不同贮藏方式对菊芋块茎品质的影响

张 宇，门果桃，马郁瑾，兰开龙，尹春艳，张立华，王黎胜

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010031；2.呼伦贝尔市农畜产品质量安全中心，内蒙古海拉尔 021008）

菊芋（Helianthus tuberosusL.）又名洋姜、姜不辣，属菊科（Compositae）向日葵属（HelianthusL.）多年生新型高密度能源植物，块茎富含菊糖、钾、硒、维生素、黄酮类化合物等多种营养物质，风味独特，具有非常好的食用、饲用和药用价值[1-2]。菊芋喜凉爽干燥的气候，在内蒙古、甘肃、青海、江苏等地已成规模发展，种植面积逐年增加。菊芋秸秆可加工成优质饲料，块茎可生产菊粉、低聚果糖或燃料乙醇等。近年来，随着新能源的大力研发及特色健康食品产业的发展，多功能型且低投入、高产出的菊芋在国际市场大受追捧，成果频出[3-4]。

我国西北地区海拔高，气候冷凉，非常适宜种植菊芋，但菊芋块茎采收后在贮藏和运输过程中损耗很大，不仅容易出现失水萎蔫，还会因堆积导致腐烂，降低食用和经济价值，也制约着未来产业化的发展[5-6]。因此，研究菊芋块茎贮藏保鲜技术对提高块茎品质以及商业化开发利用具有重要的现实意义。块茎收获后即进入休眠期，呼吸和蒸腾等一系列生化反应虽变缓，但物质消耗和分配还在进行，环境条件也会进一步影响各类物质的代谢速度。因此，块茎须放在适宜的环境中贮存，方可保持营养价值，提高耐贮性[7-8]。菊芋收获后常采用窖藏、沙藏、常温贮藏等方式，不同贮藏方式对块茎营养物质的影响差异较大[6，9]。目前，菊芋生产上使用的贮藏技术多参考马铃薯贮藏条件（1～5 ℃），马铃薯的损耗率在30%左右，菊芋的损耗率为30%～50%，高损耗率导致菊芋生产经济损失巨大[10-12]。由于生产中使用的贮藏方式多是经验的总结，不同的作物只能参考相似或相近作物的贮藏方式，缺少理论支持，很难达到不同作物贮藏的理想效果。本试验以土默川菊芋为试验材料，探究不同贮藏方式对菊芋块茎品质的影响，旨在为菊芋块茎贮藏保鲜加工技术的改进提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料与设计

供试菊芋品种为土默川菊芋。采用随机区组设计，菊芋于2019年11月中旬收获后，选取大小均匀、整齐饱满、无病虫害、无损伤的块茎，晾干，将挑选后的块茎分装在网袋中（每个处理块茎重量约为181.7 g，3 个重复），于2019年11月下旬至2020年3月下旬放置于内蒙古自治区农牧业科学院院内低温窖（窖藏）、库房（库藏）、50 cm 土层下（土藏）3 个环境条件贮藏。窖藏的温度变化在2.6～4.1 ℃，相对湿度为94%～96%；库藏的温度变化在-11.0～6.6 ℃（昼夜温差17～20 ℃），相对湿度为67%～73%；土藏的温度变化在-4.3～2.5 ℃（昼夜温差0.5～1.5 ℃），相对湿度为92%～96%。

1.2 测定指标与方法

贮藏期间每隔30 d 随机取样1 次，分别为0、30、60、90、120 d，共5 次，记录块茎腐烂率、萌发率及块茎外观变化，块茎切块后迅速用液氮冷冻后置于-80 ℃冰箱保存备用，测定块茎生理指标，包括干物质、还原糖[13]、菊糖[14-15]，每个处理重复3 次。

1.3 数据处理

试验结果采用Excel 2007 软件进行数据分析和作图，SPSS 23.0 统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同贮藏方式对菊芋块茎外观品质的影响

块茎收获后，不同贮藏方式对块茎外观品质的影响不同。由表1 和表2 可知，菊芋贮藏期间，不同贮藏方式的温度浮动不同，窖藏温度变幅为2.6～4.1 ℃，温差最小（1.5 ℃），平均温度3.35 ℃；相对湿度变幅为94%～96%，贮藏0～120 d 块茎形态无变化。库藏温度变幅为-11.0～6.6 ℃，温差最大（17.6 ℃），平均温度为-2.2 ℃；相对湿度变幅为67%～73%，贮藏0～30 d 块茎坚硬无变化，30～60 d 部分块茎外部附霜，贮藏90～120 d 块茎出现萎蔫褶皱，个别块茎腐烂发霉。土藏温度变幅为-4.3～2.5 ℃，温差为6.8 ℃，平均温度为-0.9 ℃；相对湿度变幅为92%～96%，贮藏0～90 d 块茎形态无变化，120 d 块茎发芽。以上结果表明，窖藏、土藏与库藏相比，温度变化幅度较小，相对湿度较高，更适合菊芋块茎的贮藏；土藏120 d菊芋块茎顶芽萌发，应结合温度变化，提前转移贮藏地点。

表1 不同贮藏方式温度、湿度监测结果

表2 不同贮藏方式块茎外观的变化

2.2 不同贮藏方式不同贮藏时间对菊芋块茎干物质含量的影响

植物生长发育期间干物质的积累有助于增加产量，同时贮藏期间干物质含量的变化会影响植物品质。由图1 可知，与贮藏0 d 相比不同方式贮藏120 d菊芋块茎干物质含量均下降，窖藏、库藏和土藏分别下降10.40%、16.77%和27.83%，不同贮藏方式差异显著（P＜0.05）。其中，窖藏方式干物质含量下降最少，土藏方式干物质含量下降最多；库藏方式干物质含量呈现上升-下降趋势，且30～90 d 干物质含量均高于同期窖藏和土藏环境条件下的含量，30～120 d变幅最大，达12.85%。结合表1 可知，块茎干物质在窖藏方式下，温度变化幅度较小，物质消耗最少；库藏和土藏条件，都经历0 ℃以下低温，物质消耗增加，库藏方式下相对湿度较低，水分散失较快，30～60 d 块茎外壁附霜，干物质含量明显高于其他贮藏方式及贮藏准备时（0 d），原因可能是低温引起物质消耗增加。

图1 不同贮藏方式菊芋块茎干物质含量的比较

2.3 不同贮藏方式不同贮藏时间对菊芋块茎还原糖含量的影响

植物贮藏期间，碳水化合物代谢会因贮藏条件的改变而打破原有平衡，致使不同物质相互配合促进转化。由图2 可知，贮藏期间菊芋块茎还原糖含量变化不同，且不同贮藏方式下贮藏120 d 还原糖含量变化均存在显著差异（P＜0.05）。窖藏、库藏和土藏方式下贮藏120 d，还原糖含量较贮藏准备时（0 d）分别下降44.54%、12.82%和上升51.13%。贮藏过程中，还原糖含量在窖藏、库藏和土藏中分别呈现小幅下降-上升-下降-小幅上升趋势、连续下降-快速上升-下降趋势和上升-连续下降-快速上升趋势，并分别于60 d、90 d 和120 d 达到高峰。结合表1 可知，适度的低温可促进块茎的还原糖含量上升，但库藏方式中较长时间处于0 ℃以下低温，菊芋块茎中还原糖可能被转化，待贮藏60 d 后环境温度缓升，块茎中抗逆性主力物质转变，被再次转化为还原糖。同时，还原糖含量虽然较低，但对块茎萌发有重要作用，这与肖惠瑗[16]研究马铃薯块茎的发芽与还原糖含量的显著增加有关结论一致。

图2 不同贮藏方式菊芋块茎还原糖含量的比较

2.4 不同贮藏方式不同贮藏时间对菊芋块茎菊糖含量的影响

菊糖是菊芋重要的营养指标之一，与物质代谢密不可分。由图3 可知，贮藏120 d 后，不同贮藏方式菊芋块茎菊糖含量均下降，窖藏、库藏和土藏分别下降11.60%、4.45%和33.47%，菊糖含量的变化在不同贮藏方式间存在显著差异（P＜0.05）。窖藏、库藏和土藏30 d 菊糖含量分别下降7.00%和上升70.00%、43.04%；30～60 d 土藏的菊糖含量微升，但其他贮藏方式的菊糖含量下降至最低点；60～120 d，窖藏和库藏条件菊糖含量呈现上升-下降的趋势，而土藏条件下菊糖含量呈大幅下降趋势，并于120 d下降至最低。结合表1 可知，低温可促进菊芋块茎中菊糖含量的上升，由于库藏条件温度波动更大，菊糖含量上升变化更显著。当温度持续下降，菊糖可能被转化为其他保护性物质和能源，继续为块茎抵御低温提供保障。这一结果与前人研究的不同温度下菊糖含量的变化结果相似[17-18]。

图3 不同贮藏方式菊芋块茎菊糖含量的比较

2.5 不同贮藏方式不同贮藏时间对菊芋块茎腐烂率的影响

判断菊芋食用价值最直观的就是观察块茎是否失水萎蔫或腐烂。由表3 可知，窖藏和土藏方式下，贮藏0～120 d，菊芋块茎的腐烂率均为0；库藏方式下，90 d 时菊芋块茎的腐烂率为3%，且腐烂率随贮藏期的延长呈上升趋势，贮藏120 d 时腐烂率为7%。结合表1 对比分析认为，库藏条件贮藏90～120 d温度上升过程中块茎腐烂率呈增加趋势，可能与贮藏过程中低温引起菊芋块茎代谢失调有关，进而导致菊芋整体抗病性下降。这一结果进一步证实，果蔬处于不适宜的低温环境，若温度继续发生较大波动，会造成腐烂率增加[19-20]。

表3 不同贮藏方式菊芋块茎腐烂率 单位：%

2.6 不同贮藏方式不同贮藏时间对菊芋块茎萌发率的影响

块茎类作物收获后即进入休眠期，如因不恰当的贮藏措施导致块茎顶芽提前萌发，将影响贮藏的长久性，进而影响市场的供应。由表4 可知，窖藏和库藏方式可以有效降低菊芋块茎的萌发率，贮藏0～120 d 萌发率保持在0；土藏方式后期的环境变化达到块茎易萌发的条件，贮藏120 d 时块茎萌发率迅速上升至97%。结合表1 对比分析认为，菊芋块茎在库藏条件下贮藏休眠，虽然后期温度上升至块茎萌发条件，但可能由于菊芋块茎贮藏过程中物质消耗较多，没有外界的养分输送，导致萌发力减弱。

表4 不同贮藏方式菊芋块茎萌发率 单位：%

3 讨论与结论

块茎在收获时已积累大量营养物质，为应对外界不利环境条件进入休眠状态，此时块茎呼吸作用减缓，各种生理代谢速度降低。菊芋有别于其他块茎和块根类作物，块茎中的主要碳水化合物不是淀粉，而是菊糖（菊粉型果聚糖），含量高达干物质的85%[21]。据报道，植物中果聚糖的积累与低温和干旱等逆境有关，特别是耐寒性，果聚糖有助于植物抵御寒冷等非生物胁迫[22]。关于水稻、马铃薯、烟草等植物的研究已证明，通过提高果聚糖含量可提高植物的耐逆性[23-25]。本研究中，菊糖含量的变化趋势与贮藏环境的温度变化密切相关，-4.0 ℃和-8.0 ℃的低温可使菊芋块茎菊糖含量分别显著提高43.04%和70.00%，说明贮藏温度越低，块茎菊糖含量升高越迅速，但随着温度持续下降，菊糖被大量降解。VAN DEN ENDE 等[26]研究证实，通过提高菊糖浓度可维持细胞膜的稳定性增强植物的抗逆性，随着菊糖的降解可以在急需时为植物提供大量游离果糖和能量，迅速调整部分因失水导致的细胞渗透不平衡，降低细胞组织中水的冰点。由此可见，菊芋块茎中菊糖含量的变化与菊芋耐受不同程度的低温有关。

块茎贮藏休眠和萌发受到多种因素的影响，如外部环境条件（水分和温度）和内部块茎生理条件（营养物质、能源物质和激素等），菊糖作为菊芋重要的能量来源，不仅可以抵御外界不利环境，还可助力块茎的萌发，因为菊糖转化物还原糖是块茎发芽的先决条件[27]。本研究中，菊芋贮藏期结束，不同环境下的块茎菊糖含量均有不同程度的下降，土藏中菊芋块茎出现萌芽时菊糖含量下降最快，同期还原糖含量显著上升，说明土藏方式下贮藏后期外界条件达到了块茎萌发的要求，块茎内部菊糖降解为块茎的萌发提供了能源助力。窖藏和库藏方式下，贮藏后期菊芋块茎的菊糖含量有所下降，但块茎未出现萌发，说明菊糖降解不完全是用于块茎萌发，可能也用于块茎自身生存。前人研究也得出，菊糖的降解除了部分用于芽的萌发，其余主要是为了支撑植物后续生长提供能量[28]。

目前，窖藏是最常用的贮藏块茎方式之一，也是最具经济性价比的方式，但不同块茎贮藏的适宜温度有差异。王亮等[11]研究发现，马铃薯的干物质、淀粉及还原糖含量的变化趋势与贮藏环境及时间有密切关系，低温糖化的温度阈值是5 ℃，贮藏温度越低，淀粉转化还原糖的速度越快；适当的低温（2～3 ℃）可降低马铃薯块茎营养物质消耗和水分散失，延长休眠期，并有效抑制块茎腐烂。本研究中，菊芋的干物质、还原糖和菊糖含量在不同贮藏环境及时间条件下具有显著差异，对于不同的菊芋用途而言，如要求干物质含量较高，建议放置于低温窖（0～4 ℃）；如要求菊糖含量高，可以使用低温冷库（-4～0 ℃），条件受限的情况下建议先就地存放于50 cm 土层下，待地温上升至0 ℃再转入低温窖藏，这与MU 等[18]在对菊芋块茎进行不同低温贮藏研究中得出适宜的贮藏温度是-5～0 ℃的结果相近。同时，环境的相对湿度也是重要因素之一，湿度与温度相互作用，可防止块茎水分的过度流失[6]。本研究结果表明，3 种贮藏方式环境条件差异较大，但相对湿度变幅较小，综合分析认为，从性价比角度考量，内蒙古地区的菊芋块茎采取土藏和窖藏相结合的贮藏方式更合适。