氣調貯藏對馬鈴薯保鮮效果的影響

田甲春，張 潔，葛 霞，田世龍，*，李守強

（1.甘肅省農業(yè)科學院農產品貯藏加工研究所，甘肅 蘭州 730070；2.中國農業(yè)科學院農產品加工研究所重點實驗室，北京 100193）

馬鈴薯（Solanum tuberosum）是一年生茄科植物，在全球100 多個國家和地區(qū)都有種植[1-3]，已經成為我國繼水稻、小麥、玉米之后的第四大糧食作物[4-5]。在世界人口急劇增長的今天，糧食危機不容小覷，作為全球的重要主糧，馬鈴薯的貯藏保鮮在保障糧食安全和營養(yǎng)方面意義重大。為延長馬鈴薯的貯藏期，收獲的塊莖通常在4 ℃的低溫條件下貯藏，低溫貯藏會使馬鈴薯塊莖中的糖代謝平衡被打破，發(fā)生低溫糖化現(xiàn)象，這對于馬鈴薯加工是非常不利的[6]。相關研究發(fā)現(xiàn)，改變貯藏環(huán)境中的氣體組分可有效抑制果蔬的呼吸作用和微生物增長[7-8]。馬鈴薯的相關研究發(fā)現(xiàn)，低溫貯藏條件下改變貯藏環(huán)境中的氣體組分對抑制塊莖的還原糖含量上升有積極的影響，可起到減弱塊莖糖化的作用[9-10]，有利于馬鈴薯的貯藏保鮮。加工薯通常貯藏于8～10 ℃的環(huán)境中，但此環(huán)境極易造成馬鈴薯塊莖失水發(fā)芽[11-14]。馬鈴薯塊莖的發(fā)芽受諸多因素影響，其中內源激素含量的動態(tài)變化對塊莖的休眠與萌發(fā)起著主導性的作用，外在的環(huán)境條件變化通過影響塊莖內源激素含量來影響塊莖的休眠和萌發(fā)[15]。

本課題組在前期進行了氣調貯藏馬鈴薯的相關研究，已初步確定了5%O2+2%CO2貯藏環(huán)境可改善馬鈴薯的貯藏品質[14]。本試驗利用氣調貯藏技術研究加工薯在（10±1）℃，5%O2+2%CO2氣體環(huán)境下塊莖的營養(yǎng)品質、外觀品質以及內源激素含量的變化情況，探討貯藏氣體環(huán)境對馬鈴薯品質的影響，為今后加工薯的生產實踐提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

大西洋馬鈴薯，由定西薯香園農業(yè)科技有限公司提供。IAA、GA3、ABA 標準品（純度≥98%），上海源葉生物科技股份有限公司；HPLC 級甲醇，上海合勒化學科技有限公司；乙酸乙酯（純度≥99.5%），石油醚（純度≥99.5%），國藥集團化學試劑有限公司；檸檬酸（AR），上海麥克林生化科技有限公司；冰醋酸，上海生工生物有限公司；碘、碘化鉀、乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、酒石酸鉀鈉，天津市光復科技發(fā)展有限公司。三元混合氣體（O2、CO2、N2），蘭州裕隆氣體有限公司。

1.1.2 儀器與設備

氣調保鮮箱，北京恒青園科技有限公司；PBI-200616-I 型手持O2/CO2分析儀，丹麥Dansensor 公司；L-1200 型高效液相色譜儀，Agilent 科技有限公司；Cary100 型紫外-可見分光光度計，美國瓦里安（中國）有限公司；TGL -16M 型臺式高速冷凍離心機，湖南湘儀離心機儀器有限公司；CR-10PLUS 型色差儀，日本柯尼卡美能達公司。

1.2 方法

1.2.1 處理方法

將采收后的馬鈴薯置于黑暗通風條件下（10～12 ℃）愈傷15 d。愈傷結束后，挑選大小均勻、無病蟲害的塊莖作為試驗樣品。將挑選后的塊莖分裝于6 個規(guī)格為50 cm×30 cm×30 cm 的氣調保鮮箱中，其中處理組和對照組（CK）各3 箱，每箱馬鈴薯的質量約為10 kg，置于（10±1）℃條件下貯藏，用手持O2/CO2分析儀對箱內氣體濃度進行檢測，精確控制氣調箱內氣體體積分數(shù)：CA 組為5%O2+2%CO2（各試驗組氣體組分除O2、CO2外，其余組分用N2平衡），對照組（CK）為自然條件氣調箱不加蓋貯藏。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 營養(yǎng)品質

淀粉含量：參照GB 5009.9—2016[16]，采用旋光法測定；還原糖含量：參照GB 5009.7—2016[17]，采用直接滴定法測定；干物質含量：參照GB 5009.3—2016[18]，采用直接干燥法測定。

1.2.2.2 外觀品質

失重率：每個處理固定30 個塊莖進行測定，分別測定每個塊莖貯藏前的質量（m1）和貯藏后各時間點的質量（mx），失重率按公式（1）進行計算[19]。

腐爛率：每個處理隨機選取30 個塊莖，腐爛率按公式（2）進行計算[20]。

發(fā)芽率：固定30 個馬鈴薯塊莖，以10 個為1 組，以塊莖第1 個芽長大于2 mm 作為發(fā)芽的標準，發(fā)芽率按公式（3）進行計算[21]。

薯皮色度：每個處理隨機選取5 個塊莖，清洗晾干后在每個薯塊光滑平整的部位用記號筆進行標記，用色差儀測定標記部位的L*值及a*值[22]。

1.2.2.3 內源激素（生長素（IAA）、赤霉素（GA3）、脫落酸（ABA））含量

提取及檢測方法：稱取約0.15 g 馬鈴薯樣本，放入研缽中磨碎，加入1.0 mL 80%甲醇，于4 ℃浸提過夜。8500 r/min 離心10 min 后取出上清液，氮吹至只剩水相。用石油醚調pH 值至2～3，用乙酸乙酯萃取3次，合并乙酸乙酯相至上述吹干的EP 管內，氮氣吹干。甲醇復溶并定容至0.5 mL，用針頭式過濾器過濾于帶有內襯管的樣品瓶內待測[23]。色譜柱為：Kromasil C18反相色譜柱（250 m×4.6 mm，5 μm），IAA測定流動相為甲醇：水（含1%乙酸）=4：6（V/V），流速0.8 mL/min，柱溫30 ℃，分析時間為40 min，熒光檢測器激發(fā)波長275 nm，發(fā)射波長345 nm。用于測定GA3和ABA 的流動相A 為甲醇，流動相B 為1%乙酸水溶液，流速1 mL/min，柱溫30 ℃，走樣時間為40 min，紫外檢測器波長254 nm。

定性定量方法：配制IAA、GA3、ABA 不同濃度的激素標準品，進行HPLC 檢測，通過不同的濃度對應不同的檢測峰面積，進行線性擬合，制作標準曲線，用于樣本中激素含量的定量；在標準品對應的保留時間，進行積分操作，計算峰面積，帶入標準曲線，計算出樣本中激素的濃度含量及激素含量。IAA、ABA 及GA3檢出限分別為0.5 ng/mL、0.01 μg/mL、0.05 μg/mL。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

2 結果與分析

2.1 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖中干物質、淀粉、還原糖含量的影響

圖1 為氣調貯藏對馬鈴薯塊莖中干物質含量的影響情況，由圖可見，塊莖的干物質含量均隨貯藏時間的延長呈先上升后下降的趨勢，整個貯藏期CA貯藏環(huán)境下塊莖的干物質含量均較CK 低，貯藏至150 d 時CA 和CK 貯藏環(huán)境下塊莖中的干物質含量均較初值高。干物質含量上升的主要原因是馬鈴薯在貯藏過程中仍然進行著呼吸、蒸騰作用等一系列生化反應，導致薯塊水分含量降低，干物質含量上升。

圖1 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖中干物質含量的影響Fig.1 Effect of controlled atmosphere storage on dry matter content of potato tubers

淀粉是馬鈴薯塊莖中的主要能量來源和營養(yǎng)物質，淀粉含量的高低直接影響馬鈴薯塊莖的食用品質。圖2 為馬鈴薯貯藏150 d 期間淀粉含量的變化情況，如圖所示，貯藏0～30 d 時，CA 組和對照組塊莖中的淀粉含量無明顯差異，30 d 后CA 環(huán)境下貯藏塊莖的淀粉含量均顯著高于CK（P＜0.05）。

圖2 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖中淀粉含量的影響Fig.2 Effects of controlled atmosphere storage on the starch content of potato tubers

圖3 為氣調貯藏對馬鈴薯塊莖中還原糖含量的影響，由圖可見，CA 組和對照組塊莖中的還原糖含量均隨貯藏時間的延長呈上升趨勢，貯藏至150 d 時，CK 組塊莖中的還原糖含量比CA 組高15.21%，說明適宜的氣調貯藏可延緩馬鈴薯在相對低溫長期貯藏過程中還原糖含量的上升。

圖3 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖中還原糖含量的影響Fig.3 Effects of controlled atmosphere storage on reducing sugar content of potato tubers

2.2 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖發(fā)芽率、腐爛率和失重率的影響

圖4 為氣調貯藏對馬鈴薯塊莖發(fā)芽率的影響，如圖所示，貯藏0～60 d 期間，兩組塊莖均無發(fā)芽現(xiàn)象，60 d 后塊莖的發(fā)芽率隨貯藏時間的延長而升高，貯藏至150 d 時，CK 組塊莖的發(fā)芽率達100%，而CA 組塊莖的發(fā)芽率僅為19.14%，說明將塊莖貯藏于CA環(huán)境可延長休眠期，降低塊莖的發(fā)芽率。

圖4 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖發(fā)芽率的影響Fig.4 Effects of controlled atmosphere storage on sprout rate of potato tubers

圖5 為氣調貯藏對馬鈴薯塊莖腐爛率的影響，如圖所示，貯藏至90 d 時，CK 組出現(xiàn)腐爛塊莖，而CA 組仍無腐爛現(xiàn)象，隨貯藏時間的延長，兩組腐爛率均呈上升趨勢，且CK 組的腐爛率顯著高于CA 組（P＜0.05）。

圖5 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖腐爛率的影響Fig.5 Effects of controlled atmosphere storage on rot rate of potato tubers

圖6 為氣調貯藏對馬鈴薯塊莖失重率的影響情況，由圖可見，失重率隨貯藏時間的延長均呈上升趨勢，在整個貯藏期，CA 組塊莖的失重率均顯著低于CK 組，貯藏至150 d 時，CA 和CK 組的失重率分別為2.87%和8.39%。說明氣調處理可顯著抑制馬鈴薯因為呼吸、蒸騰等作用引起的營養(yǎng)物質消耗及失水。

圖6 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖失重率的影響Fig.6 Effects of controlled atmosphere storage on weight loss rate of potato tubers

2.3 氣調貯藏對馬鈴薯薯皮色度的影響

圖7 為氣調貯藏對馬鈴薯塊莖薯皮L*值的影響，如圖所示，隨貯藏時間的延長，對照組和CA 組塊莖的薯皮L*值均呈下降趨勢。L*值的大小反映薯皮的亮暗程度，L*值越大薯皮亮度越大，反之則越暗。本試驗中CA 組塊莖的薯皮L*值在整個貯藏期均高于CK 組，說明CA 貯藏環(huán)境可減緩馬鈴薯貯藏過程中薯皮的褐變。

圖7 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖薯皮L*值的影響Fig.7 Effects of controlled atmosphere storage on L*value of potato tuber skins

圖8 為氣調貯藏對馬鈴薯塊莖薯皮a*值的影響，馬鈴薯貯藏期間易出現(xiàn)表皮綠變的現(xiàn)象，a*值能夠反映馬鈴薯紅綠程度，a*值越小物體的顏色越偏向綠色，反之則越紅。由圖8 可見，隨貯藏時間的延長，馬鈴薯塊莖薯皮的a*值均有不同程度的下降，相比而言CA 環(huán)境下貯藏塊莖的a*值下降程度低于CK組，說明CA 貯藏環(huán)境可減緩馬鈴薯塊莖薯皮的綠變。

圖8 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖薯皮a*值的影響Fig.8 Effects of controlled atmosphere storage on a*value of potato tuber skins

2.4 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖中激素含量的影響

IAA 是馬鈴薯發(fā)芽生長所必需的物質，對休眠打破后芽的生長有調控作用，能促進細胞擴張和細胞分裂[23]。如圖9 所示，隨貯藏時間的延長，馬鈴薯塊莖中IAA 含量呈上升趨勢，貯藏30 d 以后，CA 組的IAA含量顯著低于CK 組（P＜0.05）。貯藏至150 d 時，CA組貯藏的馬鈴薯塊莖IAA 含量較對照組低19.63%。

圖9 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖IAA 含量的影響Fig.9 Effects of controlled atmosphere storage on IAA content of potato tubers

ABA 被認為對塊莖休眠有維持作用。如圖10 所示，隨貯藏時間的延長，ABA 含量總體呈下降趨勢，CA 貯藏的塊莖中ABA 含量在整個貯藏期間均顯著高于對照組（P＜0.05），貯藏至150 d 時，CA 和CK 塊莖中的ABA 含量分別較初始值下降了49.17%、67.61%。

圖10 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖ABA 含量的影響Fig.10 Effects of controlled atmosphere storage on ABA content of potato tubers

GA3具有促進馬鈴薯發(fā)芽的作用。由圖11 可見，兩組馬鈴薯塊莖GA3含量均隨貯藏時間的延長呈先上升后下降的趨勢，貯藏0～60 d 期間CA 和CK 環(huán)境貯藏的塊莖均處于休眠期，GA3含量較低，隨后休眠解除開始萌芽，GA3含量迅速增加，貯藏至90 d 時，CA 和CK 組塊莖的GA3含量均達到最高，但CA 環(huán)境貯藏塊莖的GA3含量顯著低于CK 組（P＜0.05），貯藏90 d 后兩組塊莖中的GA3含量均呈下降趨勢，且二者間無顯著差異。

圖11 氣調貯藏對馬鈴薯塊莖GA3 含量的影響Fig.11 Effects of controlled atmosphere storage on GA3 content of potato tubers

3 討論與結論

馬鈴薯在收獲后仍然是鮮活的有機體，在貯藏過程中，馬鈴薯塊莖受外界環(huán)境的影響，仍進行著一系列生理代謝活動。在馬鈴薯貯藏期間加強通風管理并保持一定的低溫條件，可使貯藏環(huán)境中的氧氣和二氧化碳濃度保持在一定的范圍內，使塊莖處于被迫休眠狀態(tài)而延遲萌發(fā)，有利于馬鈴薯的貯藏，當馬鈴薯塊莖貯藏于5%O2+2%CO2氣調環(huán)境時，塊莖的發(fā)芽率顯著低于CK 組，說明馬鈴薯貯藏于該環(huán)境下可有效延緩塊莖的發(fā)芽。馬鈴薯中的水分含量是影響馬鈴薯新鮮度的重要指標，過度失水會造成馬鈴薯正常生理代謝紊亂，進而造成營養(yǎng)品質及外觀品質的下降，貯藏于5%O2+2%CO2氣調環(huán)境的馬鈴薯塊莖腐爛率及失重率均低于CK 組。馮犖犖等[24]研究發(fā)現(xiàn)，適宜氣體配比下貯藏的狗頭棗的好果率和鮮度指數(shù)均高于其他試驗組；張敏歡等[9]在靜電場結合自發(fā)氣調包裝對馬鈴薯貯藏期間的保鮮效果研究中也發(fā)現(xiàn)，氣調貯藏可有效保持馬鈴薯的感官及各項營養(yǎng)品質，主要是由于在氣調貯藏過程中嚴格控制貯藏環(huán)境的溫濕度和氣體條件，有效抑制了果蔬的采后呼吸作用，減少了由于呼吸作用所造成的失水及微生物和酶作用所造成的腐敗變質。薯皮的色澤也是評價馬鈴薯感官品質和商品價值的重要指標。王志華等[25]研究發(fā)現(xiàn)，氣調處理能提升梨果皮顏色亮度；氣調貯藏鮮切黃瓜[26]、雙孢蘑菇等也有同樣的作用[27]。本研究也發(fā)現(xiàn)，氣調貯藏可延緩薯皮色度變暗，并能夠延緩薯皮的綠變。

馬鈴薯塊莖的發(fā)芽受環(huán)境、生理、遺傳因子等因素的調控，內源激素被認為是調節(jié)馬鈴薯休眠與發(fā)芽最重要的內部因素之一，這種調節(jié)并不是單一激素的影響，而是幾種激素相互作用的結果[28-30]。IAA、ABA、GA3等幾種激素被認為參與了馬鈴薯的休眠調控，IAA 是馬鈴薯發(fā)芽生長所必需的物質，它能促進細胞擴張和細胞分裂，但IAA 對種子休眠與萌發(fā)的作用也存在爭議，有研究認為它對休眠沒有任何影響，只在打破休眠并發(fā)芽的塊莖中增加。本研究中發(fā)現(xiàn)隨貯藏時間的延長，IAA 含量呈上升趨勢，IAA 含量與發(fā)芽率呈正相關關系，這與杜鵑等[31]的研究結果一致。GA3也具有促進種薯發(fā)芽的作用，其含量通常在塊莖休眠時很少，在控制隨后的發(fā)芽生長方面發(fā)揮重要作用。ABA 是最早被發(fā)現(xiàn)可以誘導和維持馬鈴薯塊莖休眠的激素，其含量在塊莖處于深度休眠狀態(tài)時較高，隨著塊莖休眠解除大幅下降。本研究中塊莖剛收獲時ABA 含量最高，隨貯藏時間延長，ABA 含量呈下降趨勢，它與塊莖的發(fā)芽率和IAA 含量的變化趨勢呈負相關。本研究結果表明，將馬鈴薯于（10±1）℃，5%O2+2%CO2氣體環(huán)境下貯藏可延緩塊莖在長期貯藏過程中還原糖含量的上升，并且能夠抑制貯藏過程中薯皮的褐變和綠變，降低馬鈴薯塊莖的失重率、腐爛率及發(fā)芽率，解決加工薯在貯藏過程中發(fā)芽、失水及還原糖含量升高等問題。