Quản trị chất lượng thực phẩm - Phần: Ethylene trong công nghệ sau thu hoạch

pdf 102 trang vanle 26/05/2021 1160
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Quản trị chất lượng thực phẩm - Phần: Ethylene trong công nghệ sau thu hoạch", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfquan_tri_chat_luong_thuc_pham_phan_ethylene_trong_cong_nghe.pdf

Nội dung text: Quản trị chất lượng thực phẩm - Phần: Ethylene trong công nghệ sau thu hoạch

  1. ETHYLENE TRONG COÂNG NGHEÄÄ SAU THU HOAÏÏCH
  2. EtylenEtylen vvàà chchấấtt khkháángng etylenetylen trongtrong bb ảảoo ququ ảảnn chchếế bibiếếnn SỰ PHÁT HIỆN RA TÁC ĐỘNG SINH LÝ CỦA ETYLEN - Nhà khoa học Nga D. N. Neliubov, người đầu tiên (1901) phát hiện ra etylen có ả nh hưởng đếnsinhtưở ng c ủath ực vậ t. -Ôngđãchứng minh được: etylen có mặttrongthànhphần khí đốt đãgâyrahi ệntượ ng uốn cong thân và làm thay đổi tính hướ ng củathâncâyđậu Hà Lan mọc vòng. -Nồng độ gây ra tác động trên etylen là rấtth ấp:1/ 1.600.000 phần không khí (kho ảng 0,6 ppm). Etylen đ ãtácđộng lên cây đậuHàLanm ọ c vòng theo mộtcơ chế dụ ng gọilà“ph ản ứng ba chiều” của thân: kìm hãm s ự giãn làm dày thân và – thay đổ ihướ ng m ọc.
  3. Vào những năm 20 củathế kỷ 20, tác động sinh lý của etylen đượ cpháthi ệnngàycàng rõ hơn, đặ cbi ệttrongvi ệclàmchínquả cam, quýt, chuốivànhiềuquả khác Năm 1934, nhờ sự phát triểncủacác phương pháp phân tích hóa học, R. Gein đã chứng minh đượ c: chính th ựcv ật nói chung và cây tr ồng nói riêng có kh ả năng t ự tổ ng hợp etylen.
  4. Improper pre-storage conditioning makes problems
  5. For wholesale market For internet market
  6. Năm 1953, Crocker và các cộng sự (Hoa kỳ) đã đề nghị coi etylen như là mộ t hoocmon củ asự chín. Sau đó, vớis ự ra đờ icủacácphương pháp, thi ếtbị phân tích khí cựcnhạy(sắ c ký khí) ngườita đãxác định: etylen là sảnph ẩmtự nhiên củaquátrìnhtrao đổichấttrongcâyvà đượchìnhthành vớilượng nhỏởtấtcả các mô khác nhau củacây . Từ mô khỏe đếnm ôb ị bệnh; từ mô còn non đếnmôgià; từ quả còn xanh đế nqu ảđ ang chín.
  7. Up: sound Down: chilling injury
  8. Etylen đượcsinhvớimộtlượng nhỏ và được khuyếch tán đếncáccơ quan, bộ phậnkhác nhau trong cây dướidạng hợpchấtACC (1- Aminocyclopropane, 1 Cacboxylic acid). Tại đó, ACC có thể chuyển thành etylen và gây hiệuqu ả sinh lý cho dù vị trí đó ở xa nơisinh sản ra ACC.
  9. Pathway of ethylene synthesis
  10. FreezingFreezing • Injury by freezing stress • Recover when freezing is not severe collapse of tissues: complete decay Up: zucchini freezing in wholesale market Left: Oriental pear freezing in storage
  11. Ngày nay, ngườitađãthừanhậnrằng: etylen là hoocmon củasự chín, sự già hóa và các “stress”. Nó là một phytohoocmon duy nh ất ở dạng khí. Về cấut ạohóahọcetylen(CH2=CH2) là một cacbuahydro khí đơngiản đầutiêncủadãy cacbuahydro ch ưa no, (các Olephin) có trọng lượng phân tử là 28,05. Trong điềukiện thường, etylen là m ộtchấtkhíkhôngmàu, có mùi ête nhẹ. Nhiệt độ đông đặclà-18oC và o nhiệt độ sôi là - 103 C.
  12. At harvest 2 months storage
  13. Sự có mặtcủaliênkết đôi trong phân tử khiếnetylencó3 phổ hấpth ụ cực đạ i ở vùng tử ngoại. Đó là 161, 166, và 175nm. Phân tử etylen có ái lực đáng kể với lipit, tan kém ở trong nước, tan tốt ở trong r ượuvà tan rấtt ố ttrongête. Ứng vớ in ồng độ 1ppm (mộtphầntriệu) trong pha khí ở 25oC, etylen có nồng độ phân tử trong n ướ c là 4,4. 10-9 M.
  14. Ở dạng thông thường, etylen không thể hiệnrõlà một phytohoocmon, trong cây v ớinồng độ rấtthấp (0,001 - 0,1μl/l ) etylen đãgây đóng , mở các quá trình sinh lý của cây (kìm hãm sinh trưở ng, gây chín ). Trong cơ thể thựcvật, có sựđiềuhòanồng độ etylen ở các mô khác nhau c ủa cây. Nồng độ c ủa etylen đượ cki ể msoátb ở itốc độ sinh sảnranó. Nếucóhi ệntượng dư thừa etylen trong mô, etylen sẽđược khuyêch tán vào môi trường. Ngoài cây trồng, etylen còn đượ ctổng hợp ở vi khuNn, nấ m; các thựcvậth ạđẳ ng, thượng đẳng khác.
  15. ACC -Synthetase đóng vai trò quan trọng trong quá trình điềuhòas ản sinh ra etylen. Tốc độ s ản sinh ra etylen cũng chịu ảnh hưởng củ a các hoocmon khác trong cây như: auxin, xytokinin. Đólàcáchoocmon kể trên gây ảnh hưởng đếnsự tổng hợp ACC - Sylthetase. Auxin là mộtvídụđiểnhìnhvề mốiquan hệ này. Auxin ở nồng độ thấplàm ộtchất kích thích sinh tr ưở ng nh ưng ở nồng độ cao lạilàch ất ứcch ế sinh trưở ng do nó kích thích tạoraetylen.
  16. At harvest Direct sunlight 2 months storage Physical injury during washing
  17. Các chất kháng lại quá trình sản sinh ra etylen (chất kháng etylen) nh ư các loạ i ion kim lo ạinặng có ảnh h ưởng tr ựctiếp đếnquátrìnhsinht ổ ng hợpho ạt tình của etylen ACC - Synthetase. Oxy giữ vai trò quan trọng trong quá trình chuyển ACC thành etylen. Đây chính là cơ sở cho việ c bảoquảnnôngs ản trong môi trườ ng kín (thi ế u O2) hay trong khí quy ển điề uch ỉnh (điề uch ỉnh các thành phần không khí trong khí quyểnbảo quảnnh ư O2 , CO2 , N 2, ) có tác dụ ng kháng etylen để kéo dài quá trình chín và già của nông sản.
  18. HHÀÀMM LLƯƯỢỢNGNG ETYLENETYLEN TRONGTRONG THTHỰỰCC VVẬẬTT VVÀÀ VIVI SINHSINH VVẬẬTT Etylen có thểđược hình thành từ các vi sinh vật. Các ch ủng vi khu ẩnnh ư Streptmyces. Pseudomonas, Solanacearum s ảnsinhrất nhiềuetylenvàsự sảnsinhnàyphụ thuộc vào tốc độ sinh trưởng, cường độ hô hấ p của chúng. Ở nấm, trong số 238 loài nghiên cứucótới 25% loài sản sinh etylen. Ở các loài khác nhau tốc độ sự sảnsinhetylenkhácnhau. Nếu ở Penicillium lateum là 2,18μl//kg/24 giờ thì ở Penicillium corylophyllum 10,7μ l/kg/24 giờ và Neurospora là 0,9 μl/kg/24 giờ.
  19. Ở nấm Penicillium, giai đoạn hình thành bào tử là giai đoạnsảnsinhetylenc ực đạivàgi ả m vào giai đoạngiàcủacác mixen nấm. Ở thựcv ậtthượng đẳng, quan trọng sản sinh etylen phụ thuộ c vào giai đo ạnphát triểnc ủacácc ơ quan khác nhau. Trong mầm đậuHàLanm ọcvòng, vị trí củacácc ơ quan có liên quan tớitốc độ hình thành củ aetylen.
  20. STS and lily No STS left : untreated right : ethylene treated STS treated left : untreated right : ethylene treated
  21. HHààmm llưượợngng etylenetylen nnộộii sinhsinh đđoo đưđượợcc ởở mmộột t ssốố câycây trtrồồ ngng Tên cây trồng Hàm lượng etylen (μl/kg chấttươi) Chuối 0,01 - 2,0 Cam, quýt 0,13 - 1,0 Táo 25 - 2500 Lá bông 0,25 - 0,75 RễđậuHàLan 2,0 Thân đậutương 0,8
  22. Sự hình thành etylen thường tậptrungởđỉnh sinh tr ưởng, ở mô đốtvàgi ảm ở phầnlóng, thân, cành. Ở cây táo, etylen đượctạo ra nhiều ở chồi ngũ. Hàn lượng etylen giảmkhilátáoxém ở và khi cây táo nở hoa. Sau đóhàmlượng tăng lên lúc già, khi lá và quả rụng. Sự sả nsinhetylencònph ụ thuộcvàokích thướcc ơ quan và cấutạogiảiph ẩucủabiểu bì. Ví dụ, vớilácây, lượng etylen tổng hợp được dao độ ng mạnh trong kho ảng 5 - 10μ l/kg/24 giờ.
  23. Tên cây trồng Hàm lượng etylen (l/kg chấttươi) Chuối 0,01 - 2,0 Cam, quýt 0,13 - 1,0 Táo 25 - 2500 Lá bông 0,25 - 0,75 RễđậuHàLan 2,0 Thân đậutương 0,8
  24. Trên cây táo trong phạmvi nhiệt độ 20 – 25oC, nếut ăng thêm 10oC thì tốc độ phả n ứ ng sinh etylen tăng lên 2,8 lần, trong khi phản ứng sinh CO2 ch ỉ tăng 2,5 lầnvàphản ứng tách O2 là 2,7 lần. Nếu nâng nhiệt độ lêntrênngưỡng tốithích (vớitáolà3 5 oC) thì sự sảnsinhetylengi ảm xuống. Sựđiềuchỉnh hàm lượng etylen thông qua nhệt độ có ý nghĩar ấtquantr ọ ng đốiv ới quá trình và già hóa các bộ phậncủacây.
  25. BeneficialBeneficial effecteffect ofof ethyleneethylene • Increase eating quality • Uniform ripening Natural softening C2H4 treated
  26. Ngoài ra, hàm lượng CO2 trong mô cũng ảnh hưởng đế nsự sản sinh etylen. Nó có thể kìm hãm, kích thích hoặc không gây ảnh h ưở ng đế nquátrìnht ổ ng hợ p etylen ở các mô khác nhau. Ví du, vớihàml ượng CO2 từ 10 - 80 % ở táo có sự kìm hãm tạo etylen, ở khoai lang có s ự kích thích còn ởđậ ut ương, cam, chanh lạ i không có ảnh hưở ng. Ảnh hưởng c ủaC O2 đếnsảnsinhetylencũng giống nh ưảnh h ưởng củ anóđếnquátrìnhhô hấpcâytr ồng.
  27. HIHIỆỆUU QUQUẢẢ SINHSINH LÝLÝ CCỦỦAA ETYLENETYLEN 1. Etylen vớisự phát triểnvàchịncủaquả Sự phát triểnvàchínqu ả củacâyănquả gắnliềnvới tăng hô hậpc ủanó. Tùy theo đặc điểmhôh ấpcủa quả khi chín, ngườitachiaquả thành 2 loại: -Quả có hô h ấpbộc phát (Climacteric fruits). -Quả không có hô hấpb ộc phát (Non-Climacteric fruits).
  28. DisordersDisorders associatedassociated withwith ethyleneethylene Stored at high ethylene and humidity environment Stored with apples (left) and at high ethylene environment
  29. Ở quả có hô hấpbộcphát, giai đoạn đầucủa quá trình chín, cường độ hô hấpt ăng lên đột ngột, sau đógi ảmmạnh tạ onênm ột đỉ nh cao hô hấpg ọilàhôhấpbộ cphát. Song song vớiquátrìnhnày, etylen cũng được sản sinh nhi ềuvàđường biểudiễncủ anó cũng có mộ t đỉnh như cường độ hô hấp. Điều đóch ứng tỏ etylen đãgi ữ vai trò quan trọng trong việct ạ orahôh ấpb ộcphátvà kích thích quá trình chín.
  30. Các loạiquả như: táo, mơ, mận, đào, xoài, chuối, cà chua, đu đủ là các loạiquả có hô hấpbộcphát, còncáclo ạiqu ả không có hô hấpbộc phát là: nho, cam, chanh, dứa, dư a chuột So vớiqu ả khôngcóhôhấpbộcphát, trong quá trình chín, quả hô hấpbộcphátsản sinh ra etylen nhiề uhơn. Ví dụ: chu ối, xoài: 0,04 - 0,3μl/l; cam, chanh: 0,1 - 0,4. Do đó, ở quả có hô hấpbộcphát, xử lý etylen ngoạisinhcóth ể làm quả chín nhanh rõ r ệt, còn các quả khôngcóhôh ấpb ộcpháthi ệu quả xử lý etylen để thúc đẩy quá trình chín không rõ. Quả càng già (trưởng thành), lượng etylen cần để xử lý gây chín càng th ấp.
  31. No STS left : untreated right : ethylene treated STS treated left : untreated right : ethylene treated
  32. 2. Etylen vớisự già hóa củahoa Etylen tham gia vào nhiề uquátrìnhsinhlý, sinhhóa, xúc tiếnquátrìnhgiàhóac ủahoacắtnhư: tăng cường độ hô hấp, tăng hoạttínhcủanhiềuenzyme thủy phân; làm mấtkhoảng gian bào; giảmsự h ấp thu dinh d ưỡ ng của các hoa, giảmdự trữ sacharoza và phân giảidiệplụ c trong thân, lá, hoa Có thể tóm tắ tmộtsố biểuhi ệngiàhóac ủahoacắt dướitácđộng củaetylennhư sau: - Ứcchế nở củanụ hoa (hoa cẩmch ướng, hoa hồng) -Gâyr ụng lá (cây hoa hồng) -Gâyrụng cánh hoa (hoa hồng, hoa kèn trắng) -Làmtópcánhhoa(c ẩmch ướ ng)
  33. Tốc độ sản sinh etylen rất khác nhau tùy thuộcvàođộ già của hoa. Ví dụ: hoa ở giai đoạnnụ có tốc độ sản sinh etylen thấpnhư hoa hồng, c Nmch ướ ng, hoa kèn tr ắng. Đố ivớ i hoa c ắt loại này có thể gây nở hoa nhân tạ o sau khi thu hoạch. Vì vậy, ngườ itath ường thu ho ạch khi chúng ở giai đoạnnụ. N gay trong một hoa như hoa cNmch ướng, các bộ phậ n như vòi nhụ y và cánh hoa có tố c độ sản sinh etylen cao hơn các bộ ph ận khác. Ở hầuh ết hoa c ắt, khi hoa đãthụ phấn, thụ tinh thì cũng là lúc tố c độ sản sinh etylen là lớ nnhất.
  34. 3. Etylen và sự ngủ nghỉ củacủ giống, hạtgiống Mộtsố cây trồ ng khi gặp điềukiệ nbấtthuận như mùa đông bă ng giá, mùa hè khô nóng th ườ ng ng ủ ngh ỉ. Nếugặpth ờiti ết thuậnlợi, các cây trồng này sinh trưởng rất nhanh. Cơ chế củaquátrìnhnàyđếnnay vẫnchưa giảithích đượcrõràngnhưng trong mộtsố trường hợpcụ thể, etylen đóng m ột vai trò quan trọng. Đốivớim ộtsố loài, etylen kích thích sự nẩy mầmcủahạt đ ang ngủ ngh ỉ trong khi thông thường gibberellin mớ i gây ra tác động này.
  35. Nhưđãbiết, cơ chế tác động củaánhsáng đếnquátrìnhsống và vươ ncủam ầmcâycó liênquanchặtchẽ vớiphytocrom-m ộtsắctố quan trọng củatế bào thựcvật. Mối liên hệ giữa etylen và phytocrom đượcthể hiệ nra sao?. Theo nhiềunghiêncứuthìphyticromđãcó ảnh hưởng trựctiếp đếnsự hình thành etylen. Sau đó, mộtmìnhetylens ẽ tác động trựcti ếp đếnquátrìnhm ọcmầm. Etylen có lẽ là một“mắcxíchhoocmon”trong hệ thống nẩ ym ầ m, củachồimàvốn được điềuc hỉnh b ằng phytocrom. Ngườitapháthi ệnth ấyhàmlượng etylen tăng đáng kể vào thờikỳ trướckhimọ cmầm ở nhiềuloàicây. Do đó, xử lý hạtgiống trước khi gieo bằng etylen có thể làm tăng sự nẩ y mầmc ủah ạt.
  36. Stress by insects during growing season Suffered by early fruit drop and poor quality
  37. 4. Etylen và sự phân hóa, sinh trưởng của rễ cây Auxin ở nồng độ cao đã kích thích quá trình hình thành etylen trong cây. Vậ y etylen đóng vai trò gì đốivớ isự ra rễ bất đị nh củ a cành giâm, cành chiếtkhisử d ụng auxin v ới nồng độ cao? Khi xử lý cành giâm bằng auxin, ngoài lượng etylen đượ chìnhthànhdo tác động của auxin, bả nthâncànhgiâm, cànhchiếtkhi bị tổnthương (bị cắt, bị khoanh vỏ) cũng sản sinh ra mộtlượ ng etylen nhỏ. Chính l ượ ng etylen từ 2 ngu ồnnàyđãkích thích sự ra rễ b ất định c ủacànhgiâm, cành chiết. Tuy nhiên, cơ chế c ủaquátrìnhvẫn chưahiểubiế t đầy đủ.
  38. 5. Etylen và sự rụng cơ quan. Một trong nh ữ ng ảnh h ưởng rõ nhấtcủa etylen đếncâytr ồng là tác động làm rụng các bộ ph ậncủacây. Cóth ể gi ảithích đề u đóbằng các giả thuyếtsau: - Auxin, xytokinin, ánh sáng và dinh dưỡng tố tlànhững yếutố làm giảmhay làmch ậm lạiquátrìnhrụ ng các bộ ph ậncủacây. Nếu giảmtácđộng củacácy ếut ố này sẽ làm cho vùng rụng củ acácbộ phậnm ẫnc ả m hơnvớ itác động củaetylen.
  39. At harvest Control C2H4 removal o 10 days of storage at 10 C
  40. Etylen hoặccáctácnhândẫn đếnhìnhthành nó, đãkíchthíchs ự rụng lá do làm giảmquá trình tổng hợphoặccả ntrở vậ n chuyể nauxin tớicácb ộ ph ận. Bên cạnh đó axit abxixic (ABA) cũng kính thích s ự rụng do kích thích sảnsinhetylenho ặ cngă nc ảnsả nsinhvàv ận chuyểnauxintrongcây. Thí nghiệmsaukhoảng 10 giờ tác động etylen, ở vùng đỉnh chồicâyđậuHàLandòngv ận chuy ểnauxinb ịứcchế tới 90%.
  41. 6. Etylen và sự ra hoa, sự phân hóa giớitính củahoa Sự cảm ứng hình thành hoa ở mộtsố cây trồng có th ể hi ểunh ư mộtph ả n ứng đáp lạicủacâytr ồng đốivới điềukiệnngo ạ i cảnh bấtlợi. Nhưng nếuch ủđộng xử lý etylen cho cây trồng đ ang sống trong vùng khí hậu, thờiti ếtthu ậnl ợivẫ ncóth ể làm cho chúng ra hoa. Chưacóm ộtgi ả ithíchhợplýnàovề cơ chế của quá trình này nhưng để cây ra hoa được, cầncóítnh ấtm ộtlá ở trên cây. Ở đây, có lẽ lá giữ một vai trò quan trọ ng nào đótrong vi ệcrahoalênch ồi đỉ nh của cây trồ ng.
  42. Sự ra hoa củacâysẽ xảyrađồng loạt khi xử lý 6 giờ bằng etylen ở nồng độ 1600μ l/l. Ở cây d ứaquansát đượ csự phát sinh hình thái mới ở chồi đỉnh sau 3 ngày xử lý etylen (10 μl/l etylen trong 24 gi ờ). Ngày nay, việcdùngchế phẩmthương mại có tên là Ethrel (hay Ethephon) mộtch ấts ảnsinhetylen đãphổ biến trong sảnxuất để làm cho dứa, xoài (họ Bromediaceae) ra hoa trái vụ.
  43. Medan area (?) in Indonesia
  44. Sau khi ra đờichế phẩm Ethrel làm thay đổitỷ lệ hoa đự cvàhoacái ở cây họ Bầubí (Curcubitaceae). Các nghiên cứ u sau này cho thấy: có lẽ ACC chứ không phả i etylen có ảnh hưởng đếns ự xác định giớitínhhoa . Do đ ó, có thể tạocácy ếut ố ngo ạic ảnh bấtlợivốn thúc đẩysự tổng hợp ACC để làm tăng tỷ lệ hoa cái ở mộtsố cây tr ồng . Ngoài họ Bầ ubí, cáccâytrồng thuộchọ Thầu dầu (Euphorbiaceae), họ gai mèo (Canabiaceae) cũng có tỷ lệ hoa cái cao khi được phun Ethrel, axetylen và cacbon oxyt (CO).
  45. 7. Etylen và sự tổnthương cơ giớivàcácstress Etylen có thểđượ cxemnh ư m ột “hoocmon stress” vì tổnthương c ơ giớicũng có thể xem như là một stress mà cây gặpph ải. Nồng độ etylen tăng lên một cách nhanh chóng khi cây bị tổnthương hoặcgặp stress. Sảnxuấtra etylen chính là bi ệnpháph ữuhi ệu để làm giảmsinh trưởng, giúp cây vượ tqua đượ c stress (tổnthương, hạn, úng, nhiệt độ quá cao hay quá th ấp ). Ví dụ: lá cây sẽ tự rụ ng bớtkhig ặphạn để giảmdiện tích thoát hơ inướ cb ề mặt. Tương tự như vậ y, etylen đãkíchthíchsảnsinhraphytoalexin, mộtphứchợp đượchìnhthànhkhicâytrồng bị mấmvàvi khuẩn xâm nhiễm.
  46. Nhóm hoocmon bao gồm: auxin nộisinhvà auxin t ổng hợp (IAA;2,4D, αNAA ) khi ở nồng độ 10-6 -10 -3M đãlàmtăng gấp10 l ần sự sản sinh ra etylen. Cảm ứng sinh tổng hợpetylenb ởiauxin ở lá diễnratrong khoảng 1 giờ nhưng ở rễđậ uHàLanchỉ là 10 - 30 phút. Giả thuyế t đượcnhiềungườichấpnhậnnhất hiệnnay để giải thích cho cơ chế cảm ứng này là auxin cả m ứ ng sự tổng h ợp enzyme biến đổ i SAM thành 1 - ACC và t ừ 1 - ACC, etylen đượ ctạo thành.
  47. Xytokinin ở nồng độ 10-8 -10-4 đãlàm tăng 2-4 lầ n Sự sản sinh etylen, axit abxixic làm tăng sự sảnsinhetyleng ấp2 lầ n. Nhóm độ ct ố thựcvậtgồm: các hợp chấtvôc ơ chứ a đồng, sắt, thủy ngân, các chấttrừ cỏ, độ ctố vi sinh vật
  48. EliminatingEliminating sourcessources ofof ethyleneethylene Storage of distributor
  49. 8. Etylen và sự già hóa củacáccơ quan và tòan cây Sự già hóa củacáccơ quan là kếtquả tấtyếu củacáccáth ể sống. Bi ểuhiệ nc ủasự giá hóa rất phong phú nh ưng rõ nhấtlàcácdấuhi ệu sau: - Hiệntượng rụng các cơ quan (lá, hoa, quả ) -Hi ệntượng vàng lá. -Hiệntượng giả mtrao đổichất, hấp thu dinh dưỡng-Hiệntượ ng chín nẫu ở quả. -Hiệntượng cây bị xâm nhi ễmb ở i các tác nhân gây bệnh (các việ csinhv ật).
  50. CCƠƠ CHCHẾẾ TTÁÁCC ĐĐỘỘNGNG CCỦỦAA ETYLENETYLEN Khi xử lý etylen, thườ ng có hai loạiphản ứng xảyra: phản ứng nhanh (trong vài phút) và phản ứng chậm(trongvàigi ờ ). Do đó, cơ chế tác độ ng của etylen có thể diễnratheohaichi ềuhướ ng: 1. Dướitác động c ủaetylen, màngtế bào có những biến đổicơ bản: tính thấmcủamàngtế bào tăng lên đáng kể do etylen có ái lựcvới lipit, mộ t thành phầnch ủ yếuc ấutạonênmàngt ế bào. Đi ều đ ó dẫn đế ngiả i phóng các enzyme vốntáchr ờivớ icơ chất do màng ngăn cách. Các enzyme có điềuki ện tiếpxúcv ớicơ ch ấtvàgâyracácph ản ứng có liên quan đế n các quá trình sinh lý, sinh hóa củacây như sau: quá trình chín, thoát hơinước, quá trình trao đổi và axit nucleic.
  51. 2. Enzyme gây hoạthóacácgencầnthiếtcho quá trình tổng hợ p các enzyme mới, xúc tác cho ph ản ứng hóa sinh xảy trong cây trồng và nông sảnnh ư : các enzyme hô hấ p, invertaza, enzyme xúc tác cho các ph ản ứng biến đổidiệplục, axit hữuc ơ , tanin, pectin, các chấ tthơm Trong tác động gây ảnh hưởng đếnsự rụng các cơ quan, có thể etylen đãkíchthícht ổng hợp xellulaza, pectinaza gây ra sự phân hủy tế bào tầng rờidẫn đếnsự rụng lá.
  52. Ethylene scrubbing system
  53. SỬ DỤNG CÁC CHẤT KHÁNG ETYLEN TRONG SẢN XUẤT VÀ BẢO QUẢN SẢN PHẨM RAU HOA QUẢ CÁC CHẤT KHÁNG ETYLEN Nếu etylen kích thích sự chín củaquả, sự già hoá củacáccơ quan và củatoàncâythìsử dụng các chấtchống lại tác dụng của etylen (kháng etylen) sẽ có tác dụng ngượclại: làm chậmsự chín và sự già hoá. Đây cũng chín là mục đích của bảoquảnsảnphẩm rau hoa quả (RHQ). Trong sảnxuất RHQ, etylen là một trong những tác nhân gây ra thiệthạilớn trong bảoquản, đặcbiệt là các sảnphẩmmẫncảm với etylen. Các thựcnghiệmtrênraucắt, rau ăn lá, ở nồng độ thấp (1 ppm ethrel hay nhỏ hơn 0,5 ppm) đã gây tóp, héo cánh hoa cẩmchướng, hoa lưu ly; gây héo, gây đốm lá rau . . Do đóviệcsử dụng các chất kháng etylen trong sảnxuấtcây trồng nói chung và bảoquảnsảnphẩmcâytrồng nói riêng có một ý nghĩathựctế lớn,
  54. Ở ViệtNam, chưacómộtthống kê đầy đủ nào về tỷ lệ hao hụt, mấtmátsauthu hoạch các sả nph ẩmrau, hoaquả nhưng ở Philipin, mộts ố nướcnhiệt đớitrongkhu vực, tỷ lệ này là rấ tlớn: 28% vớiquả và 42% vớirau. Ảnh h ưởng xấucủa etylen đối vớiRHQ cóthể là: + Tăng cường hô hấ p, do đólàmgiảmnhanh chóng lượ ng ch ấtkhôd ự trử trong rau hoa quả nên chấtlượ ng rau quả giả mnhanh trong b ảoqu ản. + Kích thích sự xuấthiệnvàgâyhạicủacác vi sinh vậ tgâyth ố i hỏng.
  55. EthyleneEthylene generationgeneration forfor postharvestpostharvest treatmenttreatment • Ethylene gas mixture: ethylene in CO2 base • Ethanol+catalyst: ethylene • Ethephon in alkaline condition: ethylene • Calcium carbide+water: acetylene
  56. Các chấtkhángetylencóthể là: 1. Các chất kích thích sinh trưởng - các chất kháng gián tiếp. Nếucânbằ ng các chất kích thích sinh trưởng và ứcchế sinh trưở ng hay cụ th ể là cân b ằng Gib. (auxin)/etylen (ABA) lớn, tác độ ng của etylen có thể giảmbớ t. Các chất kích thích sinh trưởng và ứcchế sinh trưởng thườ ng được pha thành dung dịch sau đó phun ướ clá, hoaqu ả tren cây hoặcphun vào hoa qu ả sau thu hoạch rồi để ráo và bảo quản. Trong các ch ất kích thích sinh trưở ng Gib, có ứng dụng nhi ềunh ất để kháng lạitác động củaetylen.
  57. 2. Các ion kim loạinặng như Ag, Co, Ti, Hg, Pd. Các ion kim loạ inặng kể trên có thểđã ức chế qúa trình chuy ểntriptophanthànhACC (chấtti ềnthânc ủa etyylen) do đó etylen đã không đượchìnhthành. Các hợpch ấtnhư: AgNO3; thiosunphat bạc (STS); TiCl2, CoCl2 đượcbổ sung vào dung dịch cắmhoacắthay xử lý cho hoa cắttrước hoặcsaukhib ảoquảnlạnh. T ừ lâu ng ườ ta đãbiếtAgNO3 là mộtchấtsátkhu ẩnt ốt. Trong dung dịch cắ mhoacóchứaAgNO3, các vi sinh vậtgâythốihỏng hoa cắt không phát triển được.
  58. OzoneOzone injuryinjury Apples Oriental pears
  59. Ngoài tác dụng kể trên, Ag+ còn đượcbiếtnhư một chấtkhángetylentiềm tàng. Nó gây trở ngại đối các vị trí liên kếtcủaetylen, nóứcchế sự trao đổi etylen, nó hình thành mộtphức dietylen thựcsự (Ag(C H ) ) do đónócótácdụng như mộtchất 2 4 2 kháng etylen. Vì AgNO3 -có độctínhcao, khóbảoquảntrongđiều kiệnthườ ng và có khả năng liên kếtmạnh vớicác điểmcóđiệntíchâmc ủatế bào nên trong nhiều trường hợphiệuquả kháng etylen củanóchưarỏ.
  60. Việcsử dụng mộtmuốibạckhác(STS) đã khắcphục đượccácnh ượckể trên của AgNO3. Muốibạc đã đượcgiớithiệu đầutiên bởi V. Geijn (1978). Muối này có nhi ều ưu điểmkhisử dụng nó như là m ộtch ấ t kháng etylen. Những ưu điểm đ ólà: -Tốc độ v ận chuyểncủa STS qua nhanh hơn + rất nhi ềuso v ớiAg . - Vớilượ ng bạctự do trong dung dịch rấtthấp + (0,46 Ag trong 2ml STS) nó đãcótácd ụng ứcchế sự sả nsinhetylen. - Độ độccủ aA g+ trong STS là thấphơn nhiều + so vớ i độ độccủaA g trong AgNO 3.
  61. Kiwifruits Up : control, down : ethylene removal
  62. Hiệnnay, STS đang đượcsử dụng mộtcáchthương mại trong bảoquanhoacắt ở nhiềun ước. Tuy vậy, nó cũng có mộtvàinhược điểm đáng lưu ý: - Dung dịch STS không đượ cb ềnvững nếu để quá lâu. Có thể xảyrahiệnkếttinh, cómùilưuhuỳnh, màu đen và hiệuqu ả quả STS sẽ giảm. Do đó, thường ngườitatr ộn2 tổ hợpriêngrẽ AgNO và Na S O .5H O trướckhisử 3 2 2 3 2 dụng chúng vào mục đích bảoquảntheomộttỷ lệ nhất định. Tỷ lệ phân tử giữaAgN O 3 và Na2S2O3.5H2O có th ể thay đổitừ 1: 8 đến1: 4. + - Sự tích luỹ ion Ag trong nướcvàđất, nơingườitaloạibỏ dung dịch STS sau khi ngườitasử dụng nó. Các ion Bạc này đượ ctíchlu ỹ nhiềucóth ểảnh hưởng đếnmôitrường và sứckhoẻ c ủacon ng ườ i. Do đó, cầ nphả icóbiệnpháp thu hồil ạibạctừ dung dịch STS loạib ỏ và tìm kiếmcác - hợpch ấtkhácưuviệ thơnSTS .
  63. 3. Các chất oxy hoá mạnh:O3; KMnO4 , tia cựctím(UV) sẽ oxy hoá ngay lậptứcetylen, trước khi chúng gây ra những tác độ ng xấu. Ngoài các ch ấtkhángetylenk ể trên, trong bảoquảnrau, hoa quả còn áp dụng các biệnphápkhác để hạ nchế tối đa những tác độ ng xấ ucủaetylennh ư: - Làm mấ t nhanh chóng etylen cùng với nhiệtlượng cao ra khỏiphòngb ảoqu ảnb ằng thông gió sao cho nồng độ etylen nhỏ hơn 0,01µl/l. - Thu non các sảnph ẩmcóthể. - Không bảoquả n chung các sảnphẩmcóđộ chín khác nhau bởivìqu ả chín; hoa đãth ụ phấnthụ tinh sẽ kích thích quá trình chín, gây ra hậuquả xấu ở các sảnphẩmchưa chín, ch ưanỡ còn lại. - Bảoquản ở nhiệt độ th ấp, nồng độ CO2 thấp(ứcchế sự chuyển ACC thành etylen).
  64. Application of ethylene scrubber during transport
  65. II.II. SSỬỬ DDỤỤNGNG CCÁÁCC CHCHẤẤTT KHKHÁÁNGNG ETYLENETYLEN TRONGTRONG BBẢẢOO QUQUẢẢNN RAURAU HOAHOA QUQUẢẢ Làm chậm quá trình chín của quả Làm ch ậm quá trình chín quả của họ cam, quít (Citrus)và các hoa quả khác Cam, quít, bưở ilành ữ ng lo ạiquả có giá trị kinh tế cao của nhiềunước. Việt Nam có nhiềuloạiquả quý thuộc họ này. Đólàcam XãĐoài, cam Đườ ng Canh, bưởi Biên Hoà, Bưởi Đoan Hùng, quít Tích Giang các lo ại quả trên thường tập trung chín vào các tháng 11, 12 và đếntết Nguyên Đán, các loạiquả này th ường ít nên giá bán cao, nông dân sẽ thu lợil ớnn ếuqu ả bán vào Tết. Để làm quả chậm chín, có th ể sử dụng GA3 (10- 50 ppm) để phun ướtquả lúc quảđã chuyểnmàuhoàn toàn trên cây. Cũng có thể sử dụ ng AG3 ph ốihợpv ới chấttrừ nấm dùng để nhúng qu ả sau thu hoạch nhằm nâng cao kh ả năng bảoqu ảncácqu ả k ể trên.
  66. EthyleneEthylene removalremoval inin grapesgrapes Untreated -more soft -petiole:browning Ethylene removal -hard -petiole:green
  67. Làm chậmchínquả chuối Chu ốicũng là loạiqu ả quí củaViệtNam. Do đặc điểmcủathờitiếtmàchuốithường chín rất nhanh, ảnh hưỡng không tốt đếnvi ệ c thu hoạch, vận chuyểnvàxuấtkhẩu. Ở nhiềunước để bảoquảnchuốixanh, ngườita thường dùng túi polyetylen kín trong đócóthuốc tím (KMnO4) để bảoquảnchuối. So với đốichứng, sử dụng ph ương pháp này có th ể tăng th ờigianbảo quảnc ủachuố i lên 3 lần.
  68. Tuy nhiên cũng cầnlưuý những vấn đề sau: -Chuối dùng để bả oquảnphảilàchu ối đạ t đến độ chín thấpnhấtng hĩalàcác đặc điểmhìnhthái, kíchth ướ c đã đạtnhưng chưa đượccócácdấuhiệuchín. - Vì KMnO 4 là mộtch ấtkhôngbay hơi, nếubámdính trên chuốicóthể gây những vếtcháy. Do đóngười ta thường dùng KMnO4 bảohoàkhoảng (19%) để tẩm ướ tcácviênph ấnvi ếtbảng rồi đặttrongcáctúi polyetylen kín dùng bảoqu ảnchuối. -Cầnphảitreo, đặtcáctúichu ối ở nơirâmmát. - Quá trình chín tiếptheocủachuốix ả yrakhiđưa chuốirakhỏitúivàcầnlưuý sự phát triểncủabệnh nấ m than (Anthracnose) lúc này. Có thể sử dụng benzimidazol để tiêu diệtbệnh này.
  69. EthyleneEthylene removalremoval inin plumplum storagestorage
  70. Làm chậmsự già hoá củahoacắt Khác với các nông sản khác, hoa cắtcóthểđược bổ sung dinh dưỡng cũng như nhiềuhợpchấtcó tác dụng bả oqu ản thông qua vếtcắ t ở cuống cành hoa. Vớimộts ố hoa cắtmẫncảmvớietylennhư hoa hồng, hoa cẩmchướng, hoa loa kèn trắng, hoa lan ảnh hưở ng c ủaetylenđếnhoacắtrấtrõ ràng: -Làmtóp, rụng cánh hoa - Làm rụng lá - Làm mấ tmàuxanhc ủalá, mấtmàusắcsặcsỡ củacànhhoa - Ứcchế nở củanụ hoa.
  71. Do dó, sử dụng các chấtkhángsự sảnsinhetylen trên hoa cắtlàmộthướng có thể áp dụng dễ dàng và đưalạikếtquả mỹ mãn. Bằng cách bổ sung STS 0,5- 1% vào dung dịch cắmhoahay nhúng cuống hoa cắt vào dung dịch trên trước khi bảoquảnlạnh có thể nâng cao tuổithọ của hoa cắt đến2 lầnso với đốichứng. Ngoài các ch ất kháng etylen k ể trên, sử dụng chất kháng etylen dướidạng O cũng phổ biến ở các 3 nướcpháttrển để bảoquảnrauhoaquả mặcdù nó có gây ra mộtsố bấtlợinh ư: ănmònkimloại, phá hoạicácthiếtbị, dụng cụ trong phòng bảo quản; nó có thể gây hư hỏng sảnphẩmvàgây độcchongườingyaở nồng đọ khá thấp.
  72. Để khắcphụccácnhược điểmtrên, ở các nướ cpháttriểnngàynay, ngườitađãs ử dụng tia cựctímở bướcsống 185 nm và 254 nm trong các bu ồnphản ứng. Trong buồnphản ứ ng trên, nguyên tử oxy đượcs ảnsinhrathayv ìO3. Nguyên tử oxy phản ứng tốthơnO3 và nó nhanh chóng phản ứng vớietylenvàcácch ấtbay hơikhác đượcsinhratrongbu ổnphản ứng. Nguyên tử oxy dư thừasẽđượcbiến đổi nhanh thành oxy phân tử.
  73. Sử dụng GA3 nồng độ 10- 50 ppm phun cho các cây tr ồng này ở các giai đoạn nhau đ ã làm tă ng đ áng k ể sinh trưở ng c ủa cành, thân các loạ ihoanày đồng thờilàmt ăng tuổithọ củacáchoac ắt. Việcnghiênc ứusử dụng chất kháng etylen ở ViệtNam cònrấthạ nchế . Đổim ớich ỉ là thử nghiệmban đầu. trong nuôi cấymôthực vật, trong việclàmchậmchínqu ả cam, quít, vải; làm chậmsự gùa hoá củahoa cẩmchướng, hoa loa kèn trắng và làm tăng sinh trưởng củamộts ố loại hoa trong vụ đông ở miềnB ắc
  74. EthyleneEthylene removalremoval usingusing forcedforced airair circulationcirculation Ethylene Ethylene free air contaminated air Scrubbers
  75. Examples of ethylene scrubber
  76. ActivatedActivated charcoalscharcoals • Charcoal: not effective at commercial level • Activated charcoal: less effective, not used commercially • Ceramic(zeolite) treated charcoal : effective -through absorption to small pores -effective to remove unfavorable odor • Brominated or permanganate treated charcoal -small bag types used for short transport or marketing -not long lasting
  77. Control Ethylene removal 10 days of storage at 10oC
  78. ModifiedModified activatedactivated carboncarbon • Ceramics (such as zeolite) treated activated charcoal • Principles: adsorption Reaction products: none Efficiency: excellent until saturated Disadvantage: adsorbed ethylene can be released after saturation Advantage: partial regeneration Applicable area: storage dealing with low ethylene producers Zeolite treated carbon Untreated carbon
  79. ScrubbersScrubbers containingcontaining potassiumpotassium permanganatepermanganate • KMnO4 treated on supporting materials which have many pores such as activated carbon • Principles: → H 2C=CH2 + KMnO4 + H2O HO-CH2-CH2-OH + Mn(OH) + KOH 2 Reaction products : ethylene glycol Efficiency: excellent Applicable area: effective on large ethylene producers Disadvantage: elution of permanganate will cause defects on surface, may contain sulfuric acid Disposal: heavy metal (Mn), toxic Regeneration: impossible
  80. Modified activated Potassium permangante carbon with zeolite
  81. ScrubbersScrubbers containingcontaining brominebromine • Principles of ethylene removal: H2C=CH2 + Br2 → Br-CH2-CH2-Br Reaction products: Dibromoethane Efficiency: Excellent Applicable area: effective on large ethylene producers Disadvantages: Eluted Br2 and H2PO3 will cause browning of stored products Disposal: Br, too toxic to discharge Regeneration: Impossible
  82. ScrubbersScrubbers containingcontaining palladiumpalladium chlorideschlorides • Principles of ethylene removal: → H2C=CH2 + O2 + catalyst CH3CHO + H2O Reaction product: acetaldehyde, H2O Efficiency: good Applicable area: low ethylene producers Advantage: not affected by high humidity condition Disadvantages: not effective at high concentration of ethylene Disposal: not toxic Regeneration: impossible
  83. ScrubbersScrubbers usingusing titaniumtitanium dioxide(TiOdioxide(TiO2)) • Principles of ethylene removal: C2H4 + TiO2 + 3O2 + ultraviolet light = 2CO2 + 2H2O Reaction product: carbon dioxide, H2O Efficiency: good Advantage: potential to control airborne pathogens such as bacteria, viruses, dust mites, mold, spores, fungi Disadvantages: not effective when dusts were accumulated on the reaction panel Regeneration: replace TiO2 panel and ultraviolet light
  84. Artificial flower treated with TiO2
  85. Left : untreated Middle : MCP 500 nL Right : MCP 1000 nL Left : untreated Right : STS 2 mM
  86. • 2,5-norboneadiene(NBD) -Gaseous olefin -inhibit ethylene action -not widely used due to its carcinogenic activity
  87. Ethylene scrubbers using ozone
  88. • 1-Methylcyclopropene(1-MCP) -competitive ethylene inhibitor -10 times greater affinity to receptor than ethylene -effective at low concentration (2.5 – 1ppm) -longer duration of treatment at low concentration as high concentration -interacts with application temperature (less effective at low temperature)
  89. • 1-MCP: easy to handle effective to wide range of horticultural products but not always true • Climacteric fruits or organs: ethylene evolution rate increase at ripening stage seems to be more effective • Non-climacteric fruits or organs: no ethylene peak at maturation stage seems not to be effective
  90. PhysicalPhysical stressstress Stressed fruit produce high amount of ethylene
  91. NatureNature ofof ethyleneethylene • A plant hormone: one of 5 major plant hormones -Auxins, cytokinins, gibberellins: growth stimulators -abscisic acid, ethylene: growth inhibitors -others: jasmonic acid, brassinosteroid, etc.
  92. CharacteristicsCharacteristics ofof ethyleneethylene gasgas • volatile gas • easy diffusion (move rapidly) • active at extremely low concentration (0.1 ppm) - two hydrocarbon with a double bond - MW 28.05 ℃ - Freezing point : -181 ℃ - melting point : -169.5 ℃ - boiling point : -103.7 - flammable (explosive) - colorless, sweet, ether-like odor ℃ - specific volume 861.5ml/g at 21
  93. Ripening room Uniform ripening in bananas, oranges, tomatoes
  94. SimilarSimilar gasesgases toto ethyleneethylene andand theirtheir relativerelative activityactivity Chemicals Relative activity Ethylene 1 Propylene 1/130 Vinyl chloride 1/2370 Carbon monoxide 1/2900 Acetylene 1/12500 1-butene 1/140000
  95. Có bao xung quanh
  96. PrinciplesPrinciples ofof ethyleneethylene actionaction • C2H4 + receptor on membrane: perception 1)Translocation of stimulus to nucleus 2)m-RNA – protein synthesis – physiological action • Stimulate inactive enzymes – physiological action
  97. EthyleneEthylene inin postharvestpostharvest technologytechnology • Problems: -accelerates (tăng nhanh) ripening -accelerate senescence -causes abscission(loạibỏ) -causes physiological disorders • Benefits: -accelerates ripening increase eating quality -causes abscission easy to harvest in some fruits