Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Environment

Förfaranden av laboratoriet gasning för skadedjursbekämpning med kväveoxid Gas

doi: 10.3791/56309 Published: November 24, 2017

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

Obs: kväveoxid gasning av färska produkter börjar genom att upprätta ultralåga syre villkor i gasning chambers, följt av injektion av nr och hålla gasning kamrarna vid vissa temperaturer för varaktigheten av en specifik behandling, och då är avslutas genom att spola med N2 illustrerade för att späda ut NO före öppning gasning kamrarna som (figur 3). För mätningar av nr2 i huvudet utrymmet av gasning chambers och nitrat och nitrit i flytande prov med hjälp av modell 405 nm ingen2/nr/NOx monitor och NOA kväveoxid analyzer, hänvisas till användarhandböcker från tillverkare för detaljerade förfaranden för drift.

Försiktighet: kväveoxid är ett starkt oxidationsmedel och reagerar med syre och spontant producera kvävedioxid. Både kväveoxid och kvävedioxid är giftiga. Vänligen hänvisa till deras MSDS för säker hantering och Använd. För personlig säkerhet, bör alla steg i liten skala gasning experiment med hantering och potentiell exponering för inget eller ingen2 utföras i dragskåp. En personlig inget2 larm bör användas för att genomföra stora skala inga gasning experiment.

1. beredning av material och instrument

  1. Instrument, delar och material som behövs för ingen gasning
    1. Göra en folie väska med en slang utlopp för nr.
      1. Försegla öppningen av en folie väska runt en av polytetrafluoreten (PTFE) tub med en värme sealer.
      2. Sedan använda epoxy lim för att täta sömmarna och gemensamma runt polytetrafluoreten (PTFE) röret att producera den folie väskan.
      3. Lägga till en Avstängningskranen i slutet av röret.
        Obs: Foliepåsar med slangen inte är kommersiellt tillgängliga. Men de kan göras enkelt i labbet med foliepåsar från kommersiella källor med hjälp av en värme sealer.
        Obs: Kväve: regelbunden industrin kväve i komprimerade cylindrar har en renhet av ≥99.99% och är lämplig för ingen gasning. Två eller fler cylindrar med tillsynsmyndigheter kan vara inställd på att ha olika tryckvärdena och sammankopplade. Cylindern med det högre utloppstrycket kommer att användas först upp innan cylindern med det lägre utloppstrycket kommer att användas. Detta kommer att vara användbart i stor gasning tester.
    2. Lufttät gasning chambers.
      Obs: Täthet är kritiska till ingen gasning eftersom nr reagerar med O2 läckt in i kammaren. Det minskar tillgängliga nr för skadedjursbekämpning och producerar även nr2 som kan skada färska produkter.
      1. Glas burk chambers: smörj kanten av locket lätt med vaselin. Sedan försegla burken med locket som har två butiker efter lastning föremål såsom insekt angripna produkter i burken.
        Obs: Varje locket på burken har två uttag och en av försäljningsställen har ett plaströr som utvidgas till botten av burken att öka effektiviteten i luften ersättare.
      2. Chambers gjord av tryckkokare: smörj kanten av kammaren med vaselin. Laddar produkter och insekter i kammaren och försegla den med locket.
      3. Stor gasning chambers: smörj packningen lätt med vaselin. Sedan Ladda produkter i kammaren. Stäng luckan. Dra åt klämmorna om det är nödvändigt att upprätthålla en lufttät försegling.
        Obs: Ingen gas är mycket flyktiga, så det finns ingen anledning att ha en fläkt i en gasning kammare att hålla luften i kammaren blandas.

2. inrättandet av ULO villkor i gasning Chambers

  1. Anslut en kammare till N2 linjen och en O2 analysator.
    Obs: En T-kontakt med ena änden går till analysatorn och den andra änden utrustat med en enkelriktad backventil kan användas att släppa luft för att undvika högt flöde till O2 analyzer.
  2. Släppa N2 genom en flödesmätare att spola i kammaren för att avlägsna syre.
  3. Minska N2 flöde till 0,5 - 1 L/min när O2 nivå är nära 30 ppm.

3. injektion av ingen Gas

  1. Fyll den folie väskan med ingen gas.
    1. Fyll påsen med N2 först och sedan dammsuga ut luften för att tvätta ur O2 från påsen.
    2. Släpp sedan ingen gas in i påsen i dragskåp.
    3. Häng väskan i ett dragskåp för ingen gasning.
      Obs: Efter långvarig användning, påsen kan bli degraderad och slangen kan bli sprött på grund av de frätande effekterna av nr2. Så, påsar kommer att behöva bytas med jämna mellanrum.
  2. Injicera nr in gasning kamrarna.
    1. Tvätta sprutan och Fäst slangen med N2 att spola ut O2.
    2. Ta ett NO-prov från nr folie påsen och injicera det gasning chambers.
    3. Efter injektionen, spola sprutan och Fäst slangen med N2.
    4. Placera gasning chambers vid 2 ° C för den gasning behandlingstiden.

4. Mät ingen koncentration i en gasning kammare

Obs: Inga koncentrationer i gasning för skadedjursbekämpning kan variera från 2 000 ppm (0,2%) till 50 000 ppm (5%). Detta intervall är inom ”räckhåll” i nuvarande nr övervakar. Men, inga nivåer kan fortfarande mätas i utspädda prover eller genom att använda en utspädningsanordning.

  1. Liten kammare fumigations
    1. Späd luftprover från behandling burkar i slutet av gasning:
      1. Fastställa ULO villkor på ≤30 ppm O2 i burkar.
      2. Ta gasprover från behandling burkar att injicera dem i ULO burkar.
    2. Mäta Nej och Nej2 nivåer i de utspädda proverna av cirkulerar luften genom en rökkanal gasmonitorn.
  2. Stor kammare fumigations: förfaranden som illustreras i figur 4.
    1. Ställa in ett utspädningssystem.
    2. Mäta Nej och Nej2 nivåer.
      1. Slå på rökkanalen gasmonitorn och spola med N2.
      2. Slå på provgasflödet att mäta Nej och Nej2 nivåer.
      3. Avsluta mätningen genom att stänga av provgasflödet.

5. avsluta ingen gasning

  1. Gasning av insekter bara
    1. Placera gasning chambers i dragskåp.
    2. Öppna avdelningar.
    3. Hämta insekter för dödlighet utvärdering.
      Obs: Insekter hålls vanligtvis i en klimatkammare över natten efter gasning att tillåta alla levande insekter att återhämta sig innan som gjorde för dödlighet.
  2. Gasning av färska produkter
    1. Flytta gasning chambers i dragskåp (för liten kammare).
    2. Spola gasning kamrarna med N2 att tillåta en specifik nummer luftväxling.
    3. Övervaka någon nivå på avgasporten.
      Obs: Rökkanalen gasmonitorn kan användas för att övervaka inga nivåer under N2 färg. Vanligtvis spola vi gasning kammare för att minska halt under 200 ppm innan du öppnar kamrarna till omgivande luft.
    4. Hämta insekter för dödlighet utvärdering (om insekter ingår).
    5. Lagra gasade produkter för rester analys och efterbehandling kvalitetsbedömning.
      Obs: Tillåta gasade produkter tillräckligt med tid i dragskåp för nej och Nej2 att försvinna innan du flyttar dem för lagring. Gasade produkter lagras vanligtvis på låg temperatur tillsammans med kontroller i en kylare för en viss period före utvärderas för postharvest kvalitet och möjliga skador.

6. analys

  1. Kvävedioxid (nr2) mätning med en 405 nm ingen2/nr/nrX övervaka
    1. Aktivera och tillåta 405 nm ingen2/nr/nrX övervaka för att värma upp 20-30 min.
    2. Stäng gasning kammaren som innehåller produkten.
      Obs: Efter gasning, gasning chambers var öppna och placerade vid en viss temperatur så att nr2 att försvinna. Vid tidpunkten när inga2 -utsläpp mäts, försegla kammaren lufttät med lock med två portar utrustad med Avstängningskranar. En temperatur av 20 ° C användes i förfarandet demonstrationen.
    3. Anslut den nr2 bildskärmen till kammaren för att cirkulera luften via nr2 skärmen.
    4. Omedelbart börja logga data på nr2 övervaka och samla in data för 1 min.
    5. Koppla från kammaren från skärmen och hålla kammaren förseglas.
      Obs: Dataloggning kan startas antingen via menyn -> Dat -> logg på nr2 monitorn, eller via den grafritande programvaran på en dator.
    6. Hålla slutna avdelningar vid 20 ° C för 1 h, sedan upprepa steget data collection.
      Obs: Tidsintervallet kan justeras beroende på release av nr2 från gasade produkter.
    7. Beräkna skillnaden mellan två ingen2 koncentrationer och konvertera data till mg/kg/h.
  2. Nitrat och nitrit mätningar med en GE Sievers 280i nr Analyzer
    Obs: Vänligen se handboken till tillverkaren och de papper21 av Yang och Liu (2017) för detaljerad information.
    1. Provberedning
      1. Homogenisera varuprover i en mixer.
      2. Överföra 15 g av det homogeniserade provet från mixern i en injektionsflaska.
      3. Tillsätt 100 mL destillerat H2O sedimentera i 10 minuter i injektionsflaskan.
      4. Filtrera urvalet och den filtrerade förvaras vid 2 ° C fram till användning.
    2. Reduktionsmedel förberedelse för nitrat mätning med kväveoxid analyzer
      Obs: Vänligen se handboken till tillverkaren för detaljerad information.
      1. Tillsätt 0,8 g vanadin klorid (VCl3) i en mätkolv.
      2. Långsamt Tillsätt 100 mL 1 M hydroklorid syra (HCl) i kolven med VCl3cap kolven och snurra flera gånger.
      3. Filtrera lösningen med filterpapper och en tratt och försegla filtrerade lösningen flaskan med aluminiumfolie och förvara den i kylskåp.
    3. Mätning av både nitrat och nitrit med kväveoxid analyzer
      Obs: Vänligen se handboken till tillverkaren för detaljerad information.
      1. Värm i vattenbad till 95 ° C. Tillsätt 4-6 mL nitrat reduktionsmedel i ett laxermedel fartyg och justera inertgas flödet till en lämplig nivå.
        Obs: Inert gas var han. N2 gas kan också användas.
      2. Injicera 5 µL av provlösningen med en spruta in i laxermedel kärlet.
      3. Fortsätta till nästa prov injektion när provet toppen är klar.
    4. Nitrit mätning med kväveoxid analyzer
      Obs: Vänligen se handboken till tillverkaren för detaljerad information.
      1. Justera ventilen på laxermedel fartyget att ha 1-2 psi tryck för inert gas.
      2. Tillsätt 4-6 mL koncentrerad ättiksyra att fylla första glödlampan av laxermedel fartyget.
      3. Väg upp 50 mg natriumjodid (NaI) och lös upp den i 1-2 mL H2O.
      4. Lägg NaI lösningen för fartyget i laxermedel och låt blandas i 1-2 minuter.
      5. Öka inert gasflödet till en lämplig nivå.
      6. Injicera 5 µL av provlösningen med en spruta in i laxermedel kärlet.
      7. Fortsätta till nästa prov injektion när provet peak är klar.

7. postharvest kvalitetsutvärdering av frukt och grönsaker

Observera: Produkten skador från ingen gasning kan visa omedelbart efter gasning (figur 5). Produktkvalitet utvärderas dock vanligtvis efter 1-2 veckor för efterbehandling kyllagring. Symptom på skador kommer att utvecklas över tiden och kan identifieras bättre kvalitetsbedömning. Förfaranden för att utvärdera olika färska produkter kan skilja sig avsevärt. Endast förfaranden för att utvärdera sallad kvalitet demonstreras här som ett exempel använder etablerade förfaranden5.

  1. Ta bort sallad från kylförvaring två veckor efter gasning. Avlägsna wraps och inspektera ytor för fläckar och missfärgningar för alla behandlingar inklusive kontroller.
  2. Poäng och spela in externa visuell kvalitet för alla behandlingar baserade på fastställda förfaranden8.
  3. Skuren sallad i halvor och inspektera eventuella fläckar och missfärgningar för alla behandlingar.
  4. Poäng och spela in inre visuell kvalitet noter för alla behandlingar.

Representative Results

Kväveoxid gasning för färska produkter behöver sägas upp med en N2 spola till späd nr innan du öppnar gasning kammare för att exponera produkter till luften. När en gasning behandling avslutas genom att öppna direkt kammaren till luften utan ett N2 spola, reaktionen mellan nr och O2 kommer att resultera i någon2 produktion och exponering av färska produkter för nr2 resulterar ofta i skador inklusive bruna fläckar, missfärgning och död vävnad ställen8. Fina grönsaker och frukter såsom sallad, zucchini och päron är benägna att skada genom nr2. När ingen gasning avslutas korrekt med ett N2 spola, har gasning behandling visats vara säkra utan skador till produktkvalitet (figur 6 och figur 7). I själva verket har ingen gasning för skadedjursbekämpning befunnits öka postharvest kvalitet av färska produkter jämfört med unfumigated kontroller som visat på jordgubbar. Jordgubbar desinficeras med nej för kontroll av västra blomma thrips behåller en klarare och rikare färg och är också mindre mjuk en vecka efter gasning jämfört med den kontroll8. Sallad huvuden insvept i plast ärmar kan upprätthålla skador på ytan blad direkt under ventilationsöppningar sveper på grund av reaktion av nr med O2 att producera nr2 om gasning inte avslutas korrekt.

Spolning med N2 i slutet av ingen gasning påverkas inga2 release från gasade produkter. När ingen gasning avslutades med N2 spola, fanns det inga signifikanta skillnader i ingen2 Frisättningshastigheten mellan behandling och kontroll. INGEN gasning behandling spolas med luft i slutet av gasning, men hade en högre ingen2 Frisättningshastigheten jämfört med kontrollen och frisläppandet av nr2 minskat över tiden.

För mest färska produkter inklusive sallad, broccoli, jordgubbe, äpple, apelsin, etc., fanns det inga signifikanta skillnader i nr3 eller ingen2 -nivåer mellan den behandling som avslutades med ett N2 flush och kontroll. Bara när ingen gasning behandling avslutades genom spolning med normal luft, fanns det betydligt högre desinficeras nr3 och inga2 koncentrationer i alla gasade produkter än både styra och N2 spolas produkter. NO2 -koncentration var generellt inte detekterbar i båda desinficeras och kontroll produkter (tabell 1 och tabell 2). Därför fanns det inga betydande halter av rester från inga gasade färska produkter på 24 h efter gasning när gasning avslutades korrekt med kväve spolning.

Figure 1
Figur 1: effekter av ingen gasning på insekter och kvalster. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: Demonstration av skador på sallad av nr2 från reaktionen mellan nr och O2 . Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: Flödesschema ingen gasning förfaranden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: Metoden att använda en utspädningsanordning och en influensa gas övervaka med ingen sensor för att mäta ingen nivå i en storskalig ingen gasning test. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: Jämför effekterna av gasning behandlingar avslutas av N2 spola och luft spola på postharvest kvalitet frukt och grönsaker. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: Postharvest kvalitet av sallad, broccoli och äpplen från tre behandlingar (C, T1, T2) 14 dagar efter gasning med C, T1 och T2 som representerar kontroll, gasning som avslutas med en N2 spola och gasning avslutas med luft flush, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: Postharvest kvalitet apelsiner, päron och persikor från tre behandlingar (C, T1, T2) 14 dagar efter gasning med C, T1 och T2 som representerar kontroll, gasning som avslutas med en N2 spola och gasning avslutas med luft flush, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Produkt INGEN (%) Behandling NR3 (mg/100 g) NR2 (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
Kontroll 0.76±0.28 b 0 b
Aprikos 3.0 NO-Air 1.84±0.14 en 0.21±0.02 en
NO-N2 0.92±0.17 b 0 b
Kontroll 0.54±0.01 b 0 b
Sparris 3.0 NO-Air 2.19±0.13 en 0.08±0.04 en
NO-N2 0.70±0.03 b 0 en
Kontroll 0.84±0.07 b 0 en
Blåbär 3.0 NO-Air 2.74±0.46 en 0.14±0.02 en
NO-N2 1.24±0.19 b 0 b
Kontroll 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
Kontroll 12.26±2.31 en 0 b
Cherry 3.0 NO-Air 1.75±0.11 en 0
NO-N2 0.56±0.09 b 0
Kontroll 0.65±0.08 b 0
Vitlök 3.0 NO-Air 5.05±0.45 en 0.14±0.02 en
NO-N2 4.45±0.79 en 0 b
Kontroll 5.01±0.69 en 0 b
Druva 3.0 NO-Air 6.32±0.68 en 0
NO-N2 2.38±0.43 b 0
Kontroll 2.74±0.25 b 0
Peppar 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
Kontroll 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
Kontroll 1.41±0.31 en 0
Sallad 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
Kontroll 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
Kontroll 1.24±0.22 en 0 b
Plommon 3.0 NO-Air 1.04±0.08 en 0
NO-N2 0.63±0.04 b 0
Kontroll 0.84±0.11 ab 0
Jordgubbe 2.5 NO-Air 6.01±0.62 en 0
NO-N2 5.30±0.77 en 0
Kontroll 6.16±1.06 en 0

Tabell 1: nitrat och nitrit nivåer som rester på 24 h efter 16 h kväveoxid gasning på färsk frukt och grönsaker. För varje produkt, värden följt av olika bokstäver är betydligt annorlunda baserat på Tukey HSD flera olika test (P ≤0.05). Omtryckt från Yang och Liu (2017).

Discussion

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.

Disclosures

Ingen.

Acknowledgments

Denna forskning stöds delvis av TASC bidrag från USDA utländska jordbrukstjänster.

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).
Förfaranden av laboratoriet gasning för skadedjursbekämpning med kväveoxid 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