Dette papir beskriver nitrogenoxid (NO) gasning protokoller for efterhøst skadedyrsbekæmpelse. Gasning kamre er skylles med nitrogen (N2) til at etablere ultralow ilt betingelser før NO sprøjtes. I slutningen, er kamre skyllet med N2 at udvande nej før udsætter produkter til luften for at forhindre eksponering for2.
Nitrogenoxid (NO) er en nyopdaget fumigeringsmidler for efterhøst skadedyrsbekæmpelse. Denne hvidbog indeholder detaljerede protokoller til at foretage nogen gasning på friske produkter og procedurer for evaluering af restkoncentrationer analyse og produkt kvaliteten. En lufttæt gasning salen indeholdende frisk frugt og grøntsager er først skylles med nitrogen (N2) til at etablere en ultralow ilt (ULO) miljø efterfulgt af injektion af nr. Gasning kammer derefter holdes ved en lav temperatur på 2-5 ° C for en bestemt tidsperiode nødvendigt at dræbe en target skadedyr for at fuldføre en farvereaktion behandling. For enden af en farvereaktion behandling gasning kammer er skyllet med N2 at udvande nej før åbning kammer til luften for at hindre reaktionen mellem NO og O2, der producerer ingen2 og kan beskadige følsomme friske produkter. På forskellige tidspunkter efter ingen gasning, blev2 i headspace og nitrat og nitrit i flydende prøver målt som rester. Produktkvaliteten blev evalueret efter 2 uger efter behandling cold Storage at fastslå virkningerne af ingen gasning på produkternes kvalitet. At holde O2 fra reagerer med NO er afgørende for ingen gasning og er en vigtig del af protokollerne. Måling ingen niveauer er udfordrende og en praktisk løsning findes. Mulige protokol ændringer foreslås også til måling ingen niveauer i gasning kamre samt restkoncentrationer. INGEN gasning har potentiale til at være et praktisk alternativ til methylbromid gasning for efterhøst skadedyrsbekæmpelse på friske og lagrede produkter. Denne publikation er beregnet til at hjælpe andre forskere i forsker ingen gasning for efterhøst skadedyrsbekæmpelse og fremskynde udviklingen af ingen gasning til praktiske anvendelser.
Nitrogenoxid er et allestedsnærværende celle messenger molekyle i alle biologiske systemer2. Det er udgivet i store mængder som en fælles forurenende af forbrænding af fossilt brændsel fra kraftværker og motorkøretøjer og produceres i store mængder som et mellemprodukt i gødning produktionen. Intens forskning på Nej i de sidste 20 år har givet en stor mængde af viden om dets betydning, funktioner og mekanismer i reguleringen af biokemiske og fysiologiske processer i forskellige biologiske systemer. Denne viden har resulteret i forskellige medicinske anvendelser af nej til behandling af luftvejssygdomme og hjerte sygdomme14,15,16. I landbruget, ikke blev brugt over 100 år siden på forarbejdede kødprodukter til røde pigment bevarelse3. IKKE også udvider holdbarhed og forbedrer efterhøst Kvaliteten af en bred vifte af friske produkter11,12,17,18,19,20. For nylig, NO blev anset for at være en potent fumigeringsmidler for efterhøst pest control6.
INGEN har vist sig for at være effektiv mod alle livsstadier af insekter testet (figur 1). Skadedyr arter afprøvet repræsenterer forskellige typer og stadier af livet af skadedyr og viser stort potentiale af ingen gasning til at styre forskellige skadedyr arter. Effekten af ingen gasning mod skadedyr er tæt på at af methylbromid gasning. Dog kan ingen gasning gennemføres på kølelager temperaturer. Methylbromid gasning kræver opvarmning af kold oplagrede produkter, og derfor kan påvirke produktets kvalitet. For eksempel, vestlige blomst thrips, Frankliniella occidentalisog salat bladlus, Nasonovia ribisnigri, kan være kontrolleret i 2 og 3 h med 2,0 pct. og 1,0% ingen gasning, henholdsvis på 2 ° C6. INGEN gasning er også meget hurtigere end phosphine gasning, som er den vigtigste methylbromid alternativ behandling og kan tage over 10 dage til at styre nogle skadedyr4,6,9,10.
Nitrogenoxid gasning er effektiv mod både eksterne og interne fodring insekter. Spottet wing Drosophila, Drosophila suzukii, larver i angrebne kirsebær er kontrolleret i 8 h med 2,5% gasning9. Larverne af codling moth, Cydia pomonella, i angrebne æbler er fuldstændig kontrolleret i en 24 h gasning med 5% ikke på 2 ° C9,10. Effekten af ingen gasning stiger med stigende koncentration, behandling tid og temperatur6. Disse faktorer kan bruges til at optimere ingen gasning behandlinger for forskellige insektarter på forskellige råvarer.
Men ingen reagerer med O2 spontant at producere21. Dette ikke blot indtager nej men kan også forårsage skader på friske produkter såsom salat (figur 2). Derfor ingen gasning skal foretages under ultralow ilt (ULO) betingelser at bevare nr. For friske produkter skal ingen Oversprøjtningerne også afsluttes med skylning med N2 at udvande nej før udsætter røget produkter til luften for at mindske deres eksponering for2. Disse strenge krav øger kompleksiteten og omkostningerne ved ingen gasning. INGEN gasning forventes dog at være teknisk gennemførlige og omkostningseffektive7. Alle komponenter i stor skala ingen gasning enten kommercielt tilgængelige eller kan gøres kommercielt herunder kvælstof generation udstyr, ingen levering, overvågningsudstyr (O2 analyzer, ingen meter) og lufttæt gasning kamre. Kontrolleret atmosfære (CA) opbevaring og forsendelse under lav O2 atmosfære har været brugt kommercielt. Energiomkostningerne generere Nielsen2 for ingen gasning er også beskedne og varierer afhængigt af placering7.
Nitrogenoxid gasning er også sikkert at friske frugter og grøntsager når afsluttet korrekt ved gennemskylning med N2 at udvande nej først før udsætter produkter til omgivende luft8. INGEN gasning har vist sig for at være sikkert at alle friske frugter og grøntsager testet til dato herunder salat, broccoli, agurker, peber, tomater, jordbær, æbler, pærer, appelsiner og citroner8. En 4 h gasning med 1% ikke ved 2 ° C for at kontrollere vestlige blomst thrips øger også jordbær kvalitet. En uge efter gasning, behandlede jordbær er fastere og har lysere og rigere farve og derfor bedre efterhøst Kvaliteten sammenlignet med kontrol8.
Nitrogenoxid gasning også ikke efterlade skadelige rester på røget friske produkter. Som ikke reagerer med O2 til at producere2, kan ingen gasning resultere i aflejring af2 produkter på grund af kogepunkt 21 ° C i2. I tilstedeværelse af vand hydrolyserer ingen2 til form salpetersyre (HNO3). Derfor kan ingen gasning potentielt resultere i nitrat (ingen3–) og nitrit (ingen2–) som rester på behandlede råvarer. Når desinfektion er afsluttet med N2 skyl, ingen gasning resulterer i ingen eller meget lidt stigninger i nitrat eller nitrit som rester på 24 h efter farvereaktion i friske råvarer9,21.
Nej med O2 reaktive karakter også kræver strenge procedurer til at holde ud O2 under processen med at gennemføre nogen gasning behandlinger. Kompleksitet og strenge procedurer bør er bedst illustreres visuelt og følges og mestrede. I denne video journal præsentation, var ingen gasning af friske produkter forklarede, illustreret og demonstreret for at tillade andre forskere at ingen gasning forske og udvikle ingen gasning behandlinger for efterhøst skadedyrsbekæmpelse. Disse bestræbelser vil bidrage til at fremskynde kommerciel brug af ingen gasning til bekæmpelse af lagerskadedyr skadegørere på friske og lagrede produkter.
At holde O2 ud af gasning salen er afgørende for vellykket NO gasning for skadedyrsbekæmpelse. Gasning kamre skal have lufttæt sæler og forbindelsen linjer skal tømmes med N2 eller andre inaktive gasser at fjerne O2 før de blev benyttet til at frigive ingen gas i gasning kamre. Et andet afgørende aspekt af ingen gasning er fortyndingen af NO med en N2 flush i slutningen af gasning. Dette forhindrer produktion af overskydende2 og dens mulige skader for friske produkter. Som forskellige friske produkter har forskellige niveauer af tolerance over for ingen2 eksponering, kan en NO gasning behandling kræve forskellige niveauer af N2 flush forebygning. Fordi ingen2 har et højt kogepunkt på omkring 21 ° C og også reagerer med vand til form syrer, vil ingen2 produktion sandsynligvis resultere i øget2 om røget produkter som rester og forhøjelser af nitrat og/eller nitrit, konverteres fra2.
Typen produkter at være gasbehandling kan også komplicere gasning-processen som en indledende flugter med N2 at etablere ULO forhold og en sidste Skyl med N2 for at afslutte gasning behandlingen. Store bladgrøntsager i perforeret plastik indpakning, såsom indpakket hoved salat udgør en stor hindring for luft ventilation og derfor en udfordring til udskylning O2 med N2 i starten af gasning og udskylning nej med N2 for enden af gasning. For disse produkter er det bedre at bruge kombinationer af lavere ingen koncentrationer og længere behandling gange til bekæmpelse af skadegørere, fordi det er sikrere for produktkvalitet.
Overvågning ingen niveauer i gasning kamre er en anden udfordring i at gennemføre ingen gasning. De fleste instrumenter kan ikke måle høje ingen koncentrationerne anvendes i ingen Oversprøjtningerne for skadedyrsbekæmpelse. Der er et par fortynding enheder, som er kommercielt tilgængelige, men det er uvist, om de vil være egnet til ingen gasning. Dog en fortynding enhed kan foretages som beskrevet ovenfor og bruges til ingen overvågning ved hjælp af en gas skærm udstyret en NO sensor.
Flere ændringer kan foretages procedurer for overvågning ikke koncentrationer i gasning kamre. For eksempel, kan et udsnit af luft i en farvereaktion kammer fortyndes i en folie taske med en vis mængde kvælstof. Fortyndes air prøven kan derefter rundsendt via en flue gas skærm udstyret med en høj koncentration ingen sensor til måling af NO-koncentration. Det vil imidlertid være vanskeligt at undgå oxidation af NO i processen og fortynding proces vil sandsynligvis resultere i nogle tab af nr. Derfor, den ikke beregnet baseret på måling af den fortyndede luft prøver fra gasning kamre sandsynligvis vil være lavere end den faktiske ingen niveauer i gasning kamre.
Processen med at etablere ULO betingelser i gasning kamre kan også ændres baseret på hvilke typer af gasning kamre er tilgængelige. For gasning kamre, der kan bruges under vakuum betingelser, kan ULO betingelser fastsættes ved hjælp af gentagne støvsugning efterfulgt af fylde salen med nitrogen gas. Denne proces vil være mere effektiv i at etablere ULO betingelser end normale rødmen processen beskrevet ovenfor. For oplagrede produkter kan CO2 også anvendes i stedet for Nielsen2 for at etablere ULO betingelser for ingen gasning.
For analyse, 405 nm ingen2/ingen/ingenx skærm blev udvalgt til at måle ingen2 gas release fra røget prøver i de hovedet rum og nitrogenoxid analyzer blev sat til at opdage nitrat og nitrit i flydende prøver. Men andre typer af instrumenter er tilgængelige med passende følsomheder og særlige forhold til måling af2 i headspaces og måling af nitrat og nitrit i flydende prøver. Procedurerne for restkoncentrationer målinger kan derfor ændres baseret på tilgængeligheden af instrumenter.
Som ikke er stærkt svingende med et kogepunkt på-152 ° C og reagerer øjeblikkeligt med O2, det er ikke forventet at ingen ville fortsat være en rest på røget produkter efter gasning. Derfor blev kun2 målt i headspace røget produkter. 2 har et højt kogepunkt på 21 ° C og afleder meget mere langsomt fra produkter og derfor er tilbøjelige til at forblive på røget produkter i et stykke tid efter gasning.
For bladgrøntsager, hvis ingen gasning er ikke skyllet med N2 i slutningen, ikke ville reagere med O2 til at producere2 og kan resultere i persistens af2 i et stykke tid som friske produkter er typisk lagret ved lave temperaturer. Derfor, fra de stående punkt forkorte den reentering tidsperiode efter gasning, ingen gasning bør også tømmes med N2 for enden af gasning. Overvågning ikke2 release er derfor vigtig for at bestemme, hvor længe og hvor meget nr2 forbliver på produkter efter gasning. INGEN2 niveauer på røget produkter vil potentielt påvirke hvordan de røget produkter vil håndteres eller opbevares.
Nitrat findes naturligt i jord og planter, herunder frugt og grøntsager. Nogle rodfrugter kan indsamle høje koncentrationer af nitrat. Grøntsager er den største indtag af nitrat. For eksempel, har frisk salat og spinat gennemsnitlige nitratkoncentrationer 786-1.080 og 1.420-3.400 mg/kg. Europa-kommissionsforordning fastsættes grænseværdierne for nitrat i salat og spinat til 2.500-4.500 og 2.000-3.000 mg/kg13. Både nitrat og nitrit tilføjes også ofte forarbejdet kød som bacon, skinke, pølser og hotdogs og forbruges som de anvendes som konserveringsmiddel i disse kødprodukter. Målinger af nitrat og nitrit som rester af ingen gasning var beregnet til at give oplysninger om omfanget, at ingen gasning kan ændre deres niveauer i røget produkter og kan ikke have nogen relevans for fødevaresikkerhed. Derfor bør målinger af nitrat og nitrit som rester betragtes som valgfri, medmindre de er nødvendige af reguleringsorganerne i registrering af NO som en fumigeringsmidler eller andre lovgivningsprocesser. Detaljerede procedurer for nitrat og nitrit målinger er også tilgængelige21.
Nitrogenoxid gasning har fordele af høj effekt mod alle livsstadier af insekter og mider og ingen skadelige rester sammenlignet med de fleste andre fumigeringsmidler, som diskuteret før6,7,9. Der er en kritisk mangel på effektive alternativer til methylbromid gasning for efterhøst skadedyrsbekæmpelse og de fleste alternative fumigeringsmidler efterlade giftige rester i røget produkter, ingen gasning warrants meget udvidet forskning, udvikling, og registrering bestræbelser på at bringe denne sikker og effektiv efterhøst pest control løsning på markedet. Endnu, på grund af den kompleksitet og strenge krav til ULO betingelserne for gasning procedurer, uddannelse kan være påkrævet for mange forskere at starte ingen gasning forskning. Det er vores hensigt at give informativ og let at følge procedurer for laboratoriet ingen gasning behandlinger for efterhøst pest kontrol på frisk og lagret landbrugsprodukter. Principper for procedurerne, der kan bruges udvikle protokoller for storstilet ingen Oversprøjtningerne til praktiske anvendelser.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskning blev delvist understøttet af TASC tilskud fra USDA udenlandske landbrugstjenester.
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. |