甘薯貯藏期間抑芽防腐技術(shù)研究

彭 勇，王雪姣，馬玉榮，劉 佩，石晶盈，王慶國

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安271018）

0 引言

甘薯(Dioscorea esculenta)是重要的糧食、飼料和能源作物，營養(yǎng)價值高，含有大量的酚類、黃酮類、花青素、胡蘿卜素等功能組分，具有抗氧化能力和抗癌保健作用[1-2]。國內(nèi)甘薯種植面積670萬hm2，總產(chǎn)量1億t，居世界首位[3]。甘薯薯塊體積大、水分含量高、組織柔嫩，在采收、運(yùn)輸和貯藏過程中容易造成機(jī)械傷，并且甘薯不耐低溫、容易冷害，貯藏溫度較高(11℃)，貯藏期間容易腐爛和發(fā)芽，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[4-5]，因此，研究甘薯貯藏保鮮技術(shù)尤為必要。

許多學(xué)者對甘薯貯藏期間的病害進(jìn)行了研究，游春平和陳炳旭[6]認(rèn)為引起甘薯侵染性的病害有23種，甘薯長喙殼菌(Ceratocystis fimbriata)、黑根霉菌(Rhizpus nigricans)、灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)是引起甘薯貯藏病害的主要病原菌。并且，溫度、濕度等貯藏條件顯著影響甘薯貯藏期間病害的發(fā)生[7]。甲基托布津、噻苯咪唑(TBZ)、貯前愈傷處理、氣調(diào)貯藏（5.0%CO2和8.0%O2）等均可預(yù)防甘薯貯藏期間腐爛的發(fā)生[4,8]。然而，現(xiàn)有的藥劑防治毒性大、殘留高，氣調(diào)貯藏成本高，在甘薯貯藏方面急需研究新的防腐保鮮手段?？┚媸切滦偷惋L(fēng)險(xiǎn)防腐劑，在美國已登記使用，但在國內(nèi)作為防腐劑應(yīng)用較少[9]，尤其在甘薯上的應(yīng)用鮮有報(bào)道。

甘薯貯藏期間容易發(fā)芽，嚴(yán)重影響甘薯品質(zhì)，也會增加甘薯營養(yǎng)的消耗和腐爛。研究表明0.05 kGy輻照處理能夠有效抑制甘薯采后發(fā)芽[10]，乙烯(20 mg/L)處理后甘薯在25℃下貯藏4周不發(fā)芽[11]。此外，用1 g/L的萘乙酸可濕性粉劑處理、1-MCP等也能夠顯著抑制甘薯發(fā)芽[12-13]。甘薯貯藏前的愈傷處理是預(yù)防腐爛和發(fā)芽的重要手段，甘薯采收后在溫度29℃、濕度85%～90%的條件下愈傷3～5天可有效延長貯藏時間[14]。但甘薯發(fā)芽和愈傷的關(guān)系研究較少。

筆者通過乙烯、1-MCP、CIPC、ABA等處理抑制甘薯發(fā)芽的情況，比較1-MCP、愈傷、咯菌腈、熱水、熱空氣、次氯酸鈉等防治甘薯腐爛的情況，系統(tǒng)研究甘薯抑芽和防腐新技術(shù)，旨在尋求最佳的抑制甘薯貯藏期間發(fā)芽和腐爛的新方法，延長甘薯貯藏期，解決甘薯周年供應(yīng)問題。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甘薯采后抑芽技術(shù)研究的品種為‘高系14號’，海南省澄邁縣橋頭鎮(zhèn)購買，甘薯大小均勻，無機(jī)械傷，無病蟲害，當(dāng)天上午采收之后，套10～14 cm網(wǎng)套，裝入紙箱，空運(yùn)至濟(jì)南機(jī)場，并于當(dāng)天晚上運(yùn)輸至山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院貯藏冷庫，次日對甘薯進(jìn)行抑芽技術(shù)處理。

甘薯采后安全防腐技術(shù)研究的供試品種為‘北京553’，山東省肥城市安站鎮(zhèn)購買，甘薯大小均勻，無機(jī)械傷和病蟲害，套10～14 cm網(wǎng)套，裝入周轉(zhuǎn)箱，當(dāng)天運(yùn)輸至山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院冷庫，進(jìn)行防腐技術(shù)處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1確定甘薯抑芽技術(shù)及染色檢驗(yàn)甘薯愈傷情況 將‘高系14號’甘薯品種分成5組，每組3次重復(fù)，每個重復(fù)5 kg甘薯，分別為對照（無處理），20 μL/L乙烯緩釋劑、80 mg/kg的1-甲基環(huán)丙烯(1-MCP)緩釋劑、400 mg/kg氯苯胺靈(CIPC)粉劑、50 mg/L脫落酸(ABA)浸蘸處理，裝入聚乙烯袋中扎口，放置于29℃恒溫箱中，貯藏到第5和20天時統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。另做同樣處理，放置于(12±1)℃條件下貯藏90天統(tǒng)計(jì)腐爛率。

檢驗(yàn)愈傷程度試驗(yàn)，方法是預(yù)先對甘薯進(jìn)行表皮擦傷，將甘薯置于鐵盤之上，來回摩擦，使每個甘薯表皮擦傷2～8 cm的長度，傷口5～8個。參照上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)共分為5個處理組，每組3個平行，每個平行5 kg甘薯。處理后裝入聚乙烯袋中扎口，置于恒溫箱中（溫度控制在29℃）進(jìn)行愈傷處理，4天后取出，在表皮破損處用6%的碘液和間苯三酚染色檢驗(yàn)愈傷程度。

1.2.2 甘薯防腐技術(shù)試驗(yàn) 試驗(yàn)分2年進(jìn)行，主要為了考察咯菌腈的防腐效果。2014年試驗(yàn)共分為6組，即對照（無處理）；29℃愈傷4天+80 mg/kg 1-MCP處理24 h；單獨(dú)80 mg/kg 1-MCP處理24 h；單獨(dú)400 mg/kg咯菌腈粉劑處理；58℃熱空氣20 min+400 mg/kg咯菌腈粉劑處理；單獨(dú)58℃熱空氣處理20 min。完成各處理后，置于冷庫[溫度控制在(12±1)℃]中進(jìn)行貯藏。具體包裝方法：最外層是2層瓦楞紙箱，里面襯以聚乙烯的保鮮袋，將甘薯置于保鮮袋內(nèi)，甘薯頂部及底部墊紙板進(jìn)行保護(hù)，最后將袋口折疊。每個處理進(jìn)行5次重復(fù)，每個重復(fù)重量均為5 kg。貯藏7個月和9個月時統(tǒng)計(jì)腐爛率和腐爛指數(shù)。

2015年的試驗(yàn)處理分為8組，即對照（無處理）；清水對照（清水處理）；熱水處理(53℃)3 min；熱水處理(53℃)3 min+ 浸蘸600 μg/L咯菌腈；熱水處理(53℃)3 min+次氯酸鈉(2mL/L)浸蘸2min；二氧化氯(0.5g/L)浸蘸2 min。完成處理后，置于冷庫[溫度控制在(12±1)℃]中進(jìn)行貯藏。具體包裝方法為：最外層是2層瓦楞紙箱，里面襯以聚乙烯的保鮮袋，甘薯頂部及底部墊紙板進(jìn)行保護(hù)，最后將保鮮袋口折疊。每個處理進(jìn)行5次重復(fù)，每個重復(fù)重量5 kg。貯藏7個月和9個月時統(tǒng)計(jì)腐爛率和腐爛指數(shù)。

1.3 測定方法

1.3.1 發(fā)芽率測定 計(jì)算如式(1)，結(jié)果以平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3.2 腐爛率測定 計(jì)算如式(2)，結(jié)果以平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3.3 腐爛指數(shù)測定 腐爛指數(shù)表明甘薯的腐爛等級，用來評價甘薯的腐爛程度，參考張有林等[3]的方法并略有修改，計(jì)算如式(3)。腐爛等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)：0級—無腐爛；1級—開始腐爛（腐爛的面積≤10%）；2級—輕微腐爛（腐爛的面積10%～30%）；3級—中度腐爛（腐爛的面積30%～50%）；4級—嚴(yán)重腐爛（腐爛的面積50%～70%）；5級—完全腐爛（腐爛的面積≥70%）。

式中，S為腐爛指數(shù)，m1為1級腐爛甘薯的數(shù)量，m2為2級腐爛甘薯的數(shù)量，m3為3級腐爛甘薯的數(shù)量，m4為4級腐爛甘薯的數(shù)量，m5為5級腐爛甘薯的數(shù)量，M為甘薯的總數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，采用Sigma Plot 12.5作圖，所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行處理，用Duncan法進(jìn)行方差分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯采后抑芽技術(shù)研究

2.1.1 不同處理對甘薯發(fā)芽率的影響 表1所示為29℃貯藏條件下，各處理的甘薯貯藏5、20天后的發(fā)芽情況。由結(jié)果可以看出，貯藏5天后，幾種處理手段（乙烯、1-MCP、CIPC和ABA）均對甘薯發(fā)芽有抑制作用。其中，效果最好的是乙烯，處理后的發(fā)芽率為2.38%。其次是CIPC和1-MCP處理，發(fā)芽率分別為21.43%、36.83%。貯藏20天之后，對甘薯發(fā)芽抑制效果最好的為CIPC，發(fā)芽率為22.22%，而乙烯處理比貯藏5天時的發(fā)芽率顯著升高，為40.00%。1-MCP和ABA處理后的發(fā)芽率與貯藏5天的相差不大。由此可見，乙烯、1-MCP、CIPC和ABA等均能有效抑制甘薯發(fā)芽，長期效果以CIPC處理較好，短期效果以乙烯處理較好，但本試驗(yàn)中乙烯僅處理了1次，貯藏過程中多次乙烯處理可能有助于降低甘薯的發(fā)芽率。

2.1.2 不同處理對甘薯腐爛率的影響 表2所示為甘薯腐爛情況，對甘薯進(jìn)行發(fā)芽抑制處理后，在12℃條件下貯藏90天，乙烯緩釋劑、CIPC粉劑和ABA處理均增加了甘薯腐爛情況，而1-MCP抑芽處理的甘薯沒有發(fā)生腐爛?？梢钥闯?，1-MCP緩釋劑效果好，能夠顯著抑制甘薯貯藏過程中的腐爛。

2.1.3 不同處理對甘薯愈傷情況的影響 使用抑芽劑可降低愈傷期間甘薯的發(fā)芽率，但抑芽劑對甘薯愈傷是否有影響仍未有報(bào)道。染色法可以用來檢驗(yàn)甘薯傷口愈合的情況，由表3可知，乙烯緩釋劑和1-MCP緩釋劑處理后的甘薯可被間苯三酚染色，而碘液不能使其染色?？梢?，乙烯緩釋劑和1-MCP緩釋劑處理不會影響甘薯的愈傷。而CIPC粉劑和ABA處理后的甘薯不能被間苯三酚染色，表明影響了甘薯的愈傷，可能加重甘薯腐爛。乙烯緩釋劑雖可有效抑制貯藏期間甘薯的發(fā)芽，且不會影響愈傷情況，但乙烯作為一種生長調(diào)節(jié)劑，促進(jìn)了甘薯塊根的衰老，加速了腐爛[14]。

表1 不同處理對甘薯發(fā)芽率的影響%

表2 各處理對甘薯腐爛率的影響%

表3 不同處理對甘薯愈傷的影響

2.2 甘薯采后安全防腐技術(shù)研究

2.2.1 不同處理對甘薯貯藏期間腐爛率和腐爛指數(shù)的影響 由圖1A可知，貯藏7個月后，對照甘薯腐爛率最高，為17.5%，與對照相比，29℃愈傷+1-MCP、1-MCP、咯菌腈處理、58℃熱空氣+咯菌腈的甘薯腐爛率較低，分別為3.25%、3.75%、5.04%、5.61%。熱空氣單獨(dú)處理后甘薯的腐爛率要高于其他幾種處理手段，但與對照相比，差異不顯著(P＞0.05)，表明熱空氣單獨(dú)處理無法控制甘薯的腐爛，9個月時未做統(tǒng)計(jì)。其余處理的甘薯繼續(xù)貯藏至9個月，腐爛率如圖1B所示。結(jié)果表明，甘薯的腐爛率最高的是對照(24.5%)。29℃愈傷+1-MCP處理、1-MCP單獨(dú)處理、咯菌腈處理和58℃熱空氣+咯菌腈處理等均可顯著抑制甘薯腐爛(P＜0.05)。其中，效果最好的是58℃熱空氣+咯菌腈處理，該處理下甘薯的腐爛率不到10%，效果最好。

圖1 不同處理對甘薯腐爛率的影響

由圖2A可看出，對甘薯進(jìn)行7個月貯藏后，29℃愈傷+1-MCP處理、咯菌腈處理和58℃熱空氣+咯菌腈聯(lián)合處理后的甘薯腐爛指數(shù)明顯低于對照(P＜0.05)，3種處理方法均可不同程度控制甘薯腐爛的發(fā)生。而58℃熱空氣單獨(dú)處理和1-MCP緩釋劑處理則不能有效控制甘薯的腐爛(P＞0.05)。將腐爛發(fā)生輕的甘薯繼續(xù)貯藏至9個月，結(jié)果如圖2B。結(jié)果表明，與對照相比，1-MCP緩釋劑處理、咯菌腈處理和58℃熱空氣+咯菌腈處理后腐爛指數(shù)均降低，但差異不顯著(P＞0.05)。而29℃愈傷+1-MCP聯(lián)合處理可有效控制甘薯腐爛(P＜0.05)，且腐爛指數(shù)最低。

圖2 不同處理對甘薯腐爛指數(shù)的影響

本試驗(yàn)以腐爛率和腐爛指數(shù)2個指標(biāo)來綜合評價不同的處理手段對其防腐爛能力及耐貯特性的效果。由結(jié)果可知，將甘薯貯藏至7個月后，29℃愈傷+1-MCP緩釋劑聯(lián)合處理、咯菌腈處理、咯菌腈+58℃熱空氣聯(lián)合處理均可有效地控制甘薯的腐爛發(fā)生，增加了甘薯的耐貯性。但58℃熱空氣單獨(dú)處理及1-MCP緩釋劑處理防腐效果不佳。貯藏至9個月，29℃愈傷+1-MCP緩釋劑聯(lián)合處理有效地控制了甘薯腐爛，效果理想。

2.2.2 不同處理對甘薯的腐爛率和腐爛指數(shù)的影響 圖3所示為不同處理對貯藏5個月的甘薯腐爛率的影響，由圖可看出，腐爛率發(fā)生最高的是對照(12.98%)，清水對照處理后甘薯腐爛率是7.34%。600 μg/L咯菌腈處理(3.57%)、53℃熱水 3 min處理(3.78%)、53℃熱水3 min+咯菌腈聯(lián)合處理(4.91%)和53℃熱水3 min+2 mL/L次氯酸鈉聯(lián)合處理(2.78%)后甘薯腐爛發(fā)生率均比清水對照降低。而與清水對照相比，2 mL/L的次氯酸鈉單獨(dú)處理和0.5 g/L的二氧化氯單獨(dú)處理后甘薯腐爛發(fā)生率差異不顯著(P＞0.05)。繼續(xù)將甘薯貯藏至7個月后，其腐爛率發(fā)生結(jié)果見圖3B。結(jié)果表明，與對照和清水對照相比，600 μg/L的咯菌腈處理、53℃熱水3 min、53℃熱水3 min+2 mL/L的次氯酸鈉聯(lián)合處理后均可降低甘薯的腐爛率。

圖4A所示為不同處理方法對貯藏5個月的甘薯腐指數(shù)的影響，結(jié)果表明，腐爛指數(shù)最高的是對照，600 μg/L 的咯菌腈處理、53℃熱水 3 min、53℃熱水3 min+咯菌腈聯(lián)合處理、53℃熱水3min+次氯酸鈉聯(lián)合處理后甘薯的腐爛指數(shù)均比清水對照降低。其中，600 μg/L的咯菌腈處理和53℃熱水3 min+咯菌腈聯(lián)合處理對腐爛控制效果最好，且與清水對照相比，差異顯著(P＜0.05)。2 mL/L的次氯酸鈉單獨(dú)處理與0.5 g/L的二氧化氯單獨(dú)處理后的甘薯腐爛指數(shù)均高于對照及清水對照，無法有效地控制甘薯的腐爛。將腐爛發(fā)生較輕的甘薯繼續(xù)進(jìn)行貯藏至7個月，腐爛指數(shù)的結(jié)果如圖4B所示。600 μg/L的咯菌腈處理、53℃的熱水3 min處理、53℃的熱水3 min+次氯酸鈉聯(lián)合處理后腐爛指數(shù)均比對照及清水對照低。其中，與清水對照相比，600 μg/L的咯菌腈處理效果最佳，腐爛指數(shù)最低。

試驗(yàn)以甘薯的腐爛率和腐爛指數(shù)2個指標(biāo)來評價不同處理對其防腐爛能力及耐貯特性的效果。由結(jié)果可知，將甘薯進(jìn)行貯藏至5個月，600 μg/L的咯菌腈處理和53℃的熱水3 min+咯菌腈聯(lián)合處理可有效地控制采后甘薯腐爛的發(fā)生，其腐爛率均低于5%，且與清水對照相比，腐爛指數(shù)均差異顯著(P＜0.05)。將腐爛發(fā)生較輕的甘薯繼續(xù)貯藏至7個月，結(jié)果表明，600 μg/L的咯菌腈處理對甘薯腐爛的控制效果最好，腐爛率為7.28%，與清水對照相比腐爛指數(shù)差異顯著(P＜0.05)。

圖3 不同處理對甘薯的腐爛率影響

圖4 各處理對甘薯腐爛指數(shù)的影響

3 結(jié)論

（1）乙烯緩釋劑、1-MCP緩釋劑、CIPC粉劑和ABA處理均可有效抑制貯藏期間甘薯的發(fā)芽率。但乙烯緩釋劑、ABA和CIPC粉劑處理提高了甘薯的腐爛率，對于長期貯藏是不適宜的。從愈傷情況來看，乙烯緩釋劑與1-MCP緩釋劑不影響甘薯的愈傷，而CIPC粉劑和ABA則影響甘薯的愈傷?？梢?，1-MCP緩釋劑是抑制甘薯采后發(fā)芽及貯藏最佳的處理方法。

（2）通過甘薯長期貯藏研究表明，貯藏至5個月，600 μg/L的咯菌腈處理、53℃熱水3 min+咯菌腈聯(lián)合處理可有效控制采后甘薯腐爛的發(fā)生（腐爛率＜5%）。貯藏至7個月，29℃愈傷+1-MCP聯(lián)合處理、600 μg/L的咯菌腈浸蘸處理、咯菌腈處理、咯菌腈粉劑+58℃熱空氣聯(lián)合處理方法均可有效控制甘薯的腐爛發(fā)生。貯藏至9個月，以29℃愈傷+1-MCP聯(lián)合處理對甘薯腐爛控制效果最佳。

4 討論

4.1 乙烯和1-MCP預(yù)防甘薯發(fā)芽、腐爛的作用機(jī)制

乙烯是一種植物生長調(diào)節(jié)劑，應(yīng)用十分廣泛，在植物生理研究中，主要用于打破種子和芽的休眠。研究表明，外源乙烯抑制芽的生長，內(nèi)源乙烯可促進(jìn)芽的萌發(fā)[15]，乙烯能促進(jìn)木栓形成層的發(fā)生和分化[16]。但乙烯用于采后保鮮的研究鮮有報(bào)道，Ma等[17]發(fā)現(xiàn)外源乙烯可以預(yù)防‘黃冠’梨的褐變，提高抗氧化防御體系中相關(guān)酶的活性，增強(qiáng)果實(shí)抵抗脅迫的能力。本研究嘗試外源乙烯用于甘薯的防腐保鮮，發(fā)現(xiàn)乙烯不影響甘薯傷口的愈合，還能有效較低甘薯的發(fā)芽率。由于乙烯會加速細(xì)胞衰老[18]，乙烯緩釋劑處理后加重了甘薯的腐爛，故乙烯緩釋劑處理的甘薯不宜長期貯藏。1-MCP是一種生產(chǎn)上常用的乙烯拮抗劑，能有效阻斷內(nèi)源乙烯與受體蛋白的結(jié)合，達(dá)到控制園藝植物采后衰老及生理失調(diào)的目的[15,19]。本研究結(jié)果顯示，1-MCP處理甘薯后，可顯著抑制貯藏期間的發(fā)芽率，這與Downes等[20]研究1-MCP處理可抑制洋蔥發(fā)芽的結(jié)果是相似的。并且，29℃愈傷結(jié)合1-MCP處理更能有效地預(yù)防甘薯貯藏期間的腐爛。試驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步拓展1-MCP在甘薯中的應(yīng)用提供了參考。ABA是一種較強(qiáng)的植物生長調(diào)節(jié)劑，可用于抑制植物種子的萌發(fā)。本研究發(fā)現(xiàn)，ABA雖可抑制甘薯的發(fā)芽，但會加重貯藏后期腐爛的發(fā)生，原因可能是ABA激素刺激乙烯的生成，從而加速甘薯細(xì)胞衰老，耐貯性隨之降低[21]。

4.2 咯菌腈防腐作用機(jī)制評價

咯菌腈是安全、高效、低殘留的殺菌劑，作為浸種劑，咯菌腈常用于水稻、小麥、花生、大豆及棉花等作物中，在果蔬采后保鮮方面，可控制番茄灰霉病[22]、柑橘綠霉病[23]、甘蔗鳳梨病[24]等的發(fā)生?？┚娼Y(jié)合其他處理，如碳酸氫鈉、噻苯咪唑[25]、噻蟲嗪[24]等，也可有效控制采后果蔬的病害。但在甘薯防腐保鮮方面仍未有應(yīng)用，本研究初次使用咯菌腈保鮮甘薯，結(jié)果表明，600 μg/L咯菌腈浸蘸處理能有效抑制甘薯貯藏中的腐爛。根據(jù)國內(nèi)的化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗(yàn)準(zhǔn)則可知，咯菌腈為易降解的農(nóng)藥，其半衰期小于30天[26]，遠(yuǎn)低于甘薯的貯藏期，因此，是比較安全的藥劑?？梢姡┚嬖诟适肀ｕr上的應(yīng)用前景廣闊。但咯菌腈結(jié)合愈傷或1-MCP等復(fù)合處理的應(yīng)用技術(shù)需要進(jìn)一步研究，以咯菌腈為主，輔助多種處理手段可能是控制甘薯采后腐爛的選擇方向之一。