wpływ stężenia kwasu nadoctowego na zdolność kiełkowania

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2012 z. 570: 65–72
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-
66
J. Kaniewska, M. Płaczkowska, W. Poćwiardowski
su nadoctowego o stężeniach od 320 do 16 800 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
(CH3COOOH) 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 19104-2008. Pierwszy etap stanowi
manganometryczne oznaczenie nadtlenku wodoru. Po redukcji H2O2 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 2003.
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 ClO2 w czystych roztworach malało do około 60% zawartości początkowej. KANIEWSKA i in. [2010] zaobserwowali, że obecność ditlenku chloru spadła o połowę po 7 dniach.
67
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
5
463,0
236,3
122,0
48,8
24,4
15
462,0
221,2
116,5
48,1
24,1
30
461,9
218,3
112,7
47,1
23,7
60
461,5
216,5
111,4
46,5
23,3
180
458,8
214,7
109,9
46,5
22,9
360
458,4
212,5
109,6
46,2
22,9
720
455,2
210,9
109,0
46,0
22,8
1440
455,2
210,9
108,3
46,0
22,8
2880
455,2
210,9
108,3
46,0
22,8
100
Zawartość kwasu nadoctowego (%)
Content of peracetic acid (%)
95
90
85
500 ppm
80
250 ppm
75
125 ppm
70
65
50 ppm
60
25 ppm
55
50
0
Rys. 1.
Fig. 1.
6
12
18
24
30
Czas przechowywania (h)
Storage time (h)
36
42
48
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).
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)
0
5
15
30
60
180
360
Stężenie kwasu nadoctowego w 10-procentowej zawiesinie nasion rzodkiewki
Peracetic acid concentration in 10% radish seed suspensions
(ppm)
500,0
496,9
457,3
419,3
347,1
195,7
80,3
250,0
249,7
237,5
207,7
171,9
119,2
66,4
125,0
124,5
104,0
103,0
84,0
51,9
27,4
50,0
46,0
40,8
37,5
25,9
17,5
17,5
25,0
22,1
20,1
18,0
16,7
11,3
6,6
Zawartość kwasu nadoctowego
Peracetic acid content (%)
100
90
500 ppm
80
250 ppm
70
125 ppm
60
50 ppm
50
25 ppm
40
30
20
10
0
0
Rys. 2.
Fig. 2.
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Czas ekspozycji (h)
Exposure time (h)
4
4,5
5
5,5
6
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 3 × 100 sztuk
i testowano ich żywotność. Wyniki zestawiono w tabeli 3.
69
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)
25
ZK3
(%)
50
ZK6
(%)
NN
(%)
ZK3
(%)
ZK6
(%)
125
NN
(%)
ZK3
(%)
ZK6
(%)
250
500
NN
(%)
ZK3
(%)
ZK6
(%)
NN
(%)
ZK3
(%)
ZK6
(%)
NN
(%)
5
52 bc 73 b
0a
45 ab 71 a
3b
42 a 75 ab
3b
19 b
61 b
13 b
23b
58 b
26 b
15
54 abc 69 bc
1a
31 abc 57 b
4 bc
39 a
70 b
7 bc
18 b
58 b
17 b
14 b
28 c
45 c
30
51 b 71 bc
1a
26 bc 51 bc 6 bc
38 a 71 bc
6b
11 c
30 c
27 c
8c
17 d
43 c
60
69 a
0a
22 c 44 bcd 3 b
40 a
0d
6d
16 b
0d
4e
20 b
180
360
86 a
51 b 73 abc
56 abc 66 c
KONTROLA 43 c
78 b
75 ac 14 bc
2a
14 d 45 cd
9c
1b
7d
10 c
0d
0e
0a
0d
0f
0a
0a
17 cd 32 d
7c
0b
5d
14 c
0d
0e
0a
0d
0f
0a
0a
43 a
0a
43 a
78 a
0a
43 a
78 a
0a
43 a
78 a
0a
78 a
ZK3 – zdolność kiełkowania po 3. dniu; germination capacity after 3 days; ZK6 – zdolność kiełkowania po
6. dniu; germination capacity after 6 days; NN – 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 320–1600 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.
2.
Traktowanie nasion rzodkiewki wodnym roztworem kwasu nadoctowego
o stężeniu 25 ppm nie wpływa na pogorszenie ich parametrów jakościowych.
Obróbka nasion rzodkiewki za pomocą PAA pozwoliła na uzyskanie zdolności kiełkowania tych nasion na poziomie 86%, dopuszczającym materiał siewny do obrotu.
70
3.
4.
J. Kaniewska, M. Płaczkowska, W. Poćwiardowski
Nasiona rzodkiewki poddane godzinnej obróbce w wodnym roztworze kwasu
nadoctowego o stężeniu 25 ppm nie powodują powstawania siewek nienormalnych.
Wodne roztwory kwasu nadoctowego w zakresie stężeń 25–500 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. 2003. 100 lat kwasu nadoctowego. Stara substancja z nowymi perspektywami. Część II. Higiena 5(2): 15–17.
GB 19104-2008 Metodyka oznaczania zawartości kwasu nadoctowego.
HOPKINS D.L., THOMPSON C.M., HILGREN J., LOVIC B. 2003. Wet seed treatment
with peroxyacetic acid for the control of bacterial fruit blotch and other seedborne
diseases of watermelon. Plant Disease 87: 1495–1499.
KANIEWSKA J., DOMORADZKI M., POĆWIARDOWSKI W. 2010. Przygotowywanie nasion do produkcji kiełków konsumpcyjnych. Acta Agrophysica 16 (2): 315–325.
KRAWCZYK K., MAĆKOWIAK-SOCHACKA A., ZWOLIŃSKA A. 2009. Wpływ powszechnie stosowanych metod dezynfekcji na kiełkowanie nasion pomidora. Progress in
Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin 49 (3): 1291–1297.
MUNKVOLD G., SWEETS L., WINTERSTEEN W. 2006. Iowa Commercial Pesticide
Applicator Manual. Category 4. Seed Treatment. Publish Iowa State University of
Science and Technology: 7–12.
PIEPIÓRKA J. 2008. Analiza zanieczyszczeń oraz dobór środków myjąco-dezynfekujących. Przemysł Spożywczy 62 (2): 20–26.
PN-R-65950:1994 Materiał siewny. Metoda badania nasion.
POĆWIARDOWSKI W., KANIEWSKA J., DOMORADZKI M., KORPAL W. 2010. Odkażanie nasion marchwi podchlorynem sodowym. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk
Rolniczych 546: 279–285.
RAJKOWSKI K.T., ASHURST K. 2009. Use of 1% peroxyacetic acid sanitizer in an airmixing wash basin to remove bacterial pathogens from seeds. Foodborne Pathogenes
and Disease 6 (9): 1041–1046.
STRANG H. 2005. Changes and Challenges Facing Modern Crop Protection. New
Discoveries in Agrochemicals. Chapter 1: 2–16.
ZHAO X., ZHANG T., ZHOU Y., LIU D. 2007. Preparation of peracetic acid from hydrogen peroxide. Part I: Kinetics for peracetic acid synthesis and hydrolysis. Journal
of Molecular Catalysis A: Chemical 271: 246–252.
WPŁYW STĘŻENIA KWASU NADOCTOWEGO...
Słowa kluczowe:
71
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 CH3COOOH. 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 CH3COOOH. 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.
72
J. Kaniewska, M. Płaczkowska, W. Poćwiardowski
Mgr inż. Joanna Kaniewska
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy
Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej
ul. Seminaryjna 3
85-326 BYDGOSZCZ
email: [email protected]