BRPI0705830B1

BRPI0705830B1 - Sistema de aplanação para avaliar a firmeza dependente da pressão celular em folhas e segmentos de face plana de órgãos macios

Info

Publication number: BRPI0705830B1
Application number: BRPI0705830-6A
Authority: BR
Inventors: Gimenez Calbo Adonai; Dalton Cruz Pessoa José
Original assignee: Embrapa - Empresa Brasileira De Pesquisa Agropecuária
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2018-04-03
Also published as: US8656757B2; WO2009009850A1; US20100311100A1; BRPI0705830A2

Abstract

sistema de aplanação para avaliar a firmeza dependente da pressão celular em folhas e segmentos de face plana de órgáos macios. o sistema de aplanação em anteparo (1) permeado por ar desta invenção é um instrumento versátil para medir a firmeza dos tecidos gerada pela pressão de turgescéncia celular de folhas e de segmentos de órgãos com paredes celulares finas e elásticas de muitos caules, folhas, frutos e raízes. é composto de uma fonte de ar com vazão máxima ajustada (6), um elemento poroso (2) gravado em um anteparo (1), através do qual flui ar, e um dispositivo para aplicação de compressão (4). para a medição o órgào é pressionado progressivamente contra o anteparo até que a interrupção reversível da vazão do ar que atravessa o elemento poroso (2) seja indicativo do adequado aplainamento da folha contra o anteparo. nesta condição toma-se a leitura da firmeza como pressão de aplanação (5). este firmômetro possibilita avaliações da qualidade pós-colheita e medições para estudos de ecofisiologia e para a aferição de procedimentos de manejo de irrigação.

Description

(54) Título: SISTEMA DE APLANAÇÃO PARA AVALIAR A FIRMEZA DEPENDENTE DA PRESSÃO CELULAR EM FOLHAS E SEGMENTOS DE FACE PLANA DE ÓRGÃOS MACIOS (73) Titular: EMBRAPA - EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. CGC/CPF: 00348003000110. Endereço: Parque Estação Biológica PqEB - Final W/3 Norte - Plano Piloto, Brasília, DF, BRASIL(BR), 70770-901 (72) Inventor: ADONAI GIMENEZ CALBO; JOSÉ DALTON CRUZ PESSOA

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 03/04/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 03/04/2018

Assinado digitalmente por:

Júlio César Castelo Branco Reis Moreira

Diretor de Patente

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Relatório Descritivo de Patente de Invenção: “SISTEMA DE APLANAÇÃO PARA AVALIAR A FIRMEZA DEPENDENTE DA PRESSÃO CELULAR EM FOLHAS E SEGMENTOS DE EAC E PLANA DE ÓRGÃOS MACIOS”.

CAMPO DA IN\INÇÀO

A presente invenção refere-se a um sistema desenvolvido para medir a tinne/a dependente da pressão de turgescêneia celular de folhas e segmentos planares de órgãos eom células de paredes tinas e flexíveis, parenq ui matosas. para aplicações em ecoíisioiogia. aferição do manejo de irrigação e em avaliação da qualidade pos-eolheita de folhas e produtos segmentados. Neste sistema as amostras são gradativamente ló comprimidas contra um anteparo que contém inserido ou gravado um elemento poroso que é atravessado por um fluxo de ar. Logo que esta compressão toma-se suficiente para que o órgão obstrua o fluxo de ar, então o órgão foi aplanado contra o anteparo. Nesta condição, reversív el, a leitura da pressão é a medida da firmeza. Este sistema é simples e possibilita a construção de instrumentos portáteis para medir a firmeza dependente da pressão de turgescêneia celular.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A técnica de aplanação vem sendo utilizada pelo menos desde 1957 quando foi desenvolvido o tonômetro de Goldman para uso oftalmológieo (ver Amaral et al. Arquivos Brasileiros de Oftalmologia 69:41-45. 2006). Em plantas. Berstein &

Lustig (ver Vitis 20:15-21. 1981: Scientia Horticulturae 25:129-136. 1985) foram pioneiros do uso desta técnica em bagas de uva e em outros frutos suculentos similares. Caibo & Caibo (ver Revista Brasileira de Fisiologia Vegetal 1:41-45. 1989) estenderam os fundamentos desta medição, que servia para órgãos que poderíam ser tratados como uma esfera envolta por uma membrana, para outros órgãos convexos com tecido dennal regular e parenquimatoso. Dois modelos simples de aplanadores e um procedimento rápido para avaliar a área amassada foram desenvolvidos por Caibo & Nery (ver Horticultura Brasileira 12:14-18. 1995). juntamente com algumas condições de contorno que devem ser atendidas para que as medições da firmeza dependente da turgescêneia celular sejam válidas.

A ocorrência de deformações celulares reversíveis durante medições de tinne/a pela técnica de aplanação foram posteriormente evidenciadas (ver Caibo et al. Annals of Botany 76:365-370, 1995; Pereira & Caibo Pesquisa Agropecuária Brasileira

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35:2429-3436. 2606). Adicionalmente. Caibo & \cry (ver Bra/ilian Archives of Biology and Technology 44:41-48. 2661) demonstraram que para alguns tipos de urramos celulares pode haver relações matemáticas simples entre a firmeza medida com a técnica de aplanação e a pressão de turgescêneia celular em tecidos com paredes celulares lí nas. medidas pela porcentagem de volumes gasosos interceiulares inicialmente contidos nos tecidos.

Atualmente a medida dc firmeza de frutas c hortaliças por aplanação vem sendo utilizada, principalmente no Brasil, porque é uma medida de firmeza dependente da fisiologia e do estado hídrico da planta que pode ser feita repetidamente em um mesmo órgão. Assim para a seleção de genótipos. Andrade et a/.. (ver Pesquisa Agropecuária Brasileira 40:555-561. 2005) desenvolveram um critério para a determinação da meia vida de conservação de frutos de tomate que possibilita a seleção dos frutos com maior capacidade de armazenamento. Esta tecnologia estatística pode ser estendida a vários outros frutos elimatérieos. Em goiaba e manga a técnica de aplanação também tem sido utilizada para determinar a perda de firmeza destes frutos causada pelo amadurecimento. Em hortaliças como a berinjela, a beterraba (ver Kluge et al. Scientia Agrícola 56:1045-1050. 1999) e a cenoura (ver Caibo Bragantia 59:7-10. 2000: Caron et al. Elorticultura Brasileira 21:597-600, 2003) a técnica de aplanação tem sido usada para determinar a perda de firmeza causada pela transpiração durante o armazenamento. Para aplicação em engenharia, medidas de firmeza de frutas e hortaliças pela técnica dc aplanação juntamente com o uso de um modelo matemático simples possibilitou a determinação da altura máxima de pilhas de produto e a determinação da altura máxima de embalagens para a maioria das frutas e hortaliças comercializadas no Brasil (ver Luengo et al. Horticultura Brasileira 21:704-707. 2003:

Luengo, Tese de doutorado. Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz. Piracicaba. 77p. 2006).

A técnica de aplanação conforme descrito por Caibo & Nery (ver Horticultura Brasileira 12:14-18. 1995) se presta para a medição de firmeza de órgãos convexos com tecido dermal regular e parenqui matoso. Assim, órgãos eom irregularidades, órgãos laminares e órgãos segmentados requerem o desenvolvimento de procedimentos específicos para que possam ser medidos com praticidade. Para estas aplicações um sistema de aplanação de ponta porosa para a aplicação da técnica de

9 aplanaçào foi testado para a comparação dos efeitos de estresses de falta de agua durante o eulti\o de alface em \aso (\er Caibo tlí Congresso Brasileiro de Fisiologia Vegetal. Viçosa. 100]). Apesar de promissores, os resultados obtidos com aquele sistema de aplanaçào envolviam uma deformação expressiva da folha na borda da ponta porosa (2). razão pela qual o uso daquele tipo de instrumento foi interrompido.

Sistemas nos quais se aplica compressão podem também ser utilizados para outras finalidades. Assim. Shayo-Ngowi & Campbell (ver Agronomy Journal ”2:567-568. 10156) desenvolveram uma prensa hidráulica” para estimar a tensão da agua em tolhas e tecidos segmentados. Para este tipo de medição de segmentos, tipicamente com área de 25 mm' e com espessura de até 3 mm, são comprimidos sob a placa de vidro transparente até começar a sair seiva nos feixes vasculares do segmento comprimido. Segundo Eldrege & Shoek {ver American Potato Journal 67:307-312. 1990) o método da “prensa hidráulica” apresentou boa correlação com a tensão da água medida com a câmara de pressão em folhas de batata. Este autor, no entanto, alerta sobre a falta de base teórica para o emprego da “prensa hidráulica”, deficiência que na verdade foi parcialmente superada com os desenvolvimentos apresentados nos trabalhos de Caibo et al. (ver Annals of Botany 76:365-370, 1995) e Caibo & Ncry (ver Brazilian Archives of Biology and Technology 44:41-48, 2001).

A medição de firmeza de folhas, por outro lado, tem sido considerado um assunto não adequadamente resolvido. Uma alternativa para a medição da firmeza dependente da hidratação das folhas foi descrito por Heathcote et al. (ver Journal of Experimental Botany 30:811-816. 1979). Sobre a ponta de prova com cavidade circular a deformação da superfície da folha era induzida pressionando-se uma haste centralizada sobre a lâmina foliar. Alternativamente. a folha era pressionada por uma lâmina que atuava no meio de barras paralelas, sobre as quais a folha ficava apoiada. A distância entre estas barras deve ser tanto maior quanto mais espessa e dura for a folha. Conforme descreveu Tumcr & Sobrado (ver Journal of Experimental Botany 34:15621568. 1983), este tipo de método é sensível à espessura da lâmina foliar e por isto é difícil a comparação entre diferentes folhas, mesmo que seja de uma única planta. Adicionalmente, as irregularidades e a distribuição de nervuras, são fontes de variação relevantes para o emprego de métodos análogos aos preconizados por Heathcote et al. (ver Journal of Experimental Botany 30:811-816, 1979).

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Nota invenção <loere\e-se um novo tipo dc aplanador paia medir u lirmeza dependente da turgeseêneia celular dc folhas c de segmentos planares de orgãos que resolve a maioria das limitações apresentadas pelos sistemas anteriormente desem olvidos. liste novo sistema de aplanaçào faz uso de um anteparo contendo um elemento poroso por onde escoa um fluxo de ar, que graças ao seu sistema de compressão se presta para medir firmeza de folhas e de segmentos planares de órgàos. como frutas e hortaliças, desde que sejam constituídas de tecidos macios nos quais a íirmeza seja modulada pela pressão de turgeseêneia no interior de células de paredes tinas.

Sl MÁRIO DA INVENÇÃO

O sistema de aplanaçào em anteparo (1) permeado por ar em um elemento poroso (2) desta invenção é um instrumento para medir a firmeza dos tecidos gerada pela pressão de turgeseêneia celular em folhas e segmentos laminares de órgãos com paredes celulares elásticas e parenquimatosas de frutas e hortaliças segmentadas, O sistema é composto de uma fonte de ar com pequena pressão (6) de onde sai uma vazão de ar ajustada em urna restrição (13). para um anteparo (1) com um elemento poroso (2) por onde escoa o ar e um dispositivo para aplicar e medir a compressão (5) aplicada. Para a medição o órgão é pressionado progressivamente por uma membrana (4), até que o fluxo de ar através do elemento poroso (2) no anteparo (1) seja interrompido pelo aplainamcnto da superfície do órgão (3). A leitura desta menor pressão que interrompe o tluxo de ar. de maneira reversível, é a medida da firmeza. Este sistema de aplanaçào é um dispositivo para avaliação da qualidade pós-colheita, para estudos ecofisiológieos e para a aferição de práticas dc manejo de irrigação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Figura 1 - Esquema de um sistema de aplanaçào em anteparo permeado por ar contendo uma câmara, pneumática ou hidráulica, para a aplicação de compressão (14) durante a medição da firmeza dependente da pressão nas células.

Figura 2 - Esquema do sistema para ajuste do tluxo de ar que pode ser utilizado como módulo de referência no sistema de aplanaçào em anteparo permeado por ar.

Figura 3 - Esquemas de tipos de elementos porosos para permeação de ar através de anteparo.

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Figura 4 ÍAquenin do 4dem;i pura ajuste de fluxo de ar e mediçât» do mesmo em manó metro ou transdutor de pressão.

)ESCRIÇÀO DETALHADA DA 1 \\ 'I \(/À<)

O sistema de aplanação em anteparo (1) permeado por ar desta invenção.

de acordo com as Figuras 1.2. 3 e 4. é um dispositivo para medir firmeza dependente da pressão celular tie acordo com a menor compressão necessária para causar a adequaria aplanação do órgão contra um anteparo (1) com elemento poroso (2) por onde escoa ar. .\ compressão da íóiiia ou de segmentos planares e imposta por uma membrana (4) ate que ocorra a interrupção, reversível, do fluxo de ar através do elemento poroso (2). Este menor valor de compressão é a medida da firmeza que causa a adequada aplanação do órgão contra o anteparo (1). Os componentes básicos deste sistema são:

a) Anteparo {1) com elemento poroso (2) inserido ou gravado.

b) Um módulo de referência (6) para a indicação reversível da pressão mínima que causa a adequada aplanação da amostra contra o anteparo poroso (2). O módulo de referência pode ser construído com uma fonte de gás à pressão ajustada (1 a 5 KPa) cujo fluxo não obstruído também seja ajustado. Para pontas de prova com diâmetro de 5 mm de diâmetro um fluxo de ar ao redor de 2 mL.min seria adequado. Constituem o módulo de referência urna fonte de ar pressurizado, por exemplo, um mini-compressor de ar (10). um regulador de pressão (11). uma restrição, registro ou capilar (13) e um sensor de pressão diferencial (12). Neste sistema, a diferença de pressão através do sensor de pressão diferencial (12) é proporcional ao fluxo de ar que atravessa a eonstriçào (13), de modo que a diferença de pressão se reduz a zero quando o fluxo de ar também é reduzido a zero, após ocorrer o bloqueio do fluxo de ar através do anteparo (1). Este sistema de tluxímetro capilar pode ser substituído por outro tipo de fluxí metro de leitura contínua. A pressão de ar de entrada ajustada no regulador de pressão (! 1) do módulo de referência deve ser de magnitude muito menor que as pressões necessárias para o aplainamento mecânico dos órgãos contra o anteparo (1).

e) Módulo de compressão (4) e medida (5) com o qual se aplica pressões conhecidas sobre a folha, por exemplo. Este módulo contém membrana (4) sobre uma câmara, de ar ou de outro fluido, cuja pressão interna é ajustável. Lima membrana de borracha flexível (4) sobre a câmara possibilita a aplicação de

9 pressões uni formem ente ajustadas sobre a folha que c progrcssiv ainente aplanada contra o anteparo (1) com elemento poroso (2). As pressões podem ser ajustadas em reguladores de pressão para cilindros de ar comprimido no caso de ar ou em sistema hidráulico com transdutor de pressão caso o fluido utilizado seja um liquido. Para a maioria das aplicações, pressões entre I) c 7 atmosferas são adequadas. No entanto, para aplicações específicas amplitudes de trabalho diferentes podem ser preferíveis.

Operação

Liga-se o fluxo de ar (6. 14), Caso necessário verifica-se o valor deste fluxo com auxílio de um fluxímetro ou pelo método do bolhômetro. isto é. com pipeta. água, sabão e um cronômetro. A seguir eoloea-se o órgão sobre o módulo de compressão, aproxima-se o anteparo (1) com a manipula (7) até que haja uma leve redução no fluxo de ar. A seguir apliea-se pressão, progressivamente, até que o fluxo de ar através do elemento poroso (2) no anteparo (1) seja reduzido para 5%, ou menos. A seguir, lê-se a pressão (4) que representa a firmeza do órgão, que é causada pela pressão no interior das células, a pressão de turgescêneia celular. É importante verificar que, caso a pressão seja diminuída, o fluxo de ar deve aumentar novamente, de maneira reversível.

A firmeza medida neste instrumento deve se aproximar da pressão interna média das células, não só à medida que as paredes celulares sejam mais finas, mas também e à medida que a porcentagem de volume gasoso antes da aplanação seja mais próximo de zero, isto de acordo com modelos de Caibo & Nery (2001) definidos para látices celulares com geometria idealizada.

A força para aplanar o órgão contra o anteparo (1) é aplicada com auxílio da borracha do módulo de compressão (4). Um detalhe importante no caso da medição de folhas é colocar o anteparo (1) com elemento poroso (2) sempre em contato com a face mais plana e regular da folha ou do tecido segmentado. Caso o elemento poroso (2) seja um retângulo, então, o comprimento deve prefèrencialmente ser alinhado com a direção das nervuras. No caso de uso de fluido líquido, em sistema hidráulico, a pressurizaçâo pode ser manual, com parafuso e embolo e a leitura pode ser feita em um mano metro ou outro transdutor de pressão apropriado. Alternativamente, caso o sistema

9 ^cja pneumático, então. o ajuste tle pressão e a leitura podem ser feitos em um regulador de pressão de ar comum.

O formato de retângulo dc cantos arredondados com comprimento da ordem de duas a três ve/es a largura (por exemplo. 6 mm por 3 mm) é mais adequado do que uma área porosa circular de formato similar. Λ razão disto é a facilidade de se alinhar o retângulo com as nervuras maiores das folhas. Elementos porosos com a superfície demasiadamente alongada, no entanto, podem ser difíceis de serem adequadamente apianadas.

No sistema descrito nesta invenção o conhecimento e a regularidade da 10 área superficial do elemento poroso (2) não sao essenciais. No entanto, o uso de elementos porosos (2) com um único poro ou com poucos poros torna a leitura instáv el c não repetitiva, e esta ê a razão porque elementos porosos com área demasiadamente reduzida tendem a não serem adequados.

Detalhes de construção

O sistema ilustrado na Figura 1 ê uma forma muito simples e eficaz de utilizar o anteparo (1) como um dos braços de um tipo de pinça. A abertura espontânea deste sistema é obtida com auxílio de uma borracha (8), ou de uma mola. O fechamento, por outro lado, é feito com um conjunto parafuso manipula (7). o que possibilita que se aperte a folha até que o fluxo de ar no elemento poroso seja ligeiramente reduzido. O restante do procedimento da medição foi descrito anteriormente.

O anteparo, prefereneialmente, é colocado no lado superior e deve ser fabricado em material transparente como acrílico ou vidro, para facilitar o posicionamento apropriado das amostras.

O elemento poroso

O elemento poroso (2) pode ser uma cerâmica propriamente dita ou simplesmente uma superfície gravada com ranhuras e furos (15). vide Figura 3. Adicionalmente, como opção mais sofisticada, o elemento poroso pode conter ou estar montado sobre um dispositivo de transduçào de pressão para fazer a leitura da firmeza.

Membrana

A câmara com membrana (4) é possivelmente a forma mais eficaz possível para aplicar compressão de maneira uniforme sobre uma folha apoiada sobre o anteparo (1).

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A membrana (4) preferivelmente deve atuar sobre o lado mais irregulat da folha, porque sendo flexível ela se acomoda sobre cada irregularidade, como uma nervura. por exemplo. Graças a estas acomodações a membrana consegue transferir a pressão quase tào uniformemente quanto um sistema hidrostático poderia fazé-to.

Para uma boa cobertura, a área da membrana (4) deve ser bem maior que a area do elemento poroso (2) inserido no anteparo (l). Isto assegura uma maior .^,ζψ precisão nas medidas dc firmeza com esta técnica de aplanaçào.

Órgãos que podem ser mensurados

O sistema aqui proposto possibilita a mensuração de firmeza de folhas.

desde as finas de plantas crescidas sob baixa intensidade luminosa, até folhas mais espessas e laminares, desde que possuam uma face, com poucas irregularidades. Face esta que geralmente é a superior. Folhas eselerificadas, como as de algumas plantas de Cerrado, nào sendo macias não devem ser mensuradas com este tipo de equipamento, ao menos para a finalidade se obter uma estimativa da firmeza dependente da pressão no interior das células, o que, no entanto, não exclui a possibilidade de obter outros tipos de resultados interessantes, porém fisicamente mais difíceis de se interpretar.

De alguns órgãos, como batata, cenoura, berinjela o sistema se presta para medir a firmeza de segmentos laminares destes caules, raízes e frutos. Isto pode parecer uma forma pouco conveniente, porém, com o advento dos produtos minimamente processados medições deste tipo tomar-se-ão cada vez mais importantes para a avaliação da qualidade e da adequação dos sistemas de armazenamento destes produtos.

No campo, medições de firmeza dependente da turgeseêneia celular nas folhas poderá ser uma forma biológica válida de se aferir se o manejo de irrigação.

baseadas em medidas de solo ou de atmosfera, vem sendo realizado de modo a evitar que as plantas sofram estresse hídrico que possa prejudicar sua produtividade.

Fluxo de ar no elemento poroso

O dispositivo ilustrado na Figura 2 faz uso de um transdutor de pressão diferencial (12) e de uma restrição {13). Trata-se dc um fluxímetro de capilar, no qual a diferença de pressão de ar através do transdutor de pressão diferencial (12) é nulo quando o fluxo de ar é reduzido a zero e máximo quando a saída de ar (14) para o elemento poroso (2) está eompletamente livre.

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Fsse fluximetro dc capilar possui resposta que depende tia eompiessibilidade do ar. no entanto, para pequenas pressões, de ate 5 KPa a resposta e praticamentc linear e dispensa correções.

\o sistema desta inxençào. no entanto, podem-se utili/ar outros tipos íie tluxímetro. dentre os quais o tluxímetro descrito na Figura 4. que faz uso de um simples manômetro ou de um transdutor de pressào do tipo “gauge.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para av aliar a firmeza de material vegetal caracterizado por compreender:

(i) anteparo {l) dotado de elemento poroso (2):

(ii) dispositivo dc deteeçào de obstrução de passagem de ar através do elemento poroso (2) dotado de dispositivo introdutor de vazão de ar (6) acoplado a tkiximetro. ou aparelho semelhante, com pressão de entrada de 1 a 5 KPa. conectados ao elemento poroso (2) pela sua face oposta àquela de aplanação:

(di) dispositivo de aplanação da amostra e medição de pressão, em posição oposta ao anteparo, dotado de câmara de pressão ajustãvel do fluido interno com face superior constituída por membrana (4) de contato com a amostra, câmara esta acoplada a sistema regulador e medidor de pressão.
2. Aparelho para avaliar a firmeza de material vegetal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar elemento poroso (2) composto por material cerâmico.
3. Aparelho para avaliar a firmeza de material vegetal, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar elemento (2) dotado de propriedade dita aqui porosa derivada de superfície ranhurada com diversos micro-orifícios gravados e ligados ao dispositivo de detecção de obstrução de passagem de ar (ii).
4. Processo de avaliação da firmeza de material vegetal caracterizado por compreender as seguintes etapas:

(i) acionar o dispositivo de detecção de obstrução de passagem de ar através do elemento poroso (2);

(ii) acomodar a amostra entre o anteparo dotado de elemento poroso (2) e a superfície externa da membrana (4);

(iii) comprimir a amostra aproximando o anteparo da membrana até que se detecte uma leve redução do fluxo de ar através do elemento poroso;

(iv) acionar o dispositivo de aplanação da amostra e medição de pressão de modo a inflar progressivamente a câmara até que a pressão sobre a amostra reduza o fluxo de ar através do elemento poroso (2) a praticamente zero;

(v) efetuar a leitura da pressão (grau de firmeza) observada no dispositivo de aplanação da amostra e medição de pressão.

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