Procedure di fumigazione di laboratorio per il controllo dei parassiti con Gas di ossido di azoto
Summary
Questo articolo descrive l’ossido nitrico (NO) protocolli di fumigazione per controllo dei parassiti post-raccolta. Camere di fumigazione vengono scaricate con azoto (N2) stabilire condizioni di bassissima di ossigeno prima di NO viene iniettato. Alla fine, alloggiamenti vengono scaricate con N2 per diluire NO prima di esporre i prodotti all’aria ambiente per evitare l’esposizione a n.2.
Abstract
Ossido nitrico (NO) è un fumigante recentemente scoperto per controllo dei parassiti post-raccolta. Questo documento fornisce protocolli dettagliati per lo svolgimento senza fumigazione su prodotti freschi e le procedure per la valutazione di qualità di prodotto e analisi di residui. Una camera di fumigazione ermetico contenente frutta e verdura fresca viene svuotata prima con azoto (N2) per stabilire un ambiente di ossigeno bassissima (ULO) seguito dall’iniezione di NO. La camera di fumigazione è poi tenuta a bassa temperatura di 2-5 ° C per un periodo di tempo specificato necessaria per uccidere un parassita di destinazione per completare un trattamento di fumigazione. Alla fine di un trattamento di fumigazione, la camera di fumigazione viene svuotata con N2 per diluire NO prima dell’apertura della camera di aria ambiente per impedire la reazione tra n e O2, che produce NO2 e può danneggiare i delicati prodotti freschi. In tempi diversi dopo senza fumigazione, n.2 in spazio di testa e nitrato e nitrito in campioni liquidi sono stati misurati come residui. Qualità del prodotto è stata valutata dopo 2 settimane di conservazione a freddo post-trattamento per determinare gli effetti del NO fumigazione sulla qualità del prodotto. Impedisce di reagire con NO O2 è fondamentale per non fumigazione ed è una parte importante dei protocolli. NON ci sono livelli di misurazione è impegnativo e viene fornita una soluzione pratica. Protocollo possibili modifiche sono suggerite anche per non misurare livelli di in camere di fumigazione così come i residui. Fumigazione non ha il potenziale per essere un’alternativa pratica alla fumigazione di bromuro di metile per controllo dei parassiti post-raccolta su prodotti freschi e conservati. Questa pubblicazione è destinata per aiutare altri ricercatori a non condurre nessuna ricerca di fumigazione per controllo dei parassiti post-raccolta e accelerare lo sviluppo di nessuna fumigazione per applicazioni pratiche.
Introduction
L’ossido nitrico è una molecola messaggero cellulare onnipresente in tutti i sistemi biologici2. È rilasciata in grandi quantità come un inquinante comune della combustione di combustibili fossili da centrali elettriche e veicoli a motore e prodotto in grandi quantità come prodotto intermedio nella produzione di fertilizzanti. Intensa ricerca sul NO negli ultimi 20 anni ha prodotto una grande quantità di conoscenza sulla sua importanza, funzioni e meccanismi nella regolazione di processi biochimici e fisiologici in vari sistemi biologici. Questa conoscenza ha provocato varie applicazioni mediche di NO per il trattamento di malattie respiratorie e cardiache14,15,16. In agricoltura, NO è stato utilizzato più di 100 anni fa su prodotti carnei trasformati per pigmento rosso conservazione3. NO inoltre prolungano la durata e migliora la qualità post-raccolta di un’ampia varietà di prodotti freschi11,12,17,18,19,20. Più recentemente, non è stato trovato per essere un potente fumigante per postharvest pest controllo6.
NON è stato dimostrato di essere efficace contro tutti gli stadi vitali degli insetti testati (Figura 1). La specie di parassita testata rappresentano diversi tipi e stadi di vita dei parassiti e indicare il grande potenziale di nessuna fumigazione per controllare specie di parassiti diversi. L’efficacia di nessun fumigazione contro parassiti di insetto è simile a quello di fumigazione di bromuro di metile. Tuttavia, nessuna fumigazione possa essere condotte a temperature di conservazione frigorifera. Fumigazione di bromuro di metile richiede il riscaldamento del freddi prodotti immagazzinati e, pertanto, può influenzare la qualità del prodotto. Ad esempio, tripide occidentale fiore, Frankliniella occidentalise afide della lattuga, Nasonovia ribisnigri, può essere non controllato in 2 e 3 h con 2,0% e 1,0% fumigazione, rispettivamente, al 2 ° C6. Fumigazione non è anche molto più veloce di fumigazione di fosfina che è il trattamento contabile alternativo principale bromuro di metile e può prendere più di dieci giorni per controllare alcuni parassiti4,6,9,10.
Fumigazione di ossido di azoto è efficace contro insetti d’alimentazione interna ed esterna. Spotted ala Drosophila, Drosophila suzukii, larve in ciliege infestate sono controllate in 8 h con 2,5% NO fumigazione9. Larve di carpocapsa, Cydia pomonella, nelle mele infestate sono completamente controllate in una fumigazione di 24h con 5% NO a 2 ° C9,10. L’efficacia di nessun fumigazione aumenta con l’aumento di concentrazione, tempo di trattamento e temperatura6. Questi fattori possono essere utilizzati per non ottimizzare alcun trattamento di fumigazione per diverse specie di insetti sulle varie materie prime.
Tuttavia, non reagisce con O2 spontaneamente per produrre NO21. Questo non solo consuma NO, ma può anche causare danni ai prodotti freschi come la lattuga (Figura 2). Pertanto, nessuna fumigazione dovrà svolgersi in condizioni di bassissima ossigeno (ULO) per preservare NO. Per prodotti freschi, nessun fumigazioni devono anche essere terminato da vampate di calore con N2 per diluire NO prima di esporre i prodotti sottoposti a fumigazione all’aria ambiente per ridurre la loro esposizione al n.2. Questi severi requisiti aumentano la complessità e il costo senza fumigazione. Tuttavia, nessuna fumigazione dovrebbe essere tecnicamente fattibile e conveniente7. Tutti i componenti della grande non scala fumigazione o sono disponibili in commercio o può essere fatto in commercio tra cui attrezzature di generazione di azoto, NO alimentazione, apparecchiature di monitoraggio (O2 analyzer, senza indicatore) e fumigazione ermetici chambers. Conservazione in atmosfera controllata (CA) e spedizione sotto atmosfera di2 basso O sono stati utilizzati commercialmente. Il costo energetico della generazione N2 per nessuna fumigazione è anche modesto e varia a seconda posizione7.
Fumigazione di ossido di azoto è anche sicuro da frutta fresca e verdure quando terminato correttamente mediante flussaggio con N2 per diluire NO prima prima di esporre i prodotti all’ambiente aria8. Fumigazione non ha dimostrato di essere sicuro di tutte le frutta fresca e verdura testato fino ad oggi, tra cui la lattuga, broccoli, cetrioli, peperoni, pomodori, fragole, mele, pere, arance e limoni8. Una fumigazione di 4h con 1% NO a 2 ° C per il controllo dei tripidi occidentale fiore migliora anche la qualità della fragola. Una settimana dopo la fumigazione, trattate fragole sono più solide e hanno colore più luminoso e più ricco e, di conseguenza, meglio postharvest qualità rispetto il controllo8.
Fumigazione di ossido di azoto inoltre non lascia residui nocivi fumigato prodotti freschi. Come non reagisce con O2 per la produzione di NO2, fumigazione non può provocare deposizione di n.2 sui prodotti a causa del punto di ebollizione di 21 ° C di n.2. In presenza di acqua, NO2 idrolizza per formare l’acido nitrico (HNO3). Di conseguenza, nessuna fumigazione potrebbero potenzialmente in nitrati (NO3–) e nitriti (NO.2–) come residui sulle materie prime trattate. Quando fumigazione è terminato con N2 non svuotare, nessun risultato di fumigazione in nessuna o scarsa aumenti in nitrato o nitrito come residui a 24 h dopo fumigazione in materie prime fresche9,21.
La natura reattiva del NO con O2 richiede anche procedure rigorose per tenere fuori O2 durante il processo di non condurre alcun trattamento di fumigazione. La complessità e procedure rigorose sono meglio illustrate visivamente e dovrebbero essere seguite e masterizzate. In questa presentazione video journal, senza fumigazione di prodotti freschi è stato spiegato, illustrato e dimostrato per consentire altri ricercatori a non condurre nessuna ricerca di fumigazione e non sviluppare alcun trattamento di fumigazione per controllo dei parassiti post-raccolta. Questi sforzi verranno aiuterà ad per accelerare l’uso commerciale di nessuna fumigazione per controllare i parassiti post-raccolta su prodotti freschi e conservati.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mantenere O2 dalla camera di fumigazione è fondamentale per il successo NO fumigazione per controllo dei parassiti. Camere di fumigazione necessario hanno guarnizioni di tenuta d’aria e linee di connessione devono essere svuotati con N2 o altri gas inerti per rimuovere O2 prima di essere utilizzato per non rilasciare nessun gas nelle camere di fumigazione. Un altro aspetto critico di nessuna fumigazione è diluizione di NO con un N2 a filo alla fine della fumigazione. Questo previene la produzione di eccesso NO2 e relative possibili lesioni ai prodotti freschi. Come prodotti freschi diversi hanno diversi livelli di tolleranza a nessuna esposizione di2 , un trattamento di fumigazione NO può prevedere diversi livelli di N2 flush per prevenire gli infortuni. Perché NO2 ha un alto punto di ebollizione di circa 21 ° C e anche reagisce con acqua per formare acidi, nessuna produzione di2 sarà probabile risultato in aumentato di n.2 sui prodotti sottoposti a fumigazione come residuo e aumenti di nitrato e/o nitriti che vengono convertiti da NO2.
Il tipo di prodotti per essere sottoposto a fumigazione può anche complicare il processo di fumigazione, ad esempio un’operazione di scaricamento iniziale con N2 per stabilire condizioni ULO e un lavaggio finale con N2 per terminare il trattamento di fumigazione. Ortaggi a foglia grande in perforato gli involucri di plastica come lattuga testa avvolto rappresentano una grande barriera di ventilazione dell’aria e quindi una sfida per stanare O2 con N2 all’inizio della fumigazione e vampate di calore fuori n con N2 alla fine di fumigazione. Per questi prodotti, è preferibile non utilizzare combinazioni di inferiore concentrazioni e tempi di trattamento più lunghi per controllare i parassiti perché è più sicuro per qualità del prodotto.
Non monitoraggio livelli di in camere di fumigazione è un’altra sfida nella non conduzione fumigazione. Maggior parte degli strumenti non è possibile misurare l’alta senza concentrazioni utilizzate in nessuna suffumigi per controllo dei parassiti. Ci sono alcuni dispositivi di diluizione commercialmente disponibili, ma non è noto se essi saranno adatti senza fumigazione. Tuttavia, un dispositivo di diluizione può essere fatto come sopra descritto e utilizzato per alcun monitoraggio utilizzando un monitor di gas non dotato di un sensore NO.
Potranno subire ulteriori modifiche alle procedure per il monitoraggio non vi erano concentrazioni negli alloggiamenti di fumigazione. Ad esempio, un campione di aria in una camera di fumigazione può essere diluito in una busta di alluminio con un certo volume di azoto. Il campione diluito aria quindi non può essere distribuito attraverso un canna fumaria gas monitor dotato di un’alta concentrazione nessun sensore per non misurare la concentrazione di. Tuttavia, sarà difficile evitare l’ossidazione di NO nel processo e la diluizione processo probabilmente porterà in alcune perdite di NO. Di conseguenza, non calcolato basato sulla misurazione dell’aria diluita campioni da fumigazione chambers sarà probabilmente non inferiore rispetto l’attuale nessun livelli nelle camere di fumigazione.
Il processo di stabilire condizioni ULO in camere di fumigazione possono anche essere modificate basato su quali tipi di alloggiamenti di fumigazione sono disponibili. Per le camere di fumigazione che possono essere utilizzate in condizioni di vuoto, condizioni ULO possono essere stabilite tramite il processo di aspirazione ripetuta seguita dalla camera di riempimento con gas azoto. Questo processo sarà più efficiente nella creazione di condizioni di ULO rispetto il normale processo di consuntivazione descritto sopra. Per prodotti conservati, CO2 può anche essere utilizzato invece di N2 per stabilire condizioni ULO per nessuna fumigazione.
Per analisi dei residui, il 405 nm n2/n/nessun monitor dix è stato selezionato per non misurare rilascio di gas2 da campioni fumigati negli spazi testa e l’analizzatore di ossido di azoto è stato impostato per rilevare nitrati e nitriti nei campioni liquidi. Tuttavia, altri tipi di strumenti sono disponibili con adeguata sensibilità e specificità per misurazione n.2 in ci e nitrati e nitriti nei campioni di liquidi di misurazione. Di conseguenza, le procedure per le misure di residui possono essere modificate sulla base della disponibilità degli strumenti.
Come NO è altamente volatile con un punto di ebollizione di-152 ° C e reagisce immediatamente con O2, non è previsto che non sarebbe rimasto come residuo sui prodotti fumigati dopo fumigazione. Di conseguenza, solo n.2 è stata misurata in spazio di testa dei prodotti sottoposti a fumigazione. NO2 ha un alto punto di ebollizione di 21 ° C e dissipa molto più lentamente da prodotti e pertanto è probabile rimanere sui prodotti sottoposti a fumigazione per qualche tempo dopo fumigazione.
Per ortaggi a foglia, se NO fumigazione non viene svuotata con N2 alla fine, non avrebbe reagito con O2 per la produzione di NO2 e può causare la persistenza di n.2 per qualche tempo come prodotti freschi vengono in genere archiviati a basse temperature. Pertanto, dal punto in piedi di abbreviare il periodo di tempo reentering dopo fumigazione, fumigazione non deve essere lavata anche con N2 alla fine di fumigazione. Non monitoraggio rilascio di2 è, quindi, importante per determinare quanto tempo e come molto NO2 rimarranno sui prodotti dopo fumigazione. NESSUN livello2 su prodotti fumigati influirà potenzialmente come i prodotti fumigati saranno gestiti o archiviati.
Nitrato esiste naturalmente nel suolo e piante di frutta e verdura. Alcune verdure di radice possono raccogliere le alte concentrazioni di nitrati. Le verdure sono la principale fonte dietetica di nitrati. Ad esempio, spinaci e lattuga fresca hanno livelli di nitrato medio di 786-1.080 e 1.420-3.400 mg/kg. Regolamento della Commissione europea imposta i livelli massimi di nitrato per lattuga e spinaci a 2.500-4.500 e 2.000-3.000 mg/kg13. Nitrito e nitrato sono anche frequentemente aggiunto ai salumi come pancetta, prosciutto, salsicce e hot dog e sono consumati come essi sono utilizzati come conservante in questi prodotti di carne. Misurazioni di nitrato e nitrito come residui di nessuna fumigazione erano destinati a fornire informazioni sull’entità che NO fumigazione possa alterare i livelli in fumigato prodotti e non può avere alcuna attinenza con la sicurezza alimentare. Pertanto, misure di nitrato e nitrito come residui dovrebbero essere considerate come optional a meno che non sono tenuti dalle agenzie regolatorie nella registrazione di NO come fumigante o altri processi normativi. Procedure dettagliate per le misurazioni di nitrati e nitriti sono anche disponibili21.
Fumigazione di ossido nitrico presenta i vantaggi di alta efficacia contro tutti gli stadi vitali degli insetti e degli acari e senza residui nocivi rispetto a molti altri fumiganti, come discusso in precedenza6,7,9. Dato che c’è una critica mancanza di efficaci alternative alla fumigazione di bromuro di metile per controllo dei parassiti post-raccolta e fumiganti alternativi più lasciano residui tossici in prodotti fumigati, fumigazione non garantisce molto estesa ricerca, sviluppo, e sforzi di registrazione per portare questa soluzione di controllo dei parassiti postharvest sicuro ed efficace sul mercato. Eppure, a causa della complessità e requisiti rigidi per condizioni ULO delle procedure di fumigazione, addestramento può essere richiesto per molti ricercatori non avviare nessuna ricerca di fumigazione. È nostra intenzione di fornire informativa e facile da seguire le procedure per il laboratorio alcun trattamento di fumigazione postharvest Pest controllo freschi e prodotti agricoli immagazzinati. I principi delle procedure possono essere utilizzati non sviluppare protocolli per su larga scala suffumigi per applicazioni pratiche.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta in parte da TASC sovvenzioni da USDA Foreign Agricultural Services.
Materials
| 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. |
References
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