不同貯藏條件對(duì)馬鈴薯塊莖采后生理及貯藏效果的影響

王 亮，李 超，張立新，趙 猛

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮研究所，山西 太原 030031）

馬鈴薯具有良好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、淀粉工業(yè)、飼料工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)。馬鈴薯作為一種兼用型農(nóng)作物，具有較高的水分利用率和較長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈，種植面積逐年增加[1]。2015年農(nóng)業(yè)部把馬鈴薯主糧化工作列入重要議程[2]，馬鈴薯已經(jīng)成為除小麥、水稻、玉米外的第四大糧食作物[3-4]。據(jù)2014統(tǒng)計(jì)，我國(guó)馬鈴薯種植面積達(dá)557.33萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量為9 551.5萬(wàn)t，是馬鈴薯生產(chǎn)和消費(fèi)的第一大國(guó)[2，5-6]。而山西省是農(nóng)業(yè)部確定的馬鈴薯優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)之一，因氣候條件獨(dú)特，生產(chǎn)的馬鈴薯具有淀粉含量高、薯塊大、商品性好等特點(diǎn)[7]，對(duì)保障糧食安全、提高農(nóng)民收入具有重要意義[8-9]。

近年來(lái)，山西省通過(guò)推廣優(yōu)質(zhì)脫毒種薯、旱作農(nóng)業(yè)及科學(xué)栽培技術(shù)，增施肥料，大力改善生產(chǎn)條件，加強(qiáng)田間管理等采前措施，馬鈴薯單產(chǎn)大幅提高[10]。目前，山西省馬鈴薯種植面積約20萬(wàn)hm2，平均單產(chǎn)15～16 t/hm2，鮮薯銷(xiāo)售約占總產(chǎn)量的50%[7]。馬鈴薯種植主要以戶為單位，種植與貯藏相對(duì)分散，產(chǎn)品品種多樣且品質(zhì)不一，貯藏多以小型微型地下、半地下窯洞貯藏為主[11]，由于貯藏規(guī)模小，且缺乏理想的貯藏設(shè)施和保鮮技術(shù)，貯藏后馬鈴薯的數(shù)量和質(zhì)量均不能適應(yīng)市場(chǎng)鮮銷(xiāo)和現(xiàn)代化加工業(yè)的生產(chǎn)要求，嚴(yán)重影響馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展[12]?？梢?jiàn)，貯藏設(shè)施及技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，對(duì)延長(zhǎng)鮮薯上市時(shí)間、調(diào)節(jié)市場(chǎng)價(jià)格、延長(zhǎng)企業(yè)加工能力等具有不可替代的作用[13]。

為解決因使用傳統(tǒng)窯洞庫(kù)常常出現(xiàn)馬鈴薯凍害、發(fā)芽、腐爛和生理病害等實(shí)際問(wèn)題，本研究研發(fā)了馬鈴薯智能通風(fēng)窯洞庫(kù)，其是在傳統(tǒng)窯洞內(nèi)部風(fēng)道布局優(yōu)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合使用PLC可編程控制模塊，對(duì)貯藏環(huán)境中不同位置溫濕度以及CO2濃度進(jìn)行智能控制，實(shí)現(xiàn)窯洞庫(kù)內(nèi)多位點(diǎn)自動(dòng)控制外界冷源引入量，以滿足馬鈴薯貯藏所需的持續(xù)穩(wěn)定低溫和低CO2環(huán)境，為生產(chǎn)上智能化利用外界自然冷源貯藏馬鈴薯提供理論依據(jù)和可靠參數(shù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試品種 2017年10月15日，于山西省呂梁市嵐縣王獅鄉(xiāng)石橋村采集優(yōu)質(zhì)晉薯16號(hào)馬鈴薯，采后在15℃避光愈傷15 d，挑選大小適中、無(wú)機(jī)械損傷、無(wú)病馬鈴薯塊莖作為試材。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備 多探頭溫度測(cè)定系統(tǒng)；多路溫度傳感器；濕度計(jì)；手持CO2測(cè)試儀；恒溫水浴鍋；紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)；果蔬呼吸測(cè)定儀。

1.2 馬鈴薯智能通風(fēng)窯洞庫(kù)構(gòu)造

馬鈴薯貯藏窖規(guī)格：25 m×3.5 m×3.2 m，馬鈴薯貯藏量為75 t左右。如圖1所示，該系統(tǒng)主要由進(jìn)風(fēng)風(fēng)道、電動(dòng)風(fēng)口、出風(fēng)風(fēng)道、豎井、軸流風(fēng)機(jī)等硬件部件組成，智能控制部分主要由PLC可編程控制器、溫濕度采集模塊、CO2采集模塊和人機(jī)交互界面等部件組成。進(jìn)風(fēng)風(fēng)道使用酚醛樹(shù)脂板制成，利用窯洞頂部空間由窯門(mén)上方進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入窯內(nèi)，風(fēng)道長(zhǎng)度比窯洞長(zhǎng)度稍短且末端封閉，電動(dòng)風(fēng)口間隔4 m安裝在進(jìn)風(fēng)道兩側(cè)，風(fēng)口下方0.8 m處設(shè)置溫濕度采集模塊；出風(fēng)風(fēng)道使用直徑20 cm的PVC塑料管制成，安裝在庫(kù)體底部?jī)蓚?cè)，管道均勻打孔，孔面積總和大于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口面積，以免氣流受阻，兩側(cè)管道匯于窯洞后部豎井中；軸流風(fēng)機(jī)安裝在豎井中上部；所有溫濕度感應(yīng)模塊在預(yù)定位點(diǎn)安裝。安裝時(shí)嚴(yán)格檢查各風(fēng)道以及窯門(mén)的氣密性，以免形成局部氣流短路。

1.3 馬鈴薯智能通風(fēng)窯洞庫(kù)參數(shù)設(shè)定

如圖2所示，庫(kù)內(nèi)強(qiáng)制通風(fēng)動(dòng)力是靠豎井中軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)向庫(kù)外排風(fēng)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)工作時(shí)，使排風(fēng)管道以及整個(gè)庫(kù)體形成負(fù)壓，迫使外界冷空氣由進(jìn)風(fēng)口通過(guò)庫(kù)體頂部進(jìn)風(fēng)風(fēng)道經(jīng)電控風(fēng)門(mén)進(jìn)入庫(kù)內(nèi)，而庫(kù)內(nèi)較高溫度的空氣從庫(kù)體底部?jī)蓚?cè)的出風(fēng)管道經(jīng)豎井排出庫(kù)外，從而實(shí)現(xiàn)冷熱空氣置換，達(dá)到降低庫(kù)內(nèi)溫度并使貯藏環(huán)境內(nèi)不同區(qū)域溫度相對(duì)一致的目的。由原來(lái)的串聯(lián)式通風(fēng)模式變?yōu)椴⒙?lián)式通風(fēng)模式，有效提高通風(fēng)效率。

由于馬鈴薯窯洞庫(kù)比較狹長(zhǎng)，庫(kù)內(nèi)不同位置溫度均一度差，所以，在每個(gè)電動(dòng)風(fēng)門(mén)下方0.8 m處設(shè)置溫度監(jiān)控模塊，該溫度傳感模塊控制相應(yīng)其上方的風(fēng)門(mén)開(kāi)閉，當(dāng)外界溫度低于庫(kù)內(nèi)溫度，且?guī)靸?nèi)溫度高于庫(kù)內(nèi)溫度設(shè)定上限時(shí)，對(duì)應(yīng)電動(dòng)風(fēng)門(mén)打開(kāi)且軸流風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，當(dāng)庫(kù)內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度下限時(shí)，對(duì)應(yīng)電動(dòng)風(fēng)門(mén)關(guān)閉。當(dāng)所有電動(dòng)風(fēng)門(mén)關(guān)閉時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)停止工作。

該系統(tǒng)通過(guò)CO2濃度監(jiān)測(cè)探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)貯藏環(huán)境中CO2濃度，維持貯藏環(huán)境中CO2濃度在0.1%～0.3%。當(dāng)CO2濃度高于0.3%，同時(shí)，外界溫度在1～4℃，則通風(fēng)工作開(kāi)啟；當(dāng)CO2濃度低于設(shè)定下限濃度或外界溫度高于4℃關(guān)閉通風(fēng)，開(kāi)啟溫度自動(dòng)控制模式，則降低濃度通風(fēng)工作結(jié)束。

1.4 試驗(yàn)方法

2016年10月16日至11月1日，馬鈴薯塊莖在10～15℃、相對(duì)濕度70%～85%避光條件下愈傷。11月1日在入貯前進(jìn)行挑選，選擇規(guī)格一致的2個(gè)地下式馬鈴薯貯藏窯洞作為試驗(yàn)庫(kù)，其編號(hào)分別為1號(hào)和2號(hào)，2個(gè)試驗(yàn)窯洞庫(kù)均入貯數(shù)量相同的袋裝馬鈴薯，其中，1號(hào)窯洞庫(kù)采用自然通風(fēng)；2號(hào)窯洞內(nèi)部進(jìn)行風(fēng)道優(yōu)化，并采用馬鈴薯窯洞庫(kù)強(qiáng)制通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制溫度（溫度上限為3.5℃，下限為2.5℃）；普通冷庫(kù)設(shè)定溫度為（3.0±0.5）℃。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

自馬鈴薯塊莖愈傷進(jìn)入不同貯藏環(huán)境開(kāi)始，每隔30 d每處理取薯50個(gè)進(jìn)行塊莖生理及品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定，每處理重復(fù)3次。貯藏環(huán)境指標(biāo)溫度、相對(duì)濕度（RH）和CO2濃度由自動(dòng)控制系統(tǒng)記錄讀??；呼吸強(qiáng)度、干物質(zhì)含量、淀粉含量、還原糖含量、維生素C含量以及粗蛋白含量測(cè)定參考曹建康[14]的方法測(cè)定；失重率與腐爛率參考王潔等[11]的方法測(cè)定。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理庫(kù)內(nèi)貯藏環(huán)境指標(biāo)變化趨勢(shì)

馬鈴薯貯藏環(huán)境內(nèi)溫度、濕度（RH）以及CO2濃度對(duì)馬鈴薯的貯藏壽命以及品質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。從圖3可以看出，傳統(tǒng)窯洞中貯藏環(huán)境溫度變化幅度較大，其溫度變化呈先降后升的趨勢(shì)，在入庫(kù)后的前60 d溫度持續(xù)下降，在60～120 d溫度低于2℃，在120 d后隨外界溫度上升庫(kù)內(nèi)溫度也隨之上升，在180 d時(shí)溫度為8℃；而普通冷藏庫(kù)內(nèi)溫度持續(xù)控制在3.5℃左右；智能通風(fēng)庫(kù)在貯藏期間前30 d庫(kù)內(nèi)溫度迅速下降至4℃以下，并在30～150 d期間維持在3～4℃，在180 d時(shí)溫度仍在4～5℃，貯藏期間溫度波動(dòng)較小，有利于延長(zhǎng)馬鈴薯的貯藏壽命。

在相對(duì)濕度（RH）方面，如圖4所示，3個(gè)處理RH雖然起始值不同，但變化趨勢(shì)基本相同，智能通風(fēng)庫(kù)與普通冷庫(kù)中RH維持在76%～89%，始終低于傳統(tǒng)窯洞庫(kù)中的RH（86%～95%），有利于控制貯藏環(huán)境中致病菌的生長(zhǎng)。

由圖5可知，普通冷庫(kù)和傳統(tǒng)窯洞庫(kù)中CO2濃度呈持續(xù)上升趨勢(shì)，其中，傳統(tǒng)窯洞處理中CO2濃度上升顯著（P＜0.05），180 d時(shí)CO2濃度為1.55%；而智能通風(fēng)庫(kù)中CO2濃度則呈緩慢波動(dòng)、后期略微下降的趨勢(shì)，CO2濃度始終低于0.3%，有效避免CO2積累造成馬鈴薯塊莖的生理傷害。

2.2 不同處理對(duì)馬鈴薯塊莖呼吸強(qiáng)度的影響

呼吸強(qiáng)度是反映馬鈴薯塊莖貯藏期間代謝水平的重要指標(biāo)。由圖6可知，馬鈴薯塊莖的呼吸強(qiáng)度呈先下降后上升的趨勢(shì)，這可能與馬鈴薯塊莖自身生理的休眠特性有關(guān)，傳統(tǒng)窯洞貯藏處理中馬鈴薯塊莖的呼吸強(qiáng)度始終高于智能通風(fēng)庫(kù)和普通冷庫(kù)，說(shuō)明持續(xù)穩(wěn)定的低溫環(huán)境可有效抑制馬鈴薯的呼吸代謝速率，延長(zhǎng)其休眠期，有利于馬鈴薯的長(zhǎng)期貯藏。

2.3 不同處理對(duì)馬鈴薯塊莖干物質(zhì)含量的影響

馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)含量是反映馬鈴薯貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo)。由圖7可知，貯藏期間各處理中馬鈴薯塊莖中的干物質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，其中，傳統(tǒng)窯洞處理中干物質(zhì)含量始終顯著低于智能通風(fēng)庫(kù)和普通冷庫(kù)處理（P＜0.05）；而智能通風(fēng)庫(kù)與普通冷庫(kù)處理之間差異不顯著（P＞0.05），傳統(tǒng)窯洞、普通冷庫(kù)與智能通風(fēng)庫(kù)處理中干物質(zhì)含量依次為19.71%，20.52%，20.44%?？梢?jiàn)，智能通風(fēng)庫(kù)與普通冷庫(kù)均能有效抑制馬鈴薯貯藏過(guò)程中干物質(zhì)的損失，能夠較好地保持馬鈴薯的貯藏品質(zhì)。

2.4 不同處理對(duì)馬鈴薯塊莖淀粉含量的影響

淀粉是組成馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)的主要成分。從圖8可以看出，傳統(tǒng)窯洞窯洞處理中馬鈴薯塊莖中淀粉含量呈先降后升再緩慢下降的趨勢(shì)，在貯藏90 d時(shí)淀粉含量達(dá)最低點(diǎn)，為14.72%，與其他處理間差異顯著（P＜0.05），這可能與貯藏環(huán)境溫度波動(dòng)有關(guān)；而在普通冷庫(kù)和智能通風(fēng)庫(kù)處理中，馬鈴薯塊莖淀粉含量則呈緩慢下降趨勢(shì)，且二者差異不顯著。在貯藏180 d時(shí)，傳統(tǒng)窯洞、普通冷庫(kù)和智能通風(fēng)庫(kù)處理的淀粉含量依次為14.86%，15.42%和15.28%。說(shuō)明在塊莖進(jìn)入休眠期后，穩(wěn)定持續(xù)的低溫環(huán)境可有效抑制塊莖內(nèi)淀粉含量的下降。

2.5 不同處理中馬鈴薯塊莖還原糖含量變化趨勢(shì)

由圖9可知，在整個(gè)貯藏過(guò)程各處理馬鈴薯塊莖中還原糖含量總體呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，這可能與馬鈴薯塊莖中淀粉與還原糖相互轉(zhuǎn)化有關(guān)，其中，傳統(tǒng)窯洞處理還原糖含量波動(dòng)最為顯著，在貯藏90d，還原糖含量最高，為1.13%，顯著高于普通冷藏與智能通風(fēng)庫(kù)處理的0.66%和0.71%；90～150 d貯藏期間，普通冷藏與智能通風(fēng)庫(kù)處理中馬鈴薯塊莖還原糖含量逐漸下降，在貯藏150 d時(shí)還原糖含量分別為0.31%和0.37%，而在180 d時(shí)則分別上升至0.44%和0.51%，這可能與馬鈴薯塊莖休眠解除，淀粉向還原糖轉(zhuǎn)化有關(guān)；而傳統(tǒng)窯洞處理中還原糖含量在貯藏90～180 d時(shí)始終呈下降趨勢(shì)，這可能與貯藏后期環(huán)境溫度明顯升高后，加快了馬鈴薯塊莖的呼吸代謝速率，從而引起了還原糖的消耗。

2.6 不同處理對(duì)馬鈴薯塊莖粗蛋白含量的影響

由圖10可知，貯藏期間馬鈴薯塊莖中粗蛋白含量呈緩慢下降趨勢(shì)，傳統(tǒng)窯洞處理在貯藏150 d時(shí)較普通冷庫(kù)及智能通風(fēng)庫(kù)處理下降略快，但3個(gè)處理之間差異不顯著（P＞0.05），說(shuō)明貯藏環(huán)境對(duì)馬鈴薯塊莖中粗蛋白含量的影響不顯著。

2.7 不同處理馬鈴薯塊莖維生素C含量變化趨勢(shì)

由圖11可知，貯藏期間馬鈴薯塊莖中Vc含量隨貯藏期的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，其中，傳統(tǒng)窯洞處理馬鈴薯Vc含量下降速率最大，始終低于智能通風(fēng)庫(kù)與普通冷庫(kù)，且差異顯著（P＜0.05）；智能通風(fēng)庫(kù)處理略低于普通冷庫(kù)，但二者差異不顯著，說(shuō)明穩(wěn)定的低溫條件可有效抑制馬鈴薯塊莖中Vc的降解，保持馬鈴薯良好的貯藏品質(zhì)。

2.8 不同處理馬鈴薯塊莖失重率與腐爛率變化趨勢(shì)

馬鈴薯塊莖的失重率和腐爛率是反映馬鈴薯貯藏效果的重要指標(biāo)。從圖12可以看出，不同處理中馬鈴薯塊莖在入貯之后失重率呈上升趨勢(shì)，在0～30 d期間，馬鈴薯塊莖的失重率上升較快，但在30 d后普通冷庫(kù)與智能通風(fēng)庫(kù)處理失重率上升較慢，而傳統(tǒng)窯洞庫(kù)中馬鈴薯塊莖失重率在貯藏120 d后迅速上升。在貯藏180 d時(shí)，傳統(tǒng)窯洞庫(kù)、普通冷庫(kù)和智能通風(fēng)庫(kù)處理馬鈴薯塊莖失重率依次為9.4%，6.6%和7.3%。說(shuō)明普通冷庫(kù)、智能通風(fēng)庫(kù)對(duì)抑制馬鈴薯塊莖失重率的上升效果顯著。

由圖13可知，傳統(tǒng)窯洞庫(kù)處理的腐爛率始終高于普通冷庫(kù)和智能通風(fēng)庫(kù)，且差異顯著（P＜0.05）；而普通冷庫(kù)與智能通風(fēng)庫(kù)處理間差異不顯著（P＞0.05）。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，在傳統(tǒng)窯洞的基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)部風(fēng)道布局優(yōu)化，并使用強(qiáng)制通風(fēng)智能控制系統(tǒng)的智能通風(fēng)窯洞庫(kù)，可以建立馬鈴薯塊莖理想的貯藏環(huán)境，其貯藏效果與普通冷庫(kù)基本相當(dāng)。該設(shè)施及配套技術(shù)是以降低設(shè)施投入和運(yùn)行成本為前提，解決馬鈴薯貯藏環(huán)境調(diào)控問(wèn)題的有益途徑。

3.1 不同處理貯藏環(huán)境指標(biāo)比較

本研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)窯洞庫(kù)相比，馬鈴薯智能通風(fēng)窯洞庫(kù)能夠有效調(diào)控貯藏環(huán)境中溫濕度以及CO2濃度，貯藏180 d時(shí)窯內(nèi)溫度降低3.4℃，相對(duì)濕度降低5百分點(diǎn)，CO2濃度降低1.4百分點(diǎn)，調(diào)控環(huán)境指標(biāo)效果明顯，研究結(jié)果與李守強(qiáng)等[17]的研究結(jié)果類(lèi)似；而與普通冷庫(kù)貯藏條件相比，溫度高出1.2℃，相對(duì)濕度降低2百分點(diǎn)，CO2濃度降低0.36百分點(diǎn)。說(shuō)明馬鈴薯智能通風(fēng)窯洞庫(kù)在有效控制環(huán)境溫濕度的同時(shí)，顯著降低貯藏環(huán)境內(nèi)CO2氣體的積累，降低了馬鈴薯塊莖因CO2濃度過(guò)高產(chǎn)生生理傷害的概率。

3.2 不同處理馬鈴薯塊莖采后生理及貯藏效果比較

本研究在3種不同貯藏條件下通過(guò)測(cè)定比較晉薯16號(hào)馬鈴薯生理及貯藏效果相關(guān)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)窯洞相比，使用智能通風(fēng)窯洞庫(kù)可明顯抑制馬鈴薯塊莖呼吸代謝速率，降低了馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)、淀粉以及還原糖營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和Vc的消耗；減緩了馬鈴薯塊莖失重率和腐爛率的上升，但對(duì)塊莖中粗蛋白的含量影響不顯著。研究還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)測(cè)定不同處理馬鈴薯塊莖的干物質(zhì)和淀粉含量，發(fā)現(xiàn)二者間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，并且貯藏期間各處理粗蛋白含量下降不顯著，說(shuō)明馬鈴薯干物質(zhì)中主要由淀粉組成，其他成分對(duì)干物質(zhì)含量影響不大[13]。此外，傳統(tǒng)窯洞中馬鈴薯還原糖含量與貯藏環(huán)境內(nèi)溫度變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，研究結(jié)果與鞏慧玲等[16]的研究結(jié)果類(lèi)似。