LED应用于蔬菜保鲜领域的研究进展

范林林 左进华 高丽朴 王清

摘要发光二极管（LED）是一种固态照明装置，具有波长更为稳定、更加节能、环保的特点，已被广泛应用于园艺产品生产中，可有效提高园艺产品的产量和品质。近年LED被证明在果蔬采后保鲜领域也有优越的表现，可显著提高果蔬采后的营养品质，延缓果蔬采后衰老，减少真菌侵染等。综述了LED应用于蔬菜保鲜领域的原理、特点和研究进展，同时指出目前国内外LED光照射采后蔬菜保鲜技术中存在的问题，并对未来LED光照射采后蔬菜的保鲜技术进行展望。

关键词蔬菜；发光二极管；保鲜

中图分类号S609+.3文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）08-0089-04

Research Progress in the Application of LED in Vegetables Preservation

FAN Linlin，ZUO Jinhua，GAO Lipu，WANG Qing*（Beijing Vegetable Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing Key Laboratory of Fruits and Vegetable Storage and Processing，Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops （North China） of Ministry of Agriculture； Key Laboratory of Urban Agriculture （North China） of Ministry of Agriculture，Beijing 100097）

AbstractLED is a solid state lighting device，and its wavelength is more stable，energyefficient and environmentally friendly.LED is widely used in horticulture production process，and can effectively improve the yield and quality of horticultural products.In recent years，LED has been proved to have superior performance in the field of postharvest preservation，and can significantly improve the nutritional quality of fruits and vegetables after harvest，delay postharvest senescence，reduce fungal infection and so on.This article introduces the principles，characteristics and application of LED light in the fields of vegetables preservation.Furthermore，the problems in the application，and development trends and prospects in the vegetable preservation have been especially outlined.

Key wordsVegetables；LED；Preservation

蔬菜作為人们日常饮食中必不可少的食物之一，能为人体提供丰富的维生素、矿物质和膳食纤维，具有抗癌、美肤、瘦身等作用。随着健康饮食观念的深入，人们越来越重视蔬菜的摄入，同时也对其品质提出了更高的要求。我国蔬菜资源非常丰富，据农业部统计，2011年我国蔬菜总产量达6.79亿t，是我国第一大农产品[1]。采后蔬菜失去外界养分供应，而本身生命活动仍在进行，若在贮运中没有采取适当的保鲜措施，则会造成蔬菜的腐烂、变质。据统计，美国等发达国家的蔬菜采后损失率小于5%，而我国由于技术设备等原因，蔬菜采后损失率为30%左右[2-3]，这对我国蔬菜产业的发展非常不利。目前采后蔬菜的保鲜方法主要是通过减缓蔬菜水分蒸发、抑制蔬菜生理反应和控制蔬菜微生物生长繁殖来进行。

光照处理是一种新兴的应用于蔬菜保鲜的非加热物理保鲜技术，可有效地维持蔬菜外观品质和延长货架寿命[4-5]。与传统的物理、化学保鲜技术相比，光照处理具有来源广泛、成本低廉、无毒害、环境友好型等优点[6]。据报道，在光照条件下，蔬菜尤其是绿色蔬菜类在贮藏初期会继续进行光合作用，积累营养物质[7-9]。发光二极管（LED）是一种固态照明装置，具有窄带宽的光波长、高辐照量、低热量、方便、可移动性、易整合到其他设备中（冰箱等）等优点，且LED的光谱波长、发光强度、装置易于控制[10]。20世纪60年代后期是LED的初始发展阶段，当时LED主要应用于指示照明灯领域。在随后的几年里，LED作为一种新的半导体材料，其发展相当迅速，晶体技术和光学也得到改善[11-13]。因此，LED普遍存在，且在照明用途上得到有效利用。在园艺和农业领域，人们发现LED能促进植物生长。有研究表明，LED可提高农作物产量以及农产品中营养物质的含量[14-16]。LED也可用于果蔬的采后保鲜，随着新型光能源LED的出现，使得LED照射更加便于对蔬菜进行采后生理调控，不同颜色可见光照射在采后蔬菜保鲜中开始规模化应用。同时，随着科技的发展，LED将会变得更加有效率，且更加便宜。

笔者综述了LED光照应用于蔬菜保鲜领域的原理、特点和研究进展，同时指出目前国内外LED光照射蔬菜保鲜中存在的问题，并对未来LED光照射采后蔬菜的保鲜技术进行展望，旨在为我国采后蔬菜保鲜技术的发展提供参考。

1LED光照保鲜技术原理和特点

1.1原理1962年美国物理学家尼克·何伦亚克发明了LED灯装置，即一种具有2个电极的半导体发光器件。LED灯的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周被环氧树脂密封。其发光的基本原理是利用半导体PN结或类似结构将电能转换成光能。但是，它能发出不同颜色光的主要原因是材料中电子和空穴所占的能级有所不同。能级的高低会影响电子和空穴复合后光子的能量，从而产生不同波长，即不同颜色的光[17]（图1）。因此，不同的材料组成就能产生不同的能级，并且发出不同颜色的光。例如红光是由镓砷磷化合物（GaAsP）、铝镓砷化物（AlGaAs）、铝镓铟磷化物（AlGaInP）或镓磷化物的结合体发出的光[18-19]；蓝光是由铟镓镍化物（InGaN）和锌砷化合物（ZnSe）的结合体发出的光[18-20]等。

1.2特点

相对于传统光源（高压钠灯和金属卤化物灯），LED灯具有光质纯、光效高、寿命长、波长类型丰富、环保节能等优点（表1）。在正常使用下，LED灯寿命可达10万h。在极端高温和电流下，LED灯的寿命会缩短，尤其是在高温、高湿的环境下，它的寿命会大大缩减，但比传统光源更耐用、使用寿命更长[21]。LED可发射单色光，其半波宽大多为20 nm，能够精确地为植物光合作用和生长发育提供所需的光谱，且能提高光能的利用率。大量研究已证明，植物需要通过光照来调控体内激素含量、形态的变化，并且不同的波长起到的作用也不同。红光（660 nm）和蓝光（420～450 nm）能够提高植物体内叶绿素的含量，因此它们在光合作用中最为重要[22-24]。

2.1LED单色光对蔬菜采后品质的影响

关于可见光、紫外线等在维持蔬菜贮运品质中的应用逐渐引起了研究者的注意，近年国内外对于光质，尤其是单色光的研究已成为热点[4]，原因是LED单色光具有波长更为稳定、节能、环保的特点，可精确研究单色光对蔬菜采后品质的影响。

蒲高斌等[35]研究表明，相比于其他光质，红光可有效改善转色期番茄的果实着色，是促进番茄红素合成的最有效光质，而蓝光能显著提高番茄的VC含量。随着人们对蔬菜营养成分的重视以及新型有效保鲜技术的需求，可见光照射在蔬菜保鲜中营养品质的调控方面应用逐渐增多；不同颜色弱光照射对芦笋、西兰花、青椒、猕猴桃等在贮运中的品质维持具有一定的效果[36-38]。Alba等[39]报道，相比于其他光质，红光定时处理番茄可将番茄红素含量提高2～3倍。Lester等[40]研究表

明，在菠菜贮藏期间，连续光照可提高其各种生物活性物质含量。Noichinda等[5]研究发现，光照处理可增加芥蓝贮藏期间葡萄糖和果糖含量，抑制VC含量下降。MartínezSnchez等[8]研究表明，连续光照处理鲜切生菜的失重率要比无光对照组的低0.4%。Liu等[41]研究表明，光照可显著提高收获期番茄果实的品质。

阎瑞香等[42]研究表明，在5 ℃贮藏条件下，不同LED光源对芦笋在贮藏中颜色变化的影响存在差异；LED绿光和白光照射可较好地保持芦笋的感官品质，抑制其叶绿素的降解，进而有效地抑制蔬菜的褪绿黄化，减缓芦笋的衰老进程，有利于芦笋的贮藏保鲜；而LED红光、黄光和蓝光照射对芦笋的感官品质和营养物质影响与对照相比不显著。张娜等[43]研究表明，LED红光处理能抑制西兰花叶绿素含量的下降，抑制色差值L*升高，维持色差值a*及b*稳定，降低呼吸强度，推迟呼吸高峰，延缓乙烯生成速率，贮藏结束时，光照处理组感官评分极显著高于对照组（P<0.01）。说明LED红光能够延缓西兰花褪绿、黄化，有利于西兰花的保鲜贮藏。Dhakal等[33]研究表明，相比于无光对照和LED红光组，LED蓝光处理可较好地延长番茄的货架寿命，维持其较高的硬度和番茄红素含量，抑制其成熟衰老进程，对番茄有较好的保鲜作用。Ma等[32]研究表明，LED红光可较好地抑制西兰花的黄化、成熟衰老，除此之外，还可较好地抑制西兰花的乙烯释放量，维持其较高的抗坏血酸盐含量；而LED蓝光却没有以上效果。日本三菱电机公司研制出利用LED进行蔬菜保鲜的新方法，在冷藏库内用590 nm的橙色光LED照射蔬菜，蔬菜的VC含量大大增加；此前，用普通照明灯光贮存的蔬菜VC含量普遍下降，例如花椰菜的VC含量最初为100 mg/kg，3 d后减少到80 mg/kg；而采用新的光照方法，VC含量从100 mg/kg增加到110 mg/kg。另外，卷心菜的黄色菜心也因LED光照变成绿色，VC含量也明显提高。该方法改变了蔬菜的冷藏概念，从单纯的保鲜提高到保持其营养功能[44]。

45卷8期范林林等LED应用于蔬菜保鲜领域的研究进展

2.2LED复合光对蔬菜采后品质的影响

在普通冷藏环境下，弱光照射能适当延长蔬菜的货架寿命[45]，且不同的光配比、光强度对蔬菜的保鲜品质影响较大[46-49]。李宁等[38]研究表明，以无光处理为对照，研究LED红蓝、LED红绿复合光对西兰花保鲜效果的影响，结果表明：LED红蓝复合光保鲜效果显著，不仅可延长西兰花货架寿命，而且可延缓乙烯释放量峰值、呼吸跃变出现的时间，降低呼吸跃变的峰值，抑制膜脂过氧化对西兰花造成的损伤。刘晓英等[49]研究发现，较大比例红光照射处理全生育期樱桃番茄果实能促進可滴定酸的形成，60%的蓝光可提高番茄果实中的VC含量。伍新龄等[51]研究发现，与无光对照相比，LED红蓝复合光间歇照射有利于保持西兰花良好的外观品质，抑制营养物质的流失速率，延缓其衰老进程，对西兰花具有较好的保鲜效果，与低温避光处理相比较，西兰花货架期可延长5 d以上。王超等[50]研究发现，10 μmol/（m2·s）光照处理有利于保持采后西芹的叶绿素和VC含量，10 μmol/（m2·s）光强下背光面和无光处理组的叶绿素损失率分别是迎光面下的1.56和1.50倍，VC损失率分别是迎光面下的1.67和1.86倍；在控制好相对湿度的前提下，光照处理不会加大西芹的失重率；10 μmol/（m2·s）光照可较好地维持西芹的硬度。雷静等[52]研究表明，4 ℃贮藏过程中，LED红蓝单色弱光照射能促进绿熟期樱桃番茄更好地完成后熟，延缓成熟衰老，保持营养物质含量；与对照相比，LED红光和蓝光弱光照射可显著促进樱桃番茄还原糖和可溶性总糖的合成（P<0.05），维持可溶性固形物（TSS）及可滴定酸（TA）的含量；蓝光能更有效地抑制VC的氧化降解，而红光则能更好地促进番茄红素的合成，提高其贮藏品质。Seo等[53]研究了LED红光、蓝光、白光和红光+蓝光对苦荞芽菜酚类物质含量的影响，结果表明，LED蓝光可较好地维持其酚类化合物的含量，增强了苦荞芽菜中酚类物质合成所对应的基因表达。

3LED光照在蔬菜保鮮应用中存在的问题及展望

3.1存在问题

LED光具有安全、节能、简便等特点，对采后贮运中的蔬菜具有较好的保鲜效果，在蔬菜采后流通保鲜中有潜在的应用价值。目前多数研究集中在LED白光、红光、蓝光、绿光、橙光对蔬菜采后品质的影响，而LED紫光、青光、黄光对蔬菜的保鲜效果研究较少。另外，不同的蔬菜品种对光质、光强需求不同，而其需求的规律是不明确的，进而不能准确地使用LED灯，包括LED灯的安装方式、安装密度、调节方法等。因而进一步推进LED光处理蔬菜保鲜的基础研究，有助于LED在保鲜领域的推广和发展。

3.2展望

LED光处理贮运中的蔬菜能有效杀菌、使其进行光合作用，让蔬菜持续保持新鲜。除此之外，LED光照对蔬菜中一些主要营养成分也有较大的影响，如VC、叶绿素和胡萝卜素等，因此需研究LED光照是否会改变蔬菜的品质[54]。LED光处理是一种有效的蔬菜储存保鲜技术，能帮助减少采后蔬菜行业中的损耗和浪费。第一，未来将利用单色性比较好、光谱分布比较广的LED灯，模拟植物生长最需要的400～500 nm波长的蓝光、600～700 nm波长的红光等，通过可编程控制器实现对LED光的调节，模拟太阳光环境，使得贮运中的果蔬依然保持活性。第二，开发适合贮运设施的LED装置，如将可调的LED灯置入零售终端货架、冰箱、冷库中，进而形成一个简便、有效的蔬菜保鲜方式。第三，可采用其他保鲜技术与LED光照处理联合应用于采后蔬菜的保鲜，如UV-C或B与LED联合使用，1-MCP与LED白光联合使用等，使其得到更佳的保鲜效果。

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