水分脅迫對(duì)砍收后甘蔗重量及品質(zhì)的影響

梁宏衛(wèi)，盧海發(fā)，韋素，石浩丁，楊幼，葉林高，林善海

（1.廣西博慶食品有限公司，廣西宜州 546300；2.廣西博東食品有限公司，廣西金城江 547000；3.廣西鳳糖柳江制糖有限責(zé)任公司，廣西柳江 545100；4.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，南寧 530007）

0 引言

廣西是蔗糖主要產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量約占全國的60%多。甘蔗砍收榨季主要集中在每年11 月中旬至翌年3 月下旬，期間常伴隨著低溫陰雨天氣，砍收下來的甘蔗在進(jìn)廠入榨前也必然常受雨水浸淋。由于受長時(shí)間異常陰雨天氣影響，2018/2019年榨季廣西全區(qū)的蔗糖分及產(chǎn)糖率較上榨季同期平均下降0.4個(gè)百分點(diǎn)以上，其中榨季期間持續(xù)降雨比較集中的河池、柳州、來賓、南寧等地市的蔗糖分及產(chǎn)糖率下降尤為明顯，蔗糖分平均下降0.5～1.27 個(gè)百分點(diǎn)，產(chǎn)糖率平均下降0.43～1.08 個(gè)百分點(diǎn)；而降雨水平與上榨季相差不大的崇左市，其蔗糖分和產(chǎn)糖率與上一個(gè)榨季基本持平甚至略升（數(shù)據(jù)來源相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)報(bào)表及廣西糖協(xié)統(tǒng)計(jì)資料）。氣象數(shù)據(jù)表明，河池宜州區(qū)2018/2019 年榨季期間的降雨量分別比2017/2018 和2016/2017多1.88倍和1.47 倍，降雨天數(shù)分別多1.78和1.62倍（宜州氣象局提供數(shù)據(jù)），這些持續(xù)長時(shí)間的陰雨寡照天氣，不但影響了當(dāng)?shù)馗收嵩诳呈涨罢崽欠值姆e累，也影響甘蔗砍收后儲(chǔ)運(yùn)過程中蔗糖分水平的維持。

在甘蔗各生長期尤其是中后期的氣候、環(huán)境和栽培條件對(duì)其產(chǎn)量及品質(zhì)均有較大的影響[1-4]，而砍收后至入榨期間對(duì)其品質(zhì)的影響尤為重要。甘蔗砍收后變質(zhì)速度與品種、存放時(shí)間、砍收方式、溫濕度、光照、微生物等多種因素相關(guān)，甘蔗變質(zhì)導(dǎo)致蔗糖分、蔗汁重力純度下降，蔗汁還原糖、干耗損失和纖維分不斷增加[5]。不同品種甘蔗之間的耐貯程度存在較大的差異[6-9]。一般說來，砍收后的蔗莖重量隨著堆放時(shí)間的延長而逐漸減輕，蔗糖分在存放前期隨著水分的快速損耗而表現(xiàn)為一定幅度的上升，然后隨著甘蔗的質(zhì)變而逐漸下降，還原糖則在逐漸增加[10-12]。甘蔗砍收后由于酵母、霉菌以及明串珠菌等主要在蔗莖體內(nèi)薄壁組織中增殖和發(fā)展，降解蔗糖，從而使蔗糖分下降[13]。與人工砍收相比，甘蔗機(jī)收后72 h，蔗莖重量、錘度、蔗汁純度顯著降低，而還原糖、微生物總量等均顯著增加，蔗糖分損失最高可達(dá)到13%～15%[14]。甘蔗砍收后堆放過程中，用異物覆蓋或適當(dāng)灑水可有效減緩蔗莖的質(zhì)變程度[15-16]。

為了解甘蔗砍收后連續(xù)長時(shí)間降雨對(duì)其重量及蔗糖分等的影響程度，本研究選取廣西宜州當(dāng)?shù)刂髟云贩N，通過泡水的極限脅迫試驗(yàn)，測(cè)試其重量及品質(zhì)的變化情況，以期為制糖企業(yè)在雨季甘蔗砍、運(yùn)、榨生產(chǎn)中對(duì)遇到的實(shí)際問題進(jìn)行損失評(píng)估和問題解決提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 參試甘蔗品種

選取占比分別為42.18%、28.42%和15.13%的當(dāng)?shù)?個(gè)主栽甘蔗品種桂糖42號(hào)、柳城05-136和桂糖29號(hào)做為參試甘蔗品種。

1.2 試驗(yàn)方法

在經(jīng)過連續(xù)5 日以上的無雨天氣后于2019 年2月2 日進(jìn)行采樣，每個(gè)樣采至少5 條無病蟲害且大小基本一致的蔗莖，粘貼編號(hào)標(biāo)簽并做好相關(guān)信息記錄。

每個(gè)品種所采的樣本分為2組，一組進(jìn)行泡水處理，另一組為對(duì)照處理于室外避雨免曬存放，分別經(jīng)過6 h、24 h和48 h 三個(gè)處理時(shí)間（由于客觀條件限制廣西多數(shù)糖廠大部分甘蔗是在砍收后48～72 h 才得以進(jìn)廠壓榨），各設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及數(shù)據(jù)處理

2019 年2 月2 日—4 日，當(dāng)?shù)厝站鶜鉁?3～17℃。在試驗(yàn)處理前后，均按《甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法》（1995 年版）測(cè)定各品種樣本的重量、蔗糖分、蔗汁錘度、蔗汁重力純度等相關(guān)指標(biāo)及變化情況。采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，DPS v14.10軟件對(duì)時(shí)間、重量、蔗糖分、錘度和簡純度5個(gè)因子進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)蔗莖重量的影響

試驗(yàn)結(jié)果（見表1）表明，泡水后的甘蔗與泡水前相比重量均有所增加，泡水6 h 的重量增幅為1.27%～1.70%（平均1.50%），24 h增幅1.13%～1.45%（平均1.32%），48 h增幅1.20%～1.88%（平均1.62%）。說明砍收的蔗莖未能及時(shí)進(jìn)廠且遇到雨水天氣，在48 h 內(nèi)呈現(xiàn)吸水-釋放-再吸水的過程。桂糖29 號(hào)與桂糖42 號(hào)的吸水高峰在6 h左右，釋放水分低谷在24 h 左右，但柳城05-136 的吸水高峰在24 h 左右，釋放水分低谷在48 h 左右。室外避雨免曬存放的未泡水甘蔗重量均有所下降，經(jīng)過6 h、24 h 和48 h 后，重量降幅分別為0.97%～1.60%（平均1.28%）、1.49%～2.26%（平均1.85%）和2.01%～3.78%（平均2.83%），降幅隨時(shí)間推移逐漸增大。未泡水的柳城05-136重量下降速度最快，隨后依次是桂糖29號(hào)和桂糖42號(hào)。

表1 水分脅迫對(duì)砍收后蔗莖質(zhì)量的影響Table 1 Effects of water stress on post-harvest cane weight

2.2 對(duì)蔗糖分的影響

泡水后的甘蔗與泡水處理前相比蔗糖分均有所下降（見表2）。泡水6 h 的蔗糖分下降0.19～0.20個(gè)百分點(diǎn)（平均0.20 個(gè)百分點(diǎn)），24 h 降幅為0.08～0.71 個(gè)百分點(diǎn)（平均0.34 個(gè)百分點(diǎn)），48 h 降幅0.31～0.84 個(gè)百分點(diǎn)（平均0.51 個(gè)百分點(diǎn)）。當(dāng)泡水至48 h 時(shí)，蔗糖分降幅從大到小依次為桂糖29 號(hào)、桂糖42 號(hào)和柳城05-136，其蔗糖分分別下降了0.84、0.39和0.31個(gè)百分點(diǎn)。說明甘蔗砍收后持續(xù)泡水或淋雨，蔗糖分會(huì)持續(xù)損失下降，且浸水時(shí)間越久，糖分損失越大。

避雨免曬自然存放的未泡水甘蔗，6 h 內(nèi)3 個(gè)品種的蔗糖分無明顯變化，至24 h 桂糖29 號(hào)蔗糖分增高最明顯，其次是柳城05-136 和桂糖42 號(hào)；至48 h 桂糖42 號(hào)蔗糖分增幅最為明顯，其次是柳城05-136，而桂糖29 號(hào)蔗糖分增幅則有所回落。說明蔗砍收后在無雨條件下自然存放48 h 內(nèi)，基本未發(fā)生變質(zhì)退糖現(xiàn)象，蔗糖分總體還呈上升趨勢(shì)，原因應(yīng)是干耗損失水分的速度快于蔗糖轉(zhuǎn)化損失的速度，從而拉升了蔗糖含量。

表2 水分脅迫對(duì)砍收后蔗莖蔗糖分的影響Table 2 Effects of water stress on post-harvest sugar content in cane

2.3 對(duì)蔗汁錘度的影響

試驗(yàn)結(jié)果顯示（見表3），泡水后的甘蔗，與泡水處理前相比蔗汁錘度有所下降。泡水至24 h桂糖29號(hào)蔗汁錘度已明顯下降，桂糖42號(hào)泡水48 h內(nèi)蔗汁錘度下降相對(duì)桂糖29緩慢，柳城05-136泡水至48 h后蔗汁錘度才有所下降。未泡水存放的所有甘蔗品種，6 h 內(nèi)蔗汁錘度無變化，但在存放至24 h～48 h 內(nèi)蔗汁錘度呈上升趨勢(shì)。其中桂糖29號(hào)未泡水存放至24 h時(shí)蔗汁錘度明顯提高了0.62個(gè)百分點(diǎn)，至48 h蔗汁錘度增幅則回落至0.24 個(gè)百分點(diǎn)；桂糖42 號(hào)未泡水存放24 h 蔗汁錘度幾乎未有變化，但至48 h 蔗汁錘度則明顯提高了0.52 個(gè)百分點(diǎn)；柳城05-136 未泡水存放24 h 蔗汁錘度增加了0.50 個(gè)百分點(diǎn)，至48 h 蔗汁錘度增加了0.53 個(gè)百分點(diǎn)。未泡水存放的甘蔗錘度與其蔗糖分變化情況相似，即在一定時(shí)間段內(nèi)（如48 h內(nèi)）呈上升趨勢(shì)。

表3 水分脅迫對(duì)砍收后蔗莖蔗汁錘度的影響Table 3 Effects of water stress on post-harvest brix in juice

2.4 對(duì)蔗汁簡純度的影響

甘蔗泡水后，蔗汁簡純度有所下降。泡水至48 h后，桂糖29號(hào)蔗汁錘度下降速度最快，其次是桂糖42號(hào)和柳城05-136，其蔗汁簡純度分別下降4.09、2.66和0.99個(gè)百分點(diǎn)。

未泡水甘蔗存放至48 h，蔗汁簡純度有所上升，桂糖29號(hào)、桂糖42號(hào)和柳城05-136的蔗汁簡純度分別上升了0.55、2.19和1.41個(gè)百分點(diǎn)，但變化幅度不明顯（表4）。

表4 水分脅迫對(duì)砍收后蔗莖蔗汁簡純度的影響Table 4 Effects of water stress on post-harvest apparent purity in juice

2.5 指標(biāo)綜合分析

在上述幾個(gè)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果中，參試品種甘蔗樣本做泡水處理前的平均蔗糖分為14.33%，泡水存放48 h后，因蔗糖轉(zhuǎn)化損失其平均蔗糖分降至13.82%，再加上因浸水重量虛增1.62%，其實(shí)際蔗糖含量比例僅為13.60%，比泡水存放處理前蔗平均糖分實(shí)際降低0.73個(gè)百分點(diǎn)；與避雨免曬存放48 h的未泡水甘蔗相比，平均蔗糖分實(shí)際降低1.08個(gè)百分點(diǎn)，而重量卻增高4.46%。

由此可推知，甘蔗砍收后持續(xù)受雨水淋濕后的甘蔗重量虛增，糖分下降，品質(zhì)變差；與無雨水淋濕的甘蔗相比重量更重，蔗糖分更低，品質(zhì)更差。由此推算，相對(duì)無雨天氣而言，砍收后遇連續(xù)降雨浸濕超過2 d 進(jìn)廠的每1噸甘蔗，糖廠將損失9.50 kg的白砂糖約54元（按抽出率88%及白砂糖價(jià)格約5 700元/t計(jì)算）和需多支付44.6 kg的原料蔗款22元（按平均蔗價(jià)500元/t計(jì)算），損失總共達(dá)76元（運(yùn)費(fèi)等其它費(fèi)用尚不計(jì)算在內(nèi)）。

綜合3 個(gè)品種的平均數(shù)據(jù)結(jié)果表明，砍收的蔗莖受到水分脅迫（泡水）后，重量先上升，然后小幅下降，再上升。而其余3個(gè)指標(biāo)（蔗糖分、錘度和簡純度）均隨著時(shí)間的延長而逐漸下降（圖1）。自然堆放的未泡水甘蔗各項(xiàng)指標(biāo)基本上剛好與之相反，蔗莖重量隨時(shí)間推移而逐漸下降；蔗糖分和錘度先小幅下降，然后大幅度增加；簡純度先增加，然后回落，再上升（圖2）。

圖1 水分脅迫（A）和自然存放（B）對(duì)砍收后甘蔗重量及品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of water stress(A)natural storage(B)on the weight and quality of sugarcane after harvest

2.6 多因子相關(guān)性分析

綜合水分脅迫（泡水）和自然存放（未泡水）兩種方式的多因子相關(guān)性分析見表5 和表6。泡水時(shí)間與重量呈正相關(guān)，說明砍收時(shí)蔗莖體內(nèi)及體表水分未達(dá)到飽和，尚可吸收一定量的水分。泡水時(shí)間與蔗糖分、錘度和簡純度均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，其中與蔗糖分極顯著負(fù)相關(guān)，說明水分脅迫嚴(yán)重影響糖分。

自然存放時(shí)間與重量和簡純度呈負(fù)相關(guān)，與重量為極顯著負(fù)相關(guān)。但存放時(shí)間與蔗糖分和錘度呈正相關(guān)，其中與蔗糖分為顯著正相關(guān)。說明隨著時(shí)間的推移，蔗莖水分損失，蔗莖內(nèi)含物濃度增加，蔗糖分升高。

表5 水分脅迫甘蔗的多因子相關(guān)性分析Table 5 Multi factor correlation analysis of sugarcane under water stress

表6 自然存放甘蔗的多因子相關(guān)性分析Table 6 Multi factor correlation analysis of sugarcane under natural storage

3 討論

甘蔗砍收后的理化性質(zhì)變化主要與放置環(huán)境條件和放置時(shí)間密切相關(guān)。放置過程中，糖分的損失主要是通過轉(zhuǎn)換和呼吸作用進(jìn)行，貯存前期，酸性/中性轉(zhuǎn)化酶活性尤其是酸性轉(zhuǎn)化酶活性顯著提高，到后期活性稍微降低[17]。蔗糖逐漸轉(zhuǎn)化成還原糖，然后分解為有機(jī)酸及各種有害非糖分?？呈盏膫谝踩菀赘腥径喾N微生物，消耗蔗糖分，并生成非蔗糖物質(zhì)，造成蔗汁品質(zhì)變劣、純度下降、粘度增加[13，18]。前人研究表明，砍收后的甘蔗適當(dāng)覆蓋、遮陰或者適當(dāng)灑水（降溫及保持一定濕度）均有效減緩蔗莖質(zhì)變的程度[15-16]。但本研究表明，水分過多（水分脅迫）則更容易造成甘蔗的變質(zhì)，原因可能是長時(shí)間的浸濕水脅迫促使無氧呼吸加快并加速蔗莖中蔗糖的轉(zhuǎn)化損失，是砍收后持續(xù)長時(shí)間受雨水淋濕脅迫的甘蔗一般會(huì)比晴天砍收進(jìn)廠的甘蔗品質(zhì)更差的關(guān)鍵。另外，浸水或持續(xù)淋雨而小幅增加的重量與浸濕水時(shí)間長短無相關(guān)性，主要原因是由附著于蔗莖表面的水分所引起，蔗莖內(nèi)容物直接吸收外界水分的可能性很小。

在實(shí)際生產(chǎn)中，因勞力、運(yùn)輸及各環(huán)節(jié)工作效率問題，甘蔗砍收后在地頭存放時(shí)間一般達(dá)48～72 h 才得以進(jìn)廠，晴天條件下糖廠短時(shí)間內(nèi)不必?fù)?dān)心蔗糖分、新鮮度及甘蔗品質(zhì)會(huì)有所下降，但存放超過72 h 則會(huì)逐漸下降[10]。然而，在持續(xù)降雨天氣條件下，已經(jīng)砍收的甘蔗必須想方設(shè)法盡快進(jìn)廠，未砍收的甘蔗盡可能暫時(shí)停砍直至雨停，以避免甘蔗退糖變質(zhì)和重量虛增給企業(yè)造成更大的損失。

4 結(jié)論

（1）砍收后在受外界水分脅迫（浸水）條件下存放的甘蔗，在一定時(shí)間內(nèi)重量有小幅增加，其增幅大小與浸水時(shí)間長短無相關(guān)性；未受外界水分脅迫而陰涼存放的甘蔗，重量卻隨時(shí)間的推移而持續(xù)下降。當(dāng)存放至48 h時(shí)，水分脅迫的甘蔗比非脅迫的甘蔗重量增加4.46%，且隨著時(shí)間推移兩者的重量差異會(huì)進(jìn)一步增大。

（2）砍收后在受外界水分脅迫（浸水）條件下存放的甘蔗，蔗糖分、蔗汁錘度、蔗汁簡純度等工藝品質(zhì)會(huì)隨存放時(shí)間延長而逐漸下降；未受脅迫的甘蔗，在一定時(shí)間內(nèi)其工藝品質(zhì)卻均有所上升。當(dāng)存放至48 h 時(shí)，水分脅迫的甘蔗蔗糖分、蔗汁錘度和蔗汁簡純度分別比未受脅迫的甘蔗降低0.93%、0.90%和3.96%（絕對(duì)值）。

由此推知，砍收后在持續(xù)降雨天氣條件下的甘蔗比無雨天氣條件下的甘蔗重量更重、工藝品質(zhì)更低。