APPS | 蓝光和红光LED对蓝靛果采后贮藏的影响

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Abstract

发光二极管（LEDs）已在多种果蔬的采后贮藏中得到应用，但其对蓝靛果贮藏的影响尚不明确。本研究旨在确定红光和蓝光对蓝靛果采后贮藏的作用，通过分析物理参数（失重率和硬度）、理化因素（可溶性固形物含量SSC、pH值和酸含量），以及颜色参数、微生物数量、总酚含量和抗氧化能力，对比了红光LED、蓝光LED和黑暗处理的效果。结果表明，与黑暗处理相比，红光和蓝光LED显著增加了蓝靛果的失重率；在任何采样日，LEDs均未对可溶性固形物含量、pH值或酸含量产生影响，但pH值在整个贮藏期内发生了显著变化。红光和蓝光LED均会影响颜色参数，导致a*降低、L*升高。在保鲜效果相近的情况下，经LED处理的蓝靛果在贮藏期间果实更紧实。对次生代谢的评估显示，总酚和黄酮含量保持不变，而花青素在整个贮藏期显著增加；两种LED处理下的蓝靛果还表现出更高的抗氧化能力，且这与酚类化合物高度相关。随着霉菌和酵母菌数量大幅增加，贮藏期间抗坏血酸含量和pH值似乎也有所上升。本研究表明，从硬度、颜色和抗氧化能力来看，红光和蓝光LED具有一定积极作用，但LEDs导致的失重问题需在未来通过调整照射强度或时长来解决。

Introduction

蓝靛果（Lonicera caerulea L.）被日本原住民称为"长生不老药"。相较于蓝莓等其他超级浆果，其VC和花青素含量更高。蓝靛果植株的各个部位（包括果实、茎、叶和花）均富含营养，并具有宝贵的生物活性特性。因此，蓝靛果被广泛应用于食品、医药、保健品、化妆品和材料科学等领域。然而，蓝靛果及其产品的市场价值尚未充分体现其潜力，这主要是因为新鲜果实的市场受到极短保质期的严重限制。蓝靛果储存面临的主要挑战包括水分流失、快速皱缩、果皮破裂、汁液渗漏和霉菌滋生等问题。在蓝靛果储存研究领域，可参考的文献非常有限。研究指出，蓝靛果的品种和成熟度对其储存寿命和品质有显著影响。目前大多数蓝靛果需要通过冷冻来延长保存期限。

当前亟待解决的一个根本性问题是蓝靛果的储存条件及其果实保鲜期的延长。与其他部分水果类似，若采后条件适宜继续成熟，蓝靛果可提前采收。同时，采收成熟度会影响浆果的多酚组成及其健康功效。延长蓝靛果保质期的解决方案包括采前和采后处理。采前喷洒己醛（一种磷脂酶抑制剂）对蓝靛果储存有轻微益处，但对其品质无显著影响。在近冰点温度（-1 ℃）条件下，壳聚糖和芦荟凝胶涂层已被应用于蓝靛果储存。结果表明，壳聚糖和芦荟凝胶可维持蓝靛果品质，包括理化性质和抗氧化能力。然而，小规模应用涂层技术颇具挑战，尤其是对于软质浆果而言。LED已广泛应用于多种果蔬的采后储存，并展现出诸多有益效果。LED对采后储存的积极影响包括延缓衰老、提升营养成分、改善成熟过程、减少微生物腐败以及延长果蔬保质期。不同类型的LED对不同果蔬具有差异化影响。连续红光照射会显著加速番茄表皮的颜色参数及主要次生代谢产物的变化。类似地，红光处理会影响成熟绿果期（转色期）番茄外果皮的番茄红素浓度，但对β-胡萝卜素和总可溶性固形物浓度无显著影响。采后红光照射可影响部分水果的成熟度，如东方甜瓜和香蕉。采后红蓝光脉冲处理可调节树莓和蓝莓在采后阶段的维生素C含量及有机物含量。

另一种类型的LED——蓝光LED（波长400～500 nm）——也在多种果蔬的采后储存研究中得到应用。根据果蔬种类、光照强度、辐照度及储存条件的不同，蓝光对果蔬成熟过程具有多重影响。蓝光与水杨酸联用可在冷藏条件下维持草莓品质。在10 ℃环境下，采用40 W/m²辐照度的470 nm蓝光LED照射可促进桃子成熟。另一方面，也有研究表明蓝光会延缓紫椒果实成熟。当蓝光强度为40 μmol/(m²·s)时，对成熟蓝莓的果实品质及病害发展无显著影响。然而，在10 ℃条件下持续照射蓝光8 d可提高杨梅的含糖量。在15～25 ℃环境下，80 W/m²的蓝光照射可增强葡萄果实的可滴定酸度。除影响采后成熟过程外，蓝光还可能抑制采后真菌病原微生物的生长。尽管红光可增加未成熟草莓的花青素含量，但在提升花青素含量和色泽强度方面，蓝光的效果更显著。

本研究介绍并探讨了LED应用于蓝靛果冷藏时的典型光照强度参数，重点分析了红蓝LED对蓝靛果理化性质及营养成分变化的影响。本研究系首次报道LED光照对蓝靛果储存特性的影响机制。

图1 图形摘要

Results

处理因素的方差分析

ANOVA（表1）表明，不同处理方式对蓝靛果的重量损失、色泽参数、果实硬度及铁离子还原抗氧化能力（FRAP）法测定的抗氧化能力均产生显著影响。储存时间对蓝靛果的重量损失、pH值、色泽参数L*值、a*值、果实硬度、花青素含量、霉菌数量及FRAP值测定结果均具有关键作用。此外，处理方式与储存时间的交互作用显著改变了a*值、b*值及FRAP值。在所有采后影响因素中，重量损失受处理方式的影响最为显著（R²＝0.79），而L*值受影响最小（R²＝0.13）。

表1 采后处理对蓝靛果特性影响的方差分析

采后处理期间蓝靛果的理化性质变化

在储存第1周（图2），不同处理组间未呈现显著差异。此后，红蓝LED处理组的重量损失持续增加，最终导致显著差异。在最后一次采样日（第28天），红蓝LED处理组的重量损失达7%～9%，显著高于黑暗处理组的3%～4%。

综上所述，在冷藏条件下，所有处理组的蓝靛果重量损失均随储存时间延长而持续增加，但光照处理组在保质期内的重量损失更为显著。这可能是由于光照强度和时长加剧了果实呼吸作用与蒸腾作用，另一个可能原因是LED持续照射引发的氧化应激反应。后续需通过监测LED光照胁迫及蓝靛果呼吸强度，进一步探究导致重量损失的关键因素。

在采后储存期间（表2），尽管红光、蓝光及黑暗处理组在第28天的平均SSC含量均高于初始值（第0天），但各采样日处理方式及储存时间对SSC均无显著影响，平均SSC值维持在15.55～18.00 Brix。与SSC不同，储存时间显著（P＜0.05）改变了果实pH值，但各采样日的处理方式对pH值无显著影响，蓝靛果pH值平均范围为2.79～3.01。与SSC变化趋势类似，有机酸含量在采样期间无显著变化，平均范围为1.34%～1.63%。此前研究将‘Aurora’品种储存于1.1 ℃、95%湿度条件下，发现其SSC在2周内从14.4 Brix轻微升至15.0 Brix；而本研究中更高的SSC（15.0～17.5 Brix）表明所测蓝靛果成熟度更高。有趣的是，本研究中果实pH值（2.82～3.01）低于已发表的‘Aurora’品种pH值（3.33～3.34），尽管两者SSC相近（15.1～15.5 Brix）。这种差异可能源于有机酸成分、解离常数及氨基酸浓度的不同。

图2 采后期间LED对蓝靛果失重率的影响

表2 蓝靛果采后理化特性

LED光照对蓝靛果色泽与质地的影响

在储存期间，LED光照处理下的蓝靛果果皮色泽呈现差异化变化。代表明度的L*值在28 d储存期内虽每日检测存在波动，但整体变化幅度较小。至第28天时，红光LED处理组与黑暗对照组相比出现显著差异（图3A），但肉眼观察下明度提升并不明显，后续研究可借助显微镜等高精度技术检测蓝靛果表面组织结构变化。

图3 采后处理对蓝靛果果皮颜色指数的影响

表征红绿度的a*值在所有处理组中均呈下降趋势，LED处理组尤为显著（图3B）。红光和蓝光LED处理下，a*值平均分别从1.75降至0.50和0.25。处理条件下果实红色值降低是否与蓝靛果成熟进程相关，尚需通过生化分析等进一步研究加以验证。

与蓝靛果的深紫黑色相对应，其b*值均为负值（图3C）。LED光照对各采样日的b*值产生特定影响，但在28 d储存期内未观察到规律性变化趋势。同时，采后处理结果显示LED光照还影响了蓝靛果的果实硬度（图3D），储存期间果实硬度持续下降。平均而言，红蓝LED处理组的蓝靛果硬度更高。第14天的检测结果表明，红光LED处理组的果实硬度达6.5 N，显著高于其他处理组（平均5.5 N）。整个储存期内蓝靛果硬度显著降低，从初始约8.0 N降至4.0 N。

本研究中，各采样日LED处理组与黑暗对照组的蓝靛果硬度差异平均为1～2 N。基于色泽与硬度检测结果，红蓝LED对蓝靛果硬度具有积极影响，这可能得益于LED光照抑制了采后成熟过程中细胞壁代谢活动。

储存期间蓝靛果果汁中总酚、黄酮类化合物及花青素的含量变化

LED光照对储存的蓝靛果果汁中多酚类物质含量无显著影响（表3）。蓝靛果中多酚类物质含量范围为1.41～11.42 mg GAE/g。

本研究仅采用压榨所得的蓝靛果果汁进行检测，而非完整果实，这主要是考虑到‘Aurora’品种蓝靛果个体间存在差异，且可用果实数量有限。这种样品差异或许能部分解释为何在储存期间‘Aurora’样品中检测到的多酚类物质含量（1.8～2.5 mg/mL）有所不同。

表3 储存期间蓝靛果果汁中的总酚类物质、总黄酮类物质、总花青素及VC含量

蓝靛果富含黄酮类化合物，其果实中黄酮类物质含量约为1000～1500 mg QE/100 g。在储存期间，红蓝LED光照处理与黑暗处理相比，对黄酮类物质含量无显著影响，其含量约为1.3～3.0 mg QE/mL。在28 d的储存期内，任何处理方式均未对总黄酮类物质含量产生显著影响。这表明储存条件不会对蓝靛果中黄酮类物质的含量产生显著改变。

与多酚类和黄酮类化合物不同，不同处理组的总花青素含量在储存期间呈现显著差异，但在各采样日之间未观察到明显差异。储存过程中，总花青素含量显著增加（P＜0.05），从低于70 mg/L升至高于70 mg/L，这表明蓝靛果可能通过花青素含量的变化直接影响其色泽特性。

蓝靛果果皮呈红紫色，而果肉为黄绿色。成像质谱分析显示，蓝靛果的花青素主要分布于果实内、外果皮。因此，本研究中压榨果汁的花青素含量变化并不能完全代表整颗蓝靛果的色泽变化。与果皮表面红色减弱的变化趋势（图2B）相比，蓝靛果汁的颜色变化呈现相反趋势。这可能表明蓝靛果果皮与果肉中的花青素种类和含量存在差异。

在储存期间，各采样日及整个储存期内抗坏血酸含量均未发生显著变化（P＜0.05）。这表明在当前的储存条件下，蓝靛果中的VC含量在整个储存期间保持稳定。不过，抗坏血酸含量存在较大波动，这可能归因于蓝靛果个体差异以及提取方法的不同。

蓝靛果果实抗氧化活性的变化

果实的抗氧化能力测定是评估采后水果营养品质的重要方法。本研究（表4）通过DPPH和FRAP检测发现，红蓝LED采后处理可能提升了蓝靛果的抗氧化物质含量。但仅在储存第14、21和28 d时，FRAP检测结果显示处理组与对照组间存在显著差异。具体而言，第14天时，红蓝LED处理组的蓝靛果抗氧化能力较黑暗对照组提升70～100 mmol/10 μL；第21天时，红光LED处理组提升超过70 mmol/10 μL，蓝光LED处理组提升超过40 mmol/10 μL。至储存末期（第28天），LED处理的增强效应仍保持显著水平（P＜0.05）。其可能机制是LED光照可激活抗氧化酶活性，如过氧化氢酶和超氧化物歧化酶。

表4 蓝靛果在采后储存期间的抗氧化能力

采后处理下蓝靛果微生物种群的变化

在蓝靛果采后处理期间，未观察到明显的肉眼可见霉菌，但在28 d储存期内，蓝靛果中酵母菌与霉菌的总数量几乎翻倍，从2.25（lg（CFU/g））增至4.00（lg（CFU/g））。然而，在不到一个月的储存期内，蓝靛果中酵母菌和霉菌的数量必然大幅增加。蓝靛果干叶上的霉菌和酵母菌数量约为200～500 CFU/g。

本研究发现，与黑暗处理相比，LED采后储存处理未对蓝靛果中酵母菌和霉菌的数量产生显著影响（图4）。有趣的是，需氧菌数量较低，低于1.0（lg（CFU/g）），且在储存期间蓝靛果中的需氧菌数量未发生显著变化。

图4 储存期间蓝靛果上的微生物种群数量

蓝靛果采后特性的主成分分析（PCA）

通过蓝靛果特性碎石图（图5A）开展的主成分分析表明，在各项处理条件下，主成分1（PC1）对变异性的贡献率超过50%。在采后处理条件下，PC1和PC2对变异性的累积贡献率超过75%，其中PC1贡献率为54.98%，PC2贡献率为20.72%。维度图显示，在蓝靛果采后储存期间，硬度、a*值、VC、失重率、pH值、霉菌数量、储存时间、DPPH值、FRAP值和黄酮类物质含量对变异性的影响最大。而SSC含量、花青素含量和多酚类物质含量对储存期间变异性的影响相对较小。

可视化图（图5B）显示，硬度、a*值、VC含量与失重率、pH值、霉菌数量和储存时间呈负相关。这表明在储存期间，蓝靛果的果实硬度和果皮颜色逐渐变浅，尤其是红色值下降。而在蓝靛果采后储存期间，VC含量、失重率、pH值和霉菌数量有所增加。SSC、花青素含量和有机酸对采后储存期间变异性的影响较小，且在蓝靛果中，SSC和花青素含量与有机酸呈负相关。花青素可能在储存期间发生积累，这表明其含量变化趋势与a*值相反。通过DPPH和FRAP法测定的抗氧化能力与酚类化合物在蓝靛果中呈现高度相关性。这些化合物和抗氧化能力可能与蓝靛果的L*值密切相关。而b*值对蓝靛果采后储存期间变异性的影响最小。

图5 （A）碎石图与（B）PCA图展示蓝靛果采后处理情况

Conclusion

蓝靛果富含生物活性物质，被定义为“药食同源”类水果。然而，在常规储存条件下，蓝靛果保鲜期较短，难以实现鲜果的长途运输与利用。尽管LED技术已广泛应用于多种果蔬的采后储存，但目前尚无针对LED对蓝靛果影响的研究报道。本研究为LED技术在蓝靛果采后储存中的应用提供了基础性知识。研究从物理特性、理化性质、果实色泽、总酚类物质、黄酮类物质、花青素含量、抗坏血酸含量、微生物种群数量及抗氧化能力等多个维度，对蓝靛果储存期间的品质进行了综合评估。

结果表明，经LED处理的蓝靛果果实硬度更高，但果皮颜色更浅，这可能与果皮细胞代谢活动相关。蓝靛果的果皮亮度、a*值、FRAP抗氧化能力、花青素含量及霉菌生长情况与储存时间高度相关。有趣的是，花青素含量与a*值呈负相关。未来研究应采用高效液相色谱（HPLC）等先进技术，对特定花青素化合物进行精准检测。

此外，还需进一步探索LED处理下蓝靛果采后储存期间控制失重率的有效策略，包括但不限于调整LED光照强度或辐射时长。由于本研究以蓝靛果汁为测试材料，关于采后储存对整果影响的系统性数据仍较为有限。后续研究应扩大样本量，并采用整果测试以减少个体差异，从而更全面地评估储存效果。综上所述，红蓝LED均具备维持蓝靛果采后品质的潜力，但针对产业应用的LED参数优化仍需开展深入研究。

Effect of blue and red light-emitting diodes on haskap (Lonicera caerulea L.) postharvest storage

Zhuoyu Wang1*, Andrej Svyantek2, Zachariah Miller3

1 Department of Food Science and Technology, Texas A&M University, College Station, 77843, USA

2 Department of Horticultural Sciences, Texas A&M University, College Station, 77843, USA

3 Western Agriculture Research Center, Montana State University, Corvallis, 59828, USA

*Corresponding author.

Abstract

Light-emitting diodes (LEDs) have been applied to many fruits and vegetables during postharvest storage, however, their effects on haskap storage remain unknown. This research aims to identify the impact of red and blue LEDs on haskap postharvest storage. By analyzing physical parameters (weight loss and firmness) as well as physicochemical factors (soluble solid content (SSC), pH, and acids), in addition to color parameters, microbial populations, total phenolic quantifications, and antioxidant capacity, the effects of red LED, blue LED, and darkness treatments were compared. The results indicated that red and blue LEDs significantly increased weight loss in haskap compared to the dark treatment. LEDs did not influence (soluble solid content) SSC, pH, or acids on any sampling day; however, pH showed significant changes throughout the storage period. Both red and blue LEDs affected color parameters, resulting in lower green to red parameter (a*) and higher lightness (L*). With similar preservation effects, haskap treated by LEDs exhibited firmer berries during storage. The assessment of secondary metabolism indicated that total phenolics and flavonoids remained unchanged, while anthocyanins significantly increased throughout storage. Haskaps under both LEDs also displayed higher antioxidant capacities, which were highly correlated with phenolic compounds. Along with the mold and yeast populations increasing dramatically, the ascorbic acid content and pH seemed to increase during storage. This study demonstrated that red and blue LEDs had some positive effects, considering the assessment of firmness, color, and antioxidant capacities. However, the weight loss under LEDs needs to be addressed with adjustments of irradiation intensity or duration in the future.

Reference:

Wang, Z., Svyantek, A. & Miller, Z. Effect of blue and red light-emitting diodes on haskap (Lonicera caerulea L.) postharvest storage. Agric. Prod. Process. Sto. 1, 3 (2025). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00006-8

翻译：王立磊（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

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