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現代化農業:園產品抗老回春術

香蕉為什麼變黃?秋天的葉子為什麼變紅?花開花謝的祕密是什麼?這些都與植物生長激素乙烯的作用有關。植物在逆境時會產生乙烯來調適,後熟性水果也會產生大量的乙烯來自我催熟。
 
 
 
乙烯(Ethylene,化學式:C2H4或H2C=CH2)的生物合成途徑是由楊祥發博士發現的,一般稱為蛋氨酸循環或楊氏循環。合成乙烯的前體物質是蛋氨酸(甲硫氨酸),先轉化為S-腺苷蛋氨酸,並在ACC合成酶的作用下,生成1-氨基環丙烷-1-羧酸(ACC)及5'-甲硫腺苷。5'-甲硫腺苷可以經過一系列反應再轉化為蛋氨酸形成循環,ACC則可以與氧氣反應得到乙烯。

目前很多抑制植物成熟的轉基因方法,都是透過抑制ACC合成酶的作用產生,也就是透過調控或抑制乙烯的生物合成來控制植物的老化過程,使香蕉皮不再變黃,番茄不會變紅,蘭花花朵不易凋謝。

自然老化的祕密

促使產品老化的乙烯是一種植物荷爾蒙,以氣體狀態存在。植物在逆境時會產生乙烯來調適,後熟性水果在後熟時也會產生大量的乙烯來自我催熟。植物在生長過程中本身就會產生乙烯,也可能碰到外來乙烯氣體而促進老化,尤其是切花類植物如康乃馨、玫瑰等。

乙烯會促使花朵快速萎凋,縮短瓶插壽命。後熟性水果則可使用外來乙烯或類似物質來催熟,控制後熟品質。經由對乙烯的調控,如去除乙烯或使產品對乙烯的敏感性降低,都可有效降低乙烯的不良影響。

乙烯是一種低分子量氣體,會降低觀賞植物產品的品質。常見乙烯為害的徵狀包括:康乃馨的睡眠病,即花瓣向內捲曲,花朵不張開的現象;金魚草花序上小花的散開;荷苞花花瓣的脫落;蘭花萼片的乾枯;盆栽植物葉片的黃化或落葉等。

乙烯的禍害遍及各種植物。在鮮花方面,往往只要有有十億分之三十至六十(30~60 ppb)濃度的乙烯,就足以造成產量減少。觀葉植物,雖較鮮花有抵抗力,但也在乙烯濃度達1.0 ppm時會受到傷害。

乙烯的來源有數種。幾乎所有的植物都會自行合成乙烯,蔬菜、水果也和花卉一樣會產生乙烯,尤其是成熟的蔬果,因此花卉不宜與蔬果共同貯藏,觀賞植物也不宜與柑桔類共同運輸。患病或受傷的植物產生的乙烯量比健康正常植物高。在城市及附近區域的大氣層中,往往含有足以引起花卉生理病變的乙烯,它的主要來源是各種形式的內燃機或燃燒石油的發熱爐。另外,霓虹燈管漏氣會引起乙烯外洩,在某些情況下,電動馬達或照明設備也可能釋出乙烯。

老化造成損失

水果、蔬菜及花卉屬園產品,園產品的特性是易劣變或腐敗。在已開發國家,園產品採收後的損耗約10~20 %,其他國家則高達20~50  %。造成損耗的原因有環境因素及植物本身的生理劣變,因而加速產品的老化現象。

全球人口不斷增加,造成糧食不足的危機,愈落後的國家愈嚴重,除了生產技術不足,缺乏保鮮處理技術造成採後的大量損失也是重要因素。為了降低損耗或改善品質,園產品採後處理技術的研究成為近年來重要的農業課題。

採後處理技術的改良使園產品能抗老回春,而有較佳的保鮮貯運期。國內已有許多農產品因採後處理技術改良而擴展外銷及改善市場到貨品質,如結球萵苣、胡蘿蔔外銷預冷保鮮處理,火鶴花、文心蘭、洋桔梗等切花外銷保鮮技術,芒果、木瓜等外銷貯運條件的建立等。

真空預冷保鮮技術

高溫是造成產品老化及腐敗的重要因素,因此溫度管理是農產品保鮮的基本手段。大多數產品可使用低溫保鮮,低溫可抑制乙烯作用而延緩老化,降低蒸散作用而減少因失水導致失去外觀品質,以及抑制病原菌生長而減緩腐爛。但外銷時,短時間內要使大量產品降溫並不容易,需有特殊的技術及設備。

產品在運輸或貯藏前,在短時間內使大量產品降溫的技術稱作預冷保鮮技術。一般要使產品降溫,最先想到的是放入冰箱或冷藏庫中。但使用冷空氣降溫速度慢,尤其結球型葉菜類,靠熱傳導使產品中心降到接近攝氏0度要數小時到1、2天的時間,而產品新鮮度往往在降溫過程中已降低。

歐美、日本等國家早先就有一種方法使農產品快速均勻降溫,稱為真空預冷。就是把產品放置在可耐低壓並配置真空幫浦的真空槽中,啟動真空幫浦使真空槽減壓。由於壓力降低時水的沸點也會降低,當壓力由760 torr(1 torr是1個標準大氣壓的760分之1)降至4.7 torr時,水的沸點會降至攝氏0度,也使得產品表面的水分會不斷蒸發直到產品溫度達到攝氏0度。通常攝氏30度左右的產品會在20分鐘內降至0度,且內外均勻降溫。

臺灣農產品外銷時,最缺乏的是大型低溫集貨處理場。為解決降溫問題,便引進真空預冷技術,並自行開發商業應用設備,產品在包裝後裝櫃前,採用真空預冷設備預冷保鮮。預冷機每次處理量是4~6棧板,每2小時可預冷一個40英尺貨櫃量,一臺中型真空預冷機每天最高可處理6~10櫃。由於預冷保鮮技術改進,使國產結球萵苣的市場到貨品質優於美國。自2001年起開始外銷,至2012年外銷量已達8,311公噸,外銷期達半年,外銷值達2億3千萬元。主要外銷國是日本,占69 %,其次是新加坡、韓國等。

抗老激素的應用

臺灣屬熱帶及亞熱帶地區,很適合火鶴花的栽培。1999年起,臺灣由荷蘭引入多色系的火鶴花新品種生產切花外銷,13年後外銷日本年達1,500萬支,占日本市場的89.6 %。

火鶴花產業的發展並不是一開始就很順利,業者在種植新引入的品種後,發現瓶插壽命較原有紅色的丘比特品種短,無法長途運輸,當初要外銷日本的夢想可能因而無法實現。

後來,採後處理的專家研究並建立一套外銷處理標準流程,包含適當採收方式,全程用消毒水進行衛生品管,再用抑菌劑保鮮套管運輸。在包裝前噴上具有保鮮效果的BA生長激素,能使已經略顯黃化的花序轉為新鮮的綠色,切花貯運期也由7天延長至21天。業者稱這是回春效果,含有BA生長激素的保鮮液則稱為回春液或青春液。這生長激素濃度很低,成本不高,保鮮效果明顯,切花外銷量因而不斷衝高。

抗老保鮮劑

文心蘭開黃色小花,花朵頗似穿著膨鬆舞裙迎風招展婆娑起舞的女郎,因此又稱為跳舞蘭。切花主要外銷日本,但長途運輸中會碰到由乙烯引起的落花問題。由於花朵分岔多,包裝時多少會受傷而誘發乙烯,使花朵離層掉落。為克服乙烯的不良影響,研究人員採用乙烯作用抑制劑來改善。

1966年,美國Sisler實驗室發現一些環丙烯類具有很強的乙烯抑制作用,其中以1-甲基環丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)效果最穩定,美國環保署也確認它對人畜及環境無害。

1-MCP對乙烯是一種競爭性抑制劑,經1-MCP處理的產品會失去對乙烯的敏感性,後熟性水果會暫時失去後熟能力,蔬菜黃化情形會受到抑制,花朵老化也會減緩,保鮮效果在攝氏24度下長達12~15日。1-MCP在常溫下是氣體,因此處理園產品時,需有密閉的設備,在溫控下以燻蒸方式處理。

文心蘭切花採收分級後,包裝前進入冷藏庫中以1-MCP氣體燻蒸處理,可以有效延長切花貯運壽命。經處理後的切花以海運(9天)外銷日本,較空運(4天)未處理有更長的瓶插壽命。由於保鮮技術的提升,產品由空運改為海運,成本降低一半以上。在競爭力提升下,外銷量不斷擴增,2012年外銷日本達2,700萬支,占日本市場的91.9 %。

另一因抗老回春技術應用成功而攻占日本市場的是洋桔梗切花產業。洋桔梗花形優美、花色多、吸水性佳、瓶插壽命長,發育完全的花蕾也能順利開花。這些特性使得洋桔梗受到消費者的喜愛,尤其在日本。

由於氣候條件的限制,日本的洋桔梗產地在冬季需以溫室加溫才能生產,成本較高。但這時臺灣天然溫度條件正適合其生長,因此11月至隔年3月是栽培洋桔梗外銷日本的好時機。由於品質受到日本市場的肯定,外銷訂單逐年增加,但外銷量增加後,單價則逐漸降低。為降低成本提高利潤,希望由空運改為海運,但保鮮貯運技術則需要提升。

為確保洋桔梗切花海運外銷的新鮮度,採後的處理流程主要分為3部分。首先,加強溫度管理,田間採收時應避免田間熱,勿曝曬於高溫中,並儘快送到空調集貨場分級包裝,再置於攝氏5度的冷藏庫中預冷。其次,把切花基部放在含糖及抑菌劑的保鮮液中保鮮,運輸時則不再使用保鮮套管。再次,於攝氏20~25度下以乙烯作用抑制劑1-MCP  燻蒸處理4小時。洋桔梗切花經以上保鮮技術處理後,2012年外銷日本達884萬支,占日本進口量的95.85  %。

保鮮技術改進為先

自從解開使植物老化的乙烯生物合成祕密後,對植物老化機制及其調控的研究獲得重大的進展,也逐漸應用在園產品的保鮮技術上。例如使用最佳的溫度管理技術降低產品對乙烯的敏感性,以乙烯拮抗生長激素BA促進花卉的新鮮度,使用乙烯作用抑制劑1-MCP   去除乙烯的不良影響,延長切花瓶插壽命等。

產品在良好的保鮮技術下,得以延長貯運期、降低運輸成本、提高品質,使農產品外銷競爭力大大提升,創造具有國際競爭力的農產業。相信未來對農產品保鮮技術的深入研究,能創造更多新興的國際產業。
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