不同機(jī)械化收獲方式對(duì)甘蔗原料貯存品質(zhì)影響

王智能 楊柳 楊婷 應(yīng)雄美 郭家文 尚試雄 沈石妍

(云南農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所∕云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 云南開遠(yuǎn) 661699)

甘蔗收獲包括對(duì)甘蔗砍削、搬運(yùn)、裝車等工序，其中砍運(yùn)環(huán)節(jié)作業(yè)量占甘蔗生產(chǎn)全過程總作業(yè)量的55%左右［1］。人工收獲作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、作業(yè)成本高［2-3］，加上農(nóng)村大量勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移，不僅造成蔗糖人工成本增加，也挫傷了農(nóng)民種植甘蔗的積極性［4］。機(jī)械收獲可彌補(bǔ)以上缺陷.據(jù)報(bào)道，機(jī)械收獲成本比人工收獲成本低，人工收獲成本在蘇丹是8.98 蘇丹鎊每噸（約合75.5 元/t），國內(nèi)為100～150 元/t，是機(jī)械收獲成本的兩倍以上［5-6］。

我國甘蔗機(jī)械收獲方式主要為整桿式和切段式［7］，其中整桿式與人工收獲相似，收獲速率較切段式慢、運(yùn)輸相對(duì)不便，而切段式可有效克服整桿式收獲的兩個(gè)缺陷，更適合在蔗區(qū)推廣應(yīng)用。然而，由于我國甘蔗多屬家庭小規(guī)模經(jīng)營，種植地復(fù)雜、自然條件多變，種植品種紛繁雜亂，導(dǎo)致機(jī)械化收獲普及率較低，但隨著科技發(fā)展，甘蔗的耕、種、砍、收全程機(jī)械化發(fā)展是必然趨勢，也是必由之路［8-9］。

目前，機(jī)械化收獲后甘蔗的品質(zhì)研究主要圍繞甘蔗自身生理反應(yīng)和外源微生物污染兩方面。生理反應(yīng)方面，有研究表明，在甘蔗收獲后酸性轉(zhuǎn)化酶和葡聚糖蔗糖酶活性隨堆放時(shí)間延長上升進(jìn)而導(dǎo)致蔗糖分急劇下降［10］。剛收獲的甘蔗蔗糖分約12.8%，即使在1 月份收獲48 和240 h 后也會(huì)分別降低 0.25 和 2.25 個(gè)百分點(diǎn)。Bhatia 等［11］研究不同成熟度基因型CoJ83（早熟）、CoJ88（中熟）和S70/00（晚熟）甘蔗，在不同時(shí)間段下（11 月、1 月和3 月）采收貯藏12 d 后蔗汁可滴定酸度、右旋糖酐、還原糖、蔗糖轉(zhuǎn)化酶等品質(zhì)參數(shù)，表明貯藏期間蔗汁品質(zhì)參數(shù)差異可能是由于不同基因型成熟度水平的差異造成的。另一方面，蔗糖生產(chǎn)過程中受病蟲害侵襲、經(jīng)歷霜凍、火燒或機(jī)械化收獲的甘蔗原料，更易被微生物感染而產(chǎn)生葡聚糖，葡聚糖的形成意味著糖分的損失和純度的降低，導(dǎo)致甘蔗原料質(zhì)量下降。據(jù)報(bào)道，機(jī)械收獲甘蔗48 h后，葡聚糖含量可超過400 mg/kg，是人工收獲蔗莖堆放產(chǎn)生葡聚糖速度的2～3倍［12］。

總之，針對(duì)機(jī)械收甘蔗的研究主要集中于收獲成本及蔗糖分損失等方面，而整桿收獲與切段收獲方式甘蔗原料在砍運(yùn)期內(nèi)品質(zhì)有何顯著差異，以及甘蔗機(jī)械收獲后到入榨期內(nèi)的微生物及品質(zhì)變化情況方面研究鮮有報(bào)道。為此，本文選取了兩個(gè)云南兩個(gè)主栽甘蔗品種ROC22 與云蔗05-51，人工模擬整桿式與切段式收獲方式，于自然條件下堆放0～96 h，分析各個(gè)處理樣品的主要成分、菌落及品質(zhì)變化情況，旨在為機(jī)械收獲、甘蔗入榨時(shí)間選擇、減少蔗糖損失提供理論依據(jù)，有助于推進(jìn)甘蔗機(jī)械化收獲技術(shù)及原料品質(zhì)的提升。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材

選擇云南2 個(gè)主栽甘蔗品種：ROC22、云蔗05-51。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

硝酸銀、冰乙酸、硝酸、丙酮、三氯乙酸、苯二鉀酸氫鉀緩沖溶液、硼砂緩沖溶液、混合磷酸鹽緩沖溶液、費(fèi)林氏試劑、酚酞、氧氧化鈉、亞甲基、堿性醋酸鉛、鹽酸、氯化鈉、鋅粉、濃硫酸、磷酸二氫鉀、鉬酸銨、氯化亞錫均為國產(chǎn)分析純。

1.1.3 儀器與設(shè)備

SXZ-8 小型甘蔗壓榨機(jī)（佛山市樂創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司）；AE224 型分析天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；Smart-N15VF 型超純水系統(tǒng)（上海康雷分析儀器有限公司）；ZD-3A 型電位滴定儀（上海本昂科學(xué)儀器有限公司）；JH-P400 型全自動(dòng)旋光儀（上海佳航儀器儀表有限公司）；UV-5800PC 型紫外可見分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）；DHG-9240A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；SHZ-D（111）型循環(huán)水式多用真空泵（河南省豫華儀器有限公司）；HWS-26型電熱恒溫水浴鍋（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；Sorvall LYNX4000 型落地離心機(jī)（Thermo Scientific）。

1.2 方法

1.2.1 樣品準(zhǔn)備及處理

（1）選取長勢、株高、粗細(xì)相近的云蔗05-51、ROC22兩個(gè)品種甘蔗，每個(gè)品種砍取20株，分整桿及切段兩組砍收方式各10株。

（2）將整桿式甘蔗隨機(jī)分5 組，每組2 株；切段式甘蔗隨機(jī)分5組后，每株用閘刀模擬切段式機(jī)收為40～50 cm，捆綁。

（3）自然條件下室外堆放（圖1）0、24、48、72、96 h，天氣變化情況見表1。

（4）每天取樣用SXZ-8 小型甘蔗壓榨機(jī)榨汁，蔗汁150 目尼龍布過濾，備用分析。以20 d 為周期，砍收甘蔗進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)。

圖1 甘蔗處理及存放環(huán)境

1.2.2 項(xiàng)目測定

蔗糖分 采用甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法［13］，二次旋光法測定。

還原糖分 采用甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法［13］，蘭-艾農(nóng)法測定。

菌落總數(shù) 參照GB4789.2—2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測定。

葡聚糖 采用改進(jìn)的羅伯特-銅法［14］，國內(nèi)測定葡聚糖的標(biāo)準(zhǔn)方法：先加入三氯乙酸除去蛋白質(zhì)，用80%的酒精分離糖液中的多糖；然后再用堿式硫酸銅處理這些收集到的多糖；通過形成銅-葡聚糖絡(luò)合物而使葡聚糖與其它多糖分離；用硫酸水解分離出來的葡聚糖與苯酚發(fā)生顯色反應(yīng)，最后通過比色法測定葡聚糖的含量。

多酚氧化酶活性 多酚氧化酶活性（PPO）提取與測定參考林波等［15］的論文，將混合液30℃下保持5 min，以1 mL 酶反應(yīng)液，30℃下每分鐘吸光值OD230增加0.01定義為一個(gè)酶活單位（U）。

蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性 參考Sehtiya 等［16］的文獻(xiàn)方法，分別用pH 5.2 醋酸緩沖液和pH 7.0 磷酸緩沖液提取甘蔗汁中的酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶和中性蔗糖轉(zhuǎn)化酶。取5 mL 反應(yīng)液（1.0 mL 酶提取液，1.5 mL 2%蔗糖液，2.5 mL 50 mmol/L 醋酸緩沖液）在35℃下保溫1 h 后，用二硝基水楊酸（DNS）法測定反應(yīng)液中的還原糖含量以每升甘蔗汁每小時(shí)在35℃下蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖的毫克數(shù)［mg/（L·h）］表示蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)進(jìn)行3 次重復(fù)測定，每次重復(fù)2 個(gè)平行，利用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用OriginPro 8.5 制圖及IBM SPSS 19.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，用Duncan 氏法進(jìn)行多重比較，以p＜0.05 為差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果用（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗糖分和還原糖分析

被測樣品蔗糖分和還原糖分變化如表2。其中0～96 h 不同品種甘蔗整桿和切段方式的蔗糖分都是先降后略微升高，這種趨勢在蘇俊波等［2］的研究中也有表現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的可能原因是蔗糖分的轉(zhuǎn)化和甘蔗莖稈內(nèi)水分蒸發(fā)共同作用的結(jié)果，前期蔗糖分轉(zhuǎn)化大于水分蒸發(fā)作用，后期水分蒸發(fā)大于蔗糖轉(zhuǎn)化作用；同時(shí)最終蔗糖分比起始有所降低，且最終狀態(tài)切段式甘蔗樣品中的蔗糖分顯著低于同一品種整桿式甘蔗，可能原因與不同處理方式的甘蔗樣品中蔗糖轉(zhuǎn)化酶有直接聯(lián)系。還原糖含量在被測甘蔗樣品中的變化情況與蔗糖分恰恰相反，隨對(duì)方時(shí)間的變化各處理均表現(xiàn)為先升高再略微降低，這是因?yàn)檎崽撬猱a(chǎn)生的葡萄糖和果糖均屬于還原糖。同時(shí)數(shù)據(jù)還表明，ROC22 同一時(shí)間段的整桿或切段甘蔗樣品均高于對(duì)應(yīng)處理的云蔗05-51樣品，最終還原糖含量不同品種切段式樣品均顯著高于其整桿式樣品的。

表2 各個(gè)樣品中蔗糖分和還原糖分

2.2 菌落總數(shù)分析

甘蔗含水量高達(dá)70%以上、含糖15%左右，此外還含有氨基酸、礦物質(zhì)、粗蛋白等多種營養(yǎng)物質(zhì)，在擺放的過程中易感染大量微生物。對(duì)每天蔗汁中的菌落總數(shù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖2。由圖2可知，在2種所測甘蔗樣品中：（1）同種甘蔗切段式甘蔗比整桿式甘蔗菌落總數(shù)增值快，96 h 后，云蔗05-51 整桿、切段及ROC22 整桿、切段的菌落總數(shù)平均值分別為3.27×109、 2.67×1010、 4.89×109、4.30×1010cfu/mL；（2） 相同的處理方式下擺放48 h 之后，ROC22比云蔗05-51對(duì)應(yīng)的處理菌落總數(shù)大；（3）在擺放48 h 后甘蔗的菌落總數(shù)上升幅度最大，比24 h 的菌落總數(shù)增殖 1.61×107～3.72×107cfu/mL。

2.3 葡聚糖分析

在制糖工業(yè)中易產(chǎn)生葡聚糖且危害很大。據(jù)報(bào)道，蔗汁中每增加250 mg/L 的葡聚糖，意味著蔗糖損失增加 0.1%［14］。新鮮的甘蔗中含很少量的葡聚糖，但不新鮮的及受細(xì)菌感染的甘蔗，葡聚糖含量迅速增加，甘蔗受刀傷、病蟲害、火燒、霜凍及在收割后久置，可能受到腸膜明串珠菌感染而產(chǎn)生葡聚糖［12］。2種甘蔗不同處理方式蔗汁中葡聚糖含量隨時(shí)間變化如圖3 所示。對(duì)比圖2 菌落總數(shù)隨時(shí)間變化趨勢不難看出，被測樣品中蔗汁中葡聚糖含量變化趨勢與菌落總數(shù)變化趨勢規(guī)律相似，也是在48 h 后含量劇增，隨后變化緩慢，96 h后云蔗05-51d及ROC22整桿、切段的葡聚糖含量均值分別為598.22、1 036.88、865.18、1 617.86 mg（/kg·°Bx）。研究表明［17］，砍下的長條甘蔗，1 h后含有很少的葡聚糖，但24 h 后葡聚糖增加至74 mg/（kg·°Bx），而破碎的碎蔗段，1 h后葡聚糖便會(huì)增加至 170 mg/（kg·°Bx），24 h 后最多可達(dá) 1 740 mg/（kg·°Bx）。

圖2 菌落總數(shù)隨時(shí)間變化情況

圖3 葡聚糖含量隨時(shí)間變化情況

2.4 多酚氧化酶與蔗糖轉(zhuǎn)化酶分析

甘蔗收獲后不久，由于水分流失和缺乏生理生化控制機(jī)制，內(nèi)源轉(zhuǎn)化酶被激活［18］。蔗糖的轉(zhuǎn)化和蔗汁色變在制糖加工過程中是普遍存在的，多酚氧化酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶是評(píng)價(jià)甘蔗新鮮度的重要指標(biāo)，多酚氧化酶含量越高說明蔗汁越容易褐變［19-20］，蔗糖轉(zhuǎn)化酶含量越高蔗糖分損失越嚴(yán)重，還原糖含量就 越 高［18］。 黃 壽 林 等［21］研究表明，甘蔗新鮮度與產(chǎn)糖率和煮煉回收率密切相關(guān)，堆放 3 d 的 ROC16 甘蔗可減少1.39%產(chǎn)糖率及5.42%的煮煉回收率。

多酚氧化酶酶活在云蔗05-51 整桿、切段及ROC22 整桿、切段中（圖4），起始在12.33～13.67 U，48 h 內(nèi)緩慢上升至23.17～38.02 U；堆放 72 h 左右是甘蔗多酚氧化酶活性最高時(shí)，所有樣品均可達(dá)到最大值，分別為 103.00、 133.50、 53.50、86.33 U，與初始值分別升高了8.35、 10.01、 3.91、 6.56 倍 ；隨后又下降，分別為62.33、82.67、34.67、46.33 U。值得指出的是，與其他指標(biāo)不同，多酚氧化酶酶活在云蔗05-51 蔗汁中大于ROC22，說明云蔗05-51比ROC22更容易發(fā)生酶促褐變。

圖4 多酚氧化酶活性隨時(shí)間變化情況

蔗糖轉(zhuǎn)化酶分酸性轉(zhuǎn)化酶和中性轉(zhuǎn)化酶，二者酶活變化情況見圖5。其中，在云蔗05-51 和ROC22 中，切段式甘蔗樣品中的蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性高于對(duì)應(yīng)品種整桿式甘蔗樣品；2 種轉(zhuǎn)化酶酶活都是0～48 h 緩慢上升，72 h 激增，隨后又緩慢上升；中性轉(zhuǎn)化酶的酶活在48 h 略低于酸性轉(zhuǎn)化酶酶活，72 h 后略高于對(duì)應(yīng)樣品中的酸性轉(zhuǎn)化酶酶活；96 h時(shí)，云蔗05-51 整桿、切段及ROC22 整桿、切段樣品中對(duì)應(yīng)的酸性轉(zhuǎn)化酶酶活均值分別為515.78、803.39、585.03、896.86 mg/（L·h），對(duì)應(yīng)的中性轉(zhuǎn)化酶酶活均值分別為532.97、815.71、604.01、905.94 mg/（L·h），2種轉(zhuǎn)化酶與初始值相比，云蔗051-51 增加了 1.52～2.30 倍、ROC22 增 加 了 1.69～2.50 倍；酸性轉(zhuǎn)化酶與蔗糖轉(zhuǎn)化和甘蔗品質(zhì)下降有關(guān)，酸性轉(zhuǎn)化酶的急劇增加導(dǎo)致蔗糖分損失、還原糖的增加［18］。

圖5 蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性隨時(shí)間變化情況

3 結(jié)論

在兩個(gè)被測甘蔗品種云蔗05-51 與ROC22 中，從蔗糖分、還原糖、菌落總數(shù)、葡聚糖和蔗糖轉(zhuǎn)化酶變化情況來說，云蔗05-51 比ROC22 更適合切段式方式收割，但是榨汁后云蔗05-51 比ROC22 的多酚氧化酶活性高，說明云蔗05-51更容易發(fā)生酶促褐變；甘蔗在砍收后，尤其是切段式收割的甘蔗，建議在48 h 內(nèi)完成入榨，否則糖分損失嚴(yán)重，更容易受微生物污染；最后，同一品種切段式甘蔗品質(zhì)下降比整桿式甘蔗品質(zhì)下降更顯著，但48 h內(nèi)差別不大，若能保證48 h 內(nèi)完成入榨，切段式甘蔗收割方式無論從收割成本、工作效率及裝運(yùn)便攜程度都要優(yōu)于整桿式收割方式，切段式收割方式在甘蔗機(jī)械收割方面有廣闊的應(yīng)用前景。