光照技術在果蔬采后貯藏保鮮中的應用研究進展

果蔬是人們?nèi)粘ｏ嬍持斜夭豢缮俚氖澄镏唬瑸槿藗兲峁┴S富的營養(yǎng)素。但果蔬采后易變質(zhì)，給產(chǎn)業(yè)帶來巨大經(jīng)濟損失。為減少果蔬在貯藏、銷售過程中的腐敗變質(zhì)，產(chǎn)業(yè)中常用化學方法對果蔬進行保鮮處理。目前，已有許多研究探討了采后外源化學處理對果實品質(zhì)的維持作用。但化學保鮮劑常存在化學殘留、產(chǎn)生抗性菌株的風險，因此，尋找一種綠色安全的保鮮方式成為了許多研究者們關注的問題。

光照技術因其無污染、無殘留等特點逐漸進入研究者們的視野[1-2]。其在柑橘、蘋果、香蕉、花椰菜等多種果蔬品質(zhì)調(diào)控和病害控制等方面均表現(xiàn)出良好的應用潛力。本文綜述了發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)、紫外光(ultra violet, UV)、熒光燈和脈沖光等幾種光照處理在果蔬保鮮中的作用，同時指出目前這些光照技術存在的問題，并對未來采后光照保鮮技術進行了展望。

1 果蔬采后貯藏保鮮中常用的光源

1.1 LED光源

LED最早出現(xiàn)在1964年，直到20世紀80年代才被應用在植物研究中[3]。它是一種固態(tài)發(fā)光裝置，發(fā)射窄波光。與傳統(tǒng)光源相比，LED光具有光質(zhì)純、節(jié)能環(huán)保、安全系數(shù)高等優(yōu)點。此外，生產(chǎn)者還可根據(jù)特定的植物選擇特定波長以適應植物的生長[4]。紅光(660 nm)和藍光(420～450 nm)是最常用的LED光源，能提高植物體內(nèi)葉綠素的含量，在光合作用中最為重要[5]。

1.2 UV光源

UV在X射線(200 nm)和可見光(400 nm)波長范圍之間的電磁波譜的非電離區(qū)占據(jù)了很寬的波段，波長在100～400 nm，可細分為長波(ultraviolet radiation A，UVA，315～400 nm)、中波(ultraviolet radiation B，UVB，280～315 nm)以及短波(ultraviolet radiation C，UVC，200～280 nm)。UVC因其能有效殺滅細菌和病毒，被稱作殺菌范圍。UV具有損害微生物DNA的作用，被廣泛應用在表面凈化和空氣消毒中[6]。除此之外，UV光在提高新鮮果蔬營養(yǎng)品質(zhì)、增長貨架期中也具有一定的潛力。目前UVA、UVB和UVC在生鮮食品中均有應用。

1.3 熒光

熒光燈通常被用作普通照明，是一種低壓、低陰極汞蒸汽放電燈。其燈管內(nèi)壁涂有熒光材料，管內(nèi)充有汞和惰性氣體。在管內(nèi)氣體電離放電時，會放出大量的紫外線，管壁的熒光材料會將發(fā)出的紫外線輻射轉(zhuǎn)化為可見光[7]。

1.4 脈沖光

“脈沖光”這一術語自1980年以來就為人所知，并于1996年首次被美國食品和藥物管理局用于食品加工[8]。它可以在消耗很少能量的情況下將高達70 kV/cm的高壓電脈沖在幾秒鐘的時間內(nèi)放電至食品中。在不影響食品品質(zhì)的情況下減少食品中的害蟲、腐敗微生物和病原體，可作為傳統(tǒng)消毒和保存方法的替代方法[9]。

2 不同光源在果蔬采后貯藏保鮮中的應用

2.1 LED光源在果蔬采后保鮮中的應用

2.1.1 LED光源對果蔬營養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.1.1.1 LED光源對果蔬色素物質(zhì)的影響

果蔬色澤是果蔬成熟度的一個重要指標，常與類胡蘿卜素、葉綠素和花青素等色素物質(zhì)有關。如表1所示，LED光在多種果蔬色澤調(diào)控方面有明顯作用。低溫下，紅光可以延緩西蘭花葉綠素降解[10]。柑橘中，藍光可影響色素代謝促進柑橘褪綠[11]。MA等[12]發(fā)現(xiàn)紅光可誘導柑橘CitPSY，CitPDS等基因表達的升高，促進β-Cry的積累，而藍光無影響。但已有研究證實，藍光是調(diào)節(jié)花青素合成的最有效的方法之一，可以提高蘋果、櫻桃果實中花青素含量[13-14]。

此外，紅藍復合光常被認為是促進植物生長最理想的光照[15]。光照模式對果蔬色素也有影響，比如間歇光照比連續(xù)光照更促進萵苣中葉綠素含量的提高。而萵苣對間歇光的響應與光照和黑暗周期的頻率有關。

表1 LED光照對果蔬色素的影響
Table 1 Effect of LED irradiation on pigment in Fruits and vegetables

注：-表示無數(shù)據(jù)；RH表示相對濕度(下同)

2.1.1.2 LED光源對果蔬抗氧化活性物質(zhì)的影響

果蔬貨架期與生物活性成分的含量有關。因此，提高果蔬中天然抗氧化劑的含量可能是保持果蔬質(zhì)量的一個有價值的策略。許多次生代謝產(chǎn)物如酚類、類黃酮等物質(zhì)的積累常常取決于植物所接受的光的光譜成分。張娜等[10]研究發(fā)現(xiàn)紅光延緩花椰菜成熟過程中抗壞血酸的減少現(xiàn)象。多酚、類黃酮也是重要的抗氧化成分，多酚可以直接作為抗氧化劑或通過促進其他抗氧化劑的功效來發(fā)揮抗氧化作用。目前，關于LED對多酚物質(zhì)的影響的研究已經(jīng)比較廣泛。光質(zhì)在光照實驗中常具有重要影響，如KUANGJENYI等[16]用藍、綠、紅光分別處理香蕉，發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)對果蔬中營養(yǎng)物質(zhì)含量影響不同(表2)。此外，不僅單色光對于果蔬抗氧化作用有明顯作用，藍光、紅光和遠紅外組合的復合光照也被發(fā)現(xiàn)能提高空心菜、紅羅勒等微型綠色植物中類黃酮和多酚物質(zhì)的含量[17]。但目前，關于LED光照對果蔬營養(yǎng)成分的影響的研究仍主要集中在紅光和藍光中。

表2 LED對果蔬生理活性物質(zhì)的影響
Table 2 Effects of LED irradiation on physiological active substances in fruits and vegetables

2.1.2 LED光源對果蔬病害的影響

微生物是引起果蔬腐敗變質(zhì)的主要因素。許多研究發(fā)現(xiàn)LED光有抗真菌的作用。其中，藍光LED照射被認為對指狀青霉有抑制作用[18-19](表3)。BALLESTER等[19]探索了LED光照是否可通過調(diào)節(jié)乙烯或類黃酮的含量變化來提高柑橘對指狀青霉的抗性，但結(jié)果證明乙烯和類黃酮不是抗病的關鍵因素，其原因還待進一步探究。LED也被證明可以在保持鮮切水果質(zhì)量的情況下抑制微生物生長，減少食源性疾病的污染。如表3所示，LED光照可以通過促進細胞活性氧的產(chǎn)生從而抑制鮮切水果微生物生長，減少食源性疾病的污染[20]。

表3 LED對果蔬病害的影響
Table 3 Effect of LED irradiation on diseases of fruit and vegetable

2.1.3 LED光源對果蔬成熟衰老進程的調(diào)控

光照可以影響果蔬的成熟衰老。但不同物種對不同的光譜或強度有不同的反應。如表4所示，相同強度的紅光和遠紅外光處理油菜，其葉片的衰老呈相反的結(jié)果[21]。且植物色素受環(huán)境紅光(red light，R)：遠紅光(far-red light，F(xiàn)R)比率的調(diào)節(jié)。低R/FR比率將植物色素的活性形式轉(zhuǎn)換為非活性形式，而高R/FR比率將植物色素的不活躍形式轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚孕问健Ｒ坏┍患?，植物色素從細胞溶膠被輸送到細胞核，然后它們與植物色素相互作用因子(phytochrome interacting factors，PIF)相互作用[23]。LED對果蔬生長衰老的調(diào)節(jié)常通過調(diào)控乙烯生成來實現(xiàn)。例如，紅光能推遲西蘭花乙烯釋放高峰，延緩西蘭花品質(zhì)下降[10]。而藍光能促進桃果實乙烯的生成，促進桃果實軟化[22]。ZHOU等[24]用白光處理小白菜發(fā)現(xiàn)白色LED可以通過提高小白菜抗氧化酶活性，延緩小白菜的衰老(表4)。補光操作被發(fā)現(xiàn)對果實成熟也有調(diào)控作用，如紅光補光操作可以調(diào)控番茄果實中成熟相關調(diào)控因子和乙烯的產(chǎn)生來促進番茄的成熟[23]。

表4 LED對果蔬生長發(fā)育的影響
Table 4 Effect of LED irradiation on the growth and development of fruits and vegetables

2.2 UV在果蔬采后保鮮中的應用

2.2.1 UV對果蔬采后貯藏品質(zhì)的影響

UV也被發(fā)現(xiàn)與果蔬色澤相關，UVB照射能促進高叢藍莓花青素含量的積累，促進著色[25](表5)。HU等[2]發(fā)現(xiàn)長、中、短波的UV照射均能提高甜橙可溶性糖的含量和總類胡蘿卜素含量，且 UVA和UVC還能提高果實有機酸的含量[2](表5)。但不同種類果蔬對UV光響應可能不同，PERKINS-VEAZIE等[26]研究發(fā)現(xiàn)，用UVC處理兩種藍莓，Bluecrop藍莓的花青素含量提高了10%，而Collins藍莓的花青素含量未受影響[26]。此外，UVC處理具有一定提高抗氧化能力的作用，如UVC處理可以有效提高櫻桃總酚、類黃酮化合物的含量以及抗氧化相關酶活性[27-28](表5)。

表5 UV對果蔬營養(yǎng)品質(zhì)的影響
Table 5 Effect of UV irradiation on nutrient quality of fruits and vegetables

2.2.2 UV對果蔬成熟衰老進程的影響

UV輻照處理可以促進藍莓的成熟[25](表6)。而UVC輻照處理延緩番茄果實成熟[29-30]。如BARKA等[29]發(fā)現(xiàn)UVC可以調(diào)節(jié)細胞壁降解酶的活性，延緩果實組織的軟化，延緩番茄果實成熟。且UVC處理過的果實質(zhì)地更堅硬，顏色更鮮紅，成熟延遲。UVC對番茄成熟的影響與光強度有關，適宜的輻射量能有效延緩果實成熟衰老，而過量的UV劑量對果實有負面作用，引起果實褐變，表現(xiàn)為果實表面被太陽曬傷[30]。

表6 UV對果蔬成熟衰老的影響
Table 6 Effects of UV irradiation on ripening and senescence of fruits and vegetables

2.2.3 UV對果蔬采后貯藏病害的影響

短期UVB處理能引起檸檬對輻射的適應能力，增強果皮的天然防御力，抑制指狀青霉的生長[31]。UVB是植物防御的積極調(diào)節(jié)劑，通過引起苯丙烷類衍生物的變化，提高植物對草食動物和病原體的抗性。與UVA和UVB相比，UVC對塑料包裝和一些食品有更好的表面殺菌作用。主要作為抗病性的誘導劑而不是殺菌劑。如UVC可通過誘導酵母拮抗物的活性來減少根霉病、灰霉病、毛霉病的發(fā)生，防止桃果實腐爛[32](表7)，通過激活抗病相關基因表達，以及相關酶的活性增強了草莓對灰霉病的抗性[33]。還發(fā)現(xiàn)光照強度對防腐效果有影響，且在可見光下UVC的激效作用發(fā)生逆轉(zhuǎn)。UVC的作用機理主要依賴于其破壞微生物DNA的能力，通過促進胸腺嘧啶二聚體的形成影響微生物的功能導致其死亡[34](表7)。

表7 UV對果蔬病害的影響
Table 7 Effects of UV irradiation disease of fruit and vegetable

2.3 熒光燈在果蔬采后貯藏保鮮中的應用

熒光燈是種較傳統(tǒng)的光源，也可用于保持果蔬品質(zhì)、延長貨架期。許多研究發(fā)現(xiàn)，熒光照射對貯藏期的果蔬有顯著保鮮作用。熒光可顯著抑制花菜中多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)活性，降低可溶性醌積累和褐變指數(shù)的演變[35](表8)。詹麗娟等[36]實驗發(fā)現(xiàn)連續(xù)熒光可以維持鮮切西蘭花中葉綠素和類胡蘿卜素含量，降低黃化率(表8)。熒光還能促進蘋果中花青素的含量，達到給蘋果增紅的效果[37]。熒光處理還可以提高果蔬的生物活性物質(zhì)。暴露于熒光燈后，馬鈴薯的酚類化合物水平和抗氧化活性發(fā)生顯著變化，這些變化與馬鈴薯品種有關[38]。且實驗發(fā)現(xiàn)，用白，藍，紫熒光燈照射處理后，蘋果的花青素含量增加依次減少，說明光質(zhì)對果實的品質(zhì)也有影響[37](表8)。

表8 熒光燈對果蔬的保鮮作用
Table 8 Effect of fluorescent lamp irradiation on preservation of fruits and vegetables

2.4 脈沖光光源在果蔬采后保鮮中的應用

2.4.1 脈沖光對果蔬采后營養(yǎng)品質(zhì)的影響

脈沖光常用于鮮切果蔬的保鮮，并主要表現(xiàn)在對果蔬抗氧化能力的影響。MARIA等[39]提出脈沖光觸發(fā)了芒果酶和非酶抗氧化劑的積累，激活了果皮的抗氧化防御(表9)。AVALOS-LLANO等[40]用不同強度的脈沖光處理鮮切草莓，發(fā)現(xiàn)高強度的脈沖光處理會使切片中的維生素C和花青素含量降低，而低強度的脈沖光處理可以較好地保持其含量并防止草莓切片的軟化(表9)。在一定強度的脈沖光照射下，鮮切番茄片中番茄紅素和總酚含量顯著增加，能使新鮮番茄切片在冷藏18 d后抗氧化能力的損失最小化[41](表9)。DENOYA等[42]用脈沖光處理不同成熟度的柿果實發(fā)現(xiàn)不論什么成熟度，脈沖光都能在影響柿果實的理化性質(zhì)的前提下增強未成熟柿果實的抗氧化能力(表9)。

脈沖光也被發(fā)現(xiàn)具有提高果蔬營養(yǎng)成分的潛力。例如，AGUIL-AGUAYO等[43]曾實驗發(fā)現(xiàn)脈沖光預處理可以提高胡蘿卜切片聚乙炔和類胡蘿卜素含量，而不會對新鮮材料的顏色產(chǎn)生負面影響。采后脈沖光處理有彌補陽光照射不足對無花果和其他水果顏色發(fā)育的影響的潛力[44](表9)。

表9 脈沖光對果蔬營養(yǎng)品質(zhì)的影響
Table 9 Effects of pulsed light on nutrient quality of fruits and vegetables

2.4.2 脈沖光對果蔬表面的殺菌作用

脈沖光被廣泛用于果蔬的表面殺菌。有研究表明，脈沖光處理能夠減少蘑菇表面的原生菌群及草莓的霉病的發(fā)生率及軟化，且隨著強度增加越大，其效果越明顯延長保質(zhì)期，提供高質(zhì)量的產(chǎn)品[45-46]。脈沖光的殺菌作用主要歸因于胸腺嘧啶二聚體的形成對微生物DNA的損傷或脈沖作用引起的結(jié)構(gòu)損傷[47](表10)?；蛲ㄟ^光熱或光物理效應破壞細菌的細胞膜[46]。雖然脈沖光在保持果蔬營養(yǎng)價值的情況下能得到較好的表面殺菌作用，但它可能會對造成一些外觀缺陷[47](表10)。因此，使用脈沖光應在適當?shù)膹姸确秶鷥?nèi)以免引起損傷。

表10 脈沖光對果蔬表面殺菌作用
Table 10 Bactericidal effect of pulsed light on the surface of fruits and vegetables

3 不同光源在果蔬采后貯藏保鮮中應用存在 的問題

光照技術作為綠色安全的物理保鮮技術，對采后果蔬有較好的保鮮作用。但仍存在一些問題。熒光作為一種傳統(tǒng)光源，具有不易控制，尺寸笨重，易碎等缺點[5,49]。相比于熒光燈，LED、UV及脈沖光更綠色安全一些。然而，LED技術的研究目前還不夠全面，對于LED橙光、紫光等研究較少。且LED的保鮮機理不夠明確，單獨使用時保鮮效果不夠理想，常需要與其他保鮮技術聯(lián)用[1,4-5,50]。且其初始安裝成本較高，大規(guī)模應用存在困難。UV處理常用于對果蔬產(chǎn)品病原體的滅活，但其處理范圍限制在低濃度的液體或表面滅活。對果蔬品質(zhì)的影響不穩(wěn)定[51]；脈沖光設備昂貴，應用于工業(yè)成本較高[8]，且脈沖光的光熱效應可能會使果肉組織的細胞破裂，導致組織軟化或褐變[46]。光照技術雖然對果蔬保鮮有明顯的作用，但許多研究還處于對果蔬生理生化指標變化的研究，而引起這些變化的機理探究并不深入。

4 結(jié)語

綜上所述，光照處理可以有效減少果蔬微生物污染、延緩采后果蔬衰老，提高果蔬采后質(zhì)量。更重要的是，光照技術在適當?shù)奶幚硐?，可以提高果蔬中有益的代謝產(chǎn)物，增加果蔬營養(yǎng)價值。光照還可以改變水果的顏色、香氣和澀味等感官特性，有利于提高商業(yè)價值。為采后果蔬的保鮮提供了新的思路。

為了能在未來將光照技術更好地大規(guī)模應用于采后果蔬保鮮中，還應從以下幾點繼續(xù)探索：(1)近一步探索果蔬對光照反應的機制，更好運用光照來提高果蔬的品質(zhì);(2)不同果蔬對于光照技術的效應不同，因此通過實驗針對不同種類的果蔬確定不同的光照方式和條件，在確保經(jīng)濟的前提下達到最好的采后保鮮效果;(3)目前對于光照的研究大多停留在實驗室階段，如何形成工業(yè)化、規(guī)模化的應用還需進一步探索;(4)單獨光照技術保鮮效果并不明顯，如何與其他保鮮技術聯(lián)用值得進一步探索。