王智能 楊柳 楊婷 應雄美 郭家文 尚試雄 沈石妍

(云南農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所∕云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室 云南開遠 661699)

甘蔗收獲包括對甘蔗砍削、搬運、裝車等工序，其中砍運環(huán)節(jié)作業(yè)量占甘蔗生產(chǎn)全過程總作業(yè)量的55%左右［1］。人工收獲作業(yè)勞動強度大、效率低、作業(yè)成本高［2-3］，加上農(nóng)村大量勞動力向城市轉(zhuǎn)移，不僅造成蔗糖人工成本增加，也挫傷了農(nóng)民種植甘蔗的積極性［4］。機械收獲可彌補以上缺陷.據(jù)報道，機械收獲成本比人工收獲成本低，人工收獲成本在蘇丹是8.98 蘇丹鎊每噸（約合75.5 元/t），國內(nèi)為100～150 元/t，是機械收獲成本的兩倍以上［5-6］。

我國甘蔗機械收獲方式主要為整桿式和切段式［7］，其中整桿式與人工收獲相似，收獲速率較切段式慢、運輸相對不便，而切段式可有效克服整桿式收獲的兩個缺陷，更適合在蔗區(qū)推廣應用。然而，由于我國甘蔗多屬家庭小規(guī)模經(jīng)營，種植地復雜、自然條件多變，種植品種紛繁雜亂，導致機械化收獲普及率較低，但隨著科技發(fā)展，甘蔗的耕、種、砍、收全程機械化發(fā)展是必然趨勢，也是必由之路［8-9］。

目前，機械化收獲后甘蔗的品質(zhì)研究主要圍繞甘蔗自身生理反應和外源微生物污染兩方面。生理反應方面，有研究表明，在甘蔗收獲后酸性轉(zhuǎn)化酶和葡聚糖蔗糖酶活性隨堆放時間延長上升進而導致蔗糖分急劇下降［10］。剛收獲的甘蔗蔗糖分約12.8%，即使在1 月份收獲48 和240 h 后也會分別降低 0.25 和 2.25 個百分點。Bhatia 等［11］研究不同成熟度基因型CoJ83（早熟）、CoJ88（中熟）和S70/00（晚熟）甘蔗，在不同時間段下（11 月、1 月和3 月）采收貯藏12 d 后蔗汁可滴定酸度、右旋糖酐、還原糖、蔗糖轉(zhuǎn)化酶等品質(zhì)參數(shù)，表明貯藏期間蔗汁品質(zhì)參數(shù)差異可能是由于不同基因型成熟度水平的差異造成的。另一方面，蔗糖生產(chǎn)過程中受病蟲害侵襲、經(jīng)歷霜凍、火燒或機械化收獲的甘蔗原料，更易被微生物感染而產(chǎn)生葡聚糖，葡聚糖的形成意味著糖分的損失和純度的降低，導致甘蔗原料質(zhì)量下降。據(jù)報道，機械收獲甘蔗48 h后，葡聚糖含量可超過400 mg/kg，是人工收獲蔗莖堆放產(chǎn)生葡聚糖速度的2～3倍［12］。

總之，針對機械收甘蔗的研究主要集中于收獲成本及蔗糖分損失等方面，而整桿收獲與切段收獲方式甘蔗原料在砍運期內(nèi)品質(zhì)有何顯著差異，以及甘蔗機械收獲后到入榨期內(nèi)的微生物及品質(zhì)變化情況方面研究鮮有報道。為此，本文選取了兩個云南兩個主栽甘蔗品種ROC22 與云蔗05-51，人工模擬整桿式與切段式收獲方式，于自然條件下堆放0～96 h，分析各個處理樣品的主要成分、菌落及品質(zhì)變化情況，旨在為機械收獲、甘蔗入榨時間選擇、減少蔗糖損失提供理論依據(jù)，有助于推進甘蔗機械化收獲技術(shù)及原料品質(zhì)的提升。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材

選擇云南2 個主栽甘蔗品種：ROC22、云蔗05-51。

1.1.2 實驗試劑

硝酸銀、冰乙酸、硝酸、丙酮、三氯乙酸、苯二鉀酸氫鉀緩沖溶液、硼砂緩沖溶液、混合磷酸鹽緩沖溶液、費林氏試劑、酚酞、氧氧化鈉、亞甲基、堿性醋酸鉛、鹽酸、氯化鈉、鋅粉、濃硫酸、磷酸二氫鉀、鉬酸銨、氯化亞錫均為國產(chǎn)分析純。

1.1.3 儀器與設備

SXZ-8 小型甘蔗壓榨機（佛山市樂創(chuàng)網(wǎng)絡科技有限公司）；AE224 型分析天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；Smart-N15VF 型超純水系統(tǒng)（上海康雷分析儀器有限公司）；ZD-3A 型電位滴定儀（上海本昂科學儀器有限公司）；JH-P400 型全自動旋光儀（上海佳航儀器儀表有限公司）；UV-5800PC 型紫外可見分光光度計（上海元析儀器有限公司）；DHG-9240A 型電熱鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；SHZ-D（111）型循環(huán)水式多用真空泵（河南省豫華儀器有限公司）；HWS-26型電熱恒溫水浴鍋（上海一恒科學儀器有限公司）；Sorvall LYNX4000 型落地離心機（Thermo Scientific）。

1.2 方法

1.2.1 樣品準備及處理

（1）選取長勢、株高、粗細相近的云蔗05-51、ROC22兩個品種甘蔗，每個品種砍取20株，分整桿及切段兩組砍收方式各10株。

（2）將整桿式甘蔗隨機分5 組，每組2 株；切段式甘蔗隨機分5組后，每株用閘刀模擬切段式機收為40～50 cm，捆綁。

（3）自然條件下室外堆放（圖1）0、24、48、72、96 h，天氣變化情況見表1。

（4）每天取樣用SXZ-8 小型甘蔗壓榨機榨汁，蔗汁150 目尼龍布過濾，備用分析。以20 d 為周期，砍收甘蔗進行3次重復試驗。

圖1 甘蔗處理及存放環(huán)境

1.2.2 項目測定

蔗糖分 采用甘蔗制糖化學管理分析方法［13］，二次旋光法測定。

還原糖分 采用甘蔗制糖化學管理分析方法［13］，蘭-艾農(nóng)法測定。

菌落總數(shù) 參照GB4789.2—2016 食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定。

葡聚糖 采用改進的羅伯特-銅法［14］，國內(nèi)測定葡聚糖的標準方法：先加入三氯乙酸除去蛋白質(zhì)，用80%的酒精分離糖液中的多糖；然后再用堿式硫酸銅處理這些收集到的多糖；通過形成銅-葡聚糖絡合物而使葡聚糖與其它多糖分離；用硫酸水解分離出來的葡聚糖與苯酚發(fā)生顯色反應，最后通過比色法測定葡聚糖的含量。

多酚氧化酶活性 多酚氧化酶活性（PPO）提取與測定參考林波等［15］的論文，將混合液30℃下保持5 min，以1 mL 酶反應液，30℃下每分鐘吸光值OD230增加0.01定義為一個酶活單位（U）。

蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性 參考Sehtiya 等［16］的文獻方法，分別用pH 5.2 醋酸緩沖液和pH 7.0 磷酸緩沖液提取甘蔗汁中的酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶和中性蔗糖轉(zhuǎn)化酶。取5 mL 反應液（1.0 mL 酶提取液，1.5 mL 2%蔗糖液，2.5 mL 50 mmol/L 醋酸緩沖液）在35℃下保溫1 h 后，用二硝基水楊酸（DNS）法測定反應液中的還原糖含量以每升甘蔗汁每小時在35℃下蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖的毫克數(shù)［mg/（L·h）］表示蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

所有試驗進行3 次重復測定，每次重復2 個平行，利用Microsoft Excel 軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用OriginPro 8.5 制圖及IBM SPSS 19.0 軟件進行單因素方差分析，用Duncan 氏法進行多重比較，以p＜0.05 為差異顯著性標準，結(jié)果用（平均值±標準差）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗糖分和還原糖分析

被測樣品蔗糖分和還原糖分變化如表2。其中0～96 h 不同品種甘蔗整桿和切段方式的蔗糖分都是先降后略微升高，這種趨勢在蘇俊波等［2］的研究中也有表現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的可能原因是蔗糖分的轉(zhuǎn)化和甘蔗莖稈內(nèi)水分蒸發(fā)共同作用的結(jié)果，前期蔗糖分轉(zhuǎn)化大于水分蒸發(fā)作用，后期水分蒸發(fā)大于蔗糖轉(zhuǎn)化作用；同時最終蔗糖分比起始有所降低，且最終狀態(tài)切段式甘蔗樣品中的蔗糖分顯著低于同一品種整桿式甘蔗，可能原因與不同處理方式的甘蔗樣品中蔗糖轉(zhuǎn)化酶有直接聯(lián)系。還原糖含量在被測甘蔗樣品中的變化情況與蔗糖分恰恰相反，隨對方時間的變化各處理均表現(xiàn)為先升高再略微降低，這是因為蔗糖水解產(chǎn)生的葡萄糖和果糖均屬于還原糖。同時數(shù)據(jù)還表明，ROC22 同一時間段的整桿或切段甘蔗樣品均高于對應處理的云蔗05-51樣品，最終還原糖含量不同品種切段式樣品均顯著高于其整桿式樣品的。

表2 各個樣品中蔗糖分和還原糖分

2.2 菌落總數(shù)分析

甘蔗含水量高達70%以上、含糖15%左右，此外還含有氨基酸、礦物質(zhì)、粗蛋白等多種營養(yǎng)物質(zhì)，在擺放的過程中易感染大量微生物。對每天蔗汁中的菌落總數(shù)統(tǒng)計，結(jié)果見圖2。由圖2可知，在2種所測甘蔗樣品中：（1）同種甘蔗切段式甘蔗比整桿式甘蔗菌落總數(shù)增值快，96 h 后，云蔗05-51 整桿、切段及ROC22 整桿、切段的菌落總數(shù)平均值分別為3.27×109、 2.67×1010、 4.89×109、4.30×1010cfu/mL；（2） 相同的處理方式下擺放48 h 之后，ROC22比云蔗05-51對應的處理菌落總數(shù)大；（3）在擺放48 h 后甘蔗的菌落總數(shù)上升幅度最大，比24 h 的菌落總數(shù)增殖 1.61×107～3.72×107cfu/mL。

2.3 葡聚糖分析

在制糖工業(yè)中易產(chǎn)生葡聚糖且危害很大。據(jù)報道，蔗汁中每增加250 mg/L 的葡聚糖，意味著蔗糖損失增加 0.1%［14］。新鮮的甘蔗中含很少量的葡聚糖，但不新鮮的及受細菌感染的甘蔗，葡聚糖含量迅速增加，甘蔗受刀傷、病蟲害、火燒、霜凍及在收割后久置，可能受到腸膜明串珠菌感染而產(chǎn)生葡聚糖［12］。2種甘蔗不同處理方式蔗汁中葡聚糖含量隨時間變化如圖3 所示。對比圖2 菌落總數(shù)隨時間變化趨勢不難看出，被測樣品中蔗汁中葡聚糖含量變化趨勢與菌落總數(shù)變化趨勢規(guī)律相似，也是在48 h 后含量劇增，隨后變化緩慢，96 h后云蔗05-51d及ROC22整桿、切段的葡聚糖含量均值分別為598.22、1 036.88、865.18、1 617.86 mg（/kg·°Bx）。研究表明［17］，砍下的長條甘蔗，1 h后含有很少的葡聚糖，但24 h 后葡聚糖增加至74 mg/（kg·°Bx），而破碎的碎蔗段，1 h后葡聚糖便會增加至 170 mg/（kg·°Bx），24 h 后最多可達 1 740 mg/（kg·°Bx）。

圖2 菌落總數(shù)隨時間變化情況

圖3 葡聚糖含量隨時間變化情況

2.4 多酚氧化酶與蔗糖轉(zhuǎn)化酶分析

甘蔗收獲后不久，由于水分流失和缺乏生理生化控制機制，內(nèi)源轉(zhuǎn)化酶被激活［18］。蔗糖的轉(zhuǎn)化和蔗汁色變在制糖加工過程中是普遍存在的，多酚氧化酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶是評價甘蔗新鮮度的重要指標，多酚氧化酶含量越高說明蔗汁越容易褐變［19-20］，蔗糖轉(zhuǎn)化酶含量越高蔗糖分損失越嚴重，還原糖含量就 越 高［18］。 黃 壽 林 等［21］研究表明，甘蔗新鮮度與產(chǎn)糖率和煮煉回收率密切相關，堆放 3 d 的 ROC16 甘蔗可減少1.39%產(chǎn)糖率及5.42%的煮煉回收率。

多酚氧化酶酶活在云蔗05-51 整桿、切段及ROC22 整桿、切段中（圖4），起始在12.33～13.67 U，48 h 內(nèi)緩慢上升至23.17～38.02 U；堆放 72 h 左右是甘蔗多酚氧化酶活性最高時，所有樣品均可達到最大值，分別為 103.00、 133.50、 53.50、86.33 U，與初始值分別升高了8.35、 10.01、 3.91、 6.56 倍 ；隨后又下降，分別為62.33、82.67、34.67、46.33 U。值得指出的是，與其他指標不同，多酚氧化酶酶活在云蔗05-51 蔗汁中大于ROC22，說明云蔗05-51比ROC22更容易發(fā)生酶促褐變。

圖4 多酚氧化酶活性隨時間變化情況

蔗糖轉(zhuǎn)化酶分酸性轉(zhuǎn)化酶和中性轉(zhuǎn)化酶，二者酶活變化情況見圖5。其中，在云蔗05-51 和ROC22 中，切段式甘蔗樣品中的蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性高于對應品種整桿式甘蔗樣品；2 種轉(zhuǎn)化酶酶活都是0～48 h 緩慢上升，72 h 激增，隨后又緩慢上升；中性轉(zhuǎn)化酶的酶活在48 h 略低于酸性轉(zhuǎn)化酶酶活，72 h 后略高于對應樣品中的酸性轉(zhuǎn)化酶酶活；96 h時，云蔗05-51 整桿、切段及ROC22 整桿、切段樣品中對應的酸性轉(zhuǎn)化酶酶活均值分別為515.78、803.39、585.03、896.86 mg/（L·h），對應的中性轉(zhuǎn)化酶酶活均值分別為532.97、815.71、604.01、905.94 mg/（L·h），2種轉(zhuǎn)化酶與初始值相比，云蔗051-51 增加了 1.52～2.30 倍、ROC22 增 加 了 1.69～2.50 倍；酸性轉(zhuǎn)化酶與蔗糖轉(zhuǎn)化和甘蔗品質(zhì)下降有關，酸性轉(zhuǎn)化酶的急劇增加導致蔗糖分損失、還原糖的增加［18］。

圖5 蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性隨時間變化情況

3 結(jié)論

在兩個被測甘蔗品種云蔗05-51 與ROC22 中，從蔗糖分、還原糖、菌落總數(shù)、葡聚糖和蔗糖轉(zhuǎn)化酶變化情況來說，云蔗05-51 比ROC22 更適合切段式方式收割，但是榨汁后云蔗05-51 比ROC22 的多酚氧化酶活性高，說明云蔗05-51更容易發(fā)生酶促褐變；甘蔗在砍收后，尤其是切段式收割的甘蔗，建議在48 h 內(nèi)完成入榨，否則糖分損失嚴重，更容易受微生物污染；最后，同一品種切段式甘蔗品質(zhì)下降比整桿式甘蔗品質(zhì)下降更顯著，但48 h內(nèi)差別不大，若能保證48 h 內(nèi)完成入榨，切段式甘蔗收割方式無論從收割成本、工作效率及裝運便攜程度都要優(yōu)于整桿式收割方式，切段式收割方式在甘蔗機械收割方面有廣闊的應用前景。