| | In wissenschaftlichen Untersuchungen zur Reife und Alterung von Obst, Gemüse und Schnittblumen hat in den letzten fünf Jahren zunehmend eine Substanz von sich Reden gemacht, die möglicherweise zukünftig auch in der Obstlagerung eine Rolle spielen könnte. Es handelt sich dabei um 1-Methyl-Cyclo-Propen (= 1-MCP), ein Gas, das die Fruchtreife beeinflussen kann. Dieses Referat möchte Grundlegendes zur Wirkung von 1-MCP vermitteln, aber auch von eigenen Lagerungsergebnissen mit 1-MCP-behandelten Früchten berichten und die Möglichkeiten und Grenzen dieser Substanz für einen Einsatz bei der Obstlagerung aufzeigen.
Grundlegendes zur Fruchtreife und zur Wirkung von Ethylen
Die Reife von Früchten ist, wie auch andere physiologische Entwicklungsprozesse im Pflanzenreich, ein durch Phytohormone gesteuerter Prozess. Verantwortlich dafür ist vor allem das Phytohormon Ethylen, das von den Früchten vor Reifebeginn selbst gebildet oder auch von außen appliziert, wie z.B. bei der Bananenreifung oder bei Ethrelspritzungen. Dadurch werden eine Reihe von Stoffwechselprozesse in Gang gesetzt, die mit der Fruchtreife zusammenhängen. Dazu gehören z.B. das Weichwerden, die Farbänderungen, der Stärkeabbau und die Aromastoffbildung.
Zur reifestimulierenden Wirkung von Ethylen ist es notwendig, dass sich dieses mit sogenannten Rezeptor-Proteinen verbindet, die an den Membranen der Zellen lokalisiert sind. Erst dann kann Ethylen seine Signalwirkung zur Neusynthese oder Aktivierung von Enzymen weitergeben. Siehe dazu Abb.1.
Abbildung 1: Bildung und Wirkung von Ethylen und deren Beeinflussung durch Lagermaßnahmen bzw. durch MCP
Alle Maßnahmen zur Frischhaltung von Obst haben zum Ziel, den Reifeprozess von Früchten möglichst wirksam zu verlangsamen. Bei Kernobst lässt sich dies mit einer modernen Lagerungstechnologie vor allem durch niedrige Temperaturen und eine veränderte Gaszusammensetzung der Lageratmosphäre erreichen. Letztlich bewirken tiefe Temperaturen (0 bis +3 °C), stark verringerte Sauerstoff- (1-2% O2) und erhöhte Kohlendioxid-Konzentrationen (1-3% CO2) vor allem eine mehr oder weniger starke Hemmung der Bildung und Wirkung von Ethylen. Eine völlige Ausschaltung von Ethylen war jedoch bisher mit technischen Hilfsmitteln, wie z.B. durch den Einsatz von Ethylenabsorbern nicht möglich. Dagegen sind bereits seit einiger Zeit chemische Substanzen bekannt, die die Ethylenbildung zumindest vorübergehend verhindern können (z.B. AVG). Jedoch wurde erst mit der Entwicklung von 1-MCP eine Substanz entdeckt, die äußerst wirksam die Reife und Alterung bei einigen Obst- und Gemüsearten hemmen kann.
Wirkungsweise von 1-MCP
Wie bereits dargestellt wurde, ist die Übermittlung von reifestimulierenden Signalen durch Ethylen erst nach einer Bindung mit Rezeptor-Proteinen möglich. Diese Bindungsstellen können jedoch von 1-MCP sehr leicht besetzt und blockiert werden, so dass Ethylen nicht mehr erkennbar ist. Das hat zur Folge, dass
· die Bildung von pflanzeneigenem Ethylen gehemmt wird
· externes, d.h. in der Umgebungsluft vorhandenes Ethylen nicht wirken kann.
Unter Lagerbedingungen, bei denen der Stoffwechsel der Früchte sowieso schon vermindert ist, kann diese Blockierung der Ethylenwirkung über Monate anhalten. Bei höheren Umgebungstemperaturen wird Ethylen bei vielen Früchten jedoch nach Tagen bzw. Wochen wieder wirksam. Dies erfolgt dadurch, dass
· neue Rezeptoren gebildet werden
· die MCP Rezeptor-Komplexe aufgelöst werden.
Chemisch gesehen ist 1-Methyl-Cyclo-Propen eine synthetisch hergestellte gasförmige Substanz mit der Summenformel C4H6 und der im Folgenden dargestellten Strukturformel, wobei 1-Methyl- ... die Position der Methylgruppe angibt.
Durch die Doppelbindung besteht eine gewisse Ähnlichkeit zum Ethylenmolekül. Das MCP-Gas kann sich in Dextrin, einer stärkeartigen Substanz, einlagern und aus dieser durch Wasserzugabe freigesetzt werden. Eine Anwendung von MCP ist bisher nur in Gasform möglich, d.h. bei geernteten und in einem gasdichten Raum eingeschlossenen Früchten.
Toxizität und Zulassungssituation von MCP
MCP wurde von der amerikanischen Umweltschutzbehörde EPA (Environmental Protection Agency) als ein ’Biopesticid’ eingestuft und zwar weil es eine ähnliche Wirkungsweise wie ein Naturprodukt aufweist, ungefährlich ist und in geringster Dosis wirkt. Es hat eine sehr niedrige akute Toxizität, ist nicht mutagen, nicht krebserregend und nicht schädlich für die Fortpflanzung.
Außerdem hat es eine sehr niedrige Anwendungsrate bedingt durch die sehr niedrige notwendige Mittelkonzentration und nur einmal notwendige Anwendung. Dadurch bleiben die Rückstände extrem niedrig (unter 0,01ppm).
Auch hat MCP keinen negativen Einfluss auf Ozon und gegenüber Erd- oder Wasserorganismen. Insgesamt wird das Mittel von seiner Umweltverträglichkeit und Toxizität als sehr günstig beurteilt.
MCP ist außerhalb der Europäischen Union bereits in mehreren Ländern für die Anwendung beim Apfel zugelassen, wie in Chile, Argentinien, Neuseeland und USA. Für Südafrika und Israel wird die Registrierung in Kürze erwartet.
Auch für England soll als erstes europäisches Land noch dieses Jahr die Zulassung erfolgen, wobei England als Berichterstatter für den EU-Antrag fungieren wird. Hier soll eine Zulassung nach den Richtlinien eines Wachstumsregulators erfolgen.
In Deutschland haben bereits Gespräche mit der BBA stattgefunden und man möchte vor einem weiteren Vorgehen zuerst die Entscheidung der EU abwarten. Eine Beantragung zur Zulassung von MCP in Deutschland wird daher frühestens Ende 2003 denkbar und eine Zulassung nicht vor 2005.
Versuche mit MCP bei Apfel und Birne
Seit 2001 werden am Kompetenzzentrum für Obstbau in Bavendorf Lagerungsversuche mit MCP behandelten Äpfeln und Birnen durchgeführt (Tab. 1). Neben den Untersuchungen zur Beeinflussung der Fruchtqualität wie Fruchtfestigkeit, Farbe, Zucker- und Säure interessierte auch die Auswirkungen von MCP auf die Aromastoffbildung und auf einige physiologische Veränderungen wie die Atmung, die Ethylenbildung und den Energiestoffwechsel.
Die Versuche erfolgten mit der Birnensorte ‚Conference’ sowie den Apfelsorten ‚Jonagold’, ‚Elstar’, ;Rubinette’ und ‚Braeburn’. Die Früchte wurden zum optimalen Termin für Langzeitlagerung geerntet, sofort auf etwa 3-5 °C im Kühllager gekühlt und am folgenden Tag mit MCP behandelt.
Dazu wurden die Früchte in einem gasdichten Lagerbehälter im Kühllager eingeschlossen, die entsprechende Menge an MCP dazugegeben und das Gas für 20 Stunden einwirken lassen. Die MCP-Konzentrationen betrugen bei Birnen 312 ppb und bei allen Apfelsorten 625 ppb.
Tab. 1: Versuchsbedingungen
Lagerergebnisse
Von den untersuchten Qualitätsmerkmalen interessierte das Verhalten der Fruchtfleischfestigkeit besonders, zumal mit den Sorten ‚Elstar’ und ‚Rubinette’ zwei Apfelsorten untersucht wurden, bei denen der Säureabbau meist recht schnell voran schreitet. In Abb. 2 sind die Fruchtfleisch-Festigkeitswerte dieser beiden Sorten bei Lagerbeginn, unmittelbar bei Ende der 5-monatigen Lagerung und nach einer daran anschließenden Nachlagerperiode von 8 Tagen bei ca. 20°C dargestellt. Die Lagervarianten von ‚Elstar’ und ‚Rubinette’ verhielten sich etwa gleich. Sofort bei Lagerende war die Kühllager-Kontrolle gegenüber den MCP-behandelten Früchten im Kühllager deutlich abgefallen. Diese und alle andern Behandlungen lagen auf einem deutlich höheren Festigkeitsniveau, wobei nahezu kein Unterschied zwischen den in Luft gelagerten-MCP-Früchten und den unbehandelten CA-Früchten bestand. Die höchste Festigkeit zeigten die CA + MCP behandelten Äpfel.
Der größte Unterschied zeigte sich aber erst bei Ende einer Nachlagerungsperiode von 8 Tagen bei 20°C. In dieser Zeit verloren vor allem die unbehandelten CA-Früchte an Festigkeit, während die MCP-behandelten Früchte nahezu unverändert blieben.
Die Fruchtqualitätsmerkmale: lösliche Trockensubstanz (~Zuckergehalt), Säuregehalt und Änderung der Grundfarbe von Grün nach Gelb wurden durch die MCP-Behandlung je nach Art der Lagerung unterschiedlich beeinflusst. Nahezu unverändert von den verschiedenen Behandlungen blieb der Zuckergehalt der Früchte, wie dies für diesen Inhaltsstoff bei Lagerungsversuchen oftmals festgestellt werden kann.
Abb. 2: Wirkung von MCP auf die Fruchtfleischfestigkeit von ‚Elstar’ und ‚Rubinette’ Äpfeln nach 5 Monaten Kühl- bzw. CA-Lagerung und 8 Tagen Nachlagerung
Dagegen zeigte sich bei der Säure unmittelbar nach Lagerende in den Früchten im Kühllager ein deutlich höherer Gehalt zugunsten der MCP-Früchte. Bei dem CA-gelagerten Obst traten diese Unterschiede wiederum erst verstärkt nach 8 Tagen Nachlagerung bei 20°C in Erscheinung. Auch im Verlauf der Lagerung lag der Säuregehalt der MCP-behandelten Kühllagerfrüchte nur wenig unter den CA-Früchten, wie dies bei den Sorten ‚Jonagold’ und ‚Conference’ festgestellt wurde.
MCP scheint also vor allem ein schnelles Nachreifen der Früchte im Kühllager und nach Auslagerung zu verlangsamen, was sich besonders auf eine bessere Qualitätserhaltung während der Vermarktungsphase (‚shelf life’) bemerkbar macht. Dieser Einfluss auf die Nachreife kann auch recht gut auf dem Foto am Gelbwerden der ‚Jonagold’ Äpfel im Nachlager während 8 Tagen bei 20°C erkannt werden. Während auf der linken Hälfte des Fotos sich die Äpfel unmittelbar bei Ende der 5-monatigen CA-Lagerung farblich kaum unterscheiden, sind 12 Tage später die nur CA-gelagerten Äpfel deutlich gelber geworden und nachgereift, während die CA + MCP Äpfel noch ziemlich grün geblieben sind. Die anderen Sorten verhielten sich entsprechend ähnlich, besonders deutlich waren die Farbunterschiede zwischen den bei MCP-behandelten und unbehandelten ‚Conference’ Birnen im Kühllager.
Hervorzuheben bleibt außerdem, dass auch schwierig lagerbare Sorten wie ‚Rubinette’, die auch unter CA-Lagerbedingungen oftmals sehr schnell nachreifen und entsprechend weich und trocken im Fruchtfleisch wird, durch MCP in Kombination mit CA-Lagerung über 5 Monate bei sehr guter Festigkeit und Saftigkeit gelagert werden konnte.
Physiologische Erkrankungen
Während insgesamt durch die Verzögerung der Fruchtreife nach MCP-Behandlung die Widerstandsfähigkeit der Äpfel gegenüber parasitären Fruchtfäulen länger andauerte und somit weniger Fruchtfäulen auftraten, konnten bei ‚Braeburn’ Äpfeln und ‚Conference’ Birnen eine Zunahme von CA-spezifischen inneren Fruchtfleisch-verbräunungen festgestellt werden. Im Lagerversuch wurde die Zunahme an physiologischen Verbräunungen und Kavernenbildung bei MCP-behandelten Früchten jedoch nur dann beobachtet, wenn die Früchte unter zu hohen CO2-Bedingungen gelagert wurden, die solche Schäden provozieren können. Von einer gewissen innere Fleischbräune fördernden Wirkung nach MCP-Behandlung von empfindlichen Sorten ist also durchaus auszugehen. Auch in anderen Unter-suchungen wurde von einer Zunahme von Kernhausbräune nach MCP-Behandlung von ‚Braeburn’ Äpfeln berichtet.
Abb. 3: Wirkung von MCP auf die Bildung von Aromastoffen bei ‚Jonagold’ und ‚Conference’ Früchten während 8 Tagen Nachlagerung bei 20 °C im Anschluss an Kühl- bzw. CA-Lagerung
Beobachtungen zur Fruchtphysiologie
Beim Beginn und im Verlauf der Lagerung wurde sowohl die Ethylenbildung als auch die Atmung bei ‚Jonagold’ Äpfeln gemessen.
Die Wirkung von MCP konnte bereits unmittelbar nach der Behandlung im Verlauf von 8 Tagen bei 20°C an einem deutlichen Atmungsrückgang und einer völligen Hemmung der Ethylenbildung erkannt werden (Abb. 4). Dagegen zeigten die unbehandelten Kontrollfrüchte den für Äpfel typischen klimakterischen Atmungs- und Ethylen-Anstieg. Auch während der folgenden 5-monatigen Lagerung waren die Unterschiede in der Atmung und Ethylenbildung zwischen den MCP-behandelten und unbehandelten ‚Jonagold‘ Äpfeln erheblich, wobei die MCP-Früchte etwa nur halb so viel wie die Kontrollfrüchte atmeten bzw. überhaupt kein Ethylen bildeten. Bei den MCP-Äpfeln im Kühllager konnte jedoch nach 5 Monaten Lagerung eine deutlich nachlassende Reifeblockierung festgestellt werden, was auch an einer einsetzenden Ethylenbildung erkennbar wurde. Die in Abbildung 5 dargestellten Daten sind die Atmungswerte während einer jeweils 8-tägigen Nachlagerperiode im Anschluss an eine 1-, 3- bzw. 5-monatige Lagerung.
Abb. 4: Atmung und Ethylenbildung von ‚Jonagold’ Äpfeln während 8 Tagen Nachlagerung bei 20 °C unmittelbar nach der Ernte und MCP-Behandlung
Abb. 5: Atmung und Ethylenbildung von ‚Jonagold’ Äpfeln während 8 Tagen Nachlagerung bei 20 °C im Anschluss an Kühl- bzw. CA-Lagerung
Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Versuche mit dem Ethylen-Hemmstoff MCP bei der Langzeitlagerung mit Äpfeln und Birnen ergaben folgende Ergebnisse:
· MCP verhinderte Qualitätsverluste während und nach der Lagerung. Das Nachlagerverhalten war entscheidend verbessert. Besonders Festigkeit-, Säureabbau und Gelbwerden waren verlangsamt. Schwierig lagerbare Sorten, wie ‚Rubinette‘ und ‚Elstar‘, konnten erfolgreich gelagert werden.
· MCP verhinderte fast völlig die Aromabildung im Anschluss an die Lagerung, jedoch abhängig von der Reife und den Lagerbedingungen. Nach 5 Monaten Kühllagerung begannen die MCP-Früchte mit der Aromabildung.
· Parasitäre Fäulen waren durch die Reifeverzögerung reduziert. Aber: 1-MCP-behandelte und in erhöhtem CO2 gelagerte ‚Conference‘ Birnen und ‚Braeburn‘ Äpfel zeigten starken Befall mit innerer Fleischbräune.
· MCP verminderte sehr stark die Atmung und die Ethylenbildung, sowohl bei Kühl- als auch bei der CA-Lagerung.
Insgesamt scheint MCP neben einigen Einschränkungen eine ganze Anzahl von Vorteilen für die Lagerpraxis zu bieten. Besonders zu nennen wäre eine größere Flexibilität beim Erntetermin, bei der Einlagerung, beim Öffnen und beim Räumen des Lagers, bei der Lagerung von Problemsorten und besonders bei der besseren Qualitätserhaltung bei der Vermarktung, dem Transport und im Verkaufsregal des Lebensmitteleinzelhandels. Allerdings besteht die Gefahr, dass bei Behandlung von zu früh geernteten Äpfeln mit MCP und anschließender ULO-Lagerung die Früchte die Fähigkeit verlieren, beim Verbraucher überhaupt noch reif, d.h. genießbar zu werden.
Für eine abschließende Beurteilung dieses Mittels müssen daher weitere Versuche mit unterschiedlichen Sorten, Reifestufen, Mittelkonzentrationen und CA-Bedingungen erfolgen.
Sollte sich die Zulassungssituation im europäischen Raum soweit klären, dass für MCP eine Zulassung ausgesprochen wird, so wäre es im Sinne eines fairen Wettbewerbs zwischen den Erzeugerländern unbedingt notwendig, dass die Zulassung allgemein und etwa zeitgleich in allen europäischen Ländern erfolgen würde. |