在長期儲存過程中生產並保持塊莖皮的良好外觀對於確保馬鈴薯行業的高利潤至關重要,因為清洗和包裝的馬鈴薯在現代貿易中占主導地位。 馬鈴薯的皮色和狀況不佳或不均勻是一個嚴重且代價高昂的問題,導致該行業被拒絕或降級。 當然,還有其他與許多疾病和生理失調的表現相關的果皮問題(結網、綠化、長扁豆、裂縫、機械損傷),但本文將僅直接討論自然果皮以及改善其果皮的可能性。健康)狀況。
在專業文獻中,馬鈴薯塊莖的果皮或外部組織統稱為週皮。 週皮是細胞的保護層,可最大限度地減少下面薄壁細胞的水分流失,並提供免受土壤病原體侵害的保護。 週皮由三種類型的細胞組成:木栓(木栓)、木栓原(木栓形成層)和栓皮層(圖 1)。 術語“果皮”有時用於指整個週皮,有時僅指木栓。
木栓或栓塞是周皮的最外層組織,可抵抗水分流失,具有機械強度,並可作為病原菌和真菌的有效屏障。 木栓的細胞形狀近似“磚塊”,彼此緊密貼合,沒有細胞間隙。 各品種的典型馬鈴薯週皮為7-18細胞層,總厚度為100 -200微米。 透過螢光和小檁鹼等染料染色,很容易發現木栓富含木栓質,這可以清楚地將木栓細胞與下面的細胞層區分開來。 木栓質是一種疏水性聚合物,由與甘油交聯的酚類和脂肪族化合物組成,位於初生壁和質膜之間。 浸沒的細胞充滿空氣,因此可以隔熱,浸沒的細胞壁可以防止微生物(機械和化學)的侵入,嵌入木栓質中的蠟沉積物可以防止內部組織乾燥。
除木栓質外,馬鈴薯塊莖週皮還含有許多其他具有抗氧化、抗菌和殺蟲特性的保護性化學物質。 這些物質可能是木栓質生物合成的中間產物或獨立的保護性代謝物。 代謝物包括非極性蠟、飽和及不飽和脂肪酸、飽和二羧酸、單醯基甘油、1-烷醇、正烷烴、固醇及多酚、奎尼酸、酚胺、酚酸、黃酮配糖生物鹼(茄鹼、查茄鹼、瘦素、茄尼素、茄三糖等)、皂苷、多胺(腐胺、精胺和亞精胺衍生物)以及甲基原薯蕷皂苷和原薯蕷皂苷。
天然馬鈴薯皮的形成分為三個階段: 1- 週皮起始 - 形成層膠原蛋白由表皮下細胞分化形成; 2- 未成熟週皮的發育 - 活性的 phellogen 為膨脹的塊莖增加了更多的皮膚層; 分裂的膠原蛋白很脆弱,容易被破壞,這可能導致皮與下面的塊莖果肉分離,並導致皮損傷的昂貴生產問題; 3- 週皮的成熟 - 塊莖在生長季節結束時停止生長,不需要新的皮膚細胞,並且 phellogen 變得不活躍。 結果,週皮層牢固地黏附在塊莖果肉(薄壁組織)上,這個過程稱為凝固、成熟和穩定果皮(圖 2)。
馬鈴薯塊莖是一種改良的莖,在匍匐莖頂芽附近開始分化為腫脹的節間。 匍匐莖的外層為表皮,有廣泛分散的氣孔。 當塊莖還很年輕時,表皮已經被周皮取代,週皮從發育中的塊莖的莖末端開始,很快遍布整個表面。 當塊莖達到豌豆大小時,週皮就完成了。 當週皮形成時,氣孔位置正下方的細胞會積極分裂並形成扁豆。 在塊莖生長和周皮發育過程中,膠凝蛋白是一種活躍的側分生組織。 木栓原細胞分裂,位於塊莖外部的新細胞成為木栓細胞。 隨著塊莖的生長,木栓原產生的木栓細胞和塊莖表面脫落造成的木栓細胞損失大致處於平衡狀態。 黃柏也來自 phellogen。
橫切片以蘇木精染色,並在光學顯微鏡(左圖)和紫外線顯微鏡(右圖,黑色背景)下觀察,分別檢查組織和細胞核的形態以及木栓化細胞壁的自發性螢光。 (A) 週皮起始-表皮下細胞經歷去分化形成 phellogen 縮寫 (Phg)(圓圈),隨後產生 phelemcellae(白血球)。 (B) 表皮發育不成熟 — 膠凝蛋白保持活性,並在膨脹的塊莖中添加更多細胞 (Ph)。 放大影像(2,5 倍放大率)顯示兩個細胞之間分離的細胞(紅色箭頭)。 細胞壁容易遭到破壞,導致未成熟的果皮從塊莖表面分離。 (C) 週皮成熟-在葉子移除或植物老化後,塊莖生長停止,細胞膠原停止分裂,並誘導穩定過程。 在成熟階段未檢測到膠凝層。 比例尺:200 µm。
當馬鈴薯皮未完全形成時,它會因與機器的工作部件、石頭、腫塊、掉落的塊莖等機械接觸而受到損壞(分離)。這些損壞由於傷口週皮的形成而癒合(照片3)。 原生週皮和傷口週皮在組織來源、結構和形態上相似,但飽和過程以及果膠和花青素的組成不同。 此外,傷口週皮的木栓質富含蠟質烷基阿魏酸酯,更容易透水。 1-3天內,受損區域形成覆蓋層,其中塊莖薄壁組織的開放細胞壁經歷木質化/木栓化。 第3天,膠凝原基變得明顯,並且在覆蓋層下清晰可見新的膠凝細胞柱。 從第4天起,新形成的木栓由外層向內木化,第8天,木栓化層變平、壓實,顯示創面週皮已成熟。
受傷後 20-30 分鐘,生長素和脂質羥基過氧化物水平短暫增加,引發細胞學事件,導致傷口週皮形成。 受傷後不久和周皮開始形成之前,脫落酸、乙烯和茉莉酸的含量也會短暫增加。 傷口誘導的周皮形成在 20–25°C 時發生得最快,在較低溫度 (10–15°C) 下延遲,並在 O 濃度高於 35°C 時受到抑制2 小於 1%,溫度 15°C 或更高。 必須根據塊莖的生理狀態優化溫度、氧氣濃度和相對濕度的組合,以盡快密封暴露的內部組織並防止病原體進入和水分流失。
皮膚發育受損,導致光滑皮膚品種變黑(照片 3B),最常見的原因是生長條件不佳。 這種生理紊亂不是由病原體引起的。 紅棕色可能是一種遺傳特徵,例如著名的美國品種 Russet Burbank。 紅棕色皮的塊莖比光滑皮的馬鈴薯有更厚的木栓層,對於技術品種來說,這是一個有用的特徵,因為皮越厚,塊莖的內部損傷越少,作物的適銷性就越高。 木栓細胞層的帶狀堆積可能是由於膠栓原活性增加所致,例如,由於高土壤溫度或相鄰木栓細胞的強內聚力,使得它們在塊莖發育過程中不會剝落。 這也可能是由於木木化作用增加或果膠和半纖維素含量增加所致。 隨著塊莖在發育過程中膨脹,厚皮會破裂,形成網狀或紅棕色。
不同情況下馬鈴薯皮形成的演算法和結果有顯著差異。 馬鈴薯原生週皮和傷口週皮的形成已被研究了數十年,主要關注的是木栓細胞壁木栓化的性質,即木栓化的性質。 賦予週皮基本保護性能的過程。 在過去的十年中,人們對果皮形成過程的遺傳方面進行了積極的研究,已經確定了某種果皮顏色和許多圖案的來源基因。 透過引入所需的基因,已成功改變已知馬鈴薯品種的表皮顏色。 然而,仍然不了解確切的生物機制和控制凝集素細胞活化的可能性,以在生長過程中更活躍地形成塊莖皮,或在塊莖成熟和凝固過程中這些相同細胞的機械損傷和失活。最後剝離。 未成熟的周皮有一個活躍分裂的膠凝蛋白層,成熟的周皮(典型的貯藏馬鈴薯)也有一個膠凝蛋白層,但它不活躍,不會形成新的栓細胞。
馬鈴薯皮的狀況可以透過目視和精確的儀器控制方法進行評估。 現在,大多數生產實驗室都使用品質圖表來幫助人員直觀地評估塊莖相對於預定義類別的品質。 (此類圖的示例如圖 4 所示)。
品質圖表被廣泛使用,因為它們的生產成本低廉(通常由客戶提供),並且可以用來相對快速、輕鬆地培訓產品品質控制人員。 然而,一個人根據自己的視覺印像做出的評估是主觀的,而且容易出錯。 因此,近年來,光學掃描儀已被積極引入評估塊莖外觀和果皮狀況的領域。 色選效率很高,每小時可達 100 噸,並根據指定的非標準剔除標準確保恆定 (24/7) 的產品品質。 這一領域的技術正在迅速進步。 如果說5年前它的能力僅限於根據3-4個參數檢查清洗過的土豆,那麼今天用於7-8個參數的未清洗土豆的光學分選設備正在批量生產(照片5)。 對馬鈴薯皮下缺陷和內部缺陷進行光學掃描已經取得了成功。
要檢查果皮的狀況,您也可以使用市售光澤度計(照片6)。 閃亮的外皮反射更多的光線,因此可以透過數位方式評估具有不同外皮品質的馬鈴薯品種或批次之間的差異。 有人嘗試製造馬鈴薯專用設備,但這並沒有導致大規模生產。
影響並可用於改善馬鈴薯表皮狀況的最重要農藝因素包括品種、土壤質地、種植深度、營養、土壤溫度、水分脅迫、澇害、生長季節長度和貯藏後處理方案。
不同品種的果皮狀況差異很大。 包裝行業和零售連鎖店眾所周知品種之間的差異,但品種的果皮品質特徵尚未充分標準化。 育種公司使用不同的術語來描述品種的表皮。 以前,它們主要表示顏色、眼睛的深度和光滑度——果皮的網狀程度。 最近,「表皮光潔度」一詞變得越來越普遍,但將該指標劃分為「差-一般-好-優秀」等級的標準尚未公佈。 因此,任何品種的果皮在特定土壤、氣候和技術種植條件下的實際狀況只有在實踐中才能揭示。 果皮光滑度的保存時間決定了該品種在整個儲存期間進行洗滌的適當性和可能性。 即使對於技術品種來說,粗糙、粗糙的果皮也是不可接受的,因為清洗塊莖時的清洗和浪費成本會增加。
土壤類型會影響皮膚清潔度,但土壤質地的影響尚未得到詳細的科學表徵。 在沙中生長的塊莖比在腐植質中生長的塊莖具有更多的木栓細胞層。 包裝行業眾所周知,在淤泥或粘土中生長的塊莖比在磨蝕性更強的沙質土壤中生長的塊莖具有更好的皮膚可洗性。 在泥炭土中生長的塊莖也可能具有光滑的皮膚,但這些塊莖的外觀顏色可能較差。 也就是說,在磨蝕性較強的土壤中生長的塊莖,軟木層較厚,但在黏土上的質地、光滑度和光澤看起來更好。 與淺種植相比,深種植會導致皮膚更薄。
在土壤溫度較高(28-33°C)的條件下,塊莖皮相對較厚,更容易變黑和形成網狀。 在一項實驗中,在 10,20,30、XNUMX、XNUMX 溫度下生長時週皮的厚度оC分別為120、164、182μm。 過度澆水被認為會增加皮膚的網絡化和暗沉,但很少或沒有公開的證據支持這一點。 有出版物稱,果皮的光澤與從乾燥到收穫的時間長度成反比(即較短的收穫間隔會導致馬鈴薯更閃亮)。
適當均衡的營養可以減少皮膚病的發生並改善果皮的外觀;它也會影響果皮的厚度,但並非在所有情況下都如此。 已經確定,與單獨使用氮相比,氮、磷、鉀的聯合施用或施用有機肥料增加了木栓的厚度以及木栓和木栓的總厚度。 有許多關於大量營養素和微量營養素對果皮品質影響的出版物,但大多數確定的特定模式僅與少數營養元素有關。
氮。 施氮肥的時機和用量由於對成熟度影響較大,因此對碰傷感性影響較大。 如果在收穫前將塊莖長時間置於垂死的莖下,缺氮會導致作物提早衰老,並增加對瘀傷的敏感性。 過量的氮(尤其是在季節後期)會延遲作物成熟,導致比重降低,對剝落和擦傷損傷的敏感性增加,以及剝落附著力差。 美國馬鈴薯種植者認為,灌溉馬鈴薯的施氮總量不應超過每公頃350公斤氮,而15月中旬葉柄中的硝酸鹽含量不得超過百萬分之000。 如果在植物發育的早期階段進行乾燥,過量施氮會對表皮形成產生負面影響。 通常,過量施氮會導致落葉。 應根據季節的預期長度調整施氮量。 對錶皮凝固不良的品種使用氮氣時必須特別小心。
磷。 與氮不同,磷通常促進塊莖的成熟,形成堅固的果皮,甚至促進網狀結構的發展。 磷在生長活躍時會被根尖吸收,因此定植前必須施用磷肥。
鉀 馬鈴薯下應始終以最佳數量和與其他營養素的比例施用. 如果缺乏鉀,塊莖去皮後果肉往往會變黑。 過量施用鉀會降低比重和整體發育。
鈣 由於其對細胞壁強度的影響,降低了對瘀傷的敏感性。 當塊莖鈣濃度超過每公斤乾重 200-250 微克時,瘀傷的敏感度通常最低。 在種植前將鈣添加到土壤中時,鈣的吸收最有效。
硫 減少普通結痂和粉狀結痂的程度。 最好的效果是在種植時以易於獲取的形式向土壤中添加硫磺,但葉面噴施硫磺也可以減少感染。
棕色 有助於穩定細胞壁中的鈣,也影響鈣的吸收,因此鈣儲存對於確保均衡飲食和最大限度地發揮鈣攝取的益處非常重要。
鋅 常用於抑製粉狀痂皮。 只有將其應用於土壤才能確保足夠的有效性。
有大量證據表明,在生長季節合理使用肥料可以改善果皮狀況(照片7)。 然而,效果主要是透過減少疾病的發展來實現的。 沒有證據顯示葉面施肥對果皮的厚度、光滑度和光澤有直接影響。 例如,複合營養實驗無法解決英國某些品種果皮脆弱的問題。
照片 7. 使用大量肥料和微量肥料改善果皮狀況的效果
其他改善馬鈴薯皮的作物管理措施包括:
• 選擇具有最佳肥力、農業化學參數和土壤質地的田地。 排除有病害、排水不良、保水能力低等不利因素的田地;
• 充分利用農業氣候資源,使果皮充分成熟。 使用病害率較低的優質種子;
• 在準備種子材料的過程中、種植期間和生長季節使用殺菌劑、微生物製劑、生物活性物質,以減少疾病的傳播;
• 灌溉以預防或減少諸如普通赤黴病等疾病;
• 在天氣好的情況下及時乾燥和採收,避免物理損壞和病害污染;
• 避免在種植馬鈴薯前立即施用石灰,因為這會導致黑星病的出現。
塊莖皮免受疾病的化學保護系統無法以本文一節的形式詳細描述。 這是一個單獨的大話題;在大規模馬鈴薯種植中,必須使用防護設備。 但必須強調的是,許多果皮疾病得到了相當成功的控制(絲核病、普通病和銀星病),許多活性物質是有效的,選擇範圍廣泛,而對於許多問題,化學療法的能力不足(炭疽病、粉狀病)瘡痂病、細菌性腐爛),且只有少數有效分子。
使用相對新型的保護劑-微生物製劑和生長調節劑,為控制果皮疾病提供了額外的機會。 例如,在美國,除草劑50-D已被廣泛使用2,4多年,以改善和穩定當地傳統紅皮馬鈴薯品種的顏色。 較飽和的顏色效果可持續數月,並且可顯著減少結痂的蔓延(照片8)。 此預期用途包含在除草劑 2,4-D 的官方法規中:地瓜(為新鮮市場種植):適時施用本產品通常會增強紅色,有助於紅色的儲存保留,改善外皮外觀,增加塊莖凝固,並提高塊莖大小均勻度(減少大塊)。 作物反應可能因品種、脅迫因素和當地條件而異。 請諮詢農業推廣服務中心和其他合格的作物顧問,以了解當地的建議。 天然深紅色的品種通常從處理中獲益較少。 使用地面或空中設備將每英畝 1.6 液體盎司的本產品溶於 5 至 25 加侖的水中。 所選擇的特定噴霧量應足以良好地覆蓋植物。 當馬鈴薯處於芽前階段(約 7 至 10 英吋高)時進行第一次施用,並在約 10 至 14 天後進行第二次施用。 每種作物的施用量不得超過兩次。 施用後 45 天內不要收穫。 施用不均勻或與其他農藥和添加劑混合可能會增加作物損傷的風險.
通常,果皮的外觀在儲存期間不會改善,因此進入儲存時果皮的品質至關重要。 為了使馬鈴薯在洗過的市場上提供高品質並在整個保質期內保持這種質量,田間農學有效地實現最佳皮革質量至關重要。 利用現代儲存技術,良好的果皮品質可以保持超過 35 週,但前提是收穫時的品質很高。 果皮精加工的許多方面在收穫時就已經確定,在儲存過程中幾乎沒有變化。 這適用於結網、生長裂縫和一些疾病,例如普通黑星病和絲核菌。 同時,果皮的許多參數在儲存過程中會惡化:光澤、扁豆大小、炭疽病、銀粉和粉狀痂病。
為了在儲存期間保持良好的表皮狀況,建議在入庫後儘快冷藏作物(前提是表皮完好無損且足夠緊密,並且該品種不易出現表皮斑點)。 另外,作物入庫初期應通風乾燥,除去表面水分。 嘗試在低於 4,0°C 的溫度下儲存馬鈴薯。
在儲存過程中,塊莖的表面通常會明顯失去光澤。 專門研究表明,如果細胞在處理期間失去水分,則在儲存的前兩週內,塗層中的細胞會崩潰,導致這種惡化。 週皮結構的變化導致皮膚表面粗糙,從而損害光澤,皮膚變得暗淡。 軟木塞的外層在儲存過程中會剝落,但不再被任何東西取代;剝落的表皮會從光滑、有光澤、光亮變得粗糙、暗淡和粗糙(照片9)。因此,在癒合期間保持較高的相對濕度損傷和強化週皮必須非常嚴格地觀察。
一般來說,主要儲存期間的最佳通風狀況對降低果皮光澤的影響很小。 但許多品種在儲存時保持最大濕度 98% 時表現出更好的軟木塞狀況。 在高相對濕度下儲存塊莖可減少塊莖重量損失 1-2%。 同時,人們必須記住儲存過程中水分凝結的危險,其對作物品質和安全的負面影響比乾燥可能節省的重量損失高出許多倍。 在現代植物病理條件下,保持 90-95% 的濕度(這是在不通風期間塊莖間空間中的塊莖呼吸形成的濕度水平,即這是儲存馬鈴薯的自然特性)是最佳的。 對於有傳播真菌和細菌疾病風險的批次,建議保持相對濕度為85-90%,這將防止儲存產品的生理和細菌變質。 許多紅色品種的果皮光澤在長期儲存過程中會變差。 人們正在做出激進的嘗試,透過塗上保鮮膜來保持高品質。 在一項實驗中,使用了四種不同的塗料組合物。 基於藻酸鹽的可食用塗層顯著改善了感官評價,特別是在紅皮馬鈴薯的顏色、光澤和整體可接受性方面。 結果表明,可食用塗層處理顯著改善了果皮的顏色,特別是F1和F2配方。
在售前準備過程中,建議使用能夠保持和改善塊莖外觀的技術。 帶有旋轉刷的滾筒清洗機(稱為拋光機,圖11)可以增強馬鈴薯皮的光澤,即農業實踐和儲存的一些不利影響可以透過高品質的清洗來很大程度上消除。然而,過度拋光會損害馬鈴薯皮的光澤。塊莖皮的完整性,這可能導致馬鈴薯腐敗。 更換新批次或品種時,必須及時評估清洗對塊莖皮的影響並調整清洗程序。 在此階段,還應監測微生物污染水平,包括所使用的水,並應使用批准用於食品工業的消毒劑和抗菌劑。 每個人仍在努力以專業知識的方式保護和維護用保護劑處理洗過的馬鈴薯的規定。
為了確保馬鈴薯皮在運輸和銷售階段的質量,應採用有足夠穿孔通風的包裝,並避免長時間暴露在強光下,這不可避免地導致變綠和配糖生物鹼的積累。 馬鈴薯皮在種植、儲存和銷售過程中的綠化問題值得單獨考慮。
因此,果皮對塊莖具有重要的保護功能,並決定消費者對馬鈴薯品質的評價。 隨著清洗和包裝產品銷售的成長,對塊莖外觀的要求也隨之提高。 已經確定了形成持久、光滑、閃亮的周皮軟木層的許多模式,但是沒有通用的系統演算法來控制這個過程。 改善馬鈴薯皮況的有效途徑是選擇優良品種和土壤品種、充分利用生長季農業氣候資源、預防病害發生、穩定供水、均衡全面施宏量和微量元素、使用生物活性物質和生長調節劑,及時乾燥,高品質清潔,合格且精確地實施第一階段的儲存,避免機械損傷,使用專用設備研磨塊莖。
圖11. 拋光清洗機
材料作者:Sergey Banadysev,農業科學博士,Doc-Gene Technologies