LED红蓝光处理对西芹采后品质的影响

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(1.天津市制冷技术重点实验室,天津商业大学,天津 300134;2.天津市食品生物技术重点实验室,天津商业大学,天津 300134)



LED红蓝光处理对西芹采后品质的影响

王亚会1,邸倩倩1,刘斌1,王超1,关文强2

(1.天津市制冷技术重点实验室,天津商业大学,天津 300134;2.天津市食品生物技术重点实验室,天津商业大学,天津 300134)

为探究不同LED红蓝光照强度对采后西芹营养品质的影响,将西芹置于温度为4 ℃,相对湿度为90%,光照强度分别为10、20、30 μmol·m-2·s-1和避光条件下,分析每一种光强下和对应避光条件下西芹相关品质指标的变化规律。结果表明:20 μmol·m-2·s-1光照强度显著增大西芹的失重率(p<0.05);10 μmol·m-2·s-1光照强度显著降低西芹的硬度损失率(p<0.05);三种光照条件下西芹叶绿素和VC含量均高于同一批次的对照组,30 μmol·m-2·s-1光照强度效果最佳;贮藏结束时三种光强下光照处理组色差均比同批次无光对照组大。该结果可为LED光照在西芹采后冷藏保鲜上的应用提供一定的理论依据。

LED红蓝光,光强,西芹,品质

西芹(ApiumgraveolensLinn)又称西洋芹菜,属伞形科芹菜属一年生草本植物,是一种耐寒性柱状蔬菜,是世界各地普遍种植的主要蔬菜之一[1]。西芹富含蛋白质、碳水化合物、矿物质及多种维生素等营养物质,对人体健康有重要作用[2]。目前果蔬保鲜方法主要为低温冷藏,但是传统的低温冷藏仍会使果蔬代谢失调品质下降[3-4],因此寻求一种符合现代低温物流要求的有效保鲜果蔬贮藏运输的方法十分必要。

不同的光照强度、波长等都会对贮藏果蔬品质产生较大影响[5-7]。光照处理具有来源广泛、成本低廉、无毒害、无副产物残留、对环境友好等优点[8],因此贮藏过程中果蔬所受光照情况对果蔬的影响引起了人们的广泛关注[9-11]。雷静等[12]研究表明LED 红蓝弱光(30 lx)照射有利于保持樱桃番茄4 ℃冷库贮藏过程中感官品质和营养价值的保持;李宁等[13]研究发现LED红蓝复合光处理不仅延长了西兰花保鲜期且防止了营养物质的快速流失,延缓了西兰花贮藏期间的衰老进程;王超等[14]研究表明LED红蓝光为1∶1光照强度为10 μmol·m-2·s-1时有助于保持西芹在低温贮藏下的营养品质;余意等[15]研究发现LED红蓝光为1∶1照射时绿叶生菜和紫叶生菜培养最佳;王君等[16]研究红蓝光配比为1∶1时不同光强下生菜光能利用率和电能利用率并得出300 μmol·m-2·s-1光照强度为生菜生长较优的光照。

目前,对于LED光照对西芹低温贮藏的影响研究尚为缺乏,同时LED具有输出光谱窄、节能高效、无污染、寿命长[17]等优点。因此,本实验采用低温冷藏环境中引入红蓝光配比为1∶1,不同光强条件下研究LED红蓝光照射对西芹保鲜效果的影响,观察西芹贮藏结束时失重率、叶绿素、VC、硬度、色差品质指标变化,为LED光照在西芹采后冷藏保鲜上的应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

西芹 购于天津市北辰区韩家墅海吉星农产品批发市场,所选西芹均为当日采摘,挑选大小相近、颜色基本一致、无机械损伤、成熟度一致、无病虫害的西芹当日实验使用,每次挑选标准一致。

实验在可调LED红蓝组合光源果蔬保鲜实验箱中进行[18](图1),本系统箱体分上、下两层,分别为冷藏室和光强检测设备区冷藏室采用亚克力材料,箱体四周采用锡箔纸密封以避免外界光对冷藏室内测试区的干扰;温实验库 大青工业株式会社;WFZ800-D3B紫外可见分光光度计 北京瑞利分析仪器公司;TA.XT.plus质构仪 英国Stable Micro Systems 公司;MIK-WR10色差仪 杭州美控自动化技术有限公司;FA2004A电子天平 上海精天电子仪器有限公司;SJ-01松井加湿机 杭州松井电器有限公司;Chame-IH100LED光强测量仪 北京卓立汉光有限公司。

图1 LED果蔬保鲜实验箱示意图Fig.1 Schematic diagram of LED fruits and vegetables fresh test box注:1.箱体;2.排风口;3.光量子传感器;4.温湿度传感器;5.LED科研模组;6.接线孔;7.风扇;8.辐射热传感器;9.光强检测仪;10.透光口。

1.2实验方法

1.2.1 西芹的贮藏 将西芹存放于LED红蓝组合光实验箱,然后放置于4 ℃的冷库(加湿器控制冰温实验库内环境相对湿度为90%)中,设定红蓝组合光的光配比为1∶1,该光配比可以提高叶片的光合速率[19],其中红光波峰为660 nm,蓝光波峰为450 nm。在光照强度分别为10、20、30 μmol·m-2·s-1下连续照射西芹12 d,以避光处理为对照组。

受实验箱体数量及容积限制,无法同时进行三种光强处理的实验,因此,本文在进行每一种光强处理的实验中均设定了对照组,将每一种光强与同一批次西芹的对照组进行对比研究,每一批次的实验中每一个对比平行实验组共有24根西芹,其中12根置于实验箱中,另外12根置于同等温度和湿度的冰温实验库中,实验过程中西芹所处的环境一直保持不变,分别于贮藏的第0、4、8和12 d中测定其营养品质指标的变化,每次取样为3根,每根西芹分别测量中部和两端共三次,所得结果为9次数据的平均值,最大程度的减少西芹个体差异所造成的数据波动。

1.2.2 品质指标的测量

1.2.2.1 失重率 贮藏过程中各实验组失重率利用标记的西芹失重率表示,采用称重法测定。按式(1)计算

式(1)

式中,m0为西芹初始质量,g;mi为贮藏第i天时的西芹质量,g。

1.2.2.2 VC含量测定 VC采用2,6-二氯靛酚滴定法测定[20]。

1.2.2.3 叶绿素含量 使用95%的乙醇提取,通过分光光度计进行比色测量[21]。叶绿素含量损失率按式(2)计算：

式(2)

式中,C0为贮藏初始叶绿素含量,mg;Ci为贮藏第i天叶绿素含量,mg。

1.2.2.4 色差 采用色差仪,测量每组西芹中间位置处L(亮度)、a(红绿度)、b(黄蓝度)值,按式(3)计算色差值(ΔE)。

式(3)

1.2.2.5 硬度 使用物性测定仪进行测定[22]。选取探头型号P/2,直径2 mm。测前速度为2 mm/s,测中速度为0.5 mm/s,测后速度为5 mm/s,测试深度为7 mm,每个处理组均取3个西芹上的同一位置的叶柄,在中部位置取3个部位测定,取平均值,硬度单位为kg/cm2。

硬度损失率计算公式:

式(4)

式中,h0为贮藏初始硬度,hi为贮藏第i天的西芹硬度。

1.3数据处理与分析

实验采用完全随机设计,每组包括3个重复样本。采用SPSS 19.0软件对实验数据进行单因素方差分析及Duncan多重比较,显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1光照强度对西芹失重率的影响

西芹含水率较高,失水萎蔫不仅影响其外观品质,也与贮藏过程中内在生理变化密切相关,进而影响蔬菜的成熟与衰老进程[23]。由图2可知,三批次中光照组和对照组西芹失重率均随贮藏时间延长呈上升的趋势,在贮藏第4 d，10、30 μmol·m-2·s-1光照组与对照组西芹失重率差异不显著(p>0.05)。在贮藏结束时LED红蓝组合光照射下的西芹失重率比同一批次对照组高,这主要是由西芹的蒸腾作用导致的,红蓝组合光会刺激西芹保卫细胞气孔的开启,气孔开启后,细胞中水分流出西芹体内进入环境空气中,导致光照组贮藏结束时西芹的失重率高于同一批次的对照组。

图2 光照强度对西芹失重率的影响Fig.2 The effect of light intensity on the weight loss rate of celery注:图中*代表实验组与同批次的对照组差异性显著(p<0.05),**代表差异性极其显著(p<0.01);图2～图6同。

贮藏结束时10 μmol·m-2·s-1光照处理组和对照组西芹的失重率分别为10.5%和9%,光照处理组西芹的失重率为对照组的1.17倍;20 μmol·m-2·s-1光照处理组和无光对照组西芹的失重率分别为10.29%和6.02%,光照处理组西芹的失重率为对照组的1.7倍;30 μmol·m-2·s-1光照处理组和对照组西芹的失重率分别为14.19%和12.65%,光照处理组西芹的失重率为对照组的1.33倍。在贮藏结束时,每一批次的实验中光照组失重率均大于相应的对照组,20 μmol·m-2·s-1光照处理组与同批次无光对照组比较对西芹失重率促进作用最为显著(p<0.01)。实验证明光照处理并不利于西芹在贮藏过程中水分的保持。

2.2光照强度对西芹VC含量损失率的影响

VC是人体必须的营养物质,其含量变化也是果蔬贮藏过程中抗衰老的重要指标。由图3可知,三批次实验中光照组和对照组西芹VC含量损失率均随贮藏时间延长基本呈上升的趋势,30 μmol·m-2·s-1光照处理组在贮藏8 d至12 d时出现下降趋势可能是西芹个体差异所致。在整个贮藏期间LED红蓝组合光照射下西芹VC含量损失率显著低于同批次的对照组(p<0.05),这主要是由于LED红蓝组合光照射刺激了气孔的开启,并进行光合作用延缓了VC的损失。随着光强的增加,在贮藏第12 d，30 μmol·m-2·s-1光强下VC含量损失率最低,这是光合作用和呼吸作用的共同结果。当光照强度未达到西芹的光补偿点时(即10 μmol·m-2·s-1光强和20 μmol·m-2·s-1),光合作用小于呼吸作用,因此西芹VC含量损失较大,但低于同批次的对照组。当光强达到30 μmol·m-2·s-1时,光照强度更接近光补偿点,与贮藏结束时比较贮藏初期VC含量损失较大是由于刚采摘的蔬菜呼吸作用较强导致。在贮藏的4 d至8 d，光照组VC含量损失几乎不变是光合作用和呼吸作用共同的结果,在贮藏的8 d至12 d，VC含量损失率增加可能是由于随着贮藏时间的延长呼吸作用导致可以用于光合作用的产物减少,使光合作用减弱。

图3 光照强度对西芹VC含量的影响Fig.3 The effect of light intensity on the VC content of celery

贮藏结束时10 μmol·m-2·s-1光照处理组和同批次对照组西芹的VC含量损失率分别为21%和39%。20 μmol·m-2·s-1光照处理组和同批次对照组西芹的VC含量损失率分别为16.19%和50.57%。30 μmol·m-2·s-1光照处理组和同批次对照组西芹的VC含量损失率分别为9.6%和33%。说明光照处理对于延缓采后西芹VC含量损失率的下降有明显作用,有利于保持西芹的营养成分,在贮藏结束时光照强度越强抑制作用越明显。

2.3光照强度对西芹叶绿素含量的影响

叶绿素含量是评价西芹品质的重要理化指标,叶绿素含量的减少会降低西芹的品质。由图4可知,20 μmol·m-2·s-1和30 μmol·m-2·s-1光照强度下在贮藏第0 d至4 d时间内叶绿素含量呈现上升的趋势是由于光合作用与呼吸作用的共同作用的结果,在贮藏的4 d之后叶绿素含量呈现下降的趋势,是由于随着贮藏时间的延长水分流失光合作用强度减弱导致叶绿素和成量减少。贮藏结束时与贮藏开始(第0 d)相比三批次实验中光照组和对照组西芹叶绿素含量整体呈下降的趋势,且在贮藏期间光照组叶绿素含量损失量均明显低于同批次的对照组(p<0.05)。随着光照强度的增加，30 μmol·m-2·s-1光强下叶绿素保存量最高。

图4 光照强度对西芹叶绿素含量的影响Fig.4 The effect of light intensity on the chlorophyll content of celery

贮藏结束时10 μmol·m-2·s-1光照处理组和同批次对照组西芹的叶绿素含量损失率分别为34%和51%。20 μmol·m-2·s-1光照处理组和同批次对照组西芹的叶绿素含量损失率分别为32%和56%。30 μmol·m-2·s-1光照处理组和同批次对照组西芹的叶绿素含量损失率分别为5.2%和21.3%。30 μmol·m-2·s-1光强下的叶绿素含量损失率分别是10 μmol·m-2·s-1光强和20 μmol·m-2·s-1光强下的0.54和0.9倍;表明光照处理能明显延缓叶绿素的分解。

2.4色差

由图5可知不同实验组随着贮藏时间的增加西芹色差整体均呈现不断上升的趋势,西芹的色泽逐渐变差。整个贮藏期间,对照组的色差显著优于(p<0.05)同批次的光照处理组,这是因为光照过程会导致叶黄素的产生,从而导致色差变大。在贮藏的第12 d,10 μmol·m-2·s-1光照处理组的色差是同批次对照组的1.59倍,20 μmol·m-2·s-1光照处理组的色差是同批次对照组的1.84倍,30 μmol·m-2·s-1光照处理组的色差是同批次对照组的1.45倍。对照组贮藏第8 d时的色差出现突然增大的趋势可能是由于测量的西芹本身的个体差异所致,但并没有影响整体的变化规律。贮藏第4 d时光照强度对西芹色差的影响先增大后降低，贮藏过程中20 μmol·m-2·s-1光照处理会促使西芹颜色更快的变黄,色差变化较为明显,感官上的色泽鲜度有所下降。

图5 光照强度对西芹色差的影响Fig.5 The effect of light intensity on the color of celery

2.5硬度

硬度能够影响西芹的口感,且能直观地反映西芹的新鲜程度。如图6所示,三种光照组与同批次的对照组相比西芹硬度差异显著(p<0.05)。10 μmol·m-2·s-1光照强度下整个贮藏期间,对照组西芹的硬度损失率显著高于同批次光照处理组(p<0.05)。20 μmol·m-2·s-1光照强度下在贮藏的前期光照处理组西芹的硬度损失率显著低于对照组(p<0.05),贮藏的第8 d和第12 d光照组硬度损失率均高于对照组,这可能是西芹取样时部分个体差异的影响。30 μmol·m-2·s-1光照强度下整个贮藏期间光照组的硬度损失率均显著低于同批次的对照组(p<0.05)。这主要是由于西芹的光合作用降低西芹衰老的速度,且光照强度较低时保持采后西芹硬度的效果最好。

图6 光照强度对西芹硬度的影响Fig.6 The effect of light intensity on the hardness of celery

贮藏结束时,10 μmol·m-2·s-1光照组和同批次对照组的硬度损失率分别为9.6%和26.3%。20 μmol·m-2·s-1光照组和同批次对照组的硬度损失率分别为11.8%和10.9%。30 μmol·m-2·s-1光照组和同批次对照组的硬度损失率分别为24.3%和27.7%。采后西芹的硬度损失率随着光照强度的增大呈现增加的趋势。10 μmol·m-2·s-1光照处理对采后西芹硬度的保持效果最好,对采后西芹硬度的保持有明显的促进作用。

3 结论

在相对湿度为90%、温度为4 ℃、LED红蓝组合光配比为1∶1时,西芹各品质指标的最佳光强不同。在贮藏结束时西芹色差、叶绿素和VC含量方面最佳光照强度为30 μmol·m-2·s-1，硬度损失方面最佳光照强度为10 μmol·m-2·s-1，而对于失重率方面光照强度为10 μmol·m-2·s-1和30 μmol·m-2·s-1时效果最佳。综合考虑30 μmol·m-2·s-1光照强度对于西芹低温贮藏效果最佳。针对不同的水菜品种应根据其呼吸作用强度等选择合适的光照强度以确保其在贮藏期间营养品质的保持。

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EffectsofredandblueLEDonpostharvestqualityofcelery

WANGYa-hui1,DIQian-qian1,LIUBin1,WANGChao1,GUANWen-qiang2

(1.Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology,Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China; 2.Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology,Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China)

In order to explore the effects of red and blue LED irradiation intensity on postharvest preservation of celeries,the celeries were put respectively in light condition of 10,20,30 μmol·m-2·s-1and corresponding dark condition where temperature was 4 ℃ and relative humidity was 90%. Under each kind of light intensity and correspond dark condition the quality indexes of the celery were analysed. The results showed that when the light intensity was 20 μmol·m-2·s-1celery weightlessness rate change was most obvious(p<0.05)and the light intensity was 10 μmol·m-2·s-1significantly reducing hardness rate change on celery(p<0.05). In three kinds condition the chlorophyll and VCcontent under the light receiving surface were higher than dark condition. At the end of each group the chromatic aberration of light treatment group were bigger than corresponding back group under the same batch,under the light of 30 μmol·m-2·s-1could achieve better fresh-keeping effect. The results could provide a theoretical basis for the application of LED light in postharvest preservation of celery.

red and blue LED irradiation;light intensity;celery;quality

2017-01-05

王亚会(1991-)，女，硕士研究生，研究方向：热质传递与强化传热，E-mail:1510133100@qq.com。

公益性行业(农业)专项(201303083-1-4)；天津市科技支撑(142CZDNC00016)。

TS255.3

:A

:1002-0306(2017)12-0310-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.057