Процедуры лабораторных фумигации вредителями с газом окиси азота
Summary
Этот документ описывает оксид азота (NO) для фумигации протоколы для послеуборочной вредителями. Фумигация камеры сбрасываются с азотом (N2) установить сверхнизких кислородные условия перед NO вводят. В конце камеры сбрасываются с N2 для разбавления NO перед разоблачение продуктов для окружающего воздуха для предотвращения воздействия NO2.
Abstract
Оксид азота (NO) является недавно обнаруженных фумигант для послеуборочной вредителями. Этот документ содержит подробные протоколы для проведения не фумигации на свежих продуктов и процедур оценки качества продукции и анализ остатков. Герметичные фумигации камеры, содержащий свежие фрукты и овощи сначала промыть азота (N2) установить сверхнизких кислорода (ULO) среды, следуют инъекций № Фумигации палата затем хранится при низкой температуре 2-5 ° c для определенного периода времени необходимо убить вредителей целевой для завершения лечения фумигации. В конце лечения фумигации, фумигации камера очищается с N2 для разбавления NO до открытия камеры для окружающего воздуха для предотвращения реакции между NO и O2, которая производит не2 и могут повредить деликатные свежих продуктов. В разное время после не фумигации NO2 в headspace и нитратов и нитритов в жидких проб были измерены как остатков. Качество продукции оценивалась после 2 недель после лечения холодного хранения для определения последствий не фумигации на качество продукции. O2 от реакции с NO имеет решающее значение для не фумигации и является важной частью протоколов. Измерение уровня не является сложной задачей и обеспечивается практическое решение. Возможный протокол изменений также предложено для измерения не уровней в камерах фумигации, а также остатков. НЕ фумигации имеет потенциал, чтобы быть практической альтернативой фумигации бромистого метила для послеуборочной вредителями на свежих и хранимых продуктов. Эта публикация предназначена для оказания помощи исследователям в проведении исследований не фумигации для послеуборочной вредителями и ускорения развития не фумигации для практического применения.
Introduction
Оксид азота является молекула посланник повсеместно клеток всех биологических систем2. Она выпущена в больших количествах как общих загрязнителей сжигания ископаемого топлива на электростанциях и автотранспортных средств и производятся в больших количествах как промежуточный продукт в производстве удобрений. Интенсивные исследования на нет в течение последних 20 лет принесло большой объем знаний о его важности, функции и механизмы регулирования биохимических и физиологических процессов в различных биологических систем. Это знание привела к различных медицинских применений нет для лечения респираторных и сердечных заболеваний14,,1516. В сельском хозяйстве, не был использован более 100 лет назад на переработанных мясных продуктов для красного пигмента сохранение3. НЕТ также расширяет срок годности и улучшает послеуборочной качество разнообразных свежих продуктов11,12,,1718,19,20. Совсем недавно, не было установлено быть мощным фумигант для послеуборочной вредителей управления6.
НЕ продемонстрировал эффективным против всех этапах жизни насекомых, испытания (рис. 1). Вредителей испытания представляют различные типы и этапов жизни вредителей и свидетельствуют о большой потенциал для управления различных вредителей не фумигации. Эффективность не фумигации против насекомых-вредителей близка бромистого метила для фумигации. Однако не фумигации может проводиться при температуре холодного хранения. Бромистого метила для фумигации требует разогрева холодного хранимых продуктов и, таким образом, может повлиять на качество продукции. Например, Западный цветочный ТРИПС, Западная цветови салата тля, Nasonovia ribisnigri, можно управлять в 2 и 3 ч с 2,0% и 1,0% не фумигации, соответственно, на 2 ° C6. НЕ фумигации гораздо быстре чем фумигации фосфина, который является основным бромистого метила альтернативных лечения и может занять более десяти дней для управления некоторых вредителей4,6,9,10.
Оксид азота фумигации эффективна против внешней и внутренней кормления насекомых. Пятнистый крыло дрозофилы, дрозофила suzukii, личинки в пораженную вишни контролируются в 8 h с 2,5% не фумигации9. Личинки яблонной плодожорки, Cydia плодожорка, в пораженную яблоки полностью контролируется 24 h фумигации с 5% не в 2 ° C9,10. Эффективность не фумигации возрастает с увеличением концентрации, время лечения и температуры6. Эти факторы могут использоваться для оптимизации лечения не фумигации для разных видов насекомых на различных товаров.
Однако не реагирует с2 O спонтанно производить №21. Это не только потребляет нет, но также может вызвать ущерб для свежих продуктов, таких как салат (рис. 2). Таким образом, не фумигацию должны проводиться в условиях сверхнизких кислорода (ULO) для сохранения № Для свежих продуктов не окуриванию также должны быть прекращены, перемещая с N2 для разбавления NO прежде чем подвергать фумигированные продуктов для окружающего воздуха для уменьшения их воздействия не2. Эти строгие требования увеличить сложность и стоимость не фумигации. Однако не фумигации, как ожидается, будет технически осуществимым и экономически эффективным7. Все компоненты большого масштаба не фумигации или коммерчески доступны или могут быть сделаны коммерчески включая азота поколения оборудования, не питания, оборудование для мониторинга (O2 анализатор, без метра) и герметичный фумигации камер. Контролируемая атмосфера (CA) для хранения и судоходства под низким O2 атмосферы были использованы коммерчески. Стоимость энергии генерирующих N2 для не фумигации также скромный и будут варьироваться в зависимости от местоположения7.
Оксид азота фумигации также является безопасным для свежих фруктов и овощей, когда должным образом расторгнут промывка с N2 для разбавления NO сначала прежде чем подвергать продукцию для окружающего воздуха8. Безопасны для всех свежих фруктов и овощей, испытания на сегодняшний день, включая салат, брокколи, огурцы, перец, помидоры, клубника, яблоки, груши, апельсины и лимоны8была продемонстрирована не фумигации. 4 h фумигации с 1% не на 2 ° C для контроля трипсов Западной цветок также повышает качество клубники. Через одну неделю после фумигации, лечение Клубника тверже и цвета ярче и богаче и, таким образом, лучше Послеуборочная качества по сравнению с управления8.
Оксид азота фумигации также не оставляет вредных остатков на фумигированные свежих продуктов. Как не реагирует с2 O производить без2без фумигации может привести к осаждения не2 на продукцию из-за 21 ° C Температура кипения не2. В присутствии воды NO2 гидролизует формы азотной кислоты (3HNO). Поэтому не фумигации потенциально может привести к нитратов (не3–) и нитратов (NO2–) как остатков на обработанных сырьевых товаров. При фумигации прекращается с N2 флеш, результаты не фумигации в нет или очень мало увеличивается в нитрат или нитрит остатков на 24 ч после фумигации в свежих товаров9,21.
Реактивный характер NO с O2 также требует строгие процедуры держать вне O2 в процессе проведения лечения не фумигации. Сложность и строгие процедуры лучше всего иллюстрируется визуально и должны следовать и освоил. В этом видео журнал презентации не фумигации свежих продуктов объяснил, иллюстрированный и продемонстрировал чтобы позволить другим исследователям проводить не фумигации исследования и разработки не фумигации лечения для послеуборочной вредителями. Эти усилия помогут ускорить коммерческое использование не фумигации для управления послеуборочной вредителей на свежих и хранимых продуктов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Сохраняя O2 из камеры фумигации имеет решающее значение для успешного NO фумигации для борьбы с вредителями. Фумигация камеры должны иметь герметичные уплотнения и линий связи необходимо промыть N2 или других инертных газов для удаления O2 перед использованием выпустить газ не в камерах фумигации. Еще один важный аспект не фумигации является разведение NO с N2 скрытой в конце фумигации. Это предотвращает производство избыток NO2 и его возможных травм для свежих продуктов. Как различные свежие продукты имеют различные уровни толерантности к экспозиции не2 , NO фумигации лечение может потребовать различных уровней N2 флеш для предотвращения травм. Потому что нет2 имеет высокую температуру кипения около 21 ° c и также реагирует с водой для формы кислот, производства нет2 будет что вероятный результат в №2 на фумигированные продукции увеличением остатков и увеличивает нитратов и нитритов, которые преобразуются с №2.
Тип продуктов, чтобы быть быть указаны может также осложнить процесс фумигации, например первоначального заподлицо с N2 учредить ULO условий и окончательный заподлицо с N2 прекратить лечение фумигации. Большие листовые овощи в перфорированные пластиковые обертывания, таких как завернутый головы салата представляют большой барьер для вентиляции воздуха и, следовательно, вызов смыв O2 с N2 в начале фумигации и очищать NO с N2 в конце фумигации. Для этих продуктов это лучше использовать комбинации нижней не концентрации и времени лечения для контроля вредителей, потому что это безопаснее для качества продукции.
Мониторинг не уровней в камерах фумигации является еще одной проблемой в проведении не фумигации. Большинство инструментов нельзя измерить высокое не концентрациях, используемых в не окуриванию для борьбы с вредителями. Есть несколько устройств разрежения, которые являются коммерчески доступных, но неизвестно, будут ли они подходят для не фумигации. Однако, устройство разрежения могут быть сделаны как описано выше и использованы для не мониторинг с помощью газа монитора оснащены датчиком нет.
Более изменения могут быть сделаны к процедурам контроля не концентрации в камерах фумигации. Например образец воздуха в камере Фумигацию могут быть ослаблены в фольге с определенным объемом азота. Пробы разреженных воздуха может затем распространен через монитор дымовых газов с высокой концентрацией не датчик для измерения не концентрации. Однако это будет трудно избежать окисления NO в процессе и разбавления процесс воля вероятный результат в некоторых потерь № Таким образом, не рассчитанные на основе измерения разреженного воздуха образцы из фумигации, камеры, вероятно, будет ниже, чем фактические не уровни в камерах фумигации.
Процесс создания что ULO условия в палатах фумигации также могут быть изменены на основании какие типы фумигации камер доступны. Для фумигации камер, которые могут использоваться в условиях вакуума ULO условия могут создаваться в процессе неоднократные очистки после заполнения камеры с газом азота. Этот процесс будет более эффективным в создании условий ULO чем нормальный промывки процесс, описанный выше. Для хранимых продуктов CO2 может также использоваться вместо N2 для определения условий ULO не фумигации.
Для анализа остатков, 405 нм не2/нет/нетx монитор был выбран для измерения газовыделения не2 из фумигированных образцов в голову пространств и анализатор оксида азота был установлен для определения нитратов и нитритов в жидких проб. Однако другие виды инструментов доступны с подходящим особенностей и специфики для измерения NO2 в headspaces и измерения нитратов и нитритов в жидких проб. Таким образом процедуры для остатков измерений могут быть изменены на основании наличия инструментов.
Как NO крайне нестабильной с точки кипения-152 ° C и реагирует мгновенно с O2, не ожидается, что не будет оставаться в качестве остатка на фумигированные продукции после фумигации. Таким образом только не2 была измерена в headspace фумигированные продуктов. NO2 имеет высокую температуру кипения 21 ° c и гораздо более медленно рассеивается от продуктов и поэтому, вероятно, останется на фумигированные продуктов для некоторое время после фумигации.
Для листовых овощей, если не фумигации не очищается с N2 в конце, не будет реагировать с2 O производить не2 и может привести к сохраняемости NO2 для некоторое время как свежие продукты обычно хранятся при низких температурах. Таким образом с точки постоянного сокращения reentering периода времени после фумигации, не фумигации также должны быть очищены с N2 в конце фумигации. Мониторинг не2 релиз, таким образом, важно определить, как долго и как много NO2 будет оставаться на продукцию после фумигации. НЕТ2 уровней на фумигированные продукции потенциально повлияет как фумигированная продуктов будет обрабатываться или хранится.
Нитрат естественно существует в почве и растений, включая фрукты и овощи. Некоторые корнеплоды можно собирать высокие концентрации нитратов. Овощи являются крупнейшим источником диетического нитратов. К примеру свежий салат и шпинат имеют средний нитратов 786-1,080 и 1420-3400 мг/кг. Постановление Европейской Комиссии устанавливает максимальный уровень нитратов для салат и шпинат132500-4500 и 2000-3000 мг/кг. Нитратов и нитритов также часто добавляются для обработанного мяса, как бекон, ветчина, колбасы и сосиски и потребляются как они используются в качестве консерванта в этих мясных продуктов. Измерения нитратов и нитритов как остатки не фумигации были призваны предоставить информацию о степени NO фумигации может изменить их уровень в фумигированных продукции и могут не иметь никакого отношения к безопасности пищевых продуктов. Таким образом измерения нитратов и нитритов как остатки следует рассматривать как необязательный, если они требуются регулирующими органами в регистрации NO как фумигант или других регуляторных процессов. Подробные процедуры для измерения нитратов и нитритов, также доступна21.
Оксид азота фумигации имеет преимущества высокую эффективность против всех этапах жизни насекомых и клещей и без вредных остатков по сравнению с большинством других фумиганты, как уже говорилось ранее6,7,9. Учитывая, что существует острая нехватка эффективных альтернатив бромистого метила для фумигации для послеуборочной вредителями и большинство альтернативных фумигантов оставить токсичных остатков в фумигированных продукции, не фумигации гарантирует значительно расширенного исследования, разработки и регистрация усилия довести это решение управления безопасной и эффективной послеуборочной Пешт на рынок. Тем не менее из-за сложности и строгие требования для условий ULO фумигации процедур, обучение может потребоваться для многих исследователей, чтобы начать исследования не фумигации. Это наше намерение предоставлять информативными и легко следовать процедурам для лаборатории не фумигации лечения для послеуборочной вредителей управления на свежий и хранения сельскохозяйственной продукции. Принципы процедуры могут быть использованы разработать протоколы для больших масштабах не окуриванию для практического применения.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано в части TASC грантов от USDA зарубежных сельскохозяйственных услуг.
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
- Ashmore, P. G., Burnett, M. G., Tyler, B. J. Reaction of nitric oxide and oxygen. Trans. Faraday Soc. 58, 685-691 (1962).
- Culotta, E., Koshland, D. E. NO news is good news. Sci. 258, 1862-1865 (1992).
- Haldane, J. The red colour of salted meat. J. Hyg. 1, 115-122 (1901).
- 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).
- Kader, A. A., Lipton, W. J., Morris, L. L. Systems for scoring quality of harvested lettuce. HortScience. 8, 408-409 (1973).
- Liu, Y. -. B. Nitric oxide as a potent fumigant for postharvest pest control. J. Econ. Entomol. 106, 2267-2274 (2013).
- 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).
- 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).
- Liu, Y. -. B., Yang, X., Navarro, S., Jayas, D. S., Alagusundaram, K. Prospect of nitric oxide as a new fumigant for postharvest pest control. Proc. 10th Intl. Conf. Controlled Atmosphere and Fumigation in Stored Products (CAF2016). , 161-166 (2016).
- Liu, Y. -. B., Yang, X., Simmons, G. Efficacy of nitric oxide fumigation for controlling codling moth in apples. Insects. 7, 71 (2016).
- Manjunatha, G., Lokesh, V., Neelwarne, B. Nitric oxide in fruit ripening: trends and opportunities. Biotechnol. Adv. 28, 489-499 (2010).
- Manjunatha, G., Lokesh, V., Bhagyalashmi, N. Nitric oxide-induced enhancement of banana fruit attributes and keeping quality. Acta Hort. 934, 799-806 (2012).
- Muramoto, J. . Comparison of nitrate content in leafy vegetables from organic and conventional farms in California. , (1999).
- 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).
- Roberts, J. D., Lang, P., Bigatello, L. M., Vlahakes, G. J., Zapol, W. M. Inhaled nitric oxide in congenital heart disease. Circulation. 87, 447-453 (1993).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Yang, X., Liu, Y. -. B. Residual analysis of nitric oxide fumigation on fresh fruit and vegetables. Posth. Biol. Technol. 132, 105-108 (2017).
