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Doctoral Thesis
2016
Plasma als Nacherntebehandlung gegen Monilinia spp. auf Zwetschge
Plasma als Nacherntebehandlung gegen Monilinia spp. auf Zwetschge
Abstract (English)
In the scope of this project, the principle suitability of plasma as a postharvest treatment against Monilinia spp. on plum was surveyed. The plasma was generated using a microwave driven plasma torch at atmospheric pressure using air as process gas. Representing the three main Monilinia species in pomiculture (M. laxa, M. fructigena and M. fructicola), M. laxa was used as model organism for all experiments. Both spores and mycelium were attempted to be inactivated by plasma treatment. For a simplified experimental procedure, agar plates were used as model substrates. To show a possible practical implementation of the technique, plums were also plasma treated with the aim of showing the efficacy on the fruit and possible effects on several fruit quality parameters.
After plasma treatment duration of 5 minutes, a significant reduction of M. laxa mycelium could already be shown. After 10 minutes of plasma treatment, a reduction of more than 90 % could be achieved. Thereby a characteristic three-phase course of the inactivation slope was observed. In contrast to these results, spores of M. laxa were proven to be more resistant. Even after 10 minutes of plasma application, no significant reduction of spore germination could be achieved. During the plasma treatments a heating of the substrates could not be avoided. The agar plates used as model substrates thereby showed a good thermal capacity. In contrast, plums had to be cooled in advance to avoid the melting of the wax layer of the fruit cuticle.
For the artificial inoculation of plums the fruit cuticle was wounded to enable the pathogen to penetrate into the fruit flesh. As the inoculum cannot be reached by the superficial acting components of the plasma inside the fruit, the plasma treatment was not effective against fruit infections.
To investigate a possible effect of the plasma treatment on fruit quality, skin colour, fruit flesh density as well as the content of sugar, acids, ascorbic acid and polyphenols were analysed. The results did not show any significant effects in comparison to untreated control fruit.
By shielding mycelium on agar plates from plasma radicals using MgF2 platelets as filters during the treatment, it could be shown that the plasma effects are based on synergy of UV-radiation and radicals.
The results show that the described method needs a very precise development and adjustment on the pathogen and the substrate. For example, the plasma effect on spores could be improved by appropriate modification of the plasma parameters. However, the effects on mycelia of M. laxa and the protection of the fruit quality parameters have shown a general practicability.
Abstract (German)
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die grundsätzliche Eignung einer Plasmabehandlung als Nacherntebehandlung gegen Monilinia spp. auf Zwetschge überprüft. Dabei wurde für die Erzeugung des Plasmas ein Mikrowellenplasmabrenner bei Atmosphärendruck eingesetzt, als Arbeitsgas diente Raumluft. Beispielhaft für die drei vorwiegend im Obstbau vorkommenden Monilinia Arten M. laxa, M. fructigena und M. fructicola wurden die Versuche mit M. laxa durchgeführt. Dabei wurde versucht, sowohl Sporen als auch Myzel mit einer Plasmabehandlung zu inaktivieren. Für eine vereinfachte Versuchsdurchführung wurden hierfür zunächst Agarplatten als Modellsubstrate eingesetzt, für die praktische Anwendung der Technik wurden zudem Zwetschgen mit Plasma behandelt, um eine Wirksamkeit der Methode auf der Frucht zu zeigen und einen möglichen Einfluss der Wirkmechanismen auf diverse Fruchtqualitätsparameter zu überprüfen.
Bereits nach einer Behandlungsdauer von 5 Minuten konnte eine signifikante Abtötung von M. laxa Myzel nachgewiesen werden, nach 10 Minuten wurde eine Reduktion von über 90 % erreicht. Dabei zeigte die Inaktivierungskurve über den Behandlungszeitraum von 10 Minuten einen charakteristischen dreiphasigen Verlauf. Im Gegensatz zu Myzel haben sich Sporen von M. laxa als widerstandsfähiger erwiesen. Auch nach 10 Minuten Behandlungsdauer konnte keine signifikante Reduktion der Sporenkeimung erzielt werden.
Mit dem für die Versuche eingesetzten Plasmabrenner konnte eine Erwärmung der Substrate während einer Behandlung nicht verhindert werden. Dabei haben die als Modellsubstrate eingesetzten Agarplatten jedoch eine gute Wärmekapazität gezeigt. Zwetschgen mussten dagegen gekühlt eingesetzt werden, um ein Schmelzen der Wachsschicht auf der Zwetschgenoberfläche zu vermeiden.
Für eine künstliche Inokulation von Zwetschgen wurde die Fruchthaut verletzt, um ein Eindringen des Erregers in das Fruchtfleisch und eine Infektion zu ermöglichen. Da der Erreger im Fruchtfleisch für die oberflächlich wirkenden Bestandteile des Plasmas nicht mehr erreichbar war, war die Plasmabehandlung gegen die Infektionen auf der Frucht nicht wirksam.
Die Fruchtqualitätsanalysen plasmabehandelter Früchte haben keinen signifikanten Unterschied zur unbehandelten Kontrolle ergeben. Untersucht wurden die Farbe der Fruchthaut, die Fruchtfleischfestigkeit sowie der Gehalt an Zucker, Säure, Vitamin C und Polyphenolen.
Durch das Abschirmen der im Plasma vorwiegenden Radikale mithilfe von MgF2-Plättchen während einer Plasmabehandlung von Myzel konnte gezeigt werden, dass die Wirkung des Plasmas auf einer Synergie aus UV-Strahlung und Radikalen beruht.
Die Ergebnisse zeigen, dass die beschriebene Methode eine sehr präzise Entwicklung und Abstimmung auf den Erreger und das Substrat erfordert. So kann beispielsweise die Wirkung des Plasmas auf Sporen durch die Anpassung der Parameter unter Umständen verbessert werden. Die gute Wirkung gegen Myzel von Monilinia laxa sowie die Schonung der Fruchtqualität plasmabehandelter Zwetschgen hat jedoch auch die grundsätzliche Praxistauglichkeit der Methode bewiesen.
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Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Phytomedicine
Examination date
2016-04-03
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Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Collections
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Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
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author = {Fütterer, Julia},
title = {Plasma als Nacherntebehandlung gegen Monilinia spp. auf Zwetschge},
year = {2016},
school = {Universität Hohenheim},
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