不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期品质及活性氧代谢影响

刘帮迪，孙 静，孙 洁，陈 全，程勤阳，姜微波

（1.农业农村部规划设计研究院，北京 100125；2.农业农村部农产品产后处理重点实验室，北京 100121；3.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）

鸡毛菜原产中国，是小白菜（Brassica campestris L.ssp.chinensis(L.)Makino var.communis Tsen et Lee）幼苗的俗称，因质地柔嫩、味道清香，成为东亚和东南亚地区重要的蔬菜之一。我国是鸡毛菜的主要消费国，长三角地区是鸡毛菜的主要消费地区，随着果蔬贮运技术和冷链物流设施的发展，目前全国范围均有食用。在我国，鸡毛菜多在常温条件下进行销售，因其叶片鲜嫩，采后极易失水或受机械损伤加速老化、腐烂，丧失商品性[1]，在常温销售时，仅1～2 d 就会快速出现叶片黄化、腐烂的现象[2]。因此，研究鸡毛菜采后品质变化规律和适宜延长货架期技术对保持鸡毛菜采后品质、延长货架期、减少货架损失有重要意义。但目前国内对鸡毛菜的研究主要集中在培育方式和生长状况[3]方面，对其贮藏和货架的研究甚少[4-5]。现有研究还停留在对鸡毛菜适宜贮藏温度的筛选和不同物理化学处理方式对鸡毛菜保鲜效果等基础研究方面。研究发现，在 20、9、4、0 ℃条件下贮藏，以 0 ℃下的贮藏品质最好，可有效保持鸡毛菜的最佳食用品质与商品特性[4]。对鸡毛菜使用次氯酸钠溶液、臭氧水溶液、短波紫外线（UV-C）照射和热烫处理，结果显示4 种方式均可以延缓鸡毛菜贮藏期间腐烂率的上升，提高可溶性固形物含量，其中次氯酸钠溶液对鸡毛菜的抗坏血酸有最优的保护效果[5]。

与其他果蔬不同，叶菜采收后个体相对完整，有继续开展光合作用的能力，因此其采后品质除了受采收期（成熟度）、温度、湿度、气体环境和机械损伤等因素影响[6-7]外，还受光照条件影响。叶菜采收后若处于黑暗条件下，光合作用会处于休止状态，其生理代谢所需能量将全部由呼吸作用提供，从而加速叶菜的衰老，影响其食用和营养价值[8]。但如果处于适宜光照条件下，则可以维持一定程度的光合作用，为其生理代谢提供所需的能量和碳源，适当缓解组织中内含物的消耗，有助于维持叶菜营养物质含量。但是高强度光照会加剧叶菜蒸腾作用，导致其快速失水，发生萎蔫、皱缩、黄化，因此采用低强度光照用于叶菜采后保鲜更为有效[9]。

发光二极管（Light emitting diode,LED）光源就是典型的低强度光源，具有发光效率高、光源稳定、发光散热少、可区分单一光色、耗能低等众多优点[10]。该技术能够实现对光质、光强、光配比、光分布均匀性等参数的精确控制，在果蔬保鲜领域特别是叶菜保鲜领域备受关注[11-12]。目前，LED 在果蔬保鲜上的研究主要集中在不同光质、强度对不同果蔬的保鲜效果[12-13]，LED 结合低温对果蔬的保鲜效果[14]，LED 单色光对果蔬光合作用提升[15]、呼吸作用抑制[16]、微生物抑制[17]的机理等方面，关于LED 对果蔬货架期保鲜效果的研究相对较少，且尚未见关于照射方式对果蔬保鲜效果研究的相关报道。

因此，本文研究了单一强度的红色LED 光在连续照射、脉冲照射和光刺激3 光照方式下对鸡毛菜模拟货架过程中品质的影响，并从活性氧代谢途径探讨了不同光照方式的影响作用机制，提出鸡毛菜货架最适光照保鲜方式，以期拓展LED 技术在果蔬保鲜中的应用范围，为实际生产中LED 保鲜技术应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

供试鸡毛菜购自北京新发地果蔬批发市场，购买的鸡毛菜皆在北京附近种植，当天凌晨采摘后送至新发地市场。试验时挑选无病虫害，无机械损伤，大小、颜色、外观一致的鸡毛菜，套入聚乙烯保鲜袋后放入塑料筐内，立即送往实验室进行后续处理，鸡毛菜从采收到送达实验室的时间间隔不超过7 h。

福林酚试剂、牛血清蛋白标准品购自北京索莱宝科技有限公司；乙酸、羟胺盐酸、氯化钠、氢氧化钠、愈创木酚、还原型抗坏血酸、L-苯丙氨酸、乙醇、甲醇、聚乙二醇、苯甲基磺酰氟、羟胺盐酸等化学试剂购自北京化工厂和国药集团化学试剂有限公司；H2O2含量检测试剂盒、抑制与产生超氧阴离子能力检测试剂盒购自南京建成生物工程研究所公司。

1.1.2 仪器与设备

WAY-2W 型阿贝折光仪，上海精密科学仪器有限公司；SC-10 型精密色差仪，苏州欣美和仪器有限公司；Rapid TA 型质构仪，上海腾拔科技有限公司；TU-1810APC 型紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；PAL-1 型手持糖酸一体机，浙江托普仪器有限公司；FRQ-1006HTD 型超声波清洗机，杭州法兰特超声波科技有限公司；A 11 basic 型液氮研磨机，广州IKA 公司；FS-3080A 型果蔬呼吸测定仪，杭州绿博仪器有限公司；DDS-11A 型电导仪，上海鹏顺科学仪器有限公司；3H12RI 型冷冻离心机，湖南赫西仪器装备公司；DNM-9602 型酶标仪，普朗医药仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品处理和货架条件

将运回实验室的鸡毛菜进行挑选，去除其中发黄、萎蔫、断裂、残破、有病虫害的鸡毛菜，合格试材用清水清洗，沥干后备用。取沥干后的样品5.0 kg作为样品原点，液氮速冻留样用于测定。将其余样品分为4 个试验组，分别为连续照射组、脉冲照射组、光刺激组和黑暗对照组（CK），保证每组进行货架试验的样品不少于20.0 kg。连续照射、脉冲照射和光刺激在自改进的LED 光照箱中进行，箱体5面封闭，单面不封闭，开口面在试验时用黑色遮光布遮蔽，保证试验过程中箱体为黑暗封闭环境。将连续照射、脉冲照射和光刺激3 个试验组无堆叠平铺在LED 光照箱照射台面上，样品离灯管高度约（45±2）cm。不同LED 照射方式试验具体操作如下：

脉冲照射组（图1 A）：采用517 lx 红色LED 灯进行脉冲照射，连续照射4 h 后关闭光源（即黑暗状态）4 h，交替反复，直至试验结束，试验样品每3 h 翻面1次。

连续照射组（图1 B）：采用517 lx 红色LED 灯进行连续照射直至试验结束，总照射时长为48 h，试验样品每3 h 翻面1 次。

光刺激组（图1 C）：采用517 lx 红色LED 灯进行光刺激，即持续照射6 h 后关闭光源（即黑暗状态）至试验结束，试验样品每3 h 翻面1 次。

黑暗对照组（CK，图1 D）：无外源LED 光照。

货架试验过程中，LED 保鲜设备箱体温湿度条件恒定，温度为（23±2）℃，相对湿度为 75%±2%。每12 h 对样品进行1 次观察和留样，由于CK 组在48 h时丧失商品性，因此整体试验进行至48 h。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 色泽、失重率、呼吸强度和可溶性固形物含量

色泽：使用SC-10 型精密色差仪对叶片部分进行测定[6]，测定 L*、a*、b*值，并通过公式（1）计算饱和度C；失重率：采用称重法进行测定[18]；呼吸强度：使用FS-3080A 型呼吸测定仪采用静置法进行测定，单位为 mg·kg-1·h-1；可溶性固形物含量：使用阿贝折光仪测定[6]。

图1 自改进LED 光照保鲜箱示意图Fig.1 Sketch map of LED storage box

1.2.2.2 叶绿素含量、硬度和脆性

根据Shi 等[19]的方法，稍作改善进行叶绿素含量的测定。称取1.0 g 鸡毛菜液氮研磨的样品，加入离心管中，倒入 10.0 mL 丙酮-乙醇(2∶1)溶液，振荡摇匀5 min。将离心管在4 ℃、10 000 r/min 条件下离心15 min，使用分光光度计分别在645 nm 和663 nm 下测定上清液的吸光度，并计算叶绿素含量，单位为mg/g。鸡毛菜的硬度和脆性使用Rapid TA 型质构仪的剪切模式对叶柄部分进行测定。

1.2.2.3 感官评价

鸡毛菜的感官品质评价方法和标准参考周伟[10]和姚迪[20]的方法。选择新鲜样品的鸡毛菜和货架48 h 后的鸡毛菜进行感官评价。邀请20 名有感官评价经验的食品专业学生组成评定小组，分别从鸡毛菜的色泽、气味、隔片质地、叶柄质地、消费整体接受度五方面进行品评，满分为10 分。感官评价标准见表1。

表1 鸡毛菜感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standard for Chinese little greens

1.2.2.4 相对电导率、丙二醛（MDA）含量、H2O2含量和产生超氧阴离子自由基能力

相对电导率：使用电导仪测定，通过电导率表征细胞膜透性[21]；MDA 含量：参照舒畅等[21]的方法进行测定；H2O2含量：参考曹建康等[22]的方法进行提取，使用南京建成生物工程研究所生产的H2O2测试盒进行测定；产生超氧阴离子自由基能力：通过测定样品超氧阴离子含量得出[23]，根据Zhao 等[24-25]的方法使用南京建成生物工程研究所生产的抑制与产生超氧阴离子自由基测定试剂盒进行测定。

1.2.2.5 活性氧代谢相关酶活性

鸡毛菜的活性氧代谢相关酶主要包括过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）。POD 和CAT 活性测定参考曹建康等[22]的方法。以鸡毛菜样品反应体系在470 nm 波长处每分钟吸光度增加1 为1 个POD 活力单位（U）；CAT 活性测定以鸡毛菜样品反应体系在240 nm 波长处每分钟吸光度增加0.01 为1 个CAT活力单位（U）。SOD 和 APX 活性的测定参照文献[22]，以鸡毛菜样品反应体系每分钟在560 nm 波长处对氮蓝四唑光化还原的抑制率为50%时为1 个SOD 活力单位（U）表示；以鸡毛菜样品反应体系在290 nm 每分钟吸光度变化0.01 为1 个APX 活力单位（U）。

1.2.2.6 总酚、总黄酮和抗坏血酸含量

总酚和总黄酮含量：参考Zhao 等[24]的方法进行提取和测定，总酚含量以没食子酸为标准品进行计算，总黄酮含量以芦丁为标准品进行计算单位均为mg/kg。抗坏血酸含量：参考刘帮迪等[6]的方法进行测定，单位为mg/g。

1.2.3 数据处理

所有试验在取样时进行3 次生物学重复，指标测定时进行3 次技术重复，试验结果表示为平均值±标准差。所有数据利用Excel 软件进行整理绘图。数据之间的差异性通过IBM SPSS Statistics 19 软件Duncan’s多重比较法分析。

2 结果与分析

2.1 LED 照射方式对鸡毛菜商品性和贮藏品质的影响

外观品质和商品性是衡量果蔬货架效果的重要指标。与其他果蔬相比，叶菜更容易衰老，主要表现为黄化、萎蔫、局部腐烂和整体腐烂[10]。由图2 可知，在为期48 h 的模拟货架过程中，3 组经过LED 红光照射的鸡毛菜整体外观比黑暗对照更好。黑暗对照组鸡毛菜在货架24 h 时就出现明显的失水、萎蔫、发黄现象，这些现象在货架48 h 时更加严重，完全失去商品性。经过LED 照射的3 组鸡毛菜，在货架24 h 时表现出良好的外观品质和商品性，叶片保持较好的绿色色泽，叶柄保持正常挺直状态。这与LED 对芦笋[26]、莴笋[27]、西兰花[13]的保鲜研究效果相同。在货架48 h时，光刺激处理组的鸡毛菜出现发黄和褐变的现象，这是由于该处理组只在前6 h 进行照射，后续货架过程中没有光合作用[28]。连续照射是现有LED 保鲜研究中使用最为广泛的光照方式[28]，在货架48 h 后，连续照射和脉冲照射有效保持了鸡毛菜的色泽和质地，延长了货架期，并且脉冲照射组的色泽比连续照射的更加鲜艳。这可能是鸡毛菜是小白菜幼苗，比小白菜更不耐外界逆境，虽然LED 是典型的冷光源[28]，但持续照射散发的热量仍可能会影响鸡毛菜的生理代谢，导致其色泽略微暗淡。

图2 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间外观的影响Fig.2 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens appearance quality during shelf life

色泽是判断果蔬新鲜度的关键指标，研究表明，色泽鲜艳、无褐变、无黄化的蔬菜更容易受到消费者喜爱[29]。L*值表示明亮程度，其值越高，明亮度越高；a*值表示红绿变化，负值表示偏绿，正值表示偏红；b*值表示黄蓝变化，其值越大，越偏蓝，反之越偏黄；C 值表示色彩饱和度；标准色块是根据测定的L*、a*、b*值在色相体系中还原的直观视觉色块。由表2 所示，鸡毛菜货架48 h，各处理组样品的L*值明显下降，黑暗对照的L*值下降最显著，连续照射和脉冲照射的鸡毛菜L*值分别比黑暗对照高14.9%和15.4%。a*值和b*值变化更加明显，货架48 h，黑暗对照相较原点a*值上升了65.9%、b*值下降了31.9%，而其余3 个组别都能明显减缓a*值上升和b*值下降，其中脉冲照射效果最显著，这可能是由于续照射LED 灯管发热影响鸡毛菜的生理代谢。由标准色块图像可知，原点鸡毛菜的叶片色泽呈现明亮的翠绿色，货架48 h 后所有组别的色泽都向黄褐色变化，其中脉冲照射鸡毛菜的颜色比其他处理组更加偏绿。

表2 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间色泽的影响Table 2 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens color quality during shelf life

失重是叶菜保鲜中最严重的品质劣变现象之一，直接影响叶菜贮藏、运输和销售过程中的经济效益[29]。由图3 可知，所有组别鸡毛菜货架48 h 后失重率均大于10%，该数值普遍高于小白菜贮藏过程中的失重率[15]，鸡毛菜作为幼苗叶菜更易失水、不易保鲜。脉冲照射和持续光照处理能最大化地抑制鸡毛菜失重，这是由于脉冲照射和持续照射可有效减缓鸡毛菜的呼吸作用和蒸腾作用[10]，从而减少失重，这与LED 照射蕹菜[30]、西兰花[31]的研究结论一致。

图3 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间失重率的影响Fig.3 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens weight loss ratio during shelf life

图4 是不同处理组鸡毛菜货架期间呼吸强度的变化。脉冲照射和连续照射的鸡毛菜在12 h 时出现呼吸高峰，而光刺激和黑暗对照组的呼吸高峰出现在24 h，并且峰值明显高于脉冲和连续照射处理组。这说明脉冲照射和持续照射可有效降低鸡毛菜的呼吸强度，进而减少呼吸底物（可溶性固形物）的消耗（图5），延缓衰老进程。

图4 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间呼吸强度的影响Fig.4 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens respiration intensity during shelf life

蔬菜采后黄化是由叶绿素降解导致[29]。由图6 可知，3 种光照处理组的叶绿素含量均明显高于黑暗对照，其中脉冲照射和连续照射的鸡毛菜叶绿素含量最高，这与色泽参数的变化直接相关。

图5 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间可溶性固形物含量的影响Fig.5 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens soluble solid content during shelf life

图6 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间叶绿素含量的影响Fig.6 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens chlorophyll content during shelf life

图7 和图8 分别表示鸡毛菜硬度和脆性的变化情况。货架36 h 时，光刺激处理组和黑暗对照组鸡毛菜的硬度明显下降；货架48 h 时，脉冲照射处理组鸡毛菜的硬度明显高于其他处理组。脆性表现出与硬度的结果不一致，货架48 h 时，3 种光照处理鸡毛菜之间的脆性无显著差异。这可能是由于脆性是模拟口腔咀嚼的指标，导致鸡毛菜硬度下降的失水、萎蔫等因素，对于脆性影响不大。

图7 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间硬度的影响Fig.7 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens hardness during shelf life

图8 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间脆性的影响Fig.8 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens brittleness during shelf life

鸡毛菜货架48 h 时的感官评价结果如图9 所示。消费者对新鲜鸡毛菜样品在整体接受度、叶片质地、叶柄质地和色泽品质4 项指标上基本处于满分；对于气味品质，由于部分消费者不偏好青草香气，因此低于8 分。对于色泽、叶片质地和叶柄质地，脉冲照射和连续照射之间无明显差异，感官评分分数相重合，并且明显高于光刺激和黑暗对照组。消费者整体接受度上，不同处理的差异十分明显，光刺激组只有4 分，消费者认为挑选后可购买；而脉冲照射和连续照射高于8 分，达到优先购买标准。

图9 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间感官品质的影响Fig.9 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens sensory quality during shelf life

2.2 LED 照射方式对鸡毛菜细胞膜破坏和活性氧累积的影响

相对电导率即细胞膜透性，相对电导率越大，细胞膜透性越强，组织细胞越衰老[6]。由图10 可见，黑暗条件下贮藏的鸡毛菜，在货架48 h 时随着组织衰老黄化，相对电导率快速升高至4.44%。3 种光照处理的鸡毛菜相对电导率维持在3.5%以下，其中脉冲照射和连续照射可有效抑制细胞膜透性的上升。

图10 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间相对电导率的影响Fig.10 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens cell membrane permeability during shelf life

MDA 含量是反映果蔬细胞衰老程度的重要指标。由图11 可见，MDA 和细胞膜透性变化趋势相同，脉冲照射和连续照射可明显减弱鸡毛菜的细胞破坏程度，使其保持更好的商品性。众多研究证实，果蔬细胞的完整度可能和果蔬自身在贮藏过程中的活性氧代谢相关[29]。

图11 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间MDA 含量的影响Fig.11 Effects of different LED lighting modes on MDA content in Chinese little greens during shelf life

H2O2和超氧阴离子是植物体内细胞活性氧代谢的副产物，具有强氧化性，能够导致生物大分子的氧化损伤和膜的氧化损伤[6]。正常情况下，果蔬活性氧代谢处于平衡状态，当其受外界逆境刺激达到一定程度时，活性氧代谢失衡，此时H2O2和超氧阴离子等副产物的产生速度大于清除速度，使其大量累积，导致果蔬大分子氧化损伤和细胞膜被破坏[22]。由图12、13可见，货架12 h时，3 个光照处理组鸡毛菜的超氧阴离子含量均明显低于黑暗对照组，且3 组之间无明显差异。随着货架时间的延长，光刺激鸡毛菜的超氧阴离子和H2O2含量在24～48 h 陡增，显著高于连续光照和脉冲光照组（P＜0.05）。货架48 h 时，脉冲照射组的H2O2和超氧阴离子含量最低，说明脉冲照射对维持鸡毛菜活性氧代谢稳定和清除活性氧自由基能力效果显著，这可能是因为脉冲照射比连续照射对鸡毛菜色泽、硬度、呼吸强度有更好保持效果所致。

图12 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间H2O2 含量的影响Fig.12 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens H2O2 content during shelf life

图13 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间超氧阴离子含量的影响Fig.13 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens superoxide anion free radical content during shelf life

2.3 LED 照射方式对鸡毛菜活性氧代谢相关酶活性的影响

在果蔬生物活性氧产生与清除系统中，SOD 是歧化超氧阴离子形成H2O2的关键酶，POD、CAT、APX是清除过量H2O2和超氧阴离子等副产物的相关酶，因此保持这一系列酶活性对于维持果蔬正常的活性氧代谢和长期贮藏有重要意义[22]。如图14 所示，货架48 h，脉冲照射和连续照射的鸡毛菜POD、CAT 活性明显高于其他两个处理组；经过LED 光照处理的鸡毛菜，其POD 和CAT 活性峰值更高。鸡毛菜的APX和SOD 活性均呈下降趋势。货架48 h，脉冲照射和连续照射的鸡毛菜APX 和SOD 活性均显著高于光刺激组和黑暗对照组（P＜0.05）。研究表明，由于鸡毛菜不耐贮藏，其氧化应激系统快速响应，使POD 活性被大量激活，产生活性氧自由基，同时清除活性氧自由基的相关酶（CAT、APX 和SOD）也被激活。脉冲照射和连续照射可以持续维持活性氧代谢中酶的活性，使鸡毛菜活性氧代谢处于平衡状态；而黑暗对照和光刺激组的鸡毛菜，其活性氧清除相关酶活性在24 h 后快速下降，打破了活性氧自由基产生和清除之间的平衡，导致大量活性氧自由基累积，引发细胞结构被氧化破坏，加速了鸡毛菜的衰老腐烂，使其商品性大幅下降。

图14 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间活性氧代谢相关酶活性的影响Fig.14 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens active oxygen metabolizing enzymes activities during shelf life

除清除活性氧自由基的相关酶之外，果蔬体内还有一些能够清除活性氧自由基的物质[6]，这些物质普遍易被氧化，且具有生物活性，常被视为保健功能因子。总酚和总黄酮都是拥有上述能力的酚酸类物质[23]。由图15 可见，鸡毛菜在货架过程中，总酚含量和总黄酮含量均不断下降，但3 种照射方式均可延缓其下降趋势。货架48 h，脉冲照射鸡毛菜的总酚和总黄酮含量显著高于其他组别（P＜0.05）。抗坏血酸是果蔬中最常见的强还原性生物活性物质，变化趋势和鸡毛菜的总酚、总黄酮相同。由图15C 可见，脉冲照射和连续照射对鸡毛菜的抗坏血酸含量的保持效果最好，二者间无明显差异。脉冲照射能够保持更高的总酚和总黄酮含量，这可能是脉冲照射比连续照射能更好地保持鸡毛菜色泽和硬度的原因之一[24]。

图15 不同LED 照射方式对鸡毛菜货架期间生物活性物质的影响Fig.15 Effects of different LED lighting modes on Chinese little greens bioactive compounds contents during shelf life

3 结论

上述试验结果表明：连续照射、脉冲照射和光刺激3 种LED 照射模式中，LED 脉冲照射可最大程度地维持鸡毛菜的总酚和总黄酮含量，稳定POD、CAT、SOD 和APX 四种活性氧代谢酶活性，保持超氧阴离子和H2O2含量的产生与清除平衡，降低细胞膜透性、MDA 含量和超氧阴离子累积，从而有效维持货架过程中鸡毛菜的L*值、a*值、硬度、脆性等商品特性，降低呼吸强度，减缓衰老进程。