WPŁYW STĘŻENIA KWASU NADOCTOWEGO NA ZDOLNOŚĆ KIEŁKOWANIA NASION RZODKIEWKI

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2012 z. 570: WPŁYW STĘŻENIA KWASU NADOCTOWEGO NA ZDOLNOŚĆ KIEŁKOWANIA NASION RZODKIEWKI Joanna Kaniewska, Marta Płaczkowska, Wojciech Poćwiardowski Katedra Technologii i Aparatury Przemysłu Chemicznego i Spożywczego Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Wstęp Nasiona bardzo często zawierają na swej okrywie lub w przypadku jej uszkodzenia nawet na powierzchni liścieni patogeny, takie jak: bakterie, wirusy czy grzyby, których rozwój powoduje opóźnienie kiełkowania i nieprawidłowy rozwój rośliny lub całkowitą utratę zdolności kiełkowania, uniemożliwiającą rozwój wegetatywny rośliny. Gleba, w której wysiewa się nasiona, może także zawierać organizmy, które porażają nasiona i rozwijające się rośliny [MUNKVOLD i in. 2006]. Zakażenia te przenoszone są na rozwijające się rośliny, zmniejszając ich wartość i plony. Ochrona nasion i roślin przed mikroorganizmami chorobotwórczymi jest jednym z kierunków badań inżynierii rolniczej [STRANG 2005]. Najczęściej do ochrony materiału siewnego stosuje się środki chemiczne, które mają na celu redukcję lub eliminację czynników chorobotwórczych: bakterii, grzybów, wirusów, szkodników. Odkażanie nasion środkami chemicznymi powinno być skuteczne w eliminacji mikroorganizmów powodujących choroby roślin, ale także bezpieczne w stosunku do nasion, środowiska oraz ludzi i niedrogie w stosowaniu. Obecnie stosowane powierzchniowo środki do dezynfekcji nasion to: podchloryn sodu czy wapnia, kwas octowy, kwas nadoctowy, kwas solny, nadtlenek wodoru, ozon czy ditlenek chloru [KRAWCZYK i in. 2009; KANIEWSKA i in. 2010; POĆWIARDOWSKI i in. 2010]. Kwas nadoctowy (PAA) jest silnym utleniaczem oddziałującym na wiele mikroorganizmów [ZHAO i in. 2007]. Znalazł szerokie zastosowanie jako środek dezynfekujący w wielu gałęziach przemysłu spożywczego, np. przy myciu owoców i warzyw, myciu powierzchni i opakowań w browarnictwie czy mleczarstwie, wykorzystaniu przy usuwaniu biofilmów [BIERING 2003; PIEPIÓRKA 2008]. Prowadzone są również badania nad zastosowaniem roztworów kwasu nadoctowego w nasiennictwie. RAJKOWSKI i ASHURST [2009] do produkcji bezpiecznych mikrobiologicznie kiełków lucerny stosowali 1-, 2- i 3-procentowy kwas nadoctowy. Uzyskano redukcję występowania bakterii Salmonella o 1,5 log. Prowadzono także badania nad wypływem kwasu nadoctowego na nasiona arbuza porażonego bakteryjną plamistością (BFB) [HOPKINS i in. 2003]. Zastosowanie roztworu kwa-

2 66 J. Kaniewska, M. Płaczkowska, W. Poćwiardowski su nadoctowego o stężeniach od 320 do μg ml 1 spowodowało eliminację bakterii Acidovorax avenae i nie wpłynęło negatywnie na żywotność nasion arbuza, a w wybranych stężeniach PAA istotnie ją poprawiło. Celem pracy było zbadanie wpływu roztworów kwasu nadoctowego (CH 3 COOOH) na nasiona rzodkiewki (Raphanus sativus L.) odmiany Mila. Materiały i metody Badano żywotność nasion poddanych działaniu kwasu nadoctowego o stężeniu od 25 do 500 ppm w czasie od 5 do 360 minut. Materiał do badań stanowiły nasiona rzodkiewki (Raphanus sativus L.) odmiany Mila o zdolności kiełkowania wynoszącej 78%. W badaniach stosowano preparat zawierający 15% kwasu nadoctowego o handlowej nazwie Steridial W-15. Roztwór handlowy po uprzednim sprawdzeniu stężenia PAA rozcieńczano wodą destylowaną do zawartości 25, 50, 125, 250 i 500 ppm kwasu nadoctowego. Oznaczanie zawartości kwasu nadoctowego przebiegało według procedury chińskiej normy GB Pierwszy etap stanowi manganometryczne oznaczenie nadtlenku wodoru. Po redukcji H 2 O 2 następuje drugi etap, w którym zawartość kwasu nadoctowego sprawdza się za pomocą chemicznej analizy jodometrycznej. Oznaczeń dokonywano w dwóch powtórzeniach. Badania prowadzono w dwóch etapach. Pierwszy etap obejmował analizę zmian stężenia kwasu nadoctowego w przygotowanych roztworach w czasie 48 godzin od ich sporządzenia. Badano także spadek zawartości PAA w 10-procentowych zawiesinach nasion rzodkiewki w czasie do 6 godzin. Drugi etap stanowiły badania jakości nasion po obróbce w roztworach kwasu nadoctowego o zawartości 25, 50, 125, 250 i 500 ppm PAA. Nasiona po moczeniu w roztworach kiełkowano na bibule, oznaczając zdolność kiełkowania po 3 i 6 dniach oraz zawartość siewek nienormalnych zgodnie z normą PN-R-65950:1994. Wyniki przedstawiono jako średnie. W statystycznej ocenie wyników korzystano z jednoczynnikowej analizy wariancji, a istotność różnic średnich oznaczano za pomocą testu Tukeya przy poziomie istotności p < 0,05. Obliczeń dokonano w programie MS Office Excel Zmiana zawartości kwasu nadoctowego Po sporządzeniu roztworów o 25, 50, 125, 250 i 500 ppm PAA przez 48 godzin oznaczano zawartość kwasu nadoctowego. Po 48 godzinach stężenie roztworów spadło średnio do 90% stężenia początkowego. Roztwory były przetrzymywane bez dostępu światła, w temperaturze pokojowej. Wyniki przedstawiono w tabeli 1 i na wykresie (rys. 1). Od 12. godziny przechowywania zauważono niewielki spadek zawartości kwasu nadoctowego. Takie zachowanie się wodnych roztworów może przemawiać za stosowaniem ich w przemyśle. Badania wodnych roztworów ditlenku chloru wykorzystywanych do odkażania nasion rzodkiewki wykazały ich mniejszą stabilność. Po 48 godzinach przechowywania stężenie ClO 2 w czystych roztworach malało do około 60% zawartości początkowej. KANIEWSKA i in. [2010] zaobserwowali, że obecność ditlenku chloru spadła o połowę po 7 dniach.

3 WPŁYW STĘŻENIA KWASU NADOCTOWEGO Tabela 1; Table 1 Zmiana stężenia roztworów kwasu nadoctowego w czasie przechowywania Changing of peracetic acid concentration during storage Czas przechowywania Storage time (min) Stężenie kwasu nadoctowego w sporządzonych roztworach Peracetic acid concentration in prepared solutions (ppm) 0 500,0 250,0 125,0 50,0 25, ,0 236,3 122,0 48,8 24, ,0 221,2 116,5 48,1 24, ,9 218,3 112,7 47,1 23, ,5 216,5 111,4 46,5 23, ,8 214,7 109,9 46,5 22, ,4 212,5 109,6 46,2 22, ,2 210,9 109,0 46,0 22, ,2 210,9 108,3 46,0 22, ,2 210,9 108,3 46,0 22, Zawartość kwasu nadoctowego Content of peracetic acid ppm 250 ppm 125 ppm 50 ppm 25 ppm Rys. 1. Fig. 1. Czas przechowywania (h) Storage time (h) Zmiana zawartości kwasu nadoctowego w wodnych roztworach w czasie Changing of peracetic acid in aqueous solutions during storage Obserwowano zmianę stężenia kwasu nadoctowego dla zawiesiny nasion rzodkiewki. W tym celu do przygotowanych roztworów o stężeniach początkowych 25, 50, 125, 250 i 500 ppm PAA dodawano nasiona rzodkiewki, tak aby stanowiły 10% wagowych mieszaniny. Podczas moczenia nasion zawartość kwasu nadoctowego maleje średnio do 25% jego początkowej zawartości w roztworach. Największy spadek stężenia kwasu nadoctowego zaobserwowano w przypadku roztworu o stężeniu początkowym 500 ppm PAA. Wyniki zestawiono w tabeli 2 i na wykresie (rys. 2).

4 68 J. Kaniewska, M. Płaczkowska, W. Poćwiardowski Tabela 2; Table 2 Zmiana zawartości kwasu nadoctowego w 10-procentowych zawiesinach nasion rzodkiewki Changing of peracetic acid content in 10% radish seed suspensions Czas ekspozycji Exposure time (min) Stężenie kwasu nadoctowego w 10-procentowej zawiesinie nasion rzodkiewki Peracetic acid concentration in 10% radish seed suspensions (ppm) 0 500,0 250,0 125,0 50,0 25, ,9 249,7 124,5 46,0 22, ,3 237,5 104,0 40,8 20, ,3 207,7 103,0 37,5 18, ,1 171,9 84,0 25,9 16, ,7 119,2 51,9 17,5 11, ,3 66,4 27,4 17,5 6,6 100 Zawartość kwasu nadoctowego Peracetic acid content ppm 250 ppm 125 ppm 50 ppm 25 ppm Rys. 2. Fig ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Czas ekspozycji (h) Exposure time (h) Zawartość kwasu nadoctowego (PAA) w czasie moczenia w 10-procentowych zawiesinach nasion rzodkiewki Peracetic acid (PAA) content during soaking in 10% radish seed suspensions Zawartość kwasu nadoctowego w czasie moczenia maleje 4-krotnie po 6 godzinach. Rozkład PAA ma związek z działaniem na zanieczyszczenia obecne na powierzchni nasion. Badania wpływu kwasu nadoctowego na zdolność kiełkowania nasion Nasiona, które stanowiły 10-procentową zawiesinę, po 5, 15, 30, 60, 180 i 360 minutach oddzielano od roztworów, trzykrotnie obmywano wodą destylowaną przez 15 minut i suszono. Z tak przygotowanych nasion pobierano sztuk i testowano ich żywotność. Wyniki zestawiono w tabeli 3.

5 WPŁYW STĘŻENIA KWASU NADOCTOWEGO Tabela 3; Table 3 Kiełkowanie nasion rzodkiewki moczonych w roztworach wodnych kwasu nadoctowego Germination of radish seeds soaked in peracetic acid solution Czas obróbki Treatement time (min) Stężenie kwasu nadoctowego Peracetic acid concentration (ppm) bc 73 b 0 a 45 ab 71 a 3 b 42 a 75 ab 3 b 19 b 61 b 13 b 23b 58 b 26 b abc 69 bc 1 a 31 abc 57 b 4 bc 39 a 70 b 7 bc 18 b 58 b 17 b 14 b 28 c 45 c b 71 bc 1 a 26 bc 51 bc 6 bc 38 a 71 bc 6 b 11 c 30 c 27 c 8 c 17 d 43 c a 86 a 0 a 22 c 44 bcd 3 b 40 a 75 ac 14 bc 0 d 6 d 16 b 0 d 4 e 20 b b 73 abc 2 a 14 d 45 cd 9 c 1 b 7 d 10 c 0 d 0 e 0 a 0 d 0 f 0 a abc 66 c 0 a 17 cd 32 d 7 c 0 b 5 d 14 c 0 d 0 e 0 a 0 d 0 f 0 a KONTROLA 43 c 78 b 0 a 43 a 78 a 0 a 43 a 78 a 0 a 43 a 78 a 0 a 43 a 78 a 0 a zdolność kiełkowania po 3. dniu; germination capacity after 3 days; zdolność kiełkowania po 6. dniu; germination capacity after 6 days; nasiona nienormalne; abnormal seed. a, b, c, d, e, f grupy jednorodne statystycznie dla danych parametrów przy p < 0,05 w kolumnach; statistic homogenueous groups by p < 0.05 in columns. Wraz ze wzrostem stężenia i wydłużeniem czasu przetrzymywania nasion rzodkiewki w wodnych roztworach kwasu nadoctowego żywotność nasion pogarsza się. Im większa zawartość PAA, tym więcej obecnych było siewek nienormalnych, czyli niedających zdrowej rośliny. Najlepszy rezultat uzyskano przy obróbce nasion rzodkiewki w roztworze o stężeniu 25 ppm kwasu nadoctowego. Nie tylko zaobserwowano wzrost zdolności kiełkowania, czyli parametru opisującego ilość nasion dających zdrowe siewki, ale także wzrosła energia kiełkowania, mówiąca o udziale nasion, które kiełkują w ciągu krótkiego czasu. Godzinne traktowanie wodnym roztworem o zawartości 25 ppm PAA nie pogorszyło zdolności kiełkowania nasion w stosunku do nasion niepoddanych obróbce. Nasiona rzodkiewki charakteryzowały się zdolnością kiełkowania na poziomie 86%. Poprawę zdolności kiełkowania uzyskał HOPKINS i in. [2003] w przypadku traktowania nasion arbuza. Po obróbce nasion przez 30 minut w roztworze PAA o stężeniach ppm ilość nasion kiełkujących wzrosła istotnie z 86% do nawet 98%. Badano wpływ innych środków chemicznych na nasiona rzodkiewki [KANIEWSKA i in. 2010]. Uzyskano wzrost zdolności kiełkowania z 51 do 74% po godzinnej obróbce w roztworze ditlenku chloru o stężeniu 200 ppm. Wnioski 1. Traktowanie nasion rzodkiewki wodnym roztworem kwasu nadoctowego o stężeniu 25 ppm nie wpływa na pogorszenie ich parametrów jakościowych. 2. Obróbka nasion rzodkiewki za pomocą PAA pozwoliła na uzyskanie zdolności kiełkowania tych nasion na poziomie 86%, dopuszczającym materiał siewny do obrotu.

6 70 J. Kaniewska, M. Płaczkowska, W. Poćwiardowski 3. Nasiona rzodkiewki poddane godzinnej obróbce w wodnym roztworze kwasu nadoctowego o stężeniu 25 ppm nie powodują powstawania siewek nienormalnych. 4. Wodne roztwory kwasu nadoctowego w zakresie stężeń ppm po około 12 godzinach od sporządzenia charakteryzują się 90-procentową zawartością PAA w stosunku do stężenia początkowego i przez kolejne 36 godzin stężenie nie uległo zmianie. Literatura BIERING H lat kwasu nadoctowego. Stara substancja z nowymi perspektywami. Część II. Higiena 5(2): GB Metodyka oznaczania zawartości kwasu nadoctowego. HOPKINS D.L., THOMPSON C.M., HILGREN J., LOVIC B Wet seed treatment with peroxyacetic acid for the control of bacterial fruit blotch and other seedborne diseases of watermelon. Plant Disease 87: KANIEWSKA J., DOMORADZKI M., POĆWIARDOWSKI W Przygotowywanie nasion do produkcji kiełków konsumpcyjnych. Acta Agrophysica 16 (2): KRAWCZYK K., MAĆKOWIAK-SOCHACKA A., ZWOLIŃSKA A Wpływ powszechnie stosowanych metod dezynfekcji na kiełkowanie nasion pomidora. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin 49 (3): MUNKVOLD G., SWEETS L., WINTERSTEEN W Iowa Commercial Pesticide Applicator Manual. Category 4. Seed Treatment. Publish Iowa State University of Science and Technology: PIEPIÓRKA J Analiza zanieczyszczeń oraz dobór środków myjąco-dezynfekujących. Przemysł Spożywczy 62 (2): PN-R-65950:1994 Materiał siewny. Metoda badania nasion. POĆWIARDOWSKI W., KANIEWSKA J., DOMORADZKI M., KORPAL W Odkażanie nasion marchwi podchlorynem sodowym. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 546: RAJKOWSKI K.T., ASHURST K Use of 1% peroxyacetic acid sanitizer in an airmixing wash basin to remove bacterial pathogens from seeds. Foodborne Pathogenes and Disease 6 (9): STRANG H Changes and Challenges Facing Modern Crop Protection. New Discoveries in Agrochemicals. Chapter 1: ZHAO X., ZHANG T., ZHOU Y., LIU D Preparation of peracetic acid from hydrogen peroxide. Part I: Kinetics for peracetic acid synthesis and hydrolysis. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 271:

7 WPŁYW STĘŻENIA KWASU NADOCTOWEGO Słowa kluczowe: nasiona rzodkiewki, kwas nadooctowy, jakość nasion Streszczenie W pracy podjęto badania kwasu nadoctowego (PAA) i wpływu jego wodnych roztworów na jakość nasion rzodkiewki (Raphanus sativus L.) odmiany Mila. Sporządzono roztwory o zawartości 25, 50, 125, 250 i 500 ppm CH 3 COOOH. Scharakteryzowano trwałość kwasu nadoctowego w czasie przechowywania i w czasie odkażania 10-procentowych zawiesin nasion. Wpływ na jakość nasion badano, analizując ich kiełkowanie. Wyznaczono zdolność kiełkowania nasion przetrzymywanych w wodnych roztworach kwasu nadoctowego w czasie od 5 do 360 minut. Stężenie kwasu nadoctowego w wodnych roztworach maleje do około 90% stężenia początkowego w czasie 48 godzin od przygotowania. W przypadku 10-procentowych zawiesin nasion rzodkiewki maleje do średnio 25% jego początkowej zawartości. Jakość nasion nie pogorszyła się w porównaniu z nasionami niepoddanymi obróbce po 60 minutach w roztworze o zawartości 25 ppm PAA. Zdolność kiełkowania po 6. dniu wynosiła 86%. Wraz z wydłużeniem czasu obróbki i zawartości PAA zwiększa się ilość siewek nienormalnych. INFLUENCE OF PERACETIC ACID SOLUTIONS ON RADISH SEED QUALITY Joanna Kaniewska, Marta Płaczkowska, Wojciech Poćwiardowski Department of the Chemical and Food Technology and Apparatus University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz Key words: radish seed, peracetic acid, seeds quality Summary This work presents the study of peracetic acid (PAA) and its impact on the quality radish seeds (Raphanus sativus L.) cultivar Mila. Prepared solutions contained 25, 50, 125, 250 and 500 ppm CH 3 COOOH. Stability of peracetic acid during storage and during decontamination of 10% suspensions of seeds was characterized. Effect on seed quality was studied by analyzing their germination. Germination capacity of treated in peracetic acid solution over a period of 5 to 360 min was studied. The concentration of peracetic acid in aqueous solutions decreases to about 90% of the initial concentration within 48 hours of preparation. In the case of 10% radish seed suspensions decreases to approximately 25% of its initial content. Seed quality has not changed after 60 minutes soaking in the solution containing 25 ppm PAA in comparison with not treated seeds. Germination capacity after 6 days was 86%. With the increase in processing time and the content of PAA increases the number of abnormal seedlings.

8 72 J. Kaniewska, M. Płaczkowska, W. Poćwiardowski Mgr inż. Joanna Kaniewska Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej ul. Seminaryjna BYDGOSZCZ joanna.kaniewska@utp.edu.pl