Badania i Rozwój Młodych Naukowców w Polsce 6. Ocena wpływu ozonowania i warunków przechowywania na zdrowotność i jakość owoców maliny odmiany Polka Evaluation of the impact ozone and storage conditions on the health and quality of raspberry fruit Polka cultivar Kamila Mijowska, Ireneusz Ochmian Katedra Ogrodnictwa, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Słowackiego 17, 71-434 Poland Opiekun naukowy: dr hab. inż. Ireneusz Ochmian, mail: ochir@go2.pl Kamila Mijowska mail: Kamila.Mijowska@zut.edu.pl Słowa kluczowe: barwa, Botrytis cinerea, ozon, procent porażenia owoców Streszczenie: Jednym ze sposobów odkażania owoców jest ich ozonowanie. Wpływa ono na wydłużenie okresu przechowywanych malin, oraz poprawia ich jakości po tym zabiegu. Zaletą stosowania ozonu jest jego szybki rozpad i brak produktów ubocznych tego procesu. Celem przeprowadzonych badań w Katedrze Ogrodnictwa Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie było określenie wpływu stosowania ozonu oraz warunków przechowywania na stopień porażenia oraz zmiany barwy owoców maliny odmiany Polka. Owoce nieodkażane oraz odkażane za pomocą ozonu, przechowywano w chłodni (4-6 o C) lub w warunkach shelf life (18-20 o C). Wykazano, że zmiany jakości malin zależały od temperatury ich przechowywania. Owoce przechowywane w chłodni były w znacznie mniejszym stopniu porażane przez grzyby z rodzaju Botrytis cinerea. Niezależnie od warunków przechowywania, owoce ozonowane były również zdrowsze. W trakcie przechowywania zaobserwowano również zmiany barwy malin. Szybciej ciemniały owoce przechowywane w warunkach shelf life oraz nie poddane procesowi ozonowania. Abstract: One way disinfection of fruit is the ozonation. This prolongs the storage period of raspberries, and improves their quality after surgery. The advantage of using nitrogen is its rapid disintegration and lack of byproducts of this process. The aim of the research in the Department of Horticulture West Pomeranian University of Technology in Szczecin, was to determine the impact of the application of ozone and storage conditions on the level of infestation, and changes of the color of raspberry fruit cultivar Pole. Fruits disinfection end not disinfection by ozonation, were stored in the cold room (4-6 o C) or in conditions shelf life (18-20 o C). It has been shown that changes in the quality of raspberry depends on the temperature of storage. Fruits stored in the cold room were much less affected by mold fungi of the genus Botrytis cinerea. Regardless of the conditions of storage, fruits ozonated were also healthier. During the storage it was also observed a change of raspberries color. Fruits stored under conditions Shelf life and not undergone a process of ozonation darkened faster. 1. Wstęp Nowe ograniczenia w stosowaniu środków ochrony roślin zmuszają do poszukiwań alternatywnych sposobów zabezpieczania owoców przed patogenami. Sprawdza się metody, które powinny być nieszkodliwe dla środowiska. Jedną z takich technik odkażania, stosowanych w przemyśle, jest ozonowanie, które wpływa na wydłużenie okresu przechowywanych owoców jak i na poprawę ich jakości. Ozon jest gazem, który dobrze penetruje przestrzenie między owocami zapakowanymi w opakowaniach jednostkowych. Ozon został odkryty przez C. F. Schönbeina w 1839 r. (Seydim-Guzel 2004), pierwsze badania nad jego oddziaływaniem na mikroorganizmy przeprowadzono w Niemczech już w 1917 r. Zaczęto go wykorzystywać w trakcie przechowywania mięsa. Tlen trójatomowy, zwany ozonem jest skuteczny w ograniczaniu mikroorganizmów występujących na powierzchni owoców. Redukuje liczbę wirusów, bakterii i grzybów. Ogranicza również ilość etylenu, który przyczynia się do przedwczesnego dojrzewania owoców. Stosowany jest również w celu 38 S t r o n a
usunięcia niepożądanego zapachu, pozostałości środków ochrony roślin i innych substancji (Adamicki 2008; Dubois i in. 2008; Abdel-Wahhab i in. 2011). Proces ozonowania może być wykonywany podczas sortowania, pakowania, przechowywania jak i w czasie transportu. Ozon dopuszczony jest do bezpośredniego kontaktu z żywnością, ze względu na większe bezpieczeństwo, niż inne środki dezynfekujące. Zastąpił chlor, najpopularniejszy i najczęściej wykorzystywany dotychczas, w procesie dezynfekcji wody pitnej. Stosowanie ozonu, przy zachowaniu właściwych rygorów technologicznych, uważane jest za bezpieczne, zarówno dla konsumentów jak i dla środowiska naturalnego (Krosowiak i in. 2007). Niewątpliwą zaletą ozonu jest brak produktów ubocznych w trakcie szybkiego procesu rozpadu do czystego tlenu (Rice 2005), jest on długi i wynosi około 12 godzin (Wysok i in. 2006). Rozpuszczony w wodzie rozpada się znacznie szybciej. Jednak ozon nie jest gazem obojętnym dla ludzi. W trakcie kontaktu błon śluzowych górnych dróg oddechowych, pojawia się suchość w ustach, nosie i gardle. Ozon powoduje łzawienie i puchnięcie oczu, w momencie długotrwałego działania może doprowadzić do zgonu. Dopuszczalne stężenie ozonu w środowisku w którym przebywa człowiek nie powinno przekraczać 0,1 ppm (Miller 2005). Skuteczność stosowania ozonu potwierdzają przeprowadzone badania. Mycie świeżych truskawek, przed zamrożeniem, wodnym roztworem ozonu, zredukowało występowanie bakterii z grupy coli, drożdży oraz pleśni o około 98% (Krosowiak i in. 2007). Niewłaściwie stosowany, zwłaszcza przekroczenie jego stężenia, wpływa na pogorszenie wartości biologicznej plonu, a przede wszystkim może spowodować negatywne zmiany barwy (Kim i in. 1999). Produkcja owoców malin odgrywa ważną rolę w polskim sadownictwie. Owoce są sprzedawane w stanie świeżym lub przeznaczane do przetwórstwa. Spora część owoców jest eksportowana. W każdym sezonie obserwuje się wahania cen owoców, na co znaczny wpływ ma pogoda panująca w sezonie wegetacyjnym. Przy występującym nadmiarze opadów, owoce porażane są przez choroby grzybowe, zwłaszcza szarą pleśń. Zakażenie następuje już w okresie kwitnienia, jednak objawy zazwyczaj nie występują aż do momentu zbiorów (Hartman 2004). Znaczny udział w kosztach funkcjonowania plantacji stanowi chemiczna ochrona roślin (Baranowska i in. 2014). Owoce dojrzewają sukcesywnie, przez kilka miesięcy, więc ochrona chemiczna plantacji jest utrudniona. Prowadzona musi być zgodnie z wytycznymi, aby zminimalizować ilość pozostałości pestycydów w owocach. Nie zawsze przynosi to pożądane efekty, owoce nie są w pełni wolne od patogenów. Czasami objawy porażenia szarą pleśnią występują na owocach po okresie przechowywania czy transportu. które mogą być źródłem niebezpiecznych infekcji (Rusnak 2011). Dodatkowym zabezpieczeniem owoców przed porażeniem, może być ich dezynfekcja. Zebrane owoce można poddać procesowi ozonowania. Celem pracy było określenie wpływu ozonowania i temperatury przechowywania owoców maliny odmiany Polka na stopień porażenia tych owoców oraz ich zmiany barwy. 2. Materiał i Metody W doświadczeniu przeprowadzonym w Stacji Badawczej Katedry Ogrodnictwa Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie, badano wpływ ozonowania i temperatury przechowywania na jakość owoców malin. Badano owoce malin polskiej odmiany Polka, o szerokim wykorzystaniu: deserowe - do bezpośredniego spożycia i przetwórstwa - mrożone, soki. Odmiana została wpisana do polskiego Rejestru Odmian w roku 2003. Jest to malina owocująca na pędach jednorocznych, nazywana powszechnie - powtarzającą owocowanie. Jeśli nie usuniemy pędów przed zimą, kolejnym sezonie wegetacyjnym owoce osiągną wczesną porą dojrzewania. Na pędach dwuletnich plon uzyskujemy od początku sierpnia do października. Owoce są bardzo duże, zwarte i smaczne. Odmiana jest polecana do uprawy proekologicznej. Owoce zebrano dwukrotnie w lipcu i dwukrotnie w sierpniu z plantacji produkcyjnej w trakcie zbioru owoców. Na plantacji prowadzono stałą ochronę chemiczną zgodnie z przyjętymi zasadami. Do badań każdorazowo przystępowano w ciągu jednej godziny od zbioru owoców. Owoce w trakcie zbioru podzielono na 4 części, po 8 opakowań o masie 125 g (łącznie 1 kg dla każdej kombinacji), w taki sposób żeby w opakowaniu były 2 warstwy owoców, według schematu: 2 temperatury przechowywania - chłodnia 4-6 o C, warunki shelf life 18-20 o C 2 sposoby przygotowania owoców - ozonowane, bez ozonowania. Owoce przechowywane były w perforowanych opakowaniach jednostkowych, wykonanych z tworzywa PP (Polipropylen), dedykowanych do transportu i sprzedaży malin. Czas przechowywania wynosił trzy dni w warunkach shelf life, i pięć dni w chłodni w zamkniętych pojemnikach 20 litrowych. Ozonowanie 39 S t r o n a
wykonywano co 12 godzin przez 30 minut. Każda z kombinacji była przetrzymywana w osobnym, szczelnym pojemniku, poddanym każdorazowo dezynfekcji przed rozpoczęciem doświadczenia, poprzez mycie środkami dezynfekującymi i ozonowanie. Wydajność generatora wynosiła 3,5 g h -1 ozonu, przy wydajności pompy gwarantującej przepływ 15 litrów powietrza w ciągu minuty. Co 24 godziny oceniano wizualnie stopień porażenia szarą pleśnią i zliczano owoce z widocznymi objawami infekcji (owoców z objawami infekcji nie usuwano). W doświadczeniu codziennie określono liczbę owoców porażonych przez szarą pleśń oraz zmiany w ich zabarwieniu. Barwę owoców zmierzono przy pomocy urządzenia firmy Konica Minolta trybu CM-700D w systemie CIE L*a*b* (L* biały (100) czarny (0), a* zielony (-100) czerwony (+ 100), b* niebieski (-100) żółty (+100)). Przez 10 typ obserwatora i oświetleniu D65. W celu określenia różnic została przeprowadzona analiza wariancji, a następnie wykonano ocenę istotności różnic przy użyciu testu Tukeya. Analizy statystyczne przeprowadzono za pomocą oprogramowania STATISTICA 12.0. 3. Wyniki i Dyskusja W trakcie przechowywania malin dochodzi do niekorzystnych procesów; takich jak, infekcje, dojrzewanie owoców, zmiany ich barwy i składu chemicznego, które wpływają na pogorszenie jakości owoców i obniżenie ich wartości handlowej. Ograniczenie na owocach liczby mikroorganizmów wpływa na zwiększenie bezpieczeństwa żywności. Może mieć to wpływ na zmniejszenie ilości, szkodliwych dla ludzi, metabolitów wtórnych, wytwarzanych przez pleśnie. Są to mikotoksyny, które wywołują ostre lub przewlekłe zatrucia. Dynamika zmian jakości malin w znacznym stopniu zależała od temperatury ich przechowywania. Po trzech dniach zakończono część doświadczenia, która miała na celu określenie jakości owoców przechowywanych w warunkach shelf life. Stopień porażenia owoców maliny bez ozonowania, przechowywanych w tych warunkach wynosił aż 34,4%. Owoce ozonowane i przechowywane w chłodni, uszkodzone były w znacznie mniejszym stopniu. Zewnętrzne objawy porażenia wykazywało zaledwie 6,9% malin. Owoce w chłodni przechowywano dłużej, przez siedem dni. Po tym okresie 7,3% owoców ozonowanych wykazywało objawy porażenia przez szarą pleśń. Ponadto, przez pierwsze trzy dni nie zaobserwowano żadnych symptomów uszkodzenia malin. Natomiast procent porażonych owoców nie poddanych procesowi ozonowania, po tym okresie (7 dni przechowywania) był większy i wynosił 11,5%. Przeprowadzone badania wykazały dużą skuteczność procesu ozonowania owoców maliny w ograniczaniu porażenia przez szarą pleśń. Jednak zdecydowanie największy wpływ na zdrowotność owoców miały warunki ich przechowywania. W innych doświadczeniach stosowanie ozonu również ograniczyło stopień porażenia malin przez grzyby z rodzaju Botrytis cinerea. Jednak stopień porażenia owoców był znacznie wyższy. Po 3 dniach przechowywania 100% owoców nieozonowanych było porażonych. Owoce ozonowane były zainfekowane w 11,5% (Chwaszcz i in. 2015). Wpływ na to mogła mieć wyższa temperatura przechowywania owoców (25 o C) w porównaniu do warunków panujących w doświadczeniu własnym (18-20 o C). Również ozonowanie owoców jeżyny bezkolcowej zahamowało rozwój grzybów, głównie pleśni z rodzaju Botrytis cinerea. Po 12 dniowym okresie przechowywania w atmosferze bez ozonu około 20% owoców wykazywało objawy porażenia przez patogeny. Ponadto podczas przechowywania nie zauważono niekorzystnych zmian barwy powierzchni jeżyn (Rice 2005). Zawartość ozonu w powietrzu nie miała również wpływu na skład chemiczny przechowywanych owoców jeżyny. Natomiast Zhang i in., (2011) nie stwierdzili obniżenia zawartości witaminy C w owocach truskawki w trakcie ich przechowywania, niezależnie od zastosowanego stężenia ozonu w powietrzu - 2 ppm, 4 ppm, 8 ppm. Tabela 1. Stopień porażenia (%) przez szarą pleśń owoców ozonowanych i nie poddanych ozonowaniu w zależności od warunków przechowywania Warunki przechowywania Dzień pomiaru chłodnia 4-6 o C shelf life 18-20 o C 40 S t r o n a
O 3 bez O 3 O 3 bez O 3 1 0 0 0 0,6 2 0 0 0,6 14,1 3 0 0,3 6,9 A 34,4 C 4 0,7 1,9 - - 5 1,5 3,7 - - 6 4,8 7,4 - - 7 7,3 A * 11,5 B - - * średnie oznaczone tą samą literą nie różnią się istotnie według testu Tukeya na poziomie istotności α = 0,05 - statystycznie weryfikowano stopień porażenia owoców ostatniego dnia doświadczenia W trakcie przechowywania zaobserwowano zmiany barwy powierzchni owoców maliny. Owoce przechowywane w chłodni i poddane procesowi ozonowania charakteryzował się większą stabilnością parametrów barwy CIE L*a*b*. Owoce świeże jak i przechowywane przez siedem dni miały zbliżoną barwę. Owoce z pozostałych obiektów badawczych ciemniały, o czyn świadczy zmniejszająca się wartość parametru L*. Największą dynamikę zmian zaobserwowano na owocach nie poddanych ozonowaniu i przechowywanych w warunkach shelf life. Wartość parametru L* owoców bezpośrednio po zbiorze miała wartość 36,7 (Tab. 2), a po trzech dniach spadła do poziomu 21,9. W owocach ozonowanych dynamika zmian byłą wolniejsza. Wartość parametru L* na koniec doświadczenia wynosiła 29,4. Owoce przechowywane w chłodni, zarówno ozonowane jak i nie poddane temu procesowi, przez pierwsze trzy dni tylko nieznacznie ściemniały. Po tym okresie owoce nieozonowane zaczęły przybierać barwę ciemniejszą. Niezależnie od warunków przechowywania parametr barwy b* był bardzo stabilny (Tab. 2). Natomiast wartość parametru a* (określającego barwę czerwoną) podlegał zmianom. Największy wzrost wartości tego parametru stwierdzono na nieozonowanych owocach przechowywanych w symulowanych warunkach sklepowych (shelf life). Ozonowanie tylko w nieznaczny sposób ograniczyło dojrzewanie owoców. Maliny na zakończenie doświadczenia były wizualnie ciemniejsze i bardziej czerwone. Natomiast owoce wyjęte z chłodni, po siedmiodniowym okresie przechowywania w obecności ozonu, miały barwę zbliżoną do owoców świeżych. Podobnymi wartościami parametrów określających barwę owoców charakteryzowały się świeże maliny odmiany Polana badane przez Pasławską i in. (2010). Owoce derenia jadalnego badane przez Tural i Koca (2008) były ciemniejsze wartość parametru L* wahała się od 10,8-19,7, w porównaniu do badanych owoców maliny. Na zachowanie barwy przez owoce ozonowane mogło mieć wpływ, wykazane przez innych autorów, ograniczanie wydzielania etylenu przez ozon, ale również degradacja koloru. Zaobserwowano takie zjawisko w trakcie w traktowane przechowywania soku pomarańczowego (Tiwari i in. 2008). Następuje rozpad antocyjanów lub karotenoidów (Tiwari i in. 2009). 4. Podsumowanie 1. Proces ozonowania owoców wpłynął na ograniczenie stopnia porażenia owoców maliny odmiany Polka przez szarą pleśń. 2. Przechowywanie owoców w warunkach chłodniczych pozwoliło przedłużyć czas przydatności malin do spożycia o 4 dni w porównaniu do owoców przechowywanych w warunkach shelf life. 3. Szybciej ciemniały owoce przechowywane w warunkach shelf life oraz nie poddane procesowi ozonowania. 4. Owoce, po siedmiodniowym okresie przechowywania w obecności ozonu, miały barwę zbliżoną do malin świeżych. 41 S t r o n a
Tabela 2. Zmiany parametrów barwy (CIE L*a*b*) owoców ozonowanych i nie poddanych ozonowaniu w zależności od warunków przechowywania chłodnia 4-6 o C Warunki przechowywania schelf life 18-20 o C Dzień pomiaru CIE 0 1 2 3 4 5 6 7 O 3 bez O 3 O 3 bez O 3 L* 36,7 a* 10,3 b* 6,9 L* 36,2 35,4 34,5 31,2 a* 10,1 10,5 12,4 13,5 b* 6,2 6,4 7,1 7,4 L* 35,7 35,1 32,6 27,0 a* 10,8 11,2 13,8 16,9 b* 7,1 6,9 7,8 8,2 L* 35,1 33,8 29,4 21,9 a* 11,9 11,1 19,5 22,6 b* 7,3 7,6 7,5 8,1 L* 33,4 32,5 - - a* 12,8 13,2 - - b* 6,4 8,1 - - L* 35,8 28,9 - - a* 13,5 13,6 - - b* 5,8 7,5 - - L* 36,2 25,3 - - a* 13,0 16,5 - - b* 6,0 8,0 - - L* 34,3 23,7 - - a* 12,4 17,2 - - b* 6,5 7,2 - - 5. Literatura Abdel-Wahhab M A, Sehab AF, Hassanien FR, et al. (2011) Efficacy of Ozone to Reduce Fungal Spoilage and Aflatoxin Contamination in Peanuts. International Journal of Nuts and Related Sciences 2(4): 01 14. Adamicki F (2008) Progress in development of vegetable storage technologies. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 527: 3 20. Baranowska A, Zarzecka K, Świerczewska-Pietras K (2014) Profitability of cultivation of raspberry variety Polka. Progress in Plant Protection 54(4): 419 422. 42 S t r o n a
Chwaszcz B, Józefczyk R, Bilek M, i inni (2015). Ozonowanie jako metoda przedłużania trwałości przechowalniczej owoców maliny w warunkach niechłodniczych. Technologiczne Kształtowanie Jakości Żywności: 15-26 Dubois M, Canadas D, Despres-Pernot AG, et al. (2008) Oxygreen process applied on nongerminated and germinated wheat: role of hydroxamic acids. Journal of Agricultural Food Chemistry 56(3): 1116 1121. Hartman J (1999) Raspberry Fruit Rots. Plant Pathology Fact Sheet, 2004, PPFS-FR-S-04, 1-2. Kim JG, Yousef AE, Dave S (1999) Application of ozone for enhancing the microbiological safety and quality of foods: a review. Journal of Food Protection 62(9): 1071 1087. Krosowiak K, Śmigielski K, Dziugan P (2007) Możliwości zastosowania ozonu w przemyśle spożywczym. Przemysł Spożywczy 11: 26 29. Miller J (2005) Ozon właściwości, metody oznaczania. W: Występowanie i właściwości ozonu. Polska Akademia Nauk, Łódź :29 63. Pasławska M, Stępień B, Jałoszyński K (2010) Zmiany parametrów barwy owoców jagodowych wywołane suszeniem, przechowywaniem i rehydracją. Inżynieria Rolnicza 14: 95 102. Rice RG (2005) Etapy rozwoju i aktualne zastosowania ozonu w przetwórstwie żywności. W: Zastosowanie ozonu. Polska Akademia Nauk, Łódź 2005, 279-322 Rusnak J (2011) Ochrona malin przed chorobami i szkodnikami. Małopolski Ośrodek Doradztwa Rolniczego w Karniowicach: 9 10. Seydim-Guzel Z (2004) Use of ozone in food industry. Lebensmittel-Wissen-schaft und Technologie 37: 453 460. Tiwari B K, O'donnell CP, Muthukumarappan K, et al. (2009). Anthocyanin and colour degradation in ozone treated blackberry juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 10(1): 70 75. Tiwari BK, Muthukumarappan K, O'Donnell CP, et al. (2008) Modelling colour degradation of orange juice by ozone treatment using response surface methodology. Journal of Food Engineering 88: 553 560. Tural S, Koca I (2008) Physico-chemical and antioxidant properties of cornelian cherry fruits (Cornus mas L.) grown in Turkey. Scientia Horticulturae 116: 362 366. Wysok B, Uradziński J, Gomółka-Pawlicka M (2006). Ozone as an alternative disinfectant-a review. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 15/56(1): 3 8. Zhang X, Zhang Z, Wang L, et al. (2011) Impact of ozone on quality of strawberry during cold storage, China, 358. 43 S t r o n a