Dette dokumentet beskriver nitrogenoksid (NO) utgassing protokoller for kombinasjonen skadedyrbekjempelse. Utgassing kamre tømmes med nitrogen (N2) å etablere ultralow oksygen betingelser før nei injiseres. På slutten tømmes kamre med N2 å fortynne nei før utsette produkter til luften for å hindre eksponering for ingen2.
Nitrogenoksid (NO) er en nylig oppdaget fumigant til kombinasjonen skadedyrbekjempelse. Dette dokumentet gir detaljert protokoller for å gjennomføre ingen utgassing på ferske produkter og prosedyrer for rester analyse og kvalitet evaluering. En lufttett utgassing kammeret som inneholder frisk frukt og grønnsaker tømmes først med nitrogen (N2) å etablere et ultralow oksygen (ÜLO) miljø etterfulgt av injeksjon av nr. Utgassing kammeret deretter holdes på en lav temperatur på 2-5 ° C for en angitt tidsperiode nødvendig å drepe en mål plage å fullføre utgassing behandling. På slutten av en utgassing behandling, utgassing kammeret er spylt med N2 å fortynne nei før du åpner kammeret til luften for å hindre at reaksjonen ikke og O2, som produserer ingen2 og kan skade delikat ferske produkter. Til forskjellige tider etter ingen utgassing, ble NO2 headspace og nitrat og nitritt i flytende prøver målt som rester. Produktkvalitet ble evaluert etter 2 uker etter behandlingen kjølelager å bestemme effekten av ingen utgassing på produktkvalitet. Holde O2 reagerer ikke er kritisk til ingen utgassing og er en viktig del av protokoller. Måle ingen nivåer er utfordrende og en praktisk løsning er tilgjengelig. Mulig protokollen modifikasjoner er også foreslått for å måle ingen nivåer i utgassing kamre samt rester. INGEN utgassing har potensial til å være et praktisk alternativ til metyl bromide utgassing til kombinasjonen skadedyrbekjempelse frisk og lagret produkter. Denne publikasjonen er ment å hjelpe andre forskere gjennomfører ingen utgassing forskning til kombinasjonen skadedyrbekjempelse og akselerere utviklingen av ingen utgassing for praktiske anvendelser.
Nitrogenoksid er en allestedsnærværende celle messenger molekyl i alle biologiske systemer2. Det er utgitt i store mengder som en vanlig forurensende av forbrenning av fossilt brensel fra kraftverk og kjøretøyer og produsert i store mengder som en mellomliggende produkt i gjødsel produksjon. Intens forskning på Nei i de siste 20 årene har gitt en stor mengde kunnskap om dens betydning, funksjoner og mekanismer i å regulere biokjemiske og fysiologiske prosesser i ulike biologiske systemer. Denne kunnskapen har ført til ulike medisinske anvendelser av nei for behandling av luftveissykdommer og hjerte sykdommer14,15,16. I landbruk, ingen brukte over 100 år siden på behandlet kjøttprodukter for røde pigment bevaring3. Nei også utvider holdbarhet og forbedrer kombinasjonen av kvalitet på et bredt utvalg av ferske produkter11,12,17,18,19,20. Flere nylig, ingen ble funnet for å være en potent fumigant kombinasjonen pest kontroll6.
INGEN har vist seg for å være effektiv mot alle livsstadier av insekter testet (figur 1). Pest arten testet representerer ulike typer og stadier av skadedyr og viser stort potensial for ingen utgassing kontrollere ulike pest arter. Virkningen av ingen utgassing mot insekt skadedyr er tilnærmet de methyl bromide utgassing. Men kan ingen utgassing utføres ved kald lagring temperaturer. Methyl bromide utgassing krever oppvarming av kalde lagret produkter, og derfor kan påvirke produktkvalitet. For eksempel vestlige blomst Trips, Frankliniella occidentalisog salat bladlus, Nasonovia ribisnigri, kan være kontrollert i 2 og 3 h med 2.0% og 1,0% ingen utgassing, henholdsvis 2 ° C6. INGEN utgassing er også mye raskere enn phosphine utgassing som er den viktigste metylbromid alternativ behandlingen og kan ta ti dager for å kontrollere noen skadedyr4,6,9,10.
Nitrogenoksid utgassing er effektiv mot både eksterne og interne fôring insekter. Oppdaget fløyen Drosophila, Drosophila suzukii, larver i infested kirsebær styres i 8 timer med 2,5% ingen utgassing9. Larver av codling sommerfugler, Cydia pomonella, infested epler er fullstendig kontrollert i en 24-timers utgassing med 5% ikke på 2 ° C9,10. Effekten av ingen utgassing øker med økende konsentrasjon, behandling tid og temperatur6. Disse faktorene kan brukes til å optimalisere ingen utgassing behandlinger for ulike insekter arter på ulike varer.
Men ingen reagerer med O2 spontant å produsere ingen2–1. Dette ikke bare forbruker nei, men kan også føre til skader på ferske produkter som salat (figur 2). Derfor ingen utgassing må utføres under ultralow oksygen (ÜLO) forhold å bevare nr. For ferske produkter må ingen fumigations også avsluttes ved flushing med N2 å fortynne nei før utsette fumigated produkter til luften for å redusere sin eksponering til ingen2. Disse strenge kravene øke kompleksiteten og kostnadene ved ingen utgassing. Men forventes ingen utgassing å være teknisk mulig og kostnadseffektiv7. Alle komponentene i stor skala ingen utgassing enten kommersielt tilgjengelig eller kan gjøres kommersielt inkludert nitrogen generasjon utstyr, ingen forsyning, overvåking utstyr (O2 analyzer, ingen meter) og lufttett utgassing kamre. Regulert atmosfære (CA) lagring og frakt under lav O2 atmosfære har blitt brukt kommersielt. Energien kostnaden for å generere N2 for ingen utgassing er også beskjeden og vil variere avhengig av plasseringen7.
Nitrogenoksid utgassing er også trygt å frisk frukt og grønnsaker når riktig terminert av rødme med N2 å fortynne NO først før du utsetter produktene til omgivende luft8. INGEN utgassing har vist seg for å være trygt å alle frisk frukt og grønnsaker testet hittil inkludert salat, brokkoli, agurk, paprika, tomater, jordbær, epler, pærer, appelsiner og sitroner8. En 4T utgassing med 1% ikke på 2 ° C for å kontrollere vestlige blomst Trips forbedrer også jordbær kvalitet. En uke etter utgassing, behandlet jordbær er fastere og har lysere og rikere og derfor bedre postharvest kvalitet sammenlignet med kontroll8.
Nitrogenoksid utgassing også etterlater ikke skadelige rester på fumigated ferske produkter. Som ikke reagerer med O2 å produsere NO2, kan ingen utgassing medføre deponering av ingen2 på produktene på grunn av 21 ° C kokepunktet av ingen2. I nærvær av vann hydrolyzes NO2 til skjemaet salpetersyre (HNO3). Derfor kan ingen utgassing potensielt føre nitrater (ingen3–) og nitritt (ingen2–) som rester på behandlet varer. Når utgassing avsluttes med N2 flush, ingen utgassing resultater i uten eller svært lite øker i nitrat eller nitritt som rester på 24 h etter desinfeksjonen i ferske råvarer9,21.
Den reaktive naturen nei med O2 krever også strenge prosedyrer for å holde ut O2 under prosessen med å gjennomføre ingen utgassing behandlinger. Kompleksiteten og strenge prosedyrer bør er best illustrerte visuelt og være fulgt og mestret. I denne videoen journal presentasjonen, var ingen utgassing av ferske produkter forklart, illustrert og vist for å tillate andre forskere å utføre ingen utgassing forskning og utvikle ingen utgassing behandlinger for kombinasjonen skadedyrbekjempelse. Dette arbeidet vil bidra til å akselerere kommersiell bruk av ingen utgassing kontrollere kombinasjonen skadedyr på frisk og lagret produkter.
Holde O2 ut av utgassing kammeret er avgjørende for vellykket NO utgassing til skadedyrbekjempelse. Utgassing kamre må ha lufttett sel og tilkobling linjer må tømmes med N2 eller andre inert gasser fjerne O2 før den brukes å løslate ikke gass i utgassing kamre. En annen viktig del av ingen utgassing er fortynning av nei med en N-2 flush på slutten av utgassing. Dette hindrer produksjon av overskytende ingen2 og dens mulige skader ferske produkter. Som ulike ferske produkter har ulike nivåer av toleranse for ingen2 eksponering, kan ingen utgassing behandling kreve ulike nivåer av N2 flush å unngå skader. Fordi ingen2 har et høyt kokepunkt ca 21 ° c og også reagerer med vann i form syrer, vil ingen2 produksjon sannsynligvis føre til økt ingen2 på fumigated produkter som rester og økningen av nitrat og/eller nitritt som konverteres INGEN2.
Typen produkter å være fumigated kan også komplisere utgassing prosessen, som en første flush med N2 å etablere ÜLO forhold og siste flush med N2 for å avslutte utgassing behandling. Store bladgrønnsaker i perforert plast gavene som innpakket hodet salat representerer en stor barriere til luften avtrekk og derfor en utfordring å skylle ut O2 med N2 ved starten av utgassing og skylle ut nei med N2 på slutten av utgassing. For disse produktene er det bedre å bruke kombinasjoner av lavere ingen konsentrasjoner og lengre behandlingstider for å kontrollere skadegjørere fordi det er tryggere for produktkvalitet.
Overvåking ingen nivåer i utgassing kamre er en annen utfordring i å gjennomføre ingen utgassing. De fleste instrumenter kan ikke måle høy ingen konsentrasjoner brukes i ingen fumigations til skadedyrbekjempelse. Det er noen fortynning enheter som er kommersielt tilgjengelig, men det er ukjent om de vil være egnet for ingen utgassing. Men en fortynning enhet kan laget som beskrevet ovenfor og brukes for ingen overvåking ved hjelp av en gass skjerm utstyrt en nei-sensor.
Flere endringer kan gjøres i prosedyrer for overvåking ingen konsentrasjoner i utgassing kamre. For eksempel kan en prøve av luft i en utgassing kammer fortynnet i en folie pose med et bestemt volum av nitrogen. Utvannet luft prøven kan deretter bli sendt gjennom en flue gass skjerm utstyrt med høy konsentrasjon ingen sensor å måle ingen konsentrasjon. Men vil det være vanskelig å unngå oksidasjon av nei i prosessen og utvanning prosessen vil sannsynligvis føre til noen tap for. Derfor ikke beregnet basert på måling av utvannet luften prøver fra utgassing chambers vil trolig være lavere enn den faktiske ingen nivåer i utgassing kamre.
Prosessen med å etablere ÜLO forhold i utgassing kamre kan også endres basert på hvilke typer utgassing kamre er tilgjengelig. For utgassing chambers som kan brukes under vakuum forhold, kan ÜLO forhold etableres av prosessen med gjentatte støvsuging etterfulgt av fylle kammeret med nitrogen gass. Denne prosessen vil være mer effektiv i å etablere ÜLO forhold enn vanlig rødme prosessen beskrevet over. For lagrede produkter, kan CO2 også brukes i stedet for N2 for å etablere ÜLO betingelser for ingen utgassing.
For rester analyse, 405 nm ingen2/NO/ingenx -skjerm ble valgt til å måle ingen2 gass utslipp fra fumigated prøver i feltet hode og nitrogenoksid analysatoren ble satt til å oppdage nitrat og nitritt i flytende prøver. Men er andre typer instrumenter tilgjengelig med egnet følsomhet og særegenheter for måling nummer2 i headspaces og måle nitrat og nitritt i flytende prøver. Derfor kan prosedyrer for rester målinger endres basert på tilgjengeligheten av instrumenter.
Som ikke er frustrerende med et kokepunkt-152 ° C og reagerer umiddelbart med O2, det ikke forventes at ingen ville forbli en rest på fumigated produkter etter desinfeksjonen. Derfor ble bare ingen2 målt i tanken fumigated produkter. INGEN2 har et høyt kokepunkt 21 ° c og forsvinner mye saktere fra produkter og er derfor sannsynlig å være på fumigated produkter for en tid etter utgassing.
For bladgrønnsaker, hvis ingen utgassing spyler ikke med N2 på slutten, ikke ville reagere med O2 å produsere ingen2 og kan resultere i utholdenhet ingen2 stund som ferske produkter lagres vanligvis ved lave temperaturer. Derfor, fra stående poenget med forkortelsen reentering tidsperioden etter desinfeksjonen, ingen utgassing bør også være rødmer med N2 på slutten av utgassing. Overvåking ingen2 løslate er derfor viktig å avgjøre hvor lenge og hvor mye NO2 vil forbli på produkter etter desinfeksjonen. INGEN2 nivåer på fumigated produkter vil påvirke hvordan fumigated produktene blir håndtert eller lagret.
Nitrat finnes naturlig i jord og planter inkludert frukt og grønnsaker. Noen rotgrønnsaker kan samle høye konsentrasjoner av nitrat. Grønnsaker er den største kosttilskudd nitrater. For eksempel har frisk salat og spinat gjennomsnittlig nitratnivåer av 786-1,080 og 1,420-3,400 mg/kg. Europakommisjonen settes grenseverdiene for nitrat for salat og spinat til 2500-4500 og 2,000-3,000 mg/kg13. Både nitrat og nitritt legges også ofte til behandlet kjøtt som bacon, skinke, pølse og pølser og forbrukes som de brukes som et konserveringsmiddel i disse kjøttprodukter. Målinger av nitrat og nitritt som rester av ingen utgassing var ment å gi informasjon om grad at nei utgassing kan endre nivåene i fumigated produkter og ikke har noen relevans til food safety. Derfor anses målinger av nitrat og nitritt som rester som valgfritt med mindre de kreves av regulerende instanser i Registrering ikke som en fumigant eller andre juridiske prosesser. Detaljerte prosedyrer for nitrat og nitritt målinger er også tilgjengelig21.
Nitrogenoksid utgassing har fordeler av høy effekt mot alle livsstadier av insekter og midd og ingen skadelige rester sammenlignet med de fleste andre fumigants, som diskutert tidligere6,7,9. Gitt at det er en kritisk mangel på effektive alternativer til metyl bromide utgassing til kombinasjonen skadedyrbekjempelse og de fleste alternative fumigants la giftige rester i fumigated produkter, ingen utgassing garanterer mye utvidet forskning, utvikling, og registrering innsats for å bringe denne sikre og effektive kombinasjonen pest kontrolløsning for markedet. Likevel, på grunn av kompleksiteten og strenge krav for ÜLO forhold utgassing prosedyrer, trening kan være nødvendig for mange forskere å starte ingen utgassing forskning. Det er vår intensjon å gi informative og lett å følge prosedyrer for laboratoriet ingen utgassing behandlinger for kombinasjonen pest kontroll på fersk og lagret landbruksprodukter. Prinsippene om prosedyrene kan brukes utvikle protokoller for storskala ingen fumigations for praktiske anvendelser.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskningen ble delvis støttet av TASC tilskudd fra USDA utenlandske landbruksprodukter tjenester.
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. |