不同貯藏方式對(duì)菊芋塊莖品質(zhì)的影響

張 宇，門果桃，馬郁瑾，蘭開龍，尹春艷，張立華，王黎勝

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031；2.呼倫貝爾市農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，內(nèi)蒙古海拉爾 021008）

菊芋（Helianthus tuberosusL.）又名洋姜、姜不辣，屬菊科（Compositae）向日葵屬（HelianthusL.）多年生新型高密度能源植物，塊莖富含菊糖、鉀、硒、維生素、黃酮類化合物等多種營養(yǎng)物質(zhì)，風(fēng)味獨(dú)特，具有非常好的食用、飼用和藥用價(jià)值[1-2]。菊芋喜涼爽干燥的氣候，在內(nèi)蒙古、甘肅、青海、江蘇等地已成規(guī)模發(fā)展，種植面積逐年增加。菊芋秸稈可加工成優(yōu)質(zhì)飼料，塊莖可生產(chǎn)菊粉、低聚果糖或燃料乙醇等。近年來，隨著新能源的大力研發(fā)及特色健康食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多功能型且低投入、高產(chǎn)出的菊芋在國際市場大受追捧，成果頻出[3-4]。

我國西北地區(qū)海拔高，氣候冷涼，非常適宜種植菊芋，但菊芋塊莖采收后在貯藏和運(yùn)輸過程中損耗很大，不僅容易出現(xiàn)失水萎蔫，還會(huì)因堆積導(dǎo)致腐爛，降低食用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也制約著未來產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展[5-6]。因此，研究菊芋塊莖貯藏保鮮技術(shù)對(duì)提高塊莖品質(zhì)以及商業(yè)化開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。塊莖收獲后即進(jìn)入休眠期，呼吸和蒸騰等一系列生化反應(yīng)雖變緩，但物質(zhì)消耗和分配還在進(jìn)行，環(huán)境條件也會(huì)進(jìn)一步影響各類物質(zhì)的代謝速度。因此，塊莖須放在適宜的環(huán)境中貯存，方可保持營養(yǎng)價(jià)值，提高耐貯性[7-8]。菊芋收獲后常采用窖藏、沙藏、常溫貯藏等方式，不同貯藏方式對(duì)塊莖營養(yǎng)物質(zhì)的影響差異較大[6，9]。目前，菊芋生產(chǎn)上使用的貯藏技術(shù)多參考馬鈴薯貯藏條件（1～5 ℃），馬鈴薯的損耗率在30%左右，菊芋的損耗率為30%～50%，高損耗率導(dǎo)致菊芋生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失巨大[10-12]。由于生產(chǎn)中使用的貯藏方式多是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，不同的作物只能參考相似或相近作物的貯藏方式，缺少理論支持，很難達(dá)到不同作物貯藏的理想效果。本試驗(yàn)以土默川菊芋為試驗(yàn)材料，探究不同貯藏方式對(duì)菊芋塊莖品質(zhì)的影響，旨在為菊芋塊莖貯藏保鮮加工技術(shù)的改進(jìn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

供試菊芋品種為土默川菊芋。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，菊芋于2019年11月中旬收獲后，選取大小均勻、整齊飽滿、無病蟲害、無損傷的塊莖，晾干，將挑選后的塊莖分裝在網(wǎng)袋中（每個(gè)處理塊莖重量約為181.7 g，3 個(gè)重復(fù)），于2019年11月下旬至2020年3月下旬放置于內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院院內(nèi)低溫窖（窖藏）、庫房（庫藏）、50 cm 土層下（土藏）3 個(gè)環(huán)境條件貯藏。窖藏的溫度變化在2.6～4.1 ℃，相對(duì)濕度為94%～96%；庫藏的溫度變化在-11.0～6.6 ℃（晝夜溫差17～20 ℃），相對(duì)濕度為67%～73%；土藏的溫度變化在-4.3～2.5 ℃（晝夜溫差0.5～1.5 ℃），相對(duì)濕度為92%～96%。

1.2 測定指標(biāo)與方法

貯藏期間每隔30 d 隨機(jī)取樣1 次，分別為0、30、60、90、120 d，共5 次，記錄塊莖腐爛率、萌發(fā)率及塊莖外觀變化，塊莖切塊后迅速用液氮冷凍后置于-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆?，測定塊莖生理指標(biāo)，包括干物質(zhì)、還原糖[13]、菊糖[14-15]，每個(gè)處理重復(fù)3 次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果采用Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖，SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同貯藏方式對(duì)菊芋塊莖外觀品質(zhì)的影響

塊莖收獲后，不同貯藏方式對(duì)塊莖外觀品質(zhì)的影響不同。由表1 和表2 可知，菊芋貯藏期間，不同貯藏方式的溫度浮動(dòng)不同，窖藏溫度變幅為2.6～4.1 ℃，溫差最?。?.5 ℃），平均溫度3.35 ℃；相對(duì)濕度變幅為94%～96%，貯藏0～120 d 塊莖形態(tài)無變化。庫藏溫度變幅為-11.0～6.6 ℃，溫差最大（17.6 ℃），平均溫度為-2.2 ℃；相對(duì)濕度變幅為67%～73%，貯藏0～30 d 塊莖堅(jiān)硬無變化，30～60 d 部分塊莖外部附霜，貯藏90～120 d 塊莖出現(xiàn)萎蔫褶皺，個(gè)別塊莖腐爛發(fā)霉。土藏溫度變幅為-4.3～2.5 ℃，溫差為6.8 ℃，平均溫度為-0.9 ℃；相對(duì)濕度變幅為92%～96%，貯藏0～90 d 塊莖形態(tài)無變化，120 d 塊莖發(fā)芽。以上結(jié)果表明，窖藏、土藏與庫藏相比，溫度變化幅度較小，相對(duì)濕度較高，更適合菊芋塊莖的貯藏；土藏120 d菊芋塊莖頂芽萌發(fā)，應(yīng)結(jié)合溫度變化，提前轉(zhuǎn)移貯藏地點(diǎn)。

表1 不同貯藏方式溫度、濕度監(jiān)測結(jié)果

表2 不同貯藏方式塊莖外觀的變化

2.2 不同貯藏方式不同貯藏時(shí)間對(duì)菊芋塊莖干物質(zhì)含量的影響

植物生長發(fā)育期間干物質(zhì)的積累有助于增加產(chǎn)量，同時(shí)貯藏期間干物質(zhì)含量的變化會(huì)影響植物品質(zhì)。由圖1 可知，與貯藏0 d 相比不同方式貯藏120 d菊芋塊莖干物質(zhì)含量均下降，窖藏、庫藏和土藏分別下降10.40%、16.77%和27.83%，不同貯藏方式差異顯著（P＜0.05）。其中，窖藏方式干物質(zhì)含量下降最少，土藏方式干物質(zhì)含量下降最多；庫藏方式干物質(zhì)含量呈現(xiàn)上升-下降趨勢，且30～90 d 干物質(zhì)含量均高于同期窖藏和土藏環(huán)境條件下的含量，30～120 d變幅最大，達(dá)12.85%。結(jié)合表1 可知，塊莖干物質(zhì)在窖藏方式下，溫度變化幅度較小，物質(zhì)消耗最少；庫藏和土藏條件，都經(jīng)歷0 ℃以下低溫，物質(zhì)消耗增加，庫藏方式下相對(duì)濕度較低，水分散失較快，30～60 d 塊莖外壁附霜，干物質(zhì)含量明顯高于其他貯藏方式及貯藏準(zhǔn)備時(shí)（0 d），原因可能是低溫引起物質(zhì)消耗增加。

圖1 不同貯藏方式菊芋塊莖干物質(zhì)含量的比較

2.3 不同貯藏方式不同貯藏時(shí)間對(duì)菊芋塊莖還原糖含量的影響

植物貯藏期間，碳水化合物代謝會(huì)因貯藏條件的改變而打破原有平衡，致使不同物質(zhì)相互配合促進(jìn)轉(zhuǎn)化。由圖2 可知，貯藏期間菊芋塊莖還原糖含量變化不同，且不同貯藏方式下貯藏120 d 還原糖含量變化均存在顯著差異（P＜0.05）。窖藏、庫藏和土藏方式下貯藏120 d，還原糖含量較貯藏準(zhǔn)備時(shí)（0 d）分別下降44.54%、12.82%和上升51.13%。貯藏過程中，還原糖含量在窖藏、庫藏和土藏中分別呈現(xiàn)小幅下降-上升-下降-小幅上升趨勢、連續(xù)下降-快速上升-下降趨勢和上升-連續(xù)下降-快速上升趨勢，并分別于60 d、90 d 和120 d 達(dá)到高峰。結(jié)合表1 可知，適度的低溫可促進(jìn)塊莖的還原糖含量上升，但庫藏方式中較長時(shí)間處于0 ℃以下低溫，菊芋塊莖中還原糖可能被轉(zhuǎn)化，待貯藏60 d 后環(huán)境溫度緩升，塊莖中抗逆性主力物質(zhì)轉(zhuǎn)變，被再次轉(zhuǎn)化為還原糖。同時(shí)，還原糖含量雖然較低，但對(duì)塊莖萌發(fā)有重要作用，這與肖惠瑗[16]研究馬鈴薯塊莖的發(fā)芽與還原糖含量的顯著增加有關(guān)結(jié)論一致。

圖2 不同貯藏方式菊芋塊莖還原糖含量的比較

2.4 不同貯藏方式不同貯藏時(shí)間對(duì)菊芋塊莖菊糖含量的影響

菊糖是菊芋重要的營養(yǎng)指標(biāo)之一，與物質(zhì)代謝密不可分。由圖3 可知，貯藏120 d 后，不同貯藏方式菊芋塊莖菊糖含量均下降，窖藏、庫藏和土藏分別下降11.60%、4.45%和33.47%，菊糖含量的變化在不同貯藏方式間存在顯著差異（P＜0.05）。窖藏、庫藏和土藏30 d 菊糖含量分別下降7.00%和上升70.00%、43.04%；30～60 d 土藏的菊糖含量微升，但其他貯藏方式的菊糖含量下降至最低點(diǎn)；60～120 d，窖藏和庫藏條件菊糖含量呈現(xiàn)上升-下降的趨勢，而土藏條件下菊糖含量呈大幅下降趨勢，并于120 d下降至最低。結(jié)合表1 可知，低溫可促進(jìn)菊芋塊莖中菊糖含量的上升，由于庫藏條件溫度波動(dòng)更大，菊糖含量上升變化更顯著。當(dāng)溫度持續(xù)下降，菊糖可能被轉(zhuǎn)化為其他保護(hù)性物質(zhì)和能源，繼續(xù)為塊莖抵御低溫提供保障。這一結(jié)果與前人研究的不同溫度下菊糖含量的變化結(jié)果相似[17-18]。

圖3 不同貯藏方式菊芋塊莖菊糖含量的比較

2.5 不同貯藏方式不同貯藏時(shí)間對(duì)菊芋塊莖腐爛率的影響

判斷菊芋食用價(jià)值最直觀的就是觀察塊莖是否失水萎蔫或腐爛。由表3 可知，窖藏和土藏方式下，貯藏0～120 d，菊芋塊莖的腐爛率均為0；庫藏方式下，90 d 時(shí)菊芋塊莖的腐爛率為3%，且腐爛率隨貯藏期的延長呈上升趨勢，貯藏120 d 時(shí)腐爛率為7%。結(jié)合表1 對(duì)比分析認(rèn)為，庫藏條件貯藏90～120 d溫度上升過程中塊莖腐爛率呈增加趨勢，可能與貯藏過程中低溫引起菊芋塊莖代謝失調(diào)有關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致菊芋整體抗病性下降。這一結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，果蔬處于不適宜的低溫環(huán)境，若溫度繼續(xù)發(fā)生較大波動(dòng)，會(huì)造成腐爛率增加[19-20]。

表3 不同貯藏方式菊芋塊莖腐爛率 單位：%

2.6 不同貯藏方式不同貯藏時(shí)間對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)率的影響

塊莖類作物收獲后即進(jìn)入休眠期，如因不恰當(dāng)?shù)馁A藏措施導(dǎo)致塊莖頂芽提前萌發(fā)，將影響貯藏的長久性，進(jìn)而影響市場的供應(yīng)。由表4 可知，窖藏和庫藏方式可以有效降低菊芋塊莖的萌發(fā)率，貯藏0～120 d 萌發(fā)率保持在0；土藏方式后期的環(huán)境變化達(dá)到塊莖易萌發(fā)的條件，貯藏120 d 時(shí)塊莖萌發(fā)率迅速上升至97%。結(jié)合表1 對(duì)比分析認(rèn)為，菊芋塊莖在庫藏條件下貯藏休眠，雖然后期溫度上升至塊莖萌發(fā)條件，但可能由于菊芋塊莖貯藏過程中物質(zhì)消耗較多，沒有外界的養(yǎng)分輸送，導(dǎo)致萌發(fā)力減弱。

表4 不同貯藏方式菊芋塊莖萌發(fā)率 單位：%

3 討論與結(jié)論

塊莖在收獲時(shí)已積累大量營養(yǎng)物質(zhì)，為應(yīng)對(duì)外界不利環(huán)境條件進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)塊莖呼吸作用減緩，各種生理代謝速度降低。菊芋有別于其他塊莖和塊根類作物，塊莖中的主要碳水化合物不是淀粉，而是菊糖（菊粉型果聚糖），含量高達(dá)干物質(zhì)的85%[21]。據(jù)報(bào)道，植物中果聚糖的積累與低溫和干旱等逆境有關(guān)，特別是耐寒性，果聚糖有助于植物抵御寒冷等非生物脅迫[22]。關(guān)于水稻、馬鈴薯、煙草等植物的研究已證明，通過提高果聚糖含量可提高植物的耐逆性[23-25]。本研究中，菊糖含量的變化趨勢與貯藏環(huán)境的溫度變化密切相關(guān)，-4.0 ℃和-8.0 ℃的低溫可使菊芋塊莖菊糖含量分別顯著提高43.04%和70.00%，說明貯藏溫度越低，塊莖菊糖含量升高越迅速，但隨著溫度持續(xù)下降，菊糖被大量降解。VAN DEN ENDE 等[26]研究證實(shí)，通過提高菊糖濃度可維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性增強(qiáng)植物的抗逆性，隨著菊糖的降解可以在急需時(shí)為植物提供大量游離果糖和能量，迅速調(diào)整部分因失水導(dǎo)致的細(xì)胞滲透不平衡，降低細(xì)胞組織中水的冰點(diǎn)。由此可見，菊芋塊莖中菊糖含量的變化與菊芋耐受不同程度的低溫有關(guān)。

塊莖貯藏休眠和萌發(fā)受到多種因素的影響，如外部環(huán)境條件（水分和溫度）和內(nèi)部塊莖生理?xiàng)l件（營養(yǎng)物質(zhì)、能源物質(zhì)和激素等），菊糖作為菊芋重要的能量來源，不僅可以抵御外界不利環(huán)境，還可助力塊莖的萌發(fā)，因?yàn)榫仗寝D(zhuǎn)化物還原糖是塊莖發(fā)芽的先決條件[27]。本研究中，菊芋貯藏期結(jié)束，不同環(huán)境下的塊莖菊糖含量均有不同程度的下降，土藏中菊芋塊莖出現(xiàn)萌芽時(shí)菊糖含量下降最快，同期還原糖含量顯著上升，說明土藏方式下貯藏后期外界條件達(dá)到了塊莖萌發(fā)的要求，塊莖內(nèi)部菊糖降解為塊莖的萌發(fā)提供了能源助力。窖藏和庫藏方式下，貯藏后期菊芋塊莖的菊糖含量有所下降，但塊莖未出現(xiàn)萌發(fā)，說明菊糖降解不完全是用于塊莖萌發(fā)，可能也用于塊莖自身生存。前人研究也得出，菊糖的降解除了部分用于芽的萌發(fā)，其余主要是為了支撐植物后續(xù)生長提供能量[28]。

目前，窖藏是最常用的貯藏塊莖方式之一，也是最具經(jīng)濟(jì)性價(jià)比的方式，但不同塊莖貯藏的適宜溫度有差異。王亮等[11]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯的干物質(zhì)、淀粉及還原糖含量的變化趨勢與貯藏環(huán)境及時(shí)間有密切關(guān)系，低溫糖化的溫度閾值是5 ℃，貯藏溫度越低，淀粉轉(zhuǎn)化還原糖的速度越快；適當(dāng)?shù)牡蜏兀?～3 ℃）可降低馬鈴薯塊莖營養(yǎng)物質(zhì)消耗和水分散失，延長休眠期，并有效抑制塊莖腐爛。本研究中，菊芋的干物質(zhì)、還原糖和菊糖含量在不同貯藏環(huán)境及時(shí)間條件下具有顯著差異，對(duì)于不同的菊芋用途而言，如要求干物質(zhì)含量較高，建議放置于低溫窖（0～4 ℃）；如要求菊糖含量高，可以使用低溫冷庫（-4～0 ℃），條件受限的情況下建議先就地存放于50 cm 土層下，待地溫上升至0 ℃再轉(zhuǎn)入低溫窖藏，這與MU 等[18]在對(duì)菊芋塊莖進(jìn)行不同低溫貯藏研究中得出適宜的貯藏溫度是-5～0 ℃的結(jié)果相近。同時(shí)，環(huán)境的相對(duì)濕度也是重要因素之一，濕度與溫度相互作用，可防止塊莖水分的過度流失[6]。本研究結(jié)果表明，3 種貯藏方式環(huán)境條件差異較大，但相對(duì)濕度變幅較小，綜合分析認(rèn)為，從性價(jià)比角度考量，內(nèi)蒙古地區(qū)的菊芋塊莖采取土藏和窖藏相結(jié)合的貯藏方式更合適。