LED紅光照射對四種果實采后后熟的影響

辛 奇，劉幫迪，孫 靜，馮欣欣，郝光飛，童 穎

（1.河北工程大學生命科學與食品工程學院，河北 邯鄲 056038；2.農業農村部規劃設計研究院，北京100125；3.農業農村部農產品產后處理重點實驗室，北京 100121；4.杭州創灶莓滿科技有限公司，浙江 杭州 311200）

呼吸躍變型果實在采后貯運過程中存在后熟現象，以芒果、獼猴桃、牛油果、杏、李為代表的呼吸躍變型果實普遍具有較高的消費需求和經濟價值。目前，生鮮果蔬產業中果農通常在呼吸躍變型果實的園藝成熟期（亦稱為青熟期、商業成熟期）采摘以便于長距離運輸和長時間貯藏[1]。然而，較低的采收成熟度往往產生貨架銷售和消費者自行家庭催熟困難的問題，通常表現為催熟時間過長、催熟品質不可控制等[2]。隨著我國生鮮水果消費業態升級和消費水平的提升，消費者對高成熟度、購買后可直接食用的果實需求量不斷增加。根據對北京商超和水果店進行的市場調研數據顯示，催熟后獼猴桃、芒果的銷售單價比未催熟的果實高45.8%～120.3%；熟化后的榴蓮比未催熟的銷售時間普遍快3～5 d；表皮轉色的溫州蜜橘比青皮溫州蜜橘銷售壓力更小，大大減少了蜜橘在商超貨架腐爛的概率。以獼猴桃、牛油果、芒果為代表的高值呼吸躍變型果實存在更高的價格溢出空間和更好的經濟提升可能性。大力扶持此類經濟價值較高的果實產業十分契合我國近年來提出的“高質化”農業發展的趨勢和鄉村振興戰略[3]。因此，有關促進呼吸躍變型果實后熟方法和新技術的探究非常必要。

目前，在實際果業生產中，常用的催熟方式主要以乙烯利熏蒸為主。乙烯作為一種天然的植物激素，可以誘導和促進果實的成熟[4]，增加果蔬的香氣、口感及色澤，如用0.04 mmol/L乙烯處理獼猴桃果實后,果肉綠色變淡，果肉甜度增加，酸澀度減小，汁液增多，口感較好[5]。然而，化學試劑往往存在使用劑量不可控性和試劑殘留等問題[6]。研究指出，乙烯利殘留會給食品安全帶來隱患，例如一定量的乙烯利會腐蝕消化道，過量攝入甚至引發消化系統疾病[7]；在小鼠試驗中發現，長期接觸大量的乙烯利會造成雄性小鼠生殖系統病理性改變，進而影響生殖細胞的質量[8]。此外，乙烯利還會導致基因突變[9]，并具有免疫毒性和神經毒性[10]。因此，探究一種可控且安全的促進果實后熟的物理技術非常必要。

發光二極管（Light-emitting diode，LED）光照技術具有來源廣泛、操作簡單、成本低廉、無毒害、無殘留、對環境友好等優點，且LED光照近年來在園藝大棚種植產業中已經得到廣泛的研究和應用[11]。相關研究已經明確了LED照射促進果實成熟的機制。Alba等[12]的研究指出，在種植過程中，LED促進膨大期番茄著色和成熟的機制主要是通過調節以類胡蘿卜素為代表的光敏色素來進行的，并且該光敏色素的代謝途徑完全獨立于生長膨大期番茄的乙烯合成途徑。研究表明，LED光照可以對果蔬采后品質變化帶來有利影響，如不同顏色、光強和照射方式的LED光照可對雞毛菜[13]、白菜[14]、西藍花[15]等蔬菜的護綠、保脆和抑制微生物繁殖等方面產生有效作用，但研究主要集中在蔬菜的采后保鮮中，而LED應用于呼吸躍變型果實采后后熟中的研究較少。Peacock[16]在1972年首次報道，LED熒光連續照射處理對香蕉果實采后品質產生了積極的影響。劉幫迪等[17]關于LED光照射香蕉的研究中發現，紅、橙光可有效促進香蕉的成熟，藍、紫光卻會明顯抑制香蕉的后熟進程，而黃、綠光卻擾亂了香蕉正常的后熟代謝進程，導致其快速腐敗變質。Gong等[18]的研究指出，對10℃下貯藏的桃子進行藍光刺激可以保持較高乙烯釋放水平，從而達到后熟的效果。

綜上所述，目前關于LED光照在促進采后果實后熟上雖有一定研究，但缺乏對處理光色及結果的定論，也沒有提出相關理論機制。本研究通過探究采后連續紅光照射對呼吸躍變型果實——芒果、獼猴桃、香梨、甜瓜（分別代表核果、漿果、仁果、瓜類）后熟進程的影響，以期為光照對果蔬采后催熟技術的研發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

芒果（臺農）、獼猴桃（徐香）、甜瓜（羊角蜜）、香梨（庫爾勒）：從北京郊區采摘園或附近產地于果實6成熟時就近采摘，未經冷藏保鮮24 h內運至實驗室。

蔗糖、NaOH、酚酞指示劑、濃硫酸：上海麥克林生化科技有限公司產品。以上試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

MP5002電子天平，深圳市飛亞衡器有限公司；TGL-16gR高速冷凍離心機，上海安亭科學儀器廠；Rapid-TA質構儀，上海騰拔儀器科技有限公司；UV-2100型UNICO紫外分光光度計，上海化科實驗器材有限公司；PAL-1糖度儀，浙江托普儀器有限公司；DW-86L388J超低溫保存箱，青島海爾醫療股份有限公司；BC/BD-300DT調溫冷藏箱，美菱股份有限公司；A11 basic基本型分析研磨機，廣州IKA公司；NR110色差儀，深圳市三恩馳科技有限公司；Nikon D800相機，日本尼康公司；IHP02智能果蔬培養箱，衡水麗華潤康生態科技股份有限公司；YT-GX20果蔬呼吸測定儀，山東云唐智能科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

選擇大小均一、無物理損傷的果實（芒果、獼猴桃、甜瓜、冬棗），用清水清洗干凈并擦干表皮水分。每種果實設置2個試驗組。

處理組：貨架期間對果實進行光照處理。將新鮮香梨、芒果、獼猴桃及甜瓜置于果蔬培養箱內（各600枚），箱體前后均使用黑色無紡布遮擋，避免外源光的干擾。采用波長為670 nm、光照度為500 lx的LED紅光24 h不間斷照射。

對照組：貨架期間對果實不進行光照處理。將新鮮香梨、芒果、獼猴桃及甜瓜置于果蔬培養箱內（各600枚），遮光處理以避免外界光源的干擾。

整個貨架期間，需對果實所處環境進行加濕，相對濕度維持在75%±5%，貯藏溫度維持在（25.2±2.5）℃。每種果實設置5個時間點進行取樣，如表1所示，分別對果實后熟品質進行測定，每種果實每次取樣10枚。

表1 果實取樣時間點設置Table 1 Time pointsfor sampling of fruits 單位：d

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 果實硬度

采用Liu等[19]的方法，略作改動，利用質構儀測定。儀器參數：探頭型號為P/10柱形探頭，模式為TPA，壓縮量30%，測試速率1 mm/s，觸發點負荷為100 g。選擇果實赤道附近進行切片，厚度為1 cm，硬度單位為：N/cm2。

1.2.2.2 可溶性糖含量

采用蒽酮法[20]測定。以10個果實為一組，取樣后混合均勻，稱取果肉1 g，置于研缽中，加入蒸餾水進行研磨，將研磨液全部轉移至離心管中，于80℃水浴鍋中加熱30 min，4 000 r/min離心10 min，將上清液轉移至25 mL容量瓶中，殘渣繼續加入蒸餾水水浴后離心，該過程重復2次，合并上清后，容量瓶定容。取1 mL樣品提取液加入19 mL蒸餾水混勻后取0.5 mL樣品提取液加1.5 mL蒸餾水，再加5 mL蒽酮-硫酸試劑，顯色后于波長630 nm下測定吸光度值，參照蔗糖標準曲線計算可溶性糖含量（%）。

1.2.2.3 可滴定酸含量

采用NaOH溶液滴定法[20]測定。稱取混合均勻的果肉1 g，置于研缽中，加入蒸餾水進行研磨，研磨液置于80℃水浴鍋中加熱30 min，4 000 r/min離心10 min，將上清液轉移至25 mL容量瓶中，殘渣中繼續加入蒸餾水水浴、離心，該過程重復2次，合并上清后，容量瓶定容，取20 mL提取液進行有機酸滴定，并計算可滴定酸含量（%）。

1.2.2.4 呼吸強度

使用果蔬呼吸測定儀進行[21]測定。每次取5個果實置于氣體管中、密閉，開動氣泵，預熱30 min后打開開關，測定單位時間內CO2生成量（mg·kg-1·h-1）。單位時間內CO2生成量越大，果實呼吸強度越強。

1.2.2.5 果實色澤

采用Fan等[22]的方法，使用色差儀對果實樣品的a*、b*值進行測定。其中a*的正負值分別代表紅綠值，b*的正負值分別代表黃藍值。

1.2.3 數據處理

所有試驗均進行3次重復，結果以xˉ±s表示，采用SPSS 26.0軟件中的ANOVA和Duncan’s對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 LED紅光照射對不同果實后熟過程中硬度的影響

硬度是果實后熟過程中變化最為直觀的生理品質之一，也是判斷果實后熟進程的重要標準之一[23]。隨著果實后熟和衰老進程的發展，果實的硬度呈現逐漸降低的趨勢，這主要是由于果實在后熟過程中細胞壁中的果膠及纖維素不斷分解所造成的[24]。因此，果實硬度下降越快，表明果實進入后熟時間越早。如圖1A、1B所示，LED紅光照射組的香梨和芒果果實硬度總體呈不斷下降的趨勢，在貨架期間顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）低于對照組，香梨在4～8 d內硬度下降率為22.45%，遠高于對照組（19.69%）；芒果在0～4 d內硬度下降率為33.39%，也明顯高于對照組（19.27%）。

圖1 LED紅光照射對香梨（A）、芒果（B）、獼猴桃（C）及甜瓜（D）硬度的影響Fig.1 Effectsof red LEDlight irradiation on hardnessof pears(A),mangos(B),kiwifruits(C)and melons(D)

整個貨架期間，LED紅光照射組獼猴桃的硬度與對照組相比無顯著性差異（圖1C）。如圖1D所示，貨架期內，對照組和LED紅光照射組甜瓜果實硬度均呈先下降后上升再下降的趨勢，但對照組果實硬度的峰值出現在第3天，而光照組果實硬度峰值出現在4.5 d。1.5～3 d時，對照組甜瓜硬度由22.76 N/cm2上升到32.40 N/cm2，這可能是因為貨架期中，甜瓜細胞中的水分不斷減少，使得甜瓜果實纖維素含量上升[25]，出現糠化現象而造成硬度的上升，之后隨著甜瓜的衰老，隨著細胞壁降解，硬度逐漸降低。

綜上，LED紅光照射處理顯著促進了香梨和芒果后熟過程中硬度的下降，對獼猴桃果實的硬度變化影響不明顯，可明顯延緩甜瓜果實硬度高峰的出現。

2.2 LED紅光照射對不同果實后熟過程中可溶性糖含量的影響

可溶性糖含量是判斷植物品質的重要因素之一，尤其是以果實為產品的植物，可溶性糖含量是影響果實風味品質的重要因素[23]。呼吸躍變型果實自然采后后熟的過程中，通常存在可溶性糖含量先上升后下降的情況[26]。如圖2所示，4種果實在貨架期內可溶性糖含量均出現總體先上升后下降的趨勢，這主要是由于在不斷成熟過程中，果實中淀粉不斷分解成可溶性糖，使得可溶性糖累積；而后隨著果實的不斷衰老，可溶性糖不斷被果實分解利用，造成其不斷減少。此外，從圖2A、2B可知，香梨和芒果在LED紅光照射下糖分累積提前，香梨中可溶性糖含量在貨架期內均極顯著高于對照組（P＜0.01）。

由圖2C可知，貨架期內，LED紅光照射組獼猴桃可溶性糖變化與對照組相似。值得注意的是，甜瓜卻出現了相反的變化趨勢，即不進行LED紅光照射對甜瓜糖分的累積更加有利（圖2D）。

圖2 LED紅光照射對香梨（A）、芒果（B）、獼猴桃（C）及甜瓜（D）可溶性糖含量的影響Fig.2 Effectsof red LEDlight irradiation on solublesugar contentsof pears(A),mangos(B),kiwifruits(C)and melons(D)

綜上，LED紅光對香梨和芒果后熟過程中可溶性糖的累積有明顯的促進作用，而對獼猴桃和甜瓜的作用則不明顯。

2.3 LED紅光照射對不同果實后熟過程中可滴定酸含量的影響

可滴定酸含量為判斷植物品質的重要因素之一，可滴定酸與糖一樣，是影響果實風味品質的重要因素。因此，可滴定酸的定量研究對果實后熟過程中品質變化的探究具有重要意義[23]。如圖3所示，4種果實貨架期間，可滴定酸含量均呈現不斷下降的變化趨勢。這是由于在果實的成熟過程中，有機酸不斷被分解利用，且其相關合成酶的活性不斷降低，致使檸檬酸、蘋果酸等合成受限[27]。由圖3A、3C可知，香梨和獼猴桃在LED紅光照射處理下，可滴定酸含量與對照組相比差異不顯著。而芒果（圖3B）在LED紅光照射下，4～12 d內可滴定酸含量極顯著低于對照組（P＜0.01）。

甜瓜則表現出與其他3種果實相反的變化趨勢。如圖3D可知，在1.5～6 d中，相較于LED紅光處理組，對照組的可滴定酸下降更為明顯，表明LED紅光對甜瓜的后熟進程無顯著促進作用。

綜上，LED紅光對芒果后熟過程中可滴定酸的累積有顯著的促進作用，而在香梨和獼猴桃上表現不明顯，LED紅光對甜瓜可滴定酸含量的減少反而具有抑制作用。

2.4 LED紅光照射對不同果實后熟過程中呼吸強度的影響

呼吸躍變型果實在采后后熟過程中存在呼吸高峰，而在經過呼吸高峰后，此類果實將進入后熟階段，果實食用品質和經濟價值也逐漸提升。因此，探究呼吸躍變型果實的呼吸強度變化是了解果實是否后熟的重要指標之一[1]。如圖4所示，4種果實在貨架期內均出現呼吸高峰。由圖4A、4B可知，在貨架期間，LED紅光照射組的香梨和芒果呼吸高峰均明顯高于對照組，且LED紅光處理組芒果的呼吸高峰的出現相較于對照組提前了4 d，香梨和芒果呼吸高峰值分別比對照組高45.58%和15.87%。

LED紅光處理組與對照組相比，獼猴桃呼吸強度峰值則無明顯變化（圖4C）；值得注意的是，LED紅光照射對甜瓜的呼吸強度不但無促進作用，反而抑制了其呼吸峰值，與對照組相比降低了37.84%（圖4D）。

圖4 LED紅光照射對香梨（A）、芒果（B）、獼猴桃（C）及甜瓜（D）呼吸強度的影響Fig.4 Effectsof red LEDlight irradiation on respiratory intensity of pears(A),mangos(B),kiwifruits(C)and melons(D)

綜上可知，LED紅光照射對香梨和芒果后熟過程中呼吸強度高峰的提前和峰值的提升有明顯促進作用，對獼猴桃的影響不明顯，對甜瓜呼吸則具有抑制作用。

2.5 LED紅光照射對不同果實后熟過程中表皮色澤的影響

果實色澤是果實品質鑒定的重要標志之一。果實中色素的含量與種類不同，果實所呈現的色澤也不同[28]。由表2可以看出，LED紅光照射的香梨與芒果在貨架期間，a*、b*值不斷上升，這表明兩種果實的果皮不斷褪綠轉黃，色素不斷累積。與初值相比，第8天時，對照組與LED紅光照射組香梨的b*值分別提高了8.96%與13.61%，第4天時，對照組與LED紅光照射組芒果的b*值分別提高13.04%與26.26%。這表明LED紅光刺激下，香梨和芒果細胞內色素不斷累積[29]，并分別在不同的時間點加速轉向后熟進程。

由表2可以看出，雖然獼猴桃a*、b*值均略有下降，但整個后熟過程中LED紅光照射無顯著促進效果；對照組和LED紅光照射組中，甜瓜b*值均出現先上升后下降的變化趨勢，即1.5 d后表皮顏色由白色轉為綠色，推測是由于甜瓜表皮最外10層細胞不含葉綠素，果實后熟時，外層細胞凋亡，使得內層所含葉綠素的細胞表現出來，因此出現“褪白轉綠”的現象[25]。

表2 LED紅光照射對不同水果表皮a*、b*值的影響Table 2 Effectsof red LEDlight irradiation on a*and b*of different fruitspeels

綜上可知，相較于對照而言，LED紅光照射對香梨和芒果后熟進程中表皮色素的累積有促進作用，而對獼猴桃和甜瓜無促進作用。

3 討論

本試驗使用外源LED紅光照射4種呼吸躍變型果實，探究光照對果實后熟進程的影響。結果表明，相較于對照組，LED紅光照射組香梨和芒果的硬度、可溶性糖含量、可滴定酸含量和呼吸強度均有明顯變化，香梨和芒果硬度的下降率均高于對照組，香梨4～8 d和芒果0～4 d，硬度下降率分別為22.45%與33.39%，遠高于對照組的1.02%與19.26%；可溶性糖含量和呼吸強度均顯著提升，芒果呼吸高峰提前4 d出現；這與Alba等[30]使用紅光對番茄的照射試驗結果一致，都促進了果實后熟過程中可溶性糖含量和呼吸強度的升高；LED紅光照射下，香梨和芒果的a*、b*值也顯著提高，這表明在紅光刺激下，兩種果實表皮的色素累積更為迅速，由綠轉黃的速度更快。本研究結果和其他LED照射采后果實的研究相似，相關研究均提出，可觀測到光照下草莓[31]、蜜橘[32]、蘋果[33]、櫻桃[34]、甜橙[35]、香蕉[17]等的轉色現象，并且發現這些轉色現象主要與果實表皮的花青素和類胡蘿卜素相關。而在獼猴桃的試驗結果中發現，LED紅光照射組和對照組獼猴桃各指標值變化趨勢相同，且均無顯著差異，這與Tavarini等[36]的研究結果相似，該研究中指出，溫度和采收成熟度均會對獼猴桃軟化和多聚半乳糖醛酸代謝產生影響，而光照下的獼猴桃則沒有表現出相關變化。這可能是由于獼猴桃表面具有較多的絨毛組織，影響了光吸收。在甜瓜試驗中，出現了硬度先下降后升高的現象，這可能是由于果實水分減少產生了逆境脅迫，導致果實產生纖維素化和木質化現象[25]，而本研究中也觀察到，甜瓜在兩端出現肉眼可見的“糠化”現象，致使硬度上升，并且紅光對其可溶性糖含量、可滴定酸含量及呼吸強度具有抑制作用，這可能是不當光照產生的負面效果。劉幫迪等[17]在對香蕉的光照研究中也指出，在黃光和綠光照射下，香蕉沒有經歷后熟過程便快速腐爛，并且貯藏期比黑暗對照縮短了2 d以上。本試驗結果表明，LED紅光照射對香梨和芒果兩種后熟進程表皮色素累積明顯的果實有促進作用，而對于獼猴桃和甜瓜兩類表皮色澤轉變不明顯的果實無促進作用，這可能是由于光照刺激了芒果表皮類胡蘿卜素和香梨表皮花色苷等天線色素的累積。這些天線色素是一類接收光后會激活植物中相關色素代謝途徑，進而促進其生長發育、后熟衰老的生物活性物質[37]。在LED紅光照射橘子的研究中發現，橘子在光照過程中，表皮的β-隱黃質含量以及相關基因表達量和外源光照條件呈絕對正相關。因此推測紅光能夠刺激芒果、棗果實天線色素生成，而這些天線色素的生成與果實后熟有緊密的聯系，對于果實的后熟有重要影響[32]。

此外，果實后熟過程中涉及乙烯、脫落酸（Abscisic acid,ABA）、吲哚-3-乙酸和褪黑素等多種植物激素的合成與累積。以呼吸躍變型果實和乙烯敏感性果實為例，有研究指出，光照可通過刺激桃子、柑橘[32]、番茄[30]等果實快速合成并累積乙烯，從而加快果實的后熟進程。此外，也有研究指出，脫落酸，茉莉酸甲酯等也參與了果實的發育與成熟。這些植物激素在果實的采后貯藏過程中相互影響，從而使得果實保持良好的后熟品質。

采后果實的后熟主要和乙烯代謝途徑相關。本研究未對果實后熟過程中乙烯含量、主要色素含量變化以及相關代謝酶進行測定，后續研究將對此進一步深入探究，分析不同光照度及光照周期的LED紅光照射對果實后熟的影響，對促進果實后熟效果的機理做出更為準確的判定，并進一步探究LED紅光照射對促進果實后熟機理，探明類胡蘿卜素等天線色素與果實后熟的關系，為找到一種無化學試劑殘留且可控制的促進果實后熟的方法或技術提供基礎的理論和數據支撐。

4 結論

本試驗應用光照度500 lx、波長670 nm的LED紅光持續照射4種呼吸躍變型果實，測定光照期間果實后熟過程中代表性指標的變化。結果表明：①LED紅光照射對香梨和芒果等后熟過程中表皮色素有顯著變化的呼吸躍變型果實有顯著促進其采后后熟的作用。LED紅光刺激下，兩種果實硬度和可滴定酸含量的下降速度遠高于對照組，果實的可溶性糖含量和呼吸高峰都顯著提前出現，峰值也顯著提高。②LED紅光刺激對獼猴桃和甜瓜兩種后熟過程中表皮色澤轉變不明顯的呼吸躍變型果實的后熟進程無顯著促進效果。