甘薯貯藏期間抑芽防腐技術研究

彭 勇，王雪姣，馬玉榮，劉 佩，石晶盈，王慶國

（山東農業(yè)大學食品科學與工程學院，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]。國內甘薯種植面積670萬hm2，總產量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、運輸和貯藏過程中容易造成機械傷，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，造成巨大的經濟損失[4-5]，因此，研究甘薯貯藏保鮮技術尤為必要。

許多學者對甘薯貯藏期間的病害進行了研究，游春平和陳炳旭[6]認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、氣調貯藏（5.0%CO2和8.0%O2）等均可預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，氣調貯藏成本高，在甘薯貯藏方面急需研究新的防腐保鮮手段。咯菌腈是新型低風險防腐劑，在美國已登記使用，但在國內作為防腐劑應用較少[9]，尤其在甘薯上的應用鮮有報道。

甘薯貯藏期間容易發(fā)芽，嚴重影響甘薯品質，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，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，解決甘薯周年供應問題。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甘薯采后抑芽技術研究的品種為‘高系14號’，海南省澄邁縣橋頭鎮(zhèn)購買，甘薯大小均勻，無機械傷，無病蟲害，當天上午采收之后，套10～14 cm網套，裝入紙箱，空運至濟南機場，并于當天晚上運輸至山東農業(yè)大學食品學院貯藏冷庫，次日對甘薯進行抑芽技術處理。

甘薯采后安全防腐技術研究的供試品種為‘北京553’，山東省肥城市安站鎮(zhèn)購買，甘薯大小均勻，無機械傷和病蟲害，套10～14 cm網套，裝入周轉箱，當天運輸至山東農業(yè)大學食品學院冷庫，進行防腐技術處理。

1.2 試驗設計

1.2.1確定甘薯抑芽技術及染色檢驗甘薯愈傷情況 將‘高系14號’甘薯品種分成5組，每組3次重復，每個重復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)計腐爛率。

檢驗愈傷程度試驗，方法是預先對甘薯進行表皮擦傷，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。參照上述試驗設計共分為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愈傷程度。

1.2.2 甘薯防腐技術試驗 試驗分2年進行，主要為了考察咯菌腈的防腐效果。2014年試驗共分為6組，即對照（無處理）；29℃愈傷4天+80 mg/kg 1-MCP處理24 h；單獨80 mg/kg 1-MCP處理24 h；單獨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，甘薯頂部及底部墊紙板進行保護，最后將袋口折疊。每個處理進行5次重復，每個重復重量均為5 kg。貯藏7個月和9個月時統(tǒng)計腐爛率和腐爛指數。

2015年的試驗處理分為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行保護，最后將保鮮袋口折疊。每個處理進行5次重復，每個重復重量5 kg。貯藏7個月和9個月時統(tǒng)計腐爛率和腐爛指數。

1.3 測定方法

1.3.1 發(fā)芽率測定 計算如式(1)，結果以平均值和標準差表示。

1.3.2 腐爛率測定 計算如式(2)，結果以平均值和標準差表示。

1.3.3 腐爛指數測定 腐爛指數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，計算如式(3)。腐爛等級的劃分標準：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，m1為1級腐爛甘薯的數量，m2為2級腐爛甘薯的數量，m3為3級腐爛甘薯的數量，m4為4級腐爛甘薯的數量，m5為5級腐爛甘薯的數量，M為甘薯的總數量。

1.4 數據處理

采用Excel 2010計算平均值和標準差，采用Sigma Plot 12.5作圖，所有數據均采用SPSS 17.0軟件進行處理，用Duncan法進行方差分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 甘薯采后抑芽技術研究

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。可以看出，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道。染色法可以用來檢驗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。可見，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節(jié)劑，促進了甘薯塊根的衰老，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研究

2.2.1 不同處理對甘薯貯藏期間腐爛率和腐爛指數的影響 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)，表明熱空氣單獨處理無法控制甘薯的腐爛，9個月時未做統(tǒng)計。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，結果如圖2B。結果表明，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)，且腐爛指數最低。

圖2 不同處理對甘薯腐爛指數的影響

本試驗以腐爛率和腐爛指數2個指標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的次氯酸鈉單獨處理和0.5 g/L的二氧化氯單獨處理后甘薯腐爛發(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)生結果見圖3B。結果表明，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個月的甘薯腐指數的影響，結果表明，腐爛指數最高的是對照，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的次氯酸鈉單獨處理與0.5 g/L的二氧化氯單獨處理后的甘薯腐爛指數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)進行貯藏至7個月，腐爛指數的結果如圖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，腐爛指數最低。

試驗以甘薯的腐爛率和腐爛指數2個指標來評價不同處理對其防腐爛能力及耐貯特性的效果。由結果可知，將甘薯進行貯藏至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的影響

3 結論

（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。可見，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預防甘薯發(fā)芽、腐爛的作用機制

乙烯是一種植物生長調節(jié)劑，應用十分廣泛，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，內源乙烯可促進芽的萌發(fā)[15]，乙烯能促進木栓形成層的發(fā)生和分化[16]。但乙烯用于采后保鮮的研究鮮有報道，Ma等[17]發(fā)現(xiàn)外源乙烯可以預防‘黃冠’梨的褐變，提高抗氧化防御體系中相關酶的活性，增強果實抵抗脅迫的能力。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是一種生產上常用的乙烯拮抗劑，能有效阻斷內源乙烯與受體蛋白的結合，達到控制園藝植物采后衰老及生理失調的目的[15,19]。本研究結果顯示，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)芽的結果是相似的。并且，29℃愈傷結合1-MCP處理更能有效地預防甘薯貯藏期間的腐爛。試驗結果為進一步拓展1-MCP在甘薯中的應用提供了參考。ABA是一種較強的植物生長調節(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，從而加速甘薯細胞衰老，耐貯性隨之降低[21]。

4.2 咯菌腈防腐作用機制評價

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。咯菌腈結合其他處理，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用，本研究初次使用咯菌腈保鮮甘薯，結果表明，600 μg/L咯菌腈浸蘸處理能有效抑制甘薯貯藏中的腐爛。根據國內的化學農藥環(huán)境安全評價試驗準則可知，咯菌腈為易降解的農藥，其半衰期小于30天[26]，遠低于甘薯的貯藏期，因此，是比較安全的藥劑。可見，咯菌腈在甘薯保鮮上的應用前景廣闊。但咯菌腈結合愈傷或1-MCP等復合處理的應用技術需要進一步研究，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。