新疆晾房环境对绿色葡萄干色泽的影响

谢 辉，张 雯，韩守安，王 敏，白世践，权睿杰，唐晨淇，赵哲啸，潘明启，艾孜买提·艾海提，李 疆，陆胜祖※

（1. 新疆农业科学院园艺作物研究所，乌鲁木齐 830091； 2. 新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究中心，鄯善 838200；3. 新疆农业大学食品科学与药学学院，乌鲁木齐 830052； 4. 新疆农业大学林学与园艺学院，乌鲁木齐 830052）

0 引 言

新疆是中国葡萄干的主产区，全疆葡萄干年产量15～18万t，占全国总产量的95%以上，约占世界总产量的8%[1-3]。新疆的优质葡萄干以绿色葡萄干为主，因其新鲜、诱人的色泽和甘甜的味道而备受推崇，其售价是晒干葡萄干的2到3倍[4]，无核白、无核白鸡心是生产绿色葡萄干的主要品种[5-6]。对于大多数消费者，颜色是食品的重要品质，而绿色的葡萄干颜色、口感、营养品质和香气成分与制干环境中的温度、相对湿度等因素密切相关[7-12]。干燥一直以来被用来保存各种食物的重要手段，目前常用的干燥方式包括太阳能和工业干燥方法[13-14]。然而，绿色葡萄干的生产必须采用晾房制干，普通的露天晒干、烘干房干燥常常造成葡萄干颜色褐变、发黑等现象，严重影响葡萄干的经济价值。不同的研究表明加工和贮藏过程中，绿色果蔬的叶绿素易受温度、pH值、时间、氧气、光照、酶、微生物等的影响，叶绿素化学降解的路径与叶绿素的脱镁化、差异异构化、高温分解，以及羟基化、氧化和光氧化作用有关[15-22]。但新疆能够大规模生产绿色葡萄的关键在于晾房营造的独特的环境条件，目前对新疆晾房与外界环境因子之间的关系及差异缺乏系统、深入的解析。因此，本研究通过对新疆晾房及晒场环境的温度、湿度和光环境进行分析，确定晾房保持葡萄干色泽的关键环境因子，以期为新疆晾房的改进和葡萄干品质的提升提供理论基础和实践依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

以吐鲁番地区鄯善县葡萄与瓜果研究中心资源圃内种植的无核白葡萄为试材，树龄15 a。2016年8月下旬采集成熟无核白葡萄果实。晾房外观规格为长 30 m、宽5 m、高3.5 m，内部长29.5 m、宽4.5 m、高3.4 m；晾房采用土坯建造而成，土坯规格 24 cm×12 cm×5 cm，搭建出整齐的四方形通风孔。晾房内葡萄挂在铁丝编织成的长方格帘子上，网孔长、宽分别为100、20 cm；各个帘子之间间隔20～25 cm，确保通风，每个帘子可挂新鲜葡萄200 kg左右，采用此种方式晾干30 m长的晾房可晾制新鲜葡萄30 t。

1.2 方 法

制干地点：在鄯善县葡萄瓜果研究中心晾房和晒场。对照：为晒干方式，将促干剂处理后的葡萄平铺于晒场水泥地上直接在阳光下暴晒制干。晾房：在传统的晾房内进行制干。

制干时间：本研究数据分别为2014年和2016年数据，2014年数据仅有温度数据；2016年包含温度、湿度、光环境、葡萄干色差、叶绿素数据。吐鲁番、哈密地区制干时期根据每年的物候情况分为以下3个时期：

1）8月30日－9月10日主要为制干初期，这一时期农户将葡萄采收、制干，为制干的主要时期，该时期温度较高，是葡萄果实快速失水阶段。

2）9月10日－9月20日：这一时期大部分葡萄均已进入晾房，在晾房内完成干制过程；少量葡萄采收、制干，这一时期大环境中的温度急剧下降；

3）9月20日－9月30日：这一时期早期进入晾房制干的葡萄形成葡萄干，后期进晾房的葡萄缓慢完成干制过程。

2016年制干从8月30日开始，制干期间偶有小雨，对晒干（对照）葡萄干影响较大。此外制干期间无其他明显的天气变化情况。

1.2.1 制干方式

2种制干方式均采用促干剂进行预处理，以缩短葡萄制干时间。预处理前挑出新鲜葡萄中的烂粒、破损粒，然后采用促干剂（350 g促干剂加水15 kg制成水溶液）浸泡处理1 min按照各自的制干方式进行制干。待葡萄干含水率降低到 15%时完成制干，收集待测。晾房建造于戈壁滩地势较高出，晾房外观、内部结构及挂晾方式见图1。

图1 晾房外观及内部结构挂晾方式Fig.1 Drying room appearance and internal structure and hanging method

1.2.2 指标测定方法

1）温度测定方法：采用路格L95-4型号温湿度记录仪进行测定，将探头放置在各个制干环境中，每个制干环境放置3台仪器，最后取平均值。

2）含水率测定及干燥速率计算方法如式（1）：取3组无核白葡萄，每组200 g，随机放置于制干环境中，每天用百分之一天平测定其质量变化情况，取平均值。

式中Wt代表葡萄果实干燥速率，单位g/g；md代表葡萄干物质的质量， g；mt为任意t时刻葡萄的质量，g。

3）光照强度、紫外线强度测定方法：光照强度采用DE3350照度计测定，每个测定时间点重复测定5次，取平均值。紫外线强度采用UVAB-513照度计测定，测定方法同光照强度。

4）色差值测定与计算方法如式（2）：色差值测定采用CR-10色差仪进行测定，每次测定15个重复，取平均值。用ΔE表示色差值；L表示亮暗，正直表示偏亮，负值表示偏暗；A表示红绿，正值表示偏红，负值表示偏绿；B表示黄蓝，正值表示偏黄，负值表示偏蓝。

5）叶绿素测定方法：采用丙酮-乙醇浸提分光光度法测定。

1.3 数据处理

采用EXECL和DPS进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 2种制干环境中温度变化规律、差异性分析

制干环境中的温度、湿度及光环境与葡萄干的颜色具有密切的关系，新疆晾房是生产绿色葡萄干的主要制干场所，因此本文对晾房、晒场环境因子的变化规律进行分析，对 2种制干加工方式下温度、湿度、光环境等环境因子进行差异分析，探究晾房中绿色葡萄干形成的主要因素。

图2a分别是吐鲁番8月下旬到9月底制干时期，晾房和对照 2种制干环境中每天最高温度的变化情况，由图可见随着时间的推移制干环境中的最高温度的变化趋势总体上均呈现出下降的趋势；晒干制干环境的最高温度由于外界环境原因呈先上升后下降变化趋势，2016年8月30日至9月30日最高温度在40.8～68 ℃范围内变化。晾房中的温度与晒场中的温度变化规律差异较大，9月 23日以前晾房中的温度变化范围在 30.7～36.8 ℃之间，仅8月30日、9月12日、13日和9月19日4d温度超过 36.0 ℃，9月 23日温度为 30.7 ℃，其他时间在32.8～36.0 ℃内变化，变化趋势较平稳。2014年、与2016年最高温度的变化趋势总体相似，晒场日最高温中的最大值在 43.7～55.2 ℃范围内变化，晾干环境中的最高温度分布在30.5～36.3 ℃之间。2014、2016年晒场的最高温度较晾房中的最高温度差值分别为 18.9、31.2 ℃，但是2个年晾房最高温度仅相差0.5 ℃；对最高温度的平均值分析发现，晾房中2个年份最高温度平均值分别为33.3和 34.9 ℃，晒干方式最高温度平均值分别为 47.7和54.3 ℃，晾房较晒场的最高温度平均值降低 14.4和19.4 ℃。因此，晾房独特的结构可以有效的降低制干环境中的最高温度。晒干环境最高温度显著高于晾房环境最高温度，这一差异导致晒场葡萄果实初期失水速率显著大于晾房葡萄果实的失水速率，同时也导致晒场葡萄果实产生褐变，晒干处理的1～4 d是快速失水阶段，第4d时葡萄果实发生褐变，晾房中葡萄果实失水是一个相对稳定的过程，未发生褐变。

图2b是2014、2016年2种制干环境每日最低温度的变化情况，2种制干环境的最低温度变化趋势较为一致，温度较为平稳，9月24日以后温度显著下降。2014、2016年晾房最低温度平均值分别为22.6和20.4 ℃，晒场为19.5和17.6 ℃，晾房较晒场最低温度平均值提升3.1和2.8 ℃。晾房独特的结构可有效的提升制干环境中的最低温度。

图2 晾房与晒干方式对环境中温度变化的影响Fig.2 Effect of environment in sun-dried and drying room on temperature

图2 c是2014、2016年晾房和晒场日平均温度的变化情况，2种制干环境中温度的总体变化趋势较为一致。2016年 8月30日至9月20日之间2种制干环境的平均温度均在一定的温度范围内有序变化，晒场在 27.0～34.0 ℃范围内变化，晾房在25.8～30.0 ℃范围内变化。

图2d是2014、2016年晾房、晒场每日昼夜温差及平均温度差异的变化情况，2016年晒场昼夜温差较大，平均昼夜温差达到 35.4 ℃；晾房昼夜温差较小，平均昼夜温差为 13.5 ℃。整个制干期间晒场昼夜温差变化差异性大于晾房昼夜温差的变化幅度，晒场最低的昼夜温差为27.7 ℃，最高昼夜温差为50.0 ℃，而晾房昼夜温差最低值为7.8 ℃，最高值为17.2 ℃。2014、2016年整个制干时期内晾房昼夜温差平均值分别为14.2和14.5 ℃，相差0.3 ℃。因此，晾房可以有效的为葡萄果实提供稳定的制干环境。晒场剧烈的昼夜温差变化可能导致葡萄果皮结构产生变化，进而对失水速率、色泽产生影响。

对 2种制干方式中环境温度的变化规律进行分析发现，相对于晒干方式晾房可以有效的降低制干环境中的最高温度、提升最低温度进而形成较小的昼夜温差变化，提供一个相对恒温的制干环境。因此，可初步确定晒干方式中较高的最高温度及昼夜温差变化幅度是葡萄干产生褐变的关键因素，晾房中较低的最高温度和较小的温度变化是其生产绿色葡萄干的主要因素。因此可以推断，生产绿色葡萄干最高的温度应在36 ℃左右，温度过低、过高均可能导致葡萄果实产生褐变。

2.2 2种制干环境中湿度变化规律、差异性分析

图3a是晾房和晒场最高湿度的变化情况，由图可知晒场的最高湿度高于晾房的最高湿度。晒场湿度在32.6%～56.7%范围内变化，9月8日84.2%，9月22日为80.7%、9月25日、9月26日最高湿度为100%的原因是降水，降雨后葡萄果实因吸水产生褐变是晒干方式中葡萄干褐变的原因之一。晾房的湿度变化较为一致，湿度在 27.8%～52.3%范围内变化，整个制干时期 9月 20日以后晾房内的最高湿度高于 9月 20日以前的最高湿度。这一时期晾房中湿度上升主要是由于外界环境气温降低、湿度上升引起的，但是这一时期葡萄已基本完成干制过程，对晾房中葡萄干的色泽影响较小。

图3b是晾房和晒场最低湿度的变化情况，晾房内的最低湿度高于晒场的最低湿度。晾房内的最低湿度变化较平稳，制干后期最低湿度高于前期最低湿度，湿度在 8.1%～24.9%范围内变化。晒场的最低湿度变化较为一致，除降水外，最低湿度在4.3%～7.7%范围内变化。

综合分析表明，制干环境中的湿度、昼夜湿度变化范围均是影响绿色葡萄干形成的关键因素，晾房内的湿度不易受外界湿度影响，湿度维持在15.0%到35.0%是晾房可生产出绿色葡萄干的关键因素。晒场的湿度最高值、最低值均易受到外界气候的影响，进而对果实的色泽产生影响，高湿度极易导致葡萄干发生褐变。因此，吐鲁番高温、干燥环境下晾房结构对维持环境中的湿度具有明显的作用，是绿色葡萄干形成的主要因素。

图3 晾房与晒干方式对干燥环境中湿度变化的影响Fig.3 Effect of environment in sun-dried and drying room on humidity

2.3 制干时期关键节点单日温、湿度变化差异性分析

整个制干时期，按照温度、湿度及制干时长等因素制干时期从8月30日到9月30日分为4个关键节点，图4a是8月30日（制干初期，少量开始制干）24 h内温湿度的变化情况，经分析发现24 h内晒干环境温、湿度的变化幅度大于晾房内温、湿度的变化幅度。晒场的温度24 h内在19.2～50.2 ℃范围内变化，差值为30 ℃；晾房环境 24 h内则为 22.5～36.1 ℃，差值为 13.6 ℃。晒场 24 h内湿度在 5.5%～54.3%范围内变化，差值为48.8%；而晾房内则为 11.2%～34.4%内变化，差值为22.2%；晾房内的温度、湿度变化范围均显著小于晒干环境内的温度、湿度。8月30日至9月10日多数晾房内均开始制干，因此 9月 10日属于多数晾房制干的前期阶段，9月 20日几乎所有的晾房均已晾干，9月 30日多数晾房内的葡萄已制成葡萄干。这3个时期晒场昼夜温度差值分别为31.5、40.1和36.9 ℃，晾房为13.6、17.2和14.9 ℃；晒场昼夜湿度差值分别为79%、44%和49.5%，晾房为20.6%、21.7%和30.1%，在不同关键时期晾房内温度、湿度变化差异均显著小于晒场温度、湿度变化范围。晾房内温度、湿度的变化幅度均显著小于晒场温度、湿度的变化幅度是晾房内产生绿色葡萄干的另一个主要因素。

图4 晾房、晒干方式制干关键时期全日温、湿度变化Fig.4 Comparison of temperature and humidity in critical period of raisins drying between method of sun-dried and drying room

图5 是以上4个关键时期24 h内平均温度、平均湿度的对比情况，经分析发现随着制干的进行平均温度总体下降，晒场的平均温度始终高于晾房环境内的平均温度；9月20日高于9月10日平均温度，说明9月10日－9月20日这一时期温度较平稳。9月20日平均温度显著高于9月30日平均温度，晾房内9月20日较9月30日平均温度高6.0 ℃，晒场为6.1 ℃。平均湿度的变化规律为先上升、下降、再上升的过程，这个主要与制干环境内的葡萄果实水分散失、气候原因有关，4个关键时期24 h晒干环境的平均湿度均高于晾房环境内的平均湿度。

图5 制干关键时期24 h平均温度、湿度对比Fig.5 Comparison of 24 hour's temperature and humidity in critical period of raisins drying

根据晾干开始时期不同，8月30－9月10日是晾干的初期，直至9月20日，这一时期是葡萄干快速失水的阶段，监测结果表明这一阶段的温度高于9月20日以后的温度，可确保葡萄快速失水，制干时期晚于9月15日由于高温时间较短葡萄当年有可能不能形成葡萄干。

晾房内的温度、湿度变化幅度均小于晒场的温度、湿度。综合以上因素，晾房内较小的昼夜温度、湿度差异是绿色葡萄干形成的另一个因素，每年8月30日－9月20日这一阶段相对稳定的高温环境是晾房能够生产绿色葡萄干的另一个主要因素，葡萄果实在8月30日至9月20日这一相对稳定的高温环境下散失水分10 d左右可确保葡萄成干及保持绿色。

综上所述，晒场的温度显著高于晾干环境中的温度，高温环境有利于保存干果色泽、品质[23-26]，但是晒场明显的昼夜温差变化将会导致葡萄干品质显著下降[27]，并且晒场的最高温度不能导致相关的酶失活[24,28]，这是晒场葡萄发生褐变而晾房内葡萄干保持绿色的主要原因之一。同时，晾房中适宜的湿度及昼夜湿度变化也是晾房中绿色葡萄干形成的另一个主要原因[28-31]。

2.4 2种制干方式中光环境分析

图6a分别是晾房、晒场光照强度、紫外线强度白昼的变化情况，由图 7a可知晒场的光照强度由 9:00的1 116 μmol/(m2·s)一直上升至 1 578 μmol/(m2·s)（13:00），随后下降至 1 293 μmol/(m2·s)（17:00），而晾房内光照强度变化范围一直为2.0～3.3 μmol/(m2·s)，实际情况中晒干环境最大的光强超过 2 000 μmol/(m2·s)。

图6b是晾房、晒场紫外线强度的变化情况，白昼条件下晒场的紫外线强度与光照强度相似，先上升后下降，13:00 紫外线强度为 121.5 μmol/(m2·s)，9:00 最低为55.7 μmol/(m2·s)，而晾房环境内紫外线强度一直在 0.13～1.46 μmol/(m2·s)的范围内变化，显著小于晒干环境内的紫外线强度。因此，通过晾房这种构造可有效的隔绝光强和紫外线。国外学者在研究也发现降低光强是生产绿色葡萄干的必要条件[24-25]，当光照强度为 70%时葡萄干的颜色由褐色转变为黄褐色，由此可知光环境与葡萄干的颜色关系密切[32]。

图6 不同制干环境光照强度、紫外线强度对比情况Fig.6 Comparison of light and UV intensity in days of raisins drying between method of sun-dried and drying room

2.5 晾房和晒干对葡萄果实失水速率及色泽的影响

干燥过程中，果实的失水速率与制干环境中的温度、湿度密切相关（图7），本研究发现，制干初期晒场较高的温度导致葡萄果实的失水速率显著高于晾房葡萄果实的失水速率。采用晒干方式制作葡萄干，9 d时间可成干；而采用晾房的方式则需14 d时间成干。干制过程中不同的干燥温度对葡萄果实的失水速率产生较大影响，水分散失速率对葡萄果实内的生理生化变化产生一定的影响，进而对葡萄干的色泽产生较大影响。

由表 1可知新疆晾房和晒场生产出的葡萄干颜色差异较大，采用晾房方式生产出的葡萄干颜色以绿色为主，晒场生产出的葡萄干颜色以褐色为主。绿色葡萄干更符合中国人对葡萄干颜色的需求，市场上绿色葡萄干的经济价值显著高于褐色葡萄干。通过对绿色、褐色 2种葡萄干色差值的比较可发现：晾房处理葡萄干代表亮度的L值及代表黄蓝颜色的B值显著大于晒干葡萄干的颜色，L值越大表示颜色越亮，B值越大表示颜色偏黄；晾房 A值显著小于对照处理的A值，根据A值定义晾房葡萄干的颜色偏向于绿色；晾房ΔE值大于晒干葡萄干ΔE值8.42，根据ΔE值定义，当ΔE值大于4.00以上，代表色差非常大。采用晒干方式进行制干，L值先上升后下降，由18.52上升到20.21，然后下降至4.89；A值由-3.15升到12.38，B值同L值变化规律一致，由14.51上升到17.23，然后降至12.30。晾房内葡萄果实的L值是一个平缓下降的过程，由18.52降至12.65；A值由-3.15上升至7.27；B值先上升后下降，由 14.51上升至 23.14，然后降至22.17。

图7 晒干、晾房内葡萄果实失水速率对比Fig.7 Comparison of water loss rate in different drying methods

表1 晒干、晾房处理无核白葡萄干的色差值比较Table 1 Comparison of color between raisins in sun-dried and drying room

图 8是采用晒干、晾房方式制干后葡萄果实内叶绿素含量的差异情况，通过对黎明无核、和田红、波尔莱特、无核白鸡心和无核白5种绿色葡萄干中的叶绿素a、叶绿素 b和总叶绿素含量差异的比较分析发现，采用晾干方式加工的 5种葡萄干中的总叶绿素含量均高于晒干方式中总叶绿素的含量，其中无核白和波尔莱特中总叶绿素的含量高于其他 3个品种。对叶绿素组分的分析可知，不同制干方式下晾干方式葡萄干中叶绿素a的含量显著高于晒干方式葡萄干中叶绿素a的含量，不同制干方式对葡萄干中叶绿素 b的影响无明显规律，差异较小。因此，晾干方式可有效的抑制葡萄果实内叶绿素a的降解，晒干方式中较高的温度导致葡萄果实内叶绿素a降解，葡萄干的绿色主要与叶绿素a含量相关。

图8 晒干、晾房处理葡萄干颜色及叶绿素质量分数差异Fig.8 Differences in color and chlorophyll content between raisins in sun-dried and drying room

3 结 论

通过对制干期间晒场和晾房环境的差异分析，探讨了晾房能够生产绿色葡萄干的关键环境因子，分析了外界环境与晾房环境之间的差异，确定加工方式对葡萄干色泽相关指标的影响。

1）吐鲁番的高温环境及在此环境条件下晾房独特的构造营造的适宜温度对维持葡萄果实色泽的稳定性起到了关键作用，制干期间可降低日间环境中的最高温度（30.5～36.3 ℃），平均温度（25.8～30.0 ℃），较小的昼夜温差变化（7.8～17.2 ℃）与绿色葡萄干形成密切相关，而晒干方式中以上关键指标的变化范围分别是40.8～68.0、27.0～34.0、27.7～50.0 ℃。

2）晾房独特的构造维持了较平稳的湿度及昼夜湿度变化范围，使晾房内的湿度不易受外界湿度影响，湿度维持在15.0%～35.0%是晾房可生产出绿色葡萄干的关键因素。

3）晾房内较低的光照强度和紫外线强度是形成绿色葡萄干的重要因素之一，相对于晒干方式中超过2 000 μmol/m2s的光强和 121.5 μmol/(m2·s)的紫外线强度，晾房能将光照强度和紫外线强度控制在 3.3和1.46 μmol/(m2·s)之下。

4）葡萄干色泽变化主要受果实中叶绿素a的影响，晾房生产的绿色葡萄干中的叶绿素 a含量显著高于晒干葡萄干，二者叶绿素b含量无明显差异。

本研究可为新疆绿色葡萄干加工装置的环境控制、加工工艺的改进提供理论基础和生产实践数据。