Luận án: Bảo quản quả vải nhãn bằng môi trường lạnh, bao gói khí cải biến & mô hình hô hấp bay hơi

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Sau hơn 30 năm đổi mới, với kết quả của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập, mức sống của nhân dân tăng lên rõ rệt. Khi tiêu chuẩn cuộc sống của con người tăng lên, các yêu cầu về chất lượng rau quả của người tiêu dùng cũng ngày càng cao hơn. Không những thế nông nghiệp là một trong những thế mạnh xuất khẩu của Việt Nam góp phần thu về một lượng ngoại tệ không nhỏ. Để xuất khẩu rau quả sang những thị trường khó tính của các nước phát triển, rất cần bảo quản rau quả trong thời gian dài, với chất lượng bảo toàn tối đa so với khi thu hoạch.

Sau khi thu hoạch, rau quả tươi vẫn tiếp tục sống, các tế bào vẫn tiếp tục hoạt động sống thông qua quá trình hô hấp. Trong quá trình hô hấp, khí O2 được hấp thụ và khí CO2, hơi nước được thải ra. Quá trình này xảy ra càng nhanh và thuận lợi thì sự phân giải của các hợp chất hữu cơ càng nhanh, giải phóng nhiều năng lượng, thúc đẩy quá trình chín của sản phẩm. Ngoài ra đi kèm với quá trình chín này là sự thay đổi một số chất cơ lý của sản phẩm như độ cứng, màu sắc, hương vị, hàm lượng đường, vitamin C.

Bảo quản tốt tốt bằng cách khống chế quá trình trao đổi năng lượng-trao đổi chất sẽ kéo dài thời gian giúp rau quả được tươi hơn, nâng cao chất lượng, sản lượng và giá trị sản phẩm. Một trong những vấn đề tồn tại chính là công nghệ chế biến và bảo quản rau quả của nước ta chưa phát triển nên lượng tổn hao sau thu hoạch của rau quả Việt Nam rất lớn từ 1520%, đồng thời chất lượng bảo quản sau thu hoạch không cao, thời gian bảo quản ngắn. Nghị Quyết 48/NQ-CP của Chính phủ, ban hành ngày 23/09/2009 đã khẳng định: Mục tiêu của Nhà nước ta đến năm 2020 là giảm tổn thất rau quả sau thu hoạch xuống dưới 10%, nhằm mục tiêu: Nâng cao chất lượng và đảm bảo về số lượng cho nhu cầu dinh dưỡng ngày càng cao của nhân dân; và tăng lượng xuất khẩu, thu ngoại tệ về cho đất nước. Để thực hiện được mục tiêu của Nghị quyết 48/NQ-CP, vấn đề cấp bách cần giải quyết hiện nay là nghiên cứu cải tiến công nghệ bảo quản rau quả sau thu hoạch nhằm kéo dài thời gian bảo quản và nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất sau thu hoạch theo hướng kết hợp sử dụng công nghệ nhiệt độ thấp và các biện pháp bảo quản hiện đại, hạn chế tối đa việc sử dụng hóa chất trong công nghệ bảo quản.

Năm 2012, Thủ tướng đã ban hành Quyết định số 1895/QĐ-TTg về Về việc phê duyệt Chương trình phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao thuộc Chương trình quốc gia phát triển công nghệ cao đến năm 2020 với các nhiệm vụ chủ yếu: 1 “Nghiên cứu phát triển công nghệ chiếu xạ, công nghệ xử lý hơi nước nóng, công nghệ xử lý nước nóng, công nghệ sấy lạnh, sấy nhanh trong bảo quản nông sản; công nghệ sơ chế, bảo quản rau, hoa, quả tươi quy mô tập trung; công nghệ bao gói khí quyển kiểm soát; công nghệ bảo quản lạnh nhanh kết hợp với chất hấp thụ etylen để bảo quản rau, hoa, quả tươi; công nghệ tạo màng trong bảo quản rau, quả, thịt, trứng; công nghệ lên men, công nghệ chế biến sâu, công nghệ sinh học và vi sinh sản xuất chế phẩm sinh học và các chất màu, chất phụ gia thiên nhiên trong bảo quản và chế biến nông sản”. Bên cạnh phương pháp bảo quản lạnh truyền thống là sử dụng kho lạnh, phương pháp bảo quản Bao gói khí cải biến (Modified Atmosphere Packaging - MAP) đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như như là một phương pháp bảo quản rau quả tươi hiệu quả và kinh tế nhất. Theo [1], lợi ích của MAP là nếu thời gian bảo quản rau quả ở 20-25oC là 1 đơn vị thời gian thì bảo quản bằng MAP là gấp đôi, bảo quản lạnh là gấp 3 và bảo quản MAP kết hợp với lạnh thì gấp 4 lần. Phương pháp MAP dùng để bảo quản các sản phẩm rau quả tươi được áp dụng từ hơn 30 năm ở các nước phát triển.

Trong khu vực, Hàn Quốc và Thái Lan là hai nước châu Á điển hình sử dụng thành công phương pháp này để bảo quản rau quả tươi. Ở Việt Nam, MAP được Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch của Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn nghiên cứu từ năm 2002. Tuy nhiên những nghiên cứu đó đa phần chỉ mang tính chất thực nghiệm, chưa nghiên cứu cơ bản về quá trình hô hấp - trao đổi chất – trao đổi năng lượng của quả trong quá trình bảo quản, nên ứng dụng của MAP chưa đạt hiệu quả cao. Vì vậy, không khống chế và tìm ra được chế độ bảo quản thích hợp cho từng loại quả.

Vì vậy quả vải, nhãn được xác định là một trong những loại quả chủ lực của Việt Nam dùng để xuất khẩu và nội tiêu. Theo Tổng cục thống kê, năm 2016 sản lượng quả vải trong cả nước đạt 312,556 tấn, trong đó dẫn đầu là Bắc Giang với sản lượng khoảng 142,000 tấn, tiếp đến là Hải Dương khoảng 25,000 tấn, Quảng Ninh khoảng 8,000 tấn… Đến nay huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang trở thành nơi trồng quả vải lớn nhất nước với tổng diện tích đạt khoảng 30,000 ha, sản lượng hàng năm dao động từ 100,000 ÷ 190,000 tấn và tổng doanh thu đạt trên 5,000 tỷ đồng. Quả vải, nhãn là loại quả rất khó bảo quản do đặc tính hô hấp cao, ưa bảo quản lạnh, khả năng mất nước khá cao, dẫn tới nhanh héo và nâu hóa vỏ. Không những thế, quả vải còn có tính thời vụ rõ rệt, với mỗi mùa thu hoạch chỉ khoảng 45-60 ngày, 2 nên tạo áp lực lưu thông rất lớn.

Hiện nay quả vải của Việt Nam chủ yếu mới được dùng nội tiêu trong nước, chỉ khoảng 10 ÷ 15% sản lượng tương đương 20,000 ÷ 30,000 tấn quả được xuất thô sang Trung Quốc. Tuy nhiên lượng xuất khẩu này luôn bị ép giá và không chủ động được về thị trường. Sản xuất quả vải, nhãn ở Việt Nam trong 10 năm gần đây tuy đã có bước phát triển vượt bậc nhưng lại thiếu tính bền vững. Trong khi đó, đây là các loại quả nhiệt đới thuộc loại có cường độ hô hấp và phát thải etylen thuộc loại trung bình cao, vỏ mỏng nên rất khó bảo quản và vận chuyển.

Với công nghệ bảo quản lạc hậu như hiện nay, sản lượng xuất khẩu quả vải, nhãn tươi sang các thị trường cao cấp như Nhật, Úc rất khiêm tốn chỉ khoảng vài trăm tấn/năm, hoàn toàn không tương xứng với tiềm năng xuất khẩu của hai loại quả này. Do đó, rất cần thiết phải nghiên cứu hoàn thiện công nghệ bảo quản hai loại quả này. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN Mục tiêu của luận án là nghiên cứu hoàn thiện công nghệ bảo quản quả vải và nhãn bằng phương pháp bao gói khí cải biến (MAP) trên cơ sở nghiên cứu quá trình hô hấp - bay hơi – cân bằng năng lượng nhằm tăng chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu xây dựng mô hình xác định cường độ hô hấp của quả vải và nhãn trong điều kiện môi trường khí cải biến (MAP) trên cơ sở nghiệm của hệ phương trình men-chất xúc tác Michaelis-Menten;  Xây dựng mô hình dự đoán nồng độ, nhiệt độ, độ ẩm không khí trong bao gói từ đó kiểm soát điều kiện bảo quản và dự đoán độ hao hụt tự nhiên, thời gian bảo quản, trên cơ sở tích hợp mô hình Michaelis-Menten cho hô hấp, mô hình trao đổi năng lượng-trao đổi chất giữa quả và môi trường khí trong bao gói, giữa bao gói và môi trường bảo quản theo quan điểm đẳng áp-đẳng entanpy.

Đánh giá mô hình bằng thực nghiệm;  Xây dựng mô hình tính toán lượng nước ngưng, độ hụt tự nhiên của quả, từ đó làm cơ sở để dự đoán thời gian bảo quản trong môi trường MAP  Đề xuất quy trình thiết kế lựa chọn loại bao bì MAP cho hai loại quả trên. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU  Quả vải 3  Quả nhãn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình cường độ hô hấp của quả vải và quả nhãn dựa trên mô hình Michaelis-Menten và xây dựng mô hình hô hấp - bay hơi – cân bằng năng lượng trên quan điểm đẳng áp-đẳng entanpy. Các mô hình này được kiểm chứng độ chính xác bằng thực nghiệm. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN Ý nghĩa khoa học của luận án: - Đã xác định được cường độ hô hấp của quả vải, quả nhãn trong điều kiện môi trường khí cải biến (MAP) bằng phương pháp tính toán khoa học, có độ tin cậy cao.

- Xây dựng được mô hình cường độ hô hấp của rau quả phụ thuộc vào nồng độ khí, được mô phỏng theo dạng nghiệm của phương trình Michaelis-Menten, tốc độ của hệ phản ứng men-xúc tác cho kết quả có độ tin cậy cao, kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả thực nghiệm. Phần mềm mô phỏng dễ sử dụng, có độ chính xác cao. - Phát triển thành công mô hình toán học cho phép dự đoán nhiệt độ, độ ẩm tương đối, lượng nước ngưng tụ và độ hao hụt tự nhiên của quả trong bao gói MAP. Kết quả tính toán bằng mô hình hô hấp – bay hơi – cân bằng năng lượng cho sai số trong khoảng cho phép.

Ý nghĩa thực tiễn của luận án: - Trên cơ sở mô hình hô hấp – bay hơi – cân bằng năng lượng đã hoàn thiện, có thể kiểm soát được các thông số của môi trường khí bao quanh quả trong quá trình bảo quản, đồng thời cho phép đề xuất quy trình thiết kế bao gói bảo quản quả vải và quả nhãn tại mỗi mùa vụ thu hoạch trong bao gói khí cải biến với khối lượng thực nghiệm tối thiểu ở phạm vi công nghiệp. - Áp dụng mô hình dự đoán các thông số của quá trình bảo quản có thể rút ngắn thời gian và khối lượng thí nghiệm, cho phép tìm ra chế độ bảo quản tối ưu nhằm đảm bảo tối đa chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản, giảm hao hụt trong điều kiện thực tế. TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN 4 - Đây là lần đầu tiên có một nghiên cứu toàn diện và đầy đủ mô hình hô hấp-bay hơi-cân bằng năng lượng cho quả vải và quả nhãn trong môi trường khí cải biến tại Việt Nam. - Đã xây dựng được phương pháp thí nghiệm trong hệ kín, đo nồng độ khí trong hệ bằng thiết bị phân tích khí cũng như thuật toán xử lý số liệu.