Detta dokument beskriver kväveoxid (NO) gasning protokoll för postharvest skadedjursbekämpning. Gasning chambers spolas med kväve (N2) att upprätta ultralåga Syreförhållandena före nej injiceras. I slutet spolas chambers med N2 att späda nr före exponera produkter till omgivande luft för att förhindra exponering för nr2.
Kväveoxid (NO) är en nyupptäckt fumigant för postharvest skadedjursbekämpning. Detta dokument ger detaljerade protokoll för att bedriva ingen gasning på färska produkter och förfaranden för rester analys och produkten kvalitetsbedömning. En lufttät gasning kammare som innehåller färsk frukt och grönsaker är först spolas med kväve (N2) att upprätta en ultralåga syre (ULO) följt av injektion av NO. Gasning kammaren sedan hålls på en låg temperatur på 2-5 ° C för en angiven tidsperiod nödvändigt att döda en target pest för att slutföra en gasning behandling. I slutet av en gasning behandling, gasning kammaren spolas med N2 att späda NO före öppning kammaren till luften för att förhindra att reaktionen mellan nr och O2, som producerar nr2 och kan skada känsliga färskvaror. Vid olika tidpunkter efter ingen gasning mättes nr2 i headspace och nitrat och nitrit i flytande prov som restprodukter. Produktkvalitet utvärderades efter 2 veckors kyllagring efterbehandling att avgöra effekterna av ingen gasning på produktkvalitet. Att hålla O2 reagerar med nr är avgörande för ingen gasning och är en viktig del av protokollen. Det är utmanande att mäta inga nivåer och en praktisk lösning tillhandahålls. Möjliga protokoll ändringar föreslås också för att mäta inga nivåer i såväl gasning chambers som rester. INGEN besprutning har potential att vara ett praktiskt alternativ till metylbromid gasning för postharvest skadedjursbekämpning på färska och lagrade produkter. Denna publikation är avsedd att hjälpa andra forskare forskar inte gasning för postharvest skadedjursbekämpning och påskynda utvecklingen av ingen gasning för praktiska tillämpningar.
Kväveoxid är en allestädes närvarande cell messenger molekyl i alla biologiska system2. Det frigörs i stora mängder som en gemensam förorening av förbränning av fossila bränslen från kraftverk och motorfordon och produceras i stora mängder som en mellanprodukt i gödselmedel produktion. Intensiv forskning på Nej i de senaste 20 åren har gett en stor mängd kunskap om dess betydelse, funktioner och mekanismer i regleringen biokemiska och fysiologiska processer i olika biologiska system. Denna kunskap har resulterat i olika medicinska tillämpningar av nr för behandling av respiratoriska och kardiella sjukdomar14,15,16. I jordbruk, nr användes över 100 år sedan på förädlade köttprodukter för rött pigment bevarande3. INGET också förlänger hållbarheten och förbättrar postharvest kvalitet av ett brett utbud av färska produkter11,12,17,18,19,20. Mer nyligen, nr befanns vara en potent fumigant för postharvest pest control6.
INGEN har visat sig vara effektivt mot alla livsstadier av de insekter som testade (figur 1). De skadedjur som testade representerar olika typer och stadier av skadedjur och visar stor potential av ingen gasning att styra olika skadedjur. Effekten av inga gasning mot skadeinsekter ligger nära metylbromid gasning. Dock kan ingen gasning bedrivas vid kall förvaringstemperaturer. Metylbromid gasning kräver uppvärmningen av kalla lagrade produkter och därför kan påverka produktens kvalitet. Till exempel västra blomma thrips, Frankliniella occidentalisoch sallad bladlöss, Nasonovia ribisnigri, kan vara kontrollerade i 2 och 3 h med 2,0% och 1,0% ingen gasning, respektive, vid 2 ° C6. INGEN besprutning är också mycket snabbare än fosfin gasning som är den huvudsakliga metylbromid alternativ behandlingen och som kan ta över tio dagar för att styra vissa skadedjur4,6,9,10.
Kväveoxid gasning är effektivt mot både externa och interna utfodring insekter. Fläckig wing Drosophila, Drosophila suzukii, larver i angripna körsbär styrs i 8 h med 2,5% gasning9. Larver av moratorsk fjärilar, Cydia pomonella, angripna äpplen styrs helt i en 24 h gasning med 5% Nej vid 2 ° C9,10. Effekten av inga gasning ökar med ökande koncentration, behandlingstid och temperatur6. Dessa faktorer kan användas för att optimera inga gasning behandlingar för olika insektsarter på olika råvaror.
Dock ingen reagerar med O2 spontant att producera nr2–1. Detta inte bara förbrukar nr men kan också orsaka skador på färskvaror såsom sallat (figur 2). Därför ingen gasning måste utföras under ultralåga Syreförhållandena (ULO) att bevara NO. För färska produkter behöver ingen fumigations också sägas upp av spolning med N2 att späda nej innan utsätta gasade produkter till luften för att minska sin exponering mot nr2. Dessa stränga krav ökar komplexiteten och kostnaden av ingen gasning. Dock förväntas ingen gasning vara tekniskt genomförbart och kostnadseffektivt7. Alla komponenter i stor skala ingen gasning är antingen kommersiellt tillgängliga eller kan göras kommersiellt inklusive kväve generation utrustning, ingen leverans, övervakningsutrustning (O2 analyzer, inga mätare) och lufttät gasning chambers. Kontrollerad atmosfär (CA) lagring och frakt under låg O2 atmosfär har använts kommersiellt. Energikostnaden för generera N2 för ingen gasning är också blygsam och varierar beroende på läge7.
Kväveoxid gasning är också säkert att färsk frukt och grönsaker när terminerats korrekt genom att spola med N2 att späda nr först innan exponera produkterna till omgivande luft8. INGEN besprutning har visat sig vara säkra att alla färska frukter och grönsaker som testat hittills inklusive sallad, broccoli, gurka, paprika, tomater, jordgubbar, äpplen, päron, apelsiner och citroner8. En 4 h gasning med 1% Nej vid 2 ° C för att styra västra blomma thrips ökar också strawberry kvalitet. En vecka efter gasning, behandlade jordgubbar är fastare och klarare och rikare färg och därför bättre postharvest kvalitet jämfört med den kontroll8.
Kväveoxid gasning också lämnar inga skadliga rester på gasade färskvaror. Som ingen reagerar med O2 att producera nr2, kan ingen gasning resultera i nedfallet av nr2 på produkterna på grund av 21 ° C kokpunkt nr2. I närvaro av vatten hydrolyserar nr2 att bilda salpetersyra (HNO3). Därför kan ingen gasning eventuellt leda till nitrat (nr3–) och nitrit (nr2–) som rester på behandlade varor. När gasning avslutas med N2 spola, inga gasning resultat i ingen eller mycket liten ökar i nitrat eller nitrit som rester på 24 h efter gasning i färska råvaror9,21.
Reaktiv kräver nej med O2 också stränga förfaranden att hålla ute O2 under processen med att genomföra inga gasning behandlingar. Komplexiteten och stränga förfaranden bör illustreras bäst visuellt och följas och behärskar. I denna video tidning presentation, var ingen gasning av färska produkter förklaras, illustrerat och visat för att tillåta andra forskare att ingen gasning forska och utveckla inga gasning behandlingar för postharvest skadedjursbekämpning. Dessa insatser kommer att hjälpa till att påskynda kommersiell användning av ingen gasning att styra postharvest skadedjur på färska och lagrade produkter.
Att hålla O2 ur gasning kammaren är avgörande för framgångsrik nr gasning för skadedjursbekämpning. Gasning kamrarna behöver ha lufttäta förseglingar och anslutningslinjer behöva spolas med N2 eller andra Inerta gaser ta bort O2 innan det används att släppa ingen gas i gasning chambers. En annan viktig aspekt av ingen gasning är utspädning av nej med en N2 spola i slutet av gasning. Detta förhindrar produktion av överskott nr2 och dess möjliga skador för färska produkter. Som olika färska produkter har olika nivåer av tolerans mot ingen2 exponering, kan en nr gasning behandling kräva olika nivåer av N2 flush att förebygga skador. Eftersom nr2 har en hög kokpunkt ungefär 21 ° c och också reagerar med vatten för formuläret syror, kommer ingen2 -produktion sannolikt resultera i ökade nr2 på gasade produkter som rester och ökningar av nitrat eller nitrit som konverteras från nr2.
Typ av produkter att vara desinficeras kan också komplicera gasning processen, som en inledande jäms med N2 att upprätta ULO villkor och en slutlig flush med N2 för att avsluta gasning behandling. Stora bladgrönsaker i perforerad plast omslag som inslagna huvudsallat utgör ett stort hinder för ventilation och därför en utmaning att spola ut O2 med N2 i början av gasning och spola ut nej med N2 i slutet av gasning. För dessa produkter är det bättre att använda kombinationer av lägre inga koncentrationer och längre behandlingstider för att bekämpa skadedjur eftersom det är säkrare för produktkvalitet.
Övervakning inga nivåer i gasning chambers är en annan utmaning bedriver ingen gasning. De flesta instrument inte kan mäta höga koncentrationer utan används i ingen fumigations för skadedjursbekämpning. Det finns ett fåtal utspädning enheter som är kommersiellt tillgängliga, men det är okänt om de kommer att vara lämpliga för ingen gasning. Dock en utspädningsanordning kan göras enligt ovan och används för ingen övervakning med hjälp av en gasmonitorn utrustade en nr sensor.
Förfaranden för övervakning av koncentrationer i gasning avdelningar utan kan mer ändringar göras. Exempelvis kan ett prov på luften i en gasning kammare spädas i en folie väska med en viss mängd kväve. Utspädd luft provet kan sedan spridas genom en rökkanal gasmonitorn utrustad med en hög koncentration ingen sensor för att mäta någon koncentration. Dock blir det svårt att undvika oxidation av NO i processen och utspädning processen kommer sannolikt resultatet i vissa förluster av NO. Därför inte beräknat baserat på mätningen av den utspädda luften prover från den gasning chambers kommer sannolikt att vara lägre än de faktiska inga nivåer i gasning kamrarna.
Processen att upprätta ULO villkor i gasning avdelningar kan också ändras baserat på vilka typer av gasning kamrarna finns. För gasning chambers som kan användas under vakuum förhållanden, kan ULO villkor fastställas genom processen av upprepade dammsugning följt av fylla kammaren med kvävgas. Denna process kommer att vara effektivare i upprättandet av ULO villkor än den normala rodnad processen som beskrivs ovan. För lagrade produkter, kan CO2 också användas i stället för N2 för att fastställa ULO villkor för ingen gasning.
För analys av resthalter, 405 nm ingen2nr/ingenx -bildskärm valdes att mäta ingen2 gasutsläpp från gasade prover i huvudet utrymmen och kväveoxid analysatorn sattes att upptäcka nitrat och nitrit i flytande prov. Det finns dock andra typer av instrument med lämplig känslighet och särdrag för att mäta nr2 i headspaces och mäta nitrat och nitrit i flytande prov. Förfarandena för rester mätningar kan därför ändras baserat på tillgänglighet av instrument.
Så nej är mycket volatila med en kokpunkt på-152 ° C och reagerar direkt med O2, förväntas inte som nr skulle förbli som en restmaterialet gasade produkter efter gasning. Därför mättes endast nr2 headspace gasade produkter. NR2 har en hög kokpunkt 21 ° c och avleder mycket långsammare från produkter och är därför sannolikt att förbli på gasade produkter en tid efter gasning.
För bladgrönsaker, om ingen gasning inte spolas med N2 slutet, inte skulle reagera med O2 att producera nr2 och kan resultera i ihållande nr2 en tid som färska produkter lagras vanligtvis vid låga temperaturer. Från stående punkt av förkortning reentering tidsperioden efter gasning, ska därför ingen gasning också spolas med N2 i slutet av gasning. Övervakning inga2 -utsläpp är därför viktigt att fastställa hur länge och hur mycket NO2 förblir på produkter efter gasning. INGEN2 nivåer på gasade produkter kommer potentiellt påverka hur de gasade produkterna kommer att hanteras eller lagras.
Nitrat finns naturligt i jord och växter inklusive frukt och grönsaker. Vissa rotfrukter kan samla höga koncentrationer av nitrater. Grönsaker är den största exponeringskälla av nitrater. Till exempel har färsk sallat och spenat genomsnittliga nitrathalten 786-1 080 och 1 420-3400 mg/kg. Europeiska Kommissionensförordning anges de högsta tillåtna halterna av nitrat i sallat och spenat till 2500-4500 och 2000-3000 mg/kg13. Både nitrat och nitrit tillsätts också ofta charkuteriprodukter som bacon, skinka, korv, och korv och förbrukas när de används som konserveringsmedel i dessa köttprodukter. Mätningar av nitrat och nitrit som rester av ingen gasning var avsedda att ge information om i vilken utsträckning att nr gasning kan förändra deras nivåer i gasade produkter och kanske inte har någon betydelse för livsmedelssäkerheten. Mätningar av nitrat och nitrit som rester bör därför betraktas som extra såvida de krävs av tillsynsmyndigheterna i registrering av nr som en fumigant eller andra rättsliga processer. Detaljerade förfaranden för nitrat och nitrit mätningar är också tillgänglig21.
Kväveoxid gasning har fördelarna med hög effekt mot alla livsstadier av insekter och kvalster och inga skadliga rester jämfört med de flesta andra rökningsmedel som diskuterats tidigare6,7,9. Med tanke på att det finns en kritisk brist på effektiva alternativ till metylbromid gasning för postharvest skadedjursbekämpning och de flesta alternativa rökningsmedel lämna giftiga restsubstanser i gasade produkter, inga gasning garanterar mycket utökad forskning, utveckling, och registrering för att få denna säkra och effektiva postharvest pest control-lösning på marknaden. Ändå, på grund av komplexiteten och stränga krav för ULO villkorar av gasning förfaranden, utbildning kan krävas för många forskare att starta inga gasning forskning. Det är vår avsikt att tillhandahålla informativ och lätt att följa förfarandena för laboratoriet inga gasning behandlingar för postharvest pest control på färska och lagrade jordbruksprodukter. Principerna för förfaranden som kan användas för utveckla protokoll för storskalig ingen fumigations för praktiska tillämpningar.
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning stöds delvis av TASC bidrag från USDA utländska jordbrukstjänster.
Nitric oxide gas | Praxair | UN1660 | 99.5% purity |
Nitrogen gas | Praxair | UN1066 | Industry grade |
Fumigation chamber | (custom made) | Size: 30"x30"x30"; made of stainless steel with rubber gaskit along the rim. The chamber is sealed by clampdown its lid to the vaseline greased gaskit. The chamber has multiple ports for flushing the chamber and for taking air samples. | |
Nitric Oxide Analyzer | GE Scientific | NOA 280i analyzer | Measure NO plus NO2, Nitrate and nitrite |
Model 405nm NO2/NO/Nox monitor | 2B Technologies Inc | Ranges: NO (0-2ppm), NO2+NO (0-10ppm) | |
Kane 900+ gas monitor | Kane International | With NO, NO2, CO, O2 sensors | |
Flowmeter and controllers | Omega Engineering | Flow ranges: 0-1, 0-5, 0-20 LPM | |
Tubing, connectors, stopcocks | Cole-Parmer | Tubing: nylon and teflon, sizes: 1/8" and 5/32" (4mm); They fit to connectors and stockcocks | |
Oxygen analyzer | Illinois Instruments | Model 810 | Ziconia sensor, sensitivity: 0.1ppm, range: 0-100% |
NO2 personal alarm | SENSIT Technologies | Sensit P100 | Should be used in conducting large scale NO fumigations outside a fume hood |
Flowmeter and controllers | Omega Engineering | Flow ranges: 0-1, 0-5, 0-20 LPM | |
Gastight syringes | SGE Analytical Science | 10 ml, 100 ml | |
Gastight syringes | Hamilton Company | 10uL | |
Tubing, connectors, stopcocks | Cole-Parmer | Tubing: nylon and teflon, sizes: 1/8" and 5/32" (4mm); They fit to connectors and stockcocks | |
Sodium Iodide | Fisher Chemical | S324-100 | |
Acetic acid, Glacial | Fisher Chemical | UN2789 | ≥99.7% purity |
Hydrochloric acid | Cole-Parmer | SA48-500 | 1.0 Normal |
Vanadium(III) Chloride | Acros Organics | 197000250 | 97% purity |
Sodium Hydroxide | Fisher Chemical | BPSS266-1 | 1 M |
SAHARA S3 Stainless-steel heated bath circulator | ThermoFisher Scientific | ||
SC 100 Digiital Imersion Circulator | ThermoFisher Scientific | ||
Oxygen | Praxair | *001043 | 99.5-100% purity |
Hot Jaw | Sorbent Systems | Mylar bag heat sealer | |
Mylar bags | Sorbent Systems | ||
Flipmate filtration assemblies | Cole-Parmer | EW-35202-29 | |
15 ml polypropylane tube | Falcon | ||
Filter Paper P5 | Fisher Scientific | ||
Blender | Waring | Blender 7010G | Model WF2211212 |
Dilution device | Made in our lab | Combine the ends of four equal length Teflon microtubing into one connector and have a connector for each end of the four microtubing. |