UV-C和LED红光复合处理对西兰花贮藏品质的影响

刘泽松，史君彦，左进华，高丽朴，王 清,*，孟德梅

（1.北京市农林科学院蔬菜研究中心，北京 100097；2.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457）

西兰花，属于十字花科芸薹属甘蓝的一个变种，营养价值极高，有“蔬菜之冠”之美誉[1]。其含有丰富的VC、类胡萝卜素、蛋白质和多种微量元素等营养成分，还含有功能性活性成分萝卜硫素，具有抗氧化、调节机体免疫力、预防心血管疾病等功效[2]。因此，西兰花深受人们的喜爱。

西兰花采后呼吸代谢旺盛，营养物质降解消耗快。室温条件下贮藏易失水、衰老黄化和腐烂变质，严重影响其商品价值[1]。因此，寻找一种安全有效的保鲜技术提升西兰花采后品质显得尤为重要。目前广泛应用的保鲜技术有物理、化学和生物保鲜技术[3]三大类。随着人们对食品安全越来越重视，化学保鲜剂在食品安全领域存在的问题和隐患也日渐凸显。生物保鲜技术的安全则存在较多的不确定性。然而部分物理保鲜技术如减压、气调保鲜等存在着设备昂贵、成本过高的缺点[4]。近年来，光控保鲜技术作为一种绿色安全的物理保鲜方法逐渐引起人们的广泛关注并得到迅速发展。与传统的物理保鲜方法和化学保鲜方法相比，光控保鲜技术具有来源广泛、操作简单、成本低廉、无毒害、无副产物残留、对环境友好等优点[5]，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，因此在果蔬采后保鲜中有着广泛的应用前景。

发光二极管（light emitting diode，LED）辐照保鲜是通过发射不同颜色的光，与植物实现生长光谱吻合，提高光能利用率，从而延缓果蔬生理老化，以达到延长贮藏期的效果[6]。Kokalj等[7]研究发现，樱桃经蓝光辐照可增强苯丙氨酸解氨酶活性，促进3-O-芸香糖苷花青素的积累。范林林等[8]也发现，强度为75 μmol/（m2·s）的LED白光照射处理番茄，能抑制其可溶性固形物、VC等营养物质的降解，还能提高番茄的多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性，增强其抗氧化能力，对其有非常好的保鲜作用。这些实验结果证明了LED辐照对果蔬保鲜有着较好的保鲜效果。短波紫外线（ultraviolet-C，UV-C）则是通过杀灭果蔬表面的微生物，从而延缓果蔬腐烂变质[9]。张娜等[9]研究发现，西兰花经UV-C处理后，其表面的微生物生长受到抑制，可延缓花球腐烂，减少VC在贮藏中的损失。Jiang Aili等[10]研究了LED红光对西兰花采后品质的影响，发现LED红光可以有效延缓其黄化，增强抗氧化酶的活性，抑制营养物质的降解和叶绿素降解酶基因的表达；但LED红光处理不能有效抑制霉菌的生长。目前用UV-C和LED辐照复合处理西兰花的研究少有报道，所以本实验旨在探究UV-C和LED红光复合处理对西兰花贮藏品质的影响，为复合保鲜技术在西兰花的应用研究提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西兰花，品种为‘优秀’，产地为河北沽源，收获后放置泡沫箱中加冰当天运回实验室，选择无机械伤、无病虫、完好的西兰花作为试材。

实验所用试剂均购自北京科创欣达科技有限公司。

1.2 仪器与设备

紫外杀菌灯、L E D 红光灯 北京谦益得科技有限公司；U V-1 8 0 0 紫外分光光度计 日本岛津公司；D-37520台式冷冻高速离心机 美国Thermo Fisher Scientific公司；HW·SY11-K型电热恒温水浴锅北京市长风仪器仪表公司；IKA A11 basic分析研磨机北京联合科力科技有限公司；CR-400全自动测色色差计日本Konica Minolta公司；GXH-3051型便携式气体分析仪北京军方科学仪器研究所。

1.3 方法

1.3.1 原料处理

将270 颗西蓝花随机分成6 组，每组45 颗。各组处理方法如下所示。

CK组：直接放置于暗处；日光（LIGHT）组：放置在光照强度为50 μmol/（m2·s）的日光下直至贮藏结束；UV-C处理组：进行辐照强度为3 kJ/m2的UV-C照射；UV-C+LIGHT处理组：先进行辐照强度为3 kJ/m2的UV-C照射，再放置到光照强度为50 μmol/（m2·s）的日光下直至贮藏结束；UV-C+LED处理组：先进行辐照强度为3 kJ/m2的UV-C照射，再采用Jiang Aili等[10]的方法进行LED红光处理，直至贮藏结束，光照强度为50 μmol/（m2·s）；LED处理组：放置在光照强度为50 μmol/（m2·s）的LED红光下直至贮藏结束。

本实验室前期分别用0、3.0、5.0、7.5 kJ/m2的UV-C处理西兰花，然后置于暗处贮藏，每日定时取样进行感官评价和黄化指数测定。结果发现3.0 kJ/m2辐照剂量处理组的感官评价得分最高，黄化指数最低，贮藏结束时西兰花的品质最佳。因此，确定本次研究中的UV-C辐照强度定为3.0 kJ/m2。

处理后的西兰花均用厚0.04 mm的聚乙烯袋包装，每个包装袋内放置约6 颗西兰花，折口不密封贮藏于20 ℃、相对湿度90%的冷库中，并于每天上午10点进行取样检测。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 感官评价

由9 人组成的专业品评小组对各处理组西兰花的色泽、气味、组织状态、腐败情况和花蕾开放程度进行评判，采取9 分制，得分取平均值。当感官评分低于5 分则认为西兰花基本失去商品性，评判标准见表1[11]。

表 1 西兰花感官评分标准[11]Table 1 Criteria for sensory assessment of broccoli[11]

1.3.2.2 黄化指数测定

黄化指数的测定参照Olarte[12]和Pen Litao[13]等的方法并略作修改。刚采摘的西兰花为深绿色，颜色一致，无黄化，此时为0级。黄化面积比小于等于1/10时，为2级；1/10＜黄化面积比≤1/5时，为4级。当黄化指数大于4时，认定其不具备商品价值。1/5＜黄化面积比≤1/4时，为6级。1/4＜黄化面积比≤1/2时，为8级。当黄化面积大于1/2时，为10级。黄化指数按式（1）计算。

1.3.2.3 色差测定

色差测定采用CR-400全自动测色色差计测定，每组分别取3 颗西兰花，在西兰花花球上用记号笔划5 个标记圈（直径10 mm），作为测定色差的专用测点，每天对固定的点进行测定，得到L、a、b值，取其平均值。

1.3.2.4 质量损失率测定

质量损失率的测定采用差量法[14]，具体计算按公式（2）进行。

1.3.2.5 呼吸强度测定

呼吸强度采用GXH-3051型便携式气体分析仪在20 ℃下进行测定。取专用于测定呼吸强度西兰花，将两颗置入样品所在库中的呼吸罐，采用气体分析仪进行测定，测定时长为1 h，呼吸强度以1 kg西兰花呼吸1 h所释放的CO2质量表示，单位为mg/（kg·h）。

1.3.2.6 叶绿素含量测定

取西兰花花球小花组织进行均匀破碎，取样品1 g采用Shi Junyan等[15]的方法，用丙酮-乙醇（2∶1，V/V）提取液提取叶绿素，13 000×g离心10 min后测定上清液在645 nm和663 nm波长处吸光度。

1.3.2.7 VC含量测定

VC含量的测定采用钼酸铵比色法[16]，取西兰花花球小花组织1 g，加入到5 mL提取液（含0.05 mol/L草酸、0.2 mmol/L乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA））内，13 000×g离心20 min后收集上清液，取2 mL上清液、3 mL提取液、0.5 mL 30 g/100 mL偏磷酸-体积分数8%乙酸、1 mL体积分数5%硫酸和2 mL 5 g/100 mL钼酸铵混匀，80 ℃加热10 min，冷却至室温后加蒸馏水定容至10 mL，测定其在760 nm波长处的吸光度，通过标准曲线计算得到VC质量浓度，再计算得到样品中VC含量。

1.3.2.8 丙二醛含量测定

采用硫代巴比妥酸法[17]测定丙二醛含量，取西兰花花球组织进行均匀破碎，取1 g样品，加入5 mL提取液三氯乙酸溶液（100 g/L），13 000×g离心20 min，收集2 mL上清液，加入2 mL硫代巴比妥酸溶液（6.7 g/L），煮沸20 min，冷却后测定其在450、532 nm和600 nm波长处的吸光度，丙二醛含量按式（3）进行计算。

式中：V表示提取液总体积/mL；Vs表示测定时所取样品提取液体积/mL；m表示样品质量/g。

1.3.2.9 抗氧化酶活力测定

取西兰花花球小花组织进行均匀破碎，取样品15 g进行抗氧化酶活力的测定。POD、过氧化氢酶（catalase，CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（aseorbate peroxidase，APX）活力测定均采用曹建康等[18]的方法。以每克鲜样品在470 nm波长处吸光度每分钟增加1为1 个POD活力单位（U）；以每克鲜样品在240 nm波长处吸光度每分钟增加0.01为1 个CAT活力单位（U）；以每克鲜样品在290 nm波长处吸光度每分钟增加0.01为1 个APX活力单位（U）。

1.4 数据分析与处理

利用Excel 2010和SPSS 22软件进行数据整理以及显著性检验（Duncan法，置信区间95%），利用Excel 2010软件作图。

2 结果与分析

2.1 UV-C和LED红光复合处理对西兰花外观品质的影响

图 1 UV-C和LED红光复合处理对西兰花感官评分的影响Fig. 1 Effect of combined UV-C and red LED irradiation on sensory evaluation score of broccoli

感官评分是描述和判断西兰花质量最直观的指标，也是体现商品价值的重要标准[19]。由图1可知，西兰花的感官评分在贮藏期间呈下降趋势，其中UV-C和LED红光复合处理在第2～4天感官评分始终高于其他5 组，说明UV-C和LED红光复合处理比UV-C或LED红光单独处理效果更好。其中LED红光处理组的感官评分从第1天一直高于UV-C处理组，且2 d后差异显著（P＜0.05），贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组得分高出LED红光处理组20%，而LED红光处理组得分是UV-C处理组的2.15 倍。由此表明，LED红光处理对西兰花的感官品质影响较大，UV-C和LED红光复合处理的效果更佳，能明显延长其货架期。

2.2 UV-C和LED红光复合处理对西兰花黄化指数的影响

如图2所示，西兰花的黄化指数在贮藏过程中呈上升趋势，2 d后UV-C和LED红光复合处理组的黄化指数保持最低，说明UV-C和LED红光复合处理比UV-C或LED红光单独处理的效果更好。但在第1天，UV-C和LED红光复合处理组和UV-C处理组的黄化指数都显著高于LED红光处理组（P＜0.05），可能是UV-C照射后引起的呼吸强度升高从而导致黄化指数上升。这与周伟[20]的实验结论相似，他发现UV-C照射上海青后会使其发生应激反应，但在贮藏后期也能较好抑制植物呼吸作用。贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组与UV-C处理组差异显著（P＜0.0 5），与L E D 红光处理组无显著差异（P＞0.05），UV-C和LED红光复合处理组的黄化指数比UV-C处理组低71%，比LED红光处理组低37%。其原因可能是LED红光与西兰花的生长光谱较吻合，因此LED红光处理比UV-C处理能更好地抑制西兰花黄化。

2.3 UV-C和LED红光复合处理对西兰花色差的影响

图 3 UV-C和LED红光复合处理对西兰花L（A）、a（B）、b（C）值的影响Fig. 3 Effect of combined UV-C and red LED irradiation on L (A), a (B)and b (C) values of broccoli

色差值能客观地反映出西兰花在贮藏过程中颜色的变化[21]。L值代表亮度，L值越大亮度越亮。由图3A可见，1 d后，CK组的L值一直保持最高，说明其颜色最亮，UV-C和LED红光复合处理组和LED处理组间无显著差异（P＞0.05），且均显著低于CK组（P＜0.05）。2 d后，UV-C和LED红光复合处理组的L值显著低于UV-C处理组（P＜0.05）。贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组的L值比UV-C处理组低14%，仅比LED红光处理组低1%，说明复合处理组的亮度最小，其颜色变化最小。

a值代表红绿度，a值越小代表物体越绿[21]。由图3B可见，在贮藏过程中，除LED红光处理组外，其他4 组的a值都呈先降低再升高的趋势。贮藏结束时，CK组的a值最高，UV-C和LED红光复合处理组和LED红光处理组的a值最小，说明这两组颜色最绿，两组无显著差异（P＞0.05）。

b值代表黄蓝度，b值越小物体越蓝[21]。由图3C可见，1 d后，CK组的b值一直保持最高，说明其颜色最黄。UV-C和LED红光复合处理组和LED红光处理组的b值最小，且这两组无显著差异（P＞0.05）。2 d后，UV-C和LED红光复合处理组与UV-C处理组b值差异显著（P＜0.05）。在贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组的b值（18.24）比UV-C处理组（35.75）低49%，比LED红光处理组（22.11）低17.5%。

综上，复合处理组的颜色变化最小，LED红光处理的效果好于UV-C处理的效果，与感官评价结果一致。

2.4 UV-C和LED红光复合处理对西兰花质量损失率的影响

西兰花采收后呼吸代谢旺盛，易失水萎蔫，导致质量降低[22]。由图4可知，在贮藏期间，西兰花的质量损失率逐渐增加。所有处理组中，UV-C和LED红光复合处理组在贮藏结束时质量损失率最低，比CK组低36%（P＜0.05），但与UV-C处理组和LED红光处理组差异不显著（P＞0.05）。UV-C+LIGHT处理组、LIGHT处理组与CK组差异不显著（P＞0.05），因此日光照射对西兰花的质量损失没有明显的抑制效果。这与Olarte等[12]的结论类似，其发现光照下西兰花气孔开口与鲜质量损失率呈正相关。

图 4 UV-C和LED红光复合处理对西兰花质量损失率的影响Fig. 4 Effect of combined UV-C and red LED irradiation on mass loss rate of broccoli

2.5 UV-C和LED红光复合处理对西兰花呼吸强度的影响

图 5 UV-C和LED红光复合处理对西兰花呼吸强度的影响Fig. 5 Effect of combined UV-C and red LED irradiation on respiration rate of broccoli

西兰花属于呼吸跃变型蔬菜[23]。由图5可知，西兰花在贮藏期间的呼吸强度先升高再降低，在第3天出现呼吸高峰，同时加快了其表面黄化的速率（图2）。在第1天，LED红光处理组的呼吸强度比CK组低15%，到第4天，其呼吸强度比CK组低20%，表明LED红光处理对西兰花的呼吸作用有抑制效果，降低其黄化的速率，这与张娜等[11]的研究结果一致。而在贮藏结束时，UV-C照射的3 个处理组呼吸强度均高于CK组，说明UV-C处理可能会增强西兰花的呼吸作用。在贮藏的前3 d，UV-C和LED红光复合处理组低于CK组，但差异不显著。

2.6 UV-C和LED红光复合处理对西兰花叶绿素含量的影响

叶绿素含量的变化影响着植物颜色的变化[24-25]。由图6可知，西兰花的叶绿素含量在贮藏期间呈下降趋势。整个贮藏期间，UV-C和LED红光复合处理组和LED红光处理组一直高于CK组，2 d后，差异显著（P＜0.05）。在贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组的叶绿素含量比CK组高出59%，而LED红光处理组高出CK组63%。UV-C处理组的叶绿素含量在前3 d显著高于CK组（P＜0.05），在第1天，UV-C处理组的叶绿素含量比CK组高出27%，但在第3天又比CK组低19%（P＜0.05），可能是UV-C的照射导致叶绿素在贮藏后期分解速度加快[26]。由此可得，UV-C和LED红光复合处理对减少叶绿素在贮藏期间的损失效果较好，主要是LED红光照射的作用。

图 6 UV-C和LED红光复合处理对西兰花叶绿素含量的影响Fig. 6 Effect of combined UV-C and red LED irradiation on chlorophyll content of broccoli

2.7 UV-C和LED红光复合处理对西兰花VC含量的影响

图 7 UV-C和LED红光复合处理对西兰花VC含量的影响Fig. 7 Effect of combined UV-C and red LED irradiation on vitamin C content of broccoli

VC是植物体内重要的还原性物质，能够延缓植物衰老，同时也是人体所需要的营养素[27]。由图7可知，在整个贮藏期间，VC含量呈下降趋势。除LIGHT处理组外，其他处理组VC含量均显著高于CK组（P＜0.05）。2 d后，UV-C和LED红光复合处理组的叶绿素含量保持最高，与其他组呈显著性差异（P＜0.05）。整个贮藏期间UV-C组叶绿素含量都高于LED红光处理组，呈显著性差异（P＜0.05）。贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组的VC含量比LED红光处理组高出48%，比UV-C处理组高出44%。由此可得，UV-C处理较LED红光处理能更好地抑制西兰花贮藏期间VC的分解。

2.8 UV-C和LED红光复合处理对西兰花丙二醛含量的影响

图 8 UV-C和LED红光复合处理对西兰花丙二醛含量的影响Fig. 8 Effect of combined UV-C and red LED irradiation on MDA content of broccoli

丙二醛是植物衰老后膜脂过氧化的产物之一，其含量是判断细胞衰老的重要指标之一[24,28]。由图8可知，各组丙二醛含量在贮藏期间呈上升趋势。2 d后，所有处理组的丙二醛含量均显著低于CK组（P＜0.05）。贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组、UV-C处理组、LED红光处理组丙二醛含量分别仅为CK组的56%、75%、61%，复合处理效果显著高于UV-C单独处理组和LED单独处理组（P＜0.05）。由此可得，LED处理比UV-C处理更能抑制西兰花细胞膜的损伤，延缓其衰老。

2.9 UV-C和LED红光复合处理对西兰花抗氧化酶的影响

POD与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有关系，能够清除植物体内的自由基，增强植物的抗逆性[19]。由图9A可知，在贮藏期间西兰花的POD活力呈上升趋势。UV-C和LED红光复合处理组POD活力高于CK组，呈显著性差异（P＜0.05），在第1天，UV-C和LED红光复合处理组的POD活力显著高出CK组92%（P＜0.05），第4天时，其POD活力比CK组高出38%。此外，在贮藏前期，UV-C处理组POD活力显著高于CK组（P＜0.05），而在贮藏末期，LED红光处理组显著高于CK组（P＜0.05），其原因有待进一步研究。由此可得，UV-C和LED红光复合处理的效果最佳，可有效增强西兰花的POD活力，延缓其衰老。

CAT能催化过氧化氢分解成氧和水，影响植物的生长发育、氧化、衰老等生理过程[29]。由图9B可知，在贮藏过程中，CAT活力呈先上升后下降的趋势，在第3天出现最大值，所有处理组在整个过程中CAT活力均高于CK组。贮藏期间，UV-C和LED红光复合处理组和LED红光处理组的CAT活力显著高于CK组（P＜0.05），但复合处理组的CAT活力最高。在贮藏第1天，UV-C和LED红光复合处理组的CAT活力是CK组的2.28 倍，LED红光处理组的CAT活力则是CK组的2.98 倍。在贮藏前期，LED红光处理对西蓝花CAT活力影响显著。而UV-C处理组的活力仅在第2、3天与CK组呈显著性差异（P＜0.05），效果较LED处理差。贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组CAT活力比LED红光处理组高出25%，比UV-C处理组高出48%。由此可得，LED红光对CAT的活力刺激较明显，UV-C和LED红光复合处理的效果最佳。

图 9 UV-C和LED红光复合处理对西兰花POD（A）、CAT（B）、APX（C）活力的影响Fig. 9 Effect of combined UV-C and red LED irradiation on POD (A),CAT (B) and APX (C) activity of broccoli

APX在清除活性氧中起关键作用，影响植物的生长发育[30]。由图9C可知，随着贮藏时间的延长，APX的活力逐渐降低，各处理组均高于CK组。贮藏期间，UV-C和LED红光复合处理组APX活力显著高于CK组（P＜0.05），第4天时，UV-C和LED红光复合处理组的APX活力高出CK组8%。LED红光处理组APX活力仅在第2、3天与CK组差异显著（P＜0.05），但UV-C和LED红光复合处理组和LED红光处理组仅在第3天存在显著性差异（P＜0.05）。2 d后，UV-C和LED红光复合处理组的APX活力高于UV-C处理组，呈显著性差异（P＜0.05）。在贮藏结束时，UV-C和LED红光复合处理组的APX活力比LED红光处理组高出3%，比UV-C处理组高出6%。由此可得，LED红光对CAT的活力影响较明显，UV-C和LED红光复合处理的效果最佳。

3 讨 论

西兰花富含多种营养物质，能有效预防各种疾病。因其采后生理活动旺盛，极易发生失水、萎缩、黄化等现象，因此寻找一种安全有效的保鲜方法具有重要意义。UV-C和LED辐照技术现已被广泛应用于果蔬保鲜[31]，被证实对多种果蔬均有不同的保鲜效果。UV-C处理山竹可有效减少其腐烂，增强其防御相关的关键酶活性[32]。UV-C处理青椒能较好维持其外观品质，抑制VC、可溶性蛋白和可溶性固形物含量的下降[33]。LED红光照射番茄后，能显著提高其番茄红素的含量[34]。可见，使用UV-C和LED红光单独处理不同的果蔬均能达到不同程度的保鲜效果。

已 有 研 究 发 现 ， 1 - 甲 基 环 丙 烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）和UV-C复合处理能较好地维持香梨外观品质，降低呼吸强度，提高POD、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）、几丁质酶（chitinase，CHT）活力[35-36]。苹果经1-MCP和UV-C复合处理后，其酚类含量和PAL、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、CAT活性显著提高，提高幅度远高于1-MCP或UV-C单独处理[37]。1-MCP结合臭氧处理能显著延缓蓝莓果实衰老，提高其VC、花色苷、多酚物质的含量，其效果也好于1-MCP单独处理[38]。因此，复合处理能更好地维持果蔬品质。

本研究中，用UV-C和LED红光复合对西兰花进行照射处理，发现其可有效维持其感官品质，延迟黄化，抑制丙二醛含量的上升，延缓叶绿素和VC含量的下降，提高POD、CAT和APX活性，能很好地保持西兰花的采后品质和营养价值，延长其货架期。而单一的UV-C处理和LED红光处理虽然也能改善西兰花的采后贮藏品质，但效果远不及UV-C和LED红光复合处理。因此，UV-C和LED红光复合处理的保鲜效果优于单独处理的效果，为后期对不同保鲜方法结合的研究提供了一定的理论参考。