基于質量分級的馬鈴薯貯藏溫度特性的試驗與研究

周 源，塔 娜,*，甄 琦，察蘇娜，高理君，田偉業

（1.內蒙古農業大學機電工程學院，內蒙古 呼和浩特010018；2.內蒙古農業大學能源與交通工程學院，內蒙古 呼和浩特010018）

農產品的貯藏是為了保證其經過一段時間的貯藏后依然可以進行良好的食用與加工，延長鮮食的供應時間，調節淡旺季矛盾[1]。馬鈴薯作為糧菜兼備的農產品，其貯藏不同于其他農產品，需要更為嚴格的貯藏條件[2]。這主要是因為馬鈴薯的收獲器官對環境非常敏感，溫度低容易出現糖化現象，溫度過低（0℃以下）還容易出現凍傷[3]。內蒙古地處我國北方寒冷干旱地區，冬季平均氣溫在-12.4℃左右[4]。在如此低溫條件下馬鈴薯在貯藏過程中極易受凍，據統計，80%～90%的農戶進行馬鈴薯貯藏時損壞率約為15%，10%～20%的農戶馬鈴薯損壞率達到20%[5]。溫度過高又會導致馬鈴薯的發芽率、失重率和腐爛率升高[6]。因此對馬鈴薯進行科學貯藏，可以有效預防各種貯藏中的常見問題，保持馬鈴薯的品質，為農戶增收創造條件[7]。而國內廣大農戶在進行馬鈴薯的貯藏時廣泛采用傳統貯藏方式[8]。這些傳統貯藏方式中，半地下式自然通風庫有較好的貯藏效果，且相對恒溫庫等現代化貯藏設施具有耗能低、成本低的優勢[9-10]。

國內外工業界和學術界一直在創新和改進馬鈴薯收獲后的貯藏方法與貯藏環境，以保持馬鈴薯塊莖品質和延長其貯藏時間[11]。鞏師洋等[12]設計了一套馬鈴薯貯藏環境遠程調控系統，研究和實現了貯藏環境遠程智能監控。王亮等[13]研究了在不同貯藏溫度下貯藏馬鈴薯，并篩選出最適貯藏溫度。Jakubowski等[14]利用物理紫外UV-C輻照的方法處理馬鈴薯塊莖，認為其可用于減少馬鈴薯貯藏塊莖的質量損失，降低部分品種發芽率。本課題組成員也在馬鈴薯科學貯藏方面做過一定的研究工作，如塔娜等[15]設計了一套馬鈴薯貯藏環境的溫濕度測試系統，并通過試驗證明了系統的可靠性。其力格爾等[16]對半地下式馬鈴薯貯藏室北墻體溫度進行了測量與模擬，認為馬鈴薯貯藏室北墻體附近溫度可以保持貯藏環境相對穩定。

上述研究大多是在外部設備、藥物處理及貯藏環境等方面研究馬鈴薯的科學貯藏方法，除了以上方法外，也有根據馬鈴薯質量大小分級對馬鈴薯貯藏方法的研究。由標準NY/T 1066—2006[17]可知，以馬鈴薯塊莖質量為指標，可分為大、中、小3個規格。薛文武[18]認為，馬鈴薯根據不同規格分開貯藏，可以在一定程度上減輕病害的傳播。普紅梅等[19]通過3種不同藥劑對3個規格馬鈴薯進行處理，結果認為貯藏中3個規格種薯大小的不同對發病率的影響不一。

為了研究北方寒冷干旱條件下不同質量馬鈴薯在筐裝方式下其內部溫度在半地下式貯藏室內的變化情況，本試驗以馬鈴薯的質量大小為切入點，以內蒙古農業大學農學院半地下式貯藏室為試驗場所，對食用型馬鈴薯進行分級貯藏，并對分級后的馬鈴薯堆的內部溫度進行實時采集，最后進行分析對比，研究不同質量馬鈴薯堆的內部溫度的變化差異。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

試驗用馬鈴薯品種為“冀張226”，購于內蒙古呼和浩特市東瓦窯批發市場，產地為內蒙古呼和浩特市武川縣。

1.1.2 儀器與設備

1.1.2.1 DG10TH型傳感器

DG10TH型傳感器（圖1）為大連哲勤科技有限公司產品，此溫濕度傳感器為集成瑞士SENSIRION高精度溫濕度傳感器，提供14 Bits溫度測量，溫度測量范圍為：-40～80°C，誤差為±0.2℃（25℃時）。

圖1 DG10TH環境溫濕度傳感器Fig.1 Environmental temperature and humidity sensor of DG10TH

1.1.2.2 試驗用塑料筐

sp460-260型塑料筐（圖2），重慶市賽普塑料制品有限公司產品，內外尺寸分別為460 mm×335 mm×260 mm、486 mm×350 mm×270 mm，材質為100%高密度聚乙烯（HDPE），具有耐摔、耐磨、抗壓、耐用等特點。

圖2 塑料周轉筐Fig.2 Schematic diagram of plastic revolving basket

1.2 方法

1.2.1 試驗場所

試驗場所為內蒙古農業大學農學院半地下式貯藏室，圖3為貯藏室示意圖。貯藏室全長40 m，寬11.5 m，高2.6 m。其內共有10間南北走向的單間貯藏室，單間貯藏室長8 m，寬4 m，馬鈴薯的貯藏與數據采集在順位第7間。每間貯藏室內除門外，還有兩個自然通風口，處于東西居中位置，北墻通風口長0.36 m，寬0.24 m，頂墻通風口長0.24 m，寬0.1 m，距門1.6 m。冬季12月份以后會將通風口封堵，每天早上8點會打開通風口通風10 min，直到第2年3、4月份，以防止大量冷空氣流入造成馬鈴薯凍傷。

圖3 試驗用馬鈴薯貯藏室外觀圖（a）與內部結構分布示意圖（b）Fig.3 Appearance(a)and distribution(b)of potatoes storeroom for experiment

1.2.2 馬鈴薯分級

將市場所購的馬鈴薯按單薯質量分為3類，見表1。

表1 馬鈴薯分類Table 1 Potato classifications 單位：g

1.2.3 馬鈴薯的擺放

將馬鈴薯分為4堆（A、B、C、D）擺放，A為a類馬鈴薯，B為b類馬鈴薯，C為c類馬鈴薯，D為a、b、c 3種不同類馬鈴薯混裝。每堆6筐，每筐質量如表2所示，筐的擺放采用2×3的方式。

表2 不同筐裝馬鈴薯質量Table 2 The weights of potatoes in different baskets單位：kg

將貯藏室平均分成4塊區域（見圖4），將筐裝馬鈴薯擺放在4塊區域的中心位置，其中馬鈴薯堆A擺放在進門左手邊（貯藏室西南方），然后以順時針方向分別擺放馬鈴薯堆B、C、D。

圖4 馬鈴薯堆的擺放位置示意圖Fig.4 Schematic diagram of potato heaps placements

1.2.4 傳感器的布置

如圖5所示，在每堆馬鈴薯中的上、中、下位置分別安放1個傳感器，用來分析馬鈴薯堆的內部溫度變化。中間位置傳感器的測試溫度最能反應馬鈴薯堆的內部溫度，下部傳感器與土壤接觸，上部傳感器與空氣接觸。

圖5 傳感器放置位置示意圖Fig.5 Schematic diagram of sensors placements

1.2.5 數據采集與處理

溫度數據的采集時間為2019年12月到2020年4月（每0.5 h采集1次），使用Origin數據處理軟件對不同馬鈴薯堆中間位置的溫度數據進行處理與分析，其他兩個位置的溫度數據作為參考。

2 結果與分析

2.1 貯藏過程中馬鈴薯堆的內部溫度變化

溫度、濕度、氣體和防腐是馬鈴薯采后保鮮的4要素，其中適宜的貯藏溫度是決定馬鈴薯貯藏品質的重要條件之一。馬鈴薯長期貯藏的最適溫度為2～4℃[20]，然而往往貯藏室內溫度無法穩定在馬鈴薯長期貯藏的最適溫度。在整個貯藏期間（2019年12月15日—2020年4月31日），馬鈴薯堆的內部溫度呈現出3段式變化，先下降，然后平穩，最后上升，在平穩階段出現溫度最低值。這一變化規律主要是由馬鈴薯堆外部的貯藏環境（貯藏室內環境）變化引起的，不同馬鈴薯堆內部溫度的變化規律雖然一致，但依舊存在一定差異。

圖6 為2019年12月21—27日（共7 d，為馬鈴薯堆內部溫度下降階段）不同馬鈴薯堆的內部溫度變化規律曲線圖，該階段第1次和最后1次記錄的溫度數據見表3。從表3可以看出，不同馬鈴薯堆第1次記錄的溫度大小依次為：A＞B＞C＞D。不同馬鈴薯堆內部溫度的變化速率快慢為：C＞B＞D＞A，這與馬鈴薯堆的整體質量呈負相關。

表3 不同馬鈴薯堆內部溫度下降階段部分溫度數據及分析Table 3 Partial data and analysis of different heaps internal temperatures during descent stage

由圖6可以看出，從11月初入窖直到12月底，地窖內馬鈴薯堆的內部溫度仍在5℃以上，而進入12月份后，內蒙古地區全天最高溫已在0℃以下，因此可以在白天溫度相對較高的情況下加大地窖內的自然通風量，使貯藏窖內溫度在初期就降到馬鈴薯長期貯藏的最適溫度。

圖6 不同馬鈴薯堆內部溫度下降階段部分數據曲線圖Fig.6 Partial data curves of different potatoes piles during temperature drop stages

圖7 為2020年2月1—14日不同馬鈴薯堆的內部溫度變化規律曲線圖，由圖7可知，不同馬鈴薯通過較長時間的貯藏后，相對于溫度下降階段來說其堆內內部溫度有了比較明顯的不同，不同質量馬鈴薯形成的馬鈴薯堆在貯藏120～216 h時間段（2月6—10日）均出現了整個貯藏過程中的溫度最低值，馬鈴薯堆A、B、C、D的最低溫度分別為2.31、2.09、1.84、1.62℃。不同馬鈴薯堆最低溫度大小排序為：A＞B＞C＞D，與整體質量關系不一致，這主要是由于馬鈴薯堆內部溫度不僅與馬鈴薯堆整體質量有關，還與堆中馬鈴薯大小及形狀有關，不同大小和形狀的馬鈴薯會導致馬鈴薯堆內部結構不一，影響內部對流換熱，從而在一定程度上對溫度的變化大小造成影響，并在長時間的貯藏中體現出來。同時馬鈴薯形狀大多不規則，相同大小的馬鈴薯形狀更接近。通過質量分級，使質量相近的馬鈴薯分類貯藏，一定程度上優化了其內部結構，除混裝組外馬鈴薯堆的最低溫度與堆中馬鈴薯的大小呈負相關。而對于混裝馬鈴薯堆，由于其內部各種形狀、大小的馬鈴薯都有，導致其內部結構極不規則。

圖7 不同馬鈴薯堆內部溫度過渡階段部分數據曲線圖Fig.7 Partial data curves of different potatoes piles during temperature transition stages

圖8 為2020年4月4—17日不同馬鈴薯堆的內部溫度變化規律曲線圖，這一階段馬鈴薯堆的內部溫度處于快速上升階段，其第1次記錄的溫度數據和最后1次記錄的溫度數據如表4所示。

圖8 不同馬鈴薯堆內部溫度上升階段部分數據曲線圖Fig.8 Partial data curves of different potatoes piles during temperature rise stage

表4 不同馬鈴薯堆內部溫度上升階段部分溫度數據及分析Table 4 Partial data and analysis of different piles internal temperatures during ascending stage

從表4可知不同馬鈴薯堆內部溫度變化速率快慢為：D＞C＞B＞A，除混裝組外，溫度上升速率的大小與堆內馬鈴薯的大小呈正相關。

2.2 數據曲線中的失真現象

在整個試驗過程中，采集的溫度數據中存在一部分的失真現象，其中比較明顯的失真出現在2019年12月19日及2020年4月19日，分別為圖9中的120h左右和圖10中的48 h左右。

圖9 12月14—20日不同馬鈴薯堆內部溫度曲線圖Fig.9 Temperatures curves of different potatoes piles from December 14 to 20

由圖9可以看出，在貯藏時間120 h附近（12月19日），由于溫度發生快速變化，使曲線產生一定失真。這一現象的產生是由于貯藏室與單間貯藏室之間的溫度差造成的。貯藏室走廊與大門相連，沒有通風口，12月份后，為使地窖具有更好的保溫能力，大門會被關上并覆蓋棉被封堵，須第2年3月份才能撤除，因此貯藏室內走廊溫度要高于單間貯藏室內溫度。12月19日，因試驗需要進入地窖對馬鈴薯進行查看、搬運、整理，導致單間貯藏室與貯藏室走廊之間發生對流換熱，從而使貯藏室內溫度發生劇變。

由圖10可知，在貯藏時間為48 h附近（4月20日），數據曲線由上升趨勢突然出現下降波動，且下降曲線混亂無序，這一現象產生的原因和2019年12月19日相同，是由于在這一階段，貯藏室內的溫度出現明顯上升，為了進一步加強貯藏室內的對流通風，4月20日打開了單間貯藏室門，以保持其與走廊間的對流換氣，此時在貯藏室中，走廊溫度要低于單間貯藏室溫度，因此造成溫度數據的失真波動。

圖10 4月18—24日不同馬鈴薯堆內部溫度曲線圖Fig.10 Temperatures curves of different potatoes piles from April 18 to 24

這些數據的失真是由于對地窖的人為處理，使馬鈴薯貯藏環境發生劇烈空氣對流而致。想要降低這種突然的空氣對流對馬鈴薯堆內部溫度的影響，可以在馬鈴薯堆與單間貯藏室門之間放置一擋風板，對突然產生的對流換熱起到適當的緩沖作用。

3 結論

（1）在半地下式貯藏室貯藏過程中，進行質量分級后的馬鈴薯堆與混裝馬鈴薯堆在整個貯藏過程中其內部溫度變化趨勢雖然一樣，但依舊存在一定差異。從整體來看，進行分級堆放的馬鈴薯堆的內部溫度的變化幅度小于未分級馬鈴薯堆的內部溫度。堆內馬鈴薯的單薯質量越小，形成的馬鈴薯堆內部溫度的穩定性越高。

（2）在貯藏過程中應該盡量減少人為因素對貯藏的干預，人為的干預會導致貯藏環境的改變，從而影響貯藏效果。

（3）在馬鈴薯貯藏前期可以考慮加大通風量，使貯藏室內的溫度能更加快速地降低到馬鈴薯的最適貯藏溫度。馬鈴薯按質量大小分類貯藏后可以在一定程度上優化馬鈴薯堆的內部結構。

本試驗研究結果對馬鈴薯的科學貯藏具有一定的指導意義，可以讓我們在實際貯藏過程中做到更好的科學管理。