不同贮藏条件对马铃薯块茎采后生理及贮藏效果的影响

王 亮，李 超，张立新，赵 猛

（山西省农业科学院农产品贮藏保鲜研究所，山西 太原 030031）

马铃薯具有良好的营养价值和经济价值，广泛应用于食品工业、淀粉工业、饲料工业和医药工业。马铃薯作为一种兼用型农作物，具有较高的水分利用率和较长的产业链，种植面积逐年增加[1]。2015年农业部把马铃薯主粮化工作列入重要议程[2]，马铃薯已经成为除小麦、水稻、玉米外的第四大粮食作物[3-4]。据2014统计，我国马铃薯种植面积达557.33万hm2，总产量为9 551.5万t，是马铃薯生产和消费的第一大国[2，5-6]。而山西省是农业部确定的马铃薯优势产区之一，因气候条件独特，生产的马铃薯具有淀粉含量高、薯块大、商品性好等特点[7]，对保障粮食安全、提高农民收入具有重要意义[8-9]。

近年来，山西省通过推广优质脱毒种薯、旱作农业及科学栽培技术，增施肥料，大力改善生产条件，加强田间管理等采前措施，马铃薯单产大幅提高[10]。目前，山西省马铃薯种植面积约20万hm2，平均单产15～16 t/hm2，鲜薯销售约占总产量的50%[7]。马铃薯种植主要以户为单位，种植与贮藏相对分散，产品品种多样且品质不一，贮藏多以小型微型地下、半地下窑洞贮藏为主[11]，由于贮藏规模小，且缺乏理想的贮藏设施和保鲜技术，贮藏后马铃薯的数量和质量均不能适应市场鲜销和现代化加工业的生产要求，严重影响马铃薯产业的健康持续发展[12]。可见，贮藏设施及技术的优化升级是马铃薯产业链延伸的重要基础环节，对延长鲜薯上市时间、调节市场价格、延长企业加工能力等具有不可替代的作用[13]。

为解决因使用传统窑洞库常常出现马铃薯冻害、发芽、腐烂和生理病害等实际问题，本研究研发了马铃薯智能通风窑洞库，其是在传统窑洞内部风道布局优化的基础上，结合使用PLC可编程控制模块，对贮藏环境中不同位置温湿度以及CO2浓度进行智能控制，实现窑洞库内多位点自动控制外界冷源引入量，以满足马铃薯贮藏所需的持续稳定低温和低CO2环境，为生产上智能化利用外界自然冷源贮藏马铃薯提供理论依据和可靠参数。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试品种 2017年10月15日，于山西省吕梁市岚县王狮乡石桥村采集优质晋薯16号马铃薯，采后在15℃避光愈伤15 d，挑选大小适中、无机械损伤、无病马铃薯块茎作为试材。

1.1.2 主要仪器与设备 多探头温度测定系统；多路温度传感器；湿度计；手持CO2测试仪；恒温水浴锅；紫外可见光分光光度计；果蔬呼吸测定仪。

1.2 马铃薯智能通风窑洞库构造

马铃薯贮藏窖规格：25 m×3.5 m×3.2 m，马铃薯贮藏量为75 t左右。如图1所示，该系统主要由进风风道、电动风口、出风风道、竖井、轴流风机等硬件部件组成，智能控制部分主要由PLC可编程控制器、温湿度采集模块、CO2采集模块和人机交互界面等部件组成。进风风道使用酚醛树脂板制成，利用窑洞顶部空间由窑门上方进风口进入窑内，风道长度比窑洞长度稍短且末端封闭，电动风口间隔4 m安装在进风道两侧，风口下方0.8 m处设置温湿度采集模块；出风风道使用直径20 cm的PVC塑料管制成，安装在库体底部两侧，管道均匀打孔，孔面积总和大于进风口和出风口面积，以免气流受阻，两侧管道汇于窑洞后部竖井中；轴流风机安装在竖井中上部；所有温湿度感应模块在预定位点安装。安装时严格检查各风道以及窑门的气密性，以免形成局部气流短路。

1.3 马铃薯智能通风窑洞库参数设定

如图2所示，库内强制通风动力是靠竖井中轴流风机转动向库外排风实现的，当轴流风机工作时，使排风管道以及整个库体形成负压，迫使外界冷空气由进风口通过库体顶部进风风道经电控风门进入库内，而库内较高温度的空气从库体底部两侧的出风管道经竖井排出库外，从而实现冷热空气置换，达到降低库内温度并使贮藏环境内不同区域温度相对一致的目的。由原来的串联式通风模式变为并联式通风模式，有效提高通风效率。

由于马铃薯窑洞库比较狭长，库内不同位置温度均一度差，所以，在每个电动风门下方0.8 m处设置温度监控模块，该温度传感模块控制相应其上方的风门开闭，当外界温度低于库内温度，且库内温度高于库内温度设定上限时，对应电动风门打开且轴流风机开始工作，当库内温度达到设定温度下限时，对应电动风门关闭。当所有电动风门关闭时，轴流风机停止工作。

该系统通过CO2浓度监测探头实时监测贮藏环境中CO2浓度，维持贮藏环境中CO2浓度在0.1%～0.3%。当CO2浓度高于0.3%，同时，外界温度在1～4℃，则通风工作开启；当CO2浓度低于设定下限浓度或外界温度高于4℃关闭通风，开启温度自动控制模式，则降低浓度通风工作结束。

1.4 试验方法

2016年10月16日至11月1日，马铃薯块茎在10～15℃、相对湿度70%～85%避光条件下愈伤。11月1日在入贮前进行挑选，选择规格一致的2个地下式马铃薯贮藏窑洞作为试验库，其编号分别为1号和2号，2个试验窑洞库均入贮数量相同的袋装马铃薯，其中，1号窑洞库采用自然通风；2号窑洞内部进行风道优化，并采用马铃薯窑洞库强制通风自动控制系统控制温度（温度上限为3.5℃，下限为2.5℃）；普通冷库设定温度为（3.0±0.5）℃。

1.5 测定项目及方法

自马铃薯块茎愈伤进入不同贮藏环境开始，每隔30 d每处理取薯50个进行块茎生理及品质指标测定，每处理重复3次。贮藏环境指标温度、相对湿度（RH）和CO2浓度由自动控制系统记录读取；呼吸强度、干物质含量、淀粉含量、还原糖含量、维生素C含量以及粗蛋白含量测定参考曹建康[14]的方法测定；失重率与腐烂率参考王洁等[11]的方法测定。

1.6 数据处理

试验数据采用Excel 2007软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理库内贮藏环境指标变化趋势

马铃薯贮藏环境内温度、湿度（RH）以及CO2浓度对马铃薯的贮藏寿命以及品质起着关键性作用。从图3可以看出，传统窑洞中贮藏环境温度变化幅度较大，其温度变化呈先降后升的趋势，在入库后的前60 d温度持续下降，在60～120 d温度低于2℃，在120 d后随外界温度上升库内温度也随之上升，在180 d时温度为8℃；而普通冷藏库内温度持续控制在3.5℃左右；智能通风库在贮藏期间前30 d库内温度迅速下降至4℃以下，并在30～150 d期间维持在3～4℃，在180 d时温度仍在4～5℃，贮藏期间温度波动较小，有利于延长马铃薯的贮藏寿命。

在相对湿度（RH）方面，如图4所示，3个处理RH虽然起始值不同，但变化趋势基本相同，智能通风库与普通冷库中RH维持在76%～89%，始终低于传统窑洞库中的RH（86%～95%），有利于控制贮藏环境中致病菌的生长。

由图5可知，普通冷库和传统窑洞库中CO2浓度呈持续上升趋势，其中，传统窑洞处理中CO2浓度上升显著（P＜0.05），180 d时CO2浓度为1.55%；而智能通风库中CO2浓度则呈缓慢波动、后期略微下降的趋势，CO2浓度始终低于0.3%，有效避免CO2积累造成马铃薯块茎的生理伤害。

2.2 不同处理对马铃薯块茎呼吸强度的影响

呼吸强度是反映马铃薯块茎贮藏期间代谢水平的重要指标。由图6可知，马铃薯块茎的呼吸强度呈先下降后上升的趋势，这可能与马铃薯块茎自身生理的休眠特性有关，传统窑洞贮藏处理中马铃薯块茎的呼吸强度始终高于智能通风库和普通冷库，说明持续稳定的低温环境可有效抑制马铃薯的呼吸代谢速率，延长其休眠期，有利于马铃薯的长期贮藏。

2.3 不同处理对马铃薯块茎干物质含量的影响

马铃薯块茎中干物质含量是反映马铃薯贮藏品质的重要指标。由图7可知，贮藏期间各处理中马铃薯块茎中的干物质含量呈下降趋势，其中，传统窑洞处理中干物质含量始终显著低于智能通风库和普通冷库处理（P＜0.05）；而智能通风库与普通冷库处理之间差异不显著（P＞0.05），传统窑洞、普通冷库与智能通风库处理中干物质含量依次为19.71%，20.52%，20.44%。可见，智能通风库与普通冷库均能有效抑制马铃薯贮藏过程中干物质的损失，能够较好地保持马铃薯的贮藏品质。

2.4 不同处理对马铃薯块茎淀粉含量的影响

淀粉是组成马铃薯块茎中干物质的主要成分。从图8可以看出，传统窑洞窑洞处理中马铃薯块茎中淀粉含量呈先降后升再缓慢下降的趋势，在贮藏90 d时淀粉含量达最低点，为14.72%，与其他处理间差异显著（P＜0.05），这可能与贮藏环境温度波动有关；而在普通冷库和智能通风库处理中，马铃薯块茎淀粉含量则呈缓慢下降趋势，且二者差异不显著。在贮藏180 d时，传统窑洞、普通冷库和智能通风库处理的淀粉含量依次为14.86%，15.42%和15.28%。说明在块茎进入休眠期后，稳定持续的低温环境可有效抑制块茎内淀粉含量的下降。

2.5 不同处理中马铃薯块茎还原糖含量变化趋势

由图9可知，在整个贮藏过程各处理马铃薯块茎中还原糖含量总体呈波动变化趋势，这可能与马铃薯块茎中淀粉与还原糖相互转化有关，其中，传统窑洞处理还原糖含量波动最为显著，在贮藏90d，还原糖含量最高，为1.13%，显著高于普通冷藏与智能通风库处理的0.66%和0.71%；90～150 d贮藏期间，普通冷藏与智能通风库处理中马铃薯块茎还原糖含量逐渐下降，在贮藏150 d时还原糖含量分别为0.31%和0.37%，而在180 d时则分别上升至0.44%和0.51%，这可能与马铃薯块茎休眠解除，淀粉向还原糖转化有关；而传统窑洞处理中还原糖含量在贮藏90～180 d时始终呈下降趋势，这可能与贮藏后期环境温度明显升高后，加快了马铃薯块茎的呼吸代谢速率，从而引起了还原糖的消耗。

2.6 不同处理对马铃薯块茎粗蛋白含量的影响

由图10可知，贮藏期间马铃薯块茎中粗蛋白含量呈缓慢下降趋势，传统窑洞处理在贮藏150 d时较普通冷库及智能通风库处理下降略快，但3个处理之间差异不显著（P＞0.05），说明贮藏环境对马铃薯块茎中粗蛋白含量的影响不显著。

2.7 不同处理马铃薯块茎维生素C含量变化趋势

由图11可知，贮藏期间马铃薯块茎中Vc含量随贮藏期的延长呈下降趋势，其中，传统窑洞处理马铃薯Vc含量下降速率最大，始终低于智能通风库与普通冷库，且差异显著（P＜0.05）；智能通风库处理略低于普通冷库，但二者差异不显著，说明稳定的低温条件可有效抑制马铃薯块茎中Vc的降解，保持马铃薯良好的贮藏品质。

2.8 不同处理马铃薯块茎失重率与腐烂率变化趋势

马铃薯块茎的失重率和腐烂率是反映马铃薯贮藏效果的重要指标。从图12可以看出，不同处理中马铃薯块茎在入贮之后失重率呈上升趋势，在0～30 d期间，马铃薯块茎的失重率上升较快，但在30 d后普通冷库与智能通风库处理失重率上升较慢，而传统窑洞库中马铃薯块茎失重率在贮藏120 d后迅速上升。在贮藏180 d时，传统窑洞库、普通冷库和智能通风库处理马铃薯块茎失重率依次为9.4%，6.6%和7.3%。说明普通冷库、智能通风库对抑制马铃薯块茎失重率的上升效果显著。

由图13可知，传统窑洞库处理的腐烂率始终高于普通冷库和智能通风库，且差异显著（P＜0.05）；而普通冷库与智能通风库处理间差异不显著（P＞0.05）。

3 结论与讨论

本研究表明，在传统窑洞的基础上进行内部风道布局优化，并使用强制通风智能控制系统的智能通风窑洞库，可以建立马铃薯块茎理想的贮藏环境，其贮藏效果与普通冷库基本相当。该设施及配套技术是以降低设施投入和运行成本为前提，解决马铃薯贮藏环境调控问题的有益途径。

3.1 不同处理贮藏环境指标比较

本研究结果表明，与传统窑洞库相比，马铃薯智能通风窑洞库能够有效调控贮藏环境中温湿度以及CO2浓度，贮藏180 d时窑内温度降低3.4℃，相对湿度降低5百分点，CO2浓度降低1.4百分点，调控环境指标效果明显，研究结果与李守强等[17]的研究结果类似；而与普通冷库贮藏条件相比，温度高出1.2℃，相对湿度降低2百分点，CO2浓度降低0.36百分点。说明马铃薯智能通风窑洞库在有效控制环境温湿度的同时，显著降低贮藏环境内CO2气体的积累，降低了马铃薯块茎因CO2浓度过高产生生理伤害的概率。

3.2 不同处理马铃薯块茎采后生理及贮藏效果比较

本研究在3种不同贮藏条件下通过测定比较晋薯16号马铃薯生理及贮藏效果相关指标发现，与传统窑洞相比，使用智能通风窑洞库可明显抑制马铃薯块茎呼吸代谢速率，降低了马铃薯块茎中干物质、淀粉以及还原糖营养物质和Vc的消耗；减缓了马铃薯块茎失重率和腐烂率的上升，但对块茎中粗蛋白的含量影响不显著。研究还发现，通过测定不同处理马铃薯块茎的干物质和淀粉含量，发现二者间具有显著的正相关关系，并且贮藏期间各处理粗蛋白含量下降不显著，说明马铃薯干物质中主要由淀粉组成，其他成分对干物质含量影响不大[13]。此外，传统窑洞中马铃薯还原糖含量与贮藏环境内温度变化呈负相关关系，研究结果与巩慧玲等[16]的研究结果类似。