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水培叶菜产供安全过程管控技术体系构建与实践

更新时间:2009-03-28

蔬菜作为江苏第一大农作物,2015年播种面积为143.125万hm2,总产量高达5 595.67万t,单位面积产量远高于全国平均水平[1]。由于蔬菜产品是安全超标风险高的农产品种类,江苏省政府部门以及科研团队均高度重视蔬菜质量安全,蔬菜质量安全工作在本世纪以来得到了迅速发展,在围绕农药残留、新型污染物等危害物控制为主的科技领域取得了较显著的进展。但是,目前农产品质量安全例行监测与风险调查显示蔬菜仍然存在一些安全隐患。江苏工业发达,城郊以及部分工业集中周边区存在重金属和持久性有机污染物污染情况[2~3];蔬菜种类繁多,尤其是小品种蔬菜的农药残留监控存在缺陷[4]。叶菜生长周期短、品质保持难,其质量安全隐患尤为突出。大量全国范围内及江苏地区蔬菜中农药检测监测均发现叶菜中农药残留超标率普遍高于其他蔬菜品种[5~10]

近年来,江苏省政府积极推进高效农业发展,其中蔬菜是高效种植业的主体,而蔬菜高效发展的主要模式是设施农业[11],通过工程化设施,人为控制适应蔬菜生长发育所需要的生态条件,充分利用土地、光、热、水、养分和空间等资源,减少有害生物的危害,进而实现高效、高产、安全、标准化生产的目标[12]。江苏省蔬菜设施栽培发展迅速,设施档次不断提高,蔬菜产业整体已经进入发展优质、安全、高效产业的新阶段。

叶菜水培是当今先进的设施栽培技术,与有土栽培相比具有绝对优势,近年来发展呈直线上升趋势。很多叶菜以生食为主,土培叶菜容易受污染,清洗不方便,而水培叶菜鲜嫩、洁净、口感好、品质上乘;叶菜需要周年生产,土培叶菜倒茬作业繁琐,而水培换茬简单,可在同一场地进行周年栽培,适合于计划性、合同性生产;水培叶菜生产避免土培叶菜土壤中重金属污染,安全水平更有保障,同时可以避免连作障碍,复种指数高;水培叶菜还可针对特殊人群营养需求,调配营养液组成,使叶菜产品富含更加丰富的营养成分,满足不同人群特殊营养需求[13]。水培叶菜因其独特优势得到了长足发展,目前江苏、上海、浙江等地建立了多家水培叶菜生产基地,水培叶菜也为广大年轻消费者所认同,其产业发展潜力不可限量。从叶菜产品细分市场分析,鲜食叶菜 (色拉菜)产业将成为重要的增长点,也是叶菜产业中的高效高端产业[14]

(1)先用BIM软件将管道系统根据工艺需求和工程进度安排划分为多个预制加工工段,再对每个预制加工段进行定位、分段切割等。

本项目组以江苏省叶菜产业品质安全提档升级迫切需求为导向,以江苏省独特区位、经济、技术优势为依托,以保障鲜食叶菜产品安全为基础,以提高生产技术工厂化水平及产品品质品级为核心,通过创新设计开发与集成应用,形成了一套适合本区域气候、生产基础和消费能力的水培叶菜生产安全过程管控技术体系。

二)水培叶菜塑化剂监测技术 塑化剂是环境雌激素中酞酸酯类,目前农资器具塑料制品较多,部分蔬菜中检测出塑化剂成分,证明塑化剂已经进入食物链[15~16]。本成果建立塑化剂高效液相色谱-质谱联用检测方法,对水培叶菜生产过程各环节及产品中塑化剂种类及含量进行监测。已有结果显示,水培叶菜产品中含有少量塑化剂,较常规设施叶菜含量低,水培叶菜生产相对普通设施栽培更加安全可控。

一、生产设施及设备环节

二)肉桂精油纳米保鲜剂 肉桂精油源于食用香辛料,安全可靠,已有实验证明其具有很好的抗氧化以及抗菌活性[17~18]。但由于肉桂精油水溶性差、味道特殊导致使用受限。本项目组制备了肉桂精油纳米制剂,既可发挥其抗氧化及抗菌活性,又可增加水溶性、降低特殊味道。肉桂精油纳米制剂在水培叶菜品质保持中使用可有效延长叶菜保质期。

1.保温双组合连栋大棚。针对江苏省地区冬季低温、夏季高温高湿特点,自主研发保温双组合连栋大棚,并申请专利,依托六合动物科学基地建成连栋大棚6栋,占地0.533 hm2。该连栋大棚的主要特点是:(1)结构稳定,可有效抵御自然灾害,使用寿命长。温室框架及部件均为钢材热浸镀锌材料,采用C25混凝土基础,可抗10级大风及雨雪天气,最大排雨量≤140 mm/h,使用寿命为8~10年。(2)可有效保持棚内小气候环境。棚顶为双层充气膜,内有内保温层在冬季低温发挥有效保温作用,顶棚双层膜及内保温层打开后可保持棚内温度在0℃以上。连栋大棚设施南北走向,南北通风,夏季生产中红外遮阳网配合使用可较普通外遮阳棚温度降低2~4℃。(3)棚内设有1 m的防虫网缓冲间,起到隔离防虫的效果。(4)棚体可复制,可实现机械化生产。大棚设计有可供棚内小机械设施进入的门及出口,走廊内部可停留,并配套自动化机械减少人工成本。

1.物联网远程光温湿测控系统。充分考虑江苏地区夏季高温高湿栽培环境,大棚配套降温排湿系统,包括湿帘、风机、环流风机、室外顶棚喷雾设备。湿帘密闭安装在温室一侧端墙,风机装在温室一侧端墙。风机抽风时,室内产生负压,迫使室外未饱和的空气流经湿帘多孔湿润表面,从而使进入棚内空气温度降低4~12℃。大棚内部设置的环流风机,可增加内部空气循环,减少温室内部温差。高温时期启动室外顶棚喷雾设备,降低棚顶膜温度进而实现棚内部温度降低。

三)抗坏血酸钙制剂 抗坏血酸钙既保持了维生素C营养功能,又添加了钙营养,易被人体吸收且能保持生理活性。其性质稳定,抗氧化作用优于维生素C,Ca又可延迟农产品衰老[19~20]。基于此,本项目研制了抗坏血酸钙制剂用于水培叶菜采后处理,确定了抗坏血酸钙在水培叶菜采收后使用方式、使用浓度。抗坏血酸钙制剂的使用有效减轻了叶菜采收切口褐变现象,延长了保质期。

)  生产设备环节

我们要分清“课前预习”和“自主学习”的区别。预习只是课程学习的一个重要环节,它不等于自主学习。因此,在预习时,没必要把所有问题都试图弄懂,这样不但会加重学习的负担,而且还会影响听课的质量。遇到一些有难度的问题,我们只需要记录下来,到课堂上有针对性地听教师讲解即可。

大棚外设置气象站,大棚内配备温湿度、光照以及二氧化碳传感器等环境监测设备,结合环境控制设备包括湿帘水泵、高压泵、风机、外遮阳、侧卷帘膜等,物联网远程光温湿测控系统与上述设备集成整合实现电脑和智能手机客户端对水培叶菜栽培过程环境的实时感知和设备的智能化控制,测控过程采用集中式与分布式、现场控制与远程监控并举等多层次监测与控制管理,达到测控方式多样性的目的。远程测控系统大大提高了大棚种植环境监测技术自动化和智能化水平,降低了生产成本,提高抵抗灾害性气候的能力。

随着全校师生整齐的弟子规操,活动拉开了帷幕。在局领导激昂的讲话声中,我知道了孔子是教育家、思想家,他有弟子三千多,遍布天下,传播文化;孔子老爷爷可谓是桃李满天下。接着,还有激情高昂的讲话,同学们听得十分入神。对我印象最深的就是一年级进行了“朱砂启智”,一年级的老师在他们的头上点了红痣,意味着开天眼,希望他们在今后的日子里,传承中华文化,早日实现自己的梦想。他们还在红纸上写下了“人”字,看上去那么简单的“人”字,但是写起来特别困难,可是一年级的小朋友却在老师的指引下认认真真地完成了。当时我们还给老师鞠躬,心里想,一定要给老师最大的敬意,老师也向我们回礼。

2.营养液自动调配循环系统。水培叶菜生产设备中集成自动化控制营养液调配循环系统,根据不同水培叶菜所需营养液设置不同时期固定参数,实现定时开关、自动调配功能。营养液调配循环自动化的使用大幅降低人力成本,并可实现营养液均一、高效施用。营养液自动调配循环系统还配备了便携式监测设备,定期监测,确保运转良好。

为增加消费者对产品安全信心以及食品企业安全信息透明度,本项目组建立了涵盖水培叶菜种植、采收、鲜切加工、储运和销售环节的全链溯源体系。该体系采用 “快图溯源”,解决了农产品源头信息不能自动获取的难题;研发的新型农产品追溯编码及标识方法解决了溯源信息防伪难题;该体系可实现政府监管平台和溯源平台信息交互。相比于国内其他溯源系统,本溯源技术体系溯源程度更深、数据互联更高、覆盖面更广。目前该溯源技术体系已在包括水培叶菜在内的20余个农产品、10余家农业企业或合作社进行推广,增加了产品信息的透明度,提升了消费者对产品安全的信心。

就上述实施的条件和要求而言,无论在技术、硬件、经验、方法理论及相关法律法规等方面都具备了成熟的实施与应用的条件并有很多成功的案例可以借鉴和复用。

二、安全生产环节

一)病虫害多重阻隔控制技术 生产设施建立初期,为防止病虫害发生,主要采用夏季高温闷棚,生产前15%次氯酸钠或臭氧消毒、晾晒、通风后投入生产使用。生产过程中病虫害管理主要以预防为主,棚室内定期消毒、多重隔离,并结合农业防治、物理防治等综合手段,设置防虫网、诱虫灯、黄板等,并依据虫害发生规律进行预警预测,全方位控制生产过程中病虫害风险发生。

二)无残留大棚环境及生产消杀技术 水培叶菜大棚环境消杀主要采用可移动式臭氧消毒器进行。生产过程中绿藻控制主要通过隔离其必须生长要素、及时通风等手段进行控制。营养液及用水采用过流式紫外消毒器消毒,日常操作器具采用超声波清洗机清洗。以上控制措施均无化学残留,综合使用确保水培叶菜健康生长。

三)品种茬口选择技术 项目组广泛搜集整理耐寒、耐高温国内外叶菜品种100余种,试验得出周年生产品种推介、茬口安排。每茬口可选择2~5个品种,以丰富叶类蔬菜的供应结构。目前已获得青菜、生菜、菠菜、苋菜等周年生产的茬口安排及稳定的应用品种信息,可实现叶菜周年生产。青菜在2-5月可选择五月慢、四月慢、上海青、小松菜,6-9月高温高湿可选择四季青、华王、金品814;10-1月可选择矮脚黄、苏州青、兔子腿等耐寒品种;生菜在2-5月可选择雷吉纳、直立、紫罗莎,6-8月可选择耐抽薹、奶油生菜,9-1月可选择凯撒、大速生、散叶生菜等;菠菜1-3月选择耐抽薹菠菜,4-6月选择耐热菠菜,7-8月不宜种植,10-12月选择大圆叶和欧文。

四)营养液品质调控技术 营养液配方和调配是水培生产的关键步骤。经过试验比对,筛选出具有广泛适应性的营养液配方。营养液调配过程配置浓缩营养液,通过定量泵定量稀释营养液,进行EC、pH值等调控后进入灌溉系统。以生菜水培营养液为基础营养液,调节氮肥使用量、pH值、EC值、溶解氧等参数实现不同种类叶菜生长;同时增加微量元素进行品质调控,增加营养品质,延长货架期。研究表明,营养液中微量元素补充以及采收前降低EC值可降低可食部位硝酸盐含量。

三、采收分级检验

一)水培叶菜品质等级标准 针对水培叶菜产品提档升级需求,结合六合动物科学基地设施水培叶菜产品特点,制定了优质水培生菜品质等级标准,分别从规格、安全、卫生、营养、包装方面对水培生菜作了规定。水培叶菜和普通设施叶菜生长周期、长势不同,规格亦不同。安全及卫生要求等于或高于国家标准。该标准的制定可满足叶菜产品提档升级需求,利于实现产品优质优价。

在小学语文的教学过程中虽然倡导以学生的学习为主体,但是教师在教学的过程中不能局限于让学生学习课本中的内容,要采取启发式的教学来培养学生的阅读能力,然后指导学生学习写作,让阅读和写作有效结合起来,互相补充。这样的教学方法能够改善学生阅读过程中遇到的障碍,更能够激发学生养成好的学习习惯,从而提高小学语文的教学质量,让学生能够更好地全面发展。

四、加工品质保持环节

一)鲜切蔬菜加工系统 水培叶菜质地脆嫩、口感清爽。生食可有效保留其营养成分,是水培叶菜的最佳食用方式。基于叶菜提档升级需求,本技术体系集成鲜切蔬菜半自动生产流水线1条,该流水线覆盖整理、切分、一次清洗杀菌、二次清洗杀菌、漂洗、脱水、包装整个流程。水培叶菜鲜切产品可随冷链入超市零售或者大型饭店冷盘或沙拉配菜,可满足消费者对食品消费便捷便利要求以及营养和口感的需求,同时实现了叶菜提档升级。

一)生产设施环节

2.自动雨水收集装置。水培叶菜生产环节中水量消耗大,为节约生产成本,大棚设计了自动雨水收集装置,雨水收集通过大棚外雨水槽回流管道统一收集到雨水收集池。雨水储存沉淀,使用前经过流式紫外线消毒后进入营养液配制流程,并定时开展生物、化学危害因子监测。

此外,短篇中塑造的人物,总是会用最少的篇幅,最大程度地去描写一个人物的特征,这种体验带来的冲击感,显然大于细水长流的表现形式。

四)致病微生物预测模型 基于微生物生长动力学的食品货架期预测方法认为,通过构建微生物生长模型,探究在不同环境中食品产品上的微生物生长状况,从而实现对食品的剩余货架期的预测。本项目组以鲜切蔬菜为对象,对其主要污染微生物进行分离鉴定,采用荧光定量PCR方法,建立 “Ct-Nt”的数量关系。运用Gompertz微生物生长预测模型建立鲜切叶菜主要污染微生物在贮藏期间的生长模型,据此拟合 “SL-Ct”数量关系,建立鲜切蔬菜的货架期预测模型。为更好控制有害微生物繁殖、延长产品货架期及保证鲜切叶菜的质量与安全提供依据。

五、信息可溯环节

三)纳米转光农膜 由南京师范大学创新研制的纳米漫散射转光助剂农膜除保持原有功能膜的特性外,更能满足不同地区、各种作物栽培需求,并可根据各种水培叶菜对光谱的需求进行 “菜单式”的生产。纳米转光农膜一方面可以模拟自然光谱,调控入射光的光透过率、漫散射率来达到改善作物的生长环境,大幅度提高作物的产量和品质的目标;另外一方面,还可通过纳米漫散射转光助剂辅助温度调控。

六、投资及效益分析

该技术体系的研发依托南京明天农牧科技有限公司进行,以该公司水培叶菜生产及加工车间的建设及运行为例,进行投资及效益分析。投入主要分为3部分,水培叶菜生产车间设施及设备投入、水培叶菜加工车间设施及设备投入和运行投入。水培叶菜生产车间面积总计6 000 m2,水培叶菜加工车间流水线日产量650 kg,具体投入估算见表1。水培叶菜生产车间设施及设备投入约96万元,每年运行费用约19万元,生产车间每批次产量约8 000 kg。1年平均生产茬数约10茬,年产量约80 000 kg。按照目前市场水培叶菜批发价格约为10元/kg计算,一年收入约80万元。综合考虑市场推广费用、叶菜运输成本、叶菜运输销售部分损耗、极端天气对产量影响以及其他未预期的费用支出等,约3年可收回成本。水培叶菜加工车间设施及设备投入约85万元,每年运行费用约35万元,其中包括部分需外购的水果蔬菜原料,按工作日计算年产量约150 000 kg,按照目前市场鲜切叶菜批发价格约为15元/kg计算,一年收入约225万元。综合考虑市场推广费用、鲜切叶菜运输成本、运输销售部分损耗以及其他未预期的费用支出等,2~3年可收回成本。

七、示范实效及发展前景

该技术体系在农业部公益性行业 (农业)科研专项经费 “农产品产供安全过程管控技术研究与示范”项目的资助下,2016-2017年已经分别在南京明天农牧科技有限公司、苏州相城科技园、常州金坛一号农场、盐城新洋农业试验站等企业开展了多项或全技术体系的示范应用。示范形成的叶菜产品安全指标均满足或优于国家标准要求。目前水培叶菜产品已在南京BHG超市、兴农超市、索菲特钟山高尔夫酒店等地销售,获得消费者的广泛认同。

A阴性空白对照——25 μl去离子水+25 μl底物(37 ℃孵育 10 min)+50 μl去离子水(37 ℃下孵育60 min)+100 μl醋酸-醋酸钠缓冲溶液。

 

表1 水培叶菜生产及加工车间和运行投入

  

环节 投入项目 材料、单价及数量等 费用 (万元)水培叶菜生产车间水培叶菜加工车间设施 双组合连栋大棚 13万元/1 000 m2/栋,6栋 78设备 湿帘风机栽培框架营养液调配罐营养液输送管道5 000元/栋,6栋5 000元/栋,6栋9万元/个,1个5 000元/栋,6栋3 3 9 3小计 96设施 加工车间净化装修 120 m2(不包括车间基建) 20设备 加工流水线其他切分/清洗/脱水/包装台面/净水器等60 5小计85运行叶菜生产 材料水电用人小计叶菜加工 材料水电用人小计营养液/漂浮板/海绵块/种子等,1年营养液用水 (部分雨水)/生产用电,1年3万元/人/年,2人包装/杀菌/部分蔬菜材料,1年清洗用水/加工用电,1年3万元/人/年,3人10 3 6 1 9 21 5 9 3 5

水培叶菜的生长受温湿度影响大,该技术体系在大棚结构、覆膜种类、通风控温设备等方面均进行了合理的控温控湿设计,以应对江苏地区夏季湿热、冬季寒冷气候。正常气候条件下,水培叶菜可保证生长良好,但偶尔出现的极端天气,如高温高湿天气,叶菜生长会出现抽薹、徒长现象,温湿度控制方面还需要进一步提升。此外,关键实用技术及产品诸如温湿度测控系统、营养液组配方法、鲜切产品品质保持技术等未来将有不断的新进展,这些关键技术产品的研发为叶菜产供安全过程管控技术体系进一步创新提供更多可行的方案。目前在多个示范企业均依据多项或全技术体系建立了相应的规范标准,但总体的标准规范化还不够具体,针对企业不同规模、不同自动化程度、不同生产链条结合到生产主体的简便操作规范还有待制定。

江苏拥有优越的自然地理条件、先进的规模化产业基础以及最高程度的农业重视程度,使其具备了率先实现我国蔬菜产业提质增效的必要条件。相信在水培叶菜产供安全过程管控技术体系的引领和示范带动下,本区域蔬菜产业必将得到提升,对全国蔬菜产业提升、企业增收、居民蔬菜消费安全等也将发挥更大的积极作用。

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梁颖,何鑫,孙爱东,白红武,卢海燕,刘贤金
《农产品质量与安全》2018年第02期文献

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