Nghiên cứu bảo quản một số rau quả bằng kỹ thuật bao gói khí điều biến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CAO VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU BẢO QUẢN MỘT SỐ RAU QUẢ
BẰNG KỸ THUẬT BAO GĨI KHÍ ĐIỀU BIẾN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CAO VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU BẢO QUẢN MỘT SỐ RAU QUẢ
BẰNG KỸ THUẬT BAO GĨI KHÍ ĐIỀU BIẾN
Chun ngành: Cơng nghệ bảo quản và sơ chế nông lâm sản sau thu hoạch
Mã số:

62.54.10.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Phạm Công Thành
2. PGS.TS. Nguyễn Kim Vũ

HÀ NỘI - 2008


LỜI CẢM ƠN
Với tất cả sự kính trọng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sấu sắc tới
PGS.TS Phạm Cơng Thành - Phó Viện Trưởng Viện Cơng nghệ Sinh học
và Công nghệ Thực Phẩm – Trường Đại học Bách khoa Hà nội, PGS. TS Nguyễn
Kim Vũ - Nguyên Viện Trưởng Viện Công nghệ Sau Thu hoạch, PGS. TSKH
Phan Thanh Tịnh - Viện Trưởng Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu
hoạch
Là những người Thầy luôn tận tâm cho thế hệ sau của sự nghiệp khoa học,
đã dìu dắt, chỉ bảo tận tình chu đáo cho tơi trong nhiều năm tháng học tập cũng
như trong suốt quá trình làm luận án
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Bảo quản và các cán bộ Viện Cơ
điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã luôn quan tâm giúp đỡ, động
viên để tơi hồn thành được đề tài trong lĩnh vực chuyên ngành này
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Ban Giám Hiệu, Trung tâm Đào tạo và
Bồi dưỡng Sau Đại học, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Bộ
môn Công nghệ Thực phẩm và Sau thu hoạch - Trường Đại Học Bách Khoa Hà
nội đã giúp đỡ tôi về nhiều mặt
Tôi xin Trân Trọng cảm ơn GS.TSKH Hoàng Văn Huây - Nguyên Thứ
Trưởng Bộ Khoa học & Công nghệ, Chủ nhiệm Chương Trình KC 06, TS Lê
Minh Sắt - Phó Vụ Trưởng Vụ Các ngành Kinh tế Kỹ thuật Bộ Khoa học & Cơng
nghệ, TS Trần Thị Mai - Phó Viện Trưởng Viện Cơ điện NN và Công nghệ STH,
PGS.TS Hà Văn Thuyết, PGS.TS Bùi Đức Hợi, PGS.TS Nguyễn Văn Thịnh,
PGS.TS Nguyễn Xuân Phương, PGS.TS Lâm Xuân Thanh - Viện Công nghệ Sinh
học và Công nghệ Thực Phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã định hướng
giúp đỡ cho tơi hồn thành chương trình nghiên cứu này
Nhân dịp này, cho phép tơi được cảm ơn nhiều đến gia đình, người thân và
bạn bè đã động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành cơng trình này

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tơi có cộng sự với một
số đồng nghiệp Bộ môn Bảo quản – Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau
thu hoạch. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực chưa từng được ai
cơng bố trong bất cứ cơng trình nào khác
Tác giả Luận án

Cao Văn Hùng


MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ..............................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ........................................................................vii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ix

i


ii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

Nghĩa tiếng Anh

ATTP

An tồn thực phẩm

BQ

Bảo quản

CA

Mơi trường khí điều chỉnh

Controlled Atmosphere

Cs

Cộng sự

et al

CV

Hệ số lệch

Coeficient of Variation

ĐC

Đối chứng

EMA

Mơi trường khí điều biến cân bằng

Equilium Modified Atmosphere

EVA

Etylen vinyl axetat

Ethylene Vinyl Acetate

EVOH

Etylen vinyl alcohol

Ethylene Vinyl Alcohol

h

Giờ

Hour

HDPE

Polyethylen mật độ cao

High Density Polyethylene

HL

Hàm lượng

LLDPE

Polyethylen mật độ thấp thẳng

Linear Low Density Polyethylene

LDPE

Polyethylen mật độ thấp

Low Density Polyethylene

LSD

Sự sai khác có ý nghĩa nhỏ nhất

Least Significant Difference

MA

Mơi trường khí điều biến

Modified Atmosphere

MAP

Bao gói khí điều biến

Modified Atmosphere Packaging

MDPE

Polyetylen mật độ trung bình

Medium Density Polyethylene

PCI

Chỉ số mầu của vỏ (chuối)

Peel Color Index

PB

Polybutylen

Polybuthylene

PE

Polyethylen

Polyethylene

PEmpCH

Polyethylen vi lỗ ký hiệu CH

Polyethylene Micro Perforated, code CH

PEmpSX

Polyethylen vi lỗ ký hiệu SX

Polyethylene Micro Perforated, code SX

iii


PO

Polyolefin

Polyolefine

PP

Polypropylen

Polypropylene

Pt

Phương trình

PVB

Polyvinyl butyral

Polyvinyl Buthyral

PVC

Polyvinyl clorua

Polyvinyl Chloride

PVDC

Polyvinylidene clorua

Polyvinylidene chloride

OTR

OTR hoặc dẫn ôxy

Oxygen Transmission Rate

RQ

Hệ số hô hấp

Respiratory Quotient

R2

Hệ số tương quan

Percentage variance accounted for

STH

Sau thu hoạch

TB

Trung bình

TSS

Tổng số chất khơ hịa tan

Total Soluble Solids

Vit. C

Vitamin C hoặc axit ascorbic

Vitamin C hoặc ascorbic acid

WTO

Tổ chức Thương mại Thế giới

World Trade Organization

1-MCP

1-metyl cyclo propen

1-methyl cychlo propene

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số

Tên Bảng

Trang

1.1

Ảnh hưởng của BQ trong CA và khơng khí thường đến Vitamin của tỏi tây

32

1.2

Ảnh hưởng của nhóm chức đến độ thấm khí O2

35

1.3

Ảnh hưởng của mật độ tinh thể đến độ thấm khí O2

35

2.1

Giá trị đơn vị mg/ml CO2 và O2 theo nhiệt độ

56

2.2

Tạo độ ẩm tương đối khơng khí bằng các dung dịch muối khác nhau

59

2.3

Chất lượng cảm quan

62

2.4

Hệ số quan trọng

62

2.5

Hệ số của các a xit

63

3.1

Độ thấm khí O2 và CO2 của các màng chất dẻo ở các độ dầy và nhiệt độ

65

3.2

Hệ số bO2 và bCO2 ở các nhiệt độ khác nhau của các màng chất dẻo

75

3.3

Hệ số thấm thực nghiệm của màng chất dẻo theo độ dầy và nhiệt độ

79

3.4

Đặc tính lý, hóa cam, chuối, đậu cơ ve, cần tây

80

3.5

Cường độ hô hấp của cam và chuối

82

3.6

Cường độ hô hấp của đậu cô ve và cần tây

83

3.7

Ảnh hưởng của đơn yếu tố khí O2 và CO2 đến tỉ lệ tổn thất cam và chuối

85

3.8

Ảnh hưởng của đơn yếu tố khí O2 và CO2 đến tỉ lệ tổn thất đậu cô ve và

86

Bảng

cần tây
3.9 a

Mức và khoảng biến thiên của các thông số cam, chuối, đậu cô ve, cần tây

88

3.9 b

Kết quả thí nghiệm đa yếu tố khí O2 và CO2 đến tổn thất của cam, chuối,

89

đậu cô ve, cần tây
3.10

Kết quả tính tốn MAP cho cam, chuối, đậu cơ ve, cần tây

93

3.11

Diễn biến nồng độ khí O2 và CO2 trung bình bên trong gói cam bằng OTR

96

60µm
3.12

Diễn biến nồng độ khí O2 và CO2 trung bình bên trong gói chuối bằng

v

97


màng PEmpSX 5µm
3.13

Diễn biến nồng độ khí O2 và CO2 trung bình bên trong gói đậu cơ ve bằng

98

PEmpCH 40 µm
3.14

Diễn biến nồng độ khí O2 và CO2 trung bình bên trong gói cần tây bằng

98

PEmpCH 15µm
3.15

Chất lượng cam bảo quản MAP

102

3.16

Chất lượng chuối bảo quản MAP

103

3.17

Chất lượng đậu cô ve bảo quản MAP

104

3.18

Chất lượng cần tây bảo quản MAP

105

3.19

Tiêu chuẩn nguyên vật liệu

107

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số

Tên Hình

Hình

Trang

1.1

Sơ đồ thấm khí của plastic film

36

1.2

Sơ đồ minh họa MAP

44

2.1

Sơ đồ xác định cường độ hô hấp theo phương pháp hở

56

2.2

Sơ đồ xác định CA

57

2.3

Phân loại mầu sắc chuối theo CPI

61

3.1.a

Quan hệ giữa độ thấm khí O2 và độ dầy của PE

67

3.1.b

Quan hệ giữa độ thấm khí CO2 và độ dầy của PE

67

3.1.c

Quan hệ giữa độ thấm khí O2 và độ dầy của LDPE

67

3.1.d

Quan hệ giữa độ thấm khí CO2 và độ dầy của LDPE

67

3.1.e

Quan hệ giữa độ thấm khí O2 và độ dầy của LLDPE

68

3.1.f

Quan hệ giữa độ thấm khí CO2 và độ dầy của LLDPE

68

3.1.g

Quan hệ giữa độ thấm khí O2 và độ dầy của PEmpCH

68

3.1.h

Quan hệ giữa độ thấm khí CO2 và độ dầy của PEmpCH

68

3.1.i

Quan hệ giữa độ thấm khí O2 và độ dầy của PEmpSX

69

3.1.j

Quan hệ giữa độ thấm khí CO2 và độ dầy của PEmpSX

69

3.1.k

Quan hệ giữa độ thấm khí O2 và độ dầy của HDPE

69

3.1.l

Quan hệ giữa độ thấm khí CO2 và độ dầy của HDPE

69

3.1.m

Quan hệ giữa độ thấm khí O2 và độ dầy của PP

70

3.1.n

Quan hệ giữa độ thấm khí CO2 và độ dầy của PP

70

3.1.p

Quan hệ giữa độ thấm khí O2 và độ dầy của OTR

70

3.1.q

Quan hệ giữa độ thấm khí CO2 và độ dầy của OTR

70

3.2.a

Quan hệ giữa hệ số bO2 và bCO2 với nhiệt độ của PE

76

3.2.b

Quan hệ giữa hệ số bO2 và bCO2 với nhiệt độ của LDPE

76

vii


3.2.c

Quan hệ giữa hệ số bO2 và bCO2 với nhiệt độ của LLDPE

76

3.2.d

Quan hệ giữa hệ số bO2 và bCO2 với nhiệt độ của PEmpCH

76

3.2.e

Quan hệ giữa hệ số bO2 và bCO2 với nhiệt độ của PempSX

77

3.2.f

Quan hệ giữa hệ số bO2 và bCO2 với nhiệt độ của HDPE

77

3.2.g

Quan hệ giữa hệ số bO2 và bCO2 với nhiệt độ của PP

77

3.2.h

Quan hệ giữa hệ số bO2 và bCO2 với nhiệt độ của OTR

77

3.3

Cường độ hô hấp của cam, chuối, đậu cô ve, cần tây

84

3.4 a

Ảnh hưởng của đơn yếu tố O2 đến tỉ lệ tổn thất

86

3.4 b

Ảnh hưởng của đơn yếu tố CO2 đến tỉ lệ tổn thất

86

3.5

Diễn biến nồng độ O2 và CO2 bên trong gói cam bằng OTR 60µm

99

3.6

Diễn biến nồng độ O2 và CO2 bên trong gói chuối bằng PEmpSX 5µm

99

3.7

Diễn biến nồng độ O2 và CO2 bên trong gói đậu cơ ve bằng PEmpCH 40µm

99

3.8

Diễn biến nồng độ O2 và CO2 bên trong gói cần tây bằng PEmpCH 15µm

99

viii


MỞ ĐẦU
Rau quả là sản phẩm có vai trị quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và tiêu
dùng nước ta, nó là nguồn cung cấp dinh đưỡng, đặc biệt là vi chất (vitamin, khống)
cho người tiêu dùng và đóng góp giá trị cho nền kinh tế. Mức tăng trưởng của ngành
rau quả đã tăng nhanh kể từ năm 2000 và sẽ tiếp tục tăng. Tiềm năng phát triển được
đánh giá cao mặc dù tỉ trọng đóng góp trong GDP cịn thấp (quả chiếm 2% GDP, rau
và hoa chiếm 4% GDP hoặc rau hoa quả chiếm 10% GDP nông nghiệp). Chất lượng
rau quả được sản xuất trong nước còn tương đối thấp, đặc biệt là chất lượng sau thu
hoạch, vẫn tồn tại những nghi ngại về độ ATTP do bảo quản bằng phương pháp hóa
học, chưa đáp ứng được thời gian bảo quản phục vụ cho q trình lưu thơng dài ngày.
Điều này có ý nghĩa quan trọng khi nước ta hội nhập WTO với sản phẩm rau quả mang
tính cạnh tranh cao được lưu thông trên phạm vị thế giới.
Cho đến nay, huớng nghiên cứu về bảo quản rau quả tươi nước ta chủ yếu tập
trung vào bảo quản nhiệt và hóa chất. Việc sử dụng bao bì màng chất dẻo để bao gói,
bảo quản rau quả đã được tiến hành nhưng chưa được tính tốn lựa chọn đúng bao bì
cần thiết. Trong khi đó, trên thế giới đã có bước tiến lớn về bảo quản rau quả tươi bằng
môi trường khí điều chỉnh (control atmosphere – CA), mơi trường khí điều biến

(modified atmosphere – MA). Đây là những phương pháp bảo quản rau quả tươi tiên
tiến nhằm gìn giữ được bản sắc tự nhiên của rau quả, hạn chế sử dụng hóa chất trong
q trình bảo quản và đảm bảo vệ sinh an tồn thực phẩm. Thay vì cách tạo ra kho CA
và MA đắt tiền, có cách ứng dụng đơn giản, rẻ hơn trong thực tế là sử dụng bao bì
màng chất dẻo để tạo ra mơi trường CA và MA theo yêu cầu mong muốn khi bao gói
rau quả, cách này được gọi là bao gói tạo mơi trường khí điều biến (modified
atmosphere packaging - MAP). MAP nhanh chóng được ứng dụng ở các nước phát
triển trong thập kỷ qua như Anh, Pháp, Mỹ (Brody 1993, Robertson 1992, Day 1992)
với 50 triệu gói MA được bán ở châu Âu năm 1988, 250 triệu gói MA năm 1990 (Day

ix


1990), 500 triệu pounds (450g/pound) rau xà lách trong 100 triệu gói MA, thêm vào đó
100 triệu gói rau tươi được bán cho khách sạn, nhà hàng ở Mỹ (Bolin và Huxsoll 1991).
Với ưu việt trên, việc phát triển MAP ở Việt Nam một cách toàn diện là giải pháp tốt
cho các sản phẩm rau quả sau thu hoạch phù hợp với đặc tính rau quả nhiệt đới, bán
nhiệt đới của nước ta là khả thi. Vì vậy, việc “Nghiên cứu bảo quản một số rau quả
bằng kỹ thuật bao gói khí điều biến” là cần thiết
Mục đích, u cầu của đề tài:
Ứng dụng kỹ thuật MAP để bảo quản 4 loại rau quả (cam, chuối, đậu cô ve và
cần tây) nhằm kéo dài thời gian bảo quản, giảm tổn thất sau thu hoạch, đảm bảo chất
lượng vệ sinh an toàn thực phẩm. Với các yêu cầu sau:
 Xác định độ thấm khí O2 và CO2 của một số loại bao bì sản xuất hiện tại
ở trong nước và mối quan hệ của nó với độ dầy bao bì và nhiệt độ
 Xác định cường độ hô hấp và môi trường khí điều chỉnh CA phù hợp cho
từng loại rau quả tại nhiệt độ bảo quản xác định
 Từ những kết quả trên, giải bài toán quan hệ giữa 7 yếu tố của rau quả và
bao bì. Đó là độ thấm khí O2 và CO2 của bao bì với các yếu tố khác như
Cường độ hơ hấp, Mơi trường khí điều chỉnh (CA), Khối lượng rau quả,

diện tích bề mặt bao bì, độ dầy bao bì tại nhiệt độ bảo quản xác định.
 Thí nghiệm kiểm tra kết quả bảo quản MAP
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
Do đối tượng nghiên cứu là bảo quản cam, chuối, đậu cô ve, cần tây bằng bao
gói khí điều biến rất rộng và phong phú ở nước ta, nên đề tài giới hạn trong phạm vi
nguyên liệu là: Cam sành được trồng tại Hà giang. Chuối tiêu hồng được trồng tại
ngoại thành Hà nội, Hà tây. Đậu cô ve leo xanh và Cần tây được trồng tại ngoại thành

x


Hà nội. Các loại rau quả trên được bao gói bằng một trong 8 loại bao bì màng chất dẻo
chính đang phổ biến được sản xuất trong nước.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Lựa chọn bao bì phù hợp và chính xác để bảo quản rau quả là kết quả của giải
bài toán mối quan hệ các yếu tố, thơng số của rau quả và bao bì bao gói như cường độ
hơ hấp, mơi trường khí điều chỉnh, khối lượng rau quả, độ thấm khí bao bì, diện tích
bao bì, độ dầy bao bì tại một nhiệt độ xác định sao cho tạo ra mơi trường khí điều
chỉnh tối ưu bên trong bao gói rau quả để hạn chế q trình hơ hấp nhằm kéo dài thời
gian bảo quản là có ý nghĩa khoa học cao trong bao gói bảo quản rau quả.tươi.
Kết quả đề tài mở ra ứng dụng cho nhiều loại rau quả và nhiều loại bao bì màng
chất dẻo khác. Bằng cách lựa chọn tính chính xác và phù hợp cho bảo quản từng loại
rau quả với từng loại bao bì khác nhau đáp ứng được nhu cầu thực tiễn sản xuất là kéo
dài thời dài thời gian bảo quản và đảm bảo chất lượng trong q trình bảo quản đó
Luận án được chia thành 3 chương có 27 bảng, 36 hình vẽ, đồ thị. Phần kết luận
và kiến nghị cùng 190 tài liệu tham khảo trong, ngồi nước. Trong đó:
Chương 1. Tổng quan bao gồm kết quả nghiên cứu về hô hấp rau quả, bảo quản
trong mơi trường khí điều chỉnh, độ thấm khí bao bì màng chất dẻo và bao gói khí điều
biến, bảo quản cam, chuối, đậu cô ve, cần tây
Chương 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu bao gồm nguyên liệu,

phương pháp nghiên cứu, phương pháp phân tích chất lượng sản phẩm, phương pháp
xử lý số liệu và các thiết bị sử dụng cho nghiên cứu
Chương 3. Kết quả và thảo luận bao gồm xác định độ thấm khí O2, CO2 của 8
loại màng chất dẻo chính đang phổ biến ở Việt nam. Xác định đặc tính lý hóa, cường
độ hơ hấp, thành phần khí điều chỉnh thích hợp của cam, chuối, đậu cô ve, cần tây.

xi


Tính tốn bao bì bao gói cam, chuối, đậu cơ ve, cần tây. Xác định qui trình bảo quản và
ứng dụng vào sản xuất
Kết luận và kiến nghị
Kết quả nghiên cứu được tác giả công bố gồm 4 bài báo, trong đó 3 bài đã được
đăng trên Tạp chí Nơng nghiệp và PTNT năm 2004, 2006 và 1 bài đăng trong kỷ yếu
của Bộ Nông nghiệp và PTNT-Viện Công nghệ sau thu hoạch do Trung tâm Thông tin
Nông nghiệp và PTNT xuất bản năm 2002

xii


-1-

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tình hình nghiên cứu về hơ hấp của rau quả.

Trong các giai đọan sinh trưởng, phát triển, già và chín của rau quả có quan hệ mật
thiết đến q trình hơ hấp của chúng. Hơ hấp khơng chỉ là kết quả gắn liền với độ chín
sinh lý, độ chín ăn được mà nó cũng là đặc tính sinh lý của rau quả trong các giai đọan

phát triển. Hàng loạt các khái niệm hô hấp được đưa ra. Nhiều kết quả nghiên cứu về
hô hấp đã và đang được ứng dụng, phân lọai cường độ hô hấp và nghiên cứu diễn biến
sự biến đổi chất lượng của rau quả trong q trình hơ hấp là có ý nghĩa trong bảo quản
rau quả. Làm chậm q trình hơ hấp sẽ hạn chế những biến đổi sinh lý, sinh hóa bất lợi.
Xác định cường độ hơ hấp chính xác là cơ sở cho thiết kế công nghệ MAP phù hợp
nhằm tạo ra mơi trường vi khí hậu tối ưu, thích hợp với từng đối tượng rau quả. Một số
nhà nghiên cứu đã đưa ra các khái niệm về hô hấp như sau:
Hơ hấp là một q trình mà các vật chất hữu cơ (carbonhydrate, protein, lipit)
chuyển hóa thành các hợp chất cuối cùng đơn giản hơn và giải phóng năng lượng.
Trong q trình hơ hấp, khí O2 được sử dụng, khí CO2 và nước thải ra. Chính vì vậy
cường độ hô hấp liên quan mức độ tổn thất, thối hỏng sản phẩm sau thu họach [88]
Hô hấp là chuỗi các phản ứng sinh hóa để cung cấp năng lượng cho tế bào. Cường
độ hô hấp là chỉ tiêu đánh giá mức độ trao đổi chất của rau quả [129]
Hố hấp có thể coi là một q trình tự xúc tác. Nước và nhiệt do hơ hấp gây ra làm
q trình hô hấp mãnh liệt hơn, cứ như vậy cho đến khi rau quả hỏng hồn tồn [2]
Hơ hấp là q trình sinh học cơ bản xẩy ra trong rau quả khi bảo quản tươi, là q
trình ơ xy hóa chậm các chất hữu cơ phức tạp dưới tác dụng của enzim các chất này
phân hủy thành chất đơn giản hơn và giải phóng năng lượng [10]
Trong q trình hơ hấp, dưới tác dụng của enzim, các chất dinh dưỡng bị ô xy hóa
thành CO2 và H2O [11]


-2-

Trong q trình hơ hấp, một loạt những biến đổi trung gian của các chất sẽ xẩy ra
với sự tham gia của hàng lọat những enzim. Hô hấp thực vật khác hẳn với hơ hấp động
vật vì trong điều kiện có ơxy hay khơng có ơxy thực vật vẫn hơ hấp được [8]
Hơ hấp là q trình sử dụng O2 và thải ra CO2 [106] theo Pt 1.1
C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 2816 KJ (hoặc 674 Kcal)

(1.1)

(glucoza)
Các a xit hữu cơ cũng bị ô xy hóa thành CO2 và H2O theo Pt 1.2 a-c
C4H6O5 + 3 O2 = 4 CO2 + 3 H2O

(1.2 a)

(Axit malic)
2C6H8O7 + 9 O2 = 12 CO2 + 8 H2O

(1.2.b)

(Axit citric)
C2H2O4 + O2 = 4 CO2 + 2 H2O

(1.2.c)

(Axit oxalic)
Các chất béo cũng là nguyên liệu của hô hấp theo Pt 1.3 a-b
(C15H31COO)3C3H5 + 72,5 O2 = 51 CO2 + 49H2O + 7616,7 Kcal

(1.3 a)

(axit trianmitin)
C18H36O2 + 26 O2 = 18 CO2 + 18H2O

(1.3 b)

(a xit stearic)

Protein cũng là nguyên liệu hô hấp theo Pt 1.4 a-b [88], [8]
CH3 — CH — COOH + 1/2 O2 = CH3 — C — COOH + NH3
NH2

(1.4 a)

O

CH3 — C — COOH + 5/2 O2 = 3CO2 + 2H2O
O
Để đặc trưng cho mức độ hô hấp, người ta dùng khái niệm:

(1.4 b)


-3-

Cường độ hơ hấp (R)

•

Cường độ hơ hấp được xác định là lượng O2 tiêu dùng hoặc lượng CO2 thoát ra của
1 kg nông sản trong 1 giờ ở một nhiệt độ xác định (mgCO2/kg.h hoặc mgO2/kg.h).
Cường độ hô hấp phụ thuộc vào: Yếu tố bên trong của bản thân đối tượng hơ hấp: như
độ chín ở các giai đọan phát triển khác nhau, hàm lượng đường glucose, hàm lượng a
xit hữu cơ trong nguyên liệu, và Yếu tố bên ngồi mơi trường: như nhiệt độ, nồng độ
O2 và CO2 trong mơi trường, ánh sáng....
Hệ số hơ hấp (RQ)

•

Hệ số hơ hấp là tỉ số giữa thể tích CO2 thốt ra và O2 tiêu dùng, nó biến đổi tùy
thuộc vào bản chất của ngun liệu hơ hấp. có thể phân ra 3 trường hợp sau:
RQ = 1. Khi nguyên liệu hơ hấp là gluxit, protein và q trình ơ xy hóa là triệt
để [88], [8].
RQ < 1. nếu cơ chất hô hấp là lipit, a xit béo…giầu hydro và nghèo O2 hơn gluxit
thì khi ơ xy hóa chúng RQ sẽ nhỏ hơn 1 [9]
RQ > 1. Trường hơp này xẩy ra khi nguyên liệu hô hấp là các a xit hữu cơ
-

Hệ số hơ hấp hiếu khí của glucose là

RQ = 6CO2 / 6O2 =1

-

Hệ số hơ hấp hiếu khí của protein là

RQ = 3CO2 / 3O2 =1

-

Hệ số hô hấp hiếu khí chất béo (a. trianmitin) RQ = 51CO2/72,5O2 =0,7

-

Hệ số hơ hấp hiếu khí của a xit malic là

RQ = 4CO2 / 3O2 =1,33

-

Hệ số hô hấp hiếu khí của a xit citric là

RQ = 12CO2 / 9O2 =1,33

-

Hệ số hơ hấp hiếu khí của a xit oxalic là

RQ = 4CO2 / 1O2 = 4

-

Hệ số hô hấp yếm khí (khơng tiêu dùng ơ xy) thì RQ khơng xác định


-4-

Tùy theo tỉ lệ đường và a xit (tính bằng %) tham gia vào q trình hơ hấp khác nhau
thì hệ số hô hấp cũng khác nhau. Nếu đối tượng hơ hấp gồm 90% glucoza, 10% a xit
citric thì hệ số hô hấp là 1,03. Nếu gồm 90% a xit và 10% đường thì RQ = 1,29
Thơng qua hệ số hô hấp chỉ cho ta xác định được nguyên liệu hơ hấp khi bị ơ xy
hóa hồn tịan đến CO2 và H2O
Đại lượng Q10

•

Đại lượng Q10 biểu thị số lần hô hấp tăng lên nếu nhiệt độ tăng lên 10oC [11]. Nhiệt
độ càng cao thì cường độ hơ hấp càng lớn. Nhiệt độ tăng 10oC thì phản ứng hóa học,

lượng nhiệt sinh ra, tỉ lệ hỏng trong q trình hơ hấp tăng khoảng gấp đôi Q10 = 2
[133], hoặc gấp 2-3 lần Q10 = 2-3 [161]. Theo định luật Van't Hoff [178] có thể miêu
tả theo Pt 1.5 a
Q10 = ( R1 / R2 )10

Trong đó:

t 2−t1

(1.5 a)

R1 và R2: cường độ hô hấp ở nhiệt độ t1 và t2

Tuy nhiên, phương trình 1.5 a được hiệu đính bởi Stenning (1994) [161] bằng Pt
1.5 b
10

Q10 = ( R1 / R2 ) t 2 − t1

(1.5 b)

Burton (1992) [161] cho rằng quan hệ trên là khơng đơn giản, nó chỉ ứng dụng cho
đơn phản ứng hóa học Trong khoảng nhiệt độ 1- 40oC, khi nhiệt độ tăng 10oC thì tốc
độ trung bình của phản ứng tăng 2,3 lần theo Pt 1.6
Q10 = (Vt + 10) / Vt = 2,3
Trong đó:

(1.6)

Vt: tốc độ phản ứng tại nhiệt độ t

Đại lượng Q10 phụ thuộc vào từng lọai rau quả, từng giống, từng loài, từng độ chín
sinh lý khác nhau. Q10 của chuối xanh là 2,7. Q10 của chuối chín là 2,6


-5-

Cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ theo định luật Arrhenius theo Pt 1.7
RO2 = RoO2 × exp (-EO2 / RT)

(1.7)

Trong đó:
RoO2: hằng số hơ hấp (ml O2/kg.h)

R: hằng số khí (8,314 J/mol oK)

EO2: năng lượng hoạt động (29 000-92 900 J/mol) [54]

T : nhiệt độ (oK)

• Qui tắc Enzim kinetic
Cường độ hô hấp phụ thuộc vào nồng độ O2 và CO2 trong mơi trường. Hơ hấp hiếu
khí bao gồm hàng loạt các chuỗi phản ứng enzim. Vì thế Yang và Chinnan (1988)
[186] đưa ra dự đoán cường độ hô hấp của rau quả tươi trong môi trường có cả O2 và
CO2 theo nguyên lý enzimatic kinetic. Lee (1991) [107], Gong và Corey (1994) [65]
đã đưa ra phương trình dạng Michaelis-Menten quan hệ giữa O2 và CO2 trong hơ hấp
-

Nếu vắng mặt CO2 thì cường độ hơ hấp theo Pt 1.8

RO2 = Vmax × (O2) / KM + (O2)

-

(1.8)

Nếu có mặt CO2 thì cường độ hơ hấp bị hạn chế có thể tính theo ba dạng là
cạnh tranh, phi cạnh tranh và khơng hồn tồn cạnh tranh theo Pt 1.9 a-c

Dạng cạnh tranh: CO2 cùng với O2 phản ứng với trung tâm hoạt động của enzim khi
nồng độ O2 trong mơi trường thấp
RO2 = Vmax × (O2) / (O2) + KM × 1 + (CO2) /Ki

(1.9 a)

Dạng phi cạnh tranh: CO2 chỉ phản ứng với cơ chất của enzim khi nồng độ O2 trong
môi trường cao
RO2 = Vmax × (O2) / KM + (O2) × 1 + (CO2) /Ki

(1.9 b)

Dạng khơng hồn tồn cạnh tranh: là kết hợp 2 dạng trên, CO2 có thể phản ứng với
enzim và cơ chất của nó khi nồng độ O2 trong mơi trường ở mức trung bình.


-6-

RO2 = Vmax × (O2) / KM + (O2) × 1 + (CO2) /Ki
Trong đó:

(1.9 c)

RO2: cường độ hơ hấp (ml O2/kg.h)
Vmax: Cường độ hô hấp cực đại (ml O2/kg.h)
KM: Hằng số Michaelis-Menten của O2 (ml/100 ml O2)
Ki Hằng số Michealis-Menten của CO2 (ml/100 ml CO2).
(O2) và (CO2) : Nồng độ O2 và CO2 ở tại ½ cường độ hơ hấp cực đại (%)

• Sự sản sinh Ethylen (C2H4)
Ethylen là một hc mơn sinh trưởng thực vật, là sản phẩm tự nhiên của thực vật
được sản sinh ra trong quá trình chuyển hóa thực vật, có cấu tạo hóa học đơn giản nhất,
đóng vai trị quan trọng trong q trình sau đây dù chỉ lượng rất nhỏ (< 0,1 ppm): Đẩy
mạnh q trình chín của quả hơ hấp đột biến. Làm mất mầu xanh trong một số lọai quả
(citrus, dứa). Nâu hóa cuống, cành (nho). Làm mơ mềm nát (dưa hấu). Làm rụng đài
hoa, hoa. Kích thích tổng hợp lignin làm mềm cuống. Tạo mùi vị đắng (cà rốt), mất
mùi (khoai tây). Làm lốm đốm mầu nâu đỏ (rau diếp)
Ethylen được tổng hợp trong mô thực vật từ methionine bằng cách S-adenosyl
methionine (SAM) biến đổi thành 1-aminocyclopropane-1-carboxylic axit (ACC) bởi
enzim ACC synthase và ACC oxidase, sau đó ACC biến đổi thành ethylen bởi các
enzim khác chưa được phát hiện [133]. Sự sản sinh ethylen phụ thuộc chủ yếu vào
giống, độ chín thu hái, nhiệt độ, nồng độ O2, CO2 trong môi trường Trong môi trường
nghèo O2 và giầu CO2 sẽ hạn chế sự sản sinh ethylen [184]. Mức CO2 cao có thể cạnh
tranh với ảnh hưởng ethylen ở các vị trí liên kết nối trong tế bào [184]. Ở nồng độ CO2
khoảng 10% thì hoạt tính sinh học của 1% ethylen đối với quả bị mất và CO2 tích tụ ở
trong khoang tế bào như là chất kình địch với ethylen [133]. Sự sản sinh ethylen làm
tăng cường độ hô hấp ở cả quả đột biến và không đột biến hơ hấp. Với quả khơng đột
biến hơ hấp, kích thích hô hấp chỉ khi quả bắt đầu sản sinh ethylen. Với quả đột biến


-7-

hơ hấp, sản sinh ethylen có thể làm bắt đầu q trình chín, kích thích hơ hấp sau khi
quả bắt đầu chín. Theo bản chất hóa học của q trình hơ hấp có:
 Hơ hấp hiếu khí (Aerobic Respiration)
Khi q trình hơ hấp có đầy đủ ơ xy, hơ hấp diễn ra theo Pt 1.10. a
C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 2816 KJ (hoặc 674 Kcal)

(1.10 a)

Hơ hấp hiếu khí là q trình tạo CO2 và H2O qua 2 quá trình bao gồm 3 bước là:
-

Glycolysis: bản chất là quá trình phân giải đường glucoza thành pyruvic

-

Chu trình TCA (tricarboxylic a xit): bản chất là các pyruvic tham gia vào chu
trình Kreb để tạo ra ATP

-

Hệ vận chuyển electron

Mỗi phân tử glucoza thông qua quá trình hơ hấp hiếu khí sẽ tạo ra 36 phân tử ATP
 Hơ hấp yếm khí (Anaerobic Respiration)
Khi hàm lượng ô xy trong không khí nhỏ hơn 2% tức là trong điều kiện hơ hấp yếm
khí, đường bị lên men theo Pt 1.10. b
C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 CO2 + 117,23 kJ (28 Kcal)

(1.10.b)

Q trình hơ hấp yếm khí thường xẩy ra ở vi sinh vật (nấm men, vi khuẩn...) đơi khi
có thể xẩy ra ở trong các mơ thực vật, trong đó ơ xy khơng tham gia vào q trình. Q
trình hơ hấp yếm khí chỉ tạo ra 2 ATP cho mỗi phân tử glucoza được phân giải và tạo
ra các rượu hay các a xit hữu cơ. Trước tiên tạo ra acetaldehyde, CO2 và axit lactic, sau
đó acetaldehyde tạo ra ethanol, mất mùi, mất tính miễn dịch tự nhiên, sản phẩm có thể
bị hỏng trước khi xẩy ra chết tế bào.
Theo diễn biến cường độ hô hấp trong q trình hơ hấp có:
 Hơ hấp đột biến (The Respiratory Climacteric)


-8-

Điểm đột biến như là dấu hiệu sự bắt đầu của thời kỳ cuối quá trình sống của quả ở
mức độ tế bào và cũng là mối quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu sinh học và
người tiêu dùng. Thí nghiệm kiểm tra q trình hơ hấp của quả đột biến hô hấp ở một
nhiệt độ nhất định chỉ ra rằng: giá trị cường độ hô hấp nhỏ nhất là điểm cực tiểu chuẩn
bị cho đột biến. Đường cong từ điểm cực tiểu tăng nhanh đạt tới đỉnh đột biến. Sau
đỉnh đột biến, cường độ hô hấp giảm dần. Đỉnh đột biến cao hay thấp phụ thuộc vào
loại giống của quả. Thơng thường, quả ở giai đọan chín ăn được hoặc mềm ở sau đỉnh
đột biến. Đặc tính của quả là thu hái quả lúc chưa chín sinh lý, quả vẫn chín ăn được.
Một số quả hơ hấp đột biến là: táo, mơ, lê, chuối, mít, ổi, xồi, đu đủ, lạc tiên, đào,
hồng, mận, hồng xiêm, cà chua…
 Hô hấp không đột biến (The Respiratory Non-Climacteric)
Khác với hô hấp đột biến, Hô hấp không đột biến là sau khi thu hái, quả có cường
độ hơ hấp thấp và giảm dần rất chậm trong q trình chín ăn được theo thời gian. Đặc
tính của quả là thu hái quả lúc chưa chín sinh lý, quả sẽ khơng chín ăn được. Một số
lọai quả hô hấp không đột biến là ca cao, điều, dưa chuột, nho, bưởi, chanh, vải, cam,
dứa, dâu tây…
Một số biến đổi hóa sinh trong q trình hô hấp

Thay đổi hương vị
Hương vị là quan hệ giữa hai đặc tính vị và mùi. Trong quả, đóng góp cho vị tự
nhiên là đường và a xít hữu cơ, ngồi ra cịn phenolic và tanin. Tuy nhiên, quả có đặc
tính hương riêng, phụ thuộc vào sự tác động qua lại giữa đường, a xít hữu cơ, phenolic
và các thành phần mùi riêng tạo bởi các chất dễ bay hơi.
• Đường và a xít hữu cơ
Đường và a xít hữu cơ là ngun liệu của q trình hơ hấp. Quả tiếp tục tích lũy
đường trong q trình chín. Trong vài trường hợp (dâu tây và nho) đường góp phần lớn


-9-

cho tạo hương. Một số quả thu họach xanh, trong q trình chín vẫn có khả năng tạo
hương đầy đủ. Nói chung, a xít hữu cơ (malic, citric, oxalic…) giảm trong q trình
chín vì nó là ngun liệu cho hơ hấp [161], amino axit (leucin và valin) của chuối tăng
đột biến trong q trình chín góp phần tạo hương, axit béo cũng bị chuyển hóa thành
estes. Đường trong quả tăng nhưng chỉ một lượng rất nhỏ [161], do tinh bột chuyển
hóa thành. Tinh bột chuyển hóa thành glucoza, fructoza hoặc sucroza nhờ một số
enzim chính như α-amilaza (EC 3.2.1.1), β-amilaza (EC 3.2.1.2) và phosphorylaza (EC
2.4.1.1). Các enzim này có hoạt tính tăng trong q trình chín [161], tuy nhiên chưa
biết rõ cơ chế cho từng loại tinh bột cụ thể của các lọai quả.
• Phenolic
Mặc dù phenolic trong quả rất thấp, nó có ít ý nghĩa trong việc xác định chất lượng
quả, vài thành phần phenolic có thể tách ra được ở dạng phenylalanin với axít cinnamic
và coumaric. Nhóm enzim quan trọng để chuyển hóa phenolic là polyphenoloxydaza
(PPO) ở hai dạng là catechol oxidaza (EC 1.10.3.1) và laccaza (EC 1.10.3.2) phân giải
o-diphenol và p-diphenol tương ứng và được phân lọai dưới tên chung là monophenol
monooxygenaza (EC 1.14.18.1). Hoạt động của PPO là yếu tố quan trọng để xác định
chất lượng các sản phẩm chế biến hoa quả vì làm nâu hóa mơ quả và dịch ép. Tuy vậy,
các enzim hoạt động trong q trình chín là chưa rõ, chưa có nhiều nghiên cứu.

Tanin là thành phần của phenolic hòa tan trong nước, có trọng lượng phân tử 5003000, có đặc tính đặc biệt như khả năng kết tủa alkaloid và protein [161]. Tanin có khả
năng gắn kết với protein làm hạn chế hoạt động của các enzim, có tác động qua lại với
sự chảy nước protein và glycoprotein của chuối, khả năng polyme hóa tanin cao trong
q trình chín để tạo hương vị tốt hơn [161],.
• Các hợp chất dễ bay hơi