BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC
PHẠM THỊ THU HÀ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG POLYME ỨNG DỤNG ĐỂ BẢO QUẢN QUẢ
Có thể bạn quan tâm!
-
Nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng polyme ứng dụng để bảo quản quả - 2 -
Bảo Quản Rau Quả Bằng Bao Gói Khí Quyển Biến Đổi -
Đơn Vị Cấu Trúc Cơ Bản Của Zeolit
Xem toàn bộ 178 trang tài liệu này.
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
Hà Nội - 2012
2
MỞ ĐẦU
Hoa quả sau khi thu hoạch vẫn là những tế tào sống và vẫn tiếp tục các hoạt động hô hấp và trao đổi chất thông qua một số quá trình biến đổi. Chính những biến đổi này làm cho quả nhanh chín, nhanh già, nhũn... dẫn tới hỏng nếu không áp dụng biện pháp đặc biệt để làm chậm quá trình này.
Trước nhu cầu bức thiết về công nghệ bảo quản sau thu hoạch, từ lâu đã có nhiều công trình nghiên cứu trong nước nhằm tìm ra cách thức bảo quản rau quả có hiệu quả phù hợp với điều kiện Việt Nam. Một số qui trình bảo quản sơ bộ đã được công bố như phương pháp rửa kết hợp thanh trùng nhẹ cho một số loại rau quả. Ngoài ra còn có một số phương pháp khác như xử lý nhiệt, hoá chất, bảo quản trong một số loại bao bì. Các phương pháp này có thể kéo dài thời hạn bảo quản của hoa quả nhưng không nhiều, mặt khác lại không giữ được giá trị cảm quan bên ngoài cho hoa quả nên việc áp dụng trong thực tế chưa được rộng rãi.
Hiện nay, có 2 công nghệ bảo quản hoa quả đang được nghiên cứu và sử dụng khá phổ biến là bảo quản bằng lớp phủ ăn được và bảo quản bằng màng bao gói khí quyển biến đổi (MAP).
Lớp phủ ăn được áp dụng trực tiếp trên bề mặt quả bằng cách nhúng, phun hay quét để tạo ra một khí quyển biến đổi. Lớp màng bán thấm tạo thành trên bề mặt hoa quả sẽ giảm bớt quá trình hô hấp và kiểm soát sự mất độ ẩm, nhờ đó duy trì chất lượng và kéo dài thời hạn sử dụng của quả tươi. Các loại rau quả được chọn để bảo quản cũng rất đa dạng như cà chua, cam, bưởi, vải, nhãn, dứa, hồng, xoài... Hầu hết các nghiên cứu đều cho kết quả khả quan.
Công nghệ thứ hai là bảo quản bằng màng bao gói khí quyển biến đổi. Đây là phương pháp bảo quản mà quả được đựng trong túi màng mỏng có tính thẩm thấu chọn lọc hoặc đựng trong sọt có lót màng bao gói. Thậm chí quả còn được đựng trong container lớn được lót bằng vật liệu tổng hợp có tính thẩm thấu chọn lọc đối với các loại khí.
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu bảo quản quả bằng màng polyme gần đây bắt đầu được quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, những công trình đã công bố cho thấy
các nghiên cứu đều tập trung vào việc sử dụng màng MAP và dung dịch tạo lớp phủ ăn được nhập ngoại để bảo quản quả mà chưa có công trình nào đề cập chế tạo các vật liệu này. Với mong muốn góp phần giải quyết những nhu cầu cấp thiết mà thực tế đặt ra, đề tài “Nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng polyme ứng dụng để bảo quản quả” nhằm nghiên cứu và chế tạo vật liệu có thể đáp ứng nhu cầu bảo quản rau quả sau thu hoạch, góp phần tăng hiệu quả kinh tế.
Với mục tiêu đó, những nhiệm vụ mà luận án phải thực hiện là:
a) Nghiên cứu chế tạo vật liệu dạng dung dịch từ shellac
- Tạo màng và xác định tính chất của màng shellac với chất hóa dẻo (hình thái học, tính chất cơ lý, tính chất nhiệt của màng).
b) Nghiên cứu chế tạo vật liệu bảo quản quả dạng nhũ tương polyvinyl axetat (PVAc)
- Nghiên cứu quá trình tổng hợp PVAc bằng phương pháp trùng hợp nhũ
tương;
- Sử dụng các phương pháp phân tích đánh giá độ chuyển hóa, độ bền nhũ,
trọng lượng phân tử trung bình (TLPTTB), hình thái học bề mặt, cấu trúc, tính chất nhiệt của sản phẩm.
c) Nghiên cứu công nghệ chế tạo màng bao gói khí quyển biến đổi (MAP) trên cơ sở polyethylen (PE) với các phụ gia vô cơ
- Nghiên cứu quá trình trộn và cắt hạt nhựa, phân tích khả năng trộn và phân tán phụ gia đồng thời sử dụng một số phương pháp phân tích đánh giá.
- Nghiên cứu quá trình thổi màng và đánh giá các tính chất của màng MAP (chiều dày màng, hình thái học bề mặt, tính chất cơ lý, độ bền mối hàn).
d) Nghiên cứu và thử nghiệm vật liệu bảo quản cho 2 loại quả (vải và mận), đánh giá các tính chất của quả trong quá trình bảo quản: hao hụt khối lượng, tỷ lệ hư hỏng, hàm lượng đường, độ cứng.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Các phương pháp bảo quản rau, quả tươi sau thu hoạch
Hầu hết quá trình suy giảm khối lượng và chất lượng của hoa quả tươi đều diễn ra trong giai đoạn từ khi thu hoạch đến khi tiêu thụ. Ước tính tỷ lệ tổn thất hoa quả sau thu hoạch do hư hỏng có thể lên tới 20-80% [1]. Nguyên nhân là do hoa quả sau khi thu hoạch vẫn là những tế bào sống và vẫn tiếp tục các hoạt động hô hấp và trao đổi chất thông qua một số quá trình biến đổi. Chính những biến đổi này làm cho hoa quả nhanh chín, nhanh già, nhũn… dẫn tới hỏng nếu không áp dụng biện pháp đặc biệt để làm chậm các quá trình này [2]. Rau quả sau thu hoạch thường trải qua một số biến đổi như: biến đổi sinh hoá, biến đổi vật lý và biến đổi hoá học. Hiểu rõ đặc tính hô hấp của quả tươi cũng như cơ chế của những biến đổi trên có thể kéo dài thời hạn bảo quản của chúng.
1.1.1. Trao đổi chất sau thu hoạch và bảo quản các sản phẩm tươi
1.1.1.1. Quá trình chín và thời hạn sử dụng
Quá trình chín là một quá trình thoái hóa được điều chỉnh nội sinh dẫn đến hỏng và thối rữa không thể dừng lại nhưng chỉ có thể làm chậm lại. Trong khi hư hỏng và thối rữa góp phần quan trọng làm tổn thất sau thu hoạch, thì quá trình chín gây ra tổn thất thậm chí còn cao hơn. Trong quá trình chín, sản phẩm dễ bị tổn thương do nấm tấn công. Tất cả các hoocmôn tố thực vật chính bao gồm auxin, giberela, cytokinin, abscisic axit và đặc biệt là etylen, đều gây ảnh hưởng tới một trong các quá trình chín và lão hóa [3]. Tuy nhiên, lão hóa đi kèm với quá trình chín của quả. Khái niệm và phân biệt giữa 2 hiện tượng này là khá khó khăn và đôi khi còn gây nhầm lẫn. Quá trình lão hóa là một quá trình tự nhiên và thoái hóa liên quan đến sự già hóa. Đặc trưng của quá trình lão hóa đối với sản phẩm tươi sau thu hoạch có thể được mô tả bởi những thay đổi như làm giảm clorophyl, thoái hóa màng tế bào, giảm hàm lượng RNA và protein, làm biến đổi cấu trúc (có thể dẫn đến làm mềm và gây ra các ảnh hưởng tiêu cực)… [4].
1.1.1.2. Hô hấp
Hô hấp là quá trình trao đổi chất quan trọng nhất diễn ra trong bất kỳ tế bào sống nào. Hô hấp được mô tả là sự phân hủy oxy hóa của các chất nền phức tạp có trong tế bào, chẳng hạn như cacbohydrat, protein và chất béo thành những phân tử đơn giản hơn (CO2 và H2O) với việc sản sinh năng lượng và các phân tử khác được sử dụng bởi tế bào cho các phản ứng tổng hợp. Mục đích chính của hô hấp là để cung cấp năng lượng và các chất giúp tế bào thực hiện các phản ứng trao đổi chất cần thiết cho việc duy trì tổ chức tế bào [5].
Hô hấp có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí, tùy thuộc vào sự sẵn có của oxy. Đối với rau, quả sau thu hoạch, phần lớn năng lượng được cung cấp bởi hô hấp hiếu khí, chủ yếu liên quan đến ba con đường trao đổi chất: chuyển hóa glucozit, chu kỳ tricacboxylic axit (TCA) và vận chuyển electron. Tuy nhiên, trong điều kiện mức độ nồng độ oxy thấp (thường nhỏ hơn 1-2% đối với thực vật), hô hấp kỵ khí (lên men) được bắt đầu, trong đó pyruvat chủ yếu bị chuyển hóa thành etanol và axetalđehyt [6].
Hô hấp cũng là một chỉ số tuyệt vời của vấn đề trao đổi chất; nó cũng có thể được dùng như một tiêu chuẩn hữu ích cho việc bảo quản sản phẩm tươi. Mặc dù mối liên hệ chính xác giữa hô hấp và thời hạn sử dụng đã không được cụ thể ở phạm vi nhất định, tỷ lệ hư hỏng của sản phẩm liên quan đến tốc độ hô hấp của chúng. Sản phẩm có tốc độ hô hấp thấp (táo, hành tây, khoai tây, cà rốt...) có thể bảo quản dài hơn trong khi sản phẩm hô hấp nhanh, như dâu tây và nấm có thời hạn bảo quản ngắn. Như vậy, sản phẩm trồng trọt có thể được phân loại vào nhóm khác nhau về khả năng bảo quản tốc độ hô hấp của chúng [7].
Do tốc độ hô hấp là một chỉ số quan trọng của quá trình trao đổi chất của sản phẩm sau thu hoạch, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ này sẽ được xem xét chính trong quá trình bảo quản rau quả tươi sau thu hoạch. Nhiều công nghệ bảo quản sản phẩm tươi liên quan đến hô hấp nhờ điều khiển điều kiện môi trường (ví dụ như nhiệt độ thấp và khí quyển biến đổi O2 thấp và CO2 cao) [8, 9].
1.1.1.3. Hao hụt do thoát hơi nước
Mất nước có thể gây ra những thay đổi không mong muốn về ngoại quan như héo và quắt, làm mềm tế bào, hụt trọng lượng và làm thay đổi hương vị. Nó cũng gây mất nước, làm tăng tốc quá trình lão hóa. Hầu hết rau quả không còn khả năng thương mại hóa khi chúng bị mất đi 5-10% trọng lượng tươi. Nước mất chủ yếu là do sự thoát hơi của sản phẩm tươi [10]. Động lực của quá trình vận chuyển ẩm là gradient áp suất hơi từ bề mặt sản phẩm đến môi trường bảo quản. Trừ khi áp suất hơi nước trong khí quyển bảo quản cân bằng áp suất trên bề mặt sản phẩm, còn lại thì hàm lượng ẩm sẽ liên tục bay hơi khỏi vỏ sản phẩm. Như vậy, các đặc điểm của sản phẩm như cấu trúc bề mặt của lớp biểu bì và diện tích bề mặt riêng của quả tiếp xúc với không khí ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ bay hơi. Áp suất hơi nước trên bề mặt sản phẩm thường gần bằng áp suất hơi nước bão hòa tại nhiệt độ nhất định, trong khi trong không khí bảo quản áp suất hơi nước sẽ thấp hơn so với hơi bão hòa. Vì nhiều yếu tố có liên quan đến thoát hơi, một thuật ngữ tổng quát được gọi là "hệ số thoát hơi" được sử dụng trong thực tế để định lượng quá trình thoát hơi nước [11].
Trao đổi chất, tốc độ thoát hơi cũng có liên quan với quá trình trao đổi chất hô hấp. Tốc độ sản sinh ra nước liên quan trực tiếp đến tỷ lệ hấp thụ O2 và sinh nhiệt. Người ta ước tính rằng chỉ có 42% lượng nhiệt có thể được sử dụng cho các phản ứng tổng hợp, phần nhiệt còn lại này được sử dụng cho bay hơi. Bất kỳ phương pháp nào làm giảm tốc độ hô hấp đều có thể góp phần giảm thoát hơi. Tuy nhiên, rất ít biết về thoát hơi trong điều kiện khí quyển biến đổi. Mặc dù không thể ngăn ngừa sự thoát hơi, nhưng một số biện pháp có thể làm giảm hao hụt thoát hơi, chẳng hạn như việc bảo quản ở độ ẩm cao, bao phim từng sản phẩm, và nhiệt độ thấp, có thể làm tăng độ ẩm tương đối trong luồng bảo quản sản phẩm [12-14].
1.1.1.4. Các yếu tố gây suy giảm chất lượng
Rối loạn sinh lý: Sản phẩm tươi thường bị các rối loạn sinh lý khác nhau có nguồn gốc từ việc tiếp xúc với nhiệt độ không mong muốn, C2H4, O2 thấp (<1%), CO2 cao (> 12%) và sự mất cân bằng dinh dưỡng. Trong số các điều kiện môi trường bất lợi gây ra rối loạn sinh lý, bảo quản ở nhiệt độ quá thấp thường hay gặp
nhất. Các loại quả có nguồn gốc nhiệt đới và cận nhiệt đới, ở nhiệt độ dưới điểm tới hạn (10-120C), thường có sự phá vỡ hủy sinh lý, được gọi là tổn thương do đóng đá [15]. Các triệu chứng của tổn thương do đóng đá chung quan sát được là rỗ, thịt quả bị thâm, chín bất thường và tăng khả năng hư hỏng. Những tổn thương này được thể
hiện khi sản phẩm được chuyển từ nhiệt độ đóng đá đến nhiệt độ thường. Một hậu quả khác của tổn thương do đóng đá là việc tạo ra mùi không mong muốn. Các phương pháp thông thường để ngăn ngừa tổn thương do đóng đá liên quan chủ yếu đến việc giới hạn nhiệt độ bảo quản và xử lý trên một ngưỡng nhất định [16].
Các phản ứng sinh hóa: ngoài quá trình trao đổi chất sơ cấp, các phản ứng sinh hóa thứ cấp xảy ra trong tế bào thực vật có thể góp phần tổng hợp một số hợp chất mong muốn cũng như suy giảm về chất lượng. Chúng bao gồm sự suy giảm chất diệp lục (mất màu xanh lá cây), tạo sắc tố do tổng hợp carotenoit và phenylpropanoit, giảm độ axit (decacboxyl hóa), tăng vị ngọt (thủy phân tinh bột), tạo hương thơm (tổng hợp rượu và este tổng hợp thông qua sự phá vỡ enzym oxy hóa của chất béo không no), làm mềm tế bào (hoạt tính các enzym pectinaza và xenluloza), gây thâm do enzym (phenolaza) và quá trình oxy hóa chất béo và thủy phân chất béo (lipaza, lipidoxygenaza và peroxidaza) [17].
Nhiễm khuẩn và bệnh: Nấm và vi khuẩn có tầm quan trọng nhất định trong các bệnh sau thu hoạch của sản phẩm tươi. Nhiễm nấm là một yếu tố hạn chế chủ yếu trong việc kéo dài thời gian bảo quản các loại rau quả tươi. Nói chung, hầu hết các sản phẩm thu hoạch đều có khả năng kháng nấm trong giai đoạn đầu sau thu hoạch. Tuy nhiên, khi bắt đầu chín và lão hóa, chúng trở nên dễ bị nhiễm. Tổn thất sau thu hoạch chủ yếu của rau quả tươi bị gây ra bởi các loài nấm Botrytis, Alternaria, Rhizopus và Pseudomonas spp. Nói chung, mầm gây bệnh sau thu hoạch là các ký sinh trùng yếu chỉ xâm nhập vào các tế bào bị hư hỏng [18-21].
Tổn thất sau thu hoạch do lây nhiễm có thể hạn chế bằng cách giảm thiểu các tổn thương cơ học, nhờ duy trì các sản phẩm trong giai đoạn đầu của quả chín hoặc quá trình lão hóa, bảo quản chúng trong điều kiện tối ưu và xử lý sản phẩm với các tác nhân kháng khuẩn.
Tổn thương cơ học. Tổn thương cơ học đối với sản phẩm tươi có thể hạn chế khả năng thương mại hóa. Thậm chí va đập nhẹ cũng có thể gây ra và thúc đẩy sự suy giảm chất lượng do gia tăng hô hấp và tạo etylen, làm thúc đẩy các phản ứng sinh hóa không mong muốn và làm cho các sản phẩm dễ bị nhiễm khuẩn. Hao hụt do xử lý rau quả tươi có thể xảy ra trong quá trình thu hoạch, vận chuyển, đóng gói và bảo quản sau thu hoạch. Các vết thâm có thể xảy ra do việc cắt, lèn lắc và va đập. Để kiểm soát thiệt hại do xử lý sau thu hoạch, quy trình xử lý cũng như bao gói phù hợp để bảo vệ chống va đập và rung lắc là rất cần thiết [22].
1.1.2. Các phương pháp bảo quản rau quả
1.1.2.1. Nhiệt độ thấp, độ ẩm tương đối (RH) cao
Phương pháp phổ biến nhất để duy trì chất lượng và kiểm soát sự hư hỏng của hoa quả là làm lạnh nhanh với độ ẩm tương đối (RH) cao. Tuy nhiên, phương pháp này lại gây nên sự hư hỏng lạnh ở hoa quả và việc kiểm soát nhiệt độ một cách hiệu quả là rất khó nên một số phương pháp bảo quản khác vẫn đang được nghiên cứu [23].
1.1.2.2. Bảo quản bằng hóa chất
Sử dụng một số loại hoá chất ở những liều lượng khác nhau để kéo dài thời gian bảo quản của hoa quả chủ yếu dựa vào khả năng tiêu diệt vi sinh vật của những hoá chất này. Hoá chất được sử dụng để bảo quản hoa quả tươi cần đáp ứng một số yêu cầu như: diệt được vi sinh vật ở liều lượng thấp dưới mức nguy hiểm cho người, không tác dụng với các thành phần trong quả để dẫn tới biến đổi màu sắc, mùi vị làm giảm chất lượng hoa quả, không tác dụng với vật liệu làm bao bì hoặc dụng cụ, thiết bị công nghệ, dễ tách khỏi sản phẩm khi cần sử dụng. Tuy nhiên, ít có loại hoá chất nào có thể thoả mãn tất cả các yêu cầu trên, cho nên khi sử dụng phải chọn lựa cho phù hợp nhằm đảm bảo đồng thời chất lượng bảo quản và an toàn thực phẩm. Phương pháp bảo quản bằng hoá chất cũng bộc lộ một số nhược điểm như: hoá chất có thể làm biến đổi phần nào chất lượng của hoa quả, tạo mùi vị không tốt, gây hại cho sức khoẻ con người, có thể gây ngộ độc tức khắc hoặc lâu dài. Vì vậy cần thận trọng khi sử dụng hoá chất để bảo quản hoa quả [24].