光照技术在果蔬采后贮藏保鲜中的应用研究进展

果蔬是人们日常饮食中必不可少的食物之一，为人们提供丰富的营养素。但果蔬采后易变质，给产业带来巨大经济损失。为减少果蔬在贮藏、销售过程中的腐败变质，产业中常用化学方法对果蔬进行保鲜处理。目前，已有许多研究探讨了采后外源化学处理对果实品质的维持作用。但化学保鲜剂常存在化学残留、产生抗性菌株的风险，因此，寻找一种绿色安全的保鲜方式成为了许多研究者们关注的问题。

光照技术因其无污染、无残留等特点逐渐进入研究者们的视野[1-2]。其在柑橘、苹果、香蕉、花椰菜等多种果蔬品质调控和病害控制等方面均表现出良好的应用潜力。本文综述了发光二极管(light emitting diode, LED)、紫外光(ultra violet, UV)、荧光灯和脉冲光等几种光照处理在果蔬保鲜中的作用，同时指出目前这些光照技术存在的问题，并对未来采后光照保鲜技术进行了展望。

1 果蔬采后贮藏保鲜中常用的光源

1.1 LED光源

LED最早出现在1964年，直到20世纪80年代才被应用在植物研究中[3]。它是一种固态发光装置，发射窄波光。与传统光源相比，LED光具有光质纯、节能环保、安全系数高等优点。此外，生产者还可根据特定的植物选择特定波长以适应植物的生长[4]。红光(660 nm)和蓝光(420～450 nm)是最常用的LED光源，能提高植物体内叶绿素的含量，在光合作用中最为重要[5]。

1.2 UV光源

UV在X射线(200 nm)和可见光(400 nm)波长范围之间的电磁波谱的非电离区占据了很宽的波段，波长在100～400 nm，可细分为长波(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因其能有效杀灭细菌和病毒，被称作杀菌范围。UV具有损害微生物DNA的作用，被广泛应用在表面净化和空气消毒中[6]。除此之外，UV光在提高新鲜果蔬营养品质、增长货架期中也具有一定的潜力。目前UVA、UVB和UVC在生鲜食品中均有应用。

1.3 荧光

荧光灯通常被用作普通照明，是一种低压、低阴极汞蒸汽放电灯。其灯管内壁涂有荧光材料，管内充有汞和惰性气体。在管内气体电离放电时，会放出大量的紫外线，管壁的荧光材料会将发出的紫外线辐射转化为可见光[7]。

1.4 脉冲光

“脉冲光”这一术语自1980年以来就为人所知，并于1996年首次被美国食品和药物管理局用于食品加工[8]。它可以在消耗很少能量的情况下将高达70 kV/cm的高压电脉冲在几秒钟的时间内放电至食品中。在不影响食品品质的情况下减少食品中的害虫、腐败微生物和病原体，可作为传统消毒和保存方法的替代方法[9]。

2 不同光源在果蔬采后贮藏保鲜中的应用

2.1 LED光源在果蔬采后保鲜中的应用

2.1.1 LED光源对果蔬营养品质的影响

2.1.1.1 LED光源对果蔬色素物质的影响

果蔬色泽是果蔬成熟度的一个重要指标，常与类胡萝卜素、叶绿素和花青素等色素物质有关。如表1所示，LED光在多种果蔬色泽调控方面有明显作用。低温下，红光可以延缓西兰花叶绿素降解[10]。柑橘中，蓝光可影响色素代谢促进柑橘褪绿[11]。MA等[12]发现红光可诱导柑橘CitPSY，CitPDS等基因表达的升高，促进β-Cry的积累，而蓝光无影响。但已有研究证实，蓝光是调节花青素合成的最有效的方法之一，可以提高苹果、樱桃果实中花青素含量[13-14]。

此外，红蓝复合光常被认为是促进植物生长最理想的光照[15]。光照模式对果蔬色素也有影响，比如间歇光照比连续光照更促进莴苣中叶绿素含量的提高。而莴苣对间歇光的响应与光照和黑暗周期的频率有关。

表1 LED光照对果蔬色素的影响
Table 1 Effect of LED irradiation on pigment in Fruits and vegetables

注：-表示无数据；RH表示相对湿度(下同)

2.1.1.2 LED光源对果蔬抗氧化活性物质的影响

果蔬货架期与生物活性成分的含量有关。因此，提高果蔬中天然抗氧化剂的含量可能是保持果蔬质量的一个有价值的策略。许多次生代谢产物如酚类、类黄酮等物质的积累常常取决于植物所接受的光的光谱成分。张娜等[10]研究发现红光延缓花椰菜成熟过程中抗坏血酸的减少现象。多酚、类黄酮也是重要的抗氧化成分，多酚可以直接作为抗氧化剂或通过促进其他抗氧化剂的功效来发挥抗氧化作用。目前，关于LED对多酚物质的影响的研究已经比较广泛。光质在光照实验中常具有重要影响，如KUANGJENYI等[16]用蓝、绿、红光分别处理香蕉，发现不同光质对果蔬中营养物质含量影响不同(表2)。此外，不仅单色光对于果蔬抗氧化作用有明显作用，蓝光、红光和远红外组合的复合光照也被发现能提高空心菜、红罗勒等微型绿色植物中类黄酮和多酚物质的含量[17]。但目前，关于LED光照对果蔬营养成分的影响的研究仍主要集中在红光和蓝光中。

表2 LED对果蔬生理活性物质的影响
Table 2 Effects of LED irradiation on physiological active substances in fruits and vegetables

2.1.2 LED光源对果蔬病害的影响

微生物是引起果蔬腐败变质的主要因素。许多研究发现LED光有抗真菌的作用。其中，蓝光LED照射被认为对指状青霉有抑制作用[18-19](表3)。BALLESTER等[19]探索了LED光照是否可通过调节乙烯或类黄酮的含量变化来提高柑橘对指状青霉的抗性，但结果证明乙烯和类黄酮不是抗病的关键因素，其原因还待进一步探究。LED也被证明可以在保持鲜切水果质量的情况下抑制微生物生长，减少食源性疾病的污染。如表3所示，LED光照可以通过促进细胞活性氧的产生从而抑制鲜切水果微生物生长，减少食源性疾病的污染[20]。

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

2.1.3 LED光源对果蔬成熟衰老进程的调控

光照可以影响果蔬的成熟衰老。但不同物种对不同的光谱或强度有不同的反应。如表4所示，相同强度的红光和远红外光处理油菜，其叶片的衰老呈相反的结果[21]。且植物色素受环境红光(red light，R)：远红光(far-red light，FR)比率的调节。低R/FR比率将植物色素的活性形式转换为非活性形式，而高R/FR比率将植物色素的不活跃形式转变为活性形式。一旦被激励，植物色素从细胞溶胶被输送到细胞核，然后它们与植物色素相互作用因子(phytochrome interacting factors，PIF)相互作用[23]。LED对果蔬生长衰老的调节常通过调控乙烯生成来实现。例如，红光能推迟西兰花乙烯释放高峰，延缓西兰花品质下降[10]。而蓝光能促进桃果实乙烯的生成，促进桃果实软化[22]。ZHOU等[24]用白光处理小白菜发现白色LED可以通过提高小白菜抗氧化酶活性，延缓小白菜的衰老(表4)。补光操作被发现对果实成熟也有调控作用，如红光补光操作可以调控番茄果实中成熟相关调控因子和乙烯的产生来促进番茄的成熟[23]。

表4 LED对果蔬生长发育的影响
Table 4 Effect of LED irradiation on the growth and development of fruits and vegetables

2.2 UV在果蔬采后保鲜中的应用

2.2.1 UV对果蔬采后贮藏品质的影响

UV也被发现与果蔬色泽相关，UVB照射能促进高丛蓝莓花青素含量的积累，促进着色[25](表5)。HU等[2]发现长、中、短波的UV照射均能提高甜橙可溶性糖的含量和总类胡萝卜素含量，且 UVA和UVC还能提高果实有机酸的含量[2](表5)。但不同种类果蔬对UV光响应可能不同，PERKINS-VEAZIE等[26]研究发现，用UVC处理两种蓝莓，Bluecrop蓝莓的花青素含量提高了10%，而Collins蓝莓的花青素含量未受影响[26]。此外，UVC处理具有一定提高抗氧化能力的作用，如UVC处理可以有效提高樱桃总酚、类黄酮化合物的含量以及抗氧化相关酶活性[27-28](表5)。

表5 UV对果蔬营养品质的影响
Table 5 Effect of UV irradiation on nutrient quality of fruits and vegetables

2.2.2 UV对果蔬成熟衰老进程的影响

UV辐照处理可以促进蓝莓的成熟[25](表6)。而UVC辐照处理延缓番茄果实成熟[29-30]。如BARKA等[29]发现UVC可以调节细胞壁降解酶的活性，延缓果实组织的软化，延缓番茄果实成熟。且UVC处理过的果实质地更坚硬，颜色更鲜红，成熟延迟。UVC对番茄成熟的影响与光强度有关，适宜的辐射量能有效延缓果实成熟衰老，而过量的UV剂量对果实有负面作用，引起果实褐变，表现为果实表面被太阳晒伤[30]。

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

2.2.3 UV对果蔬采后贮藏病害的影响

短期UVB处理能引起柠檬对辐射的适应能力，增强果皮的天然防御力，抑制指状青霉的生长[31]。UVB是植物防御的积极调节剂，通过引起苯丙烷类衍生物的变化，提高植物对草食动物和病原体的抗性。与UVA和UVB相比，UVC对塑料包装和一些食品有更好的表面杀菌作用。主要作为抗病性的诱导剂而不是杀菌剂。如UVC可通过诱导酵母拮抗物的活性来减少根霉病、灰霉病、毛霉病的发生，防止桃果实腐烂[32](表7)，通过激活抗病相关基因表达，以及相关酶的活性增强了草莓对灰霉病的抗性[33]。还发现光照强度对防腐效果有影响，且在可见光下UVC的激效作用发生逆转。UVC的作用机理主要依赖于其破坏微生物DNA的能力，通过促进胸腺嘧啶二聚体的形成影响微生物的功能导致其死亡[34](表7)。

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

2.3 荧光灯在果蔬采后贮藏保鲜中的应用

荧光灯是种较传统的光源，也可用于保持果蔬品质、延长货架期。许多研究发现，荧光照射对贮藏期的果蔬有显著保鲜作用。荧光可显著抑制花菜中多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和过氧化物酶(peroxidase，POD)活性，降低可溶性醌积累和褐变指数的演变[35](表8)。詹丽娟等[36]实验发现连续荧光可以维持鲜切西兰花中叶绿素和类胡萝卜素含量，降低黄化率(表8)。荧光还能促进苹果中花青素的含量，达到给苹果增红的效果[37]。荧光处理还可以提高果蔬的生物活性物质。暴露于荧光灯后，马铃薯的酚类化合物水平和抗氧化活性发生显著变化，这些变化与马铃薯品种有关[38]。且实验发现，用白，蓝，紫荧光灯照射处理后，苹果的花青素含量增加依次减少，说明光质对果实的品质也有影响[37](表8)。

表8 荧光灯对果蔬的保鲜作用
Table 8 Effect of fluorescent lamp irradiation on preservation of fruits and vegetables

2.4 脉冲光光源在果蔬采后保鲜中的应用

2.4.1 脉冲光对果蔬采后营养品质的影响

脉冲光常用于鲜切果蔬的保鲜，并主要表现在对果蔬抗氧化能力的影响。MARIA等[39]提出脉冲光触发了芒果酶和非酶抗氧化剂的积累，激活了果皮的抗氧化防御(表9)。AVALOS-LLANO等[40]用不同强度的脉冲光处理鲜切草莓，发现高强度的脉冲光处理会使切片中的维生素C和花青素含量降低，而低强度的脉冲光处理可以较好地保持其含量并防止草莓切片的软化(表9)。在一定强度的脉冲光照射下，鲜切番茄片中番茄红素和总酚含量显著增加，能使新鲜番茄切片在冷藏18 d后抗氧化能力的损失最小化[41](表9)。DENOYA等[42]用脉冲光处理不同成熟度的柿果实发现不论什么成熟度，脉冲光都能在影响柿果实的理化性质的前提下增强未成熟柿果实的抗氧化能力(表9)。

脉冲光也被发现具有提高果蔬营养成分的潜力。例如，AGUIL-AGUAYO等[43]曾实验发现脉冲光预处理可以提高胡萝卜切片聚乙炔和类胡萝卜素含量，而不会对新鲜材料的颜色产生负面影响。采后脉冲光处理有弥补阳光照射不足对无花果和其他水果颜色发育的影响的潜力[44](表9)。

表9 脉冲光对果蔬营养品质的影响
Table 9 Effects of pulsed light on nutrient quality of fruits and vegetables

2.4.2 脉冲光对果蔬表面的杀菌作用

脉冲光被广泛用于果蔬的表面杀菌。有研究表明，脉冲光处理能够减少蘑菇表面的原生菌群及草莓的霉病的发生率及软化，且随着强度增加越大，其效果越明显延长保质期，提供高质量的产品[45-46]。脉冲光的杀菌作用主要归因于胸腺嘧啶二聚体的形成对微生物DNA的损伤或脉冲作用引起的结构损伤[47](表10)。或通过光热或光物理效应破坏细菌的细胞膜[46]。虽然脉冲光在保持果蔬营养价值的情况下能得到较好的表面杀菌作用，但它可能会对造成一些外观缺陷[47](表10)。因此，使用脉冲光应在适当的强度范围内以免引起损伤。

表10 脉冲光对果蔬表面杀菌作用
Table 10 Bactericidal effect of pulsed light on the surface of fruits and vegetables

3 不同光源在果蔬采后贮藏保鲜中应用存在 的问题

光照技术作为绿色安全的物理保鲜技术，对采后果蔬有较好的保鲜作用。但仍存在一些问题。荧光作为一种传统光源，具有不易控制，尺寸笨重，易碎等缺点[5,49]。相比于荧光灯，LED、UV及脉冲光更绿色安全一些。然而，LED技术的研究目前还不够全面，对于LED橙光、紫光等研究较少。且LED的保鲜机理不够明确，单独使用时保鲜效果不够理想，常需要与其他保鲜技术联用[1,4-5,50]。且其初始安装成本较高，大规模应用存在困难。UV处理常用于对果蔬产品病原体的灭活，但其处理范围限制在低浓度的液体或表面灭活。对果蔬品质的影响不稳定[51]；脉冲光设备昂贵，应用于工业成本较高[8]，且脉冲光的光热效应可能会使果肉组织的细胞破裂，导致组织软化或褐变[46]。光照技术虽然对果蔬保鲜有明显的作用，但许多研究还处于对果蔬生理生化指标变化的研究，而引起这些变化的机理探究并不深入。

4 结语

综上所述，光照处理可以有效减少果蔬微生物污染、延缓采后果蔬衰老，提高果蔬采后质量。更重要的是，光照技术在适当的处理下，可以提高果蔬中有益的代谢产物，增加果蔬营养价值。光照还可以改变水果的颜色、香气和涩味等感官特性，有利于提高商业价值。为采后果蔬的保鲜提供了新的思路。

为了能在未来将光照技术更好地大规模应用于采后果蔬保鲜中，还应从以下几点继续探索：(1)近一步探索果蔬对光照反应的机制，更好运用光照来提高果蔬的品质;(2)不同果蔬对于光照技术的效应不同，因此通过实验针对不同种类的果蔬确定不同的光照方式和条件，在确保经济的前提下达到最好的采后保鲜效果;(3)目前对于光照的研究大多停留在实验室阶段，如何形成工业化、规模化的应用还需进一步探索;(4)单独光照技术保鲜效果并不明显，如何与其他保鲜技术联用值得进一步探索。