Ethylen-Sensor ermittelt Fruchtreife

Der Reifungsprozess vieler Früchte wird ausgelöst, wenn Ethylen an einen bestimmten Rezeptor bindet. Bananen beispielsweise werden meist unreif geerntet, unter Stickstoffatmosphäre transportiert, um den Reifungsprozess zu stoppen, und vor der Auslieferung dann in einer „Reiferei“ mit Ethylen begast. Es darf aber nicht zuviel des Guten werden, sonst sind die Bananen rasch „überreif“. Entsprechend wichtig ist es, die Ethylenkonzentration in Lagerräumen genau zu kontrollieren. Aber auch die genaue Kenntnis, wieviel Ehtylen Früchte zu welchem Zeitpunkt ihrer Entwicklung freisetzen, ist interessant, etwa um den idealen Erntezeitpunkt zu ermitteln.

Als kleines unpolares Molekül lässt sich Ethylen nur schwer nachweisen. Konventionelle Methoden basieren meist auf teuren, aufwändigen Messgeräten, die für einen Einsatz vor Ort, etwa einer Obstplantage, nicht geeignet sind. Amerikanische Wissenschaftler haben nun einen kleinen transportablen Sensor entwickelt, der so geringe Ethylen-Konzentrationen, wie sie bei der Fruchtreifung freigesetzt werden, zuverlässig messen kann. Er ist dabei einfach und kostengünstig herstellbar.

Das Sensorelement besteht aus einer kleinen Glasplatte mit zwei Goldelektroden. Zwischen den Elektroden wird eine Mischung aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen und einem speziellen Kupferkomplex aufgetragen. Der Kupferkomplex lagert sich fest an die Kohlenstoffnanoröhrchen an. Kommt der Sensor mit Ethylen in Berührung, bindet das Ethylen an den Kupferkomplex. Dadurch wird dessen Bindung zu den Kohlenstoffnanoröhrchen gelockert. Die elektronischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhrchen reagieren sehr empfindlich darauf, wie stark die Wechselwirkungen zu den Kupferkomplexen sind. Ihr elektrischer Widerstand ändert sich in Abhängigkeit von der Ethylenkonzentration.

Die Forscher legten Früchte in eine luftdichte Kammer und leiteten Stickstoff hindurch und über den Sensor. So konnten sie die Ethylen-Ausdünstungen verschiedener Früchte vergleichen und die Veränderungen der abgesonderten Ethylenmenge einer Frucht während ihrer Reifung verfolgen. So zeigt sich ein deutlicher Ethylen-Peak während der Lagerung von Früchten, die nach der Ernte nachreifen, wie Bananen, Birnen und Avocados. Das Maximum wird erreicht, wenn die Frucht reif ist. Nicht nachreifende Früchte wie Orangen setzen dagegen gleichmäßig niedrige Ethylenmengen frei.

Literatur: Swager, T. M., et al.: Angewandte Chemie: Online: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201201042