„A” melléklet A „Journal of Stored Product Research 39 (2003) 33-44” cikk alapján hiteles fordítással Szerzők: F. Mendez, C.P. Woloshuk – Department of Botany and Plant Pathology, Pardue University, 1155 Lilly Hall, West Lafayette, IN, 47907 USA D.E. Mailer - Department of Agricultural and Biological Engineering, Pardue University, 1155 Lilly Hall, West Lafayette, IN, 47907 USA L.J. Mason - Department of Entomology, Pardue University, 1155 Lilly Hall, West Lafayette, IN, 47907 USA Elfogadva: 2002. január 9.
*** - szerk. megjegyzése
Az ózon behatolása elraktározott gabonaoszlopokba, és hatása a kémiai összetételre és a feldolgozási teljesítményre ___________________________________________________________________________ Kivonat Korábbi vizsgálatok kimutatták az ózonkezelés hatékonyságát az elraktározott gabonában található rovarok és gombák megfékezésében. Az ózon, mint kártevőirtó, hatékonyságának további értékelése céljából ezen tanulmány megvizsgálta az ózon áramlásának sajátosságait a kukoricánál kevésbé porózus gabonában, mint például a búza, és magas ózon koncentrációnak (50 ppm) való hosszú kitettség hatásait a végfelhasználónak szánt gabona minőségére. Az ózon áramlása egy 3 m-es búzaoszlopban hasonló volt a korábban megfigyelt kukoricaoszlopban való áramláshoz, ahol az első fázisban az ózon gyorsan degradálódott (elbomlott***) ahogy az ózonfront átvonult a gabonán, és a kettes fázisban ahol az ózon szabadon áramlott a gabonában csekély degradációt mutatva. Az ózon áramlási sebességének növelése 0,02 m/s-ról 0,04 m/s-ra elősegítette az ózon mélyebbre hatolását a búzában az első fázisban. A gabonák 50 ppm koncentrációjú ózonnal való 30 napos kezelésnek nem volt káros hatása a kipattogott kukorica tömegére, a szójabab, a búza és a kukorica zsír- és aminosav összetételére, a búza és kukorica őrlési tulajdonságaira, a búza sütési tulajdonságaira és a rizs ragacsosságára. Ezen adatok azt mutatják, hogy amennyiben szükség van ismételt ózon kezelésekre, az ilyen kezelések nem csökkentik a végfelhasználónak szánt gabona minőségét. © 2002 Elsevier Science Ltd. (Minden jog fenntartva) Kulcsszavak: fumigáció, ózon, szemminőség, kártevőírtás ___________________________________________________________________________
1
1. Bevezetés Az ózon erős oxidálószer, amely számos területen előnyösen felhasználható. Az ózont alkalmazzák vízkezelésben fertőtlenítésre, szag, íz és szín megszüntetésére, kártevőírtó szerek, szervetlen és szerves vegyületek eltávolítására. (Legeron, 1984; Suffet et al., 1986; EPA, 1999). A mezőgazdaságban az ózont többek között a zöldségek és gyümölcsök raktározására és tartósítására, a romlandó élelmiszerek felületi szennyeződéseinek eltávolítására, és a gyártási eszközök, víz és csomagoló anyagok fertőtlenítésére használják. (Graham, 1997). Kiértékeltük, hogy az ózon milyen hatékonysággal irtja az elraktározott gabona kártevőit. Az ózon előnye, hogy a bomlási végterméke oxigén, így nem hagy maga után nemkívánatos maradványokat, helyben előállítható, így nem szükséges vegyszerek tárolóedényeit raktározni és elszállításukról gondoskodni. Korábban 92-100%-os halálozási arányt mutattunk ki a kifejlett kukorica zsizsikeknél, Sistophilus zeamais (Motschulsky), az aszalványmoly, Plodia interpunctella, lárváinál (Hübner), a kifejlett rizsliszt zsizsikeknél, Tribolium castaneum (Herbst), fertőzött kukoricában 3 napos 50 ppm koncentrációjú ózonnal történő fumigáció eredményeként. Ez a kezelés szintén jelentősen lecsökkentette a mag felületén lévő Aspergillus parasiticus Speare és egyéb gombák életképességét is (Kells et al., 2001). Az ózon rendkívüli reaktivitása egyedi kihívások elé állít bennünket abban, hogy hatékonyan át tudjuk áramoltatni az ózont a gabonatömegen. Az ózon gabonán történő átáramlásának két különálló fázisáról beszélhetünk (Strait, 1998; Kells et al., 2001). Amikor a gabonát először kezelik ózonnal (1-es fázis), a gabonán átáramló ózon koncentrációja lecsökken, mivel a szem felületén és a szem körül lévő anyagokkal való interakció gyorsan lebontja az ózont. Amint ezek a reaktív felületek megszűnnek, az ózon szabadon áramlik a gabonán át, a gabona tömege által okozott csekély lebomlás mellett. A gabona ekkor a 2-es fázisba kerül. Az ózon kukoricaoszlopon történő átáramlásáról szóló előző tanulmányunk azt mutatta, hogy a látható 0,03 m/s-os sebesség optimális volt a 85%-os ózon koncentráció elérésehez az ózongenerátortól a 2,7 m-es gabona mélységig 0,8 nap alatt az 1-es fázis során. Amint a 2-es fázisba léptünk, 90%-os ózon koncentrációt értünk el kevesebb, mint 0,5 nap alatt 0,02 m/s-os látható sebesség mellett. Ezen sebességek elérhetőek standard szellőztető ventilátorokkal, ami arra enged következtetni, hogy az ózonnal történő fertőtlenítés kukoricatároló tartályokban (silótárolókban***) megvalósítható. 2
Ezen tanulmányban két fontos, az ózonnal történő fertőtlenítés hatékonyságával kapcsolatban felmerülő kérdésre adunk választ: 1) Milyen áramlási tulajdonságai vannak az ózonnak a kukoricánál kevésbé porózus gabonáknál, mint például a búza? 2) Milyen hatást gyakorol a magas koncentrációjú (50 ppm) ózonnal való hosszadalmas kezelés a gabona minőségére a végfelhasználók szempontjából? Strait (1998) korábbi tanulmányai kimutatták, hogy a kukorica ózonnal történő kezelése nincs káros hatással a csírázásra. Ebben a tanulmányban az 50 ppm koncentrációjú ózonnal történő 30 napos fertőtlenítés a kipattogott kukorica tömegére, a szójabab, búza és kukorica zsír és aminosav összetételére, a búza és kukorica őrlési tulajdonságaira, a búza sütési tulajdonságaira és a rizs ragacsosságára gyakorolt hatásait vizsgáltuk.
2. Anyagok és módszerek 2.1. Az ózon behatolása a búzaoszlopokba Három oszlopot (0.57 m átmérőjű, 3 m magas), amelyek leírása megtalálható Kells et al. –nál (2001), megtöltöttünk 0,75 tonna kemény téli búzával. Amint azt Kells et al. (2001) leírja, 50 ppm koncentrációjú ózon került áramoltatásra három látható légsebességgel (0,02, 0,03 és 0,04 m/s) a Heating Recovery System (Carmel, IN) által gyártott generátor segítségével. Az áramlási sebességet egy 5,1 cm-es DA-4 (Davis Instruments, Hayward, CA) szélmérővel mértük az összekötő csőnél, amely az ózon generátort csatlakoztatta az oszlopokhoz. Az ózonkoncentrációt egy Diasibi Ozone Analyzer HC (Glendale, CA) segítségével mértük 0,3; 0,9; 1,5; 2,1 és 2,7 m-es mélységekben és az oszlop gázterében, amint azt Kells et al. (2001) leírja. Az oszlopokban mért ózonkoncentráció a 0,3 m-es mélységben mért ózon százalékaként került feljegyzésre (Kells et al., 2001).
2.2. Gabonaminőségi tanulmányok Négy kicsi, 25 l-es tárolót építettünk összekötve két 12,5 l-es műanyag vödröt (30 cm magas, 23 cm átmérőjű), amelyek hengert formáltak. Egy-egy perforált acél lemezt helyeztünk el 5 cm-re mindegyik tároló aljától, ily módon kialakítva a gázteret. Egy-egy, kimenet- és bemenetként szolgáló, műanyag összekötő elem (2,5 cm belső átmérőjű [ID]) került elhelyezésre mindegyik tároló tetejének a közepében és az aljukban. A következő 3
gabonaféléket helyeztük el rétegesen és ebben a sorrendben a négy tárolóban alulról felfelé haladva: hántolatlan rizs (1,5 kg), pattogatnivaló kukorica (1,8 kg), puha piros téli búza (5,5 kg), szójabab (3,0 kg; Asgrow Ag 3701), kukorica (5,5 kg; Pioneer 34K77), és kemény piros téli búza (5,5 kg). Minden gabona réteget egy acélháló választott el egymástól (1,25 mm-es lyukakkal), hogy a gabonafélék ne keveredjenek egymással. A búzát a General Mills-től (Minneapolis, MN), a pattogatnivaló kukoricát az Ag Alumni Seed Improvement Association, Inc.-től (Romney, IN), a rizst pedig a Farmer’s Rice Cooperative-től (Sacramento, CA) szereztük be. A szójababot és a kukoricát a Post-Harvest Education and Research Center at Purdue’s Agronomy Research Centre-től szereztük be. Két tárolót 50 ppm koncentrációjú ózonnal kezeltünk 0,03 m/s látható sebesség mellett. A gázt az 1-es számú tároló tetején át juttattuk be, majd az alján távozott, és folytatta útját a 2-es tároló tetején át, és az alján át kiürült. Kontrollként a másik két tárolót ugyanilyen módon környezeti levegővel kezeltük. Az ózonkoncentrációt a Diasibi Ozone Analyzer HC (Glendale, CA) segítségével figyeltük oly módon, hogy a bemenetnél és a kimenetnél mértük az ózonkoncentrációt. A 0,03 m/s-os légsebességet mindkét kezelés esetében beállítottuk az 50 ppm koncentrációjú ózon termelésére szánt ózongenerátor beindítása előtt. A 30 napos ózonnal történő fertőtlenítés akkor kezdődött, amikor az 50 ppm koncentrációt elérte az ózon a 2-es tároló kimeneténél. 30 nap után minden gabona réteget kézzel eltávolítottunk, és a kémiai összetételben, valamint a végfelhasználást érintő tulajdonságokban történt változásokat értékeltük. 2.3. Az aminosavak és zsírsavak összetétele Az aminosavakat a 982.30-as, a zsírsavakat pedig a 963.22-es AOAC Hivatalos Módszerrel analizáltuk (Official Methods of Analysis of AOAC International, 2000). Az Iowa State University Grain Quality Laboratóriuma, Ames, IA, analizálta a kukoricát és a szójababot. A puha és a kemény búzát pedig a University of Missouri, Columbia, Experimental Station Chemical Laboratóriumai analizálták. 2.4 A főtt rizs tapadóssága A kezelés után a hántolatlan rizst a Farmer's Rice Cooperative-ba (Sacramento, CA) küldtük megőrlésre. Az őrölt rizs tapadósságát a Purdue-i Egyetemen egy TA.XT2i Anyagszerkezet Analizátorral (Texture Technologies Corp., Scarsdale, NY) vizsgálták meg Hamaker és Griffin (1990) módosított módszerével. Rizsmintákat (8 g) helyeztek el 40 ml-es 12 ml vizet vagy 5 mM-nyi ditiotreitolt (DTT) tartalmazó mérőpoharakban, majd 20 percig 4
rizsfőzőben főzték őket. A rizsmintákat ezután lezárt műanyag zacskókba helyezték, és hagyták kihűlni szobahőmérsékleten 30 percig. Egy réteg rizst (1,5 g) az analizáló szonda alá helyeztek. A szondát leengedték összenyomva a rizst 17 mm-re 10 másodpercig 100 illetve 200 g-os erővel. A tapadósságot aszerint mérték, hogy mekkora erő kellett ahhoz, hogy a szonda elszakadjon az összenyomott rizstől. Ezt az analízist 5-ször hajtották végre minden rizsmintán. 2.5. A kipattogott kukorica tömege A kipattogott kukorica tömegére irányuló méréseket az Agricultural Alumni Seed Improvement Association-nél, Inc. (Romney, IN) végezték el. A kipattogtatást megelőzően a mag nedvességét beállították 13,5%-os nedvesség alapra. 250 g-os kukoricaminták térfogat növekedését mérték meg egy Creators 2300-as volumetrikus kukorica pattogtatóval (C. Creators & Co., Chicago, IL). Minden mintát ötször teszteltek. 2.6. Kukorica őrlési teljesítménye Nedves és száraz kukoricaőrlési méréseket hajtottak végre a Corn Processing Kilogram Laboratóriumban (Illinois-i Egyetem, Champaign, IL). A nedves őrlési minőséget az Eckhoff et al. (1996) által leírt laboratóriumi léptékű őrlési eljárással határozták meg. A száraz őrlési teljesítményt a Corn Processing Kilogram Laboratórium SOP-650 módszerével állapították meg. 2.7. A búza őrlési és kenyérkészítési teljesítménye A búza őrlési és kenyérkészítési teljesítményének mérését a Hard Winter Wheat Quality Laboratóriumban (USDA/ARS, Manhattan, KS) hajtották végre. A hamutartalmat az American Association of Cereal Chemists (AACC) 08-01-es Módszerével, a fehérjét az AACC 46-30-as módszerével, a liszthozamot az AACC 26-10A-50-es módszerével, a lisztszínt az AACC 14-30-as Módszerével, a keverési toleranciát az AACC 54-40 A-as Módszerével, és a kenyérsütési teljesítmény tesztet az AACC 10-10 B-s Módszerével hajtották végre ( az AACC által jóváhagyott módszerek, 1995).
5
3. Eredmények bemutatása és következtetések 3.1. Az ózon behatolása a búzaoszlopokba
1. sz. ábra: Ózonkoncentráció különböző mélységekben egy 3 m-es búzaoszlopban, az 1-es fázisban, amint az ózont fölülről bevezetjük az (A) 0,02 m/s-os, (B) 0,03 m/s –os és (C) 0,04 m/s-os látható sebességgel. A gyűjtött adatok az ózonkoncentráció %-osan 0,9 m (+), 1,5 m (▲), 2,1 m (○) és 2,7 m (■) mélységekben a 0,3 m-es mélységben mért ózonkoncentrációhoz hasonlítva. A, B, C grafikon: Függőleges tengely: ózonkoncentráció %-ban Vízszintes tengely: napok
Az ózonnal történő fertőtlenítés célja az, hogy gyorsan olyan koncentrációjú ózonnal töltsük ki a gabonaszemek közötti teret, amely megöli a rovarokat. A hatékonyságot vizsgáló tanulmányok szerint az 50 ppm koncentrációjú ózonnal történő 3 napos fertőtlenítés az elraktározott gabonát támadó rovarok 92-100%-át elpusztítja (Kells et al., 2001). Az idő, amely ahhoz szükséges, hogy 2,7 m-es mélységben elérjük a célzott koncentrációt, az ózon 6
áramlási sebbeségének a függvénye, és annak, hogy a gabonatömeg 1-es vagy 2-es fázisú állapotban van-e. Ezen tanulmány kimutatta, hogy a búza a kukoricához hasonlóan viselkedik az ózonnal történő fertőtlenítés során. Az 50 ppm koncentrációjú ózon mozgását figyeltük meg három különböző légsebességnél (0,02; 0,03 és 0,04 m/s), amint átáramlott a 3 m-es búzaoszlopon (1. sz. ábra). A regressziós analízis alapján, a következő egyenlet írja le legpontosabban az ózon áramlását az olyan búzaoszlopokon át, amelyek először kerültek kapcsolatba ózonnal (az 1-es fázisban): C = 78,4 + 3,26V + 73,52In(T + 1) – 24,4[1n(T + 1)] – 4,44V1n(T + 1) – 16,57D + 0,84VD + 0,29D2 + 4,23D1n(T + 1); R2 = 0,90, P < 0,0001; ahol C = ózonkoncentráció %-ban, V = légsebesség (m/s) , T = idő (nap), és D = a búzaoszlop mélysége (m). 0,02 m/s-os légsebességnél az oszlop tetején befújt ózon több, mint 75%-a 2,5 nap alatt 2,7 m-es mélységig hatolt be (1. sz. ábra). A légsebesség 0,03 m/s-ra majd 0,04 m/s-ra való növelése 1,5 napra illetve 0,8 napra csökkentette a szükséges időt. A kukoricában a 0,02 m/s-os légsebesség az ózon több, mint 75%-át 2,7 m-es mélységig jutatta el 3,7 nap alatt, a sebesség 0,03 és 0,04 m/s-ra növelése a szükséges időt 1,3 napra csökkentette (Kells et al., 2001). Amíg a kukoricában az optimális sebesség 0,03 m/s-osnak bizonyult (Kells et al., 2001), addig a búzában ez 0,04 m/s-osnál magasabb is lehet. Azonban a 0,03 m/s-nál nagyobb légsebesség nem érhető el kereskedelmi tároló helyiségekben, mivel a gabonatömeg 35-40 m mély is lehet, és a statikus ellennyomás legyőzéséhez túlzottan nagy lóerőre lenne szükség a ventilátorok esetében. Ugyanúgy, mint a kukorica esetében, amint az ózon lebomlásáért felelős reaktív elemeket megszüntettük a búzaoszlopban, a búzán át az ózon a 2-es fázisnak megfelelően áramlott. Az ózonkoncentráció elérte a 80%-ot a 2,7 m-es mélységben 0,02 m/s légsebességnél 1 órán belül, 0,03 és 0,04 m/s-os légsebességnél 30 percen belül (2. sz. ábra). Az ózongenerátor egyik karbantartási időszaka folyamán a kísérleteket 30 napra felfüggesztettük. Ekkor a búzaoszlop a 2-es fázisban volt. Ezt követően az ózonkoncentrációt 0,03 m/s-os légsebességnél 2,7 m-es mélységben 1 órán belül újra elértük. Ez a megfigyelés azt bizonyítja, hogy a 2-es fázisos állapot egy bizonyos ideig stabil azután, hogy az ózon áramlása abbamaradt. Így az ózonkoncentráció gyorsan elérhető egy már korábban kezelt gabonatömegben, így csökkentve mind a gabona további kezeléséhez szükséges időt, mind annak költségeit. 7
2. sz. ábra: Ózonkoncentráció 2,7 m-es mélységben egy 3 m-es búzaoszlopban a 2-es fázisban, amint az ózont felülről bevezetjük a 0,02 m/sos(▲), 0,03 m/s –os (■) és 0,04 m/s-os (♦) látható sebességeknél. A mérések a 0,3 m-es mélységben mért ózonkoncentráció százalékai. Függőleges tengely: Ózonkoncentráció %-ban Vízszintes tengely: Órák
3.2. A gabona minőségét vizsgáló tanulmányok Annak érdekében, hogy meghatározhassuk a magas koncentrációjú ózonnal történő hosszú távú kezelés gabonaminőségre gyakorolt hatását, rétegesen elhelyezett gabonát tettünk ki 50 ppm koncentrációjú ózon hatásának 30 napot keresztül. A kezelés után a gabonarétegeket eltávolítottuk, és vizuálisan megvizsgáltuk. A rizs héja az 1-es tárolóban sötétebb barna volt, mint a kontroll kezelésen átesett rizs esetében. Az 1-es tárolóban elhelyezett rizsnek ecet szaga is volt. A 2-es tárolóban elhelyezett rizs színe és szaga is hasonlított a kontroll kezelésen átesett rizséhez. Az 1-es tárolóban elhelyezett, ózonkezelt rizs savas szaga csökkent az idő elteltével, de 4 hónappal a kezelés után még érezhető volt. Az őrlési eljárás során, amely eltávolította a pelyvát, az aleuron réteget, a maghéjat és a belső burkot, mind a savas szagot, mind pedig a barna elszíneződést eltávolították. A pattogatnivaló kukorica volt a következő réteg közvetlenül a rizs alatt a tárolókban. Az 1-es tárolóban elhelyezett, ózonnal kezelt pattogatnivaló kukorica esetében sötét foltok voltak a rizzsel közvetlenül érintkező kukoricaszemeken. Mélyebben nem volt elszíneződés látható
a
kukoricarétegben,
avagy
a
pattogatnivaló
kukorica
alatt
elhelyezett
gabonarétegekben. A pattogatnivaló kukorica esetében savas szag nem volt észlelhető. A szag és az elszíneződés pontos oka nem ismeretes; azonban valószínű, hogy a salétromsav felelős értük, amely azért alakul ki, mert az ózon előállításához környezeti levegőt használtunk oxigénforrásként. Rich (1994) a koronakisülés-generátoroknál salétromsav kialakulását jegyezte fel, amelyet a levegő páratartalma okozott. Az 1-es tárolóban 8
elhelyezett rizs volt az első gabonaréteg, amely a generátorból kiáramló ózonnal kapcsoltaba lépett, és úgy tűnik, hogy szinte az összes savat abszorbeálta. Tehát ezen megfigyelések azt mutatják, hogy a kereskedelmi ózongenerátorok esetében a tervezésnél szükség van egy olyan módszer feltalálására, amelynek segítségével a savas melléktermékek eltávolíthatóak az ózonnal dúsított légáramból. 3.3. A rizs tapadóssága A tapadósság a főtt rizs állagának minőségét mérő fontosabb mércék egyike (Juliano et al., 1965). A tapadósság az amilóz tartalomtól és az endospermium fehérjéktől függ (Juliano et al, 1965; Hamaker and Griffin, 1990). 1. Táblázat A főtt rizs tapadóssága a 30 napos ózonkezelés után ________________________________________________________________________________________ Főzési körülmény Nyomóerő (g) Tapadósság csúcserő (g) Jelentőség ______________________ Kontrolla Ózon ________________________________________________________________________________________ Víz 100 103,3±10,7b 109,0±7,5 NJc Víz 200 162,2±17,7 151,2±22,3 NJ ________________________________________________________________________________________ A magot 50 ppm koncentrációjú ózonnal vagy levegővel (kontroll) kezeltük. Az értékek 10 mérés középértékét mutatják ± standard tévedés. c NJ=nem jelentős, ahol P<0,05 a
b
2. Táblázat A kipattogott kukorica térfogata a 30 napos ózonkezelés után __________________________________________________________________ Kezelésa Kipattogott térfogat (cm3/g) % n.t. a kezelés utánb ___________________________________________________________________________________________________
Kontroll 1 39,9 (a)c 12,2 Kontroll 2 40,9 (a) 12,2 Ózon 1 23,7 (b) 10,6 Ózon 2 39,3 (a) 11,7 __________________________________________________________________ A magot 50 ppm koncentrációjú ózonnal vagy levegővel (kontroll) kezeltük. A nedvességtartalom (n.t.) 14%-os volt a kezelés előtt. c Az értékek 5 mérés középértékét mutatják; ugyanaz a betű a zárójelben csekély különbséget jelent a Scheffé által összehasonlított középértékek alapján. a
b
A tapadósságot az ózonnal kezelt őrölt 100 és 200 g erővel összenyomott rizsen mértük. Nem volt statisztikai különbség megfigyelhető a tapadósság csúcserejében az ózonnal kezelt rizsnél a kontroll kezelttel összehasonlítva (1. Táblázat). Ha a rizst 5nM DTT-ben főzzük, a tapadósság megnövekszik a diszulfid kötéseket elvágása és a fehérjék felbontása által (Hamaker and Griffin, 1990). Az ózonkezelt és a kontroll rizs DTT-ben való főzése 35-45%kal megnövelte a tapadósság csúcserejét (adatok nincsenek feltüntetve). Az adatok azt mutatják, hogy az ózonkezelés nincs hatással a rizs tapadósságban mért minőségére. 9
3.4. Pattogatnivaló kukorica A kipattogatott kukorica térfogata az egyik legfontosabb tényező a pattogatnivaló kukorica minőségének vizsgálatakor (Song et al., 1991). Az 1-es tárolóban elhelyezett, kissé elszíneződött, ózonnal kezelt mag kipattogatott állapotban mért térfogata kisebb volt, mint a kontroll kezeléseken átesett kukoricáé (2. Táblázat). A 2-es tárolóban elhelyezett, ózonnal kezelt mag kipattogott állapotban mért térfogata hasonló volt a kontrolléhoz. Számos tényező befolyásolhatja a kipattogott állapotban mért térfogatot, azonban a maghéj integritása kritikus tényező. A pattogatás tesztet megelőzően mért nedvességtartalom is fontos kritérium. A magban lévő nedvesség elpárolog, míg a pattogatnivaló kukorica maghéja nyomótartályként funkcionál, amely lehetővé teszi a gőznyomás megnövekedését, mielőtt a mag kipattog (Wu és Schwatzberg, 1992). A legjobb eredmény elérése érdekében a nedvességtartalom (n.t.) 13,5-14%-os kell, hogy legyen, az ennél szárazabb mag nedvességtartalmát a megfelelő szintre kell hozni. Ziegler et al. (1998) kimutatta, hogy a <13,5%-os n.t.-ra száradt, majd 14% n.t.-ra újranedvesített kukorica kukorica kipattogott állapotban mért térfogata jelentősen csökkent. A mi tanulmányunkban a mag n.t.-a kezdetben 14%-os volt, majd a 30 napos kezelés után 12,2%-oa n.t.-t mértünk az 1-es és 2-es kontroll tárolókban elhelyezett magokban. Ezzel ellentétben, az 1-es és 2-es tárolóban elhelyezett, ózonnal kezelt magok esetében a n.t. 10,6%-os illetőleg 11,7%-os volt. Ennek eredményeként az 1-es tárolóban elhelyezett, ózonnal kezelt pattogatnivaló kukorica expanziós térfogata 42%-al alacsonyabb volt, mint a másik kezeléseken átesett magoké. Nem volt különbség a kipattogott kukoricaszemek számában, ami azt mutatja, hogy az 1-es tárolóban elhelyezett, ózonnal kezelt mag kipattogott állapotában mért alacsonyabb térfogata a kipattogott magok kisebb formájának és méretének tudható be. Mivel a 2-es tárolóban elhelyezett kukorica kipattogott állapotban mért térfogata a kontroll csoportok térfogatát szinte elérte, az adatok azt mutatják, hogy az 1-es tárolóban elhelyezett kukorica kipattogott állapotban mért térfogatában észlelt csökkenést közvetlenül nem az ózon okozta. A károsodás, amely a pattogatnivaló kukorica felületén található barna foltokhoz vezetett, lehetséges, hogy a maghéj integritásának elvesztését okozta, amely túlzott kiszáradást eredményezett. Valamint a károsodott maghéj lehetséges, hogy közvetlenül befolyásolta a kipattogott állapotban mért térfogatcsökkenést. 3.5. Aminosav és zsírsav profilok Az aminosavak ózon okozta oxidációja megváltoztathatja a mag táp- és metabolikus értékét. Richard és Brener (1984) kimutatta, hogy a vizes oldatokban azon aminosavak oxidálódnak az ózon miatt, amelyek tartalmaznak egy –SH csoportot, majd a triptofán, a 10
tirozin, és a hisztidin. A 30 napos 50 ppm koncentrációjú ózonnal történő kezelés nem változtatta meg a kemény és puha búza, a szójabab és a kukorica aminosav és zsírsav tartalmát (3. és 4. Táblázat). Ezen adatok arra engednek következtetni, hogy az ózon nem hatolt be a mag belsejébe. 3. Táblázat A puha és kemény búza, kukorica és szójabab aminosav tartalma a 30 napos ózonkezelés követően a ___________________________________________________________________________________________________ Aminosavak Puha búza Kemény búza Kukorica Szójabab _______________ ________________ ______________ ________________ Kontroll Ózon Kontroll Ózon Kontroll Ózon Kontroll Ózon ___________________________________________________________________________________________________ Taurin 0,12b 0,11 0,11 0,11 0,07 0,08 0,03 0,03 Hidroxiprolin 0,02 0,02 0,04 0,04 Aszparaginsav 0,57 0,585 0,68 0,68 0,62 0,62 4,51 4,47 Treonin 0,31 0,32 0,38 0,39 0,32 0,32 1,55 1,57 Szerin 0,42 0,45 0,54 0,54 0,39 0,39 1,80 1,86 Glutaminsav 3,015 3,08 4,23 4,24 1,90 1,85 7,62 7,54 Prolin 1,00 1,01 1,38 1,39 0,84 0,83 2,03 1,94 Lantionin 0,02 0,01 0,04 0,04 0,00 0,00 0,08 0,08 Glicin 0,45 0,46 0,56 0,55 0,37 0,36 1,77 1,76 Alanin 0,42 0,43 0,49 0,49 0,72 0,71 1,84 1,83 Cisztein 0,30 0,30 0,34 0,34 0,23 0,22 0,70 0,69 Valin 0,47 0,47 0,58 0,57 0,49 0,48 2,05 1,96 Metionin 0,17 0,195 0,22 0,21 0,23 0,22 0,59 0,58 Izoleucin 0,36 0,36 0,45 0,45 0,33 0,31 1,87 1,79 Leucin 0,73 0,74 0,93 0,93 1,21 1,17 3,12 3,10 Tirozin 0,28 0,29 0,36 0,37 0,30 0,30 1,49 1,46 Fenil-alanin 0,47 0,48 0,64 0,64 0,48 0,47 2,10 2,06 Hidroxi-lizin 0,01 0,01 Hisztidin 0,25 0,26 0,32 0,32 0,29 0,28 1,15 1,13 Ornitin 0,005 0,005 0,01 0,01 Lizin 0,33 0,34 0,38 0,38 0,29 0,29 2,61 2,58 Arginin 0,54 0,56 0,64 0,63 0,43 0,45 3,11 3,07 Triptofan 0,14 0,14 0,16 0,17 0,08 0,08 0,54 0,51 ___________________________________________________________________________________________________ a b
A gabonát 50 ppm koncentrációjú ózonnal vagy levegővel (kontroll) kezeltük. Az értékek két mérés középértékei g/100g minta-ként kifejezve. Az egyes mérések értékei <0,08%-os eltérést mutattak.
4. Táblázat A kukorica, szójabab, puha és kemény búza zsírsav tartalma 30 napos ózonkezelést követően a ____________________________________________________________________________________________________ Zsírsav Kukorica Szójabab Puha búza Kemény búza (összes zsírsav %-a) (összes zsírsav %-a) (g/100g minta) (g/100g minta) __________________ ________________ _______________ _______________ Kontroll Ózon Kontroll Ózon Kontroll Ózon Kontroll Ózon ____________________________________________________________________________________________________ Mirisztic (14:0) 0,06 0,06 Mirisztoleic (14:1) 0,03 0,02 Palmitic (16:0) 12,42b 12,36 10,38 10,07 0,39 0,40 0,39 0,40 Palmitoleic (16:1) 0,11 0,11 0,11 0,10 0,01 0,02 0,02 0,02 Sztearic (18:0) 1,83 1,84 5,55 5,46 0,03 0,03 0,03 0,03 Oleic (18:1) 28,3 27,1 22,8 22,7 0,32 0,33 0,28 0,27 Linoleic (18:2) 53,4 53,7 51,4 51,5 1,07 1,09 1,09 1,09 Linolénic (18:3) 1,3 1,3 7,9 8,00 0,07 0,07 0,07 0,08 Arachidic (20:0) 0,63 0,49 0,43 0,41 Arachidonic (20:4) 0,01 0,01 0,01 0,03 Behenic (22:0) 0,28 0,31 0,38 0,51 <0,001 <0,001 0,03 0,03 Nervonic (24:1) 0,15 0,17 ____________________________________________________________________________________________________ a b
A gabonát 50 ppm koncentrációjú ózonnal vagy levegővel (kontroll) kezeltük. Az értékek két mérés középértékei, és az egyes mérések értékei <0,02%-os eltérést mutattak.
11
Az olajosság a gabonában található telített és telítetlen zsírsavak egymáshoz viszonyított mennyiségének a függvénye. A telítetlen zsírsavak hajlamosak az oxidációra, amely avassághoz vezet, ezzel akár kifogásolható szagot és ízt okozva (Matz, 1992). A 30 napon át tartó ózonkezelésen átesett kukorica, szójabab és a búza elemzése alapján az ózonkezelés nem változtatta meg a telített és telítetlen zsírsavtartalmat. Ezek az eredmények megegyeznek Brooks és Csallany (1978) eredményeivel, akik arról számoltak be, hogy a kukoricában és szójababban a politelítetlen zsírsavak nem változtak meg az 1,5 ppm koncentrációjú ózon hatására, valamint Ibanoglu (2000) eredeményeivel, aki arról számolt be, hogy az ózonnal dúsított vízzel való összekeverés semmiféle hatással nem volt a puha és kemény búzára. 3.6. Őrlési teljesítmény és kenyérsütési jellemzők A 30 napos ózonkezelésen átesett búza és kukorica őrlési teljesítményét határoztuk meg. A kontroll búzával összehasonlítva, az ózonkezelt búza hamu és fehérje tartalma, liszthozama, a lisztjének színe, és őrlési eredménye nem mutatott különbséget (5. Táblázat). Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az ózonkezelés nem változtatja meg a puha és kemény búza őrlési hatékonyságát, és nem változtatja meg a mag pigmentjeit. Továbbá az ózonkezelés nem változtatta meg jelentősen a kemény búza kenyérsütési jellemzőit, beleértve a tészta túlkeveréssel szembeni toleranciáját, a víz abszorpcióját, a sütéshez szükséges keverési időt, a tészta súlyát és a kelési magasságot (6. Táblázat). A kukorica ózonkezelése nem volt hatással a száraz és nedves őrlési teljesítményre, hiszen az ózonkezelt kukoricának a kontrolléhoz hasonló hozama volt (7. Táblázat). Korábbi tanulmányaink kimutatták, hogy az ózon hatékonyan pusztítja a rovarokat, és bennük jellemeztük az ózon áramlását a kukoricában (Kells et al., 2001). Ezen tanulmányban az ózon búzában, amely egy kevésbé porózus gabona, történő áramlásáról számolunk be. Úgy, mint a kukorica esetében, a búzába bevezetett ózon látható sebességének növelésével csökkenthető az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy elérjük a optimális ózonkoncentrációt mélyen a gabonatömeg belsejében.
12
5. Táblázat Puha és kemény búza őrlési teljesítménye a 30 napos ózonkezelést követőena _____________________________________________________________________________________________ Puha búza Kemény búza __________________________ _____________________ Kontroll Ózon Kontroll Ózon _____________________________________________________________________________________________ Magnedvesség (%) 10,65b 10,50 10,80 10,90 Mag hamutartalma (14% mb) 1,43 1,49 1,56 1,61 Magfehérje (14% mb) 8,95 8,95 11,20 10,40 Terülékenység (%) 63,40 63,15 66,10 65,65 Lisztnedvesség (%) 13,5 13,70 14,30 14,15 Liszthamu (14% mb) 0,36 0,37 0,44 0,45 Lisztfehérje (14% mb) 7,10 7,25 9,80 9,95 Liszt színe 83,50 85,00 76,00 78,50 _____________________________________________________________________________________________ a b
A gabonát 50 ppm koncentrációjú ózonnal vagy levegővel (kontroll) kezeltük. Az értékek két mérés középértékei, és az egyes mérések értékei <0,02%-os eltérést mutattak.
6. Táblázat A kemény piros búza kenyérsütési jellemzői a 30 napos ózonkezelést követően _______________________________________________________________ Kemény búza _________________________ Paraméter Kontroll Ózon _______________________________________________________________ Keveréssel szembeni tűrőképességb 4,0c 4,0 Liszt vízfelvevő képességd 63,0 63,1 Sütési keverési idő (min) 4,7 5,1 Tészta súlya (g) 172,5 172,6 Kelési magasságe (cm) 7,4 7,4 Morzsaszemf 3,6 3,6 Cipó térfogata (cm3) 860,5 870,5 Specifikus térfogat (cm3) 5,8 5,8 _______________________________________________________________ A gabonát 50 ppm koncentrációjú ózonnal vagy levegővel (kontroll) kezeltük. A tészta túlkeveréssel szembeni tűrőképessége (0 = elégtelen, 4 = kielégítő, 6 = kiváló). c Az értékek két mérés középértékei, és az egyes mérések értékei <0,08%-os eltérést mutattak. d Optimális hozzáadott vízmennyiség (a liszt súlyának %-a). e A hőkezelt tészta magassága (cm) kelesztés után. f A cipó belsejének kinézete (0 = elégtelen, 4 = kielégítő, 6 = kiváló). a
b
Ezen tanulmány olyan feldolgozóknak nyújt információt, akik végül ózonnal kezelt gabonát használnak majd. Adataink azt mutatják, hogy a 6-szor olyan hosszú ideig tartó ózonkezelés, mint ami ahhoz kell, hogy a tárolókban előforduló kártevőket kiirtsuk, semmiféle hatással sincs a búza, kukorica, pattogatnivaló kukorica, rizs és szójabab tápértékére és feldolgozási jellemzőire. Ezen adatok arra engendnek következtetni, hogy a gabonát újra és újra kezelhetjük ózonnal bármiféle káros hatás nélkül.
13
7. Táblázat A kukorica nedves és száraz őrlési hozama a 30 napos ózonkezelést követőena ___________________________________________________________________________________________________ Nedves őrlés ________________________________________________________________________________ Csíra Rost Keményítő Gluten Összesen ___________________________________________________________________________________________________ Ózon 6,0b 14,6 62,6 11,1 98,7 Kontroll 6,0 14,0 62,6 11,0 98,4 Száraz őrlés _______________________________________________________________________________ Csíra Maghéj Durva dara Finom dara Gríz Összesen ___________________________________________________________________________________________________ Ózon 9,9 3,6 45,6 14,1 25,9 99,1 Kontroll 9,9 4,4 42,9 19,6 22,5 98,9 __________________________________________________________________________________________________ A gabonát 50 ppm koncentrációjú ózonnal vagy levegővel (kontroll) kezeltük. Az értékek két mérés középértékei, és az egyes mérések értékei <0,09%-os eltérést mutattak a nedves őrlés esetében, és 3%-os eltérést a száraz őrlés esetében. a
b
További vizsgálatokra van szükség ahhoz, hogy meghatározzuk az ózontechnológia implementációjának gazdasági előnyeit, egy integrált menedzsment program részeként, amely a tárolt gabona megőrzésére irányul. Valószínűleg nagyobb ventilátor teljesítményre lesz majd szükség a magasabb légsebesség elérése érdekében, hogy az ózonnal dúsított levegő elég mélyen be tudjon hatolni a kereskedelmi méretű tárolókba. Amellett, hogy a jelenleg használt ventilátorok megfelelőek, a nagyobb teljesítményű ventilátorok használata előnyösebb lenne a kisebb szemű gabonák ózonkezeléséhez.
14
