香芹酮结合吨袋内循环施药模式对马铃薯贮藏效果及油炸薯片色泽的影响

程建新，葛 霞，田世龙，李守强，田甲春，李 梅

（甘肃省农业科学院 农产品贮藏加工研究所，甘肃 兰州 730070）

马铃薯是全球四大粮食作物之一，其营养丰富，富含蛋白质、氨基酸及多种维生素、矿物质，素有“地下苹果”和“第二面包”之美称，是主食、蔬菜和加工原料兼用的作物[1-2]。它适应性广、丰产性好、经济效益高，对粮食安全保障、产业扶贫、人民健康具有非常重要的意义[3]。目前，我国马铃薯种植面积大，总产量居世界首位[4]。

香芹酮是一种挥发性的单萜类物质，天然存在于留兰香精油和薄荷精油中，它可作为食品添加剂用于调节食品风味或作为日化品的香精香料等，此外还可以作为食品保藏的天然保鲜剂[5]，对马铃薯也有很好的抑芽保鲜作用，在欧洲国家已有应用[6-7]。国外一般利用贮藏库内的通风管道，使用热烟雾机将其以气态形式由管道送入薯堆内部，并结合风机内循环系统使药剂均匀分散被薯皮吸收，以达到抑芽的目的[8]。我国马铃薯贮藏设施较落后，多以小型农户贮藏窖、自然通风库为主，库窖密封性不佳。为保证马铃薯贮藏效果，贮藏期间需适时通风排湿以确保薯皮干燥，而香芹酮极易挥发，通风会降低其药效，严重影响了其对马铃薯的抑芽贮藏效果。为此，针对农户和小环境贮藏，开发吨袋内循环施药模式，利用风机和内循环通风管在吨袋中搭建施药处理的小环境，通过将吸油棉中香芹酮以气态的形式持续均匀地分散于薯堆内部，考察该施药模式下香芹酮处理对马铃薯的贮藏效果及对油炸薯片色泽的影响，旨在为香芹酮在马铃薯上的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 主要材料与试剂

陇薯10 号马铃薯商品薯由定西市宏泰马铃薯农民专业合作社提供。

香芹酮（纯度＞98%）购自武汉那拉白医药化工有限公司。

100 cm×100 cm×100 cm 扎口平底吨袋由浙江义乌华昌塑编集装袋厂生产；斜流式管道风机（风量168/198 m3/h，接管直径100 mm，配备旋转可调式出风口）由艾美特电器有限公司生产；定时器插座由公牛集团股份有限公司生产、110 mm×5 mm 聚丙烯（PP）管由镇江庆大电气工厂生产；110 mm×5 mm聚氯乙烯（PVC）五通管及堵头购自恋品惠极地专卖店；5 mm厚吸油棉由五羊毛毡厂生产。

1.2 试验处理与处理剂量

试验共设3个处理，分别为低温（4±1）℃网袋对照（CK-4）、亚低温（10±1）℃吨袋对照（CK-10）和亚低温（10±1）℃吨袋香芹酮处理（T）。其中，香芹酮处理首次处理剂量为0.2 mL/kg，之后每6 周处理一次，每次处理剂量为0.1 mL/kg。

1.3 吨袋内循环施药装置的组装

吨袋内循环施药装置按照图1 进行组装：根据吨袋内大小将PP 管截成长度合适的4 个横向管和1个竖向管，与五通PVC 管相连组装呈倒T 字形，横向PP 管上方三分之一使用手枪钻间距5 cm 打孔，各孔呈三角形错开，共打孔3 排，横向PP 管另一头使用堵头封严，竖向PP管上口安装可拆卸的斜流式管道风机。

图1 吨袋内循环施药装置Fig.1 Drug internal circulating application device in ton bag

1.4 试验设计与处理方法

陇薯10 号商品薯于2020 年10 月10 日采收，10月15 日运至马铃薯贮藏库，在温度12～18 ℃、相对湿度85%～95%的环境下预处理2 周。10 月29 日马铃薯愈伤完全后，挑选大小均匀、无明显病虫害、无腐烂和绿变的块茎作为试验样品，按照不同的试验处理对马铃薯进行分装并在相应的温度下进行贮藏。CK-4 采用网袋包装，每袋装马铃薯约35 kg，CK-10 和香芹酮处理采用吨袋内循环施药模式，每袋装马铃薯约500 kg，各处理分别放置于不同贮藏库并设3组重复。香芹酮通过破坏芽的分生组织及维管组织抑制马铃薯的发芽[9]，因此，吨袋贮藏前期经常打开风机进行通风并观察薯芽萌动情况，薯芽开始萌动时（肉眼可见芽眼白点）再进行香芹酮药剂处理：取下风机、打开竖向PP管上口，按吨袋中贮藏马铃薯质量及处理剂量从竖向PP 管上口加入吸有香芹酮药剂的吸油棉，安装好风机，再将吨袋扎紧（风机扎入吨袋中），打开风机电源，间歇式内循环处理12 h，每运行2 h中间停1 h，由定时器插座控制。其施药原理为利用风机使气态的药剂强制自下而上、再由药剂自身重力自上而下从而均匀分散于吨袋薯堆内部，使药剂充分地经薯皮吸收，以达到抑芽的目的。之后每周进行一次通风处理：打开吨袋和风机使马铃薯与外界充分通风换气0.5 h 后将吨袋扎紧，风机继续运行0.5 h 后关闭。试验于12 月28 日（0 周）观察到薯芽萌动，随即进行首次香芹酮处理，之后分别在翌年2 月8 日（6 周）、3 月22日（12周）、4月29日（18周）和6月11日（24周）进行第2～5 次的香芹酮处理，贮藏末期为7 月22 日（30周），贮藏期自马铃薯愈伤后至贮藏末期共9 个月，处理总剂量0.6 mL/kg。

1.5 测定指标与方法

1.5.1 芽长和发芽率测定 考察香芹酮处理后0、6、12、18、24、30 周各处理马铃薯的芽长和发芽率。随机抽取30个块茎进行测定，测量每个块茎顶芽的长度，测量后取其平均值为测定的芽长。以顶芽芽长＞0.2 cm作为块茎是否发芽的判断标准，发芽率为发芽块茎个数占统计块茎总数的百分比[10]。

1.5.2 失重率测定 考察香芹酮处理后0、6、12、18、24、30 周各处理马铃薯的失重率。各处理组中固定选取10 个块茎，分别测定它们的初始质量（g1）与贮藏一定时间后的质量（g2），初始质量为马铃薯愈伤分组后各处理马铃薯的初始质量，计算失重率：

1.5.3 腐烂率测定 统计贮藏末期各处理马铃薯的腐烂情况，以整袋马铃薯为考察对象。腐烂率为腐烂马铃薯质量占统计马铃薯总质量的百分比。

1.5.4 贮藏品质测定 分别考察马铃薯愈伤后贮藏初始和贮藏末期各处理马铃薯的贮藏品质。干物质含量采用烘干恒重法测定[11]；粗蛋白含量采用凯氏法用全自动定氮仪测定[12]；淀粉含量采用酸水解-旋光法用自动旋光仪测定[13]；维生素C含量采用荧光法用荧光分光光度计测定[14]；还原糖含量采用氰化盐法测定[15]。

1.5.5 油炸后薯片色泽测定 按照GB/T 31784—2016《马铃薯商品薯分级与检验规程》中附录C薯片油炸颜色的测定的要求[16]，贮藏末期从每组样品中随机选出30个块茎，按直径最大方向将马铃薯切成0.8～1.2 mm 的薄片，每个块茎取中间部位的2～3 片薯片，用清水漂洗后将薯片表面水拭干，于185 ℃油温中油炸3 min 后捞出晾干，观察薯片色泽的情况。然后将薯片样品粉碎后，使用CR-10 Plus 测色仪（日本Konica Minolta 公司）测定亨特指数（L*、a*、b*），每个样品记录不同位置3个读数的平均值[17]。

1.6 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 软件进行数据分析与作图，采用SPSS Statistics 19.0 软件进行差异显著性分析，图中结果为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 香芹酮对马铃薯贮藏期间芽长和发芽率的影响

从图2 可以看出，10 ℃贮藏的马铃薯萌芽时间为愈伤后的8 周（2020 年12 月28 日），而4 ℃贮藏的马铃薯萌芽时间为药剂处理后12 周，即愈伤后20周（2021 年3 月22 日），说明低温贮藏可推迟马铃薯的休眠期与萌芽时间。此外，香芹酮处理的马铃薯从处理后到贮藏末期均未发芽，而贮藏末期CK-4 和CK-10 的马铃薯芽长分别为1.4 cm 和67.6 cm，发芽率均达100%。说明尽管低温处理可以作为马铃薯抑芽的物理手段，但长期低温贮藏也不能抑制马铃薯的发芽，而香芹酮处理对马铃薯长期贮藏具有更好的抑芽效果。

图2 不同处理对马铃薯发芽率（A）和芽长（B）的影响Fig.2 Effects of different treatments on sprouting rate（A）and sprout length（B）of potatoes

2.2 香芹酮对马铃薯贮藏期间失重率的影响

贮藏期间，对照和香芹酮处理马铃薯的失重率均随着贮藏时间而逐渐升高（图3），且CK-10 的马铃薯失重率明显高于CK-4 和香芹酮处理。CK-10马铃薯失重率显著增加，马铃薯休眠打破后快速发芽的结果[18-19]。贮藏末期，CK-4、CK-10和香芹酮处理组马铃薯失重率分别为2.91%、17.85%和2.95%，香芹酮处理的马铃薯失重率较CK-10 降低14.90 个百分点，而与CK-4 相比无明显差异。说明低温处理和香芹酮处理均可降低马铃薯贮藏期间的失重率。

图3 不同处理对马铃薯失重率的影响Fig.3 Effects of different treatments on weight loss rate of potatoes

2.3 香芹酮对马铃薯贮藏期间腐烂率的影响

贮藏末期，CK-4、CK-10 和香芹酮处理马铃薯的腐烂率分别为1.97%、25.33%和2.32%（图4），CK-4 和香芹酮处理马铃薯的腐烂率比CK-10 分别降低23.36 和23.01 个百分点，均显著低于CK-10（P＜0.05），而香芹酮处理马铃薯的腐烂率与CK-4相比无明显差异。说明低温处理和香芹酮处理均可降低贮藏期间马铃薯的腐烂率。

图4 不同处理对马铃薯腐烂率的影响Fig.4 Effects of different treatments on decay rate of potatoes

2.4 香芹酮对马铃薯贮藏品质的影响

由表1 可知，贮藏末期CK-10 马铃薯中干物质含量显著高于贮藏初期（P＜0.05），而贮藏末期CK-4和香芹酮处理马铃薯干物质含量与贮藏初期无显著性差异。这与贮藏末期CK-10 马铃薯失重率较高有关，进一步证实，低温贮藏和香芹酮处理在延缓发芽的情况下降低了贮藏质量损失。

表1 不同处理对马铃薯贮藏品质的影响Tab.1 Effects of different treatments on storage quality of potato

贮藏末期，各处理马铃薯粗蛋白含量与贮藏初期比较均不存在显著性差异，说明马铃薯粗蛋白含量在贮藏期间相对稳定。粗蛋白含量与马铃薯品种有关，与贮藏期无相关性[20]。

贮藏末期，CK-4、CK-10 和香芹酮处理组马铃薯中淀粉含量分别为13.22%、16.32%和14.62%，还原糖含量分别为14.7 mg/g、3.9 mg/g和5.9 mg/g，CK-4 淀粉含量显著低于CK-10，而还原糖含量显著高于CK-10 和香芹酮处理组（P＜0.05）。说明贮藏期间淀粉和还原糖含量的变化与贮藏温度有关，长期低温贮藏使淀粉转化为糖，造成淀粉含量降低，还原糖含量升高[21]。香芹酮处理组马铃薯较CK-4 马铃薯还原糖含量降低59.86%（P＜0.05），而与贮藏初期无显著性差异。说明香芹酮处理在抑制块茎发芽的同时，相比低温能够使马铃薯块茎中还原糖含量保持在较低水平。

通过比较贮藏初期和贮藏末期马铃薯块茎中维生素C 含量的变化可以看出，马铃薯贮藏期间块茎中维生素C 含量呈下降趋势，贮藏初期块茎中维生素C 含量最高为173.0µg/g，贮藏末期CK-4 马铃薯中维生素C的含量为126.7µg/g，显著高于CK-10（60.0 µg/g）和香芹酮处理组（83.6 µg/g）（P＜0.05）。说明维生素C 含量与贮藏温度有关，低温贮藏能够维持马铃薯中维生素C含量；而在相同贮藏温度下，相比CK-10，香芹酮处理能够延缓维生素C 含量的降低速度。

2.5 香芹酮对油炸薯片色泽的影响

从图5 可以看出，香芹酮处理的马铃薯油炸薯片色泽最佳，呈明亮的浅黄色，CK-4 和CK-10 油炸后的薯片色泽较差，呈较深的黄色甚至焦糊色。其中，CK-4 马铃薯中由于还原糖含量较高，发生了美拉德反应和焦糖化；CK-10 处理中，马铃薯还原糖含量较低，但其贮藏期间失水较为严重，因此，油炸后薯片色泽不仅与还原糖含量有关，还与薯片中含水量有关。由表2 可以看出，CK-4、CK-10 和香芹酮处理的马铃薯油炸后，薯片L*值分别为42.8、53.5和64.7，a*值分别为17.4、18.4 和9.4，b*值分别为30.1、38.6 和40.7。说明香芹酮处理油炸后的薯片白度值最高，红绿值最低而黄蓝值最高，因此香芹酮处理的油炸薯片色泽也最好。

图5 不同处理对油炸薯片色泽的影响Fig.5 Effects of different treatments on the color of fried potato chips

表2 不同处理马铃薯油炸后色泽Tab.2 Colour parameters（L＊，a＊，b＊）of fried potato chips under different treatments

3 结论与讨论

马铃薯发芽引起的品质劣变和贮藏损失是贮藏期间存在的最大问题，每年由发芽引起的损耗占马铃薯总产量的20%～25%，严重影响了马铃薯产业的发展[22-23]。低温物理贮藏可延长马铃薯休眠期，推迟马铃薯的发芽，但恒温库成本高，且易发生低温糖化现象，对加工薯贮藏非常不利。加工薯一般贮藏在10～12 ℃并配合抑芽剂的使用以保证其贮藏加工效果。以氯苯胺灵为主效成分的抑芽剂具有抑芽效果明显、使用简便、价格低廉的优点，但其在马铃薯中的残留引起了人们对食品安全方面的担忧。尽管我国目前在GB 2763—2021《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》中仍然规定马铃薯中氯苯胺灵最大残留限量为30 mg/kg[24]，但氯苯胺灵对消费者和非靶标节肢动物具有潜在的内分泌干扰特性，且具有严重的慢性风险。2019年6月，欧盟委员会决定不再批准使用活性物质氯苯胺灵[25]。因此，探索天然绿色取代氯苯胺灵的抑芽活性物质对马铃薯抑芽作用的研究应用非常必要。

研究发现，天然植物精油葛缕子（Carum carviL.）精油、芫荽（Coriandrum sativumL.）精油、薄荷（Mentha spicataL.）精油及其有效活性成分香芹酮、芳樟醇和薄荷醇等对马铃薯抑芽具有非常好的潜力[26]。其中，香芹酮通过促进/抑制甲羟戊酸途径中的HMG-CoA 还原酶调节马铃薯中内源激素的含量，以及通过提高马铃薯中抗氧化物酶活性以清除过量活性氧来调控马铃薯的发芽，其抑芽效果非常明显[9]，相比氯苯胺灵等化学抑芽剂，它对环境和消费者的影响很小，具有较高的安全性，但其不稳定性给实际应用造成了一定的困难[27]。本研究结合吨袋内循环施药的模式，使得香芹酮处理马铃薯贮藏9个月的抑芽率可达100%，失重率仅为2.95%，还原糖含量为5.9 mg/g，而10 ℃贮藏的对照马铃薯发芽率为100%，芽长达67.6 cm，失重率高达17.85%。另外，4 ℃贮藏的对照马铃薯尽管在一定时间内能够延缓马铃薯发芽，但因低温糖化作用，其块茎还原糖含量大量累积，高达14.7 mg/g，在薯片油炸加工过程中，与氨基酸发生美拉德反应，产生致癌物丙烯酰胺，严重影响了油炸薯片的食用安全[28]。

综上所述，香芹酮处理结合吨袋+PP 内循环通风管+吸油棉载药的施药模式可有效抑制贮藏期间马铃薯的发芽、腐烂和失重，保持贮藏品质，特别是克服了低温物理贮藏成本高、易使马铃薯发生低温糖化的缺点。该技术针对农户和小环境贮藏具有低成本、方便、高效的特点，今后随着我国对食品安全的日益重视、乡村振兴及马铃薯主粮化的推进、马铃薯加工比例的增加，其应用需求相应增加，将会得到较大的发展。