不同貯藏條件對馬鈴薯塊莖采后生理及貯藏效果的影響

王 亮，李 超，張立新，趙 猛

（山西省農業科學院農產品貯藏保鮮研究所，山西 太原 030031）

馬鈴薯具有良好的營養價值和經濟價值，廣泛應用于食品工業、淀粉工業、飼料工業和醫藥工業。馬鈴薯作為一種兼用型農作物，具有較高的水分利用率和較長的產業鏈，種植面積逐年增加[1]。2015年農業部把馬鈴薯主糧化工作列入重要議程[2]，馬鈴薯已經成為除小麥、水稻、玉米外的第四大糧食作物[3-4]。據2014統計，我國馬鈴薯種植面積達557.33萬hm2，總產量為9 551.5萬t，是馬鈴薯生產和消費的第一大國[2，5-6]。而山西省是農業部確定的馬鈴薯優勢產區之一，因氣候條件獨特，生產的馬鈴薯具有淀粉含量高、薯塊大、商品性好等特點[7]，對保障糧食安全、提高農民收入具有重要意義[8-9]。

近年來，山西省通過推廣優質脫毒種薯、旱作農業及科學栽培技術，增施肥料，大力改善生產條件，加強田間管理等采前措施，馬鈴薯單產大幅提高[10]。目前，山西省馬鈴薯種植面積約20萬hm2，平均單產15～16 t/hm2，鮮薯銷售約占總產量的50%[7]。馬鈴薯種植主要以戶為單位，種植與貯藏相對分散，產品品種多樣且品質不一，貯藏多以小型微型地下、半地下窯洞貯藏為主[11]，由于貯藏規模小，且缺乏理想的貯藏設施和保鮮技術，貯藏后馬鈴薯的數量和質量均不能適應市場鮮銷和現代化加工業的生產要求，嚴重影響馬鈴薯產業的健康持續發展[12]。可見，貯藏設施及技術的優化升級是馬鈴薯產業鏈延伸的重要基礎環節，對延長鮮薯上市時間、調節市場價格、延長企業加工能力等具有不可替代的作用[13]。

為解決因使用傳統窯洞庫常常出現馬鈴薯凍害、發芽、腐爛和生理病害等實際問題，本研究研發了馬鈴薯智能通風窯洞庫，其是在傳統窯洞內部風道布局優化的基礎上，結合使用PLC可編程控制模塊，對貯藏環境中不同位置溫濕度以及CO2濃度進行智能控制，實現窯洞庫內多位點自動控制外界冷源引入量，以滿足馬鈴薯貯藏所需的持續穩定低溫和低CO2環境，為生產上智能化利用外界自然冷源貯藏馬鈴薯提供理論依據和可靠參數。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試品種 2017年10月15日，于山西省呂梁市嵐縣王獅鄉石橋村采集優質晉薯16號馬鈴薯，采后在15℃避光愈傷15 d，挑選大小適中、無機械損傷、無病馬鈴薯塊莖作為試材。

1.1.2 主要儀器與設備 多探頭溫度測定系統；多路溫度傳感器；濕度計；手持CO2測試儀；恒溫水浴鍋；紫外可見光分光光度計；果蔬呼吸測定儀。

1.2 馬鈴薯智能通風窯洞庫構造

馬鈴薯貯藏窖規格：25 m×3.5 m×3.2 m，馬鈴薯貯藏量為75 t左右。如圖1所示，該系統主要由進風風道、電動風口、出風風道、豎井、軸流風機等硬件部件組成，智能控制部分主要由PLC可編程控制器、溫濕度采集模塊、CO2采集模塊和人機交互界面等部件組成。進風風道使用酚醛樹脂板制成，利用窯洞頂部空間由窯門上方進風口進入窯內，風道長度比窯洞長度稍短且末端封閉，電動風口間隔4 m安裝在進風道兩側，風口下方0.8 m處設置溫濕度采集模塊；出風風道使用直徑20 cm的PVC塑料管制成，安裝在庫體底部兩側，管道均勻打孔，孔面積總和大于進風口和出風口面積，以免氣流受阻，兩側管道匯于窯洞后部豎井中；軸流風機安裝在豎井中上部；所有溫濕度感應模塊在預定位點安裝。安裝時嚴格檢查各風道以及窯門的氣密性，以免形成局部氣流短路。

1.3 馬鈴薯智能通風窯洞庫參數設定

如圖2所示，庫內強制通風動力是靠豎井中軸流風機轉動向庫外排風實現的，當軸流風機工作時，使排風管道以及整個庫體形成負壓，迫使外界冷空氣由進風口通過庫體頂部進風風道經電控風門進入庫內，而庫內較高溫度的空氣從庫體底部兩側的出風管道經豎井排出庫外，從而實現冷熱空氣置換，達到降低庫內溫度并使貯藏環境內不同區域溫度相對一致的目的。由原來的串聯式通風模式變為并聯式通風模式，有效提高通風效率。

由于馬鈴薯窯洞庫比較狹長，庫內不同位置溫度均一度差，所以，在每個電動風門下方0.8 m處設置溫度監控模塊，該溫度傳感模塊控制相應其上方的風門開閉，當外界溫度低于庫內溫度，且庫內溫度高于庫內溫度設定上限時，對應電動風門打開且軸流風機開始工作，當庫內溫度達到設定溫度下限時，對應電動風門關閉。當所有電動風門關閉時，軸流風機停止工作。

該系統通過CO2濃度監測探頭實時監測貯藏環境中CO2濃度，維持貯藏環境中CO2濃度在0.1%～0.3%。當CO2濃度高于0.3%，同時，外界溫度在1～4℃，則通風工作開啟；當CO2濃度低于設定下限濃度或外界溫度高于4℃關閉通風，開啟溫度自動控制模式，則降低濃度通風工作結束。

1.4 試驗方法

2016年10月16日至11月1日，馬鈴薯塊莖在10～15℃、相對濕度70%～85%避光條件下愈傷。11月1日在入貯前進行挑選，選擇規格一致的2個地下式馬鈴薯貯藏窯洞作為試驗庫，其編號分別為1號和2號，2個試驗窯洞庫均入貯數量相同的袋裝馬鈴薯，其中，1號窯洞庫采用自然通風；2號窯洞內部進行風道優化，并采用馬鈴薯窯洞庫強制通風自動控制系統控制溫度（溫度上限為3.5℃，下限為2.5℃）；普通冷庫設定溫度為（3.0±0.5）℃。

1.5 測定項目及方法

自馬鈴薯塊莖愈傷進入不同貯藏環境開始，每隔30 d每處理取薯50個進行塊莖生理及品質指標測定，每處理重復3次。貯藏環境指標溫度、相對濕度（RH）和CO2濃度由自動控制系統記錄讀取；呼吸強度、干物質含量、淀粉含量、還原糖含量、維生素C含量以及粗蛋白含量測定參考曹建康[14]的方法測定；失重率與腐爛率參考王潔等[11]的方法測定。

1.6 數據處理

試驗數據采用Excel 2007軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理庫內貯藏環境指標變化趨勢

馬鈴薯貯藏環境內溫度、濕度（RH）以及CO2濃度對馬鈴薯的貯藏壽命以及品質起著關鍵性作用。從圖3可以看出，傳統窯洞中貯藏環境溫度變化幅度較大，其溫度變化呈先降后升的趨勢，在入庫后的前60 d溫度持續下降，在60～120 d溫度低于2℃，在120 d后隨外界溫度上升庫內溫度也隨之上升，在180 d時溫度為8℃；而普通冷藏庫內溫度持續控制在3.5℃左右；智能通風庫在貯藏期間前30 d庫內溫度迅速下降至4℃以下，并在30～150 d期間維持在3～4℃，在180 d時溫度仍在4～5℃，貯藏期間溫度波動較小，有利于延長馬鈴薯的貯藏壽命。

在相對濕度（RH）方面，如圖4所示，3個處理RH雖然起始值不同，但變化趨勢基本相同，智能通風庫與普通冷庫中RH維持在76%～89%，始終低于傳統窯洞庫中的RH（86%～95%），有利于控制貯藏環境中致病菌的生長。

由圖5可知，普通冷庫和傳統窯洞庫中CO2濃度呈持續上升趨勢，其中，傳統窯洞處理中CO2濃度上升顯著（P＜0.05），180 d時CO2濃度為1.55%；而智能通風庫中CO2濃度則呈緩慢波動、后期略微下降的趨勢，CO2濃度始終低于0.3%，有效避免CO2積累造成馬鈴薯塊莖的生理傷害。

2.2 不同處理對馬鈴薯塊莖呼吸強度的影響

呼吸強度是反映馬鈴薯塊莖貯藏期間代謝水平的重要指標。由圖6可知，馬鈴薯塊莖的呼吸強度呈先下降后上升的趨勢，這可能與馬鈴薯塊莖自身生理的休眠特性有關，傳統窯洞貯藏處理中馬鈴薯塊莖的呼吸強度始終高于智能通風庫和普通冷庫，說明持續穩定的低溫環境可有效抑制馬鈴薯的呼吸代謝速率，延長其休眠期，有利于馬鈴薯的長期貯藏。

2.3 不同處理對馬鈴薯塊莖干物質含量的影響

馬鈴薯塊莖中干物質含量是反映馬鈴薯貯藏品質的重要指標。由圖7可知，貯藏期間各處理中馬鈴薯塊莖中的干物質含量呈下降趨勢，其中，傳統窯洞處理中干物質含量始終顯著低于智能通風庫和普通冷庫處理（P＜0.05）；而智能通風庫與普通冷庫處理之間差異不顯著（P＞0.05），傳統窯洞、普通冷庫與智能通風庫處理中干物質含量依次為19.71%，20.52%，20.44%。可見，智能通風庫與普通冷庫均能有效抑制馬鈴薯貯藏過程中干物質的損失，能夠較好地保持馬鈴薯的貯藏品質。

2.4 不同處理對馬鈴薯塊莖淀粉含量的影響

淀粉是組成馬鈴薯塊莖中干物質的主要成分。從圖8可以看出，傳統窯洞窯洞處理中馬鈴薯塊莖中淀粉含量呈先降后升再緩慢下降的趨勢，在貯藏90 d時淀粉含量達最低點，為14.72%，與其他處理間差異顯著（P＜0.05），這可能與貯藏環境溫度波動有關；而在普通冷庫和智能通風庫處理中，馬鈴薯塊莖淀粉含量則呈緩慢下降趨勢，且二者差異不顯著。在貯藏180 d時，傳統窯洞、普通冷庫和智能通風庫處理的淀粉含量依次為14.86%，15.42%和15.28%。說明在塊莖進入休眠期后，穩定持續的低溫環境可有效抑制塊莖內淀粉含量的下降。

2.5 不同處理中馬鈴薯塊莖還原糖含量變化趨勢

由圖9可知，在整個貯藏過程各處理馬鈴薯塊莖中還原糖含量總體呈波動變化趨勢，這可能與馬鈴薯塊莖中淀粉與還原糖相互轉化有關，其中，傳統窯洞處理還原糖含量波動最為顯著，在貯藏90d，還原糖含量最高，為1.13%，顯著高于普通冷藏與智能通風庫處理的0.66%和0.71%；90～150 d貯藏期間，普通冷藏與智能通風庫處理中馬鈴薯塊莖還原糖含量逐漸下降，在貯藏150 d時還原糖含量分別為0.31%和0.37%，而在180 d時則分別上升至0.44%和0.51%，這可能與馬鈴薯塊莖休眠解除，淀粉向還原糖轉化有關；而傳統窯洞處理中還原糖含量在貯藏90～180 d時始終呈下降趨勢，這可能與貯藏后期環境溫度明顯升高后，加快了馬鈴薯塊莖的呼吸代謝速率，從而引起了還原糖的消耗。

2.6 不同處理對馬鈴薯塊莖粗蛋白含量的影響

由圖10可知，貯藏期間馬鈴薯塊莖中粗蛋白含量呈緩慢下降趨勢，傳統窯洞處理在貯藏150 d時較普通冷庫及智能通風庫處理下降略快，但3個處理之間差異不顯著（P＞0.05），說明貯藏環境對馬鈴薯塊莖中粗蛋白含量的影響不顯著。

2.7 不同處理馬鈴薯塊莖維生素C含量變化趨勢

由圖11可知，貯藏期間馬鈴薯塊莖中Vc含量隨貯藏期的延長呈下降趨勢，其中，傳統窯洞處理馬鈴薯Vc含量下降速率最大，始終低于智能通風庫與普通冷庫，且差異顯著（P＜0.05）；智能通風庫處理略低于普通冷庫，但二者差異不顯著，說明穩定的低溫條件可有效抑制馬鈴薯塊莖中Vc的降解，保持馬鈴薯良好的貯藏品質。

2.8 不同處理馬鈴薯塊莖失重率與腐爛率變化趨勢

馬鈴薯塊莖的失重率和腐爛率是反映馬鈴薯貯藏效果的重要指標。從圖12可以看出，不同處理中馬鈴薯塊莖在入貯之后失重率呈上升趨勢，在0～30 d期間，馬鈴薯塊莖的失重率上升較快，但在30 d后普通冷庫與智能通風庫處理失重率上升較慢，而傳統窯洞庫中馬鈴薯塊莖失重率在貯藏120 d后迅速上升。在貯藏180 d時，傳統窯洞庫、普通冷庫和智能通風庫處理馬鈴薯塊莖失重率依次為9.4%，6.6%和7.3%。說明普通冷庫、智能通風庫對抑制馬鈴薯塊莖失重率的上升效果顯著。

由圖13可知，傳統窯洞庫處理的腐爛率始終高于普通冷庫和智能通風庫，且差異顯著（P＜0.05）；而普通冷庫與智能通風庫處理間差異不顯著（P＞0.05）。

3 結論與討論

本研究表明，在傳統窯洞的基礎上進行內部風道布局優化，并使用強制通風智能控制系統的智能通風窯洞庫，可以建立馬鈴薯塊莖理想的貯藏環境，其貯藏效果與普通冷庫基本相當。該設施及配套技術是以降低設施投入和運行成本為前提，解決馬鈴薯貯藏環境調控問題的有益途徑。

3.1 不同處理貯藏環境指標比較

本研究結果表明，與傳統窯洞庫相比，馬鈴薯智能通風窯洞庫能夠有效調控貯藏環境中溫濕度以及CO2濃度，貯藏180 d時窯內溫度降低3.4℃，相對濕度降低5百分點，CO2濃度降低1.4百分點，調控環境指標效果明顯，研究結果與李守強等[17]的研究結果類似；而與普通冷庫貯藏條件相比，溫度高出1.2℃，相對濕度降低2百分點，CO2濃度降低0.36百分點。說明馬鈴薯智能通風窯洞庫在有效控制環境溫濕度的同時，顯著降低貯藏環境內CO2氣體的積累，降低了馬鈴薯塊莖因CO2濃度過高產生生理傷害的概率。

3.2 不同處理馬鈴薯塊莖采后生理及貯藏效果比較

本研究在3種不同貯藏條件下通過測定比較晉薯16號馬鈴薯生理及貯藏效果相關指標發現，與傳統窯洞相比，使用智能通風窯洞庫可明顯抑制馬鈴薯塊莖呼吸代謝速率，降低了馬鈴薯塊莖中干物質、淀粉以及還原糖營養物質和Vc的消耗；減緩了馬鈴薯塊莖失重率和腐爛率的上升，但對塊莖中粗蛋白的含量影響不顯著。研究還發現，通過測定不同處理馬鈴薯塊莖的干物質和淀粉含量，發現二者間具有顯著的正相關關系，并且貯藏期間各處理粗蛋白含量下降不顯著，說明馬鈴薯干物質中主要由淀粉組成，其他成分對干物質含量影響不大[13]。此外，傳統窯洞中馬鈴薯還原糖含量與貯藏環境內溫度變化呈負相關關系，研究結果與鞏慧玲等[16]的研究結果類似。