气调贮藏对马铃薯保鲜效果的影响

田甲春，张 洁，葛 霞，田世龙，*，李守强

（1.甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所，甘肃 兰州 730070；2.中国农业科学院农产品加工研究所重点实验室，北京 100193）

马铃薯（Solanum tuberosum）是一年生茄科植物，在全球100 多个国家和地区都有种植[1-3]，已经成为我国继水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食作物[4-5]。在世界人口急剧增长的今天，粮食危机不容小觑，作为全球的重要主粮，马铃薯的贮藏保鲜在保障粮食安全和营养方面意义重大。为延长马铃薯的贮藏期，收获的块茎通常在4 ℃的低温条件下贮藏，低温贮藏会使马铃薯块茎中的糖代谢平衡被打破，发生低温糖化现象，这对于马铃薯加工是非常不利的[6]。相关研究发现，改变贮藏环境中的气体组分可有效抑制果蔬的呼吸作用和微生物增长[7-8]。马铃薯的相关研究发现，低温贮藏条件下改变贮藏环境中的气体组分对抑制块茎的还原糖含量上升有积极的影响，可起到减弱块茎糖化的作用[9-10]，有利于马铃薯的贮藏保鲜。加工薯通常贮藏于8～10 ℃的环境中，但此环境极易造成马铃薯块茎失水发芽[11-14]。马铃薯块茎的发芽受诸多因素影响，其中内源激素含量的动态变化对块茎的休眠与萌发起着主导性的作用，外在的环境条件变化通过影响块茎内源激素含量来影响块茎的休眠和萌发[15]。

本课题组在前期进行了气调贮藏马铃薯的相关研究，已初步确定了5%O2+2%CO2贮藏环境可改善马铃薯的贮藏品质[14]。本试验利用气调贮藏技术研究加工薯在（10±1）℃，5%O2+2%CO2气体环境下块茎的营养品质、外观品质以及内源激素含量的变化情况，探讨贮藏气体环境对马铃薯品质的影响，为今后加工薯的生产实践提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

大西洋马铃薯，由定西薯香园农业科技有限公司提供。IAA、GA3、ABA 标准品（纯度≥98%），上海源叶生物科技股份有限公司；HPLC 级甲醇，上海合勒化学科技有限公司；乙酸乙酯（纯度≥99.5%），石油醚（纯度≥99.5%），国药集团化学试剂有限公司；柠檬酸（AR），上海麦克林生化科技有限公司；冰醋酸，上海生工生物有限公司；碘、碘化钾、乙醇、氢氧化钠、盐酸、酒石酸钾钠，天津市光复科技发展有限公司。三元混合气体（O2、CO2、N2），兰州裕隆气体有限公司。

1.1.2 仪器与设备

气调保鲜箱，北京恒青园科技有限公司；PBI-200616-I 型手持O2/CO2分析仪，丹麦Dansensor 公司；L-1200 型高效液相色谱仪，Agilent 科技有限公司；Cary100 型紫外-可见分光光度计，美国瓦里安（中国）有限公司；TGL -16M 型台式高速冷冻离心机，湖南湘仪离心机仪器有限公司；CR-10PLUS 型色差仪，日本柯尼卡美能达公司。

1.2 方法

1.2.1 处理方法

将采收后的马铃薯置于黑暗通风条件下（10～12 ℃）愈伤15 d。愈伤结束后，挑选大小均匀、无病虫害的块茎作为试验样品。将挑选后的块茎分装于6 个规格为50 cm×30 cm×30 cm 的气调保鲜箱中，其中处理组和对照组（CK）各3 箱，每箱马铃薯的质量约为10 kg，置于（10±1）℃条件下贮藏，用手持O2/CO2分析仪对箱内气体浓度进行检测，精确控制气调箱内气体体积分数：CA 组为5%O2+2%CO2（各试验组气体组分除O2、CO2外，其余组分用N2平衡），对照组（CK）为自然条件气调箱不加盖贮藏。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 营养品质

淀粉含量：参照GB 5009.9—2016[16]，采用旋光法测定；还原糖含量：参照GB 5009.7—2016[17]，采用直接滴定法测定；干物质含量：参照GB 5009.3—2016[18]，采用直接干燥法测定。

1.2.2.2 外观品质

失重率：每个处理固定30 个块茎进行测定，分别测定每个块茎贮藏前的质量（m1）和贮藏后各时间点的质量（mx），失重率按公式（1）进行计算[19]。

腐烂率：每个处理随机选取30 个块茎，腐烂率按公式（2）进行计算[20]。

发芽率：固定30 个马铃薯块茎，以10 个为1 组，以块茎第1 个芽长大于2 mm 作为发芽的标准，发芽率按公式（3）进行计算[21]。

薯皮色度：每个处理随机选取5 个块茎，清洗晾干后在每个薯块光滑平整的部位用记号笔进行标记，用色差仪测定标记部位的L*值及a*值[22]。

1.2.2.3 内源激素（生长素（IAA）、赤霉素（GA3）、脱落酸（ABA））含量

提取及检测方法：称取约0.15 g 马铃薯样本，放入研钵中磨碎，加入1.0 mL 80%甲醇，于4 ℃浸提过夜。8500 r/min 离心10 min 后取出上清液，氮吹至只剩水相。用石油醚调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 管内，氮气吹干。甲醇复溶并定容至0.5 mL，用针头式过滤器过滤于带有内衬管的样品瓶内待测[23]。色谱柱为：Kromasil C18反相色谱柱（250 m×4.6 mm，5 μm），IAA测定流动相为甲醇：水（含1%乙酸）=4：6（V/V），流速0.8 mL/min，柱温30 ℃，分析时间为40 min，荧光检测器激发波长275 nm，发射波长345 nm。用于测定GA3和ABA 的流动相A 为甲醇，流动相B 为1%乙酸水溶液，流速1 mL/min，柱温30 ℃，走样时间为40 min，紫外检测器波长254 nm。

定性定量方法：配制IAA、GA3、ABA 不同浓度的激素标准品，进行HPLC 检测，通过不同的浓度对应不同的检测峰面积，进行线性拟合，制作标准曲线，用于样本中激素含量的定量；在标准品对应的保留时间，进行积分操作，计算峰面积，带入标准曲线，计算出样本中激素的浓度含量及激素含量。IAA、ABA 及GA3检出限分别为0.5 ng/mL、0.01 μg/mL、0.05 μg/mL。

1.2.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 气调贮藏对马铃薯块茎中干物质、淀粉、还原糖含量的影响

图1 为气调贮藏对马铃薯块茎中干物质含量的影响情况，由图可见，块茎的干物质含量均随贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势，整个贮藏期CA贮藏环境下块茎的干物质含量均较CK 低，贮藏至150 d 时CA 和CK 贮藏环境下块茎中的干物质含量均较初值高。干物质含量上升的主要原因是马铃薯在贮藏过程中仍然进行着呼吸、蒸腾作用等一系列生化反应，导致薯块水分含量降低，干物质含量上升。

图1 气调贮藏对马铃薯块茎中干物质含量的影响Fig.1 Effect of controlled atmosphere storage on dry matter content of potato tubers

淀粉是马铃薯块茎中的主要能量来源和营养物质，淀粉含量的高低直接影响马铃薯块茎的食用品质。图2 为马铃薯贮藏150 d 期间淀粉含量的变化情况，如图所示，贮藏0～30 d 时，CA 组和对照组块茎中的淀粉含量无明显差异，30 d 后CA 环境下贮藏块茎的淀粉含量均显著高于CK（P＜0.05）。

图2 气调贮藏对马铃薯块茎中淀粉含量的影响Fig.2 Effects of controlled atmosphere storage on the starch content of potato tubers

图3 为气调贮藏对马铃薯块茎中还原糖含量的影响，由图可见，CA 组和对照组块茎中的还原糖含量均随贮藏时间的延长呈上升趋势，贮藏至150 d 时，CK 组块茎中的还原糖含量比CA 组高15.21%，说明适宜的气调贮藏可延缓马铃薯在相对低温长期贮藏过程中还原糖含量的上升。

图3 气调贮藏对马铃薯块茎中还原糖含量的影响Fig.3 Effects of controlled atmosphere storage on reducing sugar content of potato tubers

2.2 气调贮藏对马铃薯块茎发芽率、腐烂率和失重率的影响

图4 为气调贮藏对马铃薯块茎发芽率的影响，如图所示，贮藏0～60 d 期间，两组块茎均无发芽现象，60 d 后块茎的发芽率随贮藏时间的延长而升高，贮藏至150 d 时，CK 组块茎的发芽率达100%，而CA 组块茎的发芽率仅为19.14%，说明将块茎贮藏于CA环境可延长休眠期，降低块茎的发芽率。

图4 气调贮藏对马铃薯块茎发芽率的影响Fig.4 Effects of controlled atmosphere storage on sprout rate of potato tubers

图5 为气调贮藏对马铃薯块茎腐烂率的影响，如图所示，贮藏至90 d 时，CK 组出现腐烂块茎，而CA 组仍无腐烂现象，随贮藏时间的延长，两组腐烂率均呈上升趋势，且CK 组的腐烂率显著高于CA 组（P＜0.05）。

图5 气调贮藏对马铃薯块茎腐烂率的影响Fig.5 Effects of controlled atmosphere storage on rot rate of potato tubers

图6 为气调贮藏对马铃薯块茎失重率的影响情况，由图可见，失重率随贮藏时间的延长均呈上升趋势，在整个贮藏期，CA 组块茎的失重率均显著低于CK 组，贮藏至150 d 时，CA 和CK 组的失重率分别为2.87%和8.39%。说明气调处理可显著抑制马铃薯因为呼吸、蒸腾等作用引起的营养物质消耗及失水。

图6 气调贮藏对马铃薯块茎失重率的影响Fig.6 Effects of controlled atmosphere storage on weight loss rate of potato tubers

2.3 气调贮藏对马铃薯薯皮色度的影响

图7 为气调贮藏对马铃薯块茎薯皮L*值的影响，如图所示，随贮藏时间的延长，对照组和CA 组块茎的薯皮L*值均呈下降趋势。L*值的大小反映薯皮的亮暗程度，L*值越大薯皮亮度越大，反之则越暗。本试验中CA 组块茎的薯皮L*值在整个贮藏期均高于CK 组，说明CA 贮藏环境可减缓马铃薯贮藏过程中薯皮的褐变。

图7 气调贮藏对马铃薯块茎薯皮L*值的影响Fig.7 Effects of controlled atmosphere storage on L*value of potato tuber skins

图8 为气调贮藏对马铃薯块茎薯皮a*值的影响，马铃薯贮藏期间易出现表皮绿变的现象，a*值能够反映马铃薯红绿程度，a*值越小物体的颜色越偏向绿色，反之则越红。由图8 可见，随贮藏时间的延长，马铃薯块茎薯皮的a*值均有不同程度的下降，相比而言CA 环境下贮藏块茎的a*值下降程度低于CK组，说明CA 贮藏环境可减缓马铃薯块茎薯皮的绿变。

图8 气调贮藏对马铃薯块茎薯皮a*值的影响Fig.8 Effects of controlled atmosphere storage on a*value of potato tuber skins

2.4 气调贮藏对马铃薯块茎中激素含量的影响

IAA 是马铃薯发芽生长所必需的物质，对休眠打破后芽的生长有调控作用，能促进细胞扩张和细胞分裂[23]。如图9 所示，随贮藏时间的延长，马铃薯块茎中IAA 含量呈上升趋势，贮藏30 d 以后，CA 组的IAA含量显著低于CK 组（P＜0.05）。贮藏至150 d 时，CA组贮藏的马铃薯块茎IAA 含量较对照组低19.63%。

图9 气调贮藏对马铃薯块茎IAA 含量的影响Fig.9 Effects of controlled atmosphere storage on IAA content of potato tubers

ABA 被认为对块茎休眠有维持作用。如图10 所示，随贮藏时间的延长，ABA 含量总体呈下降趋势，CA 贮藏的块茎中ABA 含量在整个贮藏期间均显著高于对照组（P＜0.05），贮藏至150 d 时，CA 和CK 块茎中的ABA 含量分别较初始值下降了49.17%、67.61%。

图10 气调贮藏对马铃薯块茎ABA 含量的影响Fig.10 Effects of controlled atmosphere storage on ABA content of potato tubers

GA3具有促进马铃薯发芽的作用。由图11 可见，两组马铃薯块茎GA3含量均随贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势，贮藏0～60 d 期间CA 和CK 环境贮藏的块茎均处于休眠期，GA3含量较低，随后休眠解除开始萌芽，GA3含量迅速增加，贮藏至90 d 时，CA 和CK 组块茎的GA3含量均达到最高，但CA 环境贮藏块茎的GA3含量显著低于CK 组（P＜0.05），贮藏90 d 后两组块茎中的GA3含量均呈下降趋势，且二者间无显著差异。

图11 气调贮藏对马铃薯块茎GA3 含量的影响Fig.11 Effects of controlled atmosphere storage on GA3 content of potato tubers

3 讨论与结论

马铃薯在收获后仍然是鲜活的有机体，在贮藏过程中，马铃薯块茎受外界环境的影响，仍进行着一系列生理代谢活动。在马铃薯贮藏期间加强通风管理并保持一定的低温条件，可使贮藏环境中的氧气和二氧化碳浓度保持在一定的范围内，使块茎处于被迫休眠状态而延迟萌发，有利于马铃薯的贮藏，当马铃薯块茎贮藏于5%O2+2%CO2气调环境时，块茎的发芽率显著低于CK 组，说明马铃薯贮藏于该环境下可有效延缓块茎的发芽。马铃薯中的水分含量是影响马铃薯新鲜度的重要指标，过度失水会造成马铃薯正常生理代谢紊乱，进而造成营养品质及外观品质的下降，贮藏于5%O2+2%CO2气调环境的马铃薯块茎腐烂率及失重率均低于CK 组。冯荦荦等[24]研究发现，适宜气体配比下贮藏的狗头枣的好果率和鲜度指数均高于其他试验组；张敏欢等[9]在静电场结合自发气调包装对马铃薯贮藏期间的保鲜效果研究中也发现，气调贮藏可有效保持马铃薯的感官及各项营养品质，主要是由于在气调贮藏过程中严格控制贮藏环境的温湿度和气体条件，有效抑制了果蔬的采后呼吸作用，减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败变质。薯皮的色泽也是评价马铃薯感官品质和商品价值的重要指标。王志华等[25]研究发现，气调处理能提升梨果皮颜色亮度；气调贮藏鲜切黄瓜[26]、双孢蘑菇等也有同样的作用[27]。本研究也发现，气调贮藏可延缓薯皮色度变暗，并能够延缓薯皮的绿变。

马铃薯块茎的发芽受环境、生理、遗传因子等因素的调控，内源激素被认为是调节马铃薯休眠与发芽最重要的内部因素之一，这种调节并不是单一激素的影响，而是几种激素相互作用的结果[28-30]。IAA、ABA、GA3等几种激素被认为参与了马铃薯的休眠调控，IAA 是马铃薯发芽生长所必需的物质，它能促进细胞扩张和细胞分裂，但IAA 对种子休眠与萌发的作用也存在争议，有研究认为它对休眠没有任何影响，只在打破休眠并发芽的块茎中增加。本研究中发现随贮藏时间的延长，IAA 含量呈上升趋势，IAA 含量与发芽率呈正相关关系，这与杜鹃等[31]的研究结果一致。GA3也具有促进种薯发芽的作用，其含量通常在块茎休眠时很少，在控制随后的发芽生长方面发挥重要作用。ABA 是最早被发现可以诱导和维持马铃薯块茎休眠的激素，其含量在块茎处于深度休眠状态时较高，随着块茎休眠解除大幅下降。本研究中块茎刚收获时ABA 含量最高，随贮藏时间延长，ABA 含量呈下降趋势，它与块茎的发芽率和IAA 含量的变化趋势呈负相关。本研究结果表明，将马铃薯于（10±1）℃，5%O2+2%CO2气体环境下贮藏可延缓块茎在长期贮藏过程中还原糖含量的上升，并且能够抑制贮藏过程中薯皮的褐变和绿变，降低马铃薯块茎的失重率、腐烂率及发芽率，解决加工薯在贮藏过程中发芽、失水及还原糖含量升高等问题。