Chlorophyllfluoreszenz als sensorischer Parameter in der Apfellagerung

Abstract

Die Lagerung von Früchten unter kontrollierter Atmosphäre ermöglicht es die Fruchtqualität und Haltbarkeit zu bewahren. Insbesondere die dynamisch kontrollierte Lagerung mit Messung der Chlorophyllfluoreszenz (Dynamic Controlled Atmosphere - Chlorophyll Fluorescence = DCA-CF) von Äpfeln (Malus x domestica, BORKH.) bietet großes Potential. Bei diesem Typ der DCA-Lagerung wird die Chlorophyllfluoreszenz gemessen, um das Stressverhalten von Äpfeln als Folge von zu niedrigen O2-Konzentrationen in der Lagerraumatmosphäre zu bewerten. Gegenwärtig werden in der DCA-CF-Lagerung nur nicht-bildgebende Fluoreszenzmessverfahren verwendet. Jedoch kann das Potential der DCA-CF-Lagerung nur teilweise genutzt werden, weil Äpfel gleicher Sorte und Herkunft bei völlig identischen Lagerungsbedingungen ein unterschiedliches Stressverhalten hinsichtlich niedriger O2-Konzentrationen zeigen können. Daher ist die Auswahl einer repräsentativen Probe für die Fluoreszenzmessung beeinträchtigt. Ziel dieser Dissertation war es, die Ursachen für das unterschiedliche Stressverhalten von einzelnen Äpfeln hinsichtlich niedriger O2-Konzentrationen zu finden, um die Auswahl einer repräsentativen Probe für die Fluoreszenzmessung zu erreichen. Darüber hinaus wurde mit einem bildgebenden Messverfahren die Chlorophyllfluoreszenz auf der Apfelschale gemessen, um die Fluoreszenzheterogenität sowie die Reaktion verschiedener Fluoreszenzparamter bezüglich O2-Mangel zu untersuchen. Unter Verwendung eines nicht-bildgebenden Fluoreszenzmessverfahrens wurde die kritische O2-Konzentration (Lower Oxygen Limit = LOL) einzelfruchtweise identifiziert. Der Reifegrad der Apfelfrüchte, insbesondere kurz nach der Ernte, wenn der Stärkeabbau noch nicht abgeschlossen war, beeinflusste den LOL signifikant. An einem Teil der Apfelfrüchte, die zuvor vier Monate gelagert wurden, konnte der LOL nicht identifiziert werden (variierend von 12,5 % bis 41,7 % der untersuchten Äpfel; n = 96). Zudem zeigte sich, dass der Chlorophyllgehalt in der Apfelschale die Fluoreszenzmessmethode massiv beeinflusste. Des Weiteren konnte mit einem bildgebenden Fluoreszenzmessverfahren die räumliche Verteilung der Chlorophyllfluoreszenz auf der Apfelschale dargestellt werden. Der Fluoreszenzanstieg infolge von niedrigen O2-Konzentrationen in der Lagerraumatmosphäre wurde visualisiert. Ferner wurde eine neue Methode für die Identifizierung des LOL mit einem bildgebenden Fluoreszenzmessverfahren entwickelt, welches die Heterogenität der Fluoreszenz berücksichtigt und die gemessenen Daten als Histogramm bündelt. Darüber hinaus zeigte die Fluoreszenzkinetik spezifische Änderungen, wenn Äpfel anaeroben Bedingungen ausgesetzt wurden. Insbesondere die Parameter Fv/Fm, ɸPSII_D1, ɸPSII_D2 und ɸPSII_D3 waren für die frühzeitige Detektierung von Stress aufgrund von O2-Mangel geeignet.

Storing fruits under controlled atmosphere makes preserving fruit quality and shelf life possible. In particular, the Dynamic Controlled Atmosphere storage with Chlorophyll Fluorescence (DCA-CF) measurement of apples (Malus x domestica, BORKH.) offers great potential. In this type of DCA storage, chlorophyll fluorescence is measured to evaluate the stress behavior of apples due to low-O2 concentrations in the storage room atmosphere. Currently, only non-imaging fluorescence measurement methods are used in DCA-CF storage. However, the potential of DCA-CF storage can only be partially used because apples of the same variety and origin can show different stress behavior with regard to low-O2 concentrations under completely identical storage conditions. Therefore, the selection of a representative sample for fluorescence measurement is hindered. The aim of this dissertation was to find the causes of the different stress behavior of individual apples with regard to low-O2 concentrations in order to select a representative sample for fluorescence measurement. In addition, the chlorophyll fluorescence on the apple skin was measured using an imaging measurement system in order to investigate the fluorescence heterogeneity and the reaction of various fluorescence parameters to low-O2 conditions. The Lower Oxygen Limit (LOL) was identified on individual fruit using a non-imaging fluorescence measurement method. The ripeness of the apples influenced the LOL significantly, especially after harvest when starch degradation had not yet been completed. The LOL could not be identified in some of the apples stored for four months (varying from 12.5 % to 41.7 % of the examined apples; n = 96). It was also shown that the chlorophyll content in the apple skin had a massive influence on the fluorescence measurement method. Furthermore, the spatial distribution of chlorophyll fluorescence on the apple skin could be shown using an imaging fluorescence system. The increase in fluorescence due to low-O2 concentrations in the storage room was visualized. Additionally, a new method for identifying the LOL using an imaging fluorescence system was developed, which considers the heterogeneity of the fluorescence and bundles the measured fluorescence data as a histogram. Also, the fluorescence kinetics showed specific changes when apples were exposed to anaerobic conditions. In particular, the parameters Fv/Fm, ɸPSII_D1, ɸPSII_D2, and ɸPSII_D3 were suitable for early stress detection due to low-O2 conditions.