Tài liệu Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ bảo quản nho ninh thuận bằng phương pháp điều chỉnh khí (controlled atmosphere ca)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ BẢO QUẢN NHO NINH THUẬN BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH KHÍ (CONTROLLED ATMOSPHERE-CA) LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hà Nội - 2017 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ BẢO QUẢN NHO NINH THUẬN BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH KHÍ (CONTROLLED ATMOSPHERE-CA) Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch Mã số: 62540104 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Xuân Phương TS. Phạm Anh Tuấn Hà Nội – 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình của riêng tôi. Các số liệu và tài liệu trong luận án này là trung thực, một phần đã được công bố trên các tạp chí khoa học với sự đồng ý của đồng tác giả, phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tất cả các tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Hà Nội, ngày Tập thể hướng dẫn NGUYỄN XUÂN PHƢƠNG tháng năm Tác giả luận án PHẠM ANH TUẤN ii NGUYỄN THỊ HẠNH LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện công trình nghiên cứu này, tôi đã nhận được nhiều giúp đỡ và hỗ trợ của các thầy cô, đồng nghiệp, các cơ quan, bạn bè, các em sinh viên và người thân trong gia đình. Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Xuân Phương, người thầy dìu dắt, dạy bảo từ khi tôi ở lại trường công tác. Thầy đã hướng tôi làm luận văn thạc sỹ và giờ trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Phạm Anh Tuấn, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tôi tận tình trong suốt quá trình làm luận án. Thầy đã tạo điều kiện để tôi có thể thực hiện những nghiên cứu tại Viện Cơ điện và Công nghệ Sau thu hoạch. Tôi cũng xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Hồ Phú Hà, chị đã chỉ bảo, giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi hoàn thành luận án của mình. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; đặc biệt là các thầy cô bộ môn Công nghệ Thực phẩm, PGS.TS Trương Quốc Phong và cán bộ Trung tâm công nghệ sinh học đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận án. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các cán bộ Viện Cơ điện và Công nghệ sau thu hoạch đặc biệt là bộ môn Bảo quản Thực phẩm đã giúp tôi thực hiện các nghiên cứu của mình. Xin cảm ơn các em sinh viên khóa 55, 56, 57 ngành Công nghệ Thực phẩm đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi rất nhiều trong thời gian làm luận án. Lời cuối cùng tôi dành cho gia đình hai bên nội ngoại đặc biệt là chồng và các con đã động viên, hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt quá trình làm luận án. Gia đình là động lực, tiếp thêm sức mạnh để tôi có thể vượt qua những khó khăn, vất vả trong cuộc sống để hoàn thành luận án tiến sỹ của mình. iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................................ix DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................................... x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................................................xi MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................................... 5 1.1. Tổng quan về quả nho.................................................................................................. 5 1.1.1. Đặc điểm, nguồn gốc và sự phân bố .................................................................. 5 1.1.2. Cấu tạo, thành phần hóa học ............................................................................... 6 1.1.3. Biến đổi sinh lý của quả nho sau thu hoạch ...................................................... 8 1.1.4. Hệ vi sinh vật trên quả nho ................................................................................... 9 1.1.4.1. Vi khuẩn .......................................................................................................... 10 1.1.4.2. Nấm men ........................................................................................................ 11 1.1.4.3. Nấm mốc......................................................................................................... 11 1.1.5. Thực trạng sau thu hoạch đối với quả nho Ninh Thuận ................................ 13 1.2. Các phƣơng pháp bảo quản nho sau thu hoạch ................................................... 14 1.2.1. Bảo quản ở nhiệt độ thấp (bảo quản lạnh) ...................................................... 14 1.2.2. Bảo quản trong môi trƣờng thay đổi thành phần khí quyển .......................... 15 1.2.2.1. Bảo quản trong môi trƣờng khí quyển điều chỉnh (CA) .......................... 15 1.2.2.2. Bảo quản trong môi trƣờng khí quyển cải biến (MAP) ............................ 16 1.2.3. Bảo quản bằng hóa chất ..................................................................................... 18 1.2.4. Bảo quản bằng màng polyme sinh học ............................................................ 19 1.2.5. Bảo quản bằng Ozone ......................................................................................... 20 1.2.6. Bảo quản bằng phƣơng pháp kết hợp.............................................................. 21 1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về phƣơng pháp bảo quản nho bằng CA ................................................................................................................................ 23 1.3.1. Sự biến đổi sinh lý ................................................................................................ 23 1.3.2. Sự biến đổi sinh hóa ............................................................................................ 26 1.3.3. Sự phát triển của vi sinh vật ............................................................................... 27 iv CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 33 2.1. Nguyên vật liệu ............................................................................................................ 33 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 35 2.2.1. Nội dung và phƣơng pháp thực nghiệm ........................................................... 35 2.2.1.1. Phƣơng pháp phân lập và định tên vi sinh vật trên nho Ninh Thuận ... 35 2.2.1.2. Nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật phân lập từ nho Ninh Thuận của một số axit hữu cơ ............................................................................................... 37 2.2.1.3. Khả năng ức chế vi sinh vật của axit hữu cơ trên quả nho NH 01-48.. 39 2.2.1.4. Nghiên cứu sự biến đổi sinh lý và sinh hóa của nho xanh Ninh Thuận trong thời gian bảo quản............................................................................................. 40 2.2.1.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng của đa yếu tố (nồng độ khí O2 và CO2) đến chất lƣợng và thời gian bảo quản nho xanh Ninh Thuận ...................................... 41 2.2.1.6. Khảo nghiệm quy trình công nghệ bảo quản CA ở quy mô Pilot .......... 42 2.2.2. Phƣơng pháp phân tích ...................................................................................... 43 2.2.2.1. Các chỉ tiêu hóa lý ......................................................................................... 43 2.2.2.2. Xác định hoạt độ enzyme............................................................................. 45 2.2.2.3. Các chỉ tiêu vi sinh ........................................................................................ 47 2.2.2.4. Phƣơng pháp đánh giá cảm quan .............................................................. 47 2.2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu........................................................................... 49 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 51 3.1. Phân lập và định tên vi sinh vật trên nho Ninh Thuận ........................................... 51 3.1.1. Phân lập vi sinh vật trên nho Ninh Thuận ........................................................ 51 3.1.2. Đặc điểm hình thái của vi sinh vật ..................................................................... 51 3.1.2.1. Đặc điểm hình thái của vi khuẩn ................................................................. 51 3.1.2.2. Đặc điểm hình thái của nấm men ............................................................... 54 3.1.2.3. Đặc điểm hình thái của nấm mốc ............................................................... 56 3.1.3. Định tên vi sinh vật ............................................................................................... 58 3.1.3.1. Định tên vi khuẩn ........................................................................................... 58 3.1.3.2. Định tên nấm men ......................................................................................... 58 3.1.3.3. Định tên nấm mốc ......................................................................................... 60 v 3.2. Khả năng kháng vi sinh vật phân lập từ nho Ninh Thuận của một số axit hữu cơ ........................................................................................................................................... 61 3.2.1. Khả năng kháng vi khuẩn.................................................................................... 61 3.2.1.1. Đánh giá sơ bộ khả năng kháng vi khuẩn của các axit hữu cơ............. 61 3.2.1.2. Nồng độ ức chế tối thiểu của axit hữu cơ với vi khuẩn phân lập đƣợc 63 3.2.1.3. Nồng độ diệt khuẩn tối thiểu của axit hữu cơ với vi khuẩn phân lập đƣợc............................................................................................................................... 64 3.2.2. Khả năng kháng nấm men phân lập từ nho Ninh Thuận của một số axit hữu cơ ............................................................................................................................... 65 3.2.2.1. Nồng độ ức chế nấm tối thiểu của axit hữu cơ với nấm men phân lập đƣợc............................................................................................................................... 65 3.2.2.2. Nồng độ diệt nấm tối thiểu của axit hữu cơ với nấm men phân lập đƣợc............................................................................................................................... 66 3.2.3. Khả năng kháng nấm mốc phân lập từ nho Ninh Thuận của một số axit hữu cơ ............................................................................................................................... 68 3.2.3.1. Khả năng kháng nấm mốc phân lập đƣợc của một số axit hữu cơ ...... 68 3.2.3.2. Khả năng kháng nấm mốc phân lập đƣợc của axit lactic ....................... 68 3.2.3.3. Nồng độ ức chế nấm tối thiểu của axit hữu cơ với nấm mốc phân lập đƣợc............................................................................................................................... 70 3.2.3.4. Nồng độ diệt nấm tối thiểu của axit hữu cơ với nấm mốc phân lập đƣợc............................................................................................................................... 71 3.2.4. Ứng dụng axit lactic trong tiền xử lý bảo quản quả nho NH 01-48 .............. 71 3.2.4.1. Ảnh hƣởng của nồng độ axit lactic đến độ cứng của quả ...................... 71 3.2.4.2. Ảnh hƣởng của xử lý axit lactic đến màu sắc của quả ........................... 72 3.2.4.3. Ảnh hƣởng của xử lý axit lactic đến hàm lƣợng chất khô tổng số của quả ................................................................................................................................. 73 3.2.4.4. Ảnh hƣởng của xử lý axit lactic đến hàm lƣợng axit tổng số của quả . 74 3.2.4.5. Ảnh hƣởng của xử lý axit lactic đến hàm lƣợng VSV tổng số của quả 75 3.3. Nghiên cứu sự biến đổi sinh lý và sinh hóa của quả nho xanh Ninh Thuận trong thời gian bảo quản .............................................................................................................. 77 3.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến cƣờng độ hô hấp của quả nho NH 01-48 trong thời gian bảo quản ................................................................................................ 77 vi 3.3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến chất lƣợng của quả nho NH 01- 48 trong thơi gian bảo quản .................................................................................................................. 78 3.3.2.1. Độ cứng thịt quả ............................................................................................ 78 3.3.2.2. Hàm lƣợng chất khô tổng số ....................................................................... 79 3.3.2.3. Hàm lƣợng axit tổng số ................................................................................ 80 3.3.2.4. Chất lƣợng cảm quan và tỷ lệ rụng quả .................................................... 81 3.3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ khí O2 đến chất lƣợng quả nho xanh NH 01- 48 trong quá trình bảo quản ................................................................................................ 84 3.3.3.1. Độ cứng thịt quả ............................................................................................ 84 3.3.3.2. Hàm lƣợng chất khô tổng số ....................................................................... 85 3.3.3.3. Hàm lƣợng axit tổng số ................................................................................ 85 3.3.3.4. Chất lƣợng cảm quan và tỷ lệ rụng quả .................................................... 86 3.3.4. Ảnh hƣởng của nồng độ khí CO2 đến chất lƣợng quả nho xanh NH 01-48 trong quá trình bảo quản ................................................................................................ 89 3.3.4.1. Hoạt độ enzyme cellulase và pectinesterase ........................................... 89 3.3.4.2. Độ cứng thịt quả ............................................................................................ 92 3.3.4.3. Hàm lƣợng chất khô tổng số ....................................................................... 93 3.3.4.4. Hàm lƣợng axit tổng số ................................................................................ 93 3.3.4.5. Chất lƣợng cảm quan và tỷ lệ rụng quả .................................................... 94 3.4. Ảnh hƣởng của đa yếu tố (nồng độ khí O2 và nồng độ khí CO2) đến chất lƣợng và thời gian bảo quản quả nho xanh Ninh Thuận .......................................................... 97 3.4.1. Lập luận chọn biến cho quy hoạch thực nghiệm ............................................ 97 3.4.2. Kế hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu ............................................................. 98 3.4.3. Khảo sát đa yếu tố với các hàm mục tiêu ...................................................... 101 3.4.3.1. Hàm hồi quy Y1 - Độ cứng ......................................................................... 101 3.4.3.2. Hàm hồi quy Y2 - Hàm lƣợng chất khô tổng số ...................................... 102 3.4.3.3. Hàm hồi quy Y3 - Hàm lƣợng axit tổng số ............................................... 104 3.4.3.4. Hàm hồi quy Y4 – Chất lƣợng cảm quan ................................................. 106 3.4.4. Tối ƣu hóa quá trình bảo quả nho xanh NH 01- 48 bằng công nghệ CA.. 108 3.4.5. Hoàn thiện quy trình công nghệ bảo quản quả nho xanh NH 01-48 bằng phƣơng pháp CA ở quy mô pilot................................................................................. 110 vii 3.4.5.1. Kết quả bảo quản nho xanh bằng CA ở quy mô Pilot ........................... 110 3.4.5.2. Đề xuất quy trình công nghệ bảo quản quả nho xanh NH 01-48 bằng phƣơng pháp điều chỉnh khí CA ............................................................................. 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................................. 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................................. 131 Phụ lục 1: Phân lập và định tên vi sinh vật trên nho Ninh Thuận Phụ lục 2: Số liệu thí nghiệm nghiên cứu sự biến đổi sinh lý và sinh hóa của quả nho NH 01-48 trong thời gian bảo quản Phụ lục 3: Xử lý số liệu đa yếu tố và tối ƣu hóa bảo quản quả nho NH 01-48 bằng phƣơng pháp CA Phụ lục 4: Một số hình ảnh trong quá trình nghiên cứu vàthực nghiệm viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên đầy đủ Tiếng Anh Tên đầy đủ Tiếng Việt An toàn thực phẩm ATTP CA Controlled Atmosphere Điều chỉnh khí quyển CFU/g Colony Forming Units per gram Đơn vị khuẩn lạc/gram DNA Deoxyribonucleic acid Axit Deoxyribonucleic FDF Fruit detachment force Lực liên kết giữa cuống và quả FOS Fructo-oligosaccharides Fructo-oligosaccharides MAP Modified Atmosphere Packaging Bao gói khí điều biến MPP Modified Paper Packaging Bao bì bao gói điều biến MHB Mueller Hinton Broth Môi trường không chọn lọc MIC Minimum Inhibitory Concentration Nồng độ ức chế vi khuẩn tối thiểu MFC Minimum Fungicidal Concentration Nồng độ ức chế nấm tối thiểu MBC Minimum Bactericidal Concentration Nồng độ diệt khuẩn tối thiểu PG Polygalacturonase Enzyme Polygalacturonase POD Peroxidase Enzyme Peroxidase PDA Potato Dextrose Agar Môi trường thạch đường khoai tây TA Titration Acid Hàm lượng axit tổng số TSS Total solution solids Hàm lượng chất khô tổng số TVC Total viable count Hàm lượng vi sinh vật tổng số TAC Total Antioxidant Capacity Khả năng chống oxi hóa tổng số TGA Trypton Glucoza Agar Môi trường vi sinh vật tổng số RNA Ribonucleic acid Axit Ribonucleic YGC Yeast Glucoza Chloramphenicol Môi trường nuôi cấy nấm men, mốc ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Trình tự mồi dùng để xác định các gen.................................................................................. 36 Bảng 3.1. Đặc điểm hình thái và sinh hóa của vi khuẩn phân lập được ................................................. 52 Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái và sinh hóa của nấm men phân lập được ................................................ 55 Bảng 3.3. Đặc điểm hình thái của nấm mốc phân lập được ................................................................... 57 Bảng 3.4. Định tên vi khuẩn phân lập được trên quả nho Ninh Thuận .................................................. 58 Bảng 3.5. Định tên nấm men phân lập được trên quả nho Ninh Thuận ................................................. 59 Bảng 3.6. Định tên nấm mốc phân lập được trên quả nho Ninh Thuận ................................................. 60 Bảng 3.7. Đường kính vòng kháng vi khuẩn phân lập được của một số axit hữu cơ ............................. 62 Bảng 3.8. MIC của axit hữu cơ với vi khuẩn phân lập được.................................................................. 63 Bảng 3.9. MBC của axit hữu cơ với vi khuẩn phân lập được ................................................................ 64 Bảng 3.10. MIC của axit hữu cơ với nấm men phân lập được ............................................................... 66 Bảng 3.11. MFC của axit hữu cơ với nấm men phân lập được .............................................................. 67 Bảng 3.12. Số lượng khuẩn lạc nấm mốc Penicillium xuất hiện sau 48h nuôi cấy................................ 68 Bảng 3.13. Số lượng khuẩn lạc nấm mốc ở một số nồng độ axit lactic ................................................. 70 Bảng 3.14. MIC của axit lactic và axit citric với nấm mốc phân lập được ............................................ 70 Bảng 3.15. MFC của axit lactic và axit citric với nấm mốc phân lập được ........................................... 71 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến chất lượng cảm quan .............................................. 82 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ khí O2 đến chất lượng cảm quan .................................................. 86 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 cao đến chất lượng cảm quan ......................................... 95 Bảng 3.19. Bảng giá trị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm........................................ 99 Bảng 3.20. Tổng hợp kết quả thực nghiệm đa yếu tố............................................................................. 99 Bảng 3.21. Kết quả phân tích hồi quy - Y1........................................................................................... 100 Bảng 3.22. Kết quả phân tích hồi quy - Y2........................................................................................... 100 Bảng 3.23. Kết quả phân tích hồi quy - Y3........................................................................................... 100 Bảng 3.24. Kết quả phân tích hồi quy - Y4........................................................................................... 100 Bảng 3.25. Tổng hợp các điều kiện ràng buộc sự mong đợi ................................................................ 108 Bảng 3.26. Đánh giá chất lượng của quả nho xanh NH01-48 trong quá trình bảo quản ở quy mô Pilot .............................................................................................................................................................. 111 Bảng 3.27. Đánh giá chất lượng cảm quan của quả nho NH 01-4 ....................................................... 112 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Quá trình sơ chế nho an toàn hiện nay tại Ninh Thuận .......................................................... 14 Hình 2.1. Nguyên liệu nho dùng cho nghiên cứu 33 Hình 2.2. Chùm nho xanh NH01-48 48 Hình 2.3. Chùm nho xanh NH01-48 48 Hình 3.1. Vòng kháng khuẩn của axit hữu cơ đối với vi khuẩn Bacillus thuringiensis ......................... 62 Hình 3.2. MBC của axit citric với vi khuẩn Empedobacter brevis (mg/ml) .......................................... 65 Hình 3.4. Sự xuất hiện của khuẩn lạc nấm mốc Penicillium sau 48h nuôi cấy ...................................... 68 Hình 3.5. Khả năng kháng nấm mốc phân lập được của axit lactic ở một số nồng độ .......................... 69 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ axit lactic đến độ cứng của quả nho NH 01-48 ............................... 72 trong thời gian bảo quản......................................................................................................................... 72 Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ axit lactic đến màu sắc của quả nho NH01-48................................ 73 trong thời gian bảo quản......................................................................................................................... 73 Hình 3.8. Ảnh hưởng của xử lý axit lactic đến hàm lượng chất khô tổng số ......................................... 74 của quả nho NH01-48 trong thời gian bảo quản .................................................................................... 74 Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ axit lactic đến hàm lượng axit tổng số của quả nho NH01-48 ........ 75 trong thời gian bảo quản......................................................................................................................... 75 Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ axit lactic đến hàm lượng VSV tổng số của quả nho NH01-48 .... 76 trong thời gian bảo quản......................................................................................................................... 76 Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ hô hấp của quả nho xanh NH 01-48 ....................... 77 theo thời gian bảo quản .......................................................................................................................... 77 Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ cứng thịt quả nho xanh NH01- 48 ..................................... 78 theo thời gian bảo quản .......................................................................................................................... 78 Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng chất khô tổng số ................................................... 79 của quả nho xanh NH01-48 theo thời gian bảo quản ............................................................................. 79 Hình 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng axit tổng số........................................................... 80 của quả nho xanh NH01-48 theo thời gian bảo quản ............................................................................. 80 Hình 3.15. Ảnh hưởng của nồng độ khí O2 đến độ cứng thịt quả nho xanh NH 01-48 ......................... 84 theo thời gian bảo quản .......................................................................................................................... 84 xi Hình 3.16. Ảnh hưởng của nồng độ khí O2 đến hàm lượng chất khô tổng số ....................................... 85 của quả nho xanh NH01-48 theo thời gian bảo quản ............................................................................. 85 Hình 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ khí O2 đến hàm lượng axit tổng số ............................................... 86 của nho xanh NH01- 48 theo thời gian bảo quản ................................................................................... 86 Hình 3.18. Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 đến hoạt độ enzyme cellulase ......................................... 90 của quả nho NH01-48 theo thời gian bảo quản ...................................................................................... 90 Hình 3.19. Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 đến hoạt độ enzyme pectinesterase ................................. 91 của quả nho NH01-48 trong thời gian bảo quản .................................................................................... 91 Hình 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 đến độ cứng thịt quả nho xanh NH 01-48 ....................... 92 trong thời gian bảo quản......................................................................................................................... 92 Hình 3.21. Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 đến hàm lượng chất khô tổng số ..................................... 93 của quả nho xanh NH 01-48 trong thời gian bảo quản........................................................................... 93 Hình 3.22. Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 đến hàm lượng axit tổng số ............................................. 94 của quả nho xanh NH01-48 trong thời gian bảo quản............................................................................ 94 Hình 3.23. Biểu diễn 2D theo biến code quan hệ nồng độ khí O2 và nồng độ khí CO2 ....................... 101 Hình 3.24. Biểu diễn 3D theo biến thực quan hệ nồng độ khí O2 và nồng độ khí CO2 ....................... 102 đến độ cứng thịt quả ............................................................................................................................. 102 Hình 3.25. Biểu diễn 2D quan hệ nồng độ khí O2 và nồng độ khí CO2 ............................................... 103 đến hàm lượng chất khô tổng số .......................................................................................................... 103 Hình 3.26. Biểu diễn 3D quan hệ nồng độ khí O2 và nồng độ khí CO2 đến ........................................ 103 hàm lượng chất khô tổng số ................................................................................................................. 103 Hình 3.27. Biểu diễn 2D quan hệ nồng độ khí O2 và nồng độ khí CO2 đến ......................................... 104 hàm lượng axit tổng số ......................................................................................................................... 104 Hình 3.28. Biểu diễn 3D quan hệ nồng độ khí O2 và khí CO2 đến hàm lượng axit tổng số................. 105 Hình 3.29. Biểu diễn 2D quan hệ nồng độ khí O2 và nồng độ khí CO2 đến chất lượng cảm quan ...... 106 Hình 3.30. Biểu diễn 3D quan hệ nồng độ khí O2 và nồng độ khí CO2 đến chất lượng cảm quan ...... 107 Hình 3.31. Biểu diễn hàm mong đợi .................................................................................................... 109 Hình 3.32. Biểu diễn mức độ đáp ứng sự mong đợi ............................................................................ 109 Hình 3.33. Quy trình công nghệ bảo quản ........................................................................................... 113 quả nho xanh NH 01-48 ở quy mô Pilot .............................................................................................. 113 xii MỞ ĐẦU Việt Nam là một quốc gia thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa với điều kiện thổ nhưỡng thuận lợi để trồng nhiều loại rau quả có giá trị kinh tế cao. Hiện cả nước có trên 800 nghìn ha trồng cây ăn quả; vùng đồng bằng sông Cửu Long có diện tích và sản lượng lớn nhất cả nước, tỷ suất hàng hoá cao nhất với gần 70% sản lượng được bán ra trên thị trường; tiếp đến vùng trung du miền núi phía Bắc; Tây Nguyên. Năm 2013, xuất khẩu rau quả đạt trên 1,09 tỷ USD, riêng quả các loại đạt 0,951 tỷ USD. Năm 2014, xuất khẩu rau quả tăng trưởng khá nhanh và đạt 1,47 tỷ USD, tăng gần 40% so với năm 2013, trong đó gần 90% là trái cây. Tuy nhiên, tổn thất sau thu hoạch cả về lượng và chất trong ngành rau quả đang ở mức rất cao. Do đó, lợi ích mà ngành rau quả Việt Nam mang lại vẫn chưa tương xứng với tiềm năng vốn có của nó. Nho Ninh Thuận đã trở thành một đặc sản có tiếng trong cả nước. Diện tích trồng nho của tỉnh khoảng 2.500 ha tập trung chủ yếu ở huyện Ninh Phước, Ninh Hải và thị xã Phan Rang - Tháp Chàm, với nhiều loại giống nho mới cho năng suất cao, sản lượng hàng năm ổn định từ 60 - 65 ngàn tấn. Tuy nhiên, việc sản xuất nho hiện nay tại Ninh Thuận đang gặp khó khăn như kỹ thuật canh tác chưa hợp lý, thu hoạch không đúng thời điểm, việc bảo quản còn nhiều bất cập, điều kiện sơ chế thô sơ nên chất lượng nho giảm, sản phẩm nho Ninh Thuận chưa được quảng bá và tiêu thụ rộng rãi ra cả nước (nhất là các tỉnh phía Bắc). Điều này làm giảm đáng kể giá trị kinh tế của quả nho, lợi ích mang lại cho người trồng nho là chưa cao. Vì thế, cần phải có giải pháp để nâng cao chất lượng nho, đặc biệt trong khâu sơ chế, bảo quản sau thu hoạch để nho Ninh Thuận đủ sức cạnh tranh với các mặt hàng nho xuất khẩu trên thế giới. Đến nay, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và ứng dụng nhằm giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch với các sản phẩm rau quả tươi. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có cơ chế đặc thù nhằm hạn chế những biến đổi về sinh lý, sinh hóa và sự gây hại của vi sinh vật có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm để kéo dài được thời gian bảo quản. Ở Việt Nam hiện nay bảo quản rau quả bằng hóa chất là phương pháp được áp dụng phổ biến nhất. Tuy nhiên, việc sử dụng những hóa chất vượt quá liều lượng cho phép cũng như những hóa chất độc hại rất khó có thể kiểm soát và ít nhiều đều ảnh hưởng đến sức khỏe của con người về trước mắt cũng như lâu dài. Do đó, xu hướng lựa chọn những công nghệ thân 1 thiện với môi trường theo hướng ứng dụng các nguyên lý vật lý và sinh học nhằm duy trì chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản rau quả là vấn đề đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu. Bảo quản rau quả bằng phương pháp điều chỉnh khí Controlled Atmosphere (CA) là một kỹ thuật tiên tiến, duy trì CO2 và O2 ở một nồng độ thích hợp nhằm hạn chế đến mức thấp nhất cường độ hô hấp, ngăn ngừa sự thoát hơi nước, duy trì chất lượng cảm quan, ngoài ra bảo quản bằng CA còn có hiệu quả ức chế sự hoạt động của vi sinh vật gây thối hỏng rau quả sau thu hoạch. Đây là một công nghệ có nhiều tính năng ưu việt do vừa đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, vừa hạn chế sử dụng bao bì, mặt khác lại giữ được chất lượng của sản phẩm gần với tự nhiên so với các phương pháp bảo quản khác. Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng của phương pháp CA trong quá trình bảo quản trên các đối tượng rau quả khác nhau và đem lại hiệu quả rõ rệt. Tại Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về công nghệ CA cho các đối tượng như: ớt, vải thiều, xoài…đem lại kết quả khả quan. Tuy nhiên, cơ chế tác động của CA trong bảo quản mới về mặt sinh lý, để xây dựng được quy trình công nghệ bảo quản bằng CA cho các đối tượng rau quả khác nhau cần phải có đầu tư nghiên cứu cơ bản về các đặc tính (sinh hóa, vi sinh vật) để xác định những giải pháp công nghệ kết hợp nhằm tạo ra quy trình công nghệ hoàn thiện. Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ bảo quản nho Ninh Thuận bằng phƣơng pháp điều chỉnh khí (Controlled Atmosphere – CA)”. Mục tiêu nghiên cứu: - Xác định được cơ sở khoa học và xây dựng được quy trình công nghệ sơ chế bảo quản quả nho Ninh Thuận bằng phương pháp điều chỉnh khí quyển CA. - Đảm bảo chất lượng dinh dưỡng, cảm quan và An toàn thực phẩm (ATTP), kéo dài thời gian bảo từ 10 - 12 ngày so với phương pháp bảo quản lạnh ẩm thông thường. Nội dung nghiên cứu: - Phân lập và định tên vi sinh vật từ 2 giống nho NH01-48 (nho xanh) và Red Cardinal (nho đỏ). Xác định giải pháp xử lý nguyên liệu tiền bảo quản bằng một số axit hữu cơ thân thiện môi trường. 2 - Nghiên cứu đặc tính sinh lý, những biến đổi sinh hóa của quả nho xanh NH01-48 Ninh Thuận và khả năng ức chế vi sinh vật trong môi trường điều chỉnh khí CA. - Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố và đề xuất quy trình công nghệ sơ chế và bảo quản quả nho xanh NH01-48 Ninh Thuận bằng phương pháp điều chỉnh khí quyển CA ở quy mô phòng thí nghiệm. - Nghiên cứu khảo nghiệm và hoàn thiện quy trình công nghệ sơ chế bảo quản quả nho xanh NH01-48 Ninh Thuận bằng phương pháp điều chỉnh khí quyển CA ở quy mô Pilot. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của luận án: Ý nghĩa khoa học: - Việc xác định vi sinh vật đặc trưng đến loài trên nho Ninh Thuận là tiền đề cho việc tìm giải pháp bảo quản nho hiệu quả. - Bằng thực nghiệm đã chứng minh được axit lactic có khả năng ức chế được vi sinh vật gây thối hỏng nho Ninh Thuận và có thể ứng dụng trong xử lý nguyên liệu nhằm nâng cao hiệu quả trong bảo quản. - Đã xác định được đặc tính sinh lý, biến đổi sinh hóa của quả nho và sự hoạt động của vi sinh vật là những nguyên nhân gây thối hỏng cho quả nho Ninh Thuận và chứng minh được cơ chế ứng dụng của công nghệ điều chỉnh khí CA có hiệu quả trong bảo quản so với các phương pháp bảo quản thông thường. - Kết quả nghiên cứu đã bổ sung cơ sở phương pháp luận cho ứng dụng công nghệ điều chỉnh khí quyển CA trong bảo quản quả nho Ninh Thuận nói riêng và các loại rau quả khác nói chung. Giá trị thực tiễn của luận án: - Thành công của nghiên cứu là giải pháp có tính khả thi có thể áp dụng ngay bảo quản nho Ninh Thuận quy mô liên hộ gia đình, tăng thời gian bảo quản của nho. - Góp phần đổi mới công nghệ, cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất sau thu hoạch, nâng cao sinh kế cho người dân và phát triển bền vững cho quả nho Ninh Thuận nói riêng và mở rộng ứng dụng cho các loại rau quả nói chung tại Việt Nam. - Kết quả của đề tài có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu khoa học và cho sản xuất. 3 Điểm mới của luận án: - Kết quả về vi sinh vật có mặt trên nho Ninh Thuận của nghiên cứu này là một trong những kết quả đầu tiên đóng góp vào cơ sở dữ liệu về vi sinh vật có mặt trên nho ăn ở Việt Nam. - Xác định một số thông số kỹ thuật thích hợp trong bảo quản nho Ninh Thuận bằng phương pháp CA. - Xác định được điều kiện hạn chế rụng cuống của quả nho. Cấu trúc luận án: - Luận án được trình bày trong 129 trang với 27 bảng và 33 hình vẽ, đồ thị. Mở đầu (4 tr.); Chương 1. Tổng quan (28 tr.); Chương 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (17 tr.); Chương 3. Kết quả và thảo luận (64 tr.); Kết luận và kiến nghị (2 tr.); Tài liệu tham khảo với 132 tài liệu tham khảo và Phần phụ lục. 4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về quả nho 1.1.1. Đặc điểm, nguồn gốc và sự phân bố Cây nho có tên khoa học là Vitis vinifera L, thuộc họ Vitaceae, là loại cây ưa khí hậu khô và nhiều nắng, độ ẩm không khí thường xuyên thấp. Nho có nguồn gốc ở vùng bắc bán cầu, đặc biệt là vùng khí hậu ôn đới thuộc châu Âu, Bắc Mỹ, Trung Mỹ và Tây Bắc của Nam Mỹ thuộc dải Andes (Colombia và Venezuela) [103]. Cho đến nay, cây nho đã được trồng trên cả năm châu lục, ở những vùng có điều kiện khí hậu phù hợp. Đối với vùng có khí hậu ôn đới, cây nho chỉ cho thu hoạch mỗi năm một vụ, trong khi ở những nước có khí hậu nhiệt đới và bán nhiệt đới cây nho có khả năng sinh trưởng liên tục và cho thu hoạch hai đến ba vụ mỗi năm. Một số giống nho nổi tiếng trên thế giới như: nho không hạt Thompson Seedless, nho Aneb-e-Shahi, nho xanh Bangalore Blue, nho không hạt Beauty Seedless, nho không hạt Pcrlelte, nho đỏ Cardinal, nho tím Ribier [47]. Theo số liệu của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc (FAO), 75.866 km² trên thế giới được dùng để trồng nho, sản lượng nho trên thế giới trung bình đạt 65 triệu tấn/năm. Khoảng 71% sản lượng nho được dùng sản xuất rượu vang, 27% để ăn dưới dạng quả tươi và 2% làm nho khô. Ở Việt Nam, từ lâu cây nho đã được người Pháp đưa giống vào để trồng với số lượng lẻ tẻ. Nhưng tới năm 1971, Trung tâm Khảo cứu nông nghiệp Ninh Thuận đã nhập vào tới 70 giống để trồng thử nghiệm. Tới giai đoạn từ 1995 - 2010, Viện nghiên cứu bông và phát triển nông nghiệp Nha Hố đã liên tục nhập thêm nhiều giống nho để lựa chọn cho canh tác. Viện nghiên cứu rau quả Hà Nội cũng đã nhập thêm 50 giống nho nữa để thí nghiệm, lựa chọn ra giống nho tốt nhất phù hợp với điều kiện của nước ta [2]. Đến nay, tổng diện tích nho cả nước ước khoảng 2.500 - 3.000 ha, trong đó chiếm diện tích nhiều nhất là tỉnh Ninh Thuận với khoảng trên 55% tổng diện tích cả nước, tiếp đến là Bình Thuận với gần 10%, còn lại được trồng rải rác ở nhiều nơi trên cả nước như: Lục Nam, Lục Ngạn, Yên Dũng (Bắc Giang), Nam Khánh Hòa, Châu Đốc, Tịnh Biên, Tri Tôn (của An Giang), Hữu Lũng (Lạng Sơn), Yên Châu, Mai Sơn, Bắc Yên (Sơn La) [12]. 5 Ninh Thuận là một tỉnh ở cực Nam Trung Bộ, vùng khô hạn nhất cả nước, khí hậu nhiệt đới gió mùa với các đặc trưng là khô nóng, gió nhiều, bốc hơi mạnh và không có mùa đông nên rất thích hợp cho cây nho sinh trưởng, phát triển và cho năng suất cao. Cây nho được du nhập vào Ninh Thuận từ những năm 1960 và được sản xuất thành hàng hóa vào những năm 1980. Nơi đây đã hình thành một vùng nho điển hình và tập trung lớn nhất cả nước. Tính đến nay, Ninh Thuận đã hoàn thành quy hoạch vùng sản xuất nho an toàn với quy mô hơn 2.553 ha tập trung chủ yếu ở huyện Ninh Phước, Ninh Hải và thị xã Phan Rang – Tháp Chàm, với nhiều loại giống nho mới năng suất chất lượng cao như giống nho ăn tươi NH01-93, NH01-48, NH01-96, giống Red Cardinal (nho đỏ) và các giống nho làm nguyên liệu cho chế biến rượu vang [3]. Giống Red Cardinal (nho đỏ): Giống nho này có lợi thế là sinh trưởng ngắn ngày, nên thu hoạch được 3 vụ/năm, năng suất ổn định, chất lượng tốt, màu sắc trái đỏ tươi, ngọt, hương vị đặc trưng, sinh trưởng và phát triển mạnh, sản phẩm có tính cạnh tranh cao, rất được ưa chuộng trên thị trường. Do đó, giống nho này được trồng với diện tích lớn nhất chiếm trên 96% diện tích. Giống nho NH01-48 (nho xanh): Giống nho này đã được công nhận giống chính thức vào năm 2002, do giống nho này có thời gian sinh trưởng dài ngày hơn giống nho đỏ nên chỉ thu hoạch 2 vụ/năm. Nho NH01-48 thích hợp với điều kiện thâm canh nên diện tích trồng ít, chiếm 4% diện tích. Tuy nhiên, giống NH01-48 có nhiều ưu điểm rất tốt như: Chùm to, trái lớn, hình thon dài, thịt chắc, rất ngọt, đặc biệt hấp dẫn người tiêu dùng, sinh trưởng và phát triển mạnh, kháng sâu bệnh khá, chịu hạn tốt, năng suất ổn định, chất lượng rất tốt. Sản phẩm có tính cạnh tranh cao, đặc biệt được ưa chuộng trên thị trường [17]. 1.1.2. Cấu tạo, thành phần hóa học Quả nho gồm 70 – 80% nước còn lại là: Đường; Axit hữu cơ; Các hợp chất phenolic; Các hợp chất chứa nitơ; Chất thơm; Chất khoáng và pectin. Thành phần dinh dưỡng cụ thể của quả nho được cho thấy ở bảng 1.1. 6 Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của quả nho ngọt [1] STT Thành phần dinh dưỡng Hàm lượng Đơn vị 1 Năng lượng 286 KJ 2 Nước 82,1 g 3 Protein 0,4 g 4 Lipid 0,2 g 5 Celluloza 0,6 g 6 Glucid 16,3 g 7 Tro 0,4 g 8 Đường tổng số 15,48 g 9 Vitamin C 3 mg 10 Vitamin B1 0,06 mg 11 Vitamin B12 0,04 mg Glucose và fructose là hai loại đường chính trong nho. Trong quả chưa chín, glucose là loại đường chiếm ưu thế. Ở giai đoạn chín, glucose và fructose thường hiện diện với lượng bằng nhau (1:1). Đến khi chín hoàn toàn, hàm lượng fructose vượt trội so với glucose và khác nhau tùy thuộc giống nho. Các axit hữu cơ chính trong nho gồm: tartaric, malic, và hàm lượng nhỏ citric. Trong giai đoạn đầu của sự phát triển, nồng độ của cả hai loại axit tăng. Với sự khởi đầu của quá trình chín, cùng với sự tích tụ của đường trong quả, nồng độ axit giảm. Nói chung việc giảm axit malic là lớn hơn nên khi trưởng thành nho chứa nhiều axit tartaric hơn malic. Các chất phenolic chủ yếu nằm trong các hạt và vỏ quả. Hai chất chính trong nhóm này bao gồm các hợp chất anthocyanins và tannin. Anthocyanins là các sắc tố và có vai trò tạo màu đỏ và màu tím của nho. Tannin là chất gây ra sự co quả và vị đắng. Các chất thơm bao gồm: 2-methoxy-3-isobutyl pyrazine; 4-vinylguaiacol và 4vinylphenol và tecpen. Các hợp chất này chủ yếu có mặt trong thành phần vỏ và các lớp tế bào ngay bên dưới nó. Nồng độ của chúng có xu hướng tăng trong quá trình chín. 7