Ethylenentfernung in Obst- und Gemüselagerräumen

Der Stoffwechsel von frischem Obst und Gemüse geht auch nach der Ernte weiter. Beim Atmen produzieren sie nicht nur Kohlendioxid und Wasser, sondern auch Ethylen (C₂H₄). Ethylen ist ein Pflanzenhormon in gasförmiger Form. Sein Zweck besteht darin, Prozesse im Zusammenhang mit Alterung und Reifung zu regulieren. Wenn sich dieses Gas ansammelt, reifen Obst und Gemüse schneller, was schließlich zu einer Verschlechterung und verkürzten Nutzungsdauer führt und den Geschmack, die Textur und das Aussehen von Obst und Gemüse beeinträchtigen kann.

Mit unseren Geräten empfehlen wir je nach den jeweiligen Bedingungen zwei Methoden zur Entfernung von Ethylen in Obst- und Gemüselagerräumen an, Ethylenentfernung mittels photokatalytischer Oxidation und VUV-Photolyse. Die photokatalytische Oxidation (PCO = PhotoCatalytic Oxidation) eignet sich zur Zerstörung flüchtiger organischer Verbindungen, wie zum Beispiel Ethylen:

UVT

In unserem deckenmontierten Gerät zum Industriezweck verwenden wir UV-Licht und titandioxidbeschichtete Oberfläche, d.h. ein Photokatalysator. Wir nutzen die synergistische Wirkung von UV-C-Licht und TiO2-Photokatalysator aus. Um die Lagerluft durch die Anlage zirkulieren zu lassen, sind Ventilatoren eingebaut. Die Luft wird zunächst einem desinfizierenden UV-C-Licht ausgesetzt, dann strömt den von der Ultraviolettstrahlung aktiv werdende Photokatalysator berührend weiter.

Die obige Beschichtung ist ein Halbleiter und wenn Licht mit einer bestimmten Wellenlänge auf Titandioxid trifft, werden Elektronen (eˉ) aus dem Valenzband in das Leitungsband überführt. Gleichzeitig entstehen im Valenzband Elektronenlöcher (h⁺). Die Löcher oxidieren stark, während die Elektronen stark reduzierend wirken. Aus dem Wasser entstehen hochreaktive Hydroxylradikale (·OH) und aus dem Luftsauerstoff reaktive Superoxidradikale (·O₂ˉ). Als Ergebnis werden die Verunreinigungen abgebaut. Die ultravioletten Strahlen verändern die DNA-Struktur von Mikroorganismen und bewirken deren Zerstörung. Mikroben und organische Stoffe werden zu Wasser und Kohlendioxid mineralisiert.

Die VUV-Photolyse-Technik eignet sich auch für die Zerstörung flüchtiger organischer Verbindungen, wie z. B. Ethylen:

Die in der Reaktorkammer platzierten VUV-Lampen erzeugen aus dem Sauerstoff der Luft eine große Menge Ozon im Bereich von 185 nm. Die aus dem R-FILTER-Gerät austretenden Ozonmoleküle erreichen die Oberfläche von Obst und Gemüse und oxidieren das Ethylen, die Bakterien, Pilze und den Schimmel.

Bei der Ozonbehandlung wird Ethylen zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert:

C₂H₄ + 6O₃ → 2CO₂ + 2H₂O + 6O₂

Die UVS und UVS-M Geräte erzeugen Ozon innerhalb des Luftkanals, der für die Belüftung des Lagers sorgt. Die UVO-C Geräte leiten das Ozon in den Luftkanal von außen ein, der für die Belüftung des Lagers sorgt, oder direkt in den Luftraum des Lagers, während die UVO Mobilgeräte direkt in den Luftraum. Wenn ein Gerät aus dem Sauerstoff der Lagerluft Ozon erzeugt, hat das 254-nm-Licht der UV-Lampen auch eine vernichtende Wirkung auf Bakterien, Pilze und Schimmel. Ozon riecht stechend scharf und chlorähnlich. Seine oxidierende Wirkung reizt die Atemwege. Zulässige Arbeitsplatzgrenzwerte für Ozon im internationalen Vergleich:

• 0,1 ppm (0,2 mg/m³) für 8 Std.-Arbeitstag
• 0,2 ppm (0,4 mg/m³) für max. 15 Minuten

Die Ozonkonzentration zum Abbau von Ethylen hängt von der Größe des Lagers, der geplanten Nutzung, der Obst- und Gemüsesorte ab. Laut Literaturangaben kann sie sogar zwischen 0,1-0,3 ppm wirksam sein. Lagerbereiche sind in der Regel Bereiche mit höherer Luftfeuchtigkeit. Ozon zerfällt an Orten mit hoher Luftfeuchtigkeit schnell und muss schnell im gesamten Bereich verteilt werden. Hinsichtlich der Ethylenentfernung ergeben sich folgende Unterschiede zwischen den beiden beschriebenen Methoden::

• Die Entfernung von Ethylen bei der VUV-Photolyse-Behandlung ist viel schneller als bei PCO. Dies liegt daran, dass die Photokatalyse hauptsächlich an der Oberfläche des Katalysators stattfindet, während die Photolyse in der Gasphase erfolgt. Infolgedessen führt die VUV-Photolyse zu einer schnelleren und effizienteren Ethylenentfernung.
• Eine hohe relative Luftfeuchtigkeit fördert im Gegensatz zu PCO die Oxidation von Ethylen bei der Photolysetechnik. Bereits in sehr geringen Konzentrationen hat Ozon auch bei hoher Luftfeuchtigkeit eine spürbare keimtötende Wirkung auf Mikroorganismen in der Luft. Die Ozonsterilisation ist nur bei ausreichend hydratisierten Zellen wirksam.
• Eine niedrigere Temperatur behindert die Ethylenoxidation nur bei der Photolysetechnik.
• Die Durchführung einer Photolysebehandlung ist ein Verfahren, das große Sorgfalt erfordert. Bei der Behandlung sind die zulässigen Arbeitsplatzgrenzwerte für Ozon zu berücksichtigen. Nach der Behandlung muss der Lagerraum belüftet werden. Sicherheitsvorschriften finden Sie in Betriebsanleitungen für Geräte.

Referenz: [1]: Efficacy of photocatalysis and photolysis systems for the removal of ethylene under different storage conditions Postharvest Biology and Technology, Volume147, 2019 Namrata Pathak, ……, Promod V. Mahajan