張子琪 張娜 倪曉雪 齊成林

摘要? ? 本文以現(xiàn)有甘薯貯藏庫為基礎，從甘薯表面細菌控制的角度考慮，對現(xiàn)有甘薯庫進行升級改造，即選用臭氧殺菌技術(shù)，并進行管路改造。升級后的甘薯庫在控制貯藏環(huán)境的基礎上，有效抑制了甘薯腐爛病菌，更有利于甘薯的貯藏。

關鍵詞? ? 甘薯儲藏;臭氧;殺菌;管路改造

中圖分類號? ? S531? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）14-0143-02

Abstract? ? Based on the existing sweet potato storehouse， the existing sweet potato storehouse was upgraded from the perspective of bacteria control on the surface of sweet potato in this paper， including slecting the ozone sterilization technology and carrying out the pipeline reconstruction. On the basis of controlling the storage environment， the upgraded sweet potato storehouse effectively inhibited the sweet potato rot pathogens， which was more conducive to the storage of sweet potato.

Key words? ? sweet potato storage; ozone; sterilization; pipeline reconstruction

甘薯是一種高產(chǎn)且適應性強的糧食作物，塊根除可作主糧外，也是食品加工、淀粉和酒精制造工業(yè)的重要原料，根、莖、葉又是優(yōu)良的飼料。甘薯是我國主要糧食作物之一，我國甘薯年產(chǎn)量已經(jīng)超過1億t。北京地區(qū)甘薯每年10月為收獲高峰期，甘薯在當年10月至次年3月需求量較大，時間跨度大，甘薯出土后需要長期保存以保證充足的供應量，因而甘薯的貯藏方式是決定甘薯種植收益的重要因素之一。

甘薯貯存方法有很多，主要有室內(nèi)囤藏法、棚窖貯藏法、井窖貯藏法、保鮮冷庫貯藏等。紅薯貯藏溫度最佳為10～14 ℃，溫度過低會遭受冷害，使薯塊內(nèi)部變黑，后期極易腐爛[1-2]。溫度過高，則薯芽開始萌動，易造成糠心、出芽、腐爛等現(xiàn)象。甘薯最佳貯存濕度為80%～90%，濕度過大會導致病害發(fā)生，濕度過小導致甘薯失水，重量降低，口感老澀。同時空氣含氧量不得低于4.5%，否則易導致薯塊缺氧無法呼吸。

甘薯貯藏方式不當或貯藏期間缺乏管理等問題，易導致大量甘薯腐壞，帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，智能甘薯庫的研發(fā)有利于甘薯貯藏工作的開展，可以科學并精準地控制甘薯貯藏環(huán)境，節(jié)約人力成本。關于臭氧在果蔬表面殺菌的研究已有許多文獻報道，并且技術(shù)較為成熟[3-4]。本文主要研究臭氧對甘薯表面殺菌時的濃度、時間以及甘薯庫相應管路改造。改造后的甘薯庫能夠延長甘薯貯藏時間，減少腐壞率，實現(xiàn)減少損失、提高甘薯經(jīng)濟收益的目的。

1? ? 甘薯貯藏庫與殺菌技術(shù)概述

原甘薯庫的庫體采用聚氨酯作為冷庫板的內(nèi)心材料，冷庫板的外部由SII、PVC彩鋼板和不銹鋼板組成。通風換氣設備采用雙流向新風換氣系統(tǒng)，確保庫內(nèi)氧含量。每個薯庫都設置1個進風口和1個出風口，出風管道內(nèi)風機為外轉(zhuǎn)子軸流風機，通過通風管路的進風排風控制冷空氣流動實現(xiàn)制冷和通風換氣，形成冷空氣在庫體內(nèi)部的循環(huán)，從而達到薯堆內(nèi)部降溫除濕的效果。庫內(nèi)配備溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器，實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)，從而通過控制硬件設備開關實現(xiàn)智能調(diào)控甘薯貯藏環(huán)境[5-6]。制冷設備采用空調(diào)制冷，當空調(diào)溫度設定到最低溫度16 ℃時，空調(diào)口溫度一般在10 ℃左右，利用出風管道內(nèi)的風機將高處的冷空氣吸進管道，使冷空氣均勻流過薯堆內(nèi)部，并最終經(jīng)通風系統(tǒng)的出風口排出庫外。甘薯庫立體結(jié)構(gòu)效果如圖1所示。

原甘薯庫的設計主要是監(jiān)測和控制環(huán)境因素，在甘薯貯藏過程中始終提供適宜的溫度、濕度、氧氣等因素，為甘薯貯藏提供了良好的環(huán)境，但是在甘薯出土入庫后并未對甘薯本身進行任何殺菌處理。甘薯的塊根是貯藏養(yǎng)分的器官，也是供食用的部分，分布在5～25 cm深的土層中，在生長過程中，長期被土壤包裹，以致甘薯表面帶有多種細菌。甘薯出土后未進行殺菌處理，入庫后細菌保持活性，不利于甘薯貯藏。原甘薯庫可以有效抑制細菌生長速度，但是并不能殺除細菌，長時間貯藏后，甘薯表面細菌大量繁殖，易生病腐爛。因此，考慮對甘薯庫進行優(yōu)化，將甘薯表面殺菌技術(shù)與原甘薯庫相結(jié)合，控制甘薯發(fā)病源頭，更加有效地延長甘薯貯藏時間。

現(xiàn)有的殺菌技術(shù)主要有紫外線殺菌技術(shù)、臭氧殺菌技術(shù)、電子射線殺菌技術(shù)、磁力殺菌技術(shù)、輻射滅菌技術(shù)等。紫外線殺菌技術(shù)輻射距離為1.5 m左右，需直接照射才能起到殺菌作用，對于甘薯密集堆積的庫體不適用。電子射線技術(shù)殺菌溫度為90 ℃左右，不適于甘薯殺菌。磁力殺菌技術(shù)相關文獻與成品設備較少，無法用于甘薯庫改建。輻射滅菌技術(shù)對庫體要求較高，庫體材質(zhì)需為阻隔輻射材料，不適用于本庫體。臭氧以氧原子的氧化作用破壞微生物膜的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)殺菌作用[7]。臭氧對細菌的滅活反應非常迅速并且臭氧殺菌技術(shù)較成熟，已經(jīng)廣泛應用于果蔬表面殺菌。臭氧的半衰期為20～50 min，最終分解物為氧氣，對食品不會有殘留污染。因此，對于現(xiàn)有甘薯庫，最適合做甘薯表面殺菌處理的是臭氧殺菌技術(shù)。

2? ? 臭氧殺菌技術(shù)

在實際應用甘薯表面殺菌技術(shù)時，需確定實際應用時適用于甘薯表面殺菌的濃度與處理時間。查閱文獻可知，臭氧對甘薯表面殺菌效果在30 min時最弱，30 min前呈逐步下降趨勢，30 min后呈逐步上升趨勢。維持80 mg/m3的濃度處理40 min，在起到殺菌作用的同時基本不破壞甘薯的營養(yǎng)成分。80 mg/m3的濃度處理60 min，能夠完全殺滅細菌。為驗證上述問題，設計臭氧對甘薯表面殺菌效果試驗。以80 mg/m3、處理60 min為參考，設計臭氧試驗濃度為50、60、70、80、90、100 mg/m3，處理時間為0、20、40、60、80、100 min。每組試驗選擇大小不一的10個甘薯進行臭氧殺菌處理，另外選取未經(jīng)任何處理的10個甘薯作為對照組（CK）。每組經(jīng)臭氧殺菌后取其中2個切片作為樣本進行病菌培養(yǎng)，對照組取2個甘薯切片進行細菌培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為1周。其余甘薯做標記，留作后續(xù)觀察。試驗甘薯細菌培養(yǎng)結(jié)果如表1所示。

可知，臭氧濃度為50 mg/m3時，處理60 min效果最佳，菌落直徑增長0.5 cm。臭氧濃度為60 mg/m3時，處理60 min效果最佳，菌落直徑增長0.5 cm。臭氧濃度為70 mg/m3時，處理20 min效果最佳，菌落直徑增長0.4 cm。臭氧濃度為80 mg/m3時，處理40 min效果最佳，菌落直徑增長0.2 cm。臭氧濃度為90 mg/m3時，處理60～100 min效果相似，菌落直徑均增長0.4 cm。臭氧濃度為100 mg/m3時，處理40 min效果最佳，菌落直徑增長0.4 cm。結(jié)果表明，50～100 mg/m3濃度的臭氧對甘薯都有一定的抑菌效果，且隨著濃度增大，抑菌效果越好。

選擇適宜的臭氧殺菌處理濃度與時間時，考慮3個方面因素。一是臭氧對甘薯營養(yǎng)成分的破壞程度隨濃度與處理時間的增加而加重。二是參考文獻表明，80 mg/m3濃度處理40 min效果較好。三是在本次試驗數(shù)據(jù)中，濃度為90 mg/m3和100 mg/m3時處理效果較好，二者效果差別不大。臭氧濃度為90 mg/m3，處理時間為60 min時殺菌效果較好，并且60 min后隨時間增加效果基本相同（表2）。因此，選定的適宜參數(shù)為臭氧濃度90 mg/m3、處理時間60 min。

3? ? 臭氧發(fā)生器選型

臭氧發(fā)生器的型號選擇需考慮多種因素。首先，因甘薯殺菌處理所需臭氧濃度較高，所以要求設備能夠提供所需臭氧濃度。其次，臭氧本身不穩(wěn)定，極易分解，在選擇臭氧發(fā)生器時應充分考慮臭氧分解速率的問題。最后，在對甘薯殺菌時，臭氧濃度隨時間逐漸升高，需要一段時間才能達到所需殺菌濃度[8]。因此，縮短殺菌時間就需要選擇性能高的臭氧發(fā)生器，投入成本較大。然而殺菌速度過慢會浪費大量時間。

因此，根據(jù)臭氧發(fā)生器運行1 h達到臭氧濃度≥90 mg/m3來選擇設備。計算公式如下：

W=C×V/（1-S）

式中，W表示臭氧產(chǎn)量，C表示臭氧殺菌所需濃度，V表示殺菌空間的體積，S為臭氧的自然半衰期，1 h衰退率約為62.25%?，F(xiàn)有甘薯庫體積為27 m3，臭氧濃度為90 mg/m3。經(jīng)計算，W=6.4 g/h。因此，選擇1 h至少產(chǎn)生6.4 g臭氧的臭氧發(fā)生器。

4? ? 配合臭氧殺菌技術(shù)的管路改造方案

臭氧屬于有害氣體，濃度為0.3 mg/m3時，對眼、鼻、喉有刺激的感覺;濃度為3～30 mg/m3時，出現(xiàn)頭疼及呼吸器官局部麻痹等癥狀。因此，在甘薯庫改造時應將臭氧發(fā)生器放置于庫體外部，通過管路將產(chǎn)生的臭氧氣體通入庫內(nèi)進行殺菌。因為臭氧殺菌需持續(xù)一段時間，所以將臭氧管路改造為庫內(nèi)氣體循環(huán)模式。甘薯庫管路改造方案如圖2所示。

4.1? ? 臭氧管路設計

因為臭氧的密度大于氧氣的密度，所以考慮將臭氧氣體接入管路放置于庫體上方。臭氧因密度大會自主下沉，配合（下轉(zhuǎn)第146頁）

通風管路的風機抽風可以更好地使臭氧均勻通過薯堆。庫體內(nèi)臭氧管路設計打7個臭氧出氣孔洞，因壓強隨氣體量減少而降低，因而在設計時第1個出氣孔洞至最后1個出氣孔洞的直徑呈線性增大。

4.2? ? 通風管路改造

在原有管路基礎上增加1個三通，三通上方出口連接管路直接通入庫體內(nèi)部。需要為庫體通風、降溫、除濕時，關閉閥門1，打開閥門2，實現(xiàn)氣體外循環(huán)。需要對甘薯進行殺菌處理時，關閉閥門2，打開閥門1，實現(xiàn)氣體內(nèi)循環(huán)[9-10]。

5? ? 研究遇到的問題及未來研究方向

首先，甘薯殺菌試驗驗證了殺菌濃度、時間對細菌生長的影響，但本次試驗并未驗證臭氧對甘薯營養(yǎng)成分造成的影響。臭氧對甘薯的營養(yǎng)成分破壞程度是選擇適宜臭氧殺菌濃度、時間的標準之一。本次試驗不夠全面，選擇的結(jié)果有一定的局限性[11-12]。今后可進行臭氧殺菌的不同濃度與時間對甘薯的糖分、維生素、淀粉等成分影響的試驗，綜合分析臭氧殺菌的最適宜參數(shù)。其次，本甘薯庫設計改造方案不適用于甘薯堆積過于密集或甘薯堆積高度過高的庫體。在實際生活中，為了節(jié)約空間，常常會在庫內(nèi)大量堆積甘薯，堆積密度大、過高的情況經(jīng)常發(fā)生。今后，筆者需對設計方案進行優(yōu)化，以適應實際狀況，有利于技術(shù)推廣工作的展開[13-15]。

6? ? 參考文獻

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