基于质量分级的马铃薯贮藏温度特性的试验与研究

周 源，塔 娜,*，甄 琦，察苏娜，高理君，田伟业

（1.内蒙古农业大学机电工程学院，内蒙古 呼和浩特010018；2.内蒙古农业大学能源与交通工程学院，内蒙古 呼和浩特010018）

农产品的贮藏是为了保证其经过一段时间的贮藏后依然可以进行良好的食用与加工，延长鲜食的供应时间，调节淡旺季矛盾[1]。马铃薯作为粮菜兼备的农产品，其贮藏不同于其他农产品，需要更为严格的贮藏条件[2]。这主要是因为马铃薯的收获器官对环境非常敏感，温度低容易出现糖化现象，温度过低（0℃以下）还容易出现冻伤[3]。内蒙古地处我国北方寒冷干旱地区，冬季平均气温在-12.4℃左右[4]。在如此低温条件下马铃薯在贮藏过程中极易受冻，据统计，80%～90%的农户进行马铃薯贮藏时损坏率约为15%，10%～20%的农户马铃薯损坏率达到20%[5]。温度过高又会导致马铃薯的发芽率、失重率和腐烂率升高[6]。因此对马铃薯进行科学贮藏，可以有效预防各种贮藏中的常见问题，保持马铃薯的品质，为农户增收创造条件[7]。而国内广大农户在进行马铃薯的贮藏时广泛采用传统贮藏方式[8]。这些传统贮藏方式中，半地下式自然通风库有较好的贮藏效果，且相对恒温库等现代化贮藏设施具有耗能低、成本低的优势[9-10]。

国内外工业界和学术界一直在创新和改进马铃薯收获后的贮藏方法与贮藏环境，以保持马铃薯块茎品质和延长其贮藏时间[11]。巩师洋等[12]设计了一套马铃薯贮藏环境远程调控系统，研究和实现了贮藏环境远程智能监控。王亮等[13]研究了在不同贮藏温度下贮藏马铃薯，并筛选出最适贮藏温度。Jakubowski等[14]利用物理紫外UV-C辐照的方法处理马铃薯块茎，认为其可用于减少马铃薯贮藏块茎的质量损失，降低部分品种发芽率。本课题组成员也在马铃薯科学贮藏方面做过一定的研究工作，如塔娜等[15]设计了一套马铃薯贮藏环境的温湿度测试系统，并通过试验证明了系统的可靠性。其力格尔等[16]对半地下式马铃薯贮藏室北墙体温度进行了测量与模拟，认为马铃薯贮藏室北墙体附近温度可以保持贮藏环境相对稳定。

上述研究大多是在外部设备、药物处理及贮藏环境等方面研究马铃薯的科学贮藏方法，除了以上方法外，也有根据马铃薯质量大小分级对马铃薯贮藏方法的研究。由标准NY/T 1066—2006[17]可知，以马铃薯块茎质量为指标，可分为大、中、小3个规格。薛文武[18]认为，马铃薯根据不同规格分开贮藏，可以在一定程度上减轻病害的传播。普红梅等[19]通过3种不同药剂对3个规格马铃薯进行处理，结果认为贮藏中3个规格种薯大小的不同对发病率的影响不一。

为了研究北方寒冷干旱条件下不同质量马铃薯在筐装方式下其内部温度在半地下式贮藏室内的变化情况，本试验以马铃薯的质量大小为切入点，以内蒙古农业大学农学院半地下式贮藏室为试验场所，对食用型马铃薯进行分级贮藏，并对分级后的马铃薯堆的内部温度进行实时采集，最后进行分析对比，研究不同质量马铃薯堆的内部温度的变化差异。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

试验用马铃薯品种为“冀张226”，购于内蒙古呼和浩特市东瓦窑批发市场，产地为内蒙古呼和浩特市武川县。

1.1.2 仪器与设备

1.1.2.1 DG10TH型传感器

DG10TH型传感器（图1）为大连哲勤科技有限公司产品，此温湿度传感器为集成瑞士SENSIRION高精度温湿度传感器，提供14 Bits温度测量，温度测量范围为：-40～80°C，误差为±0.2℃（25℃时）。

图1 DG10TH环境温湿度传感器Fig.1 Environmental temperature and humidity sensor of DG10TH

1.1.2.2 试验用塑料筐

sp460-260型塑料筐（图2），重庆市赛普塑料制品有限公司产品，内外尺寸分别为460 mm×335 mm×260 mm、486 mm×350 mm×270 mm，材质为100%高密度聚乙烯（HDPE），具有耐摔、耐磨、抗压、耐用等特点。

图2 塑料周转筐Fig.2 Schematic diagram of plastic revolving basket

1.2 方法

1.2.1 试验场所

试验场所为内蒙古农业大学农学院半地下式贮藏室，图3为贮藏室示意图。贮藏室全长40 m，宽11.5 m，高2.6 m。其内共有10间南北走向的单间贮藏室，单间贮藏室长8 m，宽4 m，马铃薯的贮藏与数据采集在顺位第7间。每间贮藏室内除门外，还有两个自然通风口，处于东西居中位置，北墙通风口长0.36 m，宽0.24 m，顶墙通风口长0.24 m，宽0.1 m，距门1.6 m。冬季12月份以后会将通风口封堵，每天早上8点会打开通风口通风10 min，直到第2年3、4月份，以防止大量冷空气流入造成马铃薯冻伤。

图3 试验用马铃薯贮藏室外观图（a）与内部结构分布示意图（b）Fig.3 Appearance(a)and distribution(b)of potatoes storeroom for experiment

1.2.2 马铃薯分级

将市场所购的马铃薯按单薯质量分为3类，见表1。

表1 马铃薯分类Table 1 Potato classifications 单位：g

1.2.3 马铃薯的摆放

将马铃薯分为4堆（A、B、C、D）摆放，A为a类马铃薯，B为b类马铃薯，C为c类马铃薯，D为a、b、c 3种不同类马铃薯混装。每堆6筐，每筐质量如表2所示，筐的摆放采用2×3的方式。

表2 不同筐装马铃薯质量Table 2 The weights of potatoes in different baskets单位：kg

将贮藏室平均分成4块区域（见图4），将筐装马铃薯摆放在4块区域的中心位置，其中马铃薯堆A摆放在进门左手边（贮藏室西南方），然后以顺时针方向分别摆放马铃薯堆B、C、D。

图4 马铃薯堆的摆放位置示意图Fig.4 Schematic diagram of potato heaps placements

1.2.4 传感器的布置

如图5所示，在每堆马铃薯中的上、中、下位置分别安放1个传感器，用来分析马铃薯堆的内部温度变化。中间位置传感器的测试温度最能反应马铃薯堆的内部温度，下部传感器与土壤接触，上部传感器与空气接触。

图5 传感器放置位置示意图Fig.5 Schematic diagram of sensors placements

1.2.5 数据采集与处理

温度数据的采集时间为2019年12月到2020年4月（每0.5 h采集1次），使用Origin数据处理软件对不同马铃薯堆中间位置的温度数据进行处理与分析，其他两个位置的温度数据作为参考。

2 结果与分析

2.1 贮藏过程中马铃薯堆的内部温度变化

温度、湿度、气体和防腐是马铃薯采后保鲜的4要素，其中适宜的贮藏温度是决定马铃薯贮藏品质的重要条件之一。马铃薯长期贮藏的最适温度为2～4℃[20]，然而往往贮藏室内温度无法稳定在马铃薯长期贮藏的最适温度。在整个贮藏期间（2019年12月15日—2020年4月31日），马铃薯堆的内部温度呈现出3段式变化，先下降，然后平稳，最后上升，在平稳阶段出现温度最低值。这一变化规律主要是由马铃薯堆外部的贮藏环境（贮藏室内环境）变化引起的，不同马铃薯堆内部温度的变化规律虽然一致，但依旧存在一定差异。

图6 为2019年12月21—27日（共7 d，为马铃薯堆内部温度下降阶段）不同马铃薯堆的内部温度变化规律曲线图，该阶段第1次和最后1次记录的温度数据见表3。从表3可以看出，不同马铃薯堆第1次记录的温度大小依次为：A＞B＞C＞D。不同马铃薯堆内部温度的变化速率快慢为：C＞B＞D＞A，这与马铃薯堆的整体质量呈负相关。

表3 不同马铃薯堆内部温度下降阶段部分温度数据及分析Table 3 Partial data and analysis of different heaps internal temperatures during descent stage

由图6可以看出，从11月初入窖直到12月底，地窖内马铃薯堆的内部温度仍在5℃以上，而进入12月份后，内蒙古地区全天最高温已在0℃以下，因此可以在白天温度相对较高的情况下加大地窖内的自然通风量，使贮藏窖内温度在初期就降到马铃薯长期贮藏的最适温度。

图6 不同马铃薯堆内部温度下降阶段部分数据曲线图Fig.6 Partial data curves of different potatoes piles during temperature drop stages

图7 为2020年2月1—14日不同马铃薯堆的内部温度变化规律曲线图，由图7可知，不同马铃薯通过较长时间的贮藏后，相对于温度下降阶段来说其堆内内部温度有了比较明显的不同，不同质量马铃薯形成的马铃薯堆在贮藏120～216 h时间段（2月6—10日）均出现了整个贮藏过程中的温度最低值，马铃薯堆A、B、C、D的最低温度分别为2.31、2.09、1.84、1.62℃。不同马铃薯堆最低温度大小排序为：A＞B＞C＞D，与整体质量关系不一致，这主要是由于马铃薯堆内部温度不仅与马铃薯堆整体质量有关，还与堆中马铃薯大小及形状有关，不同大小和形状的马铃薯会导致马铃薯堆内部结构不一，影响内部对流换热，从而在一定程度上对温度的变化大小造成影响，并在长时间的贮藏中体现出来。同时马铃薯形状大多不规则，相同大小的马铃薯形状更接近。通过质量分级，使质量相近的马铃薯分类贮藏，一定程度上优化了其内部结构，除混装组外马铃薯堆的最低温度与堆中马铃薯的大小呈负相关。而对于混装马铃薯堆，由于其内部各种形状、大小的马铃薯都有，导致其内部结构极不规则。

图7 不同马铃薯堆内部温度过渡阶段部分数据曲线图Fig.7 Partial data curves of different potatoes piles during temperature transition stages

图8 为2020年4月4—17日不同马铃薯堆的内部温度变化规律曲线图，这一阶段马铃薯堆的内部温度处于快速上升阶段，其第1次记录的温度数据和最后1次记录的温度数据如表4所示。

图8 不同马铃薯堆内部温度上升阶段部分数据曲线图Fig.8 Partial data curves of different potatoes piles during temperature rise stage

表4 不同马铃薯堆内部温度上升阶段部分温度数据及分析Table 4 Partial data and analysis of different piles internal temperatures during ascending stage

从表4可知不同马铃薯堆内部温度变化速率快慢为：D＞C＞B＞A，除混装组外，温度上升速率的大小与堆内马铃薯的大小呈正相关。

2.2 数据曲线中的失真现象

在整个试验过程中，采集的温度数据中存在一部分的失真现象，其中比较明显的失真出现在2019年12月19日及2020年4月19日，分别为图9中的120h左右和图10中的48 h左右。

图9 12月14—20日不同马铃薯堆内部温度曲线图Fig.9 Temperatures curves of different potatoes piles from December 14 to 20

由图9可以看出，在贮藏时间120 h附近（12月19日），由于温度发生快速变化，使曲线产生一定失真。这一现象的产生是由于贮藏室与单间贮藏室之间的温度差造成的。贮藏室走廊与大门相连，没有通风口，12月份后，为使地窖具有更好的保温能力，大门会被关上并覆盖棉被封堵，须第2年3月份才能撤除，因此贮藏室内走廊温度要高于单间贮藏室内温度。12月19日，因试验需要进入地窖对马铃薯进行查看、搬运、整理，导致单间贮藏室与贮藏室走廊之间发生对流换热，从而使贮藏室内温度发生剧变。

由图10可知，在贮藏时间为48 h附近（4月20日），数据曲线由上升趋势突然出现下降波动，且下降曲线混乱无序，这一现象产生的原因和2019年12月19日相同，是由于在这一阶段，贮藏室内的温度出现明显上升，为了进一步加强贮藏室内的对流通风，4月20日打开了单间贮藏室门，以保持其与走廊间的对流换气，此时在贮藏室中，走廊温度要低于单间贮藏室温度，因此造成温度数据的失真波动。

图10 4月18—24日不同马铃薯堆内部温度曲线图Fig.10 Temperatures curves of different potatoes piles from April 18 to 24

这些数据的失真是由于对地窖的人为处理，使马铃薯贮藏环境发生剧烈空气对流而致。想要降低这种突然的空气对流对马铃薯堆内部温度的影响，可以在马铃薯堆与单间贮藏室门之间放置一挡风板，对突然产生的对流换热起到适当的缓冲作用。

3 结论

（1）在半地下式贮藏室贮藏过程中，进行质量分级后的马铃薯堆与混装马铃薯堆在整个贮藏过程中其内部温度变化趋势虽然一样，但依旧存在一定差异。从整体来看，进行分级堆放的马铃薯堆的内部温度的变化幅度小于未分级马铃薯堆的内部温度。堆内马铃薯的单薯质量越小，形成的马铃薯堆内部温度的稳定性越高。

（2）在贮藏过程中应该尽量减少人为因素对贮藏的干预，人为的干预会导致贮藏环境的改变，从而影响贮藏效果。

（3）在马铃薯贮藏前期可以考虑加大通风量，使贮藏室内的温度能更加快速地降低到马铃薯的最适贮藏温度。马铃薯按质量大小分类贮藏后可以在一定程度上优化马铃薯堆的内部结构。

本试验研究结果对马铃薯的科学贮藏具有一定的指导意义，可以让我们在实际贮藏过程中做到更好的科学管理。