citrus sinensis) trồng tại Hưng Yên, (ii) để kéo dài thời
gian thu hoạch và bảo quản chuối tiêu hồng (Musa cavendish) trồng tại Thái
Nguyên. Chế phẩm AVG đảm bảo chất lượng và ATTP. Mặt khác, sử dụng chế
phẩm AVG không ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển cũng như năng suất của
cây trồng, chất lượng của quả.
6. Bố cục của Luận án
Luận án gồm 118 trang (không kể phụ lục và tài liệu tham khảo), 29 bảng, 39
hình và 185 tài liệu tham khảo, được trình bày gồm 3 chương, 6 phần chính: Mở

đầu (4 trang); Tổng quan (30 trang); Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (19
trang); Kết quả và thảo luận (62 trang); Kết luận và kiến nghị (2 trang); Danh mục
các công trình đã công bố của luận án (1 trang).


-5-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ quả tươi
1.1.1. Trên thế giới
Quả tươi chứa nhiều chất dinh dưỡng thiết yếu như vitamin, đường, axit hữu
cơ, chất xơ, chất chống oxy hóa và khoáng chất cần thiết cho sức khỏe con người
[66]. Với những giá trị và lợi ích mà quả tươi mang lại, nhu cầu về quả tươi trên thế
giới ngày càng cao và không ngừng phát triển. Tiêu thụ quốc tế đã tăng khoảng
40%, châu Á tăng khoảng 50% trong giai đoạn từ 2005 đến 2016 [62]. Với dân số
gần 8 tỷ người năm 2019 và dự kiến sẽ vượt quá 10 tỷ người vào năm 2050 [61], áp
lực sản xuất thực phẩm trên toàn thế giới trong đó có quả tươi ngày càng lớn và có
nguy cơ thiếu hụt. Tuy nhiên, tổn thất sau thu hoạch quả tươi trên toàn cầu vẫn cao,
trung bình 15-38% [52], trong đó ở các nước đang phát triển khoảng 24-45% và các
nước phát triển khoảng 2-20% [159].
Trong sản xuất quả tươi, các nước Đông Nam Á là các nhà sản xuất chính,
đóng góp tới 66% tổng sản lượng quả tươi toàn cầu [18]. Nhưng với khí hậu nhiệt
đới nóng ẩm, đặc tính suy giảm nhanh chóng và nghiêm trọng chất lượng sau khi
thu hoạch, hạn chế về công nghệ bảo quản lả những rào cản thương mại quốc tế lớn
nhất của quả tươi Đông Nam Á [177]. Giảm thiểu tổn thất thông qua kéo dài thời
hạn sử dụng là một cách hiệu quả để tăng sản lượng. Giảm tổn thất quả tươi được
coi là một yêu cầu chiến lược, đặc biệt là ở các nước Đông Nam Á [101].
1.1.2. Ở Việt Nam
Việt Nam là nước đang phát triển thuộc Đông Nam Á. Những năm gần đây,
ngành rau quả đã có những bước phát triển đáng ghi nhận ở tất cả các khâu, từ chọn

tạo giống, kỹ thuật canh tác đến sau thu hoạch và tiêu thụ với diện tích và sản lượng
liên tục tăng qua các năm, đạt 1049,6 nghìn ha, tăng 59,6 nghìn ha so với năm 2018
[13], [14]. Trong đó, nhiều nhóm cây ăn quả có sản lượng cao như chuối 2100
nghìn tấn [16], cam 960,9 nghìn tấn,; bưởi 779,3 nghìn tấn, xoài đạt 814,8 nghìn
tấn, thanh long 1.242,5 nghìn tấn [14].


-6-

Sản lượng lớn nhưng tổn thất sau thu hoạch quả tươi hàng năm ở Việt Nam
cũng rất cao, ước tính khoảng 20-25%, tương đương 2,0-2,5 triệu tấn. Trong đó,
90% quả tươi được tiêu thụ trong nước và chỉ khoảng 10% được chế biến và xuất
khẩu [52]. Tổn thất lớn, xuất khẩu chiếm tỉ trọng thấp, giá cả không ổn định và
nguyên nhân chính vẫn là hạn chế về công nghệ từ sản xuất đến bảo quản và kết quả
là quả thường không có được chất lượng đảm bảo trong thời gian cần thiết để chế
biến, tiêu thụ. Đặc tính chín tập trung của quả là một trong các nguyên nhân xuất
phát cho các tổn thất và thiệt hại này [117]. Nhiều kỹ thuật, công nghệ đã được áp
dụng để rải vụ, bảo quản sau thu hoạch như tăng cường chăm sóc để kéo dài thời
gian sinh trưởng quả, đưa các giống chín sớm, chín muộn vào sản xuất, sử dụng các
biện pháp để kéo dài thời gian tồn trữ quả tươi như nhiệt độ thấp độ ẩm cao, khí
quyển điều chỉnh, sử dụng các hợp chất hóa học đã đóng góp một phần không nhỏ
trong kéo dài thời gian thu hoạch và bảo quản quả tươi. Tuy nhiên, các giải pháp
trên vẫn chưa khai thác được hết các tiềm năng duy trì chất lượng của quả và công
nghệ sinh học là giải pháp hiện đang được thế giới quan tâm [172], trong đó, sử
dụng các hoạt chất sinh học an toàn kết hợp với các biện pháp truyền thống đang
được thế giới tích cực nghiên cứu để tăng cường hơn nữa thời gian duy trì chất
lượng quả tươi, phục vụ nội tiêu và xuất khẩu.
1.1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cam (Citrus sinensis)
Cam (Citrus sinensis) là loại quả đóng góp phần lớn vào sản lượng quả có
múi trên thế giới với tỉ lệ gần 70% [21]. Cam có thể phát triển tốt ở cả khí hậu nhiệt

đới và cận nhiệt đới, trên nhiều loại đất bao gồm phù sa, đất cát và đất cát đỏ [169].
Chất lượng quả được thể hiện qua các đặc điểm vật lý như kích thước, hình dạng,
màu sắc, kết cấu và các thành phần hóa học như hàm lượng đường, axit, hương vị,
vitamin C. Cam chứa hàm lượng nước cao (85-90%), lượng chất khô hòa tan tổng
số (TSS) khoảng 10-20% trong đó 70-80% là carbohydrate, còn lại là axit hữu cơ,
protein, lipit và muối khoáng. Tuy là loại quả không có hô hấp đột biến, sản xuất
ethylene với lượng nhỏ, 0,13-0,32ppm, độ nhạy không cao và ethylene không kiểm
soát toàn bộ quá trình chín nhưng các nghiên cứu cho thấy ethylene liên quan đến
sự thoái hóa của diệp lục và tăng hình thành caroten, một lượng nhỏ ethylene


-7-

0,1ppm cũng làm tăng hô hấp của quả. Trong quá trình chín, các quá trình diễn ra là
độ axit giảm với chủ yếu là axit citric và sự tăng hàm lượng đường, tỉ lệ TSS/axit là
chỉ số phổ biến sử dụng để đánh giá độ trưởng thành của quả [43], [88]. Ethylene
đóng vai trò quan trọng trong thay đổi màu sắc trái cây, hương vị, thành phần hóa
học và kết cấu trong trái cây có múi, tăng nếp nhăn và độ cứng vỏ quả, tăng lượng
pectin hòa tan và kích thích sự lão hóa sớm của các mô quả [78].
Tại Việt Nam, cam được trồng ở nhiều vùng trên cả nước với diện tích và
sản lượng cam ngày càng tăng, từ 66,8 nghìn ha, 566,1 nghìn tấn năm 2015, 110
nghìn ha, 948,1 nghìn tấn năm 2017 và khoảng 120 nghìn ha, 976 nghìn tấn năm
2018 [16]. Tuy nhiên, năng lực tiêu thụ trong nước có giới hạn, xuất khẩu và chế
biến còn chiếm tỉ trọng thấp dẫn đến dư thừa cục bộ làm suy giảm giá trị của quả.
Nếu không thu hoạch, quả sau khi chín quá sẽ tự rụng sinh lý hoặc suy thoái chất
lượng. Một số giống chín sớm và chín muộn đã giúp giải quyết một phần của vấn đề
rải vụ nhưng chưa triệt để, việc chuyển đổi cây trồng cũng còn nhiều khó khăn do
vấn đề thời gian, kinh tế trong khi thị trường lại luôn biến động. Nhiều biện pháp
bảo quản sau thu hoạch cũng đã được nghiên cứu, áp dụng như bảo quản lạnh, bảo
quản bằng các sản phẩm tạo màng, hóa chất… Tuy nhiên, một phần do chi phí đầu

tư cho các phương pháp này còn cao, chưa phù hợp với đại đa số sản xuất nhỏ lẻ ở
nước ta, một phần do đặc điểm sinh lý cam là không chín sau thu hoạch, chất lượng
dinh dưỡng và chất lượng cảm quan thường suy giảm sau quá trình bảo quản gây
khó khăn trong tiêu thụ tươi hoặc chế biến. Trước thực trạng trên, nhu cầu một sản
phẩm có thể kéo dài thời gian thu hoạch trên cây, giúp rải vụ và không ảnh hưởng
đến sinh trưởng, phát triển của cây hiệu quả như chế phẩm AVG là không nhỏ.
1.1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ chuối tiêu (Musa cavendish)
Chuối là quả hô hấp đột biến và ethylene đóng vai trò quan trọng trong kích
thích sự chín và lão hóa của chuối cả trước và sau thu hoạch [80]. Quá trình chín
của chuối có thể được chia thành ba giai đoạn riêng biệt là giai đoạn tiền hô hấp
(giai đoạn chuối xanh), giai đoạn hô hấp, chín và cuối cùng là giai đoạn ăn được và
lão hóa. Các thay đổi sinh lý, sinh hóa, cảm quan diễn ra trong suốt quá trình chín
và cuối cùng là làm mềm và ăn được [110]. Chuối có mức sinh tổng hợp ethylene


-8-

nội sinh không cao, 0,05-2,1ppm nhưng độ nhạy với ethylene là rất cao, với 0,11ppm đã kích thích sự chín [43]. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, ngoài giống,
phương pháp canh tác, phân bón, thuốc trừ sâu thì điều kiện thời tiết như nhiệt độ
quá cao, khô hoặc ngập nước quá mức cũng ảnh hưởng nhiều đến tăng trưởng, thời
điểm thu hoạch và khả năng bảo quản của chuối sau thu hoạch [27].
Chuối có thể phát triển ở nhiệt độ 15-38oC, phát triển tốt ở nhiệt độ trên 24oC
và phát triển tối ưu ở 27oC, lượng mưa trung bình 100mm mỗi tháng và không quá
3 tháng ở mùa khô. Chuối có thể trồng nhiều vụ quanh năm và được thu hoạch chủ
yếu dựa trên màu vỏ, hình dáng hoặc tuổi của quả [27]. Tuổi của chuối là khoảng
thời gian tính từ lúc ra hoa hoặc bẻ hoa. Thời điểm thu hoạch phụ thuộc vào nhu cầu
thị trường hoặc yêu cầu của thời gian bảo quản sau thu hoạch. Để tiêu thụ ngay,
chuối có thể thu hoạch tại thời điểm trưởng thành đầy đủ nhưng nếu cần thời gian 34 tuần để xuất khẩu, chuối cần thu hoạch ở độ trưởng thành 75-80%. Tuy nhiên, thu
hoạch quả sớm có thể ảnh hưởng đến chất lượng chín thương mại của chuối [71].
Để điều khiển thời gian thu hoạch cũng như tốc độ chín của chuối, kiểm soát

ethylene có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. So với các loại quả khác, chuối thường có
tỉ lệ tổn thất cao hơn, có thể đến 50% ở các nước đang phát triển nếu không tiêu thụ
kịp hoặc sử dụng các biện pháp trước và sau thu hoạch không đúng cách [97].
Tại Việt Nam, diện tích và sản lượng chuối đặc biệt là chuối tiêu luôn đứng
đầu trong các loại cây ăn quả từ năm 2015 và liên tục tăng qua các năm, với khoảng
133 nghìn ha và 1943,4 nghìn tấn năm 2015, 140,2 nghìn ha và 2066,2 nghìn tấn
năm 2017 và khoảng 2100 nghìn tấn năm 2018 [20]. Những năm gần đây, ngoài
tiêu thụ nội địa, chuối và các sản phẩm từ chuối (puree) đã được xuất khẩu. Mặc dù
nhiều biện pháp đã được nghiên cứu, áp dụng như các biện pháp chăm sóc [27], bao
gói, sử dụng giống nuôi cấy mô để chủ động về thời gian thu hoạch, nhiều biện
pháp vật lý, hóa học [32], [68], [69] để bảo quản nhưng thực tế tổn thất sau thu
hoạch của chuối ở nước ta vẫn còn cao, 25-30%, chưa khai thác được hết tiềm năng
giá trị của cây chuối [97]. Để nâng cao giá trị và giảm tổn thất sau thu hoạch, tăng
khả năng tiêu thụ chuối ở nước ta, nghiên cứu sử dụng các biện pháp sinh học như


-9-

AVG để kéo dài thời gian thu hoạch và hỗ trợ bảo quản chuối cùng các phương
pháp đã có cũng thực sự cần thiết.
1.2. Đặc điểm quá trình sinh trưởng, phát triển, lão hóa của quả trước và
sau thu hoạch
Chu trình Calvin là chu trình cơ bản nhất xảy ra trong tất cả các loài thực vật,
trong đó đồng hóa và dị hóa là hai quá trình chính. Quá trình tổng hợp các chất đặc
trưng đồng thời tích lũy năng lượng thường được gọi là đồng hóa và quá trình phân
giải các chất đồng thời giải phóng năng lượng gọi là dị hóa [37]. Quả là một phần
của cây nên các biến đổi sinh lý, sinh hóa trong quá trình sinh trưởng và phát triển
của quả cũng không nằm ngoài các quá trình này.
Sinh trưởng là sự tạo mới các cấu trúc một cách không thuận nghịch của tế
bào, mô, toàn cây và kết quả dẫn đến sự tăng về số lượng, kích thước, thể tích, sinh

khối dẫn đến sự tăng về lượng. Phát triển là quá trình biến đổi về chất bên trong tế
bào, mô và toàn cây dẫn đến sự thay đổi về hình thái và chức năng. Tuy nhiên, hai
quá trình này diễn ra song song nên khó phân biệt được ranh giới. Trong thực tế,
sinh trưởng và phát triển thường biểu hiện đan xen nhau và rất khó tách bạch [10].
Như vậy, sinh trưởng có thể coi là quá trình đồng hóa và phát triển là quá trình dị
hóa của của thực vật. Đối với cây ăn quả, khi còn trên cây, hoạt động đồng hóa và
dị hóa diễn ra trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển của quả. Tuy nhiên, sau
khi thu hoạch, hầu như trong quả không còn hoạt động đồng hóa vì quả đã bị tách ra
khỏi nguồn cung cấp dinh dưỡng của cây. Do đó hoạt động còn lại chỉ là dị hóa mà
cuối cùng sẽ dẫn đến quá trình chín, lão hóa và hư hỏng của quả. Biểu hiện của dị
hóa xảy ra ở quả là oxy, carbohydrate bị tiêu thụ, sản sinh ra hơi nước, CO2 và khí
ethylene - một phytohormone quan trọng và điển hình của thực vật [148].
1.3. Tác động của ethylene nội sinh đến quá trình sinh trưởng, phát triển
và lão hóa của quả
Tác động sinh học của ethylene (C2H4) đến sinh trưởng và phát triển của cây
được khám phá đầu tiên năm 1901 bởi Neljubov và sau đó bởi Denny khi nghiên
cứu ảnh hưởng của ethylene đến sự thay đổi màu của quả chanh. Các nghiên cứu
cho thấy, ethylene liên quan trong hầu hết các giai đoạn trong quá trình sinh trưởng,


-10-

phát triển của thực vật bậc cao như nảy mầm của hạt, rụng lá, quả, chín và lão hóa
của quả [17], biến đổi màu sắc trái cây, độ cứng, chất bay hơi, tinh bột, đường và
axit hữu cơ trong quá trình chín quả [36], [48], [138].
Sinh tổng hợp ethylene được mô tả bởi Yang và Hoffman (1984) [180], trong
đó methionine được chuyển đổi thành S-adenosylmethionine (SAM) bởi enzyme
SAM synthetase, SAM chuyển đổi thành 1-axit aminocyclopropane-1carboxylic
(ACC) và 5’-methylthioadenosine (MTA) bởi enzyme ACC synthase (ACS). ACC
bị oxy hóa bởi ACC oxydase (ACO) để sản xuất ethylene, CO2 và hydro cyanide

(HCN). MTA được tái chế trở lại để sản xuất methionine thông qua chu trình Yang.
Khí HCN được khử độc bởi enzyme-cyanoalanine synthase [172].

Hình 1.1. Chu trình Yang [180]
Quả được phân loại thành hai nhóm là quả có hô hấp đột biến (climacteric)
và quả không hô hấp đột biến (non climacteric). Quả không có hô hấp đột biến
thường sản xuất một lượng nhỏ CO2 và ethylene trong quá trình chín [137], tốc độ
làm mềm xảy ra rất chậm. Hầu hết các loại quả này chỉ có thể chín hoàn toàn khi
vẫn còn trên cây. Sau khi thu hoạch, quá trình chín chậm hoặc không chín. Các quả
loại không có hô hấp đột biến thường không chín dưới tác động của ethylene ngoại
sinh ngoại trừ sự xuống cấp của diệp lục trong một số loại quả như cam, quýt và
dứa [103].