基于質(zhì)量分級(jí)的馬鈴薯貯藏溫度特性的試驗(yàn)與研究

周 源，塔 娜,*，甄 琦，察蘇娜，高理君，田偉業(yè)

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010018；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與交通工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010018）

農(nóng)產(chǎn)品的貯藏是為了保證其經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的貯藏后依然可以進(jìn)行良好的食用與加工，延長(zhǎng)鮮食的供應(yīng)時(shí)間，調(diào)節(jié)淡旺季矛盾[1]。馬鈴薯作為糧菜兼?zhèn)涞霓r(nóng)產(chǎn)品，其貯藏不同于其他農(nóng)產(chǎn)品，需要更為嚴(yán)格的貯藏條件[2]。這主要是因?yàn)轳R鈴薯的收獲器官對(duì)環(huán)境非常敏感，溫度低容易出現(xiàn)糖化現(xiàn)象，溫度過(guò)低（0℃以下）還容易出現(xiàn)凍傷[3]。內(nèi)蒙古地處我國(guó)北方寒冷干旱地區(qū)，冬季平均氣溫在-12.4℃左右[4]。在如此低溫條件下馬鈴薯在貯藏過(guò)程中極易受凍，據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%～90%的農(nóng)戶(hù)進(jìn)行馬鈴薯貯藏時(shí)損壞率約為15%，10%～20%的農(nóng)戶(hù)馬鈴薯?yè)p壞率達(dá)到20%[5]。溫度過(guò)高又會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯的發(fā)芽率、失重率和腐爛率升高[6]。因此對(duì)馬鈴薯進(jìn)行科學(xué)貯藏，可以有效預(yù)防各種貯藏中的常見(jiàn)問(wèn)題，保持馬鈴薯的品質(zhì)，為農(nóng)戶(hù)增收創(chuàng)造條件[7]。而國(guó)內(nèi)廣大農(nóng)戶(hù)在進(jìn)行馬鈴薯的貯藏時(shí)廣泛采用傳統(tǒng)貯藏方式[8]。這些傳統(tǒng)貯藏方式中，半地下式自然通風(fēng)庫(kù)有較好的貯藏效果，且相對(duì)恒溫庫(kù)等現(xiàn)代化貯藏設(shè)施具有耗能低、成本低的優(yōu)勢(shì)[9-10]。

國(guó)內(nèi)外工業(yè)界和學(xué)術(shù)界一直在創(chuàng)新和改進(jìn)馬鈴薯收獲后的貯藏方法與貯藏環(huán)境，以保持馬鈴薯塊莖品質(zhì)和延長(zhǎng)其貯藏時(shí)間[11]。鞏師洋等[12]設(shè)計(jì)了一套馬鈴薯貯藏環(huán)境遠(yuǎn)程調(diào)控系統(tǒng)，研究和實(shí)現(xiàn)了貯藏環(huán)境遠(yuǎn)程智能監(jiān)控。王亮等[13]研究了在不同貯藏溫度下貯藏馬鈴薯，并篩選出最適貯藏溫度。Jakubowski等[14]利用物理紫外UV-C輻照的方法處理馬鈴薯塊莖，認(rèn)為其可用于減少馬鈴薯貯藏塊莖的質(zhì)量損失，降低部分品種發(fā)芽率。本課題組成員也在馬鈴薯科學(xué)貯藏方面做過(guò)一定的研究工作，如塔娜等[15]設(shè)計(jì)了一套馬鈴薯貯藏環(huán)境的溫濕度測(cè)試系統(tǒng)，并通過(guò)試驗(yàn)證明了系統(tǒng)的可靠性。其力格爾等[16]對(duì)半地下式馬鈴薯貯藏室北墻體溫度進(jìn)行了測(cè)量與模擬，認(rèn)為馬鈴薯貯藏室北墻體附近溫度可以保持貯藏環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。

上述研究大多是在外部設(shè)備、藥物處理及貯藏環(huán)境等方面研究馬鈴薯的科學(xué)貯藏方法，除了以上方法外，也有根據(jù)馬鈴薯質(zhì)量大小分級(jí)對(duì)馬鈴薯貯藏方法的研究。由標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1066—2006[17]可知，以馬鈴薯塊莖質(zhì)量為指標(biāo)，可分為大、中、小3個(gè)規(guī)格。薛文武[18]認(rèn)為，馬鈴薯根據(jù)不同規(guī)格分開(kāi)貯藏，可以在一定程度上減輕病害的傳播。普紅梅等[19]通過(guò)3種不同藥劑對(duì)3個(gè)規(guī)格馬鈴薯進(jìn)行處理，結(jié)果認(rèn)為貯藏中3個(gè)規(guī)格種薯大小的不同對(duì)發(fā)病率的影響不一。

為了研究北方寒冷干旱條件下不同質(zhì)量馬鈴薯在筐裝方式下其內(nèi)部溫度在半地下式貯藏室內(nèi)的變化情況，本試驗(yàn)以馬鈴薯的質(zhì)量大小為切入點(diǎn)，以?xún)?nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院半地下式貯藏室為試驗(yàn)場(chǎng)所，對(duì)食用型馬鈴薯進(jìn)行分級(jí)貯藏，并對(duì)分級(jí)后的馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，最后進(jìn)行分析對(duì)比，研究不同質(zhì)量馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度的變化差異。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

試驗(yàn)用馬鈴薯品種為“冀張226”，購(gòu)于內(nèi)蒙古呼和浩特市東瓦窯批發(fā)市場(chǎng)，產(chǎn)地為內(nèi)蒙古呼和浩特市武川縣。

1.1.2 儀器與設(shè)備

1.1.2.1 DG10TH型傳感器

DG10TH型傳感器（圖1）為大連哲勤科技有限公司產(chǎn)品，此溫濕度傳感器為集成瑞士SENSIRION高精度溫濕度傳感器，提供14 Bits溫度測(cè)量，溫度測(cè)量范圍為：-40～80°C，誤差為±0.2℃（25℃時(shí)）。

圖1 DG10TH環(huán)境溫濕度傳感器Fig.1 Environmental temperature and humidity sensor of DG10TH

1.1.2.2 試驗(yàn)用塑料筐

sp460-260型塑料筐（圖2），重慶市賽普塑料制品有限公司產(chǎn)品，內(nèi)外尺寸分別為460 mm×335 mm×260 mm、486 mm×350 mm×270 mm，材質(zhì)為100%高密度聚乙烯（HDPE），具有耐摔、耐磨、抗壓、耐用等特點(diǎn)。

圖2 塑料周轉(zhuǎn)筐Fig.2 Schematic diagram of plastic revolving basket

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)場(chǎng)所

試驗(yàn)場(chǎng)所為內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院半地下式貯藏室，圖3為貯藏室示意圖。貯藏室全長(zhǎng)40 m，寬11.5 m，高2.6 m。其內(nèi)共有10間南北走向的單間貯藏室，單間貯藏室長(zhǎng)8 m，寬4 m，馬鈴薯的貯藏與數(shù)據(jù)采集在順位第7間。每間貯藏室內(nèi)除門(mén)外，還有兩個(gè)自然通風(fēng)口，處于東西居中位置，北墻通風(fēng)口長(zhǎng)0.36 m，寬0.24 m，頂墻通風(fēng)口長(zhǎng)0.24 m，寬0.1 m，距門(mén)1.6 m。冬季12月份以后會(huì)將通風(fēng)口封堵，每天早上8點(diǎn)會(huì)打開(kāi)通風(fēng)口通風(fēng)10 min，直到第2年3、4月份，以防止大量冷空氣流入造成馬鈴薯凍傷。

圖3 試驗(yàn)用馬鈴薯貯藏室外觀(guān)圖（a）與內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布示意圖（b）Fig.3 Appearance(a)and distribution(b)of potatoes storeroom for experiment

1.2.2 馬鈴薯分級(jí)

將市場(chǎng)所購(gòu)的馬鈴薯按單薯質(zhì)量分為3類(lèi)，見(jiàn)表1。

表1 馬鈴薯分類(lèi)Table 1 Potato classifications 單位：g

1.2.3 馬鈴薯的擺放

將馬鈴薯分為4堆（A、B、C、D）擺放，A為a類(lèi)馬鈴薯，B為b類(lèi)馬鈴薯，C為c類(lèi)馬鈴薯，D為a、b、c 3種不同類(lèi)馬鈴薯混裝。每堆6筐，每筐質(zhì)量如表2所示，筐的擺放采用2×3的方式。

表2 不同筐裝馬鈴薯質(zhì)量Table 2 The weights of potatoes in different baskets單位：kg

將貯藏室平均分成4塊區(qū)域（見(jiàn)圖4），將筐裝馬鈴薯擺放在4塊區(qū)域的中心位置，其中馬鈴薯堆A擺放在進(jìn)門(mén)左手邊（貯藏室西南方），然后以順時(shí)針?lè)较蚍謩e擺放馬鈴薯堆B、C、D。

圖4 馬鈴薯堆的擺放位置示意圖Fig.4 Schematic diagram of potato heaps placements

1.2.4 傳感器的布置

如圖5所示，在每堆馬鈴薯中的上、中、下位置分別安放1個(gè)傳感器，用來(lái)分析馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度變化。中間位置傳感器的測(cè)試溫度最能反應(yīng)馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度，下部傳感器與土壤接觸，上部傳感器與空氣接觸。

圖5 傳感器放置位置示意圖Fig.5 Schematic diagram of sensors placements

1.2.5 數(shù)據(jù)采集與處理

溫度數(shù)據(jù)的采集時(shí)間為2019年12月到2020年4月（每0.5 h采集1次），使用Origin數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)不同馬鈴薯堆中間位置的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，其他兩個(gè)位置的溫度數(shù)據(jù)作為參考。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯藏過(guò)程中馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度變化

溫度、濕度、氣體和防腐是馬鈴薯采后保鮮的4要素，其中適宜的貯藏溫度是決定馬鈴薯貯藏品質(zhì)的重要條件之一。馬鈴薯長(zhǎng)期貯藏的最適溫度為2～4℃[20]，然而往往貯藏室內(nèi)溫度無(wú)法穩(wěn)定在馬鈴薯長(zhǎng)期貯藏的最適溫度。在整個(gè)貯藏期間（2019年12月15日—2020年4月31日），馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度呈現(xiàn)出3段式變化，先下降，然后平穩(wěn)，最后上升，在平穩(wěn)階段出現(xiàn)溫度最低值。這一變化規(guī)律主要是由馬鈴薯堆外部的貯藏環(huán)境（貯藏室內(nèi)環(huán)境）變化引起的，不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度的變化規(guī)律雖然一致，但依舊存在一定差異。

圖6 為2019年12月21—27日（共7 d，為馬鈴薯堆內(nèi)部溫度下降階段）不同馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度變化規(guī)律曲線(xiàn)圖，該階段第1次和最后1次記錄的溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。從表3可以看出，不同馬鈴薯堆第1次記錄的溫度大小依次為：A＞B＞C＞D。不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度的變化速率快慢為：C＞B＞D＞A，這與馬鈴薯堆的整體質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)。

表3 不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度下降階段部分溫度數(shù)據(jù)及分析Table 3 Partial data and analysis of different heaps internal temperatures during descent stage

由圖6可以看出，從11月初入窖直到12月底，地窖內(nèi)馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度仍在5℃以上，而進(jìn)入12月份后，內(nèi)蒙古地區(qū)全天最高溫已在0℃以下，因此可以在白天溫度相對(duì)較高的情況下加大地窖內(nèi)的自然通風(fēng)量，使貯藏窖內(nèi)溫度在初期就降到馬鈴薯長(zhǎng)期貯藏的最適溫度。

圖6 不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度下降階段部分?jǐn)?shù)據(jù)曲線(xiàn)圖Fig.6 Partial data curves of different potatoes piles during temperature drop stages

圖7 為2020年2月1—14日不同馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度變化規(guī)律曲線(xiàn)圖，由圖7可知，不同馬鈴薯通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的貯藏后，相對(duì)于溫度下降階段來(lái)說(shuō)其堆內(nèi)內(nèi)部溫度有了比較明顯的不同，不同質(zhì)量馬鈴薯形成的馬鈴薯堆在貯藏120～216 h時(shí)間段（2月6—10日）均出現(xiàn)了整個(gè)貯藏過(guò)程中的溫度最低值，馬鈴薯堆A、B、C、D的最低溫度分別為2.31、2.09、1.84、1.62℃。不同馬鈴薯堆最低溫度大小排序?yàn)椋篈＞B＞C＞D，與整體質(zhì)量關(guān)系不一致，這主要是由于馬鈴薯堆內(nèi)部溫度不僅與馬鈴薯堆整體質(zhì)量有關(guān)，還與堆中馬鈴薯大小及形狀有關(guān)，不同大小和形狀的馬鈴薯會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一，影響內(nèi)部對(duì)流換熱，從而在一定程度上對(duì)溫度的變化大小造成影響，并在長(zhǎng)時(shí)間的貯藏中體現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)馬鈴薯形狀大多不規(guī)則，相同大小的馬鈴薯形狀更接近。通過(guò)質(zhì)量分級(jí)，使質(zhì)量相近的馬鈴薯分類(lèi)貯藏，一定程度上優(yōu)化了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，除混裝組外馬鈴薯堆的最低溫度與堆中馬鈴薯的大小呈負(fù)相關(guān)。而對(duì)于混裝馬鈴薯堆，由于其內(nèi)部各種形狀、大小的馬鈴薯都有，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)極不規(guī)則。

圖7 不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度過(guò)渡階段部分?jǐn)?shù)據(jù)曲線(xiàn)圖Fig.7 Partial data curves of different potatoes piles during temperature transition stages

圖8 為2020年4月4—17日不同馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度變化規(guī)律曲線(xiàn)圖，這一階段馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度處于快速上升階段，其第1次記錄的溫度數(shù)據(jù)和最后1次記錄的溫度數(shù)據(jù)如表4所示。

圖8 不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度上升階段部分?jǐn)?shù)據(jù)曲線(xiàn)圖Fig.8 Partial data curves of different potatoes piles during temperature rise stage

表4 不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度上升階段部分溫度數(shù)據(jù)及分析Table 4 Partial data and analysis of different piles internal temperatures during ascending stage

從表4可知不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度變化速率快慢為：D＞C＞B＞A，除混裝組外，溫度上升速率的大小與堆內(nèi)馬鈴薯的大小呈正相關(guān)。

2.2 數(shù)據(jù)曲線(xiàn)中的失真現(xiàn)象

在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，采集的溫度數(shù)據(jù)中存在一部分的失真現(xiàn)象，其中比較明顯的失真出現(xiàn)在2019年12月19日及2020年4月19日，分別為圖9中的120h左右和圖10中的48 h左右。

圖9 12月14—20日不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度曲線(xiàn)圖Fig.9 Temperatures curves of different potatoes piles from December 14 to 20

由圖9可以看出，在貯藏時(shí)間120 h附近（12月19日），由于溫度發(fā)生快速變化，使曲線(xiàn)產(chǎn)生一定失真。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于貯藏室與單間貯藏室之間的溫度差造成的。貯藏室走廊與大門(mén)相連，沒(méi)有通風(fēng)口，12月份后，為使地窖具有更好的保溫能力，大門(mén)會(huì)被關(guān)上并覆蓋棉被封堵，須第2年3月份才能撤除，因此貯藏室內(nèi)走廊溫度要高于單間貯藏室內(nèi)溫度。12月19日，因試驗(yàn)需要進(jìn)入地窖對(duì)馬鈴薯進(jìn)行查看、搬運(yùn)、整理，導(dǎo)致單間貯藏室與貯藏室走廊之間發(fā)生對(duì)流換熱，從而使貯藏室內(nèi)溫度發(fā)生劇變。

由圖10可知，在貯藏時(shí)間為48 h附近（4月20日），數(shù)據(jù)曲線(xiàn)由上升趨勢(shì)突然出現(xiàn)下降波動(dòng)，且下降曲線(xiàn)混亂無(wú)序，這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和2019年12月19日相同，是由于在這一階段，貯藏室內(nèi)的溫度出現(xiàn)明顯上升，為了進(jìn)一步加強(qiáng)貯藏室內(nèi)的對(duì)流通風(fēng)，4月20日打開(kāi)了單間貯藏室門(mén)，以保持其與走廊間的對(duì)流換氣，此時(shí)在貯藏室中，走廊溫度要低于單間貯藏室溫度，因此造成溫度數(shù)據(jù)的失真波動(dòng)。

圖10 4月18—24日不同馬鈴薯堆內(nèi)部溫度曲線(xiàn)圖Fig.10 Temperatures curves of different potatoes piles from April 18 to 24

這些數(shù)據(jù)的失真是由于對(duì)地窖的人為處理，使馬鈴薯貯藏環(huán)境發(fā)生劇烈空氣對(duì)流而致。想要降低這種突然的空氣對(duì)流對(duì)馬鈴薯堆內(nèi)部溫度的影響，可以在馬鈴薯堆與單間貯藏室門(mén)之間放置一擋風(fēng)板，對(duì)突然產(chǎn)生的對(duì)流換熱起到適當(dāng)?shù)木彌_作用。

3 結(jié)論

（1）在半地下式貯藏室貯藏過(guò)程中，進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)后的馬鈴薯堆與混裝馬鈴薯堆在整個(gè)貯藏過(guò)程中其內(nèi)部溫度變化趨勢(shì)雖然一樣，但依舊存在一定差異。從整體來(lái)看，進(jìn)行分級(jí)堆放的馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度的變化幅度小于未分級(jí)馬鈴薯堆的內(nèi)部溫度。堆內(nèi)馬鈴薯的單薯質(zhì)量越小，形成的馬鈴薯堆內(nèi)部溫度的穩(wěn)定性越高。

（2）在貯藏過(guò)程中應(yīng)該盡量減少人為因素對(duì)貯藏的干預(yù)，人為的干預(yù)會(huì)導(dǎo)致貯藏環(huán)境的改變，從而影響貯藏效果。

（3）在馬鈴薯貯藏前期可以考慮加大通風(fēng)量，使貯藏室內(nèi)的溫度能更加快速地降低到馬鈴薯的最適貯藏溫度。馬鈴薯按質(zhì)量大小分類(lèi)貯藏后可以在一定程度上優(yōu)化馬鈴薯堆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

本試驗(yàn)研究結(jié)果對(duì)馬鈴薯的科學(xué)貯藏具有一定的指導(dǎo)意義，可以讓我們?cè)趯?shí)際貯藏過(guò)程中做到更好的科學(xué)管理。