Fisiologia post raccolta e qualità dei prodotti ortofrutticoli

[2] ASPETTI TECNOLOGICI DELLA RESPIRAZIONE

- Misura della respirazione: La respirazione fornisce energia e quindi è strettamente indicativa dell’attività

metabolica delle cellule. Nel sistema isolato vegetale post raccolta è quindi uno strumento utilissimo e non

distruttivo per controllare l’attività metabolica e lo stato fisiologico dei tessuti. Misura effettuata o per consumo

dei substrati o aumento dei prodotti:

o Perdita di substrato:

✓ calo peso 180g glucosio producono 264 g di CO ;

2

✓ diminuzione amido con metodi analitici;

✓ produzione di H O (non affidabile per confusione con perdite per traspirazione).

2

o Sistemi statici: misura della CO prodotta o O consumato in vasi chiusi;

2 2

o Sistemi dinamici: misura della CO prodotta o O consumato in vasi a flusso continuo;

2 2

o Calore prodotto;

o Estrazione dei mitocondri e misura della loro respirazione: solo per studi fisiologici

Espressione dei risultati: Volume di gas prodotto o consumato per unità di peso per unità di tempo:

mg CO /g ora L O / kg giorno …………

2 2

- Fattori che influiscono sulla respirazione:

o Interni: genotipo, parte di pianta, stadio di sviluppo, substrato respiratorio, fattori di post raccolta

o Esterni: temperatura, composizione atmosferica, etilene, stress fisici.

- La respirazione avviene nei mitocondri, ma la diffusione dei gas avviene attraverso le barriere del frutto e

dell’ambiente. 6

C H O + 6O = 6CO + 6H O + 673 cal/mole cal (38 ATP quindi281 kcal) mole (392 kcal)

6 12 6 2 2 2

Quoziente respiratorio: QR = CO /O

2 2

Substrato:

Carboidrati: QR = 1 ==> glucosio = 1.00

Acidi organici: QR > 1 ==> acido malico = 1.33

Lipidi: QR < 1 ==> acido palmitico = 0.36

- Regola di Van’t Hoff: La velocità di una reazione biologica aumenta da due a tre volte per ogni aumento di 10°C

di temperatura TASSO DI RESPIRAZIONE DI FRUTTI E ORTAGGI

mg CO /Kg h A 5°C Articolo

2

< 5 Frutta in guscio, datteri

5-10 Mele, uva, agrumi, cipolle, patate

10-20 Albicocche, ciliegie, pesche, nettarine, pere, susine, fichi, cavoli, carote, lattuga, pomodori,

peperoni

20-40 Fragole, ribes nero, lamponi, cavolfiori

40-60 Carciofi, cavolini di Brussel

> 60 Asparagi, broccoli, funghi, piselli, spinaci, pannocchie di mai

- Frutti climaterici: maturano anche dopo essere stati separati dalla pianta, degradando amido accumulato nelle

fasi precedenti la maturazione.

o Al momento del distacco del frutto il contenuto di etilene (l'ormone vegetale prodotto durante la

maturazione) si abbassa e quindi anche la respirazione (minimo climaterico), conseguentemente l'etilene è

in grado di autosintetizzarsi e quindi il frutto raggiunge una massima respirazione (picco climaterico).

o Generalmente si ha uno sviluppo minore di altre caratteristiche organolettiche, per le quali è indispensabile

un apporto di altre sostanze fondamentali direttamente dalla pianta, in poche parole in gusto non è come

se fosse maturato completamente attaccato al ramo.

o actinidia (kiwi), albero del pane, albicocca, annona, asimina, avocado, banana, dattero, fico, giuggiola,

guava, mango, mela, melone, mirtillo, passiflora, pera europea, pera giapponese, pesca, pomodoro, susina

- Frutti non climaterici: se staccati dalla pianta non raggiungono la maturazione a meno di essere trattati con

etilene esogeno. anacardio, ananas, arancia, cacao, ciliegia, cocomero, fico d’India, limone, melagrana, nespolo

del Giappone, oliva, pera cinese, pompelmo, tamarillo, uva

7

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L’ETILENE

[1] CARATTERISTICHE GENERALI

- Etilene: [C H ] ormone di natura gassoso, regola molti aspetti legati allo sviluppo e alla senescenza.

2 4

La produzione è ubiquitaria, in tutti i tessuti e in qualsiasi stadio si sviluppo. Modula molti stress

biotici e abiotici. Non viene trasportato ad altri siti ed è attivo a bassissime concentrazioni (= 0,1 ppm).

- Cenni storici: inizialmente rilasciato dall’illuminazione stradale a gas, con effetto defogliante

o 1901: studente osservò che le piante al buio mostravano una tripla risposta: 1) ridotto allungamento del

fusto 2) aumento crescita laterale (rigonfiamento) 3) anormale crescita orizzontale

o 1910: identificato come prodotto naturale delle piante

o 1934: definito ormone delle piante

o 1960: con l’uso dei primi gas-cromatografi iniziano gli studi dell’effetto dell’etilene sulle piante

Senescenza post-raccolta Inibitori della senescenza

Fiori Appassimento e abscissione dei petali Inibitori etilene e della sintesi di proteine

Foglie Perdita di colore e disseccamento Citochinine, Gibberelline, inibitori dell’etilene

- Biosintesi:

o Può essere prodotto da quasi tutte le piante superiori e la velocità

di produzione dipende dal tipo di tessuto e dallo stadio di sviluppo.

o La produzione aumenta durante l’abscissione fogliare, la

senescenza del fiore e la maturazione del frutto

o Trasportato nel citoplasma e diffusione come gas anche nei tessuti

vegetali (attraverso il simplasto e il floema)

o L’amminoacido metionina è il precursore dell’etilene

o L’acido 1-aminociclopropano-1-carbossilico (ACC):

✓ Serve da intermedio per convertire metionina in etilene.

✓ È localizzato nel citoplasma e l’attività è regolata da diversi

fattori (ambientali, ferite, stress idrico…)

Produzione di Etilene

Produzione ENDOGENA Produzione ESOGENA

- asfissia, maturità (senescenza), specie e/o cultivar - motori di caldaie e automezzi, fumo di sigaretta

- ferite, malattie, alte temperature, stress idrico - frutti in maturazione e piante o altri fiori senescenti

Protezione dall’Etilene

Inibizione della BIOSINTESI Inibizione dell’AZIONE

- Conservare a basse temperature: rallentamento del - Per i prodotti non eduli è stato usato per molti anni il

metabolismo e delle attività enzimatiche nitrato di argento (non mobile), successivamente il

- Ridurre O < 8% e aumentare CO >2% tiosolfato d’argento (STS) che è sistemico

2 2

- Pre-trattamento con inibitori delle pirofosfatasi - 1-metilciclopropene (1-MCP) blocca il recettore

oppure alcuni metalli tipo Cobalto o selenio - Conservazione sottovuoto (1/10 atm)

- Ingegneria genetica (antisense technology) - Ingegneria genetica (inibire il recettore

Tutti i prodotti sensibile all’etilene traggono enorme beneficio da trattamenti antietilenici che possono prolungare

la longevità anche di circa 3 volte, rispetto ai prodotti non trattati!

- Trattamento con 1-MCP: molto efficace a 20-25°C per 6-12 ore. Inibisce caduta di gemme, fiori e foglie durante

la conservazione. Protezione completa da etilene esogeno ed endogeno. Il recupero di sensibilità è dovuto a

sintesi di nuovi recettori 9

[2] CARATTERISTICHE ED EFFETTI SUI FRUTTI

- Effetti dell’etilene:

o induzione della maturazione e modificazioni del colore in molti frutti;

o induzione a fiore (Bromeliacee);

o abscissione di foglie, petali e frutti;

o senescenza nelle foglie e nei fiori;

o crescita direzionale (modifica il trasporto auxinico);

o germinazione semi e germogliamento tuberi;

o interruzione della dormienza dei bulbi

- Frutti climaterici: maturano anche dopo essere stati separati dalla pianta, degradando amido accumulato nelle

fasi precedenti la maturazione.

o Al momento del distacco del frutto il contenuto di etilene (l'ormone vegetale prodotto durante la

maturazione) si abbassa e quindi anche la respirazione (minimo climaterico), conseguentemente l'etilene è

in grado di autosintetizzarsi e quindi il frutto raggiunge una massima respirazione (picco climaterico).

o Generalmente si ha uno sviluppo minore di altre caratteristiche organolettiche, per le quali è indispensabile

un apporto di altre sostanze fondamentali direttamente dalla pianta, in poche parole in gusto non è come

se fosse maturato completamente attaccato al ramo.

PRODUZIONE DI ETILENE ED AUMENTO DI RESPIRAZIONE CLIMATERICA

Precede Coincide Segue

Avocado (Choquette), Banana, Mela, Albicocca, Guava, Melone Avocado (Fuerte), Mango, Papaya,

Uva spina, Melone bianco, kaki retato, Melone retato Susina, Pomodoro

- In mutanti in cui è stata alterata la via di segnalazione dell’etilene, si hanno frutti che maturano lentamente e

frutti che non raggiungono mai la maturazione.

- Nei frutti climaterici esiste un secondo sistema, sovrapposto al primo, che è autocatalitico: risponde all’arrivo di

etilene stimolando a sua volta la sintesi di etilene. Alcune isoforme dell’ACC sintasi rispondono al sistema

autoinibitorio, ovvero producono i livelli basali di etilene; altre sono sensibili ai livelli di etilene producendone la

sintesi. Il ruolo dell’etilene nella maturazione dei frutti ha anche significato commerciale.

- Frutti non climaterici: se staccati dalla pianta non raggiungono la maturazione a meno di essere trattati con

etilene esogeno. L’etilene svolge anche funzioni di de-greening (riduzione dell’inverdimento) degli agrumi e

delle banane (dove si ha la degradazione della clorofilla e sintesi di carotenoidi) e di induzione della cascola dei

frutticini maturi (un tot di quelli sviluppati verranno indotti a cadere, in modo tale da mantenere un numero

contenuto di frutti che possono essere sostenuti dalla pianta nel loro sviluppo)

PRODUZIONE DI ETILENE DI FRUTTI E ORTAGGI

Classe µL C H /Kg h a 20°C Articolo

2 4

Molto bassa 0.01-0.1 Ciliegie, agrumi, fragole, melograni, ortaggi a foglia e a radice,

patate, fiori recisi

Bassa 0.1-1.0 Mirtilli, cetrioli, kaki, ananas, lamponi

Moderata 1-10 Banane, fichi, meloni bianchi, mango, pomidoro

Alta 10-100 Mele, albicocche, avocado, meloni cantalupa, kiwi, pesche,

nettarine, pere, susine, papaya

Molto alta < 100 Cherimoya, frutto della passione

- L’etilene non influenza il metabolismo degli zuccheri 10

[3] UTILIZZO DI ETILENE IN POST-RACCOLTA

- Attività: 0.1 ppm

- Esplosività: 3.1-32% ===> norme di sicurezza dell’impianto

- T°C: 18-25 °C

- U.R. 90-95%

- Concentrazione: 10-100 ppm

- Tempo di esposizione: 24-72 ore

- Ventilazione: 3-4 r/h no CO2

- Tecnologia: intervalli/continuo

In Italia: usato per lo sverdimento di banane e agrumi e l’ammezzimento dei kaki

[4] CALCOLO DELLE PRODUZIONI DI ETILENE Sistema chiuso (statico)

Sistema a flusso (dinamico)

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LA TRASPIRAZIONE

[1] CARATTERISTICHE GENERALI

- In biologia: perdita di acqua dagli organismi. - La traspirazione è il fenomeno di fuoriuscita dell’acqua dal

prodotto ortofrutticolo, cioè della sua perdita d’acqua. Il

contenuto d’acqua di un POF (Prodotto Orti-Frutticolo) è in

genere superiore al 90%, in alcuni casi anche al 95%

- Acqua: composto chimico biologicamente molto

interessante. È un ott