Koncentrace etylenu v chladírenské komoře
Etylen má v klimakterických plodech jako jsou jablka významné postavení, které se odvozuje z klimakterické křivky zrání. Bude-li plod sklizňově zralý, pak se předpokládá jen nevýznamná biogeneze v biochemickém cyklu přeměny aminokyselinu methioninu. Pokud etylen už vznikne, pak se nejprve hromadí ve vnitřní atmosféře plodu v koncentracích, které nepřekračují 0,1 ppm (0,1 ml/l). Dalším zráním na stromě nebo ve vyšší teplotě po odtrhnutí plodu, se koncentrace etylenu ve vnitřní atmosféře plodu významně zvyšuje, v horší variantě o jeden logaritmický řád. Extinkční bod IEC zahajuje klimakterické období zrání a trvale se zvyšuje. Bude-li však plod jablka zralejší a časově už bude za vznikem IEC v plodu, pak dodatečné snižování etylenu ve vnější atmosféře je neúčinné. Důvod tohoto stavu je vcelku jednoduchý a odvozuje se z difusního uvolňování etylenu z vnitřní atmosféry plodu do vnějšího prostředí. V tomto případě c in > cout, přičemž c in je výsledkem progresivní biosyntésy etylenu ve vnitřních strukturách. Etylen je tu přirozeně se vyskytující organická sloučenina, která je bezbarvým plynem, snadno difunduje do tkáně do tkáně a vzniká z methioninu prostřednictvím klíčových enzymů ACC synteázy a ACC oxidázy. Procesy zrání v kritické fázi začínajícího zrání, které se nejprve odehrávají na vnitřní atmosféru plodu, po její dostatečné saturaci přechází přes dužninu plodu a slupku do vnější atmosféry. Tento děj podléhá difuzi, takže plody s vyšší koncentrací etylenu ve vnitřní atmosféře, budou-li uloženy do atmosféry v nižší koncentrací etylenu, například při zchlazování skladovacího prostoru, budou rychleji dozrávat, protože bude stále vyšší koncentrace etylenu uvnitř plodu. Difuzní pohyb etylenu mezi plodem a vnější atmosférou probíhá na principu koncentračního rozdílu.
Aktivační a inhibiční účinky etylenu ve vazbě na růstové fáze rostliny
Odezva rostliny k etylenu má dva účinky:
- Etylen stimuluje: biogenesi etylenu ve zrajících klimakterických plodech, zrání plodů, syntézu antokyanových pigmentů, destrukci chlorofylu a žloutnutí, klíčení semen, náhodnou tvorbu kořenů, dýchání, metabolismus fenylpropanoidů, kvetení bromélií, přirozené oddělení částí rostliny, listů a zrajících plodů, stárnutí pletiv.
- Etylen inhibuje: syntézu etylenu ve vegetačních pletivech a v neklimakterických plodech, vývoj květů u většiny rostlin, transport auxinu, prodlužování výhonků a kořenů (růst), normální orientace mikrofibril buněčné stěny. Stejná etylenová odezva může být prospěšná v jednom systému a v jiném systému může být škodlivá. Bude-li etylenovou odezvou odzelenění citrusů, jako zrychlení chlorofylové ztráty, pak žloutnutí zelených zelenin je nežádoucím škodlivým dějem. Také platí, že obrana proti patogenům stimuluje fenylpropanoidní metabolismus, jehož škodlivost vede k hnědnutí pletiva a tvorbě hořké chuti.
Posouzení zralosti jablek v období sklizňové zralosti
V provozní praxi jabloňových výsadeb se v této fázi určení stupně zralosti uplatňuje jodová zkouška, v níž se zaznamená dynamika ztráty škrobu na řezné ploše plodu jablka. V sadech s vyšším podílem odrůd se snadno rozliší jejich stupeň zralosti a stanoví se jejich sklizňové pořadí. Metodicky se postupuje tak, že připraví jodový roztok, kdy se naváží 10 g pevného jodu a zaleje se 4%-ním jodidem draselným a doplní na 1 litr a uchovává se v tmavé láhvi. Samotný jod není ve vodě rozpustný, ale v roztoku svojí soli. Odběr jablek dané odrůdy se v sadě provádí v 5 až 7 denních intervalech na řezné ploše jablka, kolmé k ose stopka a kalich. Plocha modrého zabarvení se porovná s 9-četnoi stupnicí, která uvádí zbytkový škrob a z toho odvozený stupeň zralosti daného vzorku. Bude-li škrob v intervalu hodnot 3,4 až 5, bude koncentrace etylenu ve vnitřní atmosféře ve fázi počáteční biogenese etylenu. Pak sklizňově zralá jablka budou vhodná pro dlouhodobé skladování jablek v ŘA a ULO. V ovocnářské praxi se jodová zkouška používá od počátku 90. let a hojně se užívá v chladírnách s řízenou atmosférou.
Klimakterické plody produkují etylen
Typický průběh zralosti zahrnuje několik fází, v nichž produkce etylenu se podílí na jejich jakosti. Klimakterické plody (jablka, hrušky, meruňky, broskve, švestky a slívy, avokádo, banány, ananasový meloun, fíky, guava, rajčata, okurky, sapote) vykazují výrazné zvraty v průběhu růstové fáze a následného dozrávání. V období nejnižší intenzity dýchání (klimakterické minimum) je plod sklizňově nezralý a zahajuje se fáze zrání, která je fyziologicky ukončena konzumní zralostí (klimakterické maximum). Následná fáze, v níž intenzita dýchání má stále klesající tendenci, se označuje jako stárnutí plodu (senescence).
Vizuální vzhled stimuluje etylen mnoha druhů ovoce, zpoždění zrání se do této kategorie promítá s vědomím mnoha změn v příslušné technologii. V jablkách a rajčatech je pigmentová syntéza stimulována etylenem až po rozložení chlorofylu. Při ošetření paprik ethefonem v koncentrace 2000 pm provedené ve fázi jen dvou plodů zbarvených se dosáhne plné zralosti ve srovnání s kontrolou, u níž bylo zbarveno jen 30 %. Účinek etylenu na texturu plodu jablek se ukazuje jako nežádoucí měknutí během Odstranění etylenu nebo inhibice jeho účinku může potlačovat barevné změny a prodlužuje skladování vybraných druhů jakkoliv jiné parametry zrání( měknutí, rozpustná sušina, organické kyseliny, vůně a aroma) mohou být méně inhibovány, takže vzhled plodu zůstává na dostatečné úrovni, zatímco jiné parametry kvality klesají na nepřijatelné hladiny. Dokonce nízké koncentrace etylenu mohou ovlivnit pevnost kivi, které při skladování nesnesou vyšší koncentraci etylenu než 30 ppb. což při ŘA skladování vede k rychlému měknutí. Podobně změna etylenu v prostředí ovlivňuje pevnost melounů, Jejich uložení v řízené atmosféře (10 % CO2 a 10 % O2) bylo zhoršeno, když z ambientní atmosféry se zachycoval etylen na sorbent. Všeobecně platí, že zvýšení vůně a chuti je stimulováno zráním plodů. Významná aromatická sloučenina v plodech jablek. (Z)-3-hexenal byla o 31 % vyšší na dozrávajících na plodonoších , než jablkách sklizených v zeleném stavu, v níž obsah stejné látky byl pouze 17 % v jablkách bez přítomnosti etylenu v ambientní atmosféře.
Koncentrace etylenu v atmosféře chladírenské komory
Koncentrace etylenu a dalších plynných sloučenin, které vykazují stupeň odorizace, je výsledkem bilance mezi jejich produkcí a stupněm zřeďování, nejčastěji venkovním vzduchem. Na počátku skladování, po uzavření chladírenské komory, aniž by byla uzavřena hermeticky, je hromadění těchto plynných složek zanedbatelné, protože plodiny teprve zahajující fázi zásadní biosyntézy, která se teprve v dalším průběhu významně aktivuje, zejména u jádrového ovoce. Vysokou hladinu etylenu v komerčních chladírenských komorách, u nichž při dlouhodobém skladování jablek se dosahuje 200 - 300 ml/m3 [ppm]) je pak nutné systematicky sledovat a podle zjištěných koncentrací upravovat režim větrání venkovním vzduchem.
Koncentrace etylénu v některých českých chladírnách, které byly v ŘA a ULO se pohybovaly v koncentracích do 2 ppm, pokud byly odrůdy skladovány v koncentracích kyslíku do 0,6 % kyslíku a 1 % CO2 , získané hodnoty vznikly v experimentálních podmínkách uplatnění FAN (fluctuating anarobic atmosphare) (graf 4). Na grafu 1 jsou měřené koncentrace etylenu ve velkokapacitních chladírenských komorách o kapacitě 200 t, které byly u zavřeny v období sklizňové zralosti odrůd podle jodové zkoušky. Na grafu 3 jsou koncentrace etylenu rovněž platné pro velkokapacitní komoru zaplněné stejnou odrůdou, ale doba zaplnění komory se protáhla na 14 až 21 dnů. Koncentrace etylenu ve střední části grafu patří pro komory s odrůdou Golden Delicious, které byly z několika lokalit v blízkosti chladírny. Naopak v prvních třech komorách byl skladovaný Idared, který jako odrůda jen málo produkuje etylen. V grafu uvedené jako poslední dvě komory byly směsí dvou odrůd (Golden Delicious a Jonagold), v níž nižší podíl Jonagoldu přispěl k nižší koncentraci etylenu . Na grafu 2 jsou uvedeny odlišné hodnoty etylenu (chladírna Veleboř) pro ULO a ŘA), které ilustrují kumulaci etylenu v obou skladovacích prostředích.
|
Graf 1 |
|
Graf 2 |
|
Graf 3 |
|
Graf 4 |
Odběr vzorků z ambientní atmosféry chladírenské komory
Atmosféra v plynotěsné i neplynotěsné komoře zahrnuje přímo promíchávanou atmosféru vytvořenou ventilátory výparníků a atmosféru uvnitř velkoobjemových beden. Z prostředí velkoobjemových beden se plynné složky uvolňují difuzí do volně promíchávaného prostoru. Pohyb plynných částic běhen difuze je závislá na rozdílu koncentraci částic ve volně promíchávaném prostoru a koncentrací v nepromíchávaném prostoru. Proto odběr vzorku z velkokapacitní komory je vždy dlouhodobě průměrný a přes odběrné místo, které bývá v chladírenských vratech, se nasací pumpou převede v mírném přetlaku do transportní nádoby. V provozní laboratoři se odebere 1 ml plynného vzorku a metodou plynové chromatografie se výsledek uvede v ul/l (ppm).
Odstraňování etylenu z řízené atmosféry
V chladírenských komorách pro řízenou atmosféru, které jsou plynotěsné je nutné fyziologicky nadbytečné koncentrace vyřešit technickými prostředky při nichž se využije katalytické oxidace (při teplotě 100-120°C za přítomnosti katalyzátorů manganu a mědi). Komerční zařízení jsou od společnosti Van Amerongen (Nizozemsko), Swingtherm (Italie), Absorger (Francie), Bessseling (Nizozemsko). Použití manganistanu draselného (KMnO4) je jedním z široce používaných prostředků pro odstraňování etylenu. Účinnou sloučeninou je Purafil, v němž se v prvním stupni etylen absorbuje a následně oxiduje na CO2 a vodu a zanechává zbytky MnO2 a KOH. Redukce účinnosti je podporována vysokou vzdušnou vlhkostí. V poslední dekádě se do komerční praxe zavedly aplikace měření in situ v místech přirozené tvorby etylenu za použití přenosných analytických jednotek, které detegují ethylen až v koncentraci 10 ppb.
Souhrn získaných výsledků
Koncentrace etylenu ve velkokapacitních chladírenských komorách s kapacitou 200 t a technologii ŘA a ULO je nízká a závisí na době skladování a odrůdě. Dlouhodobě se dodržuje zásada odděleného skladování ovocných druhů a u jablek oddělené skladování odrůd. Rovněž platí, že sklizňová zralost odrůd jablek se odvozuje z hodnot jodové zkoušky, kterou se zaručuje nízká koncentrace etylenu ve vnitřní atmosféře jablek. Relativně vysokých koncentrací etylenu se dosahuje v komorách se skladovanou odrůdou Golden Delicious.
