Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Zahradnická fakulta v Lednici

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Zahradnická fakulta v Lednici

VÝZNAM ETYLENU PŘI SKLADOVÁNÍ OVOCE Bakalářská práce

Vedoucí bakalářské práce:

Vypracovala:

prof. Ing. Jan Goliáš, DrSc.

Miroslava Pachlopníková Lednice 2009

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „Význam etylenu při skladování ovoce“ vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Zahradnické fakulty Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.

V Lednici, dne…………………………. Podpis.....................…………………….

PODĚKOVÁNÍ Děkuji svému vedoucímu práce prof. Ing. Janu Goliášovi, DrSc. za odborné vedení a velmi cenné rady a připomínky, které mi poskytl v průběhu zpracování bakalářské práce.

OBSAH 1. ÚVOD...................................................................................................................8 2. CÍL PRÁCE…………………………………………………………………….9 3. LITERÁRNÍ ČÁST…………………………………………………………...10 3.1. Etylen (Eten)……….....………………………………………………………10 3.1.1. Fyzikální a chemické vlastnosti etylenu……………………………….....11 3.1.2. Fyziologické vlastnosti etylenu………………………………………......11 3.1.3. Biochemický vznik etylenu........................................................................12 3.2. Průběh dýchání během dozrávání plodů...........................................................13 3.2.1. Účinek etylenu na intenzitu dýchání………………………………..........15 3.2.2. Rozdělení plodin podle produkce etylenu..................................................15 3.3. Vliv složení okolní atmosféry na tvorbu etylenu…………………………......16 3.3.1. Etylénová atmosféra ve skladovacích technologiích jádrového ovoce….17 3.3.2. Vztah etylenu k dozrávání ovoce................................................................18 3.3.3. Nežádoucí účinky etylenu..........................................................................18 3.3.4. Možnosti snižování koncentrace etylénu v chladírenské komoře..............19 3.4. Regulace atmosféry………………………………………………..................20 3.4.1. Vylučování CO 2 z atmosféry chladírny…………………………………..20 3.4.2. Tvorba plynné směsi……...…………………………………………........21 3.4.3. Tvorba plynné směsi generátory………………………………………….21 3.4.4. Stabilizace plynné směsi………………………………………………….22 3.4.5. Vývojové tendence tvorby plynné směsi…………………………………22 3.4.6. Nežádoucí odchylky ve složení plynné směsi……………………………24 3.4.7. Význam úpravy plynných složek v atmosféře chladírenské komory…….24 3.5. Podmínky pro uskladnění jablek……………………………...………….......25 3.5.1. Fyziologické předpoklady skladování peckovin…………………………26 3.5.2. Nedoceněný účinek etylenu pro zpomalení rychlosti zrání jádrového ovoce.…………………………………………………………..................26 3.5.3. Zavedení plynných směsí………………………………………………...27 3.5.4. Zkušenosti s dalšími druhy ovoce……………………………………......28 3.6. Skladování ovoce ve velmi nízkém obsahu kyslíku.........................................29 3.6.1. Odezva plodů na nedostatek kyslíku…………………………………......29 3.6.2. Optimální zralost plodů………………………………………………......30

3.7. Skladování ovoce a zeleniny s využitím ULO – technologie…………….......30 3.7.1. Plynotěsnost chladírenské komory jako předpoklad pro technologii ULO……………………………………………………………………….31 3.7.2. Nejdůležitější výhody uskladnění v ULO podmínkách……………..........33 3.7.3. Hlavní faktory ovlivňující kvalitu skladování…………………..……......33 3.7.4. Zdokonalení ULO – technologie…………………………………..…......33 3.7.5. Porovnání běžného chlazeného skladu se skladem s dobře provedenou ULO – technologií……………………………………………………......34 3.8. Větrání chladírenských komor pro jablka........................................................35 3.8.1. Důvody větrání v neplynotěsné chladírenské komoře................................36 3.8.2. Obsah etylenu k potřebě větrání venkovním vzduchem.............................36 3.8.3. Výpočet potřeby větrání z hodnot koncentrace etylenu.............................37 3.9. Poškození odrůd jablek nízkou teplotou skladování zjištěné produkcí etylenu………………………………………………………………...............38 3.9.1. Reakce plodů v chladové teplotě spodního pásma chladírenského skladování…………………………………………………………….......40 3.9.2. Tolerance odrůd jablek vůči chladovému stresu při teplotě mírně nad bodem mrznutí…………………………………………………………...40 3.10. Vztah produkce etylenu k netěkavým látkovým složkám v období zrání jablek na stromě…...………………………………………………….........40 3.10.1. Kritérium netěkavých látkových složek v období zrání plodů na stromě…………………………………………………..…………….....41 3.10.2. Dynamika etylenu jablek dozrávajících na stromě……………………..42 3.11. Dynamika etylenu během sklizně a chladírenského skladování jablek…......43 3.11.1. Srovnání odrůd jablek podle produkce etylenu a fyzikálně chemických změn při chladírenském skladování………………………………….....43 3.11.2. Produkce etylenu v jablkách infikovaných Gleosporium album Ostrw. během chladírenského skladování………………………………............44 4. MATERIÁL A METODY……………………………………………………45 4.1. Měření množství etylenu v chladírenských komorách……………………….45 4.2. Produkce těkavých sloučenin………………………………………………...47 4.2.1. Identifikace……………………………………………………………….47 4.2.2. Stanovované těkavé sloučeniny…………………………………………..48

5. VÝSLEDKY A DISKUSE.................................................................................49 5.1. Měření etylenu v chladírenských komorách………………………………….49 5.2. Produkce těkavých sloučenin………………………………………………51 5.3. Shrnutí výsledků měření……………………………………………………53 5.4. Biogeneze těkavých aromatických látek…………………………………...53 6. ZÁVĚR...............................................................................................................55 7. SOUHRN - RESUME……………………………………................................57 8. SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY……………………………………….58 9. SEZNAM TABULEK, GRAFŮ A OBRÁZKŮ..............................................61 10. PŘÍLOHY…………………………………………….......................................62

1. ÚVOD Pro chladírenskou praxi, ale také pro ostatní odvětví obchodu a odbytu plodin, uchovávaných v čerstvém stavu, se trvale řeší vztahy mezi jakostí a provozně přijatelnou dobou skladovatelnosti. V širokém rozsahu skladovaných komodit jsou praktické limity úchovy tabelovány pro konvenční chladírenské skladování a pro skladování v řízené atmosféře, z níž plynná směs označená jako ULO (Ultra Low Oxygen – ultra nízký obsah kyslíku) je velkovýrobně používána v ovocnářsky vyspělých státech Severní Ameriky, Evropy a na Novém Zélandu hlavně pro jádrové ovoce (zejména jablka). Stranou zájmu zůstává vliv etylenu, jehož podpůrný účinek na mnoho projevů zrání ovoce a zeleniny a řezaných květin je dlouhodobě známý. V provozu chladíren se etylen potlačuje prostřednictvím zvýšeného obsahu oxidu uhličitého a sníženého obsahu kyslíku nejlépe souběžně s technologií ULO. Ve 30. letech minulého století ocenili jeho význam při koncipování řízené atmosféry F. Kidd a C. West, East Malling, U. K. Přesné a citlivé měření etylenu mohlo být realizováno teprve po zavedení analýzy fyziologických plynů metodou plynové chromatografie v 60. letech. Vizuálně zprostředkované účinky etylenu na rostlinné pletivo však vyžadují měřit jeho prahové koncentrace na hladině p. p. b. (par per bilion – 1 : 10 -9 ). Zpomalování procesů zrání vyplývající z eliminace vlivu etylenu a tím i oddálení stárnutí rostlinného pletiva je dodnes aktuálním fyziologickým problémem, od jehož vyřešení se očekává praktické využití.

-8-

2. CÍL ● Prostudovat literaturu, která se týká účinku etylenu na skladované plodiny a připravit si literární rešerši. ● V provozních podmínkách velkokapacitních chladíren, v nichž se skladují jablka, odebrat plynné vzorky a změřit aktuální koncentraci etylenu. ● Odběry vzorků provést v několika chladírnách a vždy v několika komorách. ● Získané výsledky dát do tabulek a grafů, vyvodit odpovídající závěry k době skladování a skladované odrůdě.

-9-

3.1. Etylen (Eten)

Obr. č. 1: Strukturní vzorec etylenu

Obr. č. 2: 3D model etylenu

Patří mezi nejjednodušší alkeny. Je to bezbarvý hořlavý plyn nasládlé vůně s teplotou tání -169,1 °C. Se vzduchem tvoří výbušnou směs. Bývá obsažen v zemním a koksárenském plynu, dále se získává krakováním (tepelný rozklad uhlovodíků s delším řetězcem na uhlovodíky s kratším řetězcem). Patří mezi základní suroviny v chemickém průmyslu. Používá se například k výrobě ethylenoxidu, polyethylenu, styrenu aj.

Graf č. 1: Použití etylenu. V přírodě se přirozeně vyskytuje jako metabolit rostlin mající charakter fytohormonu. Urychluje stárnutí květů, zrání plodů a opadání listů. Jeho tvorba v rostlinách je ovlivňována auxiny. Odštěpením jednoho atomu vodíku vzniká ethenyl (triviálním názvem vinyl), který se může dále vázat na jiné sloučeniny. (Anonym 2009)

- 10 -

3.1.1. Fyzikální a che mické vlastnosti Stav: stlačený plyn. Barva: Bezbarvý. Zápach: Nasládlý Změny skupenství: Bod tání -169° C Bod varu -103°C Kritická teplota: 9,5° C Bod vzplanutí: -136°C Samozápalná teplota: 425° C Meze hořlavosti: Dorní : 2,7 obj. % Holní : 34 obj. % Tlak par: (20°C) 37,8 bar Relativní hustota, plyn (vzduch=1): 1 Relativní hustota, kapalina (voda=1): 0,57 (Anonym, 2003) 3.1.2. Fyziologické vlastnosti etylenu Vliv etylenu na rostliny byl poprvé zaznamenán v době, kdy se topný plyn, obsahující základní uhlovodíky, používal pro svícení a topení. Potrubními systémy zakopanými do země, se plynná směs rozváděla k místu spotřeby. Ve směsi byl obsažený rovněž i etylen, který v lampě vytvářel žlutý plamen a zvyšoval intensitu světla. Brzy na to byl v blízkosti děravých potrubí zaznamenán obrovský růst a vývoj rostlin, zejména urychlený opad listů a úhyn květenství. Ruský postgraduální student Nejlubov (1876 – 1926) poprvé označil etylen za příčinu těchto bizardních jevů. Výzkum etylenu trvá dodnes, neboť instrumentační techniky jsou mnohem citlivější a neomezují se pouze na techniky plynové chromatografie. Teprve po mnoha letech od Nejlubovova výzkumu byly prokázány další vlivy etylenu jako agens pro stimulační klíčení dormantních semen (změny růstu semenáčků v půdě narazí- li na mechanickou překážku, podporu růstu kořenů v půdě nasáknuté vodou). Etylen je původcem oddělování listů při stresu z nedostatku vody, stimuluje kvetení a je spouštěčem zrání plodů, pokud se nahromadí v pletivu v prahové stimulační koncentraci. - 11 -

Od 30. let minulého století je známo, že etylen produkuje sama rostlina, takže odezva rostliny vůči etylenu je akcentována v mnoha fázích růstu a vývoje. Etylen se pokládá za rostlinný hormon. Ovlivňuje řízení mechanismů růstu, vývoje a zrání plodů. (Goliáš, 2004) Příznaky poškození etylenem Pokud je ve vzduchu přítomen etylen, může způsobovat nepatrné poškození listů, při vyšších koncentracích až kompletní opadání květů a plodů. Mezi příznaky zvýšené koncentrace etylenu ve vzduchu patří: - opožděné kvetení

- rychlejší stárnutí listů a květů

- usychání květů

- zpomalení růstu

- znetvoření listů a květů

- zkracování stonkových článků

- svěšování listů

- snížení apikální dominance (semínko klíčí z více stran)

- kroucení a žloutnutí listů - špatný růst kořenů a snížená tvorba kořenových vlásenek 3.1.3. Bioche mický vznik etylenu Rozpletení

biosyntézy

etylenu

v rostlině

bylo

jedním

z pozoruhodných

biochemických řešení v minulém století. Z mnoha systematicky zkoušených látkových složek běžně se nacházejících v rostlině byla označena aminokyselina methionin jako prekurzor s dalšími meziprodukty, jako je SAM (S- methyladenosin) a ACC (laminocyklopropanová kyselina) dávající zřetelnou odezvu na tvorbu etylenu. Úplné schéma hlavních a vedlejších cest je známo z 80. let minulého století. Methionin reaguje s pyridoxalfosfátem (PAL) za vzniku Schiffovy báze (adičního meziproduktu, vzniklého spojením obou specifických složek prostřednictvím aminové skupiny aminokyselin a aldehydové skupiny PAL); jejím oxidačním štěpením se uvolňuje etylen ( ze 3. a 4. uhlíku methioninu). Uhlíkový skelet methioninu je doplňován z glukozy, prostřednictvím kyseliny oxalátové a kyseliny asparagové. Metylsulfonová skupina (CH3 S) methioninu je prakticky konzervována, protože recykluje při kontinuální syntéze etylenu přes Smetylcystein zpět na methionin. Tímto mechanismem se významně nevyčerpává koncentrace nutných aminokyselin i v případě vysoké produkce etylenu v klimakterické fázi. - 12 -

Tvorba etylenu probíhá v subcelulárních částicích, nejspíše v chloroplastech nebo mitochondriích a to pouze v přítomnosti kyslíku. (Goliáš, 1996) 3.2. Průběh dýchání během dozrávání plodů Klimakterické plody jablka, hrušky, švestky, meruňky, broskve, nektarinky, borůvky, banány, fíky, mango, kivi, rajčata, avokádo -

výrazné zvýšení produkce CO 2 a etylenu s nástupem zrání

Neklimakterické plody třešně, jahody, maliny, ostružiny, hrozny, citrusy, ananas, datle, olivy, okurky, papriky, lilek, tykev, meloun, hrášek -

žádné změny v (obvykle nízké) produkci plynů během dozrávání

Rozdělení plodin z hlediska dýchání nemusí být natolik důležité, neboť obě skupiny mají tytéž dýchací substráty, ale i týž enzymatický systém a v průběhu zrání obsahují měřitelné koncentrace etylenu (jejich prahové koncentrace jsou téměř shodné), ale liší se maximálně dosahovanými koncentracemi ve vnitřní atmosféře plodu. Koncentrační rozpětí (prakticky dané

maximální

hodnotou),

není kritériem pro

rozlišení

klimakterického a neklimakterického typu. Pro praxi je mnohem významnější jejich reakce na exogenně aplikovaný etylen. Klimakterický typ reaguje zkrácením časového úseku mezi klimakterickým minimem a klimakterickým maximem bez toho, že by se měnil charakter respirační křivky (graf č. 2). Průběh dýchacího cyklu je totožný s plody, které by se nechaly v atmosféře bez etylenu, pokud by se nacházely v předklimakterickém vývojovém období, produkovala by se tvorba vlastního etylenu. Proto plody nestejně zralé, nebo odlišných druhů, z nichž jeden významně produkuje etylen, se nemají společně skladovat. Naproti tomu plody neklimakterického typu je možno podněcovat dávkami etylenu v každém zralostním stupni. U mnohých druhů tohoto typu je autokatalytická tvorba etylenu, posuzováno podle koncentračního rozpětí, velmi malá. Přitom platí vztah, že vzestup dýchání je o to větší, čím je vyšší vnější koncentrace etylenu. Účinek etylenu je přechodný, to znamená, že působí jen po dobu trvání zákroku. Krátce na to se intenzita dýchání vrací do výchozí úrovně, příp. do stavu, který by odpovídal neošetřeným plodům (graf č. 3). (Goliáš, 1996) - 13 -

Graf č. 2: Účinek exogenního etylenu na dýchání plodu klimakterického typu. (Goliáš, 1996)

Graf č. 3: Přechodný vzestup dýchání neklimakterického typu ovoce na exogenní etylen. (Goliáš, 1996)

- 14 -

3.2.1. Účinek etylenu na intenzitu dýchání Dlouhou dobu se předpokládalo, že etylen je výsledným produktem procesů zrání, neboť jeho přítomnost v plodech byla patrná teprve během klimakterické fáze. Teprve citlivými analytickými metodami (plynová chromatografie) se získal důkaz o tom, že tento

bezbarvý,

v nízkých

koncentracích

nevonný

plyn,

se

tvoří

již

v

předklimakterickém stadiu a to v množství, které nebylo možné dříve analyzovat. Dnes je tomuto metabolitu přikládána funkce hormonu zrání, i když tento termín není zcela přesný. Za hormon můžeme pokládat přirozené substance transportované z místa produkce do orgánu přímého působení. Všeobecně se předpokládá, že hormony jsou metabolizovány v průběhu aklimatizačního procesu. Tato charakteristika, převzatá ze studia živočišné říše (např. vznik inzulinu), není typická pro etylen. Plyn je produkován každou buňkou vyšších rostlin, aniž by byl transportován z jiných částí do plodu. Každý plod tvoří vlastní etylen, jehož hladina závisí na rychlosti produkce, podporované změnami citlivosti pletiva, které jsou dále stimulovány již vzniklým etylenem. Na rozdíl od hormonů, nepotřebuje plod detoxikační, příp. degradační mechanismus k redukci hladiny v pletivu, protože etylen difunduje do okolní atmosféry. Podle (Goliáše, 1996) je tedy vnitřní obsah kontrolovaný rychlostí biosyntézy. 3.2.2. Rozdělení plodin podle produkce etylenu : (µg C2 H4/kg.hod při 20°C) velmi nízká < 0,1 citrusy, třešně, jahody, hrozny, kořenová zelenina, brambory, listová zelenina, květák, chřest, artyčoky nízká 0,1-1,0 maliny, ostružiny, borůvky, brusinky, ananas, okurky, paprika, lilek, meloun, tykev střední 1,0-10 švestky, meruňky, banány, fíky, mango vysoká 10-100 jablka, hrušky, broskve, nektarinky, kivi, cukrový meloun, rajčata, avokádo velmi vysoká >100 mučenka (passion fruit)

- 15 -

3.3. Vliv sloţení okolní atmosféry na tvorbu etylenu Stimulační účinky etylenu na zrání byly poprvé popsány ve 20. letech při pokusech s dozráváním citrónů. Významné množství etylenu je produkováno pouze plody, které ve svém vývoji procházejí klimakteriem. U plodu neklimakterického typu lze zaznamenat jen stopy ve vnitřní atmosféře. Studie o mechanismu syntézy etylenu podtrhují vliv atmosférického O 2 , jehož přítomnost, bez ohledu na další reagující složky je nezbytná. Pak i nízký obsah O 2 v okolní atmosféře může jeho biosyntézu, která je vysloveně aerobní povahy významně potlačovat, podobně jako aerobní glykolýzu (graf č. 4). Pokud nebylo v plodech dosaženo prahové fyziologické koncentrace etylenu, nebo se plod pohybuje na této koncentrační hladině, může nízký obsah O 2 účinně zabránit procesům zrání. Jakmile je tento kritický bod přestoupen, buď aplikací exogenního etylenu (záměrným přídavkem plynu v čisté formě, nebo společným uložením s plody, které etylen intenzivně uvolňují), nebo zvýšením obsahu kyslíku v prostředí, dostává syntéza etylenu charakter autokatalytického procesu. Podobného brzdícího účinku se dosáhne tzv. hypobarickým ošetřením plodů, vycházejícím z toho, že rychlost difuze závisí jednak na difuzním odporu povrchových vrstev plodu, ale také na barometrickém tlaku (jeho běžné diference, kolísající od průměrné hodnoty 98 kPa, jsou ovšem málo efektivní). Teprve při výrazném podtlaku, cca na 1/5 – 1/10 původního tlaku, difunduje vnitroplodový etylen velmi rychle z pletiv a v případě ošetření plodů, které dosud nezačaly zrát (předklimakterická fáze vývoje), se dosáhne podobného účinku jako retardací kyslíkem. Ostatně souběžně difunduje i endogenní kyslík, takže při dlouhotrvajícím podtlaku se redukuje exogenní kyslík na koncentrační hladinu, které by bylo dosaženo jeho umělým spalováním za běžného atmosférického tlaku. Má- li být koncentrace exogenního kyslíku v hypobarické komoře 4 %, pak je třeba redukovat atmosférický tlak na 19,4 kPa. Zbývá ještě posoudit vliv CO 2 . Ten bezprostředně nebrzdí syntézu etylenu, ale jeho vliv je přičítán kompetitivní inhibici stimulačního účinku etylenu, což znamená, že CO 2 ve vyšších koncentracích antagonisticky ruší vazbu etylenu na metabolické akceptory, čímž ji kompetitivně potlačuje. Depresivní účinek CO 2

na produkci etylenu je

nespecifický (např. na fazole a citrusové ovoce nepůsobí), některé druhy ovoce a zeleniny ovlivňuje teprve v koncentracích od 10 – 80 % v okolní atmosféře (tedy pro praktické účely jsou to koncentrace vysoké, až příliš vysoké). - 16 -

Z uvedeného pak vyplývá, že zpomalená schopnost plodů dozrát, je do značné míry funkcí etylenu, jehož syntézu kontroluje především kyslík, který již při nízkém parciálním tlaku nedostatečně difunduje k receptorům syntézy etylenu a vyšší obsah CO 2 , který soutěživě potlačuje jeho stimulační účinky, přičemž kumulativní účinky obou plynů může příznivě ovlivňovat teplota. (Goliáš, 1996)

Graf č. 4: Produkce etylenu a spotřeby O2 v závislosti na obsahu kyslíku v okolní atmosféře. (Goliáš, 1996) 3.3.1. Etylenová atmosféra ve skladovacích technologiích jádrového ovoce Role etylenu jako potenciálního regulátoru růstu vývoje rostlin byla doceněna teprve před 60 lety, přestože jeho účinky byly známy už od antických dob. Například v Indii dozrávání plodů manga zrychlují atmosférou vzniklou spalováním slámy. Podle (Čaňka a Goliáše 2004) v období po sklizni hraje často etylen u mnoha zahradnických plodin úlohu urychlování zrání a zkracování přirozené uchovatelnosti, ale v opačném případě podporuje kvalitu plodů, dojde-li k rychlému a uniformnímu zrání v období před reálnou distribucí.

- 17 -

3.3.2. Vztah etylenu k dozrávání ovoce Koncentrace etylenu nutná pro zrání různých ovocných druhů sice kolísá, ale pohybuje se v rozsahu od 0,1 do 1 ppm, rovněž i čas nutný pro vyvolání začátku zrání je 12 hodin a plné zrání se projeví až po několika dnech od ošetření. Efektivita etylenu pro dosažení úplného a uniformního zrání závisí na typu ovoce, způsobu ošetření, zralosti plodu, teplotě, relativní vlhkosti v ošetřovaném prostoru, koncentraci etylenu a době expozice. Podmínky pro dozrávání jsou: teplota 18 °C až 25 °C, relativní vlhkost 90 – 95%, koncentrace etylenu 10 – 100 pm, doba ošetření 24 – 72 hodin v závislosti na druhu oxidu uhličitého dýcháním plodů, neboť tento plyn snižuje účinnost etylenu. Dozrávací komory nemusí být plynotěsné, ale únik plynů se omezuje jen na udržení požadované rovnováhy s přiváděnou plynnou směsí (obsahuje podíl čistého etylenu). Mají mít chladící jednotku a vyhřívání buď parou, nebo horkou vodou. Kvůli výbušnosti etylenu nelze instalovat odporové topení. (Čaněk, Goliáš, 2004) 3.3.3. Neţádoucí účinky etylenu V posklizňovém skladování vyvolává etylen nežádoucí odezvy ovocných a zeleninových druhů, které se projeví zrychleným stárnutím, jako je ztráta chlorofylu, žloutnutí listů špenátu, petržele, brokolice, plodů okurek a dalších plodin s vyšším podílem zeleného barviva, neboť se projevuje v koncentracích etylenu do 10 ppm a teplotě 20 °C. Vznik hnědých skvrn na vybělených částech je výsledkem zániku celých ploch pletiv a důsledkem vytvořených fenolických sloučenin, bude-li obsah etylenu do 10 ppm. Klimakterické plodiny s vyšší vlastní tvorbou etylenu, jako je jádrové ovoce, se pokládaly za relativně málo citlivé vůči vyšší koncentraci etylenu v chladírenské komoře. Stále přetrvává názor u mnohých předních skladovatelů jablek, že zavedením řízené atmosféry, zejména ULO, se eliminuje etylen, který je nahromaděný v okolí plodů. Bohužel, aktuální koncentrace etylenu nejsou ve velkokapacitních komorách změřeny, i když se může předpokládat jejich nízká hodnota do desítek ppm. Pokud však chladírenská komora není zcela plynotěsná, snižují se vyšší koncentrace oxidu uhličitého jen dekarbonizační jednotkou, pak obsah etylenu může dosáhnout až 300 ppm. - 18 -

Časový průběh obsahu etylenu v komoře je rozdílný pro skladované odrůdy. Odvozené koncentrace v komoře jsou prakticky vázány na produkční schopnost odrůdy a na vysokou plynotěsnost komory. Dekarbonizační jednotka v technologii řízené atmosféry je konstruována pro přímé snižování oxidu uhličitého z chlazeného prostoru, ve většině případů obsahuje aktivní uhlí, na jehož sorpční plochy se molekuly etylenu váží jen v omezeném rozsahu. Podle (Čaňka a Goliáše 2004) tedy nelze předpokládat zásadní pokles koncentrace etylenu, spíše jeho kumulaci během skladovací fáze v důsledku zrání plodů. 3.3.4. Moţnosti sniţování koncentrace etylenu v chladíre nské komoře Během uložení plodů, jako jsou jablka a hrušky a další tzv. plody klimakterického typu, se etylen v plynné podobě postupně hromadí a zpětně podporuje zrání. Mají- li plody po sklizni v ovzduší chladírny jen nepatrně zrát, pak koncentrace etylenu, jakož i vonných látek musí být jen ve stopových hodnotách. Biogeneze etylenu je podobná vonným látkám typu alkoholů, aldehydů a esterů, k teré jsou rozpuštěny ve šťávě a jen malým podílem se uvolňují přes slupku do okolního prostředí. Příjemná ovocná vůně po otevření chladírenské komory v předjaří spíše označuje rychlé posklizňové dozrání plodů mnohdy spojené s výskytem onemocnění spály a senescentního hnědnutí slupky a dužniny. Bude- li chladírenská komora už od počátku konstruována jako neplynotěsná, pak dostačuje pouze větrání venkovním vzduchem k přirozenému udržení nízké hladiny etylenu. Optimální větrání předpokládá jen minimální přívod venkovního vzduchu, při výpočtu je třeba znát produkci etylenu skladovanými plody a objemovou průtokovou rychlost přiváděného vzduchu zvenčí v m3 /h. Na rozdíl od oxidu uhličitého a kyslíku, jejichž koncentrace se monitorují analyzátory zcela běžně, stanovení obsahu etylenu vyžaduje analytické techniky založené na plynové chromatografii. Koncentrace etylenu 100 – 600 ml/l (ppm) podněcují zrychlené zrání s uvedenými nepříznivými důsledky, naopak téměř bezetylenová atmosféra (1 – 5 ml/l) označená LECA (low ethylene controlled atmosphere) představuje očekávané technologické řešení stavu ovzduší v chladírenské komoře. V technologii LECA je zabudovaný etylenový scrubber, v němž se spalují pouze olefinické plyny, v nichž etylen převažuje, a přemění se na neškodné zplodiny (oxid uhličitý a vodu). Trvale nízká produkce etylenu v LECA je fyziologicky podmíněna - 19 -

nedostatkem kyslíku v ambientní atmosféře, neboť biogeneze etylenu vyžaduje účast kyslíku v předstupních svého methioninového cyklu. Nízkoetylenové atmosféry lze dosáhnout jednoduchými postupy v běžně větraných chladírenských komorách využitím soustavného větrání venkovním vzduchem. V plynotěsných komorách se etylen zpravidla hromadí a narušuje požadovaný efekt nízkokyslíkaté atmosféry. (Čaněk, Goliáš, 2004) 3.4. Regulace atmosféry Vyloučíme- li málo efektivní řešení ventilací venkovním vzduchem, pak se snížení obsahu O 2 na fyziologicky účinné limity dosáhne: -

Biologickým způsobem - Tento způsob využívá dýchání plodin. Obsah O 2 se odčerpává z okolní atmosféry až do požadované koncentrace, nadbytečný CO 2 se vylučuje technickými zařízeními (dekarbonizátory). Potřebný čas závisí na intenzitě dýchání, velikosti voleného prostoru a plynotěsnosti chladírny.

-

Nebiologickým způsobem – Vytváří se umělá atmosféra plynovými generátory. Doba potřebná k dosažení žádaného plynného složení závisí na výkonu generátoru a na úniku stěnami chladírny.

-

Kombinovaným způsobem – Složení atmosféry je zpočátku vytvářeno činností generátoru nebo vháněním plynného dusíku a později udržováno dýcháním plodin a vylučováním CO 2 dekarbonizátory. (Goliáš, 1996)

3.4.1. Vylučování CO2 z atmosféry chladírny Dekarbonizátory (absorbéry) pracují na principu absorpce (chemické reakce), adsorpce (fyzikální vazby) a difuze; podle principu opakovatelnosti: bez regenerace (do vyčerpání účinné látky), nebo s regenerací (vhodnou volbou podmínek, zpravidla následným zvýšením teploty účinné látky se CO 2 uvolňuje).

- 20 -

Používají se: Absorbéry se suchým vápnem

Alkanolaminové dekarbonizátory

Louhové dekarbonizátory

Vodní dekarbonizátory

Bikarbonátové dekarbonizátory (Goliáš, 1996) 3.4.2. Tvorba plynné směsi Uložené plodiny svojí životní činností spontánně modifikují okolní atmosféru. Podle sumární rovnice dýchání je zřejmé, že produkce CO 2 a O2 probíhá přibližně stejnou rychlostí (6 molům CO 2 odpovídá 6 molů O 2 ), takže vyčerpání kyslíku do požadované koncentrace by bylo spojeno s nadměrným, pro většinu skladovaných plodin fyziologicky škodlivým parciálním podílem CO 2 . Jestliže pro většinu zahradnických plodin můžeme považovat za optimální koncentraci CO 2 0 – 5 % (výjimečně 10 %) a koncentraci O2 2 – 5 %, pak nadbytečný CO 2 se odstraní větráním venkovním vzduchem nebo fyzikálně-chemickými postupy. Úprava vnitřní atmosféry přiváděním venkovního vzduchu do chladírny sleduje zřeďování CO 2 na fyziologicky únosné koncentrace. V každém případě součet obou plynů se rovná 21 % (např. 9 % CO 2 a 12 % O 2 ), pak také obsah N 2 odpovídá hodnotám normálně kyslíkaté atmosféry. Tato plynná směs se používá v méně plynotěsných prostorách. Zařízení na stabilizaci ovzduší je poměrně jednoduché a levné, naopak zastoupení obou plynných komponent (prakticky v poměru 1 : 1) je pro uložené plodiny málo vhodné (zbytečně vysoký obsah O 2 je málo účinný; obsah CO 2 u řady druhů ovoce v této koncentraci může vyvolávat vedlejší nepříznivé účinky). (Goliáš, 1996) 3.4.3. Tvorba plynné směsi generátory Kromě uvedených systému regulace koncentrací CO 2 a O2 , založených na redukci kyslíku fyziologickou činností uložených plodin, se uplatnila technická zařízení, která katalyzovanou exotermní reakcí vstupního plynu (svítiplyn, zemní plyn, propan, butan, čpavek) s nasávanou atmosférou chladírny nebo venkovním vzduchem produkují modifikovanou atmosféru, prakticky zbavenou kyslíku. (Goliáš, 1996)

- 21 -

3.3.4. Stabilizace plynné směsi Dýcháním plodin se ustavená rovnováha neustále porušuje (hodnoty CO 2 a O 2 se průběžně analyzují Orsátovým přístrojem). Samostatně pracující dekarbonizátor pak už jen odsává podle potřeby atmosféru z komory, adsorbuje CO 2 a zpětným potrubím ji vrací do komory. Obsah kyslíku se ovládá spínáním doby proplachování. V regenerační fázi je volný objem adsorbéru zaplněný venkovním vzduchem, který by v plném rozsahu protekl do komory, pokud by byl bezprostředně zapojený do adsorpční fáze. V praktickém provozu tento postup není nezbytně nutný. Proto se po časovém intervalu 2,5 minuty, potřebném k desorpci CO 2 z aktivního uhlí, přechodně proplachuje atmosférou reaktoru nebo komory a tato se spolu se zbytkovým vzduchem vytláčí do vnějšího prostředí. Pokud tedy klesne obsah kyslíku pod stanovenou mez, může se část venkovního vzduchu vytlačit do komory, pokud se nastaví odpovídající interval. (Goliáš, 1996) 3.4.5. Vývojové tendence tvorby plynné směsi Uměle vytvořená směs fyziologicky působících plynů v současnosti převládá nad biologickou spotřebu kyslíku dýcháním a jímáním nadbytečného oxidu uhličitého do vhodné dekarbonizační jednotky (podle způsobu zachycení označené jako absorbér, adsorbér, difusér). Při nebiologické tvorbě atmosféry převažuje katalytické spalování vzduchu v proudu uhlovodíkových plynů nad membránovými separacemi vzduchu na dusík a kyslík. Výstavba chladíren s řízenou atmosférou u nás probíhala především v 70. a 80. letech. Řízená atmosféra představovala snížení obsahu kyslíku na 2 – 5 % a oxidu uhličitého pod 5%. Toto složení vyhovovalo tehdejšímu způsobu výroby a zpracování ovoce. V osmdesátých letech se ve výzkumných střediscích (Evropa, USA, Kanada) zjistilo, že skladování lze ještě zefektivnit dalším snížením obsahu kyslíku až na pouhé jedno procento. Vznikla tedy metoda tzv. Low Oxygen (LO) se sníženou koncentrací kyslíku v mezích 1,2 % až 1,4 % a vedle toho Ultra Low Oxygen (ULO) s koncentrací 1,0 % až 1,2 % kyslíku. Při této koncentraci kyslíku nepřekračuje obsah CO 2 několik desetin až jedno procento, přičemž se technologicky dává přednost absorbérům pro CO 2 , které jsou

- 22 -

decentralizovány a pracují vždy pro jednu velkokapacitní komoru. Prakticky byly ověřeny koncentrace na úrovni 0,8 – 1,2 % O 2 a CO 2 menší než 1%. Trendy skladování v atmosféře ULO se do povědomí ovocnářské veřejnosti dostaly v roce 1994, kdy bylo na Zahradnické fakultě v Lednici uspořádáno několik seminářů k této technologii. Od této doby se v České republice přechází na systém ULO skladování jablek a odhady hovoří, že se tímto způsobem u nás skladuje asi 38 tisíc tun jablek. Systém ULO se v současnosti zkouší také pro další druhy ovoce. Další nové chladírenské kapacity se budují výlučně s touto technologií, což bylo výrazně podpořeno programem Sapard. Složení okolní atmosféry je významným faktorem, působícím na zrání uskladněných plodů. Složení vzduchu v bezprostředním okolí uložených plodin se účastní na jejich metabolismu a ovlivňuje jejich uchovatelnost. Z jednotlivých složek atmosféry zde hraje největší roli kyslík a oxid uhličitý, dále pak některé zplodiny metabolismu. V plodech se hromadí etylen a uvolňuje se do okolí během klimakteria. Hromadění tohoto plynu ve skladovacím prostoru vede ke zrychlení přezrávání. (Čaněk, Goliáš, 2004)

Obr. č 3: Schéma dělení vzduchu polymerními separačními membránami, v nichž propustnost pro kyslík je větší než pro dusík. Stlačený vzduch se rozdělí na permeát (obsahuje 30 – 40 % kyslíku) a retentát (95 – 99 % dusíku). Dělení závisí na tlaku vzduchu, průtoku vzduchu a na vlastnostech membrány. (Čaněk, Goliáš 2004)

- 23 -

3.4.6. Neţádoucí odchylky v plynné směsi Vzájemná kombinace obou fyziologických plynů (CO 2 a O 2 ) samo o sobě přináší protichůdné odezvy, které jsou dále obtížně identifikovány odlišným stupněm fyziologického vyzrání rostlinné části, která je předmětem dlouhodobého uložení v dané plynné směsi. Bude- li vysoký obsah CO 2 v řízené atmosféře, je možné výrazně snížit produkci etylenu ve skladované plodině, výrazně omezit mikrobní napadení, zejména plísněmi, avšak zároveň se také vyvolá anaerobní respirace a výrazná tvorba fenolických látek. Zavedením precizní indikace plynného složení lze kombinovat krátkodobé účinky převládajícího plynu v ambientní atmosféře s relativně neznatelným biochemickým poškozením pletiva. Tvorba těkavých produktů je v přímém vztahu ke skladovatelnosti. Monitorování obsahu volatilních látek ve skladovací atmosféře a z toho odvozené záměrné snižování jejich koncentrace, vede ve svém důsledku k prodloužení uchovatelnosti. (Čaněk, Goliáš, 2004) 3.4.7. Význam úpravy plynných sloţek v atmosféře chladírenské komory Řízenou atmosférou rozumíme záměrnou úpravu dvou fyziologicky významných plynů – oxidu uhličitého a kyslíku v okolní atmosféře chladírenské komory na koncentrační hodnoty 2 – 5 % CO2 a 2 – 5 % O2 . Obě hodnoty jsou optimální pro ovocné druhy a jejich odrůdy, pokud budou udrženy nezbytné mikroklimatické podmínky jako teplota, relativní vzdušná a vnitřní cirkulace vzduchu, která je nezbytná pro odvod dýchacího tepla na výparník. Zavedení řízené atmosféry (ŘA) v chladírenské komoře představuje velmi důležitý parametr v mikroklimatu komory. V současné praxi provozu chladíren se požadovaná plynná směs vytvoří jednak dýcháním uložených plodin s úměrnou dekarbonizací přebytečného CO 2 (biologická úprava atmosféry), nebo vznikne jako umělá plynná směs spalováním uhlovodíkových plynů případně tepelným rozkladem amoniaku. Podle (Čaňka a Goliáše 2004) tendence ve výstavbě chladíren směřují k zavádění technické úpravy atmosféry i přesto, že je to technologie investičně a provozně nákladnější, zato však umožňuje rychlejší nastavení koncentrací obou plynů prakticky v rozmezí fyziologické snesitelnosti pro uložené plodiny.

- 24 -

3.5. Podmínky pro uskladnění jablek Znalosti o fyziologických odezvách na podmínky skladování ovoce uloženého po sklizni se soustavně vyvíjejí. Na jedné straně to je rozpoznávání látkových složek, které mohou být příčinou konzumního zhoršení jakosti plodů – například spála. Na druhé straně se zlepšuje technické vybavení chladírenských komor – například používání elektronicky řízeného expanzního ventilu pro dávkování chladiva do výparníku, které ve svém důsledku snižuje kondenzaci vodní páry na povrchu trubek, což vede ke snižování hmotnostních ztrát uložených plodin. V koncepci ovocnářské výroby představuje chladírenské skladování převážný podíl uskladněné domácí produkce, i když přední ovocnářské firmy se v posledních pěti letech zásadně orientovaly na technologii chlazení s doplňujícím účinkem zvolené plynné směsi, která se prezentuje jako skladování v ULO atmosféře (ULO – ultra low oxygen). K tomuto trendu významně přispěl program Sapard z Evropské unie, který umožnil financovat zásadní rekonstrukce stávajících chladírenských komor a doplnit je o technologické jednotky pro úpravu obsahu kyslíku a oxidu uhličitého. Tak se stalo, že firmy využívající tuto technologii se staly marketingově srovnatelné s dovozci ovoce ze zemí EU, zejména z belgických veilingů. Dvě technologie skladování v rámci jednoho chladírenského objektu, které se ustavily jako prosté chladírenské skladování a chladírenské skladování v upravené plynné směsi (nejčastěji v ULO), snadněji zvládnou prodej ovoce v období na přelomu roku a období od konce května do konce června. Podniky, které druhou technologii nemají, zpravidla finančně ztrácí. Takové subjekty musí jablka co nejrychleji prodat, nejpozději do konce února. Také nejsou schopné využít volné chladírenské kapacity, jež zpravidla zůstávají prázdné až do příští sklizně. Předpokladem uplatnění této strategie prodeje vysoce kvalitního zboží je vlastní produkce ovoce na moderních pěstitelských tvarech, s vyváženou výživou ovocných stromů a odpovídajícím počtem antifungálních postřiků, které zajistí mikrobně stabilní plody. Podcenění mikrobní čistoty povrchu plodů se výrazně projeví vyšším podílem hnilobných plodů, ale také podporuje tento nežádoucí projev během následného prodeje. Nelze vyloučit, že hniloba může nastat i na malém podílu plodů z ULO technologie, kde velmi nízký obsah kyslíku neúplně inhibuje rozvoj epifytní mikroflóry.

- 25 -

V průběhu růstové fáze dochází v pěstebních lokalitách ke krupobití, na což management některých podniků reaguje závěsnými clonami, které se, jak dokládají záznamy četnosti výskytu, během tří let vrátí jako ekonomicky přínosná investice. (Goliáš, 2009) 3.5.1. Fyziologické předpoklady skladování peckovin V současné době jsou vysázeny v produkčních výsadbách kvalitní odrůdy třešní (Karešova, Vanda, Kordia a další odrůdy), jakož i švestek (President, Valjevka, Stanley a další, které mají předpoklady úspěšné skladovatelnosti. Měl by být samozřejmý předpoklad minimálního fungicidního ošetření do posledního povoleného použití přípravku před sklizní. Opatření je nezbytné proto, že v teplotě chladírenské, ale bez úpravy atmosféry, je nálet plísně mírně znatelný do té míry, že musí při vyskladnění následovat přetřídění. Naopak v chladírenské teplotě s upravenou plynnou směsí do 1 % kyslíku (obsah CO 2 do 1 %) je plísňové napadení zcela eliminováno. Typické měknutí v bezprostřední blízkosti stopky u plodů švestek se projeví i u dobře skladovatelných odrůd po 10 – 14 dnech, které se progresivně zvětšuje, ale v ULO skladování je zcela vyloučeno. Plody jsou zcela tugescentní i po 30 dnech uložení v plynných podmínkách, ale i v dalším pouze chladírenském skladování. Pro odrůdu President je skladování v ULO technologii zcela přijatelné do 40 dnů, z toho 30 dnů v plynné směsi. Zavedením ULO skladování v menších chladírenských komorách s kapacitou do 30 t nebo vytvořením účinné plynné směsi v plastových obalech o ploše normalizované palety čekají na širší uplatnění v provozních podmínkách. (Čaněk, Goliáš, 2004) 3.5.2. Nedoceněný účinek etylenu pro zpomalení rychlosti zrání jádrového ovoce Vliv etylenu na iniciaci dozrávání ovoce je dostatečně znám a v praxi se užívají metody pro zrychlení dozrávání, u nichž je etylen přidávaný záměrně technickými prostředky. Etylen je důležitým fytohormonem a hraje podstatnou roli při přezrávání ovoce v posklizňovém skladování. U klimakterických druhů ovoce byly studovány možnosti chemické inhibice syntézy etylenu při rozdílných úrovních koncentrace kyslíku ve skladovacích technologiích.

- 26 -

V konvenčních chladírnách lze udržet minimální koncentraci etyle nu soustavným větráním. Nejnižší koncentrace etylenu ve větraných skladech odpovídající pěti poločasům větrání jsou přímo úměrná hmotnosti uložených produktů a intenzitě jejich produkce etylenu (ml.t-1 .hod-1 ) a nepřímo úměrná objemové rychlosti odsávaného vzduchu. V případě skladů s řízenou atmosférou (ŘA a ULO komory) se provádí vymývání kyslíku z ambientní atmosféry rovněž dusíkem, nověji tekutým dusíkem – LIN ( Liquid Nitrogen). ŘA a ULO komory jsou konstruovány jako vysoce plynotěsné, což vede ke kumulaci etylenu z plodů do okolní atmosféry i přesto, že etylen je částečně vázaný v adsorbéru na aktivní uhlí. Uvádí se, že adsorbéry s aktivním uhlím jsou až desetkrát účinnější při snižování koncentrace etylenu než adsorbéry, u nichž je použito pálené vápno. Chemická sorpce etylenu manganistanem draselným je vhodná pouze pro malé komory, neboť manganistan se reakcí s etylenem vyčerpává a musí se doplňovat. Vhodnější je katalytická oxidace etylenu při vysokých teplotách. Jako katalyzátor se používá inkrustovaná směs platiny a mědi či sloučeniny zinku a mědi. Koncentrace etylenu vytvoří rovnovážnou koncentraci, závislou na průtoku atmosféry komory přes technologickou jednotku. Tento způsob je výkonnější a má vyšší separační kapacitu než chemická sorpce. Poslední studie naznačují významné efekty v kvalitě skladovaného ovoce při současném snižování koncentrace etylenu v ŘA chladírenských komor. Zaznamenáno bylo zejména zlepšení pevnosti dužniny plodů a snížení výskytu spály a fyziologických poškození, jako např. stárnutí (senescence). (Čaněk, Goliáš, 2004) 3.5.3. Zavedení plynných s měsí Uplatnění fyziologicky aktivních plynů jako je kyslík a oxid uhličitý v atmosféře skladovaných plodů má svoji historii od dvacátých let minulého stolení v East Mallingu (Velká Británie). Tehdy se určily základní fyziologické limity (nejnižší koncentrace kyslíku a nejvyšší koncentrace oxidu uhličitého) a odvodily se fyziologická onemocnění a přeměny látkových složek, které nastanou v důsledku účinku obou plynů. Prakticky až do konce druhé světové války zůstaly objevy plynných směsí nepovšimnuty. Teprve v 60. letech se začaly stavět první chladírny, které měly řízenou atmosféru. Z tohoto období jsou i naše první chladírny ve Bzenci, Kutné Hoře, Dolanech, - 27 -

Olomouci-Holicích či Velkých Bílovicích, které jsou stále v provozu a tvoří osu chladírenského systému pro jádrové ovoce. Další vývoj se pak opíral o poznatky spojené s účinkem kyslíku, který se v okolní atmosféře pohyboval na hranici fyziologické snesitelnosti. Všeobecně se uznává, že hladina snížená na jedno procento, případně o desetinu procenta méně, je náchylná snadněji přecházet svým metabolismem do anaerobního dýchání. Tato atmosféra se označila termínem ULO (ultra low oxygen) a v modernizacích chladírenských komor je tato technologie dominantní, neboť přinesla výrazné prodloužení uchovatelnosti jablek nejméně o devadesát dnů. Přednosti skladování v této atmosféře jsou nesporné proto, že se ještě hlouběji zpomalují látkové přeměny, plod méně dýchá, a tím spotřebuje méně zásobních látek. Fyziologická onemocnění tak častá při vyšším obsahu kyslíku v ambientní atmosféře se zcela utlumí. Týká se to především spály (superficial scald – povrchová spála). Spála se neprojeví bezprostředně po sklizni plodů, ale teprve po devadesáti a více dnech jako hnědé skvrny na povrchu plodů, které mohou zasáhnout i větší polovinu povrchu plodu. Zavedením ULO technologie se spála zcela odstraní. ULO skladování potlačuje spálu mnohem lépe než DPA (diphenylamin). Obsah kyslíku je na 0,7 % a CO 2 do 1 %, což není atmosféra, která se pod tímto označením u nás uvádí (ULO znamená 1 – 1,2 % O 2 ). Obsah kyslíku 0,7 % v podstatě iniciuje tvorbu anaerobních sloučenin, jako je etanol, acetaldehyd a etyl acetát, které jsou důsledkem nedostatku kyslíku, naopak rozvoj spály se téměř zastaví. Naopak, atmosféra s 1,5 % O 2 potlačuje spálu málo účinně. Technologicky dosáhnout 0,7 % O 2 v chladírenské komoře je možné úpravou generátoru atmosféry, avšak budou nutné podrobnější studie. (Goliáš, 2009) 3.5.4. Zkušenosti s dalšími druhy ovoce Dosavadní znalosti o skladovacích postupech jsou především známy ze skladování jablek, méně hrušek, ale málo podkladů je známo ze skladování peckového ovoce. Bohužel, málo povzbudivých výsledků je z uložení jahod a višní. Zdokonalené řízení plynných směsí, včetně eliminace etylenu z atmosféry, vytváří předpoklady pro další zpomalení látkového metabolismu skladovaných plodů, což se projeví výraznějším udržením jakosti v období prodeje v tržní síti. (Goliáš, 2009)

- 28 -

3.6. Skladování ovoce ve velmi nízkém obsahu kyslíku V průmyslové praxi jsou zavedeny chladírny pro skladování ovoce s technologiemi řízené atmosféry od konce 60. let, ale jen málo se dosud řízená atmosféra používá pro skladování zeleninových druhů. Jakost dané komodity se řeší vzájemným vztahem doby skladování, teploty, relativní vlhkosti, obsahu oxidu uhličitého, obsahu kyslíku a etylenu. Podle (Čaňka a Goliáše 2004) mnoho provedených studií o přednostech a nedostatcích řízené atmosféry mají empirickou povahu a fyziologické požadavky skladované komodity v nich nejsou prověřeny, naopak mnohé biochemické děje, které by mohly být potenciálně škodlivé tím, že vedou k hromadění látkových složek, jsou méně škodlivé, než jak se o nich dříve spekulovalo (např. obsah anaerobních metabolitů). 3.6.1. Ode zva plodů na nedostatek kyslíku Nižší koncentrace kyslíku v chladírenské komoře, než je fyziologická potřeba, způsobí přechodnou produkci ethanolu, který je málo těkavý a hromadí se v pletivu. Závada může nastat při provozu s ULO technologií, nebudou- li aktuální hodnoty pro CO 2 a pro kyslík jako čtení analyzátoru odlišné od čtení cejchovního plynu. Druhým, v tomto případě negativním předpokladem, bude vysoká plynotěsnost chladírenské komory, která je jinak zcela žádoucí. Více praktických zkušeností je se skladováním odrůd jablek v ULO skladování. Chuť po alkoholu při akutním nedostatku kyslíku se prokáže teprve nad 5,5 g.l-1 , což se projeví i vnějšími symptomy v podobě mírných důlků v povrchových vrstvách pletiva jablek, která jsou zhnědlá a postupně se zvětšují do čtvrtiny až třetiny povrchu. Snadno pak podlehnou rychlému kolapsu po vystavení plodů v pokojových teplotách. V této fázi pokročilého kyslíkového stresu nelze v plodech obnovit fázi odbourání anaerobních metabolitů na koncentrační hladinu zdravých plodů. Defekty jakosti z nedostatku kyslíku se projeví až po několika týdnech, kdy už je zpravidla pozdě činit nápravná opatření, vyplatí se pravidelný odběr 10 – 12 kusů jablek dané odrůdy z ULO skladování a jejich vystavení pokojové teplotě. Indikátorem poškození, které dosud není viditelné, je rozbor na obsah ethanolu, acetaldehydu a ethyl

- 29 -

acetátu. Podle (Čaňka a Goliáše 2004) zvýšené koncentrace do 1 g.l-1 lze snížit řízenou aerací chladírenské atmosféry. Naopak jablka, která jsou vysloveně poškozena, se nedají použít v tržní síti, ani pro potřeby moštování. 3.6.2. Optimální zralost plodů Pro dlouhodobé chladírenské skladování plodů v ambientní atmosféře chladírenské komory s upravenou plynnou směsí je snaha sklízet plody v optimální zralosti. Vymezení

vhodného

časového

úseku

ke

sklizni

se

teoreticky

odvozuje

z klimakterického vzestupu dýchání, pro praktické použití má však význam jen jako údaj stanovený ad hoc. Kritérium produkce etylenu jako fyziologického ukazatele stupně zralosti, je málo užíváno. Ovocnářské podniky s vysokou koncentrací výsadeb a většího počtu odrůd jablek využívají nejčastěji škrobové zkoušky, v níž se hodnotí zbytkový obsah škrobu, nejčastěji na řezné ploše, která je pro odrůdy v koncentračním rozmezí od 2,5 do 0,9 %. Přesná měření sklizňového termínu jsou kombinací metod (penetrometrická zkouška x obsah titračních kyselin x rozpustná sušina x škrobová zrna). (Čaněk, Goliáš, 2004) 3.7. Skladování ovoce a zeleniny s vyuţitím ULO – technologie Výsledek skladování zemědělských a zahradnických produktů v chladírenských prostorách je možno podstatně ovlivnit skladováním nejen při nízké teplotě, ale také při hodnotách O 2 a CO2 , odchylujících se od hodnot vnějšího atmosférického vzduchu. Maximalizovat skladovatelnost plodů bez velké újmy na jejich kvalitu můžeme skladováním produktů v podmínkách ULO – ultra low oxygen (mimořádně nízký obsah kyslíku). Důležitou vlastností organismů je to, že produkt žije a jeho život po sklizni pokračuje. Probíhá v podobě dýchání (respirace), tzn. snižování hodnoty O 2 v boxu, kdy během celého procesu dochází k rozkládání cukrů, za současného vzniku CO 2 , H2O a uvolnění velkého množství tepla. Pokud možno co největší zpomalení této přeměny umožňují podmínky ULO skladování, kdy lze prodloužit dobu skladování na dobu ekonomicky zajímavou a současně lze udržet vysoký standart kvality plodů. (Bittner)

- 30 -

3.7.1. Plynotěsnost chladírenské komory jako předpoklad pro technologii ULO Očekávaná plynná směs v chladírenské komoře se významně liší od běžného složení vzduchu, což vede k řadě potíží, které je nutné překonat. Před zahájením skladovací sezóny se provádí zkouška plynotěsnosti. Zkoušky proběhnou v komoře hermeticky uzavřené s konstantní teplotou alespoň po dobu vlastního měření. Měření v prázdné komoře se zvládne s použitím nezávislého vzduchového čerpadla s přetlakem na 15 mm (150 Pa) nebo pro komory s provozem ULO na 25 mm (250 Pa) vodního sloupce v určeném časovém limitu 30 minut. Ve variantě poklesu tlaku z původní hodnoty barometrického tlaku se počítá doba od 10 minut do 70 minut. Vytvoření přetlaku nebo podtlaku má fyzikálně stejný význam. Při změně tec hniky měření je stejný časový průběh pro vyrovnání tlaku na tlak barometrický (exponenciální vzestup při podtlaku a exponenciální pokles při přetlaku). Odchylky

tlaku

v chladírenské

komoře

mohou

způsobit

trvalé

poškození

plynotěsnosti, proto je nutná trvalá eliminace barometrických depresí a tlakových elevací v chladírenské komoře. Při zdůvodnění zbytkového přetlaku (podtlaku) ve 30. minutě, které je navrhováno na 3,4 mm sloupce vodního (33,3 Pa), je přijímáno jako limitní varianta nejhorší plynotěsnosti, za předpokladu, že budou- li dodrženy v dlouhodobém a ve vysoce efektivním stavu ostatní technologické hodnoty, které se týkají provozu scrubberu (čističe) atmosféry. V technickém uspořádání našich chladírenských komor se předpokládá provoz dekarbonizátoru s účinnou látkou aktivním uhlím nebo s účinnou látkou páleným vápnem (zavedeno mnohem méně). Provoz komory s vápnem nevyžaduje vysokou plynotěsnost chladírenské komory. Do komory se na počátku skladování vkládají papírové pytle s hydroxidem vápenatým (z počátku jako CaO – páleným vápnem). Reakce s CO 2 je chemickou vazbou na hydroxid vápenatý (vzniklý uhličitan vápenatý je deaktivovanou látkou a může se použít na vápnění), přitom je důležité vzít v úvahu, že spotřebovaný CO 2 , který by v komoře vytvořil tlakový deficit, je nahrazovaný přisávaným vzduchem prostřednictvím netěsností všech stykových ploch komory. V tomto vzduchu je pouze 1/5 kyslíku, který musí být dodaný pro rovnovážnou bilanci vázaného CO 2 a přivedeného vzduchu. Kromě tohoto efektu (tolerance k nižší plynotěsnosti komory) se prokazuje i další technologická přednost, adsorpcí CO 2 na vápno se udrží, zejména na počátku skladování koncentrace CO 2 pod 1%. Provoz komory s adsorbérem obsahující aktivní uhlí jako účinnou látku, pracuje na principu - 31 -

adsorpce CO 2 a jiných plynů (včetně etylenu, ale i kyslíku) na speciálně preparované aktivní uhlí. Plynotěsnost komory musí být vysoká. Adsorbér s aktivním uhlím vyžaduje důmyslný způsob regenerace aktivního uhlí, nemá-li být cyklus adsorpce a regenerace zdrojem zanášení vyšších množství kyslíku z vnějšího prostředí do prostoru chladírenské komory. Adsorpce CO 2 na aktivní uhlí závisí na mnoha podmínkách. Bude- li vysoká koncentrace CO 2 v komoře, pak adsorbér pracuje s jistou rezervou, protože dovede efektivněji vázat CO 2 v koncentracích 4 – 5 %, než při koncentraci pod 1%. Vyplývá to z toho, že proces absorpce při nízkém obsahu CO 2 vyváže jen asi polovinu množství CO 2 (uvedené v gramech CO 2 vázaného na jednotkovou hmotnost aktivního uhlí). V následném výplachu (může být přímo vzduchem nebo z regenerované zásoby předcházejícího cyklu) vnášený do prostoru chladírenské komory. Bude- li současně

nízká koncentrace CO 2

v chladírenské komoře,

je

zde

pravděpodobnost, že se vytvoří nerovnováha mezi vázaným CO 2 a obsahem kyslíku při výplachu z lože aktivního uhlí. Tím se stane, že se může, zvýšit obsah kyslíku označený jako ULO, který se očekává na hladině 0,9 až 1,2 %. Všechny uváděné důvody podporují tezi o vysoké plynotěsnosti, kterou se vyžaduje udržení přetlaku (podtlaku) z 150 Pa na 75 Pa za 30 minut, čímž se vytvoří předpoklady optimálního provozu komory při eventuálním vzniku rušivých vedlejších činitelů. Podle (Čaňka a Goliáše 2004) vysoká plynotěsnost je stabilizujícím činitelem při tvorbě ULO plynné směsi (CO 2 není vyšší jak 1 %, O2 v koncentraci 0,9 – 1,2 %).

Graf č. 5: Diagram plynotěsnosti chladírenské komory (Goliáš 1996)

- 32 -

3.7.2. Nejdůleţitě jší výhody uskladnění v ULO podmínkách : ● lepší uchování zelené základní barvy ● zřetelně pevnější plodina ● delší doba skladování ● menší nebezpečí hnědnutí jádřince a slupky Pomocí této technologie můžeme na trh dopravovat ovoce ve vynikajícím stavu. Výhody uskladnění ULO pro kvalitu ovoce bohatě vyváží vyšší investiční náklady. To platí jak pro jednotlivé pěstitele ovoce, tak i pro chladírny a sklady ovoce. To vš e je však možné, pokud budou dodrženy některé podmínky pro optimální skladování. (Bittner) 3.7.3. Hlavní faktory ovlivňující kvalitu skladování: ● kvalita plodu ● teplota skladování ● koncentrace O 2 ● koncentrace CO 2 ● plynotěsnost boxu Regulace teploty skladování, O 2 a CO 2 na potřebnou hladinu vychází z optimálních podmínek pro daný produkt. (Bittner) 3.7.4. Zdokonalení ULO technologie Systém STOREX umožňuje jako jediný směšovat atmosféry jednotlivých boxů a tím urychlovat vznik požadovaných parametrů – mix systém. Pro rychlé dosažení skladovacích parametrů a pro dlouhodobé udržování stabilních hodnot

v

boxech

je

možné

instalovat

N2

transportní

systém.

Po naskladnění produktu do boxu a jeho uzavření, slouží tento systém k prudkému snížení hodnoty O 2 z 21 % na 5 % a to během 48 hodin (Pull down). V dalším průběhu skladování na základě výsledků měření, injektuje absorber CO 2 automaticky potřebné množství N 2 do jednotlivých boxů, aby byly dodržovány stabilní parametry skladování (1,0 – 1,5% O 2 a 3% CO 2 ). - 33 -

Rovněž je zde využíváno nadbytečného N 2 produkovaného v boxech vyžadujících provzdušňování k zvýšené dodávce N 2 do boxů, kde je to potřeba a tím se ušetří chod N2 generátoru. Tento automatický systém minimalizuje činnost N 2 generátoru na skutečně potřebnou dobu a podstatně snižuje energetické nároky na běh zařízení. Součástí dodávky může být rovněž Leak - stop systém eliminující vliv případně vzniklých netěsností. Tyto systémy vyžadují stálou instalaci N 2 generátoru do ULO systému. Systém omezuje vliv lidského faktoru, umožňuje po částečném vyprázdnění komor jejich rychlé znovuzavedení na ULO podmínky a v případě porušení plynotěsnoti některé komory umožňuje mírným přetlakem N 2 držet požadované hodnoty O 2 a CO2 . Při skladování produktů citlivých na etylen (např. jablka ´Elstar´, hrušky, kiwi) je doporučeno rozšířit ULO technologii o etylen – stop systém, což znamená, že například hrušky a jablka jsou skladovány ve dvou vzájemně nezávislých plynotěsných systémech, řízených centrálním počítačem. V případě nevyužití tohoto systému by etylen vytvořený dýcháním jablek výrazně negativně ovlivnil kvalitu skladování hrušek. (Bittner) 3.7.5. Porovnání běţného chlazeného skladu se skladem s dobře provedenou ULO – technologií Běžný chlazený sklad nebo sklad se špatnou provedenou ULO technologií

Sklad s dobře provedenou ULO technologií

Částečné snížení respirace a vysoký obsah Více jak třicetinásobné snížení respirace aromátů

Úplné odstranění metabolitů

Částečné odstranění metabolitů

Přesné měření a regulace, odchylka

Nepřesné měření veličin a jejich regulace je max. 0,1 °C Nepřesné dávkování O 2 a CO 2

Velmi přesné dávkování O 2 a CO 2

Vysoké koncentrace O 2 , CO 2 a C2 H2

Velmi nízké koncentrace O 2 , CO2 a C2 H2

Neúplná archivace, či špatná archivace dat Stoprocentní a dlouhodobá archivace dat Špatná volba konstrukce vzduchových

Kvalitní konstrukce vzduchových chladičů

chladičů

Nízká teplotní diference na chladiči vzduchu

- 34 -

Špatná volba teplotní diference na chladiči Vhodná cirkulace vzduchu vzduchu

Stabilní rovnoměrný pístový tok vzduchu s

Nízká cirkulace vzduchu

rovnoměrným přístupem ke každé boxpaletě

Turbulentní nestabilní proudění v komoře Nízká kondenzace a tedy nízké vysoušení Vysoká kondenzace na teplosměnné ploše produktu chladiče vzduchu

Dostatečná rozteč lamel a vhodné proudění

Špatná rozteč lamel a nesprávné odtávání Vhodný teplotní profil procházejícího vzduchu námrazy ventilátorů

přes výparník

Špatný teplotní profil procházejícího

Kvalitní ventilátory s vysokou účinností

vzduchu přes výparník

Vhodný způsob odtávání výparníku

Poruchové ventilátory s malou účinností

Kvalitní kompresory a řídící systém

Nevhodný způsob odtávání výparníku Hermetické kompresory a jednoduché regulátory. 3.8. Větrání chladírenských komor pro jablka Soustavné přivádění vnějšího vzduch do prostoru chladírenské komory není zcela jednoznačné. V naší technologické praxi existují komory chlazené pouze zabudovaným chladicím zařízením, které je vybaveno výparníkovými ventilátory. Odvod dýchacího tepla a všech dalších zdrojů tepla vnikajícího do chladírenské komory je ve většině případů dobře technologicky zvládnut, neboť rychlost vzduchu v prostoru mezi velkoobjemovými bednami, ale i v prostoru mezi jablky uvnitř, dokáže toto teplo rychle odvést. Přívod venkovního vzduchu z důvodu úpravy teplotního pole není potřeba, ba naopak je nutno dbát na to, aby přiváděný vzduch byl upravený na hodnoty vnitřní atmosféry. Kromě komor pouze chlazených je část skladovací kapacity chladírenských komor s upravenou plynnou směsí. Jedná se o komory s řízenou atmosférou, které jsou od prvopočátku konstruovány jako plynotěsné a větrání venkovním vzduchem by zásadně měnilo už předem mnohdy pracně nastavenou plynnou směs. Ta se zásadně liší od plynného složení běžného vzduchu. (Goliáš, 2006)

- 35 -

3.8.1. Důvody větrání v neplynotěsné chladírenské komoře Bližším rozborem plynného složení atmosféry komor můžeme celkem snadno zjistit, že obsah kyslíku a oxidu uhličitého se jen málo odlišuje od složení vzduchu. Je to díky tomu, že dýcháním plodů se atmosféra obohatí o oxid uhličitý a zčásti se zbaví kyslíku. Změny, které nastanou, skladovaným plodům spíše prospívají, neboť oba plyny zpětně potlačují látkový metabolismus a z důvodů omezené plynotěsnosti se nikdy neustaví fyziologicky škodlivá atmosféra. Jiné hodnocení se dotýká etylenu, který je rovněž uvolňovaný z plodů jablek, zejména ve fázi klimakterického dozrávání, které probíhá právě při chladírenském skladová ní od října do dubna. Podle (Goliáše 2006) nebude-li produkce etylenu v rovnováze s rychlostí větrání, pak jeho koncentrace v okolí skladovaných plodů roste. 3.8.2. Obsah etylenu ve vztahu k potřebě větrání venkovním vzduche m Přestože jsou dlouhodobě známy mnohostranné účinky etylenu na zrychlení zrání plodů, dosud uplatňovaná kritéria kontroly ambientní atmosféry se vztahují na teplotní a vlhkostní faktor. Etylenu byl v minulosti přičítán nízký fyziologický účinek, pokud byly plody skladovány v chladírenských teplotách. Prahová hodnota fyziologického účinku se očekávala jen u teplot vyšších. Již ve čtyřicátých a padesátých letech minulého století se konaly praktické zkoušky čištění atmosféry, kterými se sledovalo omezení spály, zředění těkavých aromatických látek, etylenu a zpomalení měknutí pletiv skladovaných jablek. Závěry těchto studií se mnohdy lišily v hodnocení fyziologické odezvy plodů, hlavně na výskyt spály. Po zavedení kontrolních chemických činidel (difenylaminu a etoxyquinu) a systému řízené atmosféry zájem o tento technologický postup upadal. Příznivý vliv nízké koncentrace etylenu na zpomalení měknutí pletiv lze odhadnout max. na 170 kPa. Tendence měknutí jsou ovlivněny odrůdou jablek, teplotou skladování, stupněm zralosti v období sklizně a obsahem CO 2 a O2 v okolní atmosféře. V chladírenských komorách s běžnou plynotěsností stěn a dveří se potřeba obnovy vzduchu pokládá za výjimečnou, neboť otvíráním dveří se umožňuje přístup čerstvého vzduchu zvenčí. Potřeba větrání venkovním vzduchem se udává dobou větrání za den, popř. počtem objemů obnoveného vzduchu za den (zpravidla vztahovaný na prázdný - 36 -

objem komory). Někdy se doporučuje větrat jen při zchlazování, kdy vyšší teplotu plodu vyvolává větší produkce vonných složek. Periodické obnovování vzduchu je však nutné v těchto případech, kdy je vliv zřeďovacích faktorů podstatně omezený, např. konstrukcí stěn z plynotěsných materiálů a omezeným provozem v komoře během skladování a zvýšenou hermetičností chladírenských dveří. Potřeba větrání je odvozena z minimalizace obsahu etylenu v ambientní atmosféře a z příslušných výpočtových vztahů je formulována nutná doba větrání údajem poločasu větrání. Pokusy se konaly ve velkokapacitní chladírenské komoře o objemu 1004 m2 . Jablka fungují jako trvalý zdroj produkce etylenu. Tento plyn při svém difuzním transportu do promíchávaného prostoru vytváří ve vrstvě jablek koncentrační gradient, úměrný odporu proti prostupu etylenu vrstvou. Časové změny hmoty etylenu v nepromíchávaném objemu se rovnají rychlosti tvorby etylenu minus rychlost difuzního úniku etylenu do promíchávaného objemu. (Goliáš, 2006) 3.8.3. Výpočet potřeby větrání z hodnot koncentrace etylenu Zřeďovací efekt vznikl nuceným odsáváním, přičemž čerstvý vzduch se přiváděl do prostoru výparníku, kde přebytečná vlhkost zkondenzovala na jeho trubkovém systému. Současně vnitřní atmosféra cirkulovala, takže prostor mimo velkoobjemové bedny s jablky byl promícháván. Na základě teoretického modelu lze předpokládat, že průběh koncentrace etylenu v promíchávaném prostoru komory v závislosti na době větrání (t) lze popsat empirickou rovnicí: c = A exp ( - at) + c ω kde A = cf o ( GW/F), a = F/(Vd + Vf) c ω = GW/F cf

o

je koncentrace etylenu na počátku větrání, W je hmota jablek v chladírenské

komoře v kg, G je produkce etylenu v l/kg/h, F je objemová rychlost větrání m3 /h, (Vd + Vf) je součet nepromíchávaného a promíchávaného objemu v chladírenské komoře v m3 . Pro zřeďovací plynné složky lze využít koncepce poločasu větrání (t0,5 ), z níž plyne, že pokles koncentrace na polovinu každé počáteční hodnoty je pro danou funkci c f(t) konstantní. Vyneseme- li exp [Ft/(Vd + Vf)] vůči době chodu chladícího zařízení a vyznačíme- li t0,5 , pak prakticky po pěti poločasech bude předpokládaná koncentrace jen - 37 -

asi o 3% vyšší než cω. Poločas větrání označený jako t pro pět poločasu t menší 3,51 (Vd + Vf)/F. Z koncepce poločasu také vyplývá, že má- li klesnout koncentrace sledované složky na svoji poloviční hodnotu, musí být prosátý objem 0,693 (Vd + Vf). K dosažení požadovaného účinku (5 t0,5 ) je nutno prosát 3,465 ( Vd + Vf). V konvenčních chladírnách lze hladinu etylenu udržovat na minimální hranici soustavným větráním venkovním vzduchem. Snižování koncentrace etylenu během větracího cyklu má exponenciální průběh. Pokles koncentrace závisí na efektivním objemu komory, který je formulovaný jako rozdíl objemů prázdné komory a vlastních jablek, a na efektivní objemové rychlosti průtoku větracího vzduchu. Plynný prostor uvnitř velkoobjemových beden není během odsávacího cyklu přímo promýván a plynné složky

se

uvolňují do

promývaného

prostoru

difuzí.

Koncentrace etylenu

v promíchávaném a nepromíchávaném prostoru jsou prakticky shodné. Odvětráváním etylenu z komory je možné jen do ustálené koncentrace, která je dána bilancí mezi produkcí etylenu skladovanými plody a rychlostí odsávání. Ustálená koncentrace ve výpočtu byla předpokládána na úrovni 12,8 l/l, skutečná pak na 12,7 l/l, odvozená z produkce etylenu měřeného na separátních vzorcích jablek. Z výpočtových vztahů byl formulovaný poločas větrání, který je dán vztahem 0,693 (Vd + Vf)/F. V podmínkách měření činil poločas větrání 45 minut. Pro dosažení ustálené koncentrace etylenu v ambientní atmosféře je doporučeno pět poločasů, které zabezpečují trvale nízkou hladinu etylenu. (Goliáš, 2006) 3.9. Poškození odrůd jablek nízkou teplotou skladování zjištěné produkcí etylenu. Teplota plodu jako skladovací faktor zásadně ovlivňuje rychlost posklizňového metabolismu plodu. Jablka lze rychle zchladit a skladovat v teplotách blízkých 0 °C, které

nezpůsobí

poškození

chladem.

Uchovatelnost

jablek

je

v nepřímém

exponenciálním vztahu k teplotě skladování. Moderní chladírenská technologie proto směřuje k co nejnižším, fyziologicky přijatelným teplotám. Některé odrůdy jablek snadno podléhají měknutí dužniny jako následek hnědnutí dužniny v důsledku chladového onemocnění, jsou- li skladovány při teplotě, která je pro danou odrůdu příliš nízká. Chladový stres pro jablka představuje teplotní pásmo v rozsahu 2 až 3 °C nad bodem mrznutí pletivového roztoku až po nepoškozující teploty. Technologicky využitelné

- 38 -

jsou právě teploty na hranici chladového stresu, zejména tehdy, jsou- li skladovány bez řízené atmosféry. Vznik viditelného chladového poškození je funkcí poškozující teploty a doby jejího působení, což v praktických podmínkách uložení, při zvážení všech podmiňujících faktorů, bývá 30 až 90 dnů. Buněčné membrány jsou všeobecně pokládány za primární senzory teplotně citlivých rostlin. Toleranci k chladovému poškození vztahují (Lyons, 1973) a (Kimura aj., 1986) k obsahu nenasycených mastných kyselin, citlivé odrůdy mají nižší obsah těchto kyse lin (Kimura aj., 1982). Také vyšší podíl glykolipidů přispívá k toleranci odrůdy jablek k chladovému poškození. Tyto látkové složky zlepšují propustnost mitochondriálních membrán v chladové fázi. Při chladovém stresu rozlišuje (Wang, 1982) vratné reakce, pokud je expozice v chladové teplotě krátkodobá, kam řadí například zvýšení intenzity dýchání a produkce etylenu, a změny nevratné, které vedou k viditelným symptomům, jako je hnědnutí dužniny, ztráta schopnosti dozrávat, zvýšené vadnutí a podobně. Plody v chladovém stresu vykazují nízkou produkci etylenu. Tato produkce se během chladového stresu nejeví jako průkazné kritérium pro posouzení stresového vlivu. Výraznější rozdíly, které by mohly být jedním z kritérií pro určování tolerance odrůd ke chladovému stresu, je produkce etylenu až v následné fázi adaptace plodů na běžnou chladírenskou teplotu. Odrůdy tolerantní na chladový stres (Golden Delicious) reagují vzestupem produkce etylenu na úroveň hodnot před stresem. U odrůd citlivých na chlad (např. odrůda Spartan) vzrůstá produkce etylenu o působení nízké teploty (-3,2 °C) pouze na polovinu původní úrovně (Goliáš, Kopec, 1993). Stimulace etylenové produkce v pletivech podléhajících chladovému stresu má stejný biochemický průběh jako při zrání. Biogeneze v methionovém cyklu probíhá prostřednictvím stejných metabolitů za vzniku ACC (aminocyklopropanové kyseliny) jako intermediálního prekurzoru etylenu. (Wang, 1982)

- 39 -

3.9.1. Reakce plodů v chladové teplotě spodního pásma chladírenského skladování Teplota mikroklimatu chladírenské komory není homogenní, což vyplývá z tepelné bilance, neboť i při dostatečné vnitřní cirkulaci ve volném prostoru komory jsou zřejmé diference teplotního pole (Boem, 1989). Plody v blízkosti výparníku, které jsou omývány vzduchem vytlačovaným do prostoru komory, mají teplotu zpravidla -2,0 až -3,5 °C, čímž se vytváří prostředí pro trvalé ochlazování plodů uložených ve velkoobjemových bednách. Optimální teplota vzduchu tímto trvale kolísá. Pouze u odrůdy Idared se projevila opačná tendence ve srovnání s ostatními odrůdami, neboť produkce chladem indukovaného etylenu po oteplení na srovnávací teplotu 16 °C byla průkazně vyšší než u kontrolních plodů. (Goliáš, 1999) 3.9.2. Tole rance odrůd jablek vůči chladovému stresu při teplotě mírně nad bodem mrznutí Mrznutí dužniny jablek nastává v teplotním rozmezí -3,0 až -4,0 °C. U zkoušených odrůd jablek teplota plodu -3,2 °C ještě nevytvářela v kvasistacionárním stavu tvorbu ledových krystalů (Goliáš a Kopec, 1993). Teplota -1,5 °C vytvářela předpoklady chladového poškození. Pro ověření fyziologických účinků této chladové teploty ve vztahu k optimální teplotě + 3 °C se prokázalo, že vyšší produkce etylenu indukovaného c hladem závisí na odrůdě. (Goliáš, 1999) 3.10. Vztah produkce etylenu k netěkavým látkovým sloţkám v období zrání jablek na stromě U dužnatých plodů je mnohdy nutné stanovit etylen v nízkých koncentracích, které podněcují zvýšenou fyziologickou aktivitu pletiv. U plodů klimakterického typu je nutné znát stopová množství obdobně jako u zeleninových druhů. Citlivost analýzy etylenu přímým nástřikem vzorku je asi desítky μl/l. Použitím obohacovacích technik, které umožňují při vhodné instrumentaci pracovat s intaktním plodem, lze sledovat i dynamické změny aromatických látek jablek. (Dirinck a Schamp,

- 40 -

1990) Při stanovení etylenu lze analyzovat neporušený plod samostatně, neboť uvolněný plyn z plodu se zachytí v obohacovací kolonce s vhodným sorbentem. Tepelnou desorpcí a analýzou koncentrátu lze citlivost analýzy buď ještě zvýšit, nebo pracovat za stabilnějších podmínek. Etylen se na obvyklých sorbentech zachycuje poměrně slabě, vzniklý koncentrační efekt je nízký (Goliáš, Novák, 1985) Optimální sklizňový termín se zpravidla vyhodnocuje několika časově postupnými odběry vzorků a jejich látkové složky jsou hodnoce ny bezprostředně před skladováním nebo se provádí čtyři odběry a sklizňový termín se hodnotí skladováním v řízené atmosféře s velmi nízkým obsahem kyslíku a s nízkým obsahem etylenu (Graell a Recasens, 1992). Metodou kriteria fluorescence chlorofylu ve vztahu k etylenu a poměru penetrační pevnosti, rozpustné sušiny a škrobového indexu se odhaduje sklizňový termín odrůd z několika postupných sklizní (Obaid aj., 1996). Kritérium penetrační pevnost (kg)/refraktometrická sušina (Rf) x škrobový index (stupnice 0 – 10) je pro odrůdy odlišné, zhodnocení z osmi sklizňových sezon skýtá pro odrůdy odlišné hodnoty, např. pro odrůdu Elstar 0,30; Coxs Orange 0,21; Jonagold 0,07. (Streif aj., 1996) 3.10.1. Krité rium netěkavých látkových sloţek v období zrání plodů na stromě Pro dlouhodobé chladírenské sladování, a na ně navazující speciální technologie, se vyžaduje optimální zralost v období sklizně, neboť jen nízká metabolická aktivita pletiva prodlužuje skladovatelnost a omezuje výskyt fyziolo gických onemocnění (Van de Geijn, 1996). Podle (Streifa, 1989) index zrání (síla/refraktometrická sušina x škrobový test) má pro odrůdy jablek podobný časový průběh a numerická hodnota je pro danou odrůdu konstantní. Zralostní index je založený na časově stejném průběhu měřených hodnot (titrační kyselost x rozpustná sušina/škrobový test). Číselné údaje jsou rozdílné pro jednotlivé odrůdy a také odlišné pro zahájení klimakterické vývojové fáze. Produkce etylenu v této vývojové fázi se pohybuje v rozmezí desetin a jednotek μ/kg/h. (Goliáš, 1999)

- 41 -

3.10.2. Dynamika etylenu jablek dozrávajících na stromě Stanovení optimální zralosti plodů, zejména pro jablka určená k chladírenskému skladování, se historicky odvíjela od jednoduchých metod, které se dají smysly postihnout, k složitějším a instrumentálně náročnějším řešením. Prokázalo se, že ani jedno kritérium postihující fyziologický stav plodu, byť stanovené náročnou instrumentací, nedostačuje k vymezení stupně zralosti. Dynamika etylenu má v tomto vztahu ke zralosti plodu svoje výrazné odlišnosti druhové, v případě jablek i odlišnosti odrůdové. Pro získání reálného výsledku je podstatná technika odběru vzorku z plodu (Salveit, 1982). Vysoká nesourodost jinak vizuálně stejných plodů vedla k tomu, že (Blanpied a Pritts 1987) nedoporučují headspace gas analýzu etylenu ze skupinového měření kvůli potenciálně rozdílné metabolické úrovni každého plodu zařazeného do měřeného vzorku. Koncentrace etylenu ve vnitřní atmosféře plodu umožňuje reálný odhad fyziologické aktivity v pletivu, avšak technika odběru plynu způsobí jeho další vyřazení z pozorování. Naopak jsou- li sledovány další látkové složky v homogenátu, jeví se tato rychlá pracovní technika jako zřejmá výhoda. Etylen uvolňovaný přes neporušenou slupku do perkolujícího plynu má dvě základní fáze

produkce.

Ve

fázi

prahové

produkce,

která

teoreticky

představuje

předklimakterické vývojové období, je výdej etylenu z plodu nízký. U odrůd, které jsou pro naši pěstitelskou praxi perspektivní, se v časovém sledu doznívajícího růstu pohybují v rozmezí 0,03 až 0,3 μl/kg/h. Výjimkou je odrůda Selena, její zrání je nejméně o měsíc dříve než u ostatních odrůd (Florina, Angold, Produkta, Zuzana). Zahájení klimakterické vývojové fáze, udané kalendářním datem, je časovým úsekem vzestupu etylenu z prahových hodnot do druhé vývojové fáze – zahájení typického zrání, kdy produkce etylenu má vzestupnou tendenci. Tyto rychlosti jsou výrazně odlišné, neboť odrůda Selena má vysokou schopnost biosyntézy etylenu zatímco pro odrůdy Angold, Produkta a Rezista je typická produkce etylenu 1 až 2 μl/kg/h. (Goliáš, 1999)

- 42 -

3.11. Dynamika etylenu během sklizně a chladírenského skladování jablek Produkce etylenu v neporušeném plodu odrůd jablek byla měřítkem látkového metabolismu v období zrání na stromě a následném chladírenském skladování a při posouzení účinku ochranného pokryvu emulzí Semperfresh. Účinnost přípravku závisí na odrůdě jablek a na teplotě skladování. Podle kritéria etylenu ochranný pokryv přípravkem působí zpomalení metabolismu v teplotě skladování 3 °C pro odrůdu Golden Delicious. Produkce etylenu u plodů jablek uložených v chladírenské teplotě je odrůdově odlišná a závisí na stupni zralosti v období sklizně. Plody odrůdy Rezista, sklizené jako přezrálé, mají v teplotě uložení 3 °C vyšší produkci etylenu. V této teplotě nebyl zaznamenán posklizňový vrchol prokukce etylenu. Pokryvný účinek přípravku Semperfresh se prokázal jako tlumivý u plodů odrůdy Golden Delicious, nikoliv u plodů odrůdy Selena. Rozdíly jsou vztaženy na vizuálně vnímanou odlišnost slupky s obsahem přirozené voskové vrstvy v epidermu. Hodnotou produkce etylenu lze rozlišit metabolickou aktivitu plodů skladovaných v teplotách uložení 3 °C a 16 °C. (Goliáš, 2001) 3.11.1. Srovnání odrůd jablek podle produkce etylenu a fyzikálně che mických změn při chladírenském skladování Byly zjištěny významné rozdíly mezi pěti odrůdami jablek (Golden Delicious, Reinders, Resista, Topaz, Meteor a Rubinstep) a dobou skladování. Změny titračních kyselin měřené během skladování jsou statisticky významné, ale pozorované změny v obsahu rozpustné sušiny měřené refraktometricky, byly značně variabilní pro použití v těchto souvislostech. Vysoká produkce etylenu ovlivňuje ztrátu pevnosti dužniny jen nepřímo. Diskriminační analýzou se prokázaly rozdíly na základě znalosti pevnosti dužniny, produkce etylenu a jejich obsahem titračních kyselin. Pouze pro odrůdy Golden Delicious, Reinders a Resista nelze podle zadaných hodnot obě odrůdy od sebe rozlišit. Další zkoušené parametry, jako jsou rozpustná sušina a hmotnostní ztráty, nepřispívají ke zlepšení statistického rozlišení diskriminační analýzou. (Goliáš et al., 2008)

- 43 -

3.11.2. Produkce etylenu v jablkách infikovaných Gleosporium album Ostrw. Během chladírenského skladování. V deseti odrůdách jablek byla stanovena produkce etylenu vyjádřená v µl/kg/h. Odrůda Resista vykazovala nejvyšší produkci etylenu, která se výrazně odlišovala od ostatních odrůd. Produkce etylenu odrůdy Meteor byla 4,2 ± 0,58 µl/k g/h, u odrůdy Resista byla 131,6 ± 5,5 µl/kg/h. Infikované plody odrůdy Topaz měly nižší produkci etylenu než plody zdravé. Všechny odrůdy můžeme rozlišit do tří klastrů. Pomocí diskriminační analýzy s kanonickou korelační analýzou bylo dosaženo rozlišení plodů zdravých a plodů infikovaných. Hodnoty produkce etylenu byly získány z neporušených plodů, z nichž se etylen zachytil do sorbentu metodou headspace gas analýzy. Sorbent Carbosieve G byl vybrán pro zachycení kvůli své relativně vysoké afinitě pro lehké uhlovodíky, k nimž patří etylen. Pro úplné zachycení etylenu do obohacovací kolony dostačuje prosát 0,3 l perkolačního plynu. (Goliáš et al., 2006)

- 44 -

4. MATERIÁL A METODIKA 4.1. Měření mnoţství etylenu v chladírenských komorách Pokus byl měřen na čtyřech místech a to v chladírně v Bzenci, Velkých Bílovicích, Veleboři a ve školní chladírně v Lednici na Moravě ve třech různých atmosférách ŘA, ULO a v atmosféře FAN. Množství etylenu měřeno u odrůd Idared (ID), Golden Delicious (GD), Jonagold (JNG), a Jonaprice. Měření probíhalo v různých časových termínech.

Bzenec Měřeno v atmosféře ULO třikrát (28. 1, 28. 2, 20. 3. 2008), v komoře č. 3 s odrůdou Golden Delicous proběhlo i čtvrté měření 8. 5. 2008. V Bzenci byl pokus měřen celkem ve třech komorách u odrůd Idared, Golden Delicous, Jonagold. V komorách je nainstalován výparník, který se stará o rozvod chladného dusíku po chladící komoře. Dále jsou v komoře nainstalovány tři trubky: -

největší je pro odvod atmosféry

-

malá pro přívod dusíku → max. 1,4% vzduchu v komoře

-

poslední trubka pro kontrolu atmosféry v komoře

Komora je utěsněna dvojími dveřmi, které jsou zatěsněné těsnící hmotou. Zkouška těchto dveří se provádí pomocí mýdlové vody. Pro další kontrolu atmosféry je ve dveřích umístěn kohout. Dveře dále obsahují průlez, kterým se dá dostat do komory i po utěsnění těchto dveří. Protože je v chladící komoře atmosféra s nízkým obsahem kyslíku, musí se do ní po utěsnění vstupovat pouze s dýchacím přístrojem. V tomto odbytovém družstvu se pro chlazení používá čpavek. Ten se zchladí na 27 °C a tím zkapalní. Skladuje se v nádobě, odkud se rozvádí. Generátor dusíku vytváří dusík z okolního prostředí. A je vháněn do komory přes aktivní uhlí o koncentraci 98 % dusíku. Oddělení dusíku od kyslíku se v generátoru provádí za tlaku 0,8 MPa. Čím více je aktivní uhlí kvalitnější, tím je větší jeho otěru vzdornost.

- 45 -

Další částí tohoto zařízení jsou tzv. plíce – tyto plíce slouží k zachytávání vyčištěné atmosféry z chladící komory (atmosféra se musí čistit, protože dochází ke vzniku CO 2 , které nesmí překročit 3%) a dále se takto vyčištěná atmosféra smíchává s dusíkem získaným z okolního prostředí a vrací se zpět do komory. Další plíce jsou umístěny u každé z komor, a tyto plíce slouží k vyrovnávání tlaku či podtlaku v komorách. Pokud se aktivní uhlí zahltí, tak se provádí čištění pomocí venkovního vzduchu. Toto aktivní uhlí vydrží 6 sezón. Velké Bílovice Měřeno v atmosféře ŘA 28. 11. 2008, celkem v 5 komorách u odrůd Idared, Jonaprice a Golden Delicious. Toto odbytové družstvo má celkem 9 chladících komor s kapacitou 2000 tun ovoce. Chladící komory jsou velikosti 15m x 12m x 6,5m. V chladící komoře je nad dveřmi výparník, který celou místnost ochlazuje. Jako chladivo je používán freon, který je nyní již ekologický (když dojde k úniku do životního prostředí tak se rozloží). Ve výparníku jsou instalovány dvě trubky pro odvod vykondenzované vody. Celou strojovnu tvoří 3 kompresory, přívodní vedení vzduchu, který je chlazený vzduchovým kondenzátorem. Veleboř Měřeno 14. 12. 2008 ve dvou komorách s ULO atmosférou a dále v jedné komoře s ŘA atmosférou u odrůd Golden Delicious a Jonagold.

Lednice Měřeno v atmosféře FAN u odrůd Golden Delicious, Idared, Jonagold. Termín měření – leden 2008. Atmosféra z komor se odebrala do speciálních boxů, vyrobených z PE - fólie (příloha, foto č. 2) pomocí přístroje Personal Air Sampler (příloha, foto č. 3). Pomocí injekční stříkačky se tato atmosféra z boxu odebrala a provedla se analýza pomocí plynového chromatografu.

- 46 -

Obr č. 4: Schéma boxu s atmosférou, z něhož se injekční stříkačkou odebíral vzorek do plynového chromatografu. 4.2. Produkce těkavých sloučenin

4.2.1. Identifikace Provádí se podle elučních dat na jedné, příp. více zakotvených fázích, programováním teploty chromatografické kolony během stanovení, použitím kapilárních kolon, použitím preparační chromatografie s následující identifikací vypreparovaných látek, které reagují s určitými funkčními skupinami, které pak v pořízeném chromatogramu chybí (např. hydrogenace karboxylových skupin na alkoholy). Nověji se užívá hmotová a infračervená spektrometrie, kterými se identifikují rozdělené látky na chromatografické koloně. Vzhledem k jejich heterogenní povaze jsou i metody stanovení velmi rozmanité. Nízké koncentrace aromatických látek vyžadují zpravidla předběžné izolační a koncentrační postupy. (Goliáš, 1996) Produkce těkavých sloučenin z plodů jablek Chladírna Lednice: ŘA – GD, ID, JNG FAN – GD, ID, JNG Hodnocený termín: 18. 5. 2008 Chladírna Bzenec: ULO – GD, ID, GD + JNG Hodnocený termín: 29. 2. 2008, 22. 3. 2008 - 47 -

Produkce těkavých sloučenin z plodů třešní odrůdy Vanda Hodnocený termín: 10. 04. 2009 Atmosféry: ULO, ŘA, CA, FAN 4.2.2. Stanovované těkavé sloučeniny

Jablka

Třešně

Ethanol

3 - Methyl - 1 - pentanol

Ethylacetát

2 - Methyl - 1 - pentanol

Butylacetát

Ethyl trans - 3 - hexenoate

2-Metylbutylacetát

n - Nonanal

Butanol

Hexyl acetate

Metylbutanol

Acetic acid

Amylalkohol

2 - Methylbutyl acetate

Hexylacetát

2 - Hexen - 1 - ol

Hexanol

Hexanal n - Butan - 1 ol n- butyl acetate c- caprolactone Acetic acid 2 – Mehtyl-1-propyl acetate

- 48 -

5. VÝSLEDKY A DISKUZE 5.1. Měření etylenu v chladíre nských komorách V chladírenské komoře ve Velkých Bílovicích při ŘA atmosféře vykazovala největší produkci etylenu komora č. 4 (příloha, tabulka č. 3) (graf č. 6), která obsahovala již zralou odrůdu GD. 80

RA Velké Bílovice

ethylen ppm

60

40

20

0 K1 GD 0,75

K2 ID 0,75

K7 ID 0,75

K4 GD zralý

K5 Jonaprice

Graf č. 6: Obsah etylenu naměřený ve Velkých Bílovicích v atmosféře ŘA. Porovnáme- li atmosféry ULO a ŘA z hlediska obsahu etylenu dle naměřených hodnot v chladírenských komorách komoře ve Veleboři, (tabulka č. 1) pak atmosféra ULO obsahuje etylenu podstatně více. (graf č. 7) Komory s atmosférou ULO obsahovaly odrůdy Golden Delicious, komora s atmosférou ŘA obsahovala odrůdu Jonagold. Tabulka č. 1: Obsah etylenu v chladírenské komoře ve Veloboři v atmosférách ULO a ŘA.

14. 12. 2008

GC

ULO K1

63,06

ULO K2

50,62

ŘA 0.5

5,95

- 49 -

ethylen ppm

80

Veleboř RA

60

Veleboř ULO

40 20 0 RAVeleboř

ULO Veleboř

ULOVeleboř

Graf č. 7: Obsah etylenu v chladírenské komoře ve Veloboři v atmosférách ULO a ŘA. V chladírenské komoře v Bzenci při ULO atmosféře vykazovala největší produkci etylenu komora č. 7 (graf č. 8) (příloha, tabulka č. 4), která obsahovala odrůdu GD + JNG. Tato komora byla otevřena týden před měřením.

250

ULO Bzenec 200

ethylen ppm

150

100

50

+J N G

.

G D

D +J N G K

7

20 .

3.

2G 28 . 7 K

K

7

28 .

1.

K

3

G D

8. 5

3. 32 0. K

+J N G

D .G

D G

G D K

3

28 .

1. K

3

28 .

2.

G D

ID 3. 20 . K

5

28 . 5 K

K

5

28 .

2

1.

ID

ID .

0

Graf č. 8: Obsah etylenu naměřený v Bzenci ve třech komorách v atmosféře ULO.

- 50 -

Ve školní chladírně v Lednici v atmosféře FAN, vykazovala největší produkci etylenu odrůda Golden Delicious (tabulka č. 2) (graf č. 9). Tabulka č. 2: Obsah etylenu u odrůd Golden Delicious, Idared a Jonagold v atmosféře FAN. zboží FAN GD FAN ID FAN JNG

GC 1,88 0,26 1,26

Graf č. 9: Obsah etylenu u odrůd Golden Delicious, Idared a Jonagold v atmosféře FAN v Lednici. 5.2. Produkce těkavých sloučenin

Jablka Atmosféra Lednice Odrůda Idared – FAN – nejvíce obsažen etylacetát (příloha, tabulka č. 5, graf č. 10) ŘA – nejvíce obsažen butylacetát a hexylacetát (příloha, tabulka č. 6, graf č. 11) Odrůda Golden Delicious – FAN – nejvíce obsažen butylacetát, etylacetát a hexylacetát, poměrně hodně ovšem zastoupen i 2 - metylbutylacetát, butanol i hexanol (příloha, tabulka č. 7, graf č. 12) ŘA - nejvíce obsažen butylacetát, (příloha, tabulka č. 8, graf č. 13) - 51 -

Odrůda Jonagold – FAN - nejvíce obsažen etylacetát (příloha, tabulka č. 9, graf č. 14) ŘA – nejvíce obsažen butylacetát a hexylacetát (příloha, tabulka č. 10, graf č. 15)

Graf č. 16: Naměřené hodnoty těkavých látek u odrůd Golden Delicious, Idared, Jonagold – Lednice Atmosféra Bzenec - atmosféra ULO Odrůda Golden Delicious (komora č. 3) – nejvíce obsažen 2- methylbutylacetát (příloha graf č. 17) Odrůda Idared (komora č. 5) – nejvíce obsažen butylacetát, 2 – methylbutylacetát (příloha graf č. 18) Odrůda (GD + JNG) (komora č.7) – nejvíce obsažen ethylacetát a 2- methylbutylacetát (příloha graf č. 19) Třešně FAN – nejvíce obsažen n-butan-1-ol (příloha, tabulka č. 11, graf č. 20) ULO – nejvíce obsažen hexanal (příloha, tabulka č. 12, graf č. 21) ŘA – nejvíce obsažen hexanal (příloha, tabulka č. 13, graf č. 22) CA – nejvíce obsažena acetic acid (příloha, tabulka č. 14, graf č. 23)

- 52 -

5.3. Shrnutí výsledků mě ření Z měření vyplývá, že největší produkci etylenu vykazovala odrůda GD a to při atmosféře ŘA, FAN i ULO. Naopak nejmenší produkci etylenu vykazovala odrůda ID a to opět ve všech třech atmosférách. Největší hodnota obsaženého etylenu byla naměřena v Bzenci 28. 1. 2008 v atmosféře ULO v komoře č. 7 a to 232,78 ppm u odrůd GD + JNG. Nejmenší hodnota etylenu byla naměřena 0, 26 ppm u odrůdy Idared v atmosféře FAN. Hodnota etylenu se mění během skladování. (graf č. 8). V komoře s ULO atmosférou u odrůd GD + JNG kleslo množství v době od 28. 1. 2008 do 28. 2. 2008 z 232,78 ppm na 97,36 ppm. Mezi nejvíce produkované těkavé látky u jablek patří u odrůd ID, JNG ethylacetát v atmosféře FAN a butylacetát v atmosféře ŘA. Největší množství těkavých látek vytvářela odrůda Golden Delicious, a to butylacetátu, ethylacetát, hexylacetátu, poměrně hodně zastoupen i 2 – methylbutylacetát. U třešní nejvíce obsažená látka v atmosféře ULO i ŘA byla hexanal v atmosféře FAN n-butan-1-ol a v atmosféře CA acetic acid. 5.4. Biogeneze těkavých aromatických látek Těkavé aromatické látky byly lépe poznány teprve rozvojem metod plynové chromatografie. Aromatická látka je přirozená směs těkavých organických látek potravinářských surovin a výrobků, které jim dávají charakteristické aroma. Z chemického hlediska to jsou alkoholy, estery, karboxylové sloučeniny, uhlovodíky, terpeny a nižší mastné kyseliny, aminy, acetaly a sirné sloučeniny. Aromatické látky, přítomné v ovoci, jsou meziplodinami látkové výměny nebo jejich konečným produktem. V ovoci jsou zastoupeny alifatické a aromatické alkoholy, z alifatických jsou velmi běžné normální a isoalkoholy od C1 po C6, pro další homology až do C12 byla přítomnost sice prokázána, ale speciálně pro jablka jsou tyto sloučeniny málo uváděny jako stanovované složky. Metanol, odštěpený z pektinových látek zmýdelněním, je z části volný, jinak se váže esterovou vazbou na příslušnou kyselinu. Podobně i původ etanolu je z části volný, jinak je dostatečně znám. Je produktem aerobní glykolýzy, která souběžně probíhá s aerobní přeměnou, i když méně intenzivně. - 53 -

To vysvětluje přítomnost etanolu téměř ve všech ovocných dr uzích. Účinek nepříznivých podmínek se projevuje nadměrnou tvorbou etanolu. Normální alkoholy – propanol, butanol, hexanol se tvoří z alifatických kyselin o stejném počtu C. Z vyšších mastných kyselin od C6 (kapronová) do C12 (laurová) je jedním ze štěpných produktů butanol a hexanol, z mastných kyselin o lichém počtu C, vzniká pentanol a propanol, další produkce alkoholů z kyselin C14, C16 je velmi slabá. Metabolizací nenasycených mastných kyselin (olejová) a (linolová) byla zaznamenána tvorbou hexanolu. (Goliáš, 1996)

- 54 -

6. ZÁVĚR Etylen se v přírodě přirozeně vyskytuje jako metabolit rostlin. Zasahuje na mnoha místech do růstu, vývoje a stárnutí plodů. Je původcem oddělování listů při stresu z nedostatku vody, stimuluje kvetení a je spouštěčem zrání plodů, pokud se nahromadí v pletivu v prahové stimulační koncentraci. Významné množství etylenu je produkováno pouze plody, které ve svém vývoji procházejí klimakteriem. U plodů neklimakterického typu lze zaznamenat jen stopy ve vnitřní atmosféře. Klimakterický typ plodů reaguje na exogenně aplikovaný etylen zkrácením časového úseku mezi klimakterickým minimem a klimakterickým maximem. Naproti tomu plody neklimakterického typu je možno podněcovat dávkami etylenu v každém zralostním stupni. Citlivými analytickými metodami (plynová chromatografie) se získal důkaz o tom, že tento

bezbarvý,

v nízkých

koncentracích

nevonný

plyn,

se

tvoří

již

v předklimakterickém stadiu. Dnes je tomuto metabolitu přikládána funkce hor monu zrání. Etylen difunduje do okolní atmosféry, během uložení plodů klimakterického typu se etylen v plynné podobě postupně hromadí a zpětně podporuje zrání. Má- li skladované ovoce v ovzduší chladírny zrát jen nepatrně, pak koncentrace etylenu a vonných látek musí být jen v minimálních hodnotách. Pokud bude chladírenská komora neplynotěsná, pak dostačuje pouze větrání venkovním vzduchem k přirozenému udržení nízké hladiny etylenu. Vnitřní obsah je kontrolovatelný rychlostí biosyntézy. Zpomalená schopnost plodů dozrát, je do značné míry funkcí etylenu, jehož syntézu kontroluje především kyslík, který již při nízkém parciálním tlaku nedostatečně difunduje k receptorům syntézy etylenu a vyšší obsah CO 2 , který soutěživě potlačuje jeho stimulační účinky, přičemž kumulativní účinky obou plynů může příznivě ovlivňovat teplota. Koncentrace etylenu nutná pro zrání různých ovocných druhů sice kolísá, ale pohybuje se v rozsahu od 0,1 – 1 ppm. Efektivita etylenu pro dosažení úplného a uniformního zrání závisí na typu ovoce, způsobu ošetření, zralosti plodu, teplotě, relativní vlhkosti v ošetřovaném prostoru, koncentraci etylenu a době expozice. Teplota plodu jako skladovací faktor zásadně ovlivňuje rychlost posklizňového metabolismu plodu. Jablka lze rychle zchladit a skladovat v teplotách blízkých 0 °C, které

nezpůsobí

poškození

chladem.

Uchovatelnost

jablek

je

v nepřímém

exponenciálním vztahu k teplotě skladování. Moderní chladírenská technologie proto - 55 -

směřuje k co nejnižším, fyziologicky přijatelným teplotám. Odrůdy tolerantní na chladový stres (Golden Delicious) reagují ve fázi adaptace na chladírenskou teplotu vzestupem produkce etylenu na úroveň hodnot před stresem. U odrůd citlivých na chlad (např. odrůda Spartan) vzrůstá produkce etylenu o působení nízké teploty (-3,2 °C) pouze na polovinu původní úrovně. Skladování v ULO atmosféře – (skladování ve velmi nízkém obsahu kyslíku – Ultra Low Oxygen – storage) představuje moderní formu uložení ovoce do vhodné plynné směsi. Její přednosti spočívají v tom, že se ještě více zpomalují látkové přeměny, plod méně dýchá, takže se spotřebuje méně zásobních látek. Fyziologická onemocnění, která jsou častá při vyšším obsahu kyslíku v atmosféře, zcela vymizí. Výhodné je použití dvou technologií skladování v rámci jednoho chladírenského objektu. Prosté chladírenské skladování a chladírenské skladování v upravené plynné směsi (nejčastěji v ULO), zvládnou prodej ovoce v období na přelomu roku a období od konce května do konce června snadněji nežli chladírenský objekt jen s jednou technologií.

- 56 -

7. SOUHRN - RESUME

Souhrn Tato bakalářská práce na téma „Význam etylenu při skladování ovoce“ byla zadána na Zahradnické fakultě MZLU v Lednici na Moravě v roce 2008/2009. Je zaměřena na produkci etylenu během zrání a vliv etylenu na skladování ovoce, zejména jablek. V práci je popisován vliv etylenu na zrání a kvalitu skladovaného ovoce, dynamika etylenu jablek dozrávajících na stromě a během chladírenského skladování, technologie a podmínky skladování v řízené atmosféře. Experimentální část bakalářské práce obsahuje výsledky odběru etylenu z různých chladíren a odpovídající závěr k době skladování a skladované odrůdě. Dále obsahuje naměřené hodnoty produkce těkavých látek u jablek a třešní. Klíčová slova: etylen, jablka, skladování, upravená atmosféra

Resume The subjekt of this bachelor is research „ Meaning of etylen on the storing fruit “. The faculty of Horticulture at Mendel University of Agriculture and Forestry in Lednice in Moravia in the year 2007/2008. This bachelor is focused at the production of ethylene during the ripening and the influence of it on the storing, especially apples. The influence of ethylen at the ripening and quality of storing fruit, dyna mics of ethylen in the course of apple ripening and during cold storage, technology and conditions of storing in controlled atmosphere. The experimental part of the bachalor conteins the results of sampling of ethylene from different shilling rooms and the corresponding consulsion for the time of storage and variety of storage. It also contains the measured value of production valatile substances of apples and cherries.

Key words: ethylene, apples, storages, controlled atmosphere

- 57 -

8. SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY

1. BLANPIED, G. D. 1987: Pritts M. P, Estimating etylene climacteric initiation date in apple orchards. Acta Hort., 201, 61 – 68. 2. BOEM, P. 1989: Mikrorechnereinsatz in der Land-Praxisexperiment in der Apfellagerung „Havelobst“ Fahrland. In: I. CA-Lagersymposium für Obstfrüchte mit internationaler Biteiligung 6. – 10. November, Halle-Wittenberg, Martin Luther Universität, 314 – 317. 3. ČANĚK, A., GOLIÁŠ, J. 2005: Větrání chladírenských komor pro jablka, Zahradnictví, č. 12 s. 34 – 35. 4. ČANĚK, A., GOLIÁŠ, J. 2004: Etylénová atmosféra ve skladovacích technologiích jádrového ovoce,č. 11. 5. ČANĚK, A., GOLIÁŠ, J. 2004: Skladování ve velmi nízkém obsahu kyslíku. Agro magazín., č. 9. s. 32 – 34. 6. DIRINCK ,P., SCHAMP, N. 1990: The analysis of apple aroma using instruments to evaluace objectively the factors in aroma formativ and to predict the optimum harvest date. Fruit Belge, 58, 69 – 75. 7. GOLIÁŠ, J. 2006: Zlepšení skladování ovoce, zeleniny a řezaných květin. Zahradnictví, č. 11, s. 56 – 57. 8. GOLIÁŠ, J. 2001: Dynamics of etylene in apples during maturation and cold storage. Horticultural Science – Zahradnictví, sv. 28, č. 2, s. 47 – 52. 9. GOLIÁŠ, J. 1996: Skladování a zpracování I, Základy chladírenství, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. 10. GOLIÁŠ, J. 1999: Vztah produkce etylenu k netěkavým látkovým složkám v období zrání jablek na stromě. Horticultural Science – Zahradnictví, sv. 26, č. 1, s. 5 – 9. 11. GOLIÁŠ, J. 1999: Poškození odrůd jablek nízkou teplotou skladování zjištěné produkcí etylenu. Horticultural Science – Zahradnictví, sv. 26, č. 1, s. 11 – 14. 12. GOLIÁŠ, J., KOPEC, K. 1993: Vliv subkritických teplot na produkci etylenu jablek. Acta Univ. Agric. (Brno), Fac. Hort., 8, 27 – 32 13. GOLIÁŠ, J., M ÝLOVÁ, P., NĚMCOVÁ, A. 2008: A comparsion of apple cultivar regarding etylene producion and physico-chemical ganges during cold storage. Horticultural Science – Zahradnictví. 2008, sv. 35, č. 4, s. 137 – 144.

- 58 -

14. GOLIÁŠ, J., M ÝLOVÁ, P., NĚMCOVÁ A., 2006: Ethylene production in apple infected by Gleosporium album Ostrw. at cold storage. Horticultural Science – Zahradnictví, sv. 33, č. 1, s. 1 – 6. 15. GOLIÁŠ, J., NOVÁK, J. 1985: Äthenmessung durch eine gaschromatographische Anreicherungstechnik mit Flammenionistaionsdetektion. J. Chrom., 346, 43 – 52. 16. GRAELL, J., RECASENS, I. 1992: Effects of etylene removal on Starking Delicious apple quality in controlled atmosphere storage, Post. Biol. Technol., 2, 101 – 107. 17. KIMURA S., KANNO M., YAMADA, Y., TAKAHASCHI K., MURSHIGE H., OKAMOTO, T. 1982: The kontent of conjugated lipids and fatty acids and the cold tolerance in the mitochondria of Starking Delicious and Ralls Janet Apples., Agric. Biol. Chem., 46, 2892-2902 18. KIMURA, S., YAMASHITA, S., OKAMOTO, T. 1986: Differential scanning kolorimetry of lipid sof stored apple, Agric Biol. Chem., 50, 707 – 711 19. LYONS, M. J. 1973: Chilling Indry in plants. Ann. Rev. Plant. Physiol., 24, 445 - 466 20. SALVEIT, M. E. 1982: Procedures for extracting and analysis interval gas sample from plant tissuues by gas chromatogramy. Hort. Sci., 17, 878 – 881. 21. STREIF, J. 1989: Reifeverhalten von Äpfeln mit unter schiedlichem Erntetermin. 1. CA Lagersymposium für Obstfrüchte mit internationeler Beteiligung 6. – 10., November, Halle – Wittenberg, Martin Luther Universität, 72 – 78. 22. STREIF, J., JAGER, A, de JOHNOS, D., HOHN, E. 1996: Optimum harvest date for different apple cultivars in the Bodensee area. In: Proc. COST 94. Lofthus, Norway, 9. – 10. June 1994, pp. 15 – 20. 23. OBAID, H., NOGA, G., BAUMAN, H. 1996: Chlorophyll Fluoreszenmessung als Methode zur Bestimmung des Erntetermins der Fruchte verschiedener Apfelsorten. Erwebsobstbau, 38, 134 – 139. 24. Van de GEIN, F. 1996: Time af harvest ist question of give and také. Fruitteet Den Haag, 86, 10 – 13. 25. WANG, CH. I., Physiological and biochemici responses of plants to shilling stress. Horticultural Science, 1982, 17, 173 – 181

- 59 -

INTERNETOVÉ ZDROJE: 1. ANONYM, Wikipedia [online]. 2009 [cit. 26. 4. 2009] Dostupné z: 2. ANONYM, Ghcinvest [online]. 2003 [cit. 26. 4. 2009] Dostupné z: 3. ANONYM, < http://www.vscht.cz/trp/UTRP-cs/Pedagogika/Predmety/Petrochemie/Ethylen.PD> 4. ANONYM, 5. ANONYM, 6. GOLIÁŠ, J., Podmínky pro uskladnění jablek [online]. 2009 [cit. 22. 5. 2009] Dostupné z: 7. BITTNER, Z., Skladování ovoce a zeleniny s využitím ULO – technologie [online] [cit. 16. 6. 2009] Dostupné z:

- 60 -

SEZNAM TABULEK: Tab. č. 1: Obsah etylenu v chladírenské komoře ve Veloboři v atmosférách ULO a ŘA. Tab. č. 2: Obsah etylenu u odrůd Golden Delicious, Idared a Jonagold v atmosféře FAN. SEZNAM GRAFŮ: Graf č. 1: Použití etylenu Graf č. 2: Účinek exogenního etylenu na dýchání plodu klimakterického typu Graf č. 3: Přechodný vzestup dýchání neklimakterického typu ovoce na exogenní etylen. Graf č. 4: Produkce etylenu a spotřeby O 2 v závislosti na obsahu kyslíku v okolní atmosféře. Graf č. 5: Diagram plynotěsnosti chladírenské komory. Graf č. 6: Obsah etylenu naměřený ve Velkých Bílovicích v atmosféře ŘA. Graf č. 7: Obsah etylenu v chladírenské komoře ve Veloboři v atmosférách ULO a ŘA. Graf č. 8: Obsah etylenu naměřený v Bzenci ve třech komorách v atmosféře ULO. Graf č. 9: Obsah etylenu u odrůd Golden Delicious, Idared a Jonagold v atmosféře FAN v Lednici. Graf č. 16: Naměřené hodnoty těkavých látek u odrůd Golden Delicious, Idared, Jonagold – Lednice. SEZNAM OBRÁZKŮ: Obr. č. 1: Strukturní vzorec etylenu Obr. č. 2: 3D model etylenu Obr. č. 3: Schéma dělení vzduchu polymerními separačními membránami. Obr. č. 4: Schéma boxu s atmosférou, z něhož se injekční stříkačkou odebíral vzorek do plynového chromatografu.

- 61 -

PŘÍLOHY

Jablka Tabulka č. 3: Obsah etylenu naměřený ve Velkých Bílovicích v atmosféře ŘA. GC

zboží

K1

14,88

GD 0,75

K2

10

ID 0, 75

K7

6

ID 0, 75

K4

68,72

GD zralý

K5

20,49

Jonaprice

Tabulka č. 4: Obsah etylenu naměřený v Bzenci ve třech komorách v atmosféře ULO. zboží

GC K5

71,48

ID plná neotevřená

K3

130,14

GD neotevřená

K7

232,78

GD+Jonagold před týdnem oteřená

K5

73,78

ID plná neotevřená

K3

167,37

GD neotevřená

K7

97,36

GD+Jonagold před týdnem oteřená

20. 3. 2008

K5

83,34

ID plná neotevřená

8. 5. 2008

K3

139,89

GD neotevřená

28. 1. 2008

28. 2. 2008

- 62 -

Tabulka č. 5: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Idared v atmosféře FAN.

EtOA c

EtO H

BuO Ac

2MeB uOAc

BuO H

2MeBu OH

AmO H

HexOA c

HexO H

FAN ID1

11,62

0,36

1,11

0,35

0,93

0,20

0,08

1,47

0,34

FAN ID3

1,24

0,18

1,05

1,10

0,68

0,44

0,03

1,56

0,30

FAN ID4

3,53

0,31

1,35

1,54

0,87

0,23

0,03

1,68

0,40

mikrog/kg.h

16 FAN ID1

12

FAN ID3 FAN ID4

8 4

He xO H

He xO Ac

OH Am

2M eB uO H

Bu OH

2M eB uO Ac

Bu OA c

Et OH

Et OA c

0

Graf č. 10: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Idared v atmosféře FAN.

- 63 -

Tabulka č. 6: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Idared atmosféře ŘA.

EtO Ac

EtOH

BuOA c

2MeB uOAc

BuOH

2MeB uOH

AmO H

HexO Ac

HexO H

RA ID 7

1,18

0,51

8,86

2,94

2,19

1,04

0,05

6,98

1,01

RA ID 8

0,90

0,39

8,72

2,84

1,55

0,89

0,04

6,81

0,91

RA ID 9

1,41

1,76

20,64

3,64

1,76

0,72

0,06

11,32

0,79

25

mikrog/kg.h

20 RA ID 7 15

RA ID 8 RA ID 9

10 5

He xO H

He xO Ac

OH Am

2M eB uO H

Bu OH

2M eB uO Ac

Bu OA c

Et OH

Et OA c

0

Graf č. 11: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Idared atmosféře ŘA.

- 64 -

Tabulka č. 7: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Golden Delicious v atmosféře FAN. BuO H

2Me BuO H

AmO H

HexO Ac

Hex OH

EtOAc

EtOH

BuOAc

2MeBu OAc

FAN GD1

1,85

0,07

1,40

0,96

1,06

0,26

0,03

1,45

0,95

FAN GD2

1,31

0,33

1,50

0,68

1,16

0,26

0,04

1,51

0,98

FAN GD3

1,45

0,20

1,66

0,84

1,25

0,52

0,03

1,75

0,75

2,0 FAN GD1 mikrog/kg.h

1,6

FAN GD2 FAN GD3

1,2 0,8 0,4

He xO H

He xO Ac

OH Am

2M eB uO H

Bu OH

2M eB uO Ac

Bu OA c

Et OH

Et OA c

0,0

Graf č. 12: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Golden Delicious v atmosféře FAN.

- 65 -

Tabulka č. 8: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Golden Delicious v atmosféře ŘA.

EtOA c

EtO H

BuOA c

2MeBu OAc

BuOH

2MeB uOH

AmO H

HexO Ac

Hex OH

RA GD7

1,83

0,24

19,73

1,39

1,93

2,09

0,07

18,89

1,31

RA GD8

1,45

0,53

44,88

0,97

9,73

5,69

0,07

44,23

4,10

RA GD9

0,90

0,26

26,93

1,31

2,87

2,91

0,05

24,74

1,64

50

mikrog/ kg.h

40

RAGD7 RAGD8.

30

RA GD9

20 10

He xO H

He xO Ac

OH Am

2M eB uO H

Bu OH

2M eB uO Ac

Bu OA c

Et OH

Et OA c

0

Graf č. 13: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Golden Delicious v atmosféře ŘA.

- 66 -

EtOA c

EtO H

BuO Ac

2MeB uOAc

BuO H

2MeBu OH

AmO H

HexO Ac

HexO H

FAN JNG2

45,18

0,37

2,33

2,60

1,22

0,69

0,04

2,63

0,63

FAN JNG3

25,14

0,07

1,67

1,54

0,88

0,39

0,03

2,27

0,61

FAN JNG6

84,11

0,65

6,00

4,26

1,67

0,72

0,07

9,35

0,86

Am OH

He xO Ac

Tabulka č. 9: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Jonagold v atmosféře FAN.

mikrog/kg.h

100 75

FAN JNG2 FANJNG3

50

FANJNG6

25

He xO H

2M eB uO H

Bu OH

2M eB uO Ac

Bu OA c

EtO H

EtO Ac

0

Graf č. 14: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Jonagold v atmosféře FAN.

- 67 -

Tabulka č. 10: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Jonagold v atmosféře ŘA.

EtOAc EtOH BuOAc 2MeBuOAc BuOH

2MeBuOH AmOH HexOAc HexOH

RA JNG7

0,42

0,33

27,00

1,60

1,61

1,86

0,09

21,50

0,74

RA JNG8

1,53

0,91

29,36

3,71

3,64

3,93

0,08

33,16

1,94

RA JNG 9 1,45

0,26

8,43

1,79

3,66

1,34

0,06

16,14

1,85

Graf č. 15: Obsah těkavých látek naměřených u odrůdy Jonagold v atmosféře ŘA.

- 68 -

Atmosféra Bzenec

Graf č. 17: Obsah těkavých látek v chladírně v Bzenci v komoře č. 5

Graf č. 18: Obsah těkavých látek v chladírně v Bzenci v komoře č. 7

Graf č. 19: Obsah těkavých látek v chladírně v Bzenci v komoře č. 3

- 69 -

Třešně Tabulka č. 11: Obsah těkavých látek u třešní v atmosféře FAN.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Látka 3 - Methyl - 1 - pentanol 2 - Methyl - 1 - pentanol Ethyl trans - 3 - hexenoate n - nonanal Hexyl acetate Acetid acid 2 - Methyl - 1 - propyl acetate 2 - Hexen - 1 - ol, acetate 2 - Hexen - 1 - ol n - Butan - 1 - ol

Koncentrace [mg.l-1] 0,68 1,27 2,76 0,8 1,9 4,03 0,28 0,18 0,28 8,74

Graf č. 20: Obsah těkavých látek u třešní v atmosféře FAN.

- 70 -

Tabulka č. 12: Obsah těkavých látek u třešní v ULO atmosféře. Látka 1. 3 - Methyl - 1 - pentanol 2. 2 - Methyl - 1 - pentanol 3. Ethyl trans - 3 - hexenoate 4. n - Nonanal 5. Hexyl acetate 6. Acetic acid 7. 2 - Methylbutyl acetate 8. 2 - Hexen - 1 - ol 9. Hexanal 10. n - Butan - 1 ol

Koncentrace [mg.l-1] 0,31 1,22 2,3 0,57 1,57 8,23 2,57 0,28 15,85 6,25

Graf č. 21: Obsah těkavých látek u třešní v ULO atmosféře.

- 71 -

Tabulka č. 13: Obsah těkavých látek u třešní v ŘA atmosféře. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Látka Koncentrace [mg.l-1] 2 - Methyl - 1 - pentanol 0,45 Ethyl trans - 3 - hexenoate 0,77 Limonene 0,53 n - Nonanal 1,11 Acetic acid 1,92 2 - Methylbutyl acetate 2,03 2 - Hexen - 1 - ol 0,31 Hexanal 21,01 n - Butyl acetate 6,07 n - Heptan - 1 - ol 9,5

Graf č. 22: Obsah těkavých látek u třešní v ŘA atmosféře.

- 72 -

Tabulka č. 14: Obsah těkavých látek u třešní v CA atmosféře. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Látka 3 - Methyl - 1 - pentanol 2 - Methyl - 1 - pentanol Ethyl trans - 3 - hexenoate Limonene c - Caprolactone n - Nonanal Hexyl acetate Acetid acid 2 - Methylbutyl acetate n - Butyl acetate

Koncentrace [mg.l-1] 0,65 1,22 0,99 0,59 0,47 0,99 1,62 8,24 2,67 6,62

Graf č. 23: Obsah těkavých látek u třešní v CA atmosféře.

- 73 -

Foto č. 1: Dveře do chladírenské komory.

Foto č. 2: Box k odběru atmosféry komory

- 74 -

Foto č. 3: Přístroj k měření koncentrace etylenu – Personal Air Sampler

Foto č. 4: Ventil ve dveřích chladírenské komory

- 75 -