Screening silic enkapsulovaných do jílových nanočástic pro inhibici klíčení brambor

Bc. Helena Dolečková

Master's thesis

Screening of nanoclay encapsulated essential oils for inhibition of potato sprouting

Abstract:

V lidském jídelníčku představují brambory významný zdroj škrobu, vitamínu C a draslíku. Během skladování brambory procházejí určitými fázemi, ve kterých dochází k intenzivnímu buněčnému dýchání spouštějící tvorbu klíčků. Jednou z možností, jak klíčení omezit je aplikace silic a čistých látek z nich izolovaných. Silice jsou sekundární metabolity rostlin a v roli přírodních inhibitorů tedy nepoškozují životního prostředí, zdraví zvířat ani lidí. K jejich izolaci se nejčastěji používá destilace nebo extrakce v různých modifikacích. Pro testování inhibiční aktivity byla za nejvhodnější metodu popsána enkapsulace aktivní látky do jílových nanočástic.V praktické části bylo testováno 21 čistých látek a 8 silic. Na základě předešlých studií byla pro tento pokus experimentálně zvolena koncentrace 300 µl /l silice či čisté látky, enkapsulované do 3 g bentonitu, umístěného na dně každé skladovací nádoby o objemu 1 l. Enkapsulované látky byly překryty filtračním papírem, aby nedošlo k přímému kontaktu s hlízami a zároveň se mohly postupně evaporizovat do prostředí nádoby během 3,5měsíčního skladovacího období. Každá varianta byla vyhodnocena ve třech opakováních. Během celkem deseti kontrolních bodů byly všechny zváženy, zkontrolovány na počet vyklíčených oček a přítomnost houbové infekce. Po každé kontrole byly nádoby uskladněny ve sklepě bez přístupu světla, s RV 60 % a teplotou 21 °C do dalšího kontrolního bodu. Výsledky měření potvrdily silnou inhibiční aktivitu karvonu a kmínové silice. Srovnatelnou retardaci klíčení vykazoval mentol, 4-terpineol, kafr, linalol, citronelal a silice citronely. U karvakrolu byla detekována pouze slabší inhibice. Jako látky, které naopak stimulující růst klíčků byly vyhodnoceny silice geranie, 𝛼-bisabolol, citronellyl propionát, vanilin, anisol, cedrol nebo limonen. Rozdíl hodnocených parametrů hlíz ošetřených účinnými retardanty od kontroly, byl patrný již v druhém kontrolním bodě. Klíčky ošeřených hlíz byly kompletně černé bez náznaku tvorby klíčků nových, zatímco klíčky kontroly rostly ve vrstvách přes sebe. Nejefektivnější inhibitory potlačily vznik klíčků po celé 3,5měsíční skladovací období a na ošetřených hlízách se houbová infekce nevyskytla na povrchu ani na klíčcích. Silice a čisté látky z nich izolované, tedy představují účinnou a zároveň šetrnou náhradu syntetických inhibitorů, doposud používaných v komerčním zemědělství.

Abstract:

In the human diet, potatoes (Solanum tuberosum) are an important source of starch, vitamin C, and potassium. During storage, potatoes go through certain phases, in which there is intense cellular respiration triggering the formation of sprouts. A suitable option to reduce germination might be an application of essential oils and pure substances isolated from them. Essential oils are secondary metabolites of plants, therefore as natural inhibitors, do not harm the environment, animal or human health. Distillation or extraction in various modifications is most often used to isolate them. For testing inhibitory activity, the encapsulation of the substance into clay nanoparticles was described as the most suitable method.In the practical part, 21 pure substances and 8 essential oils were tested. Based on previous studies, a concentration of 300 µl /l of essential oil or pure substance encapsulated in 3 g of bentonite placed at the bottom of each 1 l storage vessel, was experimentally selected for this experiment. The encapsulated substances were covered with filter paper to avoid direct contact with tubers and at the same time could gradually evaporate into the container environment during 3.5month storage period. Each variant was evaluated in triplicate. During a total of ten checkpoints, each variant was weighed, check for the number of germinated stitches and the presence of fungal infection. Then the vessels were stored in the cellar without light access, with an RH 60 % and a temperature of 21 °C until the next control point. The measurement results confirmed the strong inhibitory activity of carvone and cumin essential oil. Menthol, 4-terpineol, camphor, linalool, citronella and citronella essential oils showed comparable germination retardation. The expected retardation due to carvacrol was not confirmed and was very mild. Geranium essential oil, 𝛼-bisabolol, citronellyl propionate, vanillin, anisole, cedrol or limonene were evaluated as germ growth stimulants. The difference between the evaluated parameters of tubers treated with effective retardants compare to control was evident already at the second control point. The sprout of treated tubers was completely black with no sign of new sprouts, while the control sprouts grew in layers on top of each other. The most effective inhibitors suppressed the development of germs throughout the 3.5month storage period, and the treated tubers did not show any significant signs of fungal infection not even on the germs by this time. Essential oils and pure substances isolated from them, thus represent an effective, and at the same time gentle substitute for synthetic inhibitors used in commercial agriculture nowadays.

Keywords

inhibice klíčení, silice, těkavé látky, terpeny

Keywords

essential oils, volatiles, terpenes, sprout suppression

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 8. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Pavel Klouček, Ph.D.
• Reader: Petr Dvořák, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Nutrition and Foodstuffs / Nutrition and Foodstuffs