Rijping en ethyleen
Ethyleen is een gas dat ook bekend staat als het "rijpingshormoon". Het is in de lucht aanwezig in een extreem lage concentratie, vaak niet eens aantoonbaar. Toch is dit gasvormige molecuul heel belangrijk voor het rijpen van vele vruchten. De meeste vruchten produceren ethyleen om het rijpingsproces te starten. Het effect van ethyleen kan als positief gezien worden als het leidt tot rijpe en smakelijke producten. Soms wordt ethyleen zelfs kunstmatig toegevoegd om de rijping te reguleren. Echter, in veel gevallen is de aanwezigheid van ethyleen ongewenst. Het beperkt namelijk de bewaartijd als het fruit te snel gaat rijpen en overrijp wordt. Dit geldt voor producten zoals appel, abrikoos, avocado, kiwi, meloen, papaja, peer, perzik, pruim en tomaat.
Ethyleen en rijping
Rijping is het proces waarbij volgroeide vruchten aantrekkelijk worden door veranderingen in smaak, kleur en textuur. Dit is voor veel vruchten een gewenst proces, aangezien ze dan visueel aantrekkelijk en smaakvol worden. Echter, rijping kan ook te snel gaan en dan leiden tot kwaliteitsverlies. Bovendien rijpen niet alle vruchten op eenzelfde manier.Het belang van ethyleen bij rijping is het meest zichtbaar door de stimulerende werking op respiratie, op de ethyleenproductie zelf, verzachting en verkleuring van de vrucht. Het ethyleeneffect op rijping kan van het specifieke product afhangen, van de temperatuur, de ethyleenconcentratie en de blootstellingstijd. Het beheersen van de ethyleenconcentratie na oogst tijdens de bewaring is essentieel. Het bewaarpotentieel en de houdbaarheid kunnen anders drastisch verkort worden en de vatbaarheid voor pathogenen kan sterk toenemen.
Ethyleenproductie van fruit
Tuinbouwproducten kunnen geclassificeerd worden op basis van hun ethyleenproductie. Ethyleenproductie varieert tussen verschillende soorten producten. Er is geen rechtstreekse link tussen ethyleenproductie-capaciteit van een product en zijn bewaarbaarheid. Aardbeien, bijvoorbeeld, hebben een lage ethyleenproductie, maar ook een korte houdbaarheid, terwijl appels (afhankelijk van het ras) meestal een hoge ethyleenproductie hebben en lang bewaard kunnen worden. Kijk hier voor een tabel met een lijst producten en inschatting van mate van ethyleenproductie
Ethyleengevoeligheid van fruit
Als ethyleengevoelige producten blootgesteld worden aan ethyleen, kan dat desastreuze effecten hebben. Ethyleen kan fysiologisch gezien al actief zijn in hele kleine hoeveelheden, zelfs onder de 0.00001% (=0.1 ppm of 100 ppb. Het ethyleeneffect hangt niet alleen af van de concentratie, maar ook van de blootstellingsduur en de temperatuur. Ethyleenproductie en ethyleengevoeligheid zijn niet altijd aan elkaar gerelateerd. Producten die zelf geen grote hoeveelheden ethyleen produceren kunnen wel gevoelig zijn voor ethyleen en daardoor last hebben van externe ethyleenbronnen. Een voorbeeld is onrijpe kiwi. Kijk hier voor een tabel met een lijst producten en inschatting van mate van ethyleengevoeligheid.
Ethyleen tijdens de opslag
De mate waarin ethyleen wordt geproduceerd is afhankelijk van de temperatuur: bij lage temperaturen wordt er minder ethyleen geproduceerd. Maar tijdens opslag bij lage temperaturen wordt er toch nog steeds ethyleen geproduceerd. Dit kan ophopen in de koelcellen. De effecten van ethyleen op vruchtkwaliteit zijn meestal klein bij lage temperaturen. Maar voor verse producten die gevoelig zijn voor ethyleenrijping is het belangrijk om de ethyleenniveaus in de opslagruimtes te minimaliseren om de ongewenste rijping en veroudering te beperken. Er zijn verschillende technieken om ethyleen uit de opslagruimtes te verwijderen.
Verminderen van ethyleeneffect in de praktijk
Voorbeelden praktische oplossingen
Praktische oplossingen om negatieve ethyleeneffecten te verminderen richten zich op het verminderen van ethyleenproductie, het verminderen van ethyleengevoeligheid en het verminderen van ethyleenniveaus in de lucht.
De meest gebruikte strategieën om negatieve ethyleeneffecten te verminderen zijn:
- koelen
- verlagen zuurstofgehalte/verhogen CO2% door toepassing Controlled Atmosphere (CA) of Modified Atmosphere (MA)-verpakking
- ventilatie met ethyleenarme lucht
- voorkomen van ethyleenproductie door externe bronnen
- ethyleenverwijderaars of -omvormers (scrubbers) bijvoorbeeld op basis van kaliumpermanganaat (KMnO4) zoals gebruikt in verpakkingen of reefer containers
- Ethyleenremmers, bijv. 1-MCP
Toepassing O2 en CO2
De toepassing van laag-zuurstof (O2) en hoog-koolzuur (CO2) wordt gebruikt bij verschillende soorten fruit en groenten in controlled atmosphere (CA) opslag en modified atmospere (MA) verpakkingen om zo de houdbaarheid te verlengen en kwaliteit te behouden. Lage O2 en hoge CO2 kan productie van en gevoeligheid voor ethyleen verminderen. O2 is een substraat voor de productie van ethyleen, waardoor een lager O2-gehalte tot minder ethyleen-productie leidt. Ook hoge CO2 voorkomt ethyleen-productie, al is dit effect vaak kleiner.
Ethyleenremmers
Het voorkomen of remmen van ethyleenactiviteit kan worden gerealiseerd door 1-methylcyclopropeen (1-MCP) toe te passen. Deze vluchtige organische verbinding werkt door ethyleenreceptoren in het fruit te blokkeren. Daardoor voorkomt het rijping van ethyleengevoelig fruit.
1-MCP is geregistreerd voor gebruik in de praktijk in veel landen, en wordt commercieel veel gebruikt als gastoepassing bij voornamelijk appels en peren. Ook is het erg effectief op producten zoals banaan en pruim. Met het correcte gebruik van 1-MCP, kunnen verschillende kwaliteitsvoordelen worden behaald, zoals beter behoud van stevigheid tijdens opslag en in de supermarkt, beter behoud van basiskleur en minder kans op opslagdefecten.
Ethyleenblokkers worden soms ook voor de oogst toegepast. Soms krijgen deze vruchten dan bij aankomst op exportbestemming nog een ethyleenbehandeling om gelijkmatig te rijpen. Bij bloemen wordt gebruik gemaakt van STS (zilverthiosulfaat) als ethyleenblokker. Dit wordt via het water opgenomen door de bloemen.
Meer praktijkinformatie?
Rijpingsprogramma's en Ready-to-Eat fruit
In sommige gevallen is het wenselijk om het rijpen van fruit kunstmatig te initiëren. Ethyleengas kan gebruikt worden op climacterische vruchten om de productie van ethyleen door de vrucht zelf te stimuleren. Het beste voorbeeld hiervan is de bananenrijpingskamer, waar ethyleen gebruikt wordt om het rijpingsproces van groene geïmporteerde bananen te starten. Zulke rijpingsprogramma's, vaak een combinatie van ethyleen en hogere temperatuur, worden ook gebruikt voor het rijpen van avocado en mango. Ethyleengas kan ook gebruikt worden om bijv. citrusvruchten te ontgroenen. In zo'n geval wordt de afbraak van chlorofyl versneld, waarbij het rijpingsproces zelf niet wordt beïnvloed. Het doel is om de consument een uniformer en aantrekkelijker product te bieden. Soms wordt dit ook specifiek vermarkt als "Ready-to-Eat".
Ethyleenbronnen en detectie
Ethyleenbronnen kunnen verrassend zijn omdat het niet altijd uit plantaardige producten komt. Het kan ook vrijkomen bij de verbranding van aardolieproducten (denk aan een niet electrische, gas aangedreven heftruck die in de opslagfaciliteit werkt, of dieselmotoren van trucks die laden/lossen). Het is belangrijk om de ethyleenconcentratie van de lucht te meten bij gebruik van apparatuur die benzine verbrandt, omdat het gebruik ervan de ethyleenconcentratie kan verhogen tot een niveau dat het verse product aantast. Het meten van de ethyleenconcentratie wordt sterk aangeraden. Ventileer indien nodig. Het advies voor distributiecentra is meestal om onder de 500 ppb te blijven. Er zijn verschillende ethyleendetectoren op de markt.
Rijpingsmechanismen vruchten
Classificatie vruchten op basis van rijpingsmechanismen
Vruchten kunnen verdeeld worden in twee groepen gebaseerd op het rijpingsmechanisme: climacterische en niet-climacterische vruchten.
Climacterische vruchten rijpen verder na de oogst. Ze laten een piek zien in de ethyleenproductie tijdens rijping, wat vaak gepaard gaat met een piek in de respiratie (ademhaling). De sterke toename in climacterische ethyleenproductie aan het begin van de rijping is het begin van verandering in kleur, aroma, textuur, smaak en andere attributen. Voorbeelden van climacterische vruchten zijn appel, avocado, banaan, peer en tomaat.
Het rijpen van niet-climacterisch fruit wordt vaak beschouwd als een ethyleen-onafhankelijk proces. In niet-climacterische vruchten laat de respiratie geen grote verandering zien bij rijping en blijft ethyleenproductie op een laag niveau. Voorbeelden zijn blauwe bessen, kers, druif en aardbei.
Preclimacterische en climacterische fase
In climacterisch fruit kan ethyleen de eigen productie verhinderen of stimuleren, afhankelijk van het ontwikkelingsstadium van de vrucht.
In de eerste fase is er een lage basisproductie van ethyleen. Bij deze fase horen termen als preclimacterische fase, onrijp, negatieve feedback regeling en systeem 1 ethyleen.
In de volgende fase, de rijping, is er een hoge mate van ethyleenproductie. Deze grote hoeveelheid ethyleen wordt veroorzaakt door zelfstimulerende ethyleenproductie. Dit betekent dat de aanwezigheid van ethyleen meer ethyleenproductie stimuleert, een soort kettingreactie. Bij deze fase horen termen als climacterische fase, rijping, positieve feedback regeling en systeem 2 ethyleen.
Het starten van de climacterische fase
Als climacterisch fruit een bepaald niveau van volgroeidheid heeft bereikt, neemt zijn ethyleenproductie toe en begint het fruit te rijpen. De start van de climacterische fase kan versneld worden door het fruit te oogsten (zoals bij appels).
Soms heeft het fruit een koude periode nodig (opslag) voordat de climacterische fase begint (bijvoorbeeld bij sommige perensoorten). Voor vruchten als avocado en banaan wordt een externe toepassing van ethyleen na de oogst gebruikt om de rijping te starten of om een uniformere rijping in de batch te verkrijgen.
Meer informatie?
Wageningen Research, onderdeel van WUR, voert contractonderzoek uit voor bedrijven, overheden en andere kennisinstellingen. Postharvest consultancy is een van onze kennisgebieden.
Wil je meer weten over het omgaan met ethyleen en rijping? Neem dan contact op met onze experts.
FreshKnowledge Team