Respiracao e AC - Domingos Almeida
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1 Respiração e efeitos da composição da atmosfera Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita Pós-graduação em Fruticultura Instituto Superior de Agronomia Domingos P. F. Almeida Taxas de respiração Classe Respiração a 5 ºC Produtos (mg CO 2.kg-1.h -1) Muito baixa <5 Nóz, avelã, castanha, amêndoa, tâmara Baixa 5 – 10 Maçã, citrinos, uva, kiwi, cebola, batata Moderada 10 – 20 Damasco, banana, cereja, pêssego, nectarina, pêra, ameixa, figo, couve, canoura, alface, pimento, tomate Alta 20 – 40 Morango, framboesa, amora, couveflor, abacate Muito alta 40 – 60 Alcachofra, feijão-verde, couve-deBruxelas, flores cortadas Extremamente alta >60 Espargo, brócolo, cogumelos, ervilha fresca, espinafre, milho-doce Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 2 Teor de açúcares em frutos Fruto Total Glucose Frutose Sacarose (% peso fresco) Abacate 0,4 Lima 0,7 Tomate 2,8 1,6 1,2 Pêra 10,0 2,4 7,0 1,0 Maçã 11,6 1,7 6,1 3,6 Ananás 12,3 2,3 1,4 7,9 Uva 14,8 8,2 7,3 Tâmara 61,0 32,0 23,7 8,2 Kays (1997) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 3 Conversões de carbohidratos • Amido à Glucose • Sacarose à glucose + frutose Transporte fotoassimilados • A sacarose é o a çúcar de transporte na maioria das plantas. • Sintetizada do citosol das células mesófilo. • Translocada no floema. • Utilizada nas células receptoras. • Mas alguns frutos não acumulam sacarose. • Para onde vai a sacarose ? Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 4 Invertase Sacarose + H 2O à glucose + frutose • Hidrólise irrevers ível. • Existem diversas formas de invertase, presentes em diversos compartimentos celulares: • Neuta • Citoplasma • Ácida • Vacúolo • Parede celular - Fracamente associada • Parede celular - Fortemente associada Invertase (mRNA e actividade) durante o desenvolvimento do bago de uva (Boss & Davies, 2001) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 5 Sacarose sintase Sacarose + UDP ßà UDP-glucose + frutose Reacção reversível, mas in vivo, a enzima cataliza a degradação da sacarose. Originalidades da mitocôndria vegetal Semelhante à dos animais em: • Morfologia • Composição de fosfolípidos nas membranas • Cadeia de transporte de electrões via citocromo oxidase e fosforilação oxidativa • Ciclo TCA Diferente no que diz respeito a: • Taxa de consumo de O 2 (por unidade de prote ína) muito maior nas mitocôndrias vegetais • Capacidade para oxidar NADH na ausência de citocromo c • Oxidação de ácidos gordos é muito baixa ou nula nas mitocôndrias vegetais • Oxidação de ácidos orgânicos importante. Ciclo TCA pode ser alimentado por malato. Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 6 Glicólise e fermentação alcoólica Glicose Hexoses-P F-1,6-BiP e Trioses-P ADP ATP ATP ADP ATP Fosfofructocinase ADP Etanol NAD+ NADH + H+ Compostos C3 fosforilados ADP Piruvato cinase ATP CO2 Acetaldeído Condições anaeróbicas Piruvato Condições aeróbicas Ciclo TCA Regulação da glicólise • Fosfofrutocinase (PFK, EC 2.7.1.11) Frutose- 6 - P + ATP → Frutose-1,6 - BiP + ADP + Pi PFK • PPi-fosfofrutocinase (PPK, EC 2.7.1.90) Frutose- 6 - P + PPi← →Frutose-1,6- BiP+ Pi PPK • Piruvato cinase (PK, EC 2.7.1.40) Fosfoenolp iruvato + ADP → Piruvato + ATP PK Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 7 Ciclo dos ácidos tricarboxílicos Piruvato Acetil-CoA Citrato CO2 cis-Aconitato Oxaloacetato NADH NAD+ Isocitrato Malato NAD+ NADH Complexo I CO2 α-Cetoglutarato NAD+ NADH Fumarato UQ FADH2 FAD Succinato GDP GTP CO2 Composição Ácidos orgânicos Málico Uva, ma çã, pêra, banana, pêssego, ameixa, cereja, brócolo, cenoura, alface, cebola Cítrico Citrinos, ananás, morango, figo, hortícolas de folhas, tomate, batata Tartárico Uva (~ málico) Oxálico Espinafre Isocítrico Amora Quínico Kiwi O teor em ácido málico decresce durante o amadurecimento O teor em açúcar aumenta (geralmente) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 8 Oxidação do malato CO2 Piruvato Piruvato desidogenase Enzima málica Malato Acetil-CoA Malato desidrogenase Citrato sintase Oxaloacetato Citrato PEP CO2 Transporte de electrões NADH Complexo II (Succinato desidrogenase) Complexo I (NADH desidrogenase) ADP + Pi ATP UQ Complexo III (Citocromo bc1 ) Oxidase Alternativa 0,5 ADP + 0,5 Pi 0,5 ATP Citocromo c Complexo IV (Citocromo oxidase) ADP + Pi ATP O2 Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 9 Efeito do etileno e cianeto na taxa de respiração Libertação de O2 em µL.g-1 .h-1 Produto Controlo Etileno Cianeto 6 16 18 35 150 150 Limão 7 16 21 Batata 3 14 14 Beterraba 11 22 24 Cenoura 12 20 30 Maçã Abacate Kays (1997) Cadeia de transporte de electrões na célula vegetal (Siedow & Umbach, 1995) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 10 Regulação do metabolismo em função da carga energética AMP ATP % total CE = ATP + 0,5 ADP ATP + ADP + AMP ADP Velocidade relativa Carga energética Adenilato cinase ATP + AMP ← →2 ADP Catabolismo Anabolismo Carga energética Relação entre a carga energética e a incidência de acidentes fisiológicos internos em pêra (Saquet et al, 2003) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 11 Quociente respiratório Substrato Equação da respiração QR Glucose C6 H12 O6 + 6 O2 à 6 CO2 + 6 H2 O 1,0 Ácido málico C4 H6 O5 + 3 O2 à 4 CO2 + 3 H2 O 1,3 Ácido esteárico C18 H36 O2 + 26 O2 à 18 CO2 + 18 H2 O Fermentação C6 H12 O6 à 2 C2 H6 O + 2 CO2 + 2 H2 O 0,7 >> 1 Classificação de frutos com base no padrão respiratório durante o amadurecimento Climactérico Abacate Ameixa Banana Carambola Damasco Diospiro Feijoa Figo Fruta pão Goiaba Kiwi Litchi * Maçã Manga Não-climactérico Maracujá Meloa Mirtilo Nectarina Papaia Pêra Pêssego Tomate Amora Ananás Azeitona Caju Cereja Kumquat Laranja Lima Limão Malagueta Melancia * Morango Pimento Tomateiro arbóreo Toranja Uva Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 12 Órgãos Climactéricos “Janela de Oportunidade ” Tamanho Respiração Órgãos Não-climactéricos (Exemplo da uva) Pintor Tamanho Respiração Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 13 O papel do climactérico respiratório? • Energia necessária para a síntese de novas enzimas associadas ao amadurecimento • Mas... • As necessidades são inferiores à energia produzida durante o climactérico • Frutos não-climactéricos • É possível dissociar o climactérico respiratório de algumas alterações associadas ao amadurecimento • Resposta ao etileno? • Hipótese da quase-autonomia da mitocôndria ? Efeito da concentração de O 2 na taxa de respiração Libertação de CO2 em mg.kg-1 .h-1 Temperatura (ºC) Produto 0 10 20 Ar 3% O2 Ar 3% O2 Ar 3% O2 Espargo 28 25 63 45 127 75 Couve-Bruxelas 17 14 50 35 90 70 Morango 15 12 52 45 127 86 Couve-flor 20 14 45 45 126 60 Alface 16 15 31 25 80 45 Pepino 6 5 13 8 15 10 Batata-primor 10 10 20 18 40 30 Cenoura 13 7 19 11 33 25 Tomate - - 15 6 30 12 Batata 6 5 4 3 6 4 Cebola 3 2 7 4 8 4 Kays (1997) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 14 Oxidases de elevado Km e de baixo Km Equação de Michaelis- Menten v= Vmax [S ] Km + [S] v= Vmax [S ] K 1 + [S] 2 Vmax ½.Vmax Km [S] K 1/2 – K m aparente Oxidases de baixo Km • Citocromo c oxidase • K1/2 = 0,25 – 5 % O 2 • Aumenta com a temperatura Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 15 Exemplos de oxidases (e oxigenases) de elevado Km • Polifenol oxidase (PPO) • o-di-hidroxifenois + O2 à o-benzoquinonas + H2 O • Lipoxigenase (LOX) • Motivo cis-cis-1,4-pentadieno OOH • R-CH=CH-CH2-CH=CH-R’ + O 2 à R-CH-CH-CH2-CH=CHR’ • Ácido linoleico (18:2 ∆9, 12) e linolénico • ACC oxidase (ACO) • ACC + ½ O2 à C2 H4 + CO2 + HCN • Oxidase alternativa Concentrações recomendadas de O 2 e de CO2 para algumas hortaliças (Saltveit, 2003) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 16 Concentrações recomendadas de O2 e de CO 2 para hortaliças que apresentam diferenças na mesma espécie (Saltveit, 2003) Atmosfera controlada 1929 Atmosfera controlada comercial 1965 “Low oxygen” (2%) 1978 “Ultra low oxygen” (1,2%) Será possível encontrar uma composição da atmosfera óptima? Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 17 Etapas para a determinação da concentração de O2 óptima (Saltveit, 2003) Respiração de alface e danos provados pela anaerobiose em atmosferas com diferentes concentrações de O2 Nota: no caso da alface o limite inferior do nível de O2 pode ser mais baixo do que o valor que induz fermentação pois os benefícios da redução do acastanhamento enzimático são maiores do que os efeitos indesejáveis no aroma. (Saltveit, 2003) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 18 “Atmosfera prática de segurança” e os benefícios da redução do O 2 Morango Maçã pré-climactérica + MCP K1/2 (20 ºC) = 1,0 kPa O2 Fermentação < 1,2 kPa O2 K1/2 (22 ºC) = 1,0 kPa O2 Fermentação < 1,5 kPa O2 Maçã amadurecimento K1/2 (22 ºC) = 9,0 kPa O2 Fermentação < 2,5 kPa O2 Regra de Van’t Hoff e Q10 Dentro do intervalo de temperaturas relevantes do ponto de vista fisiológico, a velocidade das reacções biológicas aumenta 2 a 3 vezes por cada aumento de 10 o C na temperatura. 10 R2 T2 −T1 Q10 = R1 Intervalo de temperatura (ºC) Valores do Q10 0-10 2.5-4.0 10-20 2.0-2.5 20-30 1.5-2.0 30-40 1.0-1.5 Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 19 Respiração: resumo C6H12O6 + 6 O 2 à 6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal Moles Massa (g) C6H12O 6 O2 CO 2 H2O 1 6 6 6 180 192 264 108 Atmosfera controlada e modificada Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita Pós-graduação em Fruticultura Instituto Superior de Agronomia Domingos P. F. Almeida Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 20 Atmosfera controlada • Vantagens • Inconvenientes • Produtos que beneficiam da utilização comercial da AC/AM Variáveis que podem ser controladas 1. 2. 3. 4. 5. 6. Duração do armazenamento Temperatura Humidade relativa Concentração de O 2 Concentração de CO2 Concentração de etileno Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 21 Evolução das recomendações para a maçã Cox’s Orange Pippin a 3,5 ºC em Inglaterra O2 (%) CO 2 (%) Duração armazenamento (semanas) Data aproximada 21 0 13 - 16 5 16 1920 3 5 21 1935 2 <1 27 1965 1,25 <1 31 1980 1 <1 33 1986 (In Thompson, 1998) Problemas na determinação da composição óptima da atmosfera • Variabilidade biológica • Tecnologia de sensores e controladores • Parâmetros mutuamente exclusivos Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 22 Elementos de uma câmara de AC (além da câmara frigorífica) • Revestimento estanque • Dispositivos de: • Regulação da concentração de CO2 • Regulação da concentração de O 2 • Limitação das variações de pressão • Válvulas • Balão de compensação • Analisadores • CO 2 • O2 • Eventualmente • Gerador de N2 • Sistema informático de gestão da atmosfera Colocação em regime • Fecho da câmara quando estabelecido o equilíbrio térmico • Redução do n ível de O2 • Respiração (lento) • Purga com N2 (rápido) • Elevação do nível de CO2 • Respiração Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 23 Sistemas de produção de N2 • Vantagens • Rá pida colocação em regime • Desvantagens • Custo de investimento • Custo de funcionamento • Sistemas • PSA – Pressure Swing Adsorption • Membranas fibras ocas PSA – Pressure Swing Adsorption (Wills et al., 1998) Filtro molecular com carvão activado que retém o oxigénio (Mazollier & Millet, 2002) Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 24 Membranas de fibras ocas (Wills et al., 1998; Mazollier & Millet, 2002) Controlo do O2 • Adição de O 2 • Ar atmosfé rico • Remoção de O 2 • Limites de tolerância • Concentração < 2%: ±0,15% • Concentração > 2%: ±0,30% Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 25 Controlo do CO2 • Adição de CO2 • Respiração • Botijas • Gelo seco (durante o transporte) • Redução do CO2 • Sistemas não renováveis • Cal Ca (OH ) 2 + CO2 → CaCO3 + H 2 O Capacidade: 1 kg cal absorve 0,4 kg CO 2 • Sistemas renováveis • Carvão activado • Filtro molecular: Silicato de aluminio cálcio • Tolerância: ±0,5% Sistemas hipobáricos • Armazenamento a pressão < patm • Cálculo da concentração de O2 pO2 = pcâmara − DPV × 21 pexterior • Pressões • Variável: 40-380 mmHg • Vantagem • Remoção do etileno • Problema • Controlo da perda de água • Manter o ar com humidade relativa ~100% Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 26 Controlo da câmara Analisador de CO2 : Infravermelhos Analisador de O2 : Paramagnético (Mazollier & Millet, 2002) Atmosferas modificadas • Embalagem em atmosfera modificada (MAP) • Geradas pelo produto de forma passiva • Modificadas activamente Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 27 Atmosfera modificada (Moldão & Empis, 2000) Modificação da atmosfera H2 O O2 CO2 O2 Interior embalagem H2 O CO2 Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia 28 Permeabilidade de alguns filmes Filme Transmissão de vapor de água (g/m2 /24 h) 38 ºC/90% HR Permeabilidade de filmes com 25 µm a 25 ºC (cm3 /m2/24h/atm) O2 N2 CO 2 Polietileno PEbd 18 7800 2800 42000 Polietileno PEad 7-10 2600 650 7600 Copolímero EVA 40-60 12500 4900 50000 Domingos Almeida • 2005 • Fisiologia e Tecnologia Pós-colheita • Pós-graduação em Fruticultura • Instituto Superior de Agronomia
