Role etylénu jako potencionálního regulátoru růstu a vývoje rostlin byla doceněna teprve před 60 lety, přestože jeho účinky byly známy už od antických dob. Například v Indii dozrávání plodů manga zrychlují atmosférou vzniklou spalováním slámy.
V období po sklizni hraje často etylén u mnoha zahradnických plodin úlohu urychlování zrání a zkracování přirozené uchovatelnosti, ale v opačném případě podporuje kvalitu plodů dojde-li k rychlému a uniformnímu zrání v období před reálnou distribucí.
Fyziologické vlastnosti etylénu
Zjevné vlivy etylénu na rostliny byly poprvé zaznamenány v době, kdy se topný plyn, obsahující základní uhlovodíky, používal pro svícení a topení. Potrubními systémy zakopanými do země, se plynná směs rozváděla až do místa spotřeby. Ve směsi byl obsažený rovněž i etylén, který v lampě vytvářel žlutý plamen a zvyšoval intensitu světla. Brzy na to byl v blízkosti děravých potrubí zaznamenaný obrovský růst a vývoj rostlin, zejména urychlený opad listů a úhyn květenství. Ruský postgraduální student Nejlubov (1876 – 1926) poprvé označil etylén za příčinu těchto bizardních jevů. Výzkum ethylenu trvá dodnes, neboť instrumentační techniky jsou mnohem citlivější a neomezují se pouze na techniky plynové chromatografie.
Teprve po mnoha letech od Nejlubovova výzkumu byly prokázány další vlivy etylénu jako agens pro stimulační klíčení dormantních semen (změny růstu semenáčků v půdě narazí-li na mechanickou překážku, podporu růstu kořenů v půdě nasáknuté vodou). Etylén je původcem oddělování listů při stresu z nedostatku vody, stimuluje kvetení a je spouštěčem zrání plodů, pokud se nahromadí v pletivu v prahové stimulační koncentraci. Od 30. let minulého století je známo, že etylén je produkovaný samotnou rostlinou, takže odezva rostliny vůči etylénu je akcentována v mnoha fázích růstu a vývoje. Etylén je pokládaný za rostlinný hormon a ovlivňuje řízení mechanismů růstu, vývoje a zrání plodů.
Biochemický vznik etylénu
Rozpletení biosyntézy etylénu v rostlině bylo jedním z pozoruhodných biochemických řešení v minulém století. Z mnoha systematicky zkoušených látkových složek běžně se nacházejících v rostlině, byla označena aminokyselina methionin jako prekurzor s dalšími meziprodukty jako je SAM (S-methyladenosin) a ACC ( l-aminocyklopropanová kyselina) dávající zřetelnou odezvu na tvorbu etylénu. Úplné schéma hlavních a vedlejších cest je známo z 80. let minulého století (Yang, 1987).
Dozrávání ovoce
Koncentrace etylénu nutná pro zrání různých ovocných druhů sice kolísá, ale pohybuje se v rozsahu od 0,1 do 1 ppm, rovněž i čas nutný pro vyvolání začátku zrání je 12 hodin a plné zrání se projeví až po několika dnech od ošetření. Efektivita etylénu pro dosažení úplného a uniformního zrání závisí na typu ovoce, způsobu ošetření, zralosti plodu, teplotě, relativní vlhkosti v ošetřovaném prostoru, koncentraci etylénu a době expozice.
Podmínky pro dozrávání jsou: teplota 18 – 25 °C, relativní vlhkost 90 – 95 %, koncentrace etylénu 10 – 100 pm, doba ošetření 24 – 72 hodin v závislosti na druhu ovoce a stupni zralosti, cirkulaci vzduchu, která zajišťuje dokonalé rozdělení etylénu v prostoru. Větrání venkovním vzduchem je vztahováno k minimalizaci hromaděného oxidu uhličitého dýcháním plodů, neboť tento plyn snižuje účinnost etylénu.
Dozrávací komory nemusí být plynotěsné, ale únik plynů se omezuje jen na udržení požadované rovnováhy s přiváděnou plynnou směsí (obsahuje podíl čistého ethylénu). Mají mít chladící jednotku a vyhřívání buď parou nebo horkou vodou. Kvůli výbušnosti etylénu nelze instalovat odporové topení.
Nežádoucí účinky etylénu
V posklizňovém skladování vyvolává etylén nežádoucí odezvy ovocných a zeleninových druhů, které se projeví zrychleným stárnutím, jako je ztráta chlorofylu, žloutnutí listů špenátu, petržele, brokolice, plodů okurek a dalších plodin s vyšším podílem zeleného barviva, neboť se projevuje v koncentracích ethylenu do 10 ppm a teplotě 20 °C. Vznik hnědých skvrn na vybělených částech je výsledkem zániku celých ploch pletiv a důsledkem vytvořených fenolických sloučenin, bude-li obsah ethylenu do 10 ppm.
Klimakterické plodiny s vyšší vlastní tvorbou etylénu jako je jádrové ovoce, se pokládaly za relativně málo citlivé vůči vyšší koncentraci etylénu v chladírenské komoře. Stále přetrvává názor u mnohých předních skladovatelů jablek, že zavedením řízené atmosféry, zejména ULO, se eliminuje etylén, který je nahromaděný v okolí plodů. Bohužel aktuální koncentrace etylénu nejsou ve velkokapacitních komorách změřeny, i když se může předpokládat jejich nízká hodnota do desítek ppm. Pokud však chladírenská komora není zcela plynotěsná, snižují se vyšší koncentrace oxidu uhličitého jen dekarbonizační jednotkou, pak obsah ethylenu může dosáhnout až 300 ppm. Časový průběh obsahu ethylenu v komoře je rozdílný pro skladované odrůdy. Odvozené koncentrace v komoře jsou prakticky vázány na produkční schopnost odrůdy a na vysokou plynotěsnost komory. Dekarbonizační jednotka v technologii řízené atmosféry je konstruována pro přímé snižování oxidu uhličitého z chlazeného prostoru, ve většině případů obsahuje aktivní uhlí na jehož sorpční plochy se molekuly etylénu váží jen v omezeném rozsahu. Nelze tedy předpokládat zásadní pokles koncentrace etylénu, spíše jeho kumulaci během skladovací fáze v důsledku zrání plodů.
Možnosti snižování koncentrace etylénu v chladírenské komoře
Během uložení plodů jako jsou jablka a hrušky a další tzv. plody klimakterického typu se etylén v plynné podobě postupně hromadí a zpětně podporuje zrání. Mají-li plody po sklizni v ovzduší chladírny jen nepatrně zrát, pak koncentrace etylénu, jakož i vonných látek musí být jen ve stopových hodnotách. Biogeneze etylénu je podobná vonným látkám typu alkoholů, aldehydů a esterů, které jsou rozpuštěny ve šťávě a jen malým podílem se uvolňují přes slupku do okolního prostředí. Příjemná ovocná vůně po otevření chladírenské komory v předjaří spíše označuje rychlé posklizňové dozrání plodů mnohdy spojené s výskytem onemocnění spály a senescentního hnědnutí slupky a dužniny.
Bude-li chladírenská komora už od počátku konstruována jako neplynotěsná, pak dostačuje pouze větrání venkovním vzduchem k přirozenému udržení nízké hladiny etylénu. Optimální větrání předpokládá jen minimální přívod venkovního vzduchu, při výpočtu je třeba znát produkci etylénu skladovanými plody a objemovou průtokovou rychlost přiváděného vzduchu zvenčí v m3/h.
Na rozdíl od oxidu uhličitého a kyslíku, jejichž koncentrace se monitorují analyzátory zcela běžně, stanovení obsahu etylénu vyžaduje analytické techniky založené na plynové chromatografii. Koncentrace etylénu 100 – 600 l/l (ppm) podněcují zrychlené zrání s uvedenými nepříznivými důsledky, naopak téměř bezethylénová atmosféra (1 – 5 l/l) označená jako LECA (low ethylene controlled atmosphere) představuje očekávané technologické řešení stavu ovzduší v chladírenské komoře.
V technologii LECA je zabudovaný etylénový scrubber, v němž se spalují pouze olefinické plyny, v nichž ethylén převažuje, a přemění se na neškodné zplodiny (oxid uhličitý a vodu). Trvale nízká produkce etylénu v LECA je fyziologicky podmíněna nedostatkem kyslíku v ambientní atmosféře, neboť biogeneze etylénu vyžaduje účast kyslíku v předstupních svého methioninového cyklu.
Závěr
Nízkoetylénové atmosféry lze dosáhnout jednoduchými postupy v běžně větraných chladírenských komorách využitím soustavného větrání venkovním vzduchem. V plynotěsných komorách se etylén zpravidla hromadí a narušuje požadovaný efekt nízkokyslíkaté atmosféry.
