Nicht-invasives Monitoring des Reifeprozesses von Früchten
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- Axel Weiner
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1 Technische Universität München Nicht-invasives Monitoring des Reifeprozesses von Früchten Susanne Rühmann, Michael Neumüller, Dieter Treutter
2 Technische Universität München Nicht-invasives Monitoring des Reifeprozesses von Früchten zur Verbesserung der Marktqualität Eine optimale Ausreifung von Früchten ist eine der wichtigsten Voraussetzung für Qualitätsmerkmale wie Geschmack und Aroma. Dies wird besonders bei nicht klimakterischen Früchten deutlich. Während sich bei einigen Kulturen anhand von verschiedenster Reifeparametern der optimale Erntezeitpunkt prognostizieren lässt, wurde der Entwicklung solcher berechnungsmodelle für die Zwetschen-Kultur nur wenig Beachtung beigemessen. Es wird eine berührungsfreie Methodik zur Charakterisierung des Reifeverlaufs von Äpfeln bzw. Zwetschen und Pflaumen der Art Prunus domestica vorgestellt, die auf der Erfassung der Fruchtschalenpigmente Anthocyane und Flavonole beruht. Während bei Äpfeln sich anhand dieser Messung der Gehalt an Anthocyanen und Flavonolen direkt bestimmbar ist, wird bei Pflaumen und Zwetschen indirekt die Verschiebung des ph-wertes der Fruchtschale erfasst, die offenbar eine charakteristische Phase des Reifeprozesses von Zwetschenfrüchten markiert. Das Verfahren ermöglicht die Optimierung qualitätsbildender Kulturmaßnahmen und kann in Zukunft zur Bestimmung des optimalen Erntezeitpunktes beitragen. Dabei zeigen unterschiedliche Sorten carakteristische Kurvenverläufe an. Sie ist darüber hinaus ein ideales, da berührungsfreies und schnelles Verfahren, den Einfluss qualitätsbildender Kulturmaßnahmen (Baumerziehung, Behangsregulierung, Düngung etc.) auf den Reifeprozess zu erfassen, womit eine Optimierung der Kulturtechnologie im Hinblick auf die Qualitätsproduktion ermöglicht wird.
3 Technische Universität München Zwetschenanbau der letzten Jahre (=> unbedeutende Frucht) Verwendungszwecke (vielseitig) Warum dann so schlecht? Keine Sortenvielfalt Keine eingetragenen Sorten Keine Qualitätseinstufungen Zu früher Erntezeitpunkt Früchte schmecken nicht Schlechte Abnahme Preisverfall
4 Technische Universität München Wir brauchen: Neue schmackhafte Sorten für verschiedenste Anwendungen (Frischverzehr, Verarbeitung (Datschi, Mus), Getränkeindustrie (Pflaumenwein, Brand) Zuchtprogramm Weihenstephan/Hohenheim
5 Technische Universität München Wir brauchen: Optimierung von Reifeprozessen Erfassung von Einflussfaktoren auf Reifeprozesse Reifeparameter Sorten Standortfaktoren Positionen im Baum Kulturmaßnahmen
6 Technische Universität München Erfassung von Einflussfaktoren auf Reifeprozesse : Reifeparameter Invasive Verfahren: Fruchtfleischfestigkeit Zuckergehalt Brix-Wert Titrierbare Säure Zucker/Säure-Verhältnis Geschmack
7 Brix Technische Universität München Zuckergehalt in Früchten [Brix ] Hauszwetsche Wolff Presenta Haroma Hoh 4517 Harbella Topend plus Haganta
8 Apfelsäure-Equiv. Technische Universität München Säuregehalt in Früchten 1 wk 2 wk 3 wk 4 wk Hauszwetsche Wolff Presenta Haroma Hoh 4517 Harbella
9 Technische Universität München Erfassung von Einflussfaktoren auf Reifeprozesse : Reifeparameter Invasive Verfahren: Fruchtfleischfestigkeit Zuckergehalt Brix-Wert Titrierbare Säure Zucker/Säure-Verhältnis Geschmack => Frucht wird bei der Analyse zerstört
10 Reife
11 Hauszwetsche Clon "Wolff" Presenta Haroma Hohenheim 4517 Harbella Topend Plus Haganta 4-6 Wochen 2x pro Woche Reife
12 Hauszwetsche Clon "Wolff" Presenta Haroma Hohenheim 4517 Harbella Topend Plus Haganta 4-6 Wochen 2x pro Woche Reife Zwetschen: Haroma, Hauszwetsche Wolff, Presenta, Hanka, Harbella, Hoh 1981, Hoh 4517, Hoh 6482, Katinka, Tegera, Ortenauer Pflaumen: Haganta, Tophit Pus, Ptestean, Tipala, Topend Plus Mirabellen: Bellamira, Frühe Mirabelle Renekloden: Graf Althans Reneklode. Pro Sorte an 15 bis 20 Terminen jeweils 30 markierte Früchte (2009, 2010)
13 Technische Universität München Erfassung von Einflussfaktoren auf Reifeprozesse : Reifeparameter Invasive Verfahren: Fruchtfleischfestigkeit Zuckergehalt Brix-Wert Titrierbare Säure Zucker/Säure-Verhältnis Geschmack Anthocyane/Flavonole (HPLC) Nicht-invasive Verfahren: Da-Meter => Chlorophyllgehalt Multiplex Anthocyane Flavonole Chlorophyll Minolta CR-210 Chromameter => Frucht wird bei der Analyse zerstört => Frucht kann am Baum verweilen und wiederholt analysiert werden
14 Technische Universität München transportabel anwenderfreundlich nicht destruktiv kann Flavonole und Anthocyane in der Epidermis von Blättern und Früchten messen Daten lassen sich direkt in Excel übertragen
15 Technische Universität München transportabel, anwenderfreundlich nicht destruktiv kann Flavonole und Anthocyane in der Epidermis von Blättern und Früchten messen Daten lassen sich direkt in Excel übertragen Prinzip (photometrisch): Verschiedene Lichtquellen und Lichtsensoren
16 Technische Universität München Flavonoid Monitoring mit Multiplex Lichtquelle Anregung 624 nm Fruchthaut Chlorophyll
17 Technische Universität München Flavonoid Monitoring mit Multiplex Lichtquelle Photozelle Anregung 624 nm Fluoreszenz nm Fruchthaut Chlorophyll
18 Technische Universität München Flavonoid Monitoring mit Multiplex Chlorophyll Referenz Anregung 624 nm Fluoreszenz nm Fruchthaut
19 Technische Universität München Flavonoid Monitoring mit Multiplex Flavonole Fluoreszenz nm Anregung 365 nm Chlorophyll Referenz Anregung 624 nm Fluoreszenz nm Fruchthaut
20 Technische Universität München Flavonoid Monitoring mit Multiplex Flavonole Fluoreszenz nm Anregung 365 nm 525 nm Anthocyanidine Fluoreszenz nm Chlorophyll Referenz Anregung 624 nm Fluoreszenz nm Fruchthaut
21 Technische Universität München Flavonoid Monitoring mit Multiplex 624 nm Chlorophyll- Fluoreszenz Fruchthaut
22 Technische Universität München Flavonoid Monitoring mit Multiplex 624 nm 365/525 nm Chlorophyll- Fluoreszenz Fruchthaut
23 Technische Universität München III Multiplex-Messung IV I II Markierung Ø 2,5 cm Multiplexmessung Multi-ANTH Multi-FLAV
24 Technische Universität München III Multiplex-Messung IV I II Markierung Ø 2,5 cm Multiplexmessung Multi-ANTH Multi-FLAV Referenzwerte (HPLC) Korkbohrer Ø 2,5 cm Fruchtfleisch entfernen MeOH Extraktion für HPLC
25 Cyanidin 3-O-Galactosid Cyanidin Arabinosid Cyanidin-D. Cyanidin 280 nm Anthocyane in der Fruchtschale von Äpfeln (Beispiel Royal Gala)
26 Rutin Isoqueritrin Quercitrin Avicularin Flavonol Hyperin Cyanidin 3-O-Galactosid Cyanidin Arabinosid Cyanidin-D. Cyanidin 280 nm Anthocyane in der Fruchtschale von Äpfeln (Beispiel Royal Gala) Flavonole in der Fruchtschale von Äpfeln (Beispiel Royal Gala) 280 nm
27 HPLC [mg/g FG] Anthocyane und Flavonole im Apfel Korrelation der Anthocyane von Apfel Royla Gala (Multiplex / HPLC) y = x R² = Multiplex 0,06 1,76 mg/g FG Anthocyane 1,46 2,73 Einheiten Multiplex (MULTI-ANTH)
28 HPLC [mg/g FG] HPLC [mg/g FG] Anthocyane und Flavonole im Apfel Korrelation der Anthocyane von Apfel Royla Gala (Multiplex / HPLC) Korrelation der Flavonole von Apfel (Multiplex zu HPLC) y = x R² = y = 2.824x R² = Multiplex Multiplex 0,06 1,76 mg/g FG Anthocyane 1,46 2,73 Einheiten Multiplex (MULTI-ANTH) 0,5 2,3 mg/g FG Flavonole 1,4 2,1 Einheiten Multiplex (MULTI-FLAV)
29 Technische Universität München Zwetschen
30 Flavonols [mg/g TS] Flavonole Flavonole in der Fruchthaut (HPLC) 1 wk 2 wk 3 wk 4 wk Hauszwetsche Wolff Presenta Haroma Hoh 4517 Harbella Topend plus Haganta
31 MULTI-FLAV Flavonols [mg/g TS] MULTI-FLAV in der Fruchthaut Flavonole Hauszwetsche Clon Wolff Presenta Haroma Hoh Harbella Topend Haganta Flavonole in der Fruchthaut (HPLC) 1 wk 2 wk 3 wk 4 wk Hauszwetsche Wolff Presenta Haroma Hoh 4517 Harbella Topend plus Haganta
32 Multiplex (FLAV/blue) Multiplex (FLAV/blue) MULTI-FLAV Flavonols [mg/g TS] MULTI-FLAV in der Fruchthaut Flavonole Hauszwetsche Clon Wolff Presenta Haroma Hoh Harbella Topend Haganta Flavonole in der Fruchthaut (HPLC) 1 wk 2 wk 3 wk 4 wk Hauszwetsche Wolff Presenta Haroma Hoh 4517 Harbella Topend plus Haganta Multiplex Flavonole in Haganta Multiplex Flavonole in Haroma R² = R² = /8 4/9 9/9 14/9 19/9 24/9 29/9 4/10 30/8 4/9 9/9 14/9 19/9 24/9 29/9 4/10 9/10 Datum (2010) Datum (2010)
33 anthocyanidins [mg/g dw] Anthocyane Anthocyanidine in der Fruchthaut (HPLC) Hauszwetsche Wolff Presenta Haroma Hoh 4517 Harbella Topend plus wk 2 wk 3 wk 4 wk
34 MULTI-ANTH anthocyanidins [mg/g dw] Anthocyane MULTI-ANTH in der Fruchthaut Hauszwetsche Clon Wolff Presenta Haroma Hoh Harbella Topend Haganta Anthocyanidine in der Fruchthaut (HPLC) Hauszwetsche Wolff Presenta Haroma Hoh 4517 Harbella Topend plus wk 2 wk 3 wk 4 wk
35 MULTI-ANTH MULTI-ANTH MULTI-ANTH anthocyanidins [mg/g dw] Anthocyane MULTI-ANTH in der Fruchthaut Hauszwetsche Clon Wolff Presenta Haroma Hoh Harbella Topend Haganta Anthocyanidine in der Fruchthaut (HPLC) Hauszwetsche Wolff Presenta Haroma Hoh 4517 Harbella Topend plus wk 2 wk 3 wk 4 wk 3 MULTI-ANTH in Haganta R² = /7 26/7 15/8 4/9 24/9 14/10 Datum MULTI-ANTH in Haroma R² = /6 6/7 26/7 15/8 4/9 24/9 14/10 Datum 2009
36 Anthocyane /06/ /07/ /07/ /07/ /08/ /08/ /08/ /09/ /09/ /09/ /06/ /07/ /07/ /08/ /09/ /09/ /10/ /06/ /07/ /07/ /08/ /09/ /09/ /10/ /08/ /08/ /09/ /09/ /09/ /10/ /10/2009 Althans Haroma Harbella Presenta /07/ /07/ /07/ /08/ /08/ /08/ /09/ /09/ /09/ /10/ /06/ /07/ /07/ /08/ /09/ /09/ /10/ /06/ /07/ /07/ /08/ /09/ /09/ /10/ /06/ /07/ /07/ /08/ /09/ /09/ /10/2009 Haganta Hauszw. Wolff Hoh Topend Plus
37 MULTI-ANTH Anthocyanidine [mg/g TS] Anthocyane MULTI-ANTH Anthocyanidin [mg/g TS] wk 2 wk 3 wk 4 wk 0
38 Technische Universität München Ist die Anthocyan-Art verantwortlich? Ist der ph-wert verantwortlich? Ist eine Co-Pigmentierung verantwortlich?
39 Cyanidin-3-glucoside Peonidin-3-glucoside Cyanidin-3-rutinoside Peonidin-3-rutinoside Cyanidin 3-O-Galactosid Cyanidin Arabinosid Cyanidin-D. Cyanidin 280 nm Anthocyane in der Fruchtschale von Äpfeln (Beispiel Royal Gala) Anthocyane in der Fruchtschale von Zwetschgen (Beispiel Topend Plus) Channel 2
40 MULTI-ANTH Ist die Anthocyan-Art verantwortlich? Anthocyanidin-Standard-Reihen Pelargonidin Cyanidin Delphinidin Peonidin Pelargonidin 266/511 Peonidin 275/ 538 Cyanidin 274/527 Delphidin 272/ Konzentration [mg/ml]
41 MULTI-ANTH 525 nm Anregungswellenlänge Ist die Anthocyan-Art verantwortlich? Anthocyanidin-Standard-Reihen Pelargonidin Cyanidin Delphinidin Peonidin Pelargonidin 266/511 Peonidin 275/ 538 Cyanidin 274/527 Delphidin 272/ Konzentration [mg/ml]
42 Multiplex (ANTH/blue) Multiplex (ANTH/blue) Ist der ph-wert verantwortlich? Multiplex Anthocyane in Haroma R² = /8 4/9 9/9 14/9 19/9 24/9 29/9 4/10 9/10 Datum (2010) Multiplex Anthocyane in Haganta R² = /8 4/9 9/9 14/9 19/9 24/9 29/9 4/10 Datum (2010)
43 ph-wert ph-wert Multiplex (ANTH/blue) Multiplex (ANTH/blue) Ist der ph-wert verantwortlich? Multiplex Anthocyane in Haroma R² = /8 4/9 9/9 14/9 19/9 24/9 29/9 4/10 9/ Datum (2010) ph-wert Haroma R² = /8 4/9 9/9 14/9 19/9 24/9 29/9 4/10 9/10 Datum (2010) Multiplex Anthocyane in Haganta R² = /8 4/9 9/9 14/9 19/9 24/9 29/9 4/ Datum (2010) ph-wert Haganta R² = /8 4/9 9/9 14/9 19/9 24/9 29/9 4/10 Datum (2010)
44 Technische Universität München Wie verändert sich das UV-Spektrum bei ph-wert-verschiebungen?
45 Technische Universität München Wie verändert sich das UV-Spektrum bei ph-wert-verschiebungen? Verschiedenen Anthocyan-Standards Gelöst in Puffer mit unterschiedlichen ph-werten UV-Spektren gemessen im Photometer
46 Absorbtion [%] Ist der ph-wert verantwortlich? 522 nm 542 nm Cyanidin-Standard nm ph 3 ph 6
47 Absorbtion [%] Cyanidin Delphinidin Cyanidin Delphinidin Ist der ph-wert verantwortlich? 522 nm 542 nm Cyanidin-Standard nm ph 3 ph 6 ph 3 ph nm
48 Absorbtion [%] Ist der ph-wert verantwortlich? Gesamtextrakt nm ph 3 ph 6
49 Absorbtion [%] Absorbtion [%] Ist der ph-wert verantwortlich? Gesamtextrakt nm ph 3 ph 6 Anthocyanphase ph 3 ph nm
50 Technische Universität München Wie verändert sich das UV-Spektrum durch Co-Pigmentierung?
51 Technische Universität München Wie verändert sich das UV-Spektrum durch Co-Pigmentierung? Verschiedenen Anthocyan-Standards +/ohne Chlorogensäure bzw. Rutin UV-Spektren gemessen im Photometer
52 Absorbtion Absorbtion Absorbtion Absorbtion Co-Pigmentierung Cyanidin Cyanidin + Rutin 0.6 Cyanidin nm Cyanidin-3-O-Rutinosid nm CQ/3 Cy-Rut/pH3 Cyanidin Cyanidin + Rutin 0.2 Cyanidin nm Cyanidin-3-O-Rutinosid nm CQ/3 Cy-Rut/pH3
53 Technische Universität München Wie verändert sich das UV-Spektrum durch Co-Pigmentierung? Ausschütteln mit Ethylacetat Anthocyane in Puffer ph4 HS und FLAV in Puffer ph4 0% 1:10 1:5 1:2,5 1:1,25 100% 1:1
54 Absorbtion [461 nm = 100%] Anthocyane / Co-Pigmente Anth/Puffer Anth/CoPi1:10 Anth/CoPi1:5 Anth/CoPi1:2,5 80 Anth/CoPi1:1,25 60 Anth/CoPi konz nm
55 Technische Universität München Kann man durch ph-änderung die Ausfärbung in Früchten ändern? Kann man noch nicht ausgefärbte (rote) japanische Pflaumen durch ph-anstieg blau färben?
56 Technische Universität München Kann man durch ph-änderung die Ausfärbung in Früchten ändern? Kann man noch nicht ausgefärbte (rote) japanische Pflaumen durch ph-anstieg blau färben? Fruchtstück auf Ammoniak und 1x pro Minute Multiplex-ANTH messen
57 Technische Universität München Kann man durch ph-änderung die Ausfärbung in Früchten ändern? Kann man ausgefärbte (blaue) japanische Pflaumen durch ph-absenkung rot färben?
58 Technische Universität München Kann man durch ph-änderung die Ausfärbung in Früchten ändern? Kann man ausgefärbte (blaue) japanische Pflaumen durch ph-absenkung rot färben? Fruchtstück auf Essigsäure und 1x pro Minute Multiplex-ANTH messen
59 Multiplex [Anth / blau] Sehr rote Pflaume NH3 blau Anth Pflaume 1 2 NH3 4:1 1.5 y = x R² = Minuten
![Multiplex [Anth / blau] Multiplex [Yf-UV/ blau] rote Pflaume NH3blau dunkelblaue Pflaume CH3COOH rot Anth Pflaume 1 Anth Pflaume 2 2 0.8 NH3 4:1 0.](/docs-images/58/41649445/images/60-0.png "75 CH3COOH 4:1 0.7 1.5 y = -0.0302x + 1.5949 R² = 0.9442 0.65 0.6 y = 0.0027x + 0.593 R² = 0.9718 0.55 1 0 2 4 6 8 10 12 14 0.")
60 Multiplex [Anth / blau] Multiplex [Yf-UV/ blau] rote Pflaume NH3blau dunkelblaue Pflaume CH3COOH rot Anth Pflaume 1 Anth Pflaume NH3 4: CH3COOH 4: y = x R² = y = x R² = Minuten Minuten
61 NH3
62 Technische Universität München Kann man durch ph-änderung die Ausfärbung in Früchten ändern? Kann man durch ph-anstieg einen Apfel blau färben?
63 Technische Universität München Kann man durch ph-änderung die Ausfärbung in Früchten ändern? Kann man durch ph-anstieg einen Apfel blau färben? Apfel Ammoniak aussetzen
64 NH3
65 Technische Universität München Ist dieser Farbumschlag reversibel? Apfelfruchtstück 1 min in Ammoniak (1:4) schwenken an die Luft überführen 1x pro Minute mit Multiplex messen nach 22 Minuten auf Essigsäure (1:4) überführen 1x pro Minute mit Multiplex messen
66 Ammoniak 1 min Luft Essigsäue
67 Multiplex [Anth / blau] ANTH/blue Apfel NH3 4:1 CH3COOH 4: Minuten
68 Einzelfrüchte der Sorte Haganta MULTI-ANTH ANTH Haganta - 3 Haganta - 4 Haganta - 22 Haganta - 24 Haganta
69 Anthocyane ANTH- Maximum Erntetermin Intervall (Tage) Hoh Hoh Katinka Pitestean Tegera Hanka Harbella Ortenauer Haroma Hauszwetsche Wolff Tophit Plus Althans Reneklode Topend Plus Haganta Hoh Presenta ANTH Erntetermin Intervall Maximum Haroma Althans Reneklode Hauszwetsche Wolff Haganta Presenta
70 Technische Universität München Vielen Dank Besonders an alle Studenten und Mitarbeiter, die diese Ergebnisse mit erarbeitet haben.
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