Dynamische gecontroleerde atmosfeer opslag van tomaten.

Om beschikbaarheid doorheen het jaar te garanderen, wordt pitfruit van hoge kwaliteit bewaard bij een lage temperatuur en onder gecontroleerde atmosfeer (CA) met als doel de ademhaling van de bewaarde vruchten te vertragen en de hieraan gerelateerde kwaliteitsverliezen. Om tegemoet te komen aan de toenemende eisen van de consument van vandaag en competitief te blijven op de markt, is er interesse om de vruchten te bewaren bij nog lagere zuurstofniveaus, dichter bij en bij voorkeur op het anaeroob compensatiepunt (ACP) – het zuurstofniveau waarbij de CO2-productiesnelheid minimaal is. Dit kan worden verwezenlijkt door de vruchten te bewaren onder dynamisch geregelde atmosfeer (DCA)-bewaring. 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.

De hoofddoelstelling van dit werk was de ontwikkeling van technische oplossingen die bijdragen tot een effectieve DCA-bewaring op basis van het respiratiequotiënt (RQ) voor pitfruit en te evalueren hoe deze bewaartechniek de vruchtkwaliteit van appel na bewaring beïnvloedt. De onderzoekshypothese was dat RQ-DCA-bewaring zou leiden tot beter behoud van hardheid en kleur in vergelijking met gewone CA-bewaring en dat dit vergelijkbaar zou zijn met resultaten bekomen onder DCA-bewaring op basis van chlorofylfluorescentie, zonder bewaar- of smaakafwijkingen te induceren. De technische hypothese was dat druk gedreven lekkage van de koelcellen die worden gebruikt voor de bewaring van appel de RQ-meting kan vertekenen en dat het effect van lekken op de gemeten RQ-waarden in rekening gebracht kan worden door gebruik te maken van een lekmodel. RQ is een specifieke indicator met biochemische relevantie die een sterke piek vertoont bij lagezuurstofstress. Alhoewel het principe om RQ te gebruiken als indicator van lagezuurstofstress reeds vele jaren gekend is, werd tot voor kort RQ enkel offline gemeten, omdat eventuele lekken van de bewaarruimte de meting ervan verstoren. Recent werd een aantal commerciële RQ-DCA-systemen op de markt gebracht, maar tot op vandaag zijn er geen wetenschappelijke publicaties met betrekking tot de prestaties van deze systemen. In deze systemen wordt de verandering van de gassamenstelling in ofwel de volledige bewaarruimte ofwel kleine bewaarcontainers met vruchtstalen die in de bewaarruimte worden geplaatst gemeten, in een poging om problemen met het lek van de bewaarruimte te omzeilen. Naast hogere kosten en operationele moeilijkheden, impliceert dit het risico om al het fruit in de volledige bewaarruimte te bewaren bij ongewenste gascondities die slechts geschikt zijn voor het vruchtstaal in de kleine meetcontainer. Het idee om schattingen van het RQ te corrigeren voor de effecten van lek van de bewaarruimte en te gebruiken voor automatische regeling van de gascondities in de bewaarruimte werd gepatenteerd door de MeBioS naoogstgroep, maar werd tot aan de start van dit doctoraat nog niet geëxploiteerd.

Om het effect van DCA bewaring op basis van RQ metingen op de kwaliteit van appel na bewaring te evalueren, werd een pilootinfrastructuur bestaande uit labo-schaal bewaarcontainers en bijhorende regel-eenheden voor automatische regeling van de gassamenstelling in de bewaarcontainers ontwikkeld. Algoritmes voor het automatisch meten van RQ op basis van gemeten veranderingen in de gassamenstelling en dynamische regeling van de gassamenstelling op basis van de gemeten RQ-waarden werden ontwikkeld. ‘Granny Smith’ appels werden bewaard onder RQ-DCA en het effect op vruchtkwaliteit onmiddellijk na bewaring en tijdens uitstalleven werd onderzocht en vergeleken met het effect van conventionele CA-bewaring en conventionele CA-bewaring na behandeling met 1-MCP. Het voorkomen van oppervlakkig schilbruin, een van de belangrijkste bewaaraandoeningen bij ‘Granny Smith’ die leidt tot belangrijke verliezen, werd bijna volledig onderdrukt door RQ-DCA-bewaring, zowel tijdens bewaring als tijdens het daarop volgend uitstalleven. Magness-Taylor-hardheid en de achtergrondkleur van de vruchtschil (tint) waren significant hoger na RQ-DCA bewaring, vergeleken met gewone CA-bewaring en waren tot na zeven dagen uitstalleven bij 18 °C vergelijkbaar met deze van fruit bewaard onder conventionele CA na behandeling met 1-MCP. Ethanolconcentraties in het vruchtensap waren zeer laag (< 0.028 g L-1) en wijzen erop dat het RQ-DCA-systeem erin slaagde het fruit dicht bij het ACP te bewaren, zonder dat het vruchtmetabolisme omsloeg van aerobe respiratie naar fermentatie. Hoewel het RQ-DCA-systeem erin slaagde de gassamenstelling in de bewaarcontainers autonoom te regelen, werden er moeilijkheden vastgesteld om betrouwbare RQ-metingen te bekomen bij zeer lage zuurstofniveaus en wanneer er lek optrad van buiten naar binnen de bewaarruimte door atmosfeerdrukstijgingen.

Om RQ-metingen te corrigeren voor het effect van gasuitwisseling tussen de bewaarruimte en de omgeving, werd een lekcorrectiemethode ontwikkeld om real-time RQ-metingen te corrigeren voor het lek van de bewaarruimte. De methode is gebaseerd op een wiskundig model van het lek van de bewaarruimte dat vereenvoudigd werd op basis van een gevoeligheidsanalyse van de bijdragen van de druk-gedreven en concentratie-gedreven gastransporttermen. Er werd aangetoond dat druk-gedreven lek (tijdsconstante 1.17 s) dominant was ten opzichte van concentratie-gedreven lek (tijdsconstante 7.14 x 1013 s). Het model werd gevalideerd gebruikmakend van een lege bewaarcontainer bij typische RQ-DCA-condities. Het gevalideerde model werd succesvol geïmplementeerd in het geautomatiseerde RQ-DCA-regelsysteem voor bewaring van ‘Braeburn’ appels. RQ-schattingen zonder lekcorrectie waren sterk vertekend en zouden leiden tot foutieve regeling van de gassamenstelling van de bewaaratmosfeer. Met de ontwikkelde lekcorrectie, werden RQ-schattingen accuraat bevonden bij omstandigheden met en zonder lek.

Tot slot werd de ontwikkelde RQ-DCA-technologie vergeleken met de huidig gangbare en alternatieve geavanceerde bewaartechnologieën. ‘Golden Delicious’ appels afkomstig van twee Europese boomgaarden gelokaliseerd in twee verschillende klimaten werden bewaard met RQ-DCA, DCA gebaseerd op chlorofyl fluorescentie (DCA-CF), RQ-DCA + 1-MCP, conventionele CA en conventionele CA + 1-MCP, gedurende twee opeenvolgende bewaarseizoenen. De RQ-DCA-technologie werd gedeeltelijk opgeschaald naar een semi-commerciële bewaarruimte. Zowel RQ-DCA als DCA-CF technologie hadden een vergelijkbaar, significant positief effect op hardheid en achtergrondkleur van de vruchtschil na bewaring vergeleken met conventionele CA-bewaring, zonder bewaarafwijkingen te induceren. Behandeling met 1-MCP voorafgaand aan de bewaring, beïnvloedde de kwaliteit na bewaring zelfs nog meer en werd als dominante factor bevonden, boven bewaartechnologie. Vruchten bewaard met RQ-DCA en DCA-CF behielden hardheid en kleur  gelijkaardig aan het fruit behandeld met 1-MCP tot na 7 dagen uitstalleven, maar waren hierna in staat om verder te rijpen. Een synergetisch noch additief effect van RQ-DCA-bewaring en 1-MCP-behandeling werd waargenomen. Vruchten bewaard met RQ-DCA na behandeling met 1-MCP in de semi-commerciële bewaarruimte hadden een gelijkaardige hardheid en kleur vergeleken met de vruchten bewaard met RQ-DCA na 1-MCP behandeling in de bewaarcontainer. 

Op basis van de bekomen resultaten werd geconcludeerd dat RQ-DCA de kwaliteit van appel na bewaring aanzienlijk verbeterde in vergelijking met reguliere CA-bewaring en in dezelfde mate als DCA op basis van chlorofyl fluorescentie. RQ-DCA voorkwam volledig het voorkomen van oppervlakkig schilbruin, een belangrijke bewaarafwijking die tot aanzienlijke economische verliezen leidt. 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 in de markt voor biologisch geteelde appels. 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. In dit doctoraat werd de gasconcentratie van de bewaar-atmosfeer elke minuut gemeten, terwijl in een commerciële bewaar-omgeving de gassamenstelling slechts minder vaak kan worden geanalyseerd. Dit zal een effect hebben op de nauwkeurigheid van de verkregen RQ-schattingen. Deze effecten moeten worden gekwantificeerd en een minimumfrequentie van de meting van de gascompositie moet worden bepaald.