Trái cây chín là một giai đoạn bình thường trong chu kỳ sinh trưởng của cây trồng. Tiến trình này nhanh chậm tùy thuộc vào trạng thái sinh lý của giống cây trồng nhưng trong đa số trái cây thực phẩm cho người tiêu dùng như cà chua dưa hấu và đu đủ là sự chín xảy ra rất nhanh gây nên những thiệt hại cho cả người trồng trọt và khách tiêu dùng.

Do trái cây chín nhanh nên nhà trồng trọt thường cố ép thu hoạch sớm khi trái cây chưa chín, chưa đủ độ phát triển, chưa đạt tới thành phần dinh dưỡng của trái chín mong muốn cho người sử dụng, và nhà thương mại bằng mọi cách tạo ra trái cây chín giả tạo, không đủ thành phần hóa học của độ chín.

Hiện nay các khoa học gia đã nghiên cứu để tìm ra phương pháp làm chậm tiến trình chín của trái cây giúp nhà trồng trọt có thể chủ động tiêu thụ nông sản và đảm bảo cho người tiêu dùng có thể sử dụng những trái cây tươi có giá trị dinh dưỡng.

Vì sao cần trái cây chín chậm

Khi điều khiển được sự chín sẽ làm thời hạn sử dụng sản phẩm tăng lên mang lại lợi ích cho cả người sản xuất và người tiêu dùng. Bảo đảm về chất lượng rau quả trên thị trường. Nông dân yên tâm khi vận chuyển sản phẩm của mình trong một khoảng thời gian dài mà không cần phải bảo quản lạnh. Giảm thiệt hại sau thu hoạch. Kéo dài thời hạn sử dụng, người tiêu dùng yên tâm sử dụng trái cây tươi và đảm bảo dinh dưỡng.

Trái cây chín như thế nào

Ðể có trái cây chín trước hết ethylene giúp hoạt hóa men amylase trong trái cây, giúp thủy phân tinh bột tạo ra những loại đường làm chúng ta có cảm nhận được vị ngọt của trái cây. Trái chuối là một ví dụ khi xanh không có vị ngọt nhưng sau khi chín trái có vị thơm ngon. Tùy theo loại trái cây, có tỷ lệ hình thành đường khác nhau do vậy vị ngọt của các loại trái cây cũng đa dạng và thay đổi theo mức độ chín. Theo nguyên tắc này khi muốn trái cây chín nhanh cũng có thể ngâm ủ trong ethylene, hoặc những hợp chất kích thích hình thành ethylene.

Một số trái cây không trữ lượng tinh bột trong khi phát triển mà vị ngọt có là nhờ sự phân hủy đường saccharose đã được tích lũy từ giai đoạn đầu của trái. Loại trái cây này phải được hái khi chín tới thì nó mới có vị thơm ngon.

Trái cây chín cùng với sự biến đổi điều kiện vật lý như cấu trúc thành tế bào, áp suất thẩm thấu thay đổi, các phản ứng hoạt hóa hóa học hình thành đưa tới việc tổng hợp các mùi vị đặc trưng của các loại trái cây.

Trái chín chuyển màu

Ban đầu trái cây có màu xanh của diệp lục tố, khi chín dưới ảnh hưởng của ethylene phần lớn các loại trái cây đều thay đổi màu sắc như cà chua màu xanh trở thành đỏ, trái chuối có màu vàng, tuy nhiên cũng không ít trường hợp trái cây vẫn giữ nguyên màu ban đầu như một vài loại ớt, trái bơ. Khi hình thành ethylene trong nội bào, chúng sẽ hoạt hóa các men phân giải sắc mầu hoạt động, màu xanh của diệp lục tố sẽ bị phân hủy tạo nên những màu sắc hiển thị cho tùy loại trái cây.

Có hai loại sắc tố chính là carotenoid như beta-caroten sẽ cho màu vàng cam và nhóm anthocyane như pelargonidol cho sắc màu đỏ.

Khi chín độ cứng của trái cây thay đổi

Hợp chất ethylene cũng hoạt hóa các men pectinase giúp thủy phân pectin (loại chất giữ cho trái cây cứng) khi hoạt động của men này chúng ta cảm nhận trái cây chín sẽ mềm hơn.

Hình dạng của trái cây và vỏ của trái cây do các thành phần tạo nên sự trương cứng của mô và tế bào của trái cây. Những thay đổi thành phần của sự trương cứng sẽ làm thay đổi cấu trúc của trạng thái của mô và tế bào và làm thay đổi độ cứng của trái cây, đây là kết quả hoạt hóa các hoạt động của các men thủy phân được tổng hợp trong lúc trưởng thành dưới sự có mặt của ethylene dẫn tới thay đổi cấu trúc tế bào và mô làm mất đi sự kết dính giữa các tế bào và những thay đổi áp suất thẩm thấu, kết quả làm cho trái cây mềm.

Vai trò quan trọng của Ethylene trong tiến trình chín của quả

Thông thường trái cây chín phần lớn là có vị ngọt, ít xanh, trái mềm chín, tuy nhiên khi trái chín vị chua và vị ngọt cũng tăng lên tùy theo loại trái cây. Các phản ứng dẫn tới trái chín do có mặt của hợp chất ethylene trong trái cây. Ethylene là một sản phẩm hình thành trong giai đoạn phát triển của cây trồng, nhất là điều hòa sự chín của trái cây. Trong tế bào, ethylene được hình thành từ acid amin Methionin. Sự có mặt của ethylene trong trái cây là tín hiệu cho hoạt động của nhiều loại enzyme khác nhau dẫn đến những thay đổi sinh lý như: quả thay đổi màu sắc từ xanh sang đỏ, mềm và có mùi vị khác nhau. Ethylene làm nhanh tiến trình chín của rất nhiều loài quả như: chuối, dứa, cà chua, xoài, dưa hấu và đu đủ. Ethylene tạo ra ở nhiều nồng độ khác nhau phụ thuộc vào trạng thái sinh lý và giống cây trồng.

Khi trái chín thành phần ethylene được tạo ra trong tế bào dẫn tới thay đổi hay hoạt hóa một số men trong trái cây bao gồm: men amylase, giúp thủy phân tinh bột tạo ra những đường đơn làm chúng ta có cảm nhận được vị ngọt của trái cây. Men pectinase giúp thủy phân pectin (loại chất giữ cho trái cây cứng) khi hoạt động của men này trái chín sẽ mềm hơn. Các men khác giúp giảm màu xanh của chất diệp lục thay vào đó là những màu vàng, xanh hoặc đỏ, như trái cà chua, trái ớt lúc đầu có mầu xanh khi chín có màu vàng, đỏ.

Chính vì vậy, tạo hàm lượng ethylene giảm là mục tiêu ứng dụng để kéo dài thời gian bảo quản trái cây.

Làm sao để trái cây chín chậm

Thành phần có vai trò lớn là ethylene, đây là chất kích thích sự chín của trái cây, chính thành phần này dẫn tới sự già hóa của cây xanh. Do đó khi sử dụng các biện pháp hoặc chất chống lại tác dụng của ethylene sẽ làm chậm sự chín của trái cây. Ethylene thải ra trong tế bào còn làm tăng độ hô hấp, do đó làm giảm nhanh lượng chất khô dự trữ, hao hụt khối lượng tự nhiên lớn nên chất lượng trái cây giảm nhanh trong thời gian bảo quản.

Một số sản phẩm làm giảm tiến trình chín của trái cây

Các sản phẩm oxy hóa mạnh như tia cực tím, ozon sẽ oxy hóa và giảm hoạt động của ethylene.

Có thể kéo dài thời gian bảo quản khi dùng ion kim loại nặng, các ion kim loại dễ ức chế tiến trình chuyển triptophan thành chất tiền thân của ethylene.

Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật có tác dụng làm thay đổi khả năng tạo thành ethylene, những tỷ lệ của gibberelline, auxine, brassinosteroid, abscisic acid, cytokinine... có tác động tới các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của thực vật.

Công nghệ sinh học và điều khiển sự tổng hợp ethylene

Công nghệ sinh học có thể điều khiển hàm lượng ethylene tạo ra trong thực vật nhằm tạo ra khả năng chín chậm của trái cây theo một số phương pháp sau đây:

1) Ức chế sự biểu hiện của gen ACC synthase và gen ACC oxidase. (ethylene được chế tạo trực tiếp từ acide-1-aminocyclopropane (ACC) do đó làm chậm sự chín của quả

2) Chuyển một loại gene nhận được từ một vi khuẩn đất. Vi khuẩn này có khả năng chuyển hóa ACC thành một phân tử khác, nhờ vậy làm giảm lượng ACC có thể nhận được để tạo ethylene.

Gene và trái cây chín chậm

Khi ethylene có tín hiệu bắt đầu cho việc chín quả, việc làm chậm quá trình chín có thể đạt được bằng cách biến đổi thành phần hình thành ethylene. Các khoa học gia đã nghiên cứu loại gene khi đưa vào thực vật sẽ làm mất hoặc giảm hình thành sản phẩm gây chín - Ethylene. Một loại men giúp phân giải pectin, sản phẩm giúp độ cứng cho thành tế bào thực vật. Khi thủy phân pectin đó là lúc bắt đầu chín của trái cây, làm cho mềm trái cây. Ðể tạo ra trái cây chín chậm bằng phương pháp này, các nhà khoa học đã chuyển gen antisene hoặc một đoạn bản sao của gene phân giải protein vào trong genome của thực vật dẫn đến sự ngăn cản tạo ra men phân giải pectin. Làm trái cứng của trái cây tồn tại được lâu bền hơn.

Cà chua chuyển gene gây chín chậm

Cây cà chua chuyển gene Flavr-Savr TM được tạo ra bởi công ty Calgene lần đầu tiên được chấp nhận trên thị trường Hoa Kỳ vào năm 1994. Sau khi nghiên cứu cà chua chín chậm do chuyển gene, các cơ quan quản lý của Hoa Kỳ đã có kết luận trái cây có độ an toàn cho người sử dụng, cà chua tạo ra nhờ công nghệ này có thành phần dinh dưỡng giống như cà chua thông thường và không có sự sai khác về mức độ dị ứng cũng như độc tố so với quả bình thường. Ngoài ra, các thử nghiệm đồng ruộng cho thấy cà chua chín chậm không gây ra bất kỳ một sự đe dọa nào tới những thực vật và những sinh vật có ích khác.

Chuyển gene chín chậm đang ứng dụng trong đời sống

Chuyển gene chín chậm đang ứng dụng có hiệu quả với cà chua, dưa hấu và đu đủ. Hiện nay chuyển gene chín chậm cũng giúp ích trong nghề trồng hoa và các thử nghiệm đang áp dụng công nghệ này để làm chậm lại héo của hoa duy trì thời gian hoa tươi lâu. Chuyển gene chín chậm còn được áp dụng cho cây đu đủ. Công nghệ này có thể làm tăng đáng kể hàm lượng dinh dưỡng của quả khi đến tay người tiêu dùng