Storage of potatoes: effects of ethylene and 1-mcp on potato tuber quality and biochemistry

Abstract

Potatoes are widely consumed in UK and many other countries. There is a continuous demand for potatoes all year around both from consumers and retailers such that several postharvest technologies are being used to meet this demand. Sprouting is the main phenomenon affecting both the quality and marketability of potatoes during long term storage. Several sprout suppressants are widely used (e.g. maleic hydrazide and chloropropham, but there are concerns over their toxicity such that alternatives have been sought. Continuous exposure of potato tubers to ethylene (usually 10 μL L-1) during storage was approved by the Chemicals Regulation Directorate since 2003. Even though potatoes have been regarded as non climacteric, this study aimed to examine the effect of different ethylene regimes in combination with or without 1-methylcyclopropene on physiological, biochemical and mechanical characteristics of a selection of important UK cultivars. In 2008-2009, ten potato cultivars were examined for their response to four different ethylene regimes during storage. Storage time and ethylene treatments had a cultivar specific effect on all the measured parameters (sprouting, sugars, texture). Ethylene applied after first indication of sprouting was as effective at sprout inhibition as when applied continuously for certain potato cultivars; therefore this could be considered as a more environmentally and economical alternative for sprouting inhibition. In addition, sugar accumulation was retarded whentubers were subjected to ethylene at the first indication of sprouting compared to those treated with continuous ethylene. In 2009-2010, four potato cultivars were studied and the effect of 1-MCP either before or after ethylene treatment on sprouting, respiration rate, endogenous ethylene production and texture was investigated. 1-MCP is believed to interact with ethylene receptors and therefore prevent or retard ethylene dependent responses. 1-MCP seemed to effectively block ethylene binding sites when applied before storage of tubers in ethylene resulting in less tuber sugar accumulation. In 2010- 2011, the effect and timings of 1-MCP and ethylene treatments on sprouting, tuber respiration, endogenous ethylene production and sugars on two potato cultivars was studied. 1-MCP effectively suppressed the action of ethylene in terms of the increase inthe respiration rate or ethylene production and sugar accumulation. Selected potato samples were also analysed quantitavely for an array of phytohormone using a newly developed UPLC QToF MS method. This method had the advantage of quantifying simultaneously a significant number of plant growth regulators that are present in potato (ABA and its metabolites, cytokinins and gibberellins).

Οι πατάτες καταναλώνονται ευρέως στο Ηνωμένο Βασίλειο και σε πολλές άλλες χώρες. Υπάρχει μια συνεχής ζήτηση για πατάτες καθ' όλη τη διάρκεια του έτους τόσο από τους καταναλωτές όσο και από τους λιανοπωλητές, έτσι ώστε αρκετές μετασυλλεκτικές τεχνολογίες να χρησιμοποιούνται για την κάλυψη αυτής της ζήτησης. Η φύτρωση είναι το κύριο φαινόμενο που επηρεάζει τόσο την ποιότητα όσο και την εμπορευσιμότητα των πατατών κατά τη διάρκεια της μακροχρόνιας αποθήκευση. Χρησιμοποιούνται ευρέως διάφορα μέσα καταστολής της βλάστησης (π.χ. maleic hydrazide και χλωροπροφάμη), αλλά υπάρχουν ανησυχίες σχετικά με την τοξικότητά τους, με αποτέλεσμα να υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις. αναζητήθηκαν εναλλακτικές λύσεις. Συνεχής έκθεση των κονδύλων πατάτας σε αιθυλένιο (συνήθως 10 μL L-1) κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης εγκρίθηκε από τη Διεύθυνση Ρύθμισης Χημικών Προϊόντων από το 2003. Ακόμη και το αν και οι πατάτες έχουν θεωρηθεί ως μη κλιμακτηριακές, η παρούσα μελέτη είχε ως στόχο να εξετάσει την επίδραση διαφορετικών καθεστώτων αιθυλενίου σε συνδυασμό με ή χωρίς 1-μεθυλοκυκλοπροπένιο στα φυσιολογικά, βιοχημικά και μηχανικά χαρακτηριστικά των μιας επιλογής σημαντικών ποικιλιών του Ηνωμένου Βασιλείου. Το 2008-2009, εξετάστηκαν δέκα ποικιλίες πατάτας ως προς την ανταπόκρισή τους σε τέσσερα διαφορετικά καθεστώτα αιθυλενίου κατά την αποθήκευση. Χρόνος αποθήκευσης και οι επεξεργασίες αιθυλενίου είχαν επίδραση ειδικά για την ποικιλία σε όλες τις μετρούμενες παραμέτρους (βλάστηση, σάκχαρα, υφή). Το αιθυλένιο που εφαρμόστηκε μετά την πρώτη ένδειξη βλαστήσεως ήταν ως εξής αποτελεσματική στην αναστολή της βλάστησης όσο και όταν εφαρμόζεται συνεχώς για ορισμένες ποικιλίες πατάτας. Επομένως, αυτό θα μπορούσε να θεωρηθεί ως μια πιο περιβαλλοντική και οικονομική λύση και εναλλακτική λύση για την αναστολή της βλάστησης. Επιπλέον, η συσσώρευση σακχάρων επιβραδύνθηκε όταν οι κόνδυλοι υποβλήθηκαν σε αιθυλένιο κατά την πρώτη ένδειξη της βλαστήσεως σε σύγκριση με εκείνους που αντιμετωπίστηκαν με συνεχές αιθυλένιο. Το 2009-2010, μελετήθηκαν τέσσερις ποικιλίες πατάτας και η επίδραση της 1-MCP είτε πριν είτε μετά τη θεραπεία με αιθυλένιο στη βλάστηση, την αναπνοή ρυθμό, την ενδογενή παραγωγή αιθυλενίου και την υφή. Η 1-MCP πιστεύεται ότι αλληλεπιδρά με τους υποδοχείς αιθυλενίου και επομένως εμποδίζει ή καθυστερεί την εξαρτώμενη από το αιθυλένιο αντιδράσεις. Η 1-MCP φάνηκε να μπλοκάρει αποτελεσματικά τις θέσεις δέσμευσης του αιθυλενίου όταν εφαρμόστηκε πριν από την αποθήκευση των κονδύλων σε αιθυλένιο, με αποτέλεσμα λιγότερη συσσώρευση σακχάρων στους κονδύλους. Το 2010-2011, η επίδραση και οι χρονικές στιγμές των επεμβάσεων με 1-MCP και αιθυλένιο στην εκβλάστηση, στους κονδύλους αναπνοή, την ενδογενή παραγωγή αιθυλενίου και τα σάκχαρα σε δύο ποικιλίες πατάτας. μελετήθηκε. Η 1-MCP κατέστειλε αποτελεσματικά τη δράση του αιθυλενίου όσον αφορά την αύξηση της του ρυθμού αναπνοής ή της παραγωγής αιθυλενίου και της συσσώρευσης σακχάρων. Επιλεγμένες πατάτες δείγματα αναλύθηκαν επίσης ποσοτικά για μια σειρά φυτοορμονών με τη χρήση μιας νέας μεθόδου, της UPLC QToF MS. Η μέθοδος αυτή είχε το πλεονέκτημα του ποσοτικού προσδιορισμού ταυτόχρονα έναν σημαντικό αριθμό ρυθμιστών της ανάπτυξης των φυτών που υπάρχουν στην πατάτα (ABA και οι μεταβολίτες του, κυτοκινίνες και γιββερελλίνες).