光照技术在果蔬采后贮藏保鲜中的应用

詹丽娟，李颖

(河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州，450002)

VARRI J F, et al. Influence of exposure to light on the sensorial quality of minimally processed cauliflower[J]. Journal of Food Science, 2007,72(1),S012-S018.



光照技术在果蔬采后贮藏保鲜中的应用

詹丽娟，李颖

(河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州，450002)

光照技术作为一种新兴的物理保鲜方法具有来源广泛、操作简单、成本低廉、无毒害、无残留、对环境友好等优点，因此该方法近年来在果蔬采后保鲜中得到广泛的研究和应用。文中简要分析光照处理保鲜的可能机理，重点阐述光照处理对果蔬采后生理生化和营养品质变化的影响，并对其可能的作用机制进行解析，最后提出该技术目前存在的问题。

光照；果蔬；保鲜；叶绿素；营养品质

光照处理在果蔬保鲜中的应用研究最早可追溯到1972年，PEACOCK[1]首次报道连续荧光照射处理对香蕉果实采后呼吸跃变期的影响。但由于早期化学保鲜剂在果蔬保鲜中的广泛应用，光照处理一直未得到快速的研究与发展。近年来，随着消费者对安全、廉价和环境友好型食品需求的增加，光照处理作为一种绿色安全的物理保鲜方法才逐渐引起人们的广泛关注并得到迅速发展。同传统的物理保鲜方法和化学试剂保鲜方法相比，光照处理具有来源广泛、操作简单、成本低廉、无毒害、无副产物残留、对环境友好等其他方法无法比拟的优点[2]，完全满足现代工业生产和消费者对安全环保型食品的生产和需求。尽管如此，国内外对光照技术在果蔬保鲜中的应用研究还处于探索阶段，主要集中研究光照强度和周期对果蔬采后营养品质和生理变化的影响[2-13]，而对光照处理保鲜果蔬作用机制知之甚少，尚无一致定论；有关光照处理保鲜果蔬的综述文献更未见报道，因此，本文就光照处理对果蔬采后生理生化和营养品质变化的影响进行简要综述，并对其可能的作用机制进行解析。

1　光照处理保鲜机理

目前有关光照处理延缓果蔬采后衰老的调控机理说法尚不统一，有些研究结果甚至相互矛盾。归纳起来主要有以下几种观点：(1)光照处理引起叶片气孔开放延缓衰老，光敏色素参与光延迟叶绿体衰老进程[14]；(2)光照处理延缓组织衰老主要通过光合作用产生糖类物质，而非光敏色素的作用[15]；(3)通过光合作用和呼吸作用形成ATP所致，形成的糖类作用是间接的，甚至作用很小[16]；(4)光抑制果蔬组织内乙烯的释放量并推迟乙烯峰的出现，从而延缓组织衰老[17]。

2　光照处理对果蔬采后生理变化的影响

2.1光照处理对果蔬采后色泽变化的影响

颜色是消费者选择购买果蔬时第一感官指标，新鲜果蔬主要含有叶绿素、花青素和类胡萝卜素等，多种色素物质存在共同构成果蔬特有的颜色。果蔬颜色的转变，常常是其后熟衰老的主要标志，尤其是绿叶蔬菜在贮藏过程中由于叶绿素降解而导致的叶片黄化是其衰老的主要症状之一。研究表明，强度为24μmol/(m2·s)(2 000lx)可见光连续照射处理能显著减缓鲜切西兰花(Brassica oleraceaL.)贮藏期间叶绿素降解和黄化发生率[18-19]；5μmol/(m2·s)的红光每天24h连续照射可使芫荽和蕹菜叶绿素含量分别比黑暗对照高出约76%和93%[20-21]。相似的结果在生菜(Lactuca sativaL.var.longifolia)、芹菜(Apium graveolensvar.dulce)、中国羽衣甘蓝(Brassica oleraceavar.alboglabra)、芦笋(Asparagus officinalisL.)等绿色蔬菜也中也有报道(表1)。研究者们认为这可能是由于光照条件下，仍具生命活力的绿色蔬菜组织在贮藏初期一段时间内仍然进行短期的光和作用，合成一定量色素，从而补充因贮藏衰老而降解的色素[18-19]。另外，在光照条件下，与叶绿素分解有关酶类活性得到不同程度的抑制，叶绿素分解缓慢，植物的绿色被维持[20-21]；而在黑暗条件下，绿色植物由于不能合成叶绿素，降解的叶绿素不能得到及时补充，从而导致绿色变浅。此外，研究者们还发现，无论在光照还是黑暗条件下，叶绿素b下降速率比叶绿素a快，主要是由于在叶绿素降解过程中，叶绿素b首先转化成叶绿素a，从而导致叶绿素a下降速度较叶绿素b缓慢[7,22-23]。

除了对叶绿素代谢有显著影响外，光照处理还调控果蔬采后红色素的变化。未成熟的绿色草莓采后用强度为98μmol/(m2·s)绿光每天照射5min处理后，和黑暗对照相比，在贮藏第6天颜色由绿色显著变成深红色，该红色素的主要成分为花青素和天竺葵色素苷[24]。然而，和绿光作用相反，蓝光处理显著抑制成熟的绿色西红柿番茄红素的合成，延缓其颜色由绿转红，从而延长其贮藏期[25]。

2.2光照处理对果蔬采后呼吸代谢的影响

呼吸是维持果蔬正常生命代谢的前提条件，也是采后果蔬基本的生理过程。离体果蔬采后呼吸作用受多种因素的影响，如采前栽培措施、采收时受机械伤害程度以及采后贮藏环境条件等。光照处理对果蔬采后呼吸作用的影响因果蔬颜色不同而异。绿色果蔬如青椒和西兰花经光照后呼吸强度都有不同程度的下降，光照处理延缓其呼吸代谢；而非绿色果蔬如花椰菜和双孢菇呼吸作用几乎不受光照处理的影响[8,27]。这可能是因为绿色果蔬由于含有叶绿素，在贮藏过程除了进行呼吸作用外，还进行光合作用，吸收CO2气体，释放O2，从而导致包装袋内顶空CO2气体含量降低；而非绿色果蔬由于不能进行光合作用吸收CO2气体，使得最终包装袋顶空CO2气体含量高于绿色果蔬[27]。此外，光照对离体果蔬呼吸强度的影响还与贮藏温度有关，一般来说，贮藏温度越高，光照对呼吸强度的影响越大，也越有利于绿色果蔬光合作用。所以在光照条件下，通过采用相对适当的高温贮藏提高绿色果蔬光合作用，从而抵消其呼吸作用的物质消耗，既能维持果蔬品质，延长其贮藏期，又能减少低温能量消耗，从而降低生产成本[28]。

2.3光照处理对果蔬相关酶活性的影响

影响果蔬采后颜色和品质变化的酶类很多，如多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)等。PPO和POD能在氧气参与下氧化底物酚类生成黑色素物质，导致果蔬酶促褐变。而PAL是果蔬中重要营养物质多酚类合成的关键限速酶，其活性高低直接影响果蔬的营养品质。因此，文献多集中研究光照对上述酶类活性的影响[2-3,29-31]。强度分别为24和30μmol/(m2·s)可见光连续照射能显著抑制花椰菜[3]、芹菜[30]、生菜[31]等蔬菜贮藏期间PPO和POD活性，降低其褐变指数。体外实验进一步证明光照处理抑制PPO酶活性与改变其蛋白结构有关，有2种可能的机制：一是光照处理可使酶蛋白中的氨基酸如色氨酸、酪氨酸、组氨酸等受到光氧化后形成激发态自由基；二是光敏色素吸收光子后产生单线态氧，从而氧化破坏酶蛋白结构[2]。PAL与PPO、POD对光照处理应答不同，PAL活性在光照条件下迅速增强，从而增加果蔬组织内酚类物质的富集[30-31]，相似的结果也被THWE等[32]研究人员证实，该研究发现LED光照显著上调荞麦幼苗PAL相关基因FtPAL和FtF3’H转录水平，导致其多酚类含量增加。

3　光照处理对果蔬采后营养品质变化的影响

3.1光照处理对果蔬采后新鲜度的影响

鲜重损失率是衡量果蔬采后新鲜度的重要指标。离体果蔬在采后贮藏过程中由于缺少外界水分供给，组织内水分逐渐减少，从而导致组织萎蔫，鲜重损失率增加，新鲜度降低。和黑暗对照相比，强度20～30μmol/(m2·s)光照处理加速果蔬采后鲜重损失率(表2)，主要原因可能是光照诱导果蔬组织表面气孔开放，加速组织内水分和气体扩散。MARTNEZ-SNCHEZ等研究发现鲜切生菜在弱荧光(6μmol/m2·s)照射下贮藏7d后，其叶片表面气孔张开数目为74.2%，而黑暗对照样品的气孔张开数目仅为25.1%[29]。尽管如此，由于光照处理导致的鲜重丢失率的上升在较短的贮藏销售期内(一般7～10d)并不影响某些鲜切果蔬的感官品质和商品价值[3,19,30-31]。

表2　光照处理对部分蔬菜采后鲜重损失率的影响

3.2光照处理对VC含量变化的影响

和黑暗对照相比，20～25μmol/(m2·s)连续荧光照射处理显著增加菠菜叶片VC含量，该增强作用在成熟叶片比幼嫩叶片中表现更为明显[33]；50μmol/(m2·s) 发光二极管(LED)红蓝光组合处理显著减缓新鲜西兰花采后VC降解[34]，类似结果在花椰菜、萝卜嫩叶、芹菜等果蔬中也见报道(表3)。其机制可能与光照处理增加果蔬组织内可溶性糖含量有关，因为可溶性糖如己糖是VC合成的前体物质[7,22-33]。MA等[34]最新研究表明，LED白光处理显著延缓西兰花VC降解发生在转录水平上，该研究发现50μmol/(m2·s)光照处理在采后第1天和第2天显著上调VC合成基因(BO-VTC2，BO-GLDH)和再生基因(BO-MDAR1，BO-MDAR2)的表达。而TOLEDO等[33]研究并未发现连续荧光照射处理对维生素代谢相关酶如抗坏血酸过氧化物酶(APX)、抗坏血酸氧化酶(AOX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)有显著影响。因此，有关光照调控果蔬采后VC变化机制还待进一步研究。

表3　光照处理对部分果蔬采后VC含量变化的影响

3.3光照处理对果蔬多酚类物质和抗氧化力的影响

众所周知，多酚类物质是果蔬中最重要的营养成分之一，也被认为是果蔬中抗氧化力的主要来源。光照处理作为一种非生物因素诱导果蔬采后多酚类富集，增强果蔬抗氧化力。鲜切生菜在30μmol/(m2·s)荧光连续照射贮藏7d后，总酚含量增加了22.3%，而黑暗对照维持不变(增加了1.1%)[31]。相似的结果在鲜切西兰花中也见报道，和黑暗对照相比，24μmol/(m2·s)荧光连续照射显著增加鲜切西兰花多酚含量，同时增加40%的抗氧化力(FRAP法)[18]。该作者在研究光照对鲜切芹菜时发现，光照诱导的总酚含量增加与增加的抗氧化力(FRAP法)呈正相关(R=0.884，P<0.01)[30]，同时还发现光照处理诱导PAL活性增加，因此推测增加的总酚含量与光照调控PAL酶活性上升有关。THWE等[32]研究证实，50μmol/(m2·s)LED光照显著调控荞麦幼苗多酚合成基因(FtPAL、FtF3’H、FtC4H、FtCHI、FtFLS-2和FtANS)转录，导致其芦丁含量在处理4d后显著增加，矢车菊云苷和儿茶酚含量在处理后了。然而，XIAO等[4]研究发现30μmol/(m2·s) 荧光连续照射处理对萝卜嫩叶贮藏16d后的总酚、VE含量和抗氧化力(DPPH法)均无显著影响。

4　光照处理在果蔬保鲜中应用存在的问题

光照处理作为当前新兴的安全绿色物理保鲜方法在果蔬保鲜中的应用得到广泛研究和关注，尽管如此，和其他传统的保鲜技术相比，光照处理在果蔬保鲜中的研究存在以下问题：(1)保鲜机制不明确。目前对于光照处理保鲜果蔬的基础理论研究相对较少，研究不深入，大部分研究仅限于光照处理对果蔬采后生理生化和品质变化等相关指标的影响，而对光照处理导致这些变化的机制尚无文献深入探讨；(2)研究中设置的光照强度和周期和实际生产有差异。多数研究采用20～50μmol/(m2·s)光照强度连续光照处理，而在实际果蔬采后贮藏和销售过程中，光照强度往往相对较低，光照时间也有间断，研究中采用红光、蓝光和绿光等光照处理，实际生产和销售中为了便于生产者操作和消费者选择，一般是在可见光条件下进行的，这些问题都可能导致研究成果在实际生产应用中转化和推广遇到困难；(3)光照处理需和其他保鲜方式结合。尽管研究表明光照处理有成本低、无残留、对环境友好等优点，但单独使用光照处理对果蔬采后保鲜效果并不十分理想，因为新鲜果蔬采后衰老过程是受多个因素影响，如贮藏环境的温度、湿度、气体成分等，因此研究光照处理结合其他保鲜措施如气调包装、涂膜处理等具有重要现实意义。

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Advancesineffectsoflightexposureonfreshfruitsandvegetablespostharveststorageandpreservation

ZHANLi-juan1*,LIYing

(CollegeofFoodScienceandTechnology,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China)

Lightexposure,asaninnovativephysicalmethodoffoodpreservation,hastheadvantagesofwidelyavailablesources,easyoperation,lowcost,freeoftoxicityandresidue,andenvironmentalfriendly.Therefore,studiesonlightexposureaffectingfruitsandvegetablespostharvestqualityhaveincreasedrapidlyinrecentyears.Thisreviewfocusedontheeffectoflightexposureonphysiologyandqualityoffreshfruitsandvegetablesduringpostharveststorage.Meanwhile,thepossiblemechanismoflightexposurepreservingfreshproducewasdiscussedindetail.Finally,thecurrentproblemsinapplyingthismethodweresummarized.

lightexposure；fruitandvegetable；preservation；chlorophyll；nutritionandquality

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201608045

博士，副教授(本文通讯作者，E-mail：ljzhan@hotmail.com)。

国家自然科学基金(31201438)；国家自然科学基金(31571903)；河南省高校科技创新人才支持计划(14HASTIT025)

2015-10-26，改回日期：2016-01-10