Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Environment

Procedurer for laboratoriet gasning for skadedyrsbekæmpelse med nitrogenoxid Gas

doi: 10.3791/56309 Published: November 24, 2017

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

Bemærk: nitrogenoxid gasning af friske produkter starter ved at etablere ultralow ilt betingelser i gasning kamre, efterfulgt af injektion af NO og holde gasning kamre ved bestemte temperaturer for varigheden af en specifik behandling, og så er afsluttes med skylning med N2 illustreret for at udvande nej før du åbner gasning kamre som (figur 3). For målinger af NO2 i hoved rummet gasning kamre og nitrat og nitrit i flydende prøver ved hjælp af Model 405 nm, ingen2/NO/NOx skærm og NOA nitrogenoxid analyzer, henvises til brugervejledningerne fra producenter til detaljerede drift procedurer.

Forsigtig: nitrogenoxid er et stærkt oxidationsmiddel og vil reagere med ilt spontant at producere nitrogendioxid. Både nitrogenoxid og nitrogendioxid er giftige. Der henvises til deres MSDS for sikker håndtering og brug. For personlig sikkerhed, bør alle trin i lille skala gasning eksperimenter, der involverer håndtering og potentielle eksponering for ingen eller ingen2 udføres i et stinkskab. En personlig ingen2 alarm bør bruges til at udføre store skala ingen gasning eksperimenter.

1. forberedelse af materialer og instrumenter

  1. Instrumenter, dele og materialer, der kræves for ingen gasning
    1. Gøre en folie taske med en slange afsætningsmulighed for nr.
      1. Forsegle åbningen af en folie taske omkring et polytetrafluorethylen (PTFE) rør ved hjælp af en varme sealer.
      2. Derefter bruge epoxy lim til tætning sømme og fælles omkring polytetrafluorethylen (PTFE) rør til at producere folie taske.
      3. Tilføje en stophane for enden af røret.
        Bemærk: Folie poser med slanger er ikke kommercielt tilgængelige. Men de kan gøres nemt i laboratoriet med folie tasker fra kommercielle kilder ved hjælp af en varme sealer.
        Bemærk: Kvælstof: regelmæssig industri kvælstof i komprimeret cylindre har en renhedsgrad på ≥99.99% og er velegnet til ingen gasning. To eller flere cylindre med tilsynsmyndigheder kan indstillet til at have forskellige outlet pres og forbundet med hinanden. Cylinderen med den højere afgangstryk bliver brugt op først, før cylinderen med den lavere afgangstryk vil blive brugt. Dette vil være nyttigt i store gasning tests.
    2. Lufttæt gasning kamre.
      Bemærk: Lufttæthed er kritisk at ingen gasning fordi ingen vil reagere med O2 rende ind i kammeret. Dette vil reducere tilgængelige nej til skadedyrsbekæmpelse og også producere2 som kan beskadige friske produkter.
      1. Glas krukke kamre: fedt rand af låget let med vaseline. Derefter forsegle krukke med låg, der har to udtag efter lastning objekter såsom insekt angrebne produkter i krukken.
        Bemærk: Hver låget af krukken har to forretninger og en af forretninger har et plastik rør forlænget til bunden af glasset for at øge effektiviteten af luft udskiftning.
      2. Chambers lavet af trykkogere: fedt kanten af salen med vaseline. Indlæse produkter og insekter i salen og forsegle det med låg.
      3. Store gasning kamre: fedt pakning let med vaseline. Derefter indlæse produkter i salen. Luk døren. Stram klemmerne, hvis det er nødvendigt at opretholde en lufttæt forsegling.
        Bemærk: Ingen gas er meget flygtigt, så der er ingen grund til at have en fan i en farvereaktion kammer til at holde luft i salen blandet.

2. etablering af ULO vilkår i gasning kamre

  1. Tilslut et kammer til N2 linje og en O2 analyzer.
    Bemærk: En T-stik med ene ende går til analyseenheden og den anden ende, udstyret med en en-vejs kontraventil kan bruges til at frigive luft for at undgå højt flow til O2 analyzer.
  2. Frigive N2 gennem et flowmeter til at skylle kammer for at fjerne ilt.
  3. Reducere N2 strømningshastighed til 0,5 - 1 L/min. Når O2 niveau er tæt på 30 ppm.

3. indsprøjtning af ingen Gas

  1. Fyld folie taske med ingen gas.
    1. Fyld posen med N2 først og derefter vakuum i luften ud for at vaske ud O2 fra posen.
    2. Slip derefter ingen gas i posen i et stinkskab.
    3. Hænge tasken i et stinkskab anvendes til ingen gasning.
      Bemærk: Efter længere tids brug, kan tasken bliver en forringet og slangen kan blive skørt på grund af de ætsende virkninger af2. Sækkene skal så udskiftes med jævne mellemrum.
  2. Injicere nej til gasning kamre.
    1. Vasker sprøjten og knyttet slanger med N2 til at skylle ud O2.
    2. Tage en NO prøve fra NO folie taske og tilføre gasning kamre.
    3. Efter injektion, skylle sprøjten og knyttet slanger med N2.
    4. Placer gasning kamre ved 2 ° C for gasning behandlingens varighed.

4. måle NO-koncentration i en farvereaktion kammer

Bemærk: Ingen koncentrationer i gasning for skadedyrsbekæmpelse kan variere fra 2.000 ppm (0,2%) til 50.000 ppm (5%). Dette interval er "uden for rækkevidde" af nuværende nr overvåger. Men ingen niveauer kan stadig måles i fortyndede prøver eller ved hjælp af en fortynding.

  1. Lille kammer Oversprøjtningerne
    1. Fortyndes air prøver fra behandling krukker i slutningen af gasning:
      1. Etablere ULO betingelser på ≤30 ppm O2 i krukker.
      2. Tage gasprøver fra behandling krukker at tilføre ULO krukker.
    2. Måle ingen og ingen2 niveauer i de fortyndede prøver af cirkulerende luft gennem en flue gas skærm.
  2. Store kammer Oversprøjtningerne: procedurerne, der er illustreret i figur 4.
    1. Oprette et fortyndingssystem.
    2. Måle ingen og ingen2 niveauer.
      1. Drej på flue gas skærm og skyl det med N2.
      2. Drej på prøve gasflow til at måle ingen og ingen2 niveauer.
      3. Afslut målingen ved at slå prøve gasflow.

5. opsige nogen gasning

  1. Gasning af insekter kun
    1. Placer gasning kamre i et stinkskab.
    2. Åbne kamre.
    3. Hente insekter til dødelighed evaluering.
      Bemærk: Insekter er typisk afholdes i en miljømæssig kammer natten efter farvereaktion at tillade alle levende insekter at inddrive før der scorede for dødelighed.
  2. Gasning af friske produkter
    1. Flytte gasning kamre i et stinkskab (for små kamre).
    2. Skyl gasning kamre med N2 at tillade et bestemt antal luft udveksling.
    3. Overvåge ingen niveau på udstødning port.
      Bemærk: Flue gas monitor kan bruges til at overvåge ingen niveauer under N2 flush. Typisk, vi skylle gasning kamre for at reducere niveauet ikke under 200 ppm før åbning kamre til luft.
    4. Hente insekter til dødelighed evaluering (hvis insekter er inkluderet).
    5. Store røget produkter for restkoncentrationer analyse og efterbehandling kvalitetsevaluering.
      Bemærk: Tillad røget produkter nok tid i stinkskab til ingen og ikke2 at sprede før du flytter dem til opbevaring. Røget produkter opbevares normalt ved en lav temperatur sammen med kontrolelementer i et køligere i en vis periode før evalueres for efterhøst Kvaliteten og mulige skader.

6. analyse

  1. Nitrogendioxid (NO2) måling ved hjælp af en 405 nm ingen2/ingen/ingenX overvåge
    1. Tænde og tillade 405 nm ingen2/ingen/ingenX overvåge for at varme op til 20-30 min.
    2. Luk gasning salen med produktet.
      Bemærk: Efter gasning, gasning kamre var åbne og placeret på en bestemt temperatur at tillade ingen2 til at sprede. På det tidspunkt, da ingen2 release måles, forsegle salen lufttæt med et låg med to porte udstyret med stopcocks. En temperatur på 20 ° C blev brugt i proceduren demonstration.
    3. Tilslut nr2 skærm herhen for at cirkulere luft gennem nr2 skærm.
    4. Straks starte logføring af data om2 overvåge og indsamle data til 1 min.
    5. Afbryde salen fra skærmen og holde kammeret forseglet.
      Bemærk: Logføring af Data kan startes enten via MENU -> Dat -> Log på nr2 skærm eller via de graftegning Software på en computer.
    6. Holde de lukkede kamre ved 20 ° C i 1 h, derefter gentage data indsamling trin.
      Bemærk: Tidsintervallet kan justeres alt efter frigivelse sats af2 fra røget produkter.
    7. Beregner forskellen mellem to ingen2 koncentrationer og konvertere data til mg/kg/h.
  2. Nitrat og nitrit målinger med en GE Sievers 280i NO Analyzer
    Bemærk: Der henvises til håndbog for fabrikanten og papir21 af Yang og Liu (2017) for detaljerede oplysninger.
    1. Forberedelse af prøver
      1. Homogeniseres vareprøver i en blender.
      2. Overføre 15 g af den homogeniserede prøve fra blender ind i et hætteglas.
      3. Der tilsættes 100 mL destilleret H2O nøjes med 10 mins i hætteglasset.
      4. Filtrer prøven og gemme den filtrerede løsning på 2 ° C indtil brug.
    2. Reduktionsmiddel forberedelse for nitrat måling med nitrogenoxid analyzer
      Bemærk: Der henvises til manualen fra producenten til detaljerede oplysninger.
      1. Tilføje 0,8 g af vanadium chlorid (VCl3) i en kolbe.
      2. Langsomt tilsættes 100 mL 1 M hydrochlorid syre (HCl) i kolben med VCl3, cap kolben og swirl flere gange.
      3. Filtrere løsning ved hjælp af filtrerpapir og en tragt og forsegle den filtrerede løsning flaske med alufolie og opbevar det i køleskab.
    3. Måling af nitrat og nitrit med nitrogenoxid analyzer
      Bemærk: Der henvises til manualen fra producenten til detaljerede oplysninger.
      1. Forvarm vandbad til 95 ° C. Tilføj 4-6 mL af nitrat reduktionsmiddel i en udrensning fartøj og justere inaktiv gas flow til et passende niveau.
        Bemærk: Inaktiv gas var han. N2 gas kan også bruges.
      2. Indsprøjtes 5 µL af prøveopløsningen ved hjælp af en sprøjte i purge fartøj.
      3. Gå videre til den næste prøve indsprøjtning, når prøven peak er færdig.
    4. Nitrit måling med nitrogenoxid analyzer
      Bemærk: Der henvises til manualen fra producenten til detaljerede oplysninger.
      1. Justere ventil på purge fartøjet at have 1-2 psi pres for inaktiv gas.
      2. Der tilsættes 4-6 mL koncentreret eddikesyre til at udfylde den første pære purge fartøj.
      3. 50 mg af natrium Iodid (NaI) afvejes og opløses det i 1-2 mL H2O.
      4. Tilføje NaI løsning til at rense skibet og give mulighed for blanding for 1-2 minutter.
      5. Øge inaktiv gas flow-hastighed til en passende niveau.
      6. Indsprøjtes 5 µL af prøveopløsningen ved hjælp af en sprøjte i purge fartøj.
      7. Gå videre til den næste prøve indsprøjtning, når prøven peak er færdig.

7. evaluering af efterhøst Kvaliteten af frugt og grøntsager

Bemærk: Produktet skader fra ingen gasning kan dukke op umiddelbart efter farvereaktion (figur 5). Produkternes kvalitet vurderes som regel efter 1-2 uger efter behandling cold Storage. Symptomer på skader vil udvikle sig over tid og bedre kan identificeres i kvalitetsevalueringen. Procedurer for evaluering af forskellige friske produkter kan variere betydeligt. Kun procedurer for evaluering af salat kvaliteten er vist her som eksempel ved hjælp af fastlagte procedurer5.

  1. Fjerne salat fra kølelager to uger efter gasning. Fjerne wraps og inspicere overflader, pletter og misfarvning til alle behandlinger, herunder kontrol.
  2. Score og optage eksterne visuelle kvalitet for alle behandlinger baseret på etablerede procedurer8.
  3. Skære salat i to halvdele og inspicere enhver pletter og misfarvninger for alle behandlinger.
  4. Score og registrere indre visuelle kvalitetsresultater for alle behandlinger.

Representative Results

Nitrogenoxid gasning for friske produkter skal afsluttes med en N2 skyl for at udvande nej før åbning gasning kamre for at udsætte produkter til luften. Når en farvereaktion behandling afsluttes ved direkte åbning kammer til luften uden en N2 skyl, reaktionen mellem NO og O2 vil resultere i nogen2 produktion og eksponering af friske produkter til2 resulterer ofte i skader herunder brune pletter, misfarvning og dødt væv steder8. Delikate grøntsager og frugter såsom salat, zucchini og pærer er liggende hen til skade af2. Når ingen gasning afsluttes korrekt med en N2 flush, har gasning behandling vist sig for at være sikkert uden nogen skader til produktkvalitet (figur 6 og figur 7). I virkeligheden, er ingen gasning for skadedyrsbekæmpelse blevet fundet for at øge efterhøst Kvaliteten af friske produkter sammenlignet unfumigated kontrol, som vist på jordbær. Jordbær gasbehandling uden for kontrol af vestlige blomst thrips bevare en lysere og rigere farve og er også mindre bløde én uge efter farvereaktion sammenlignet med kontrol8. Salat hoveder indpakket i plast ærmer kan opretholde skader på overfladen blade direkte nedenunder ventilationshuller wraps på grund af reaktion af NO med O2 til at producere2 om gasning ikke er afsluttet korrekt.

Flushing med N2 for enden af ingen gasning påvirket ingen2 udgivelse fra røget produkter. Når ingen gasning blev opsagt med N2 skyl der ikke var nogen betydelige forskelle i ingen2 frigivelse sats mellem behandling og kontrol. INGEN gasning behandling skylles med luft i slutningen af gasning, men havde en højere ingen2 frigivelse sats sammenlignet med kontrol og udgivelsen af2 faldt over tid.

For mest friske produkter herunder salat, broccoli, jordbær, æble, appelsin, osv., var der ingen væsentlige forskelle i3- eller ingen2- niveauer mellem den behandling, der blev afsluttet med en N2 flush og kontrol. Kun når ingen gasning behandling blev afbrudt ved gennemskylning med normal luft, der var betydeligt højere gasbehandling3- og ikke2- koncentrationer i alle gasbehandlede produkter end begge styre og N2 skyllet produkter. NO-koncentration,2- var generelt ikke kan påvises i begge gasbehandling og kontrollere produkter (tabel 1 og tabel 2). Derfor var der ingen betydelige niveauer af rester fra ikke røget friske produkter på 24 h efter farvereaktion når gasning blev afsluttet korrekt med kvælstof skylning.

Figure 1
Figur 1: effekter af ingen gasning af insekter og mider. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Demonstration af skader på salat af2 fra reaktion mellem NO og O2 . Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Flow chart ingen gasning procedurer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Metode til at bruge en fortynding enhed og en influenza gas overvåge med ingen sensor til måling ingen plan i en storstilet ingen gasning test. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: Sammenligne effekter af gasning behandlinger afsluttes af N2 skyl og luft flush på efterhøst Kvaliteten af frugt og grøntsager. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: Efterhøst Kvaliteten af salat, broccoli og æbler fra tre behandlinger (C, T1, T2) 14 dage efter farvereaktion med C, T1 og T2 repræsenterende kontrol, gasning afsluttes med en N2 flush og gasning afsluttes med luft flush, henholdsvis. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7: Efterhøst Kvaliteten af appelsiner, pærer og ferskener fra tre behandlinger (C, T1, T2) 14 dage efter farvereaktion med C, T1 og T2 repræsenterende kontrol, gasning afsluttes med en N2 flush og gasning afsluttes med luft flush, henholdsvis. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Produkt INGEN (%) Behandling 3- (mg/100 g) 2- (mg/100 g)
Apple 5.0 NO-Air 1.60±0.12 en 0.50±0.16 en
NO-N2 1.36±0.13 ab 0.03±0.01 b
Kontrol 0.76±0.28 b 0 b
Abrikos 3.0 NO-Air 1.84±0.14 en 0.21±0.02 en
NO-N2 0.92±0.17 b 0 b
Kontrol 0.54±0.01 b 0 b
Asparges 3.0 NO-Air 2.19±0.13 en 0.08±0.04 en
NO-N2 0.70±0.03 b 0 en
Kontrol 0.84±0.07 b 0 en
Blåbær 3.0 NO-Air 2.74±0.46 en 0.14±0.02 en
NO-N2 1.24±0.19 b 0 b
Kontrol 1.22±0.15 b 0 b
Broccoli 3.0 NO-Air 18.69±3.75 en 0.17±0.06 en
NO-N2 18.51±3.42 en 0 b
Kontrol 12.26±2.31 en 0 b
Kirsebær 3.0 NO-Air 1.75±0.11 en 0
NO-N2 0.56±0.09 b 0
Kontrol 0.65±0.08 b 0
Hvidløg 3.0 NO-Air 5.05±0.45 en 0.14±0.02 en
NO-N2 4.45±0.79 en 0 b
Kontrol 5.01±0.69 en 0 b
Druemost 3.0 NO-Air 6.32±0.68 en 0
NO-N2 2.38±0.43 b 0
Kontrol 2.74±0.25 b 0
Peber 3.0 NO-Air 9.26±0.35 en 0.71±0.12 en
NO-N2 6.75±0.68 b 0.02±0.01 b
Kontrol 6.23±0.72 b 0 b
Kiwi 3.0 NO-Air 1.66±0.55 en 0
NO-N2 1.25±0.09 en 0
Kontrol 1.41±0.31 en 0
Salat 2.0 NO-Air 112.85±20.17a 7.99±2.02 en
NO-N2 38.97±5.87 b 0.1±0.1 b
Kontrol 40.64±10.81b 0 b
Orange 3.0 NO-Air 1.22±0.13 en 0.27±0.05 en
NO-N2 1.05±0.05 en 0.02±0.01 b
Kontrol 1.24±0.22 en 0 b
Blomme 3.0 NO-Air 1.04±0.08 en 0
NO-N2 0.63±0.04 b 0
Kontrol 0.84±0.11 ab 0
Jordbær 2.5 NO-Air 6.01±0.62 en 0
NO-N2 5.30±0.77 en 0
Kontrol 6.16±1.06 en 0

Tabel 1: nitrat og nitrit niveauer som rester på 24 h efter 16 h nitrogenoxid gasning på frisk frugt og grøntsager. For hvert produkt, værdier efterfulgt af forskellige bogstaver er væsentligt anderledes baseret på Tukey HSD flere forskellige test (P ≤0.05). Genoptrykt fra Yang og Liu (2017).

Discussion

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.

Disclosures

Ingen.

Acknowledgments

Denne forskning blev delvist understøttet af TASC tilskud fra USDA udenlandske landbrugstjenester.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ashmore, P. G., Burnett, M. G., Tyler, B. J. Reaction of nitric oxide and oxygen. Trans. Faraday Soc. 58, 685-691 (1962).
  2. Culotta, E., Koshland, D. E. Jr NO news is good news. Sci. 258, 1862-1865 (1992).
  3. Haldane, J. The red colour of salted meat. J. Hyg. 1, 115-122 (1901).
  4. Hole, B. D., Bell, C. H., Mills, K. A., Goodship, G. The toxicity of phosphine to all developmental stages of thirteen species of stored product beetles. J. Stored Prod. Res. 12, 235-244 (1976).
  5. Kader, A. A., Lipton, W. J., Morris, L. L. Systems for scoring quality of harvested lettuce. HortScience. 8, 408-409 (1973).
  6. Liu, Y. -B. Nitric oxide as a potent fumigant for postharvest pest control. J. Econ. Entomol. 106, 2267-2274 (2013).
  7. Liu, Y. -B. Nitric oxide as a fumigant for postharvest pest control and its safety to postharvest quality of fresh products. Acta Horticulturae. 1105, 321-327 (2014).
  8. Liu, Y. -B. Nitric oxide fumigation for control of western flower thrips and its safety to postharvest quality of fresh fruit and vegetables. J. Asia-Pacific Entomol. 19, 1191-1195 (2016).
  9. Liu, Y. -B., Yang, X. Prospect of nitric oxide as a new fumigant for postharvest pest control. Proc. 10th Intl. Conf. Controlled Atmosphere and Fumigation in Stored Products (CAF2016). Navarro, S., Jayas, D. S., Alagusundaram, K. CAF Permanent Committee Secretariat. Winnipeg, MB, Canada. 161-166 (2016).
  10. Liu, Y. -B., Yang, X., Simmons, G. Efficacy of nitric oxide fumigation for controlling codling moth in apples. Insects. 7, 71 (2016).
  11. Manjunatha, G., Lokesh, V., Neelwarne, B. Nitric oxide in fruit ripening: trends and opportunities. Biotechnol. Adv. 28, 489-499 (2010).
  12. Manjunatha, G., Lokesh, V., Bhagyalashmi, N. Nitric oxide-induced enhancement of banana fruit attributes and keeping quality. Acta Hort. 934, 799-806 (2012).
  13. Muramoto, J. Comparison of nitrate content in leafy vegetables from organic and conventional farms in California. UC Santa Cruz. Research project report (1999).
  14. Ricciardolo, F. L. M., Sterk, P. J., Gaston, B., Folkerts, G. Nitric oxide in health and disease of the respiratory system. Physiol. Rev. 84, 731-765 (2004).
  15. Roberts, J. D. Jr, Lang, P., Bigatello, L. M., Vlahakes, G. J., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide in congenital heart disease. Circulation. 87, 447-453 (1993).
  16. Rossaint, R., Falke, K. J., Lopez, F., Slama, K., Pison, U., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide for the adult respiratory distress syndrome. N. Engl. J. Med. 328, 399-405 (1993).
  17. Saadatian, M., Ahmadiyan, S., Akbari, M., Balouchi, Z. Effects of pretreatment with nitric oxide on kiwifruit storage at low temperature. Adv. Environ. Biol. 6, 1902-1908 (2012).
  18. Soegiarto, L., Wills, R. B. H. Short term fumigation with nitric oxide gas in air to extend the postharvest life of broccoli, green bean, and bok choy. HortTechnol. 14, 538-540 (2004).
  19. Wills, R. B. H., Ku, V. V. V., Leshem, Y. Y. Fumigation with nitric oxide to extend the postharvest life of strawberries. Posth. Biol. Technol. 18, 75-79 (2000).
  20. Wills, R. B. H., Soegiarto, L., Bowyer, M. C. Use of a solid mixture containing diethylenetriamine/nitric oxide (DETANO) to liberate nitric oxide gas in the presence of horticultural produce to extend postharvest life. Nitric Oxide. 17, 44-49 (2007).
  21. Yang, X., Liu, Y. -B. Residual analysis of nitric oxide fumigation on fresh fruit and vegetables. Posth. Biol. Technol. 132, 105-108 (2017).
Procedurer for laboratoriet gasning for skadedyrsbekæmpelse med nitrogenoxid Gas
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liu, Y. B., Yang, X., Masuda, T. Procedures of Laboratory Fumigation for Pest Control with Nitric Oxide Gas. J. Vis. Exp. (129), e56309, doi:10.3791/56309 (2017).More

Liu, Y. B., Yang, X., Masuda, T. Procedures of Laboratory Fumigation for Pest Control with Nitric Oxide Gas. J. Vis. Exp. (129), e56309, doi:10.3791/56309 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter