Gecombineerde gas- en koelbewaring (CA-bewaring) wordt al enkele decennia gebruikt om fruit lang te bewaren. Om ook op het einde van het bewaarseizoen kwaliteitsvol fruit aan te kunnen bieden, kunnen rijpingsremmers worden gebruikt. Via dynamisch geregelde atmosfeer (DCA)-bewaring kan het ook zonder, maar dan moet de atmosfeersamenstelling wel correct real-time gemeten en gestuurd kunnen worden.
Op de grens tussen aerobe en anaerobe ademhaling
Bij het bewaren van fruit komt het erop aan om de ademhaling van de vruchten te vertragen, want het zijn de ademhalingsprocessen die verantwoordelijk zijn voor kwaliteitsverliezen (kleur, textuur, smaak). De ademhalingsprocessen kunnen in een bewaarcel vertraagd worden door de ruimte te koelen (voor appels typisch rond 1°C), het zuurstofgehalte in de atmosfeer te verlagen en het CO2-gehalte tot een bepaald niveau te verhogen. Dit principe wordt toegepast in ‘Controlled Atmosphere’ bewaring (CA-bewaring). Gas met gewenste zuurstof en stikstof samenstelling wordt daarbij in de bewaarcellen geïnjecteerd en het overtollige CO2 dat door de ademhaling van het fruit wordt geproduceerd, wordt met zogenaamde scrubbers verwijderd.
Voor extra lange bewaring kan het gas 1-methylcyclopropeen (1-MCP) toegevoegd worden (SmartFreshSM protocol, AgroFresh, 2012). Dit molecule bezet in de vruchtcellen specifieke receptoren van het rijpingshormoon ethyleen en oefent zo een inhiberend effect uit op het rijpingsproces. Via bewaring onder dynamisch geregelde atmosfeer (DCA-bewaring), kan men evenwel aan lange bewaring doen zonder toevoeging van rijpingsremmers. Bij DCA houdt men de laagst mogelijke zuurstofniveaus voor het fruit aan, namelijk vlakbij het anaeroob compensatiepunt (ACP). Dit punt vormt de grens waarop de vrucht van aerobe op anaerobe ademhaling overschakelt. Anaerobe ademhaling moet op zich ook vermeden worden, anders treedt er bederf door ethanol en CO2 op. Bij DCA-bewaring wordt het zuurstofniveau in de bewaarruimte gradueel verlaagd tot een biorespons van het fruit aangeeft dat er stress optreedt. Vervolgens wordt het zuurstofniveau lichtjes verhoogd tot de lagezuurstofstress verdwijnt. Dit proces wordt continu herhaald.
Essentieel: een indicator voor het anaeroob compensatiepunt in de volledige bewaarruimte
Voor het toepassen van DCA-bewaring is het belangrijk om te detecteren wanneer het bewaarde fruit het ACP heeft bereikt. Ethanol kan, als indicator van lagezuurstofstress, hiervoor in aanmerking komen. Het wordt typisch gevormd bij anaerobe ademhaling. Het wordt evenwel in erg kleine hoeveelheden in de bewaaratmosfeer vrijgesteld. Het is namelijk wateroplosbaar en accumuleert voornamelijk in de vruchtcellen. Het opvolgen van chlorofylfluorescentie is een andere benadering. Maar chlorofylfluorescentie piekt niet enkel bij zuurstofstress, maar ook bij andere vormen van stress (koude, droogte, CO2, etc.). Er bestaan commerciële dynamische atmosfeercontrolesystemen gebaseerd op ethanol- of chlorofylfluorescentiemetingen. Daarbij worden de metingen evenwel niet uitgevoerd op de volledige bewaarruimte, maar op vruchtstalen die zich in een aparte, kleine meetcontainer bevinden in de bewaarruimte.
Een alternatief is om gebruik te maken van de respiratiequotiënt (RQ), de verhouding tussen de snelheid in CO2-productie en de zuurstofconsumptiesnelheid van het fruit. De CO2-concentratie kan via een standaard spectroscopische sensor (niet-dispersieve infraroodsensor) opgevolgd worden, terwijl de zuurstofconcentratie gemeten kan worden met een courante elektrochemische sensor (galvanische cel). Beiden worden toegepast om de atmosfeer in de volledige bewaarruimte te controleren. Bij het naderen van het ACP zakt de zuurstofconcentratie in de bewaarruimte tot nul en verhoogt de RQ exponentieel. Deze RQ piek is dan ook bruikbaar als signaal voor beginnende lagezuurstofstress. Bessemans et al. (2016) ontwikkelde controle software met een algoritme om RQ automatisch continu te bepalen en daarop de O2- en CO2-samenstelling dynamisch aan te passen, met andere woorden te sturen net boven het ACP van het bewaarde fruit (Figuur 1).
Figuur 1. Dynamische regeling (volle lijnen) van CO2 (rood) en O2 (blauw) concentraties (stippellijnen) in een bewaarcelruimte op basis van automatische RQ bepalingen (driehoekjes). [bron: Bessemans et al. (2016)]
Door toepassing van het RQ-DCA algoritme werden stapsgewijs zeer lage zuurstofconcentraties tot zelfs 0.20 % bereikt in de bewaring, wat veel lager is dan de 1.5 % die gebruikelijk is bij ULO-bewaring (‘Ultra Low Oxygen’) van bijvoorbeeld ‘Golden’ appels. De appels bleken zich ook stapsgewijs aan te passen aan de dalende zuurstofniveaus.
Huidige bewaarcellen niet lekdicht genoeg
Het nadeel van automatisch RQ-DCA gestuurde bewaring is dat de RQ-metingen, zeker bij zeer lage zuurstofconcentraties, verstoord worden door eventuele lekken in de bewaarruimte. Voornamelijk druk-gedreven gasuitwisselingen tussen de omgeving en de bewaarruimte blijken hier de storende factor te zijn. Deze kunnen evenwel vastgesteld worden met behulp van digitale druksensoren. Bessemans et al. (2018) werkte op basis daarvan een lekdetectiemethode uit die aangewend kon worden om real-time RQ-metingen te corrigeren voor het lek in de bewaarruimte. Dit resulteerde in betrouwbare RQ-metingen.
Geautomatiseerde RQ-DCA bewaring komt kwaliteit ten goede
In een vergelijkend experiment van ULO- en RQ-DCA-bewaring van ‘Golden’ kwam Bessemans (2018) tot de conclusie dat RQ-DCA alle kwaliteitsparameters die er echt toe doen, namelijk hardheid, kleur en vettigheid, positief beïnvloedt. Deze bevindingen zijn ook erg belangrijk voor andere appelcultivars, niet in het minst voor Jonagold waar het vermijden van vettigheid bv. een erg belangrijk item is in de uitstalling.
Verder bleek RQ-DCA in staat om oppervlakkig schilbruin, een belangrijke bewaaraandoening bij ‘Granny Smith’ te voorkomen (Figuur 2). De kwaliteit na bewaring met RQ-DCA was vergelijkbaar met de kwaliteit na bewaring met reguliere CA-bewaring na behandeling met 1-MCP tot 7 dagen uitstalleven. Daarom kan RQ-DCA worden beschouwd als waardig substituut voor 1-MCP en DPA (Difenylamine) in de markt voor biologisch geteelde appels.
Figuur 2. Oppervlakkig schilbruin bij ‘Granny Smith’ appels na 9 maanden bewaring en 14 dagen uitstalleven bij 18°C, voor conventionele CA-bewaring (links) en RQ-DCA bewaring (rechts). [Bron: Bessemans et al. (2016)]
Vertalen naar praktijktoepassing
Hoewel bewaarruimten zo luchtdicht mogelijk zijn gebouwd, was de conclusie dat gasuitwisseling tussen bewaarruimte en de omgeving RQ-meting vertekende en dat lekcorrectie van de RQ-metingen voor lekken van de bewaarruimte cruciaal was om betrouwbare RQ-metingen te verkrijgen. De grootste uitdaging is nu om de technologie verder op te schalen en toe te passen voor de bewaring van appel in commerciële bewaarruimten, meestal beladen met 100 - 500 ton fruit. Daarvoor moet het lekmodel dat in dit doctoraat werd ontwikkeld, worden gevalideerd voor commerciële bewaarruimten. Nieuwe criteria voor luchtdichtheid van de bewaarruimten moeten worden ontwikkeld, evenals meer precieze en gestandaardiseerde meetmethoden voor de luchtdichtheid.
Bronnen en meer info
- AgroFresh, 2012. SmartFreshTM Quality System, Apple Use Recommendations. AgroFresh Inc., PA
- Bessemans N., Verboven P., Verlinden B.E., Nicolaï B.M. (2016) A novel type of dynamic controlled atmosphere storage based on the respiratory quotient (RQ-DCA) Postharvest Biology and Technology 115, 91–102. (op aanvraag te verkrijgen via niels.bessemans@kuleuven.be)
- Bessemans N., Verboven P., Verlinden B.E., Nicolaï B.M. (2018) Model based leak correction of real-time RQ measurement for dynamic controlled atmosphere storage. Postharvest Biology and Technology, 136, 31-41. (op aanvraag te verkrijgen via niels.bessemans@kuleuven.be)
- Niels Bessemans (2018) Respiratory quotient based dynamic controlled atmosphere storage of apple (Malus x domestica Borkh.) fruit. Doctoraatsverdediging KU Leuven, 9 februari 2018, Leuven.
- 1-methylcyclopropeen (1-MCP)
- Difenylamine (DPA - Diphenylamine)
