The effect of some coating processes on seed moisture and electrical conductivity in stored Oriental Beech (Fagus orientalis L.) seeds

Abstract

Background and aims Two of the most important factors that cause the vitality and vigor of seeds to decrease with aging are seed moisture and temperature. However, even if the seeds are stored at appropriate temperature and humidity, they age over time. Deterioration of cell membranes is another important hypothesis explaining aging in seeds and can be measured as increases in the electrical conductivity of substances leaking from the seed during aging. Biological-based coatings are mostly applied to seeds in the agricultural field and to foods in the food industry to extend their storage and shelf life. Chitosan, one of them, shows antioxidant activity by prolonging the post-harvest life of fruits and vegetables, promoting plant growth, quenching free radicals or binding metal ions. In addition, synthetic antioxidants such as butylated hydroxytoluene (BHT) and butylated hydroxyanisole (BHA) are frequently used to inhibit the formation of free radicals and prevent lipid auto-oxidation and food spoilage. Propolis, perceived as a natural antioxidant and antibacterial source, is very effective in extending the storage life of fruits and vegetables thanks to its antimicrobial, antifungal, antioxidative or antibacterial properties. Methods In this study, the effects of different coating applications on seed moisture and EC in delaying the time-dependent aging effects that occur during storage in oriental beech (Fagus orientalis L.) seeds, which are in the recalcitrant seed group, are investigated. In this context, pre-treated seeds were stored for 16 months. Results In the study, single, double and triple interactions of all factors had statistically significant effects on both moisture value and EC value in pre-treated and stored seeds. It was determined that all applications, especially after 4 months, significantly reduced the seed EC value and moisture content. Conclusions It is recommended to use chitosan as a coating material for short-term storage.

Keywords

• Chitosan
• coating
• propolis
• seed
• aging

Depolanmış Doğu Kayını (Fagus orientalis L.) tohumlarında bazı kaplama işlemlerinin tohum nemi ve elektriksel iletkenlik üzerine etkisi

Abstract

Giriş ve Hedefler Tohumlarda yaşlanma ile birlikte canlılık ve gücün azalmasına neden olan en önemli faktörden ikisi tohum nemi ve sıcaklıktır. Bununla birlikte; tohumlar her ne kadar uygun sıcaklık ve nem koşullarında depolansalar da zamana bağlı olarak yaşlanmaktadırlar. Hücre membranlarının bozulması, tohumlarda yaşlanmayı açıklayan bir başka önemli hipotezdir ve yaşlanma esnasında tohumdan sızan maddelerin elektriksel iletkenliğinde (EC) meydana gelen artışlar olarak ölçülebilmektedir. Daha çok zirai tohumlarda ve gıda endüstrisinde gıdalarda depo ve raf ömrünü uzatmak için biyolojik tabanlı kaplamalar uygulanmaktadır. Bunlardan biri olan kitosan, meyve ve sebzelerin hasat sonrası ömrünü uzatmak, serbest radikalleri söndürerek veya metal iyonlarını bağlayarak antioksidan aktivite göstermektedir. Ayrıca, bütillenmiş hidroksitoluen (BHT) ve bütillenmiş hidroksianisol (BHA) gibi sentetik antioksidanlar, serbest radikallerin oluşumunu engellemek ve lipit oto-oksidasyonunu ve gıda bozulmasını önlemek için sıklıkla kullanılmaktadır. Doğal bir antioksidan ve anti-bakteriyel kaynak olarak olan propolis ise antimikrobiyal, antifungal, antioksidatif veya anti-bakteriyel özeliği ile meyve ve sebzelerin depo ömrünü uzatmada oldukça etkili olmaktadır. Yöntemler Bu çalışmada; Doğu kayını (Fagus orientalis L.) tohumlarında depolama boyunca meydana gelen zamana bağlı yaşlanma etkilerinin geciktirilmesinde farklı kaplama uygulamalarının (kitosan, kitosan+BHT+BHA, kitosan+propolis) tohum nemi ve EC üzerine etkisi araştırılmıştır. Bu kapsamda ön işlem yapılan tohumlar 16 ay boyunca depolanmıştır. Bulgular Çalışmada ön işlem yapılıp, depolanan tohumlarda bütün faktörlerin tekli, ikili ve üçlü etkileşimlerinin hem tohum nemi hem de EC üzerine istatistiksel olarak anlamlı etkileri tespit edilmiştir. İlk dört ay sonunda yapılan bütün uygulamaların tohum EC değerini ve nem içeriğini önemli ölçüde düşürmüştür. Sonuçlar Kısa süreli depolamada kaplama materyali olarak kitosan kullanımı önerilmektedir.

Keywords

• Kitosan
• kaplama
• propolis
• tohum
• yaşlanma

References

1. Arı, F. (2016). Kaz etinin depolama stabilitesi üzerine nar ve üzüm çekirdeği ekstraktlarının etkisinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
2. Arslan, G. (2011). Farklı sıcaklıklarda muhafaza edilen tereyağının raf ömrü üzerine çeşitli antioksidanların (alfa-tokoferol, BHA, BHT) etkisi. Yüksek Lisans Tezi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
3. Babich, H. J. E. R. (1982). Butylated hydroxytoluene (BHT): a review. Environmental Research, 29(1), 1-29.
4. Bankova, V. (2005). Chemical diversity of propolis and the problem of standardization. J. Ethnopharmacol., 100, 114–117.
5. Berjak, P., Pammenter, N. W. & Vertucci, C. W., (1992). Homoiohydrous (recalcitrant) seeds: developmental status, desiccation sensitivity and the state of water in axes of Landolphia kirkii Dyer. Planta, 186, pp. 249-261.
6. Bradford, K.J. ve Bewley, J.D. (2002). Plants, Genes and Crop Biotechnology (İkinci Baskı). Editör: Chrispeels, M.J. ve Sadava, D.E. Jones and Bartlett, Boston. s:210- 239. Bonner F.T. (1990). Storage of seeds: potential and limitations for germplasm conservation, For. Ecol. Manag. 35,35–43.
7. Bonner, F.T. (2008). Storage of seeds. The Woody Plant Seed Manual. USDA Forest Service Agriculture Handbook 727.
8. Büyükyılmaz, N (2018). Sentetik antioksidanların bitkisel yağların oksidatif ve termal stabilizesine etkisinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.

9. Coolbear P (1995). Mechanisms of seed deterioration. In: A S Basra (Ed.) Seed quality: Basic mechanisms and agricultural implications, Food Products Press, New York, 223-277.
10. Çoban, M. Z. (2021). Effectiveness of chitosan/propolis extract emulsion coating on refrigerated storage quality of crayfish meat (Astacus leptodactylus). CyTA-Journal of Food, 19(1), 212-219.
11. Dandik, L., Sahin, E., Karaosmanoğlu, F., Isiğigür, A., & Aksoy, H.A. (1992). characteristics of beechnut oil (Fagus orientalis Lipsky) of Turkish origin. Journal of the American Oil Chemists Society, 69, 1274-1275.
12. Demirkaya, M. (2006). Soğan (Allium cepa L.) tohumlarında canlılık kaybı ve onarım aşamasında meydana gelen fizyolojik değişimler. Doktora Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa.
13. Demirkaya, M., & Sivritepe, H.Ö. (2011). Yaşlanma esnasında soğan tohumlarında meydana gelen fizyolojik ve biyokimyasal değişimler. Journal of Agricultural Sciences, 17(2), 105-112.
14. Erol, S. A. (2019). Depolama süresinin börülce (Vigna unguiculata (l.) walp)de tohum canlılığı ve fide özellikleri üzerine etkileri. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
15. Fan, Y., Xu, Y., Wang, D., Zhang, L., Sun, J., Sun, L. & Zhang, B. (2009). Effect of alginate coating combined with yeast antagonist on strawberry (Fragaria× ananassa) preservation quality. Postharvest Biology and Technology, 53(1-2), 84-90.
16. Farrant, J. M., Pammenter, N. W. & Berjak, P., 1986. The increasing desiccation sensitivity of recalcitrant Avicennia marina seeds with storage time. Physiol Plant, 67, 291-298.
17. Genç, M., (2006). Silvikültürel Uygulamalar Ders Kitabı, Süleyman Demirel Üniversitesi SDÜ Basımevi Yayın No: 68, Isparta.
18. Guan, Y. J., Hu, J., Wang, Xian, j., Shao and Chen-xia. (2009). Seed priming with chitosan improves maize germination and seedling growth in relation to physiological changes under low temperature stress. J. Zhejiang Univ. Sci., 10(6), 427–433.
19. Gosling P.G. (1991). Beechnut storage: A review and practical interpretation of the scientific literature. Forestry, 64, 51-59.
20. Hameed, A., Sheikh, M. A., Hameed, A., Farooq, T., Basra, S. M. A. & Jamil, A. (2013). Chitosan priming enhances the seed germination, antioxidants, hydrolytic enzymes, soluble proteins and sugars in wheat seeds. Agrochimica, 57(2), 97-110.
21. Hamid, S. A. (2015). Chemical and biochemical aspects of seed dormancy and recalcitrance in hazelnuts (Corylus Avellana L). Doctoral Thesis, Teesside University, Ukraine.
22. ISTA, (1993). International rules for seed testing. Seed Science ve Technology, Supplement, Rules. 21, 177–37.
23. ISTA, (2009). International Rules for Seed Testing. The International Seed Testing Association, Zurichstr 50, CH-8303, Bassesdorf, Switszerland.
24. Karaca, A. (2020). Yaşlanan domates tohumlarının melatonin profilinde meydana gelen değişimlerin incelenmesi. Doktora Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
25. Karre, E. A. (2009). An overview of some natural antioxidants used in meat and poultry products. Kansas State University. Manhattan, Kansas.
26. Korkmaz, A., Ozbay, N., & Eser, B. (2004). Assessment of vigor characteristics of processing tomato cultivars by using various vigor tests. Asian Journal of Plant Sciences, 3(2), 181-186.
27. Köklü, Ş. (2016). Melatoninin biber tohumlarının yaşlanması üzerine etkilerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, KSÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
28. Kulan, G. (2018). Haşhaş (Papaver somniferum L.) tohum partilerinde tohum gücünü belirlemek amacıyla hızlı yaşlandırma testinin kullanımı. Yüksek Lisans Tezi, Osman Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
29. León-Lobos, P., & Ellis, R. H. (2002). Seed storage behaviour of Fagus sylvatica and Fagus crenata. Seed Science Research, 12(1), 31-37.
30. Palabıyık, B. (2006). Depolama süresinin bazı fasülye (Phaseolus vulgaris L.) çeşitlerinde tohum canlılığı, tane verimi ve verimle ilgili özellikler üzerine etkileri. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
31. Pereira, A. L. F., Vidal, T. F., Teixeira, M. C., Oliveira, P. F. D., Pompeu, R. C. F. F., Vieira, M. M. M., & Zapata, J. F. F. (2011). Antioxidant effect of mango seed extract and butylated hydroxytoluene in bologna-type mortadella during storage. Food Science and Technology, 31, 135-140.
32. Petriccione, M., Mastrobuoni, F., Pasquariello, M. S., Zampella, L., Nobis, E., Capriolo, G., & Scortichini, M. (2015). Effect of chitosan coating on the postharvest quality and antioxidant enzyme system response of strawberry fruit during cold storage. Foods, 4(4), 501-523.
33. Poulsen, K. M. (1993). Predicting the storage life of beech nuts. Seed Sci. Technol., 1, 499-514.
34. Poulsen, K.M. and Knudsen, H. (1999). Viability constants based on eight years storage of beech nuts (Fagus sylvatica L.). Seed Science and Technology 27, 1037–1039.
35. Pukacka, S., & Ratajczak, E. (2007). Age-related biochemical changes during storage of beech (Fagus sylvatica L.) seeds. Seed Science Research, 17(1), 45-53.
36. Roberts EH. 1973. Predicting the storage life of seeds. Seed Science and Technology 1, 499-514.
37. Shaban, M. 2013. Biochemical aspects of protein changes in seed physiology and germination. International Journal of Advanced Biological and Biomedical Research, 1(8), 885-898.
38. Silva-Castro, I., Diez, J. J., Martín-Ramos, P., Pinto, G., Alves, A., Martín-Gil, J., & Martín-García, J. (2018). Application of bioactive coatings based on chitosan and propolis for Pinus spp. protection against Fusarium circinatum. Forests, 9(11), 685.
39. Sucharitha, K. V., Beulah, A. M., & Ravikiran, K. (2018). Effect of chitosan coating on storage stability of tomatoes (Lycopersicon esculentum Mill). International Food Research Journal, 25(1), 93-99.
40. Suszka B. 1975. Cold storage of already after-ripened beech (Fagus silvatica L.) seeds. Arboretum Kornickie 20, 299–315.
41. Şenol Yazkan, S.N. (2022). Kestane propolisinden bioaktif bileşik ekstraksiyon proseslerinin yüzey yanıt yöntemi ile optimizasyonu ve ekstraktların karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Kastamonu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kastamonu.
42. Tang, S., Kerry, J. P., Sheehan, D., Buckley, D. J., & Morrissey, P. A. (2001). Antioxidative effect of added tea catechins on susceptibility of cooked red meat, poultry and fish patties to lipid oxidation. Food research international, 34(8), 651-657.
43. Ucak, I., Khalily, R., Carrillo, C., Tomasevic, I., & Barba, F. J. (2020). Potential of propolis extract as a natural antioxidant and antimicrobial in gelatin films applied to rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fillets. Foods, 9(11), 1584.
44. URL1, (2024) The diffrence between orthodox, intermediate and recalcitrant seed. https://saveplants.org/best-practices/difference-between-orthodox-intermediate-and-recalcitrant-seed Erişim tarihi: 27.04.2024
45. Wawrzyniak, M. K., Kalemba, E. M., Wyka, T. P., & Chmielarz, P. (2022). Changes in reserve materials deposited in cotyledons of pedunculate oak (Quercus robur L.) seeds during 18 months of storage. Forests, 13(12), 2142.
46. Yao, H. & Tian, S. (2005). Effects of pre-and post-harvest application of salicylic acid or methyl jasmonate on inducing disease resistance of sweet cherry fruit in storage. Postharvest Biology and Technology, 35(3), 253-262.
47. Yavuzer, E. (2014). Patates, yer elması, şeker pancarı ve kırmızı pancar kabuğu ekstraktları ilaveli buzun, gökkuşağı alabalığı (Oncorhynchus mykiss) filetolarının muhafazası süresince (3±1℃) duyusal, kimyasal ve mikrobiyolojik etkilerinin incelenmesi. Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.
48. Yılmaz, M. (2008). Three-year storage of oriental beechnuts (Fagus orientalis Lipsky). European Journal of Forest Research, 127(5), 441-445.
49. Yılmaz (2019). Mikro enkapsülasyon ile kitosan ve propolis karışmının kaplama materyali olarak kullanımı. Yüksek Lisans Tezi, Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sivas.