光照技術(shù)在果蔬采后貯藏保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展

曹婷婷，曾凱芳,2，鄧麗莉,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(西南大學(xué) 食品貯藏與物流研究中心，重慶，400715)

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(yíng)養(yǎng)素。但果蔬采后易變質(zhì)，給產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。為減少果蔬在貯藏、銷(xiāo)售過(guò)程中的腐敗變質(zhì)，產(chǎn)業(yè)中常用化學(xué)方法對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮處理。目前，已有許多研究探討了采后外源化學(xué)處理對(duì)果實(shí)品質(zhì)的維持作用。但化學(xué)保鮮劑常存在化學(xué)殘留、產(chǎn)生抗性菌株的風(fēng)險(xiǎn)，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(guān)注的問(wèn)題。

光照技術(shù)因其無(wú)污染、無(wú)殘留等特點(diǎn)逐漸進(jìn)入研究者們的視野[1-2]。其在柑橘、蘋(píng)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(yīng)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(shí)指出目前這些光照技術(shù)存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)采后光照保鮮技術(shù)進(jìn)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(jì)80年代才被應(yīng)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(diǎn)。此外，生產(chǎn)者還可根據(jù)特定的植物選擇特定波長(zhǎng)以適應(yīng)植物的生長(zhǎng)[4]。紅光(660 nm)和藍(lán)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(jiàn)光(400 nm)波長(zhǎng)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(zhǎng)在100～400 nm，可細(xì)分為長(zhǎng)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(xì)菌和病毒，被稱(chēng)作殺菌范圍。UV具有損害微生物DNA的作用，被廣泛應(yīng)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(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、增長(zhǎng)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(yīng)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(shí)，會(huì)放出大量的紫外線，管壁的熒光材料會(huì)將發(fā)出的紫外線輻射轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光[7]。

1.4 脈沖光

“脈沖光”這一術(shù)語(yǔ)自1980年以來(lái)就為人所知，并于1996年首次被美國(guó)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(dá)70 kV/cm的高壓電脈沖在幾秒鐘的時(shí)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(chóng)、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(yīng)用

2.1 LED光源在果蔬采后保鮮中的應(yīng)用

2.1.1 LED光源對(duì)果蔬營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.1.1.1 LED光源對(duì)果蔬色素物質(zhì)的影響

果蔬色澤是果蔬成熟度的一個(gè)重要指標(biāo)，常與類(lèi)胡蘿卜素、葉綠素和花青素等色素物質(zhì)有關(guān)。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(lán)光可影響色素代謝促進(jìn)柑橘褪綠[11]。MA等[12]發(fā)現(xiàn)紅光可誘導(dǎo)柑橘CitPSY，CitPDS等基因表達(dá)的升高，促進(jìn)β-Cry的積累，而藍(lán)光無(wú)影響。但已有研究證實(shí)，藍(lán)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(píng)果、櫻桃果實(shí)中花青素含量[13-14]。

此外，紅藍(lán)復(fù)合光常被認(rèn)為是促進(jìn)植物生長(zhǎng)最理想的光照[15]。光照模式對(duì)果蔬色素也有影響，比如間歇光照比連續(xù)光照更促進(jìn)萵苣中葉綠素含量的提高。而萵苣對(duì)間歇光的響應(yīng)與光照和黑暗周期的頻率有關(guān)。

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

2.1.1.2 LED光源對(duì)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(guān)。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(gè)有價(jià)值的策略。許多次生代謝產(chǎn)物如酚類(lèi)、類(lèi)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(guò)程中抗壞血酸的減少現(xiàn)象。多酚、類(lèi)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(guò)促進(jìn)其他抗氧化劑的功效來(lái)發(fā)揮抗氧化作用。目前，關(guān)于LED對(duì)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(shí)驗(yàn)中常具有重要影響，如KUANGJENYI等[16]用藍(lán)、綠、紅光分別處理香蕉，發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)對(duì)果蔬中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量影響不同(表2)。此外，不僅單色光對(duì)于果蔬抗氧化作用有明顯作用，藍(lán)光、紅光和遠(yuǎn)紅外組合的復(fù)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(lèi)黃酮和多酚物質(zhì)的含量[17]。但目前，關(guān)于LED光照對(duì)果蔬營(yíng)養(yǎng)成分的影響的研究仍主要集中在紅光和藍(lán)光中。

表2 LED對(duì)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(duì)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(lán)光LED照射被認(rèn)為對(duì)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(guò)調(diào)節(jié)乙烯或類(lèi)黃酮的含量變化來(lái)提高柑橘對(duì)指狀青霉的抗性，但結(jié)果證明乙烯和類(lèi)黃酮不是抗病的關(guān)鍵因素，其原因還待進(jìn)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(zhǎng)，減少食源性疾病的污染。如表3所示，LED光照可以通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞活性氧的產(chǎn)生從而抑制鮮切水果微生物生長(zhǎng)，減少食源性疾病的污染[20]。

表3 LED對(duì)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(duì)果蔬成熟衰老進(jìn)程的調(diào)控

光照可以影響果蔬的成熟衰老。但不同物種對(duì)不同的光譜或強(qiáng)度有不同的反應(yīng)。如表4所示，相同強(qiáng)度的紅光和遠(yuǎn)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(yuǎn)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?。一旦被激?lì)，植物色素從細(xì)胞溶膠被輸送到細(xì)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(duì)果蔬生長(zhǎng)衰老的調(diào)節(jié)常通過(guò)調(diào)控乙烯生成來(lái)實(shí)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(lán)光能促進(jìn)桃果實(shí)乙烯的生成，促進(jìn)桃果實(shí)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(guò)提高小白菜抗氧化酶活性，延緩小白菜的衰老(表4)。補(bǔ)光操作被發(fā)現(xiàn)對(duì)果實(shí)成熟也有調(diào)控作用，如紅光補(bǔ)光操作可以調(diào)控番茄果實(shí)中成熟相關(guān)調(diào)控因子和乙烯的產(chǎn)生來(lái)促進(jìn)番茄的成熟[23]。

表4 LED對(duì)果蔬生長(zhǎng)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(yīng)用

2.2.1 UV對(duì)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(guān)，UVB照射能促進(jìn)高叢藍(lán)莓花青素含量的積累，促進(jìn)著色[25](表5)。HU等[2]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)、中、短波的UV照射均能提高甜橙可溶性糖的含量和總類(lèi)胡蘿卜素含量，且 UVA和UVC還能提高果實(shí)有機(jī)酸的含量[2](表5)。但不同種類(lèi)果蔬對(duì)UV光響應(yīng)可能不同，PERKINS-VEAZIE等[26]研究發(fā)現(xiàn)，用UVC處理兩種藍(lán)莓，Bluecrop藍(lán)莓的花青素含量提高了10%，而Collins藍(lán)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(lèi)黃酮化合物的含量以及抗氧化相關(guān)酶活性[27-28](表5)。

表5 UV對(duì)果蔬營(yíng)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(duì)果蔬成熟衰老進(jìn)程的影響

UV輻照處理可以促進(jìn)藍(lán)莓的成熟[25](表6)。而UVC輻照處理延緩番茄果實(shí)成熟[29-30]。如BARKA等[29]發(fā)現(xiàn)UVC可以調(diào)節(jié)細(xì)胞壁降解酶的活性，延緩果實(shí)組織的軟化，延緩番茄果實(shí)成熟。且UVC處理過(guò)的果實(shí)質(zhì)地更堅(jiān)硬，顏色更鮮紅，成熟延遲。UVC對(duì)番茄成熟的影響與光強(qiáng)度有關(guān)，適宜的輻射量能有效延緩果實(shí)成熟衰老，而過(guò)量的UV劑量對(duì)果實(shí)有負(fù)面作用，引起果實(shí)褐變，表現(xiàn)為果實(shí)表面被太陽(yáng)曬傷[30]。

表6 UV對(duì)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(duì)果蔬采后貯藏病害的影響

短期UVB處理能引起檸檬對(duì)輻射的適應(yīng)能力，增強(qiáng)果皮的天然防御力，抑制指狀青霉的生長(zhǎng)[31]。UVB是植物防御的積極調(diào)節(jié)劑，通過(guò)引起苯丙烷類(lèi)衍生物的變化，提高植物對(duì)草食動(dòng)物和病原體的抗性。與UVA和UVB相比，UVC對(duì)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(dǎo)劑而不是殺菌劑。如UVC可通過(guò)誘導(dǎo)酵母拮抗物的活性來(lái)減少根霉病、灰霉病、毛霉病的發(fā)生，防止桃果實(shí)腐爛[32](表7)，通過(guò)激活抗病相關(guān)基因表達(dá)，以及相關(guān)酶的活性增強(qiáng)了草莓對(duì)灰霉病的抗性[33]。還發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度對(duì)防腐效果有影響，且在可見(jiàn)光下UVC的激效作用發(fā)生逆轉(zhuǎn)。UVC的作用機(jī)理主要依賴于其破壞微生物DNA的能力，通過(guò)促進(jìn)胸腺嘧啶二聚體的形成影響微生物的功能導(dǎo)致其死亡[34](表7)。

表7 UV對(duì)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(yīng)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(zhǎng)貨架期。許多研究發(fā)現(xiàn)，熒光照射對(duì)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(guò)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)連續(xù)熒光可以維持鮮切西蘭花中葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量，降低黃化率(表8)。熒光還能促進(jìn)蘋(píng)果中花青素的含量，達(dá)到給蘋(píng)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(lèi)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(guān)[38]。且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用白，藍(lán)，紫熒光燈照射處理后，蘋(píng)果的花青素含量增加依次減少，說(shuō)明光質(zhì)對(duì)果實(shí)的品質(zhì)也有影響[37](表8)。

表8 熒光燈對(duì)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(yīng)用

2.4.1 脈沖光對(duì)果蔬采后營(yíng)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(duì)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(qiáng)度的脈沖光處理鮮切草莓，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的脈沖光處理會(huì)使切片中的維生素C和花青素含量降低，而低強(qiáng)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(qiáng)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(shí)發(fā)現(xiàn)不論什么成熟度，脈沖光都能在影響柿果實(shí)的理化性質(zhì)的前提下增強(qiáng)未成熟柿果實(shí)的抗氧化能力(表9)。

脈沖光也被發(fā)現(xiàn)具有提高果蔬營(yíng)養(yǎng)成分的潛力。例如，AGUIL-AGUAYO等[43]曾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脈沖光預(yù)處理可以提高胡蘿卜切片聚乙炔和類(lèi)胡蘿卜素含量，而不會(huì)對(duì)新鮮材料的顏色產(chǎn)生負(fù)面影響。采后脈沖光處理有彌補(bǔ)陽(yáng)光照射不足對(duì)無(wú)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(duì)果蔬營(yíng)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(duì)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(qiáng)度增加越大，其效果越明顯延長(zhǎng)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?dú)w因于胸腺嘧啶二聚體的形成對(duì)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^(guò)光熱或光物理效應(yīng)破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜[46]。雖然脈沖光在保持果蔬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的情況下能得到較好的表面殺菌作用，但它可能會(huì)對(duì)造成一些外觀缺陷[47](表10)。因此，使用脈沖光應(yīng)在適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度范圍內(nèi)以免引起損傷。

表10 脈沖光對(duì)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(yīng)用存在 的問(wèn)題

光照技術(shù)作為綠色安全的物理保鮮技術(shù)，對(duì)采后果蔬有較好的保鮮作用。但仍存在一些問(wèn)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(diǎn)[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(shù)的研究目前還不夠全面，對(duì)于LED橙光、紫光等研究較少。且LED的保鮮機(jī)理不夠明確，單獨(dú)使用時(shí)保鮮效果不夠理想，常需要與其他保鮮技術(shù)聯(lián)用[1,4-5,50]。且其初始安裝成本較高，大規(guī)模應(yīng)用存在困難。UV處理常用于對(duì)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(duì)果蔬品質(zhì)的影響不穩(wěn)定[51]；脈沖光設(shè)備昂貴，應(yīng)用于工業(yè)成本較高[8]，且脈沖光的光熱效應(yīng)可能會(huì)使果肉組織的細(xì)胞破裂，導(dǎo)致組織軟化或褐變[46]。光照技術(shù)雖然對(duì)果蔬保鮮有明顯的作用，但許多研究還處于對(duì)果蔬生理生化指標(biāo)變化的研究，而引起這些變化的機(jī)理探究并不深入。

4 結(jié)語(yǔ)

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(shù)在適當(dāng)?shù)奶幚硐?，可以提高果蔬中有益的代謝產(chǎn)物，增加果蔬營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(jià)值。為采后果蔬的保鮮提供了新的思路。

為了能在未來(lái)將光照技術(shù)更好地大規(guī)模應(yīng)用于采后果蔬保鮮中，還應(yīng)從以下幾點(diǎn)繼續(xù)探索：(1)近一步探索果蔬對(duì)光照反應(yīng)的機(jī)制，更好運(yùn)用光照來(lái)提高果蔬的品質(zhì);(2)不同果蔬對(duì)于光照技術(shù)的效應(yīng)不同，因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)針對(duì)不同種類(lèi)的果蔬確定不同的光照方式和條件，在確保經(jīng)濟(jì)的前提下達(dá)到最好的采后保鮮效果;(3)目前對(duì)于光照的研究大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，如何形成工業(yè)化、規(guī)?；膽?yīng)用還需進(jìn)一步探索;(4)單獨(dú)光照技術(shù)保鮮效果并不明顯，如何與其他保鮮技術(shù)聯(lián)用值得進(jìn)一步探索。