LED光控保鲜|一种安全、绿色、环保的果蔬采后处理技术
近年来，植物工厂或温室作物栽培采用LED 作为唯一或辅助光源，围绕光合作用和光形态建成的研究越来越多。LED 的农业应用场景也得到拓展，除了作物的育苗和栽培生长过程，采后储藏过程中 LED 可发挥的作用也受到关注。在果蔬采后处理过程中应用光照处理是一种安全、绿色、环保的非加热物理保鲜技术，主要分为 LED 光保鲜，紫外光辐照保鲜和辐射保鲜 3 大类。与栽培补光需要的较高光强不同，采后保鲜所需的光强较低，各研究报道中使用的光强一般在 10~80 μmol/(m2 ·s) 之间。因此，LED 光源具备了天然优势，其电光转换效率高、发热量低、波长可控的特性，以及体积小、方便移动、易整合到其他设备（如冷藏设备）中等优点，使 LED 光控保鲜技术开始受到果蔬采后保鲜领域的研究关注 。
果蔬采后品质的维持通常是通过控制适宜的温湿度条件和气体成分来实现，大量研究表明，光照可以有效地抑制采后成熟衰老，维持外观品质，延长货架寿命，甚至提高某些营养成分含量 。LED 照射调控果蔬采后保鲜的可能机制，尚无无明确论断，主要作用机制推断有：（1）促进采后果蔬继续进行光合作用，增加采收后储存呼吸底物的可溶性碳水化合物，尽管采收后离体果蔬失去了水肥供给，但作为鲜活农产品的生理代谢仍在继续，以绿叶蔬菜为例，采收后适当的光照有利于延缓叶绿素的降解，微弱的光合作用和糖分累积对呼吸作用的消耗是一种有益补充；（2）减缓或抑制呼吸强度及乙烯释放，光处理降低采后果蔬呼吸强度并推迟乙烯释放高峰，而乙烯是介导和促进果蔬成熟和衰老的关键内源激素和信号分子；（3）增加或维持有益化合物，包括抗坏血酸（VC）、总酚类、可溶性糖、次生抗氧化剂等的含量水平，以及通过色素（番茄红素、类胡萝卜素、花青素）的积累来改善或保障视觉外观品质；（4）抑制采后果蔬表面微生物生长，LED 照射通过光动力学灭活 (photodynamicinactivation) 和光催化灭活 (photocatalyticinactivation) 途径对部分食源性致病菌产生抑制效应，从而减缓微生物繁殖，减轻果蔬组织腐烂，达到保鲜目的 。
在叶菜保鲜中的应用
活体叶菜光照保鲜实例已经出现在一些 商超的高档蔬菜销售柜台或火锅店，如由中山 昂欣科技有限责任公司研发制造的“活菜鲜” （图 1）。
图 1 中山昂欣科技有限责任公司研发制造的“活菜鲜”
该系统提供具有针对性的光谱、光照、 周期控制和营养液，维持所配送的蔬菜保持正 常活体状态，可让蔬菜保鲜 1 星期以上。事实上， 采收后的叶菜虽然失去了根系，但根茎部位储 藏较多的养分和水分，采收后植物仍具有一定 的“生长”能力，运输过程自然弱光刺激下可 能出现徒长和叶片转黄现象，若采用 LED 光保 鲜技术与冷藏技术二合一，将有利于维持绿色、 抑制褐化。将来该技术有望更多出现在高品质 叶菜专用销售柜台。
不同作物种类和品种所需 LED 光照度、光谱 组成不同，并且对果蔬品质的保鲜效果也不同。对于叶菜，保持水分和色泽（色素）是储藏的基本要求。鲜切生菜即使在低温下保存，组织褐变和品质下降依然发生较快，近年来虽有少量带根运输和销售的水培生菜出现在高档超市，但毕竟不是主流供应方式。法国阿维尼翁大学报道 ，连续光照 [50 μmol/(m2 ·s) 或 150 μmol/(m2 ·s)]显著抑制鲜切生菜的组织褐变，但刺激脱水加速；而采用低光强 [50 μmol/(m2 ·s)] 间歇光（2 h 开启 /2 h 关闭）处理 2 天可使褐变和水分损失最小化，并在随后的 5 天黑暗储藏条件下，光照积极作用存在剩余效应。类似的研究结果在多种鲜切叶菜上被报道，采后光照处理延缓了长叶莴苣（罗马生菜）、芹菜和西兰花的储藏期衰老，并显著抑制采收切口的组织褐变 。
光照对采后叶菜的营养质量也有积极作用。在菠菜叶片中，内源性维生素，如 VC 和叶酸的含量在可见光下比在黑暗中存储时显示出更高的值 ，这可能是由于光合作用能力的增加，诱导可溶性碳水化合物特别是葡萄糖的可用性提高，进而促进 VC 合成 。王超 等以10、20、30 μmol/(m2 ·s)3 档光强的红蓝组合 LED 研究西芹和西兰花采后营养品质指标变化，3 档光强均能不同程度延缓叶绿素和VC 的降解，对于叶绿素保持30μmol/(m2 ·s)效果最佳，对于 VC 保 持 20 μmol/(m2 ·s) 效果最佳。
在果菜保鲜中的应用
对于果菜，除了水分和色泽，储藏过程中营养成分和抗氧化物质的变化也非常重要。范林林等 研究 LED 白光对番茄和黄瓜储藏的保鲜效果，预实验从 25、50、75100μmol/(m2 ·s)中筛选了最佳光强 75 μmol/(m2 ·s)，可延长货架期 3~4 天；以番茄为例，光照处理可较好维持番茄的感官品质，抑制水分散失和营养物质降解，保持更高的抗氧化活性，储藏至 12 天，LED 处理组的感官评分、失重率和 VC 含量分别为对照组 1.59 倍、34% 和 1.19 倍，期间储藏图 1 中山昂欣科技有限责任公司研发制造的“活菜鲜”6 天时，多酚氧化酶活性差异达 1.65 倍；LED光照对保持色泽、维持可溶性固形物含量有一定作用，但与对照组差异不显著。德国波恩大学一项研究报道，番茄采后处理使用红光照射，可以显著增加健康化合物含量，番茄采后存储在连续红光照射（10 天以上）条件下，积累了更多的番茄红素、β- 胡萝卜素、总酚类化合物、总类黄酮以及亲水亲脂性的抗氧化剂；间歇性辐射似乎不会对番茄的成熟速度和抗氧化能力产生类似的影响；未来的试验应该探索在红光照射下，番茄不同部位（表皮、果皮壁、房室腔、种子、间隔等）是否会产生不同的促进健康的化合物。
在实际生产中，番茄通常在未完全成熟阶段收获，成熟过程发生在采后的储存和运输过程中。青果番茄采收后在完全黑暗或LED 光照条件下储藏，番茄果实成熟度和品质有很大差别； 红光或红光+UV 组合能使番茄果实提前5 天达到黑暗储藏7 天番茄的成熟度，且红光+UV 还显著提高了番茄红素、胡萝卜素、总黄酮和酚类物质的含量。类似地， 采收未成熟草莓便于运输、损耗率低，但严重影响草莓果实的品质和口感； 将不同波长（385、470、525、630 nm）的LED 照明应用于未成熟草莓，在4 天的贮藏后，可获得更高的可溶性固形物含量， 以及更高的VC、花青素和总酚类含量。
除了可见光，紫外光也可用于果实保鲜。尽管UV-C 辐照通常主要用于消毒目的，但也可作为一种环境友好和低成本方式用于园艺作物采后处理，美国食品和药物管理局认可这是安全的方法。南京农业大学的一项研究表明，UV-C 照射（4.0 kJ/m2） 通过调节ROS 代谢和苯丙素苷类化合物合成途径，延缓了生理降解， 促进了保健成分酚类化合物的生成， 进而有效地保持草莓果实的抗氧化能力和综合品质。
对果蔬微生物的影响
除了影响果蔬品质，LED 蓝光和近紫外光还对细菌抑制效果显著，有助于提升保鲜效果，在400~450 nm 波段内，LED 在波长峰值为405 nm 时对致病菌抑制效果最好，以照射强度21 mW/cm2 对蜡样芽孢杆菌、沙门氏菌、大肠杆菌和李斯特杆菌等食源性致病微生物处理9 h 后，各致病菌菌落数有不同程度的下降。在草莓低温贮藏的试验中，研究人员验证了使用UV-C照射（4.0 kJ/m2） 既可以有效保持草莓储藏7天后的品质特性，又保持了草莓果实的微生物安全性。因此，特定光谱的LED 可在预冷处理、冷藏运输和市场展示过程中替代杀菌剂的作用。
在叶菜保鲜中使用较低强度的 LED 光 照[ 通 常 20~30 μmol/(m2 ·s)]，有利于保持叶菜水分和色泽，减缓叶绿素和 VC 的降解；在果菜保鲜中使用稍高强度的 LED 光 照 [ 通 常50~75 μmol/(m2 ·s)]，更有利于营养成分、活性成分的保存，这对于高品质果蔬在销售过程中的品质维持意义重大。已有的研究显示红光、红蓝光、白光 LED 在果蔬保藏中均可发挥积极作用，但更精准、更高效的光谱配比研究还比较缺乏，这与 LED 光配方在栽培领域的研究情况类似，受环境条件、作物种类、品种特性等复杂性影响，很多研究结果存在较大的局限性。
随着高水平环控的大型连栋温室在国内兴起新一轮的建设热潮，这类温室项目通常都配备有条件较好的冷链储藏设施，若 LED 光控保鲜技术更广泛地延伸应用到临时储藏和冷链运输环节，将有助于进一步提升高品质果蔬的供应能力，值得行业关注。