Sinh lý và hóa sinh của nông sản sau thu hoạch

Nông sản là các thực thể sinh học sống khi còn trên cây mẹ. Sau khi thu hoạch thì chúng vẫn sống, các phản ứng trao đổi chất vẫn xảy ra, quá trình sinh lý vẫn được duy trì như khi còn trên cây mẹ. Sau đây là một số biến đổi sinh lý, hóa sinh của nông sản sau thu hoạch.

Biến đổi sinh lý của nông sản sau thu hoạch  

Sự phát triển cá thể nông sản

Sự phát triển cá thể nông sản

Sự phát triển cá thể nông sản có thể chia làm 3 giai đoạn chính tính từ khi nó hình thành (hạt nảy mầm) là sinh trưởng, chín – thành thục và già hoá. Tuy nhiên, do nông sản rất đa dạng về chủng loại nên khó có thể phân chia rạch ròi các giai đoạn sinh lý này.

• Sự sinh trưởng có liên quan đến việc phân chia và phát triển tế bào cho đến khi đạt tới kích thước ổn định của nông sản.
• Sự chín – thành thục thường bắt đầu trước khi nông sản ngừng sinh trưởng và quan niệm chín này thường khác nhau ở các nông sản khác nhau. 
• Quá trình già hoá xuất hiện sau đó, giai đoạn đồng hóa (tổng hợp) kết thúc và thay bằng giai đoạn dị hoá (phân giải) dẫn đến sự già hóa và chết của mô tế bào và của nông sản.

Tuổi thọ của nông sản                   .

Tuổi thọ của nông sản là khoảng thời gian bắt đầu khi nông sản được thu hoạch và kết thúc khi nông sản không còn giá trị thương phẩm. Đối với hạt và củ, vòng đời kết thúc khi hạt, củ nảy mầm. Đối với rau quả, vòng đời kết thúc khi rau quả chín hoặc già hoá. Đối với hoa cắt, vòng đời kết thúc khi hoa tàn.

Trong công tác bảo quản, ở điều kiện tối ưu (nhiệt độ, độ ẩm, khí quyển bảo quản), tuổi thọ của nông sản có thể được coi là thời gian tối đa mà nông sản duy trì được chất lượng cho tới khi đưa vào sử dụng.

Tuổi thọ nông sản có ý nghĩa quan trọng trong công tác sau thu hoạch. Việc kéo dài tuổi thọ của nông sản nhằm phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng nội địa, xuất khẩu, cho tái sản xuất, làm tăng trị giá sản phẩm, hay xa hơn nữa là đáp ứng cho các chiến lược của quốc gia.

Tuổi thọ của từng loại nông sản phụ thuộc vào đặc điểm của chính nông sản đó; vào các điều kiện chăm sóc trước, trong và sau thu hoạch ; vào điều kiện bảo quản (công nghệ bảo quản; trong tiếp thị hay trong tiêu dùng cuối cùng). Tuổi thọ của phần lớn các loại hạt sẽ dài hơn nếu được bảo quản trong điều kiện khô và lạnh (hạt cây có dầu cần thủy phần <10%; hạt ngũ cốc thuỷ phần < 14%, nhiệt độ dưới 10°C) trong khi các loại rau quả yêu cầu độ ẩm môi trường bảo quản cao (80-90%) và lạnh.

Sự chín và già hoá của nông sản

Độ chín của nông sản

• Độ chín sinh lý: Là thời điểm nông sản đã thuần thục hoàn toàn về phương diện sinh lý. Lúc này, quá trình sinh trưởng và tích luỹ đã ngừng lại, nông sản chuyển sang giai đoạn chín hoặc già hóa. Đối với những loại hạt, củ đã đạt độ chín sinh lý, nếu gặp điều kiện môi trường thuận lợi (nhiệt độ, độ ẩm, không khí, ánh sáng) có thể nảy mầm.
• Độ chín thu hoạch: Được thu hoạch theo nhu cầu của thị trường. Ở thời điểm thu hoạch, nông sản có thể chưa đạt được độ thuần thục sinh lý. Thông thường, các loại rau (lá, thân, quá) thường được thu hoạch khi còn non trước khi chúng đạt độ chín sinh lý. 
• Độ chín chế biến: Là độ chín của nông sản thích hợp cho một quy trình chế biến, về một góc độ nào đó, độ chín chế biến cũng gần tương tự như độ chín thu hoạch, nhưng cũng có thể đạt được sau khi thu hoạch. Tuỳ theo yêu cầu của sản phẩm chế biến với các quá trình công nghệ khác nhau mà có thể có các yêu cầu về độ chín khác nhau đối với từng loại nông sản. 

Độ chín của nông sản

Thông thường quả và hạt muốn đạt yêu cầu tiêu dùng hay nảy mầm được cần phải trải qua giai đoạn chín để hoàn thành nốt các quá trình sinh lý và các biến đổi sinh hoá cần thiết. Đặc biệt, chất lượng thương phẩm các loại quả phụ thuộc vào quá trình chín này.

Đối với quả, quá trình chín là một sự thay đổi mạnh mẽ trong cả vòng đời, chuyển từ trạng thái thuần thục về sinh lý nhưng không ăn được sang trạng thái hấp dẫn về màu sắc, mùi và vị. Quá trình chín đánh dấu sự kết thúc pha phát triển quả và bắt đầu quá trình già hoá và thường là không đảo ngược được. Quá trình chín là hệ quả của một phức hợp các thay đổi, nhưng hoạt động sinh lý cơ bản của quá trình chín là sự thay đổi về cường độ hô hấp và sản sinh etylen.

Các thay đổi có thể xuất hiện trong quá trình chín của quá :

• Sự thành thục của hạt.
• Thay đổi màu sắc.
• Hình thành tầng rời (tách khỏi cây mẹ).
• Thay đổi về cường độ hô hấp.
• Thay đổi về cường độ sản sinh ctylcn.
• Thay đổi về tính thẩm thấu của mô và thành tế bào.
• Thay đổi về cấu trúc (thay đổi về thành phần các hợp chất pectin).
• Thay đổi về thành phần các hợp chất hydratcachế biếnon.
• Thay đổi các axit hữu cơ.
• Thay đổi các protein.
• Sàn sinh các hợp chất tạo mùi thơm.
• Phát triển lớp sáp bên ngoài vỏ quả.

1. Xanh ; 2. Ngả vàng ; 3. Phớt hồng ; 4. Hồng ;
5. Phớt đỏ ; 6. Đỏ ; 7. Chín hoàn toàn

Quá trình chín nhân tạo (dấm chín)

Các loại quả thường được thu hoạch sớm để thuận lợi cho quá trình vận chuyển, bảo quản. Bởi vậy, đa số các loại quả cần có giai đoạn chín tiếp hay chín sau (chín sau khi đã tách khỏi cây mẹ) để đảm bảo giá trị dinh dưỡng và cảm quan. Trước khi sử dụng, cần phải tiến hành dấm chín của quả bằng những cách sau: 

• Phương pháp xử lý nhiệt: Nhiệt độ xử lý là 40-55 độ C, độ ẩm 85-90%. Nếu nhiệt độ quá cao, quá sẽ chín nhũn, chất lượng, hương thơm, màu sắc kém. Nếu thời gian xử lý kéo dài thì quả bị mất nước nhiều, vỏ héo, có thể bị thối hỏng.
• Phương pháp dùng oxy: Tăng nồng độ oxy trong môi trường để làm tăng cường độ hô hấp của nông sản, thúc đẩy nhanh quá trình chín. Ví dụ : xử lý bằng O2 , nồng độ 50-70%, quả chín nhanh gấp 3 lần.
• Phương pháp dùng hoá chất kích thích: Đây là phương pháp áp dụng rộng rãi và chủ yếu hiện nay. Hóa chất thường được sử dụng là etylen (C2H4) trong chế phẩm Ethrel, axctylcn (C7H2) trong đất đèn. Có thể xông hơi các hóa chất trên cho quả trong phòng kín, độ ẩm 85-90%, hoặc nhúng quá trong dung dịch có nồng độ thích hợp.

Sự già hoá của nông sản

Ở quà, sự già hoá bắt đầu khi quá trình chín kết thúc. Lúc này nông sản đã tiêu hao hết năng lượng dự trữ. Ở các nông sản như rau quả, thành phần xơ chiếm ưu thế, sắc tố suy giảm, các cơ quan rụng (cánh hoa, quả,…), nông sản khô héo, nhăn nheo không còn giá trị dinh dưỡng và thương phẩm. Ở các nông sản hạt, sự già hoá làm hạt mất sức nảy mầm, các chất dự trữ bị oxy hoá, hạt biến màu.

Sự ngủ nghỉ của nông sản

Khái niệm

Ngủ nghỉ là trạng thái mà nông sản vẫn còn sức sống nhưng các hoạt động trao đổi chất hầu như không hoặc diễn ra một cách rất hạn chế. Nói cách khác, ngủ nghỉ là trạng thái phôi hạt hay mầm củ ở trạng thái ngừng sinh trưởng.

Phân loại

• Nghỉ tự phát: Hiện tượng chỉ xảy ra trên đối tượng hạt và củ. Bản thân hạt, củ chưa hoàn thành giai đoạn chín sinh lý nên ở trong điều kiện ngoại cảnh thích hợp cho nảy mầm vẫn không nảy mầm được. Thời gian nghỉ tự phát phụ thuộc vào loại và giống cây trồng.
• Nghỉ cưỡng bức: Hiện tượng ngủ nghỉ do nguyên nhân bên ngoài không thuận lợi (nhiệt độ, âm độ, khí quyển bảo quản) làm hạn chế các hoạt động sinh lý sinh hoá. nông sản duy tò ở trạng thái ban đầu (tươi non hay chín sinh lý đối với rau quả ; không nảy mầm đối với hạt, củ).

Nguyên nhân 

Nguyên nhân nội tại

Phôi hạt chưa hoàn thiện: Hạt tuy đã rời khỏi cây nhưng tổ chức phôi chưa phân hoá đầy đủ, hoặc đã đầy đủ nhưng chưa thành thục về phương diện sinh lý. 

Ảnh hưởng của trạng thái, cấu trúc lớp vỏ hạt:

• • Tính không thấm nước của vỏ hạt là một trong những nguyên nhân cơ bản dẫn đến sự nghỉ của hạt. Ở một số loại hạt, thành tế bào của lớp vỏ ngoài có cấu trúc rất dày và có một lớp sáp hoặc cutin bao phủ bên ngoài ngăn cản sự hút nước của vỏ. 
  • Một số loại hạt cũng rơi vào trạng thái ngủ khi sự thấm khí oxy bị đình trệ. Sự loại bỏ hoặc phá vỡ lớp vỏ ngoài của hạt, hay tăng nồng độ oxy trong không khí dẫn đến sự tăng cường độ hô hấp của phôi và sau đó hạt có thể nảy mầm. 
  • Cấu trúc cứng và bền vững của một số loại vỏ hạt cũng là một dạng ức chế cơ học làm cho phôi không thể phát triển. 

Các chất ức chế nảy mầm: Đó là những hợp chất được tạo ra hoặc vận chuyển đến hạt và củ, ức chế sự phát triển của phôi. Các hợp chất này thường được phát hiện ở phôi, nội nhũ hay vỏ hạt. Axit abscisic (ABA) được xác định là một hormon thực vật di cư chính sự nghỉ của hạt. Ở các loại hạt đã thành thục sinh lý, hàm lượng ABA ở các loại hạt đang ngủ nghỉ cao hơn trong các hạt không ở trạng thái ngủ nghỉ.

Nguyên nhân ngoại cảnh

Các điều kiện môi trường bên ngoài (nhiệt độ, độ ẩm, thành phần không khí, ánh sáng, v.v…) không thích hợp khiến cho hạt đã hoàn thiện, sẵn sàng nảy mầm mà vẫn trong trạng thái ngủ nghỉ.

Phản ứng ánh sáng: Nhiều loại hạt rất mẫn cảm với ánh sáng. Cơ chế điều chỉnh sự nghỉ của hạt bởi ánh sáng tương tự như các bộ phận khác của cây trồng (phụ thuộc cường độ và thời gian chiếu sáng). Tuy nhiên, các hạt mẫn cảm với ánh sáng chỉ phản ứng với ánh sáng khi đã hút ẩm, đồng thời chịu ánh hưởng kết hợp của cả tác nhân nhiệt độ.

Phản ứng nhiệt độ: Ngay sau khi tách ra khỏi vỏ hạt, phôi của một số loại hạt có thể phát triển ngay và nảy mầm, trong khi phôi hạt của loài khác vẫn ở trong trạng thái nghỉ hoặc phát triển rất yếu, sau đó thể hiện trạng thái ‘‘còi cọc sinh lý”, lóng thân không kéo dài, lá vàng và bị nhăn. Những triệu chứng này sẽ mất đi nếu hạt thoát ra khói trạng thái nghỉ, trong đó có biện pháp xử lý nhiệt độ thấp.

Điều khiển sự ngủ nghỉ của hạt

Có thể điều khiển sự ngủ nghỉ của hạt, củ bằng các biện pháp sau :

• Xử lý hoá học: Đối với những loại hạt, củ thường nảy mầm trong thời gian bảo quản, có thể dùng hóa chất ức chế nảy mầm. Ví dụ : dùng Malein hydrazit (MH) kìm hãm sự nảy mầm, duy trì sự ngủ nghỉ của củ khoai tây. Khi đến thời vụ trồng trọt, có thể sử dụng gibercllin (GA) để kích thích nảy mầm, phá vỡ trạng thái ngủ nghỉ của hạt, củ.
• Xử lý cơ giới: Dùng tác động cơ học làm tổn thương, cọ xát làm vỏ mỏng ra hay tách vỏ hạt để kích thích nảy mầm. Cắt miếng hoặc gây tổn thương vỏ củ, mắt củ cũng làm khoai tây dễ nảy mầm.
• Xử lý phóng xạ: Dùng một số tia phóng xạ làm thay đổi trạng thái sinh lý, hoá sinh, kích hoạt hệ enzym, hay làm thay đổi trạng thái của lớp vỏ hạt làm cho hạt nhanh chóng vượt qua giai đoạn ngủ nghỉ.
• Thay đổi các yếu tố vật lý môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, không khí, ánh sáng): Các công nghệ bảo quản lạnh, điều chỉnh độ ẩm, điều chỉnh khí quyển, áp suất thấp v.v… phù hợp có thể duy trì sự ngủ nghỉ của nông sản trong thời gian bảo quản, đồng thời tạo điều kiện cho hạt, củ giống phát triển hoàn thiện. Khi cần xúc tiến nảy mầm thì xử lý ánh sáng, nhiệt độ thấp, tăng độ ẩm, không khí để cho hạt, củ nhanh chóng thoát khỏi trạng thái nghi.

Sự nảy mầm của hạt, củ

Nảy mầm là sự bắt đầu của quá trình sinh trưởng mới, phải trải qua 4 giai đoạn sau :

• Hydrat hoá hay trương nước. Trong giai đoạn này nước thâm nhập vào phôi, thuỷ phân protein và các loại keo khác.
• Sự hình thành hay hoạt hỏa các enzym, làm tăng cường các hoạt động trao đổi chất.
• Sự dài ra của các tế bào rễ mầm và sau đó rễ mầm vươn ra khỏi vỏ hạt.
• Sự phát triển tiếp của cây con.

Khi hạt, củ nảy mầm, các chất hữu cơ dự trữ trong nông sản bị phân giải để tạo thành các hợp chất đơn giản, đồng thời giải phóng năng lượng cung cấp cho quá trình phát triển của tế bào mầm. Do vậy tổn thất khối lượng và chất lượng hạt, củ là rất đáng kể.

Hạt còn bị thay đổi màu sắc, mùi vị chủ yếu do hô hấp yếm khí và sự tạo ra các sản phẩm trung gian như aldchyd, alcohol v.v… Nhiệt lượng và hơi nước được giải phóng trong quá trình hô hấp của hạt làm tăng nhiệt độ và đọng ẩm trong môi trường bảo quản, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh. 

Sau khi đã trải qua giai đoạn chín sinh lý, hoàn thiện sự phát triển của phôi, vượt qua giai đoạn ngủ nghỉ (với một số loại hạt, củ), hạt và củ đã có đủ điều kiện để nảy mầm. Tuy nhiên, các yếu tố ngoại cảnh có ảnh hưởng rất lớn đến sự nảy mầm của hạt. Trong quá trình bảo quản, hạt và củ có nảy mầm hay không hoàn toàn phụ thuộc vào một số yếu tố: 

• Nhiệt độ cũng là yếu tố môi trường có tác động mạnh đến quá trình nảy mầm. Khoảng nhiệt độ thích hợp để các loại hạt nảy mầm là 25-35 độ C. Tuy nhiên mỗi loại hạt, củ đều có một nhiệt độ tối thích. Ví dụ ; hạt lúa nảy mầm tốt ở nhiệt độ 30-35 oC, lạc 25-30 oC, ngô 33-35°C. Đậu tương chỉ cần nhiệt độ 8-120lc đã nảy mầm.
• Lượng oxy trong môi trường cũng ảnh hưởng đến tốc độ nảy mầm. Nếu hạt bảo quản trong điều kiện yếm khí sẽ khó nảy mầm hơn trong điều kiện háo khí.
• Ánh sáng cũng là một trong những yếu tố vật lý của môi trường quyết định sự nảy mầm và phát triển của mầm cây. Do vậy, các loại hạt, củ nên bảo quản trong kho tối.

Lưu ý: Do sự nảy mầm của hạt, củ trong thời gian bảo quản đã làm giảm phẩm chất đáng kế nên cần phải khống chế ảnh hưởng của các yếu tổ gây nên hiện tượng nảy mầm. Vì vậy, cần:

• Duy trì độ ẩm an toàn của hạt trước khi nhập kho cũng như trong suốt thời gian bảo quản bằng phương pháp phơi, sấy.
• Hạt có dầu nên duy trì độ ẩm thấp hơn 9%, hạt giàu tinh bột cần độ ẩm dưới 13%.
• Tránh tình trạng đọng nước trong khối hạt.
• Hạ thấp nhiệt độ môi trường, giảm nồng độ oxy không khí, hạn chế ánh sáng cũng có tác dụng ngăn ngừa sự nảy mầm.
• Có thế dùng hóa chất ức chế nảy mầm, xử lý trước hoặc sau khi thu hoạch hạt, củ.
• Trong thời gian bảo quản hạt, củ, cần kiểm tra, theo dõi định kỳ để phát hiện sớm và có giải pháp khắc phục.

Sự thoát hơi nước

Quá trình bay hơi nước từ bề mặt lá và các bộ phận khác của cây vào không khí được gọi là quá trình thoát hơi nước. Quá trình này được điều chỉnh bằng các quy luật vật lý và cả trạng thái sinh lý của cây. Quá trình thoát hơi nước diễn ra liên tục trong suốt đời sống của cây trồng, thậm chí ngay cả khi các bộ phận của cây tách ra khỏi cơ thể mẹ (sau thu hoạch), chúng vẫn tiếp tục thoát hơi nước.

Phụ thuộc trạng thái sinh lý của cây

• Phần lớn các nông sản tươi chứa từ 65-95% nước khi thu hoạch. Khi còn ở trên cây, lượng nước bốc hơi được bù đắp thường xuyên nhờ sự hấp thu nước của rễ cây và vận chuyển đến các bộ phận trên cây. Nhưng sau khi thu hoạch, lượng nước mất đi này không được bù đắp lại. 
• Sự thoát hơi nước của nông sản sau thu hoạch là quá trình nước tự do trong nông sản khuếch tán ra bên ngoài môi trường, phụ thuộc vào đặc điểm của nông sản như mức độ háo nước của hệ keo trong tế bào, thành phần, cấu tạo và trạng thái của mô bảo vệ, cường độ hô hấp của nông sản.
• Ở rau, quả, củ non, tế bào có lớp cutin mỏng, chứa ít protein nên khả năng giữ nước kém.
• Mỗi loại nông sản khác nhau có cấu tạo lớp vỏ tế bào khác nhau nên sự thoát hơi nước cũng khác nhau.
• Các nông sản tươi như rau quả mọng nước có cường độ thoát hơi nước mạnh hơn ở các loại hạt.

Bảng – Hệ số thoát hơi nước của một số loại rau quả

Phụ thuộc vào các yếu tố ngoại cảnh

Về bản chất là một quá trình bay hơi vật lý nên phụ thuộc chặt chẽ vào các yếu tố ngoại cảnh.

• Nhiệt độ và độ ẩm môi trường, tốc độ chuyển động và áp suất không khí trong môi trường bảo quản, gây nên sự chênh lệch về áp suất hơi nước trên bề mặt sản phẩm (Ph) và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (Pk). Sự chênh lệch càng lớn thì sự thoát hơi nước càng nhanh.
• Ánh sáng mặt trời cũng có ảnh hưởng đến quá trình bay hơi nước. Ánh sáng làm tăng nhiệt độ của khối nông sản, làm tăng độ mở khí khổng, tăng tính thẩm của nguyên sinh chất trong tế bào, do đó cũng làm tăng sự thoát hơi nước.
• Các tổn thương cơ giới và vết thương gây ra bởi sinh vật hại cũng là yếu tố làm tăng tốc độ thoát hơi nước. Những vết thương nhỏ có tiết diện vài centimet vuông trên một quả cam có thể làm tăng sự mất nước lên 3-4 lần.

Bảng – Giới hạn thoát hơi nước của một số loại rau

Giải pháp: Trong thực tế bảo quản, để hạn chế sự thoát hơi nước của nông sản, người ta thường áp dụng các biện pháp sau : hạ thấp nhiệt độ, tăng độ ẩm, giảm tốc độ chuyển động của không khí trong kho bảo quản. Đặc biệt, việc bao gói sản phẩm bằng các vật liệu phù hợp có thể giảm đáng kể sự mất nước.

Lưu ý: Cần phải lưu ý đặc điểm của từng nhóm nông sản (hạt, củ hay rau quả) để có chế độ bảo quản thích hợp, tránh hiện tượng mất nước quá nhiều hoặc đọng nước trên bề mặt nông sản đều không có lợi. Hiện tượng đọng nước nếu không được khắc phục kịp thời sẽ làm cho khối nông sản bị úng, ẩm ướt, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây hại.

Hô hấp của nông sản

Khái niệm

Hô hấp là một trong những quá trình sinh lý quan trọng nhất của cơ thể sống. Sau khi thu hoạch, nông sản tiếp tục hô hấp để duy trì sự sống, nhưng các chất hữu cơ đã tiêu hao không được bù đắp lại như khi còn ở trên cây nên chúng sẽ tồn tại cho đến khi nguồn dự trữ cạn kiệt.

Về bản chất, hô hấp là quá trình phân giải oxy hóa các vật chất của tế bào (tinh bột, đường, lipit, protein, axit hữu cơ v.v…) thành các chất có cấu tạo phân tử đơn giản hơn, đồng thời giải phóng năng lượng và các phân tử vật chất cần thiết cho các phản ứng tổng hợp của tế bào. 

Phân loại

Sự hô hấp của nông sản có thể diễn ra với sự có mặt của oxy (hô hấp hào khí) hoặc thiếu oxy (hô hấp yếm khí).

• Hô hấp hảo khí: Trong quá trình hô hấp hảo khí, cơ chất hô hấp chủ yếu là đường glucozơ. Sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa là CO2, H2O và năng lượng. Các cơ chất hô hấp khác như axit hữu cơ, protein, lipit cũng đóng vai trò quan trọng trong sự hô hấp của nông sản.
• Hô hấp yếm khí: Trong trường hợp thiếu oxy, sự oxy hoá sẽ diễn ra theo chiều hướng khác, tạo ra các sản phẩm khác. Sản phẩm của hô hấp yếm khí là ethanol và acetaldehyd, đều là những hợp chất bay hơi, thường làm mất mùi, vị của nông sản.

Cường độ hô hấp của nông sản

Cường độ hô hấp là một chỉ tiêu quan trọng được dùng để đánh giá mức độ hô hấp của nông sản trong quá trình bảo quản. Cường độ hô hấp được xác định chủ yếu bằng lượng O2 hấp thu vào hoặc lượng CO2 tạo ra của 1 đơn vị khối lượng nông sản trong một đơn vị thời gian.

Cường độ hô hấp là một đại lượng không ổn định. Nó thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố nội tại và ngoại cảnh.

Yếu tố nội tại

Cường độ hô hấp phụ thuộc trước tiên vào loại nông sản. Các loại nông sản khác nhau được cấu tạo từ các dạng mô khác nhau, nên hiển nhiên là mức độ hô hấp phải khác nhau. Tuổi của nông sản và tuổi mô cũng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ hô hấp. Các mô non trong giai đoạn sinh trưởng, hô hấp có cường độ cao hơn. Tuổi càng tăng thì cường độ hô hấp càng giảm. 

Bảng – Dạng, tuổi của mô và cường độ hô hấp của một số nông sản

Yếu tố ngoại cảnh

• • Nhiệt độ: Trong giới hạn nhiệt độ thích hợp đó, khi nhiệt độ tăng thì cường độ hô hấp tăng. Nếu vượt quá giới hạn trên thì cường độ hô hấp lại giảm. Nguyên nhân là: quá trình trao đổi chất trong nông sản xảy ra do tác dụng enzym hoạt động. Enzym lại phụ thuộc nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thích hợp với điều kiện hoạt động enzym thì cường độ hô hấp tăng. Khi nhiệt độ quá cao thì hoạt tính enzym giảm hoặc mất, do đỏ cường độ hô hấp giảm.
  • Thủy phần nông sản: Khi thủy phần nông sản tăng thì cường độ hô hấp tăng, đặc biệt khi thủy phần vượt quá mức an toàn thì cường độ hô hấp tăng rất mạnh. Lý do ở đây là: khi thủy phần nông sản tăng, nước trong nông sản không ở trạng thái liên kết mà ở dạng tự do nên chuyển dịch từ tế bào này sang tế bào khác, tham gia quá trình trao đổi chất làm tăng hoạt động enzym, quá trình thuỷ phân tăng.
  • Thành phần không khí (hàm lượng Oxi và CO2 trong không khí): Nếu tỷ lệ O2 trong không khí lớn, diện tích tiếp xúc của nông sản với không khí lớn thì nông sản hô hấp hảo khí, cường độ hô hấp cao, CO2 được coi là chất điều hoà quá trình trao đổi chất vì nó ảnh hưởng đến hệ thống enzym oxy hoá khử, Khi nồng độ CO2 tăng, nồng độ O2 giảm thì cường độ hô hấp giảm. Ngoài ra, khi O2 tăng thì hoạt động của vi sinh vật hại cũng tăng.
  • Côn trùng và vi sinh vật: Nếu côn trùng và vi sinh vật phát triển thì cường độ hô hấp tăng. Sự trao đổi chất của côn trùng và vi sinh vật cũng sản sinh ra CO2, H20 và nhiệt lượng làm nông sản nóng lên, do đó hô hấp của nông sản tăng.

Các rối loạn sinh lý

Các rối loạn sinh lý trên nông sản khá đa dạng và trong nhiều trường hợp dễ nhầm với các rối loạn bệnh lý. Chúng có thể xuất hiện trên bề mặt nông sản cũng như trong ruột nông sản (thịt quả); có thể xuất hiện trong thời gian tồn trữ lạnh hay sau tồn trữ lạnh,.. Có một vài loại rối loạn sinh lý chủ yếu sau :

• Rối loạn dinh dưỡng: Rối loạn này (thối cuống quả cà chua, cháy chóp lá xà lách,..,) bắt nguồn từ trước thu hoạch do sự mất cân đối một số chất khoáng (thiếu canxi) từ cây mẹ. Có thể phòng tránh rối loạn này bằng phun cho cây trồng trước thu hoạch hoặc nhúng nông sản với dung dịch có chứa những nguyên tố dinh dưỡng cần thiết.
• Rối loạn hô hấp: Khí quyển bảo quản không thích hợp sẽ dẫn đến rối loạn hô hấp của nông sản. Hô hấp yếm khí sẽ gây triệu chứng thối đen ruột củ khoai tây hay táo có mùi rượu. Hàm lượng CO2 quá cao sẽ gây tổn thương cho một số loại rau trong bảo quản.
• Tổn thương nhiệt: Tổn thương do nhiệt độ cao, tổn thương do nhiệt độ thấp (tổn thương lạnh) đều có thể gây ra sự trương nước, loạn hô hấp, vô hiệu hoá quá trình chín sau hoặc nâu hóa vỏ quả, tạo ra các vết lõm hay mảng biến màu trên vỏ nông sản.

Biến đổi hóa sinh của nông sản sau thu hoạch

Nước

Sự thoát hơi nước là nguyên nhân chủ yếu làm giảm khối lượng nông sản. Sự mất nước còn ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất, làm giảm tính trương nguyên sinh, gây héo và làm giảm giá trị thương phẩm của nông sản. Sự héo còn làm tăng tốc độ phân hủy các chất hữu cơ, phá hủy cân bằng năng lượng, làm giảm sức đề kháng của nông sản.

Đối với rau quả là những sản phẩm tươi có xu hướng thoát hơi nước mạnh, làm thủy phần giảm. Lượng nước trong nông sản sau thu hoạch hầu như phụ thuộc vào lượng nước trong nông sản khi thu hoạch nên cần thu hoạch lúc nông sản chứa nhiều nước nhất và có nhiệt độ thấp nhất trong ngày (thường là vào buổi sáng). Khi bảo quản rau quả, cần duy trì độ ẩm môi trường (80 – 95%) để tránh hiện tượng thoát hơi nước.

Đối với nông sản loại hạt cần duy trì thủy phần an toàn trong bảo quản, nên điều kiện bảo quản phải đảm bảo (RH 70%) để hạt không bị tái hút ẩm, dẫn đến hiện tượng nảy mầm và nấm mốc tấn công gây hại. 

Hydratcarbon

Đường

Trong quá trình bảo quản nông sản, các loại đường thứ cấp dần dần bị thủy phân thành đường đơn giản. Sau đó, các đường đơn này tham gia vào quá trình hô hấp để tạo năng lượng duy trì sự sống của nông sản. Chính vì lẽ đó mà đường tiêu hao rất lớn trong quá trình bảo quản nông sản.

Tinh bột

Sự biến đổi của tinh bột theo hướng sinh tổng hợp hay thủy phân có ý nghĩa quyết định đến chất lượng nông sản sau thu hoạch. Đối với một số loại quả có hô hấp đột biến (như chuối), sự chuyển hóa tinh bột thành đường diễn ra trong quá trình chín của quả mang đến vị ngọt và góp phần tạo hương thơm đặc trưng cho quả.

Dưới tác dụng của một số enzym như a-amylaza, P- amylaza, glucoamylaza, amylopectin-l,6-glicozidaza (enzym R), tinh bột trong nông sản sè bị thủy phân tạo thành các đường đa và glucozơ.

Xenluloze và hemixelluloze

Các phân tử xenlulozơ rất bền vững. Chúng chỉ bị thủy phân trong môi trường axit hoặc dưới tác động của enzym xenlulaza. Tuy nhiên, hàm lượng enzym xenlulaza tương đối thấp trong các sản phẩm sau thu hoạch. Có rất ít sự biến đổi về cấu trúc của xenlulozơ trong quả chín hoặc trong nông sản bảo quản.

Hemixelluloze là một nhóm polysaccharide không đồng nhất, có liên kết chặt chẽ với xenlulozơ. Các thành phần cấu tạo của phân tử hemixenlulozơ gồm glucozơ, galactozơ, mannozơ, xylozơ và arabinozơ. Hàm lượng hemixenlulozơ trong rau từ 0,2-3,1%, trong quả là 0,3-2,7%. Chúng có cấu trúc bền vững. Trừ một số trường hợp đặc biệt, hemixcnlulozơ trong nông sản không bị phân giải để tạo năng lượng cho tế bào.

Hợp chất pectin

Trong quá trình chín, các protopeclin dưới tác dụng của enzym polygalacturonaza sẽ bị thủy phân thành đường, rượu etylic và pectin hòa tan, làm cho quả mềm.

Tuy hệ tiêu hóa của con người không có các enzym phân giải được các hydratcarbon trên, nhưng chúng đóng vai trò quan trọng là các chất xơ giúp tăng cường nhu động ruột, hỗ trợ tiêu hóa và chống táo bón.

Hợp chất có chứa nitơ

Ngược lại với quá trình sinh trưởng của cá thể nông sản là giai đoạn tích lũy protein, nhiều loại nông sản sau khi thu hoạch và trong quá trình bảo quản xảy ra quá trình phân giải protein thành các cấu trúc đơn giản hơn như các hợp chất chứa nitơ, các mạch peptit và axit amin. Cho nên, tuy hàm lượng nitơ tổng số trong nông sản hầu như không thay đổi nhưng hàm lượng nitơ protein giảm xuống và nitơ phi protein tăng lên. Hiện tượng này sẽ làm giảm chất lượng protein trong nông sản, ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của chúng.

Chất béo (lipit)

Đối với những nông sản chứa nhiều chất béo, trong quá trình bảo quản có thể xảy ra các quá trình phân giải chất béo tạo thành các axit béo, andehit và xêtôn làm cho sản phẩm có mùi ôi, khét, chỉ số axit của chất béo tăng lên và phẩm chất bị giảm. Hiện tượng phân giải chất béo này thường xảy ra theo hai quá trình :

• Quá trình thủy phân chất béo: Dưới tác dụng của enzym, các axit béo bị thủy phân thành axit béo và glyxerin, nếu tiếp tục quá trình hô hấp và bị oxy hóa hoàn toàn sẽ tạo ra CO2, nước và giải phóng năng lượng.
• Quá trình oxy hóa chất béo: Các axit béo bị oxy hóa bởi oxy của không khí trong môi trường bảo quản. Nếu sản phẩm chứa nhiều axit béo không no thì quá trình này xảy ra càng mạnh. Quá trình này xảy ra phức tạp theo nhiều đường hướng biến đổi khác nhau, tạo thành các sản phẩm aldehit, xêtôn, axit béo và một số sản phẩm trung gian như rượu.

Vitamin, chất khoáng và các axit hữu cơ

• Vitamin B1 có nhiều trong ngũ cốc nhưng dễ bị oxy hóa bởi nhiệt độ và ánh sáng. Ngoài ra nó còn mất mát rất nhiều qua các hoạt động xay xát và chế biến (gạo trắng có rất ít so với gạo lật).
• Vitamin C có nhiều trong ổi, đu đủ, cam quýt, súp lơ, ớt. Tuy nhiên, vitamin c lại dễ bị oxy hóa và bị chuyển thành dạng dehydroascorbic dễ bị phân hủy dưới tác dụng của nhiệt độ.
• Chất khoáng không thay đổi nhiều trong bảo quản. Tuy nhiên, nếu bị côn trùng ăn hại, chất khoáng cũng tổn thất đáng kể.
• Các axit hữu cơ cùng là nguyên liệu cho quá trình hô hấp. Tuy nhiên, phần lớn các loại rau quả đều tích lũy lượng axit hữu cơ nhiều hơn so với yêu cầu hô hấp, lượng này thường được giữ lại trong các không bào. Axit hữu cơ giảm trong quá trình bảo quản, một mặt là do cung cấp cho quá trình hô hấp, mặt khác nó còn tác dụng với rượu sinh ra trong rau quả tạo thành các este, làm cho rau quả có mùi thơm đặc trưng.

Hợp chất bay hơi

Chất bay hơi tạo ra chủ yếu trong quá trình chín rau quả là ctylen, chiếm tới 50-75% tổng lượng carbon dành cho sinh tổng hợp các chất bay hơi. Tuy nhiên etylen không tham gia vào chức năng tạo mùi cho nông sản.

Mùi của nông sản sẽ giảm mạnh khi bảo quản trong điều kiện thiếu oxy nghiêm trọng.

Sắc tố

Đối với các nông sản loại quả, sự thay đổi màu sắc từ xanh sang vàng, da cam hoặc đỏ thường là một tiêu chí cho người tiêu dùng về sự chín của sản phẩm. Quá trình này xảy ra do sự phân giải, phá vỡ cấu trúc của chlorophyl, có thể do thay đổi pH (chủ yếu là do các axit hữu cơ được giải phóng ra khói không bào), quá trình oxy hóa hay dưới tác dụng của enzym chlorophyllaza. Các carotenoid thường là các hợp chất bền vững được tổng hợp trong quá trình phát triển của nông sản, và thường vẫn còn nguyên vẹn khi quá trình già hóa diễn ra. Việc mất chlorophyl thường đi kèm với việc tổng hợp, hoặc lộ ra các sắc tố đỏ hoặc vàng của carotenoid,

Anthocyanin có thể tồn tại trong không bào, nhưng thường là trong lớp bicu bì. Anthocyanin cho các màu mạnh mà thường che lấp đi màu của chlorophyl và carotcnoid.