专利名称：通过施加400nm到700nm波长的光来改变植物细胞中植化因子水平的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改变植物细胞和/或植物组织中植化因子(phytochemical)水平的方法及其装置。具体来说，本发明涉及一种通过向其施加选自白光或可见光谱的波长的光，来改变收获的植物细胞和/或植物组织中的植化因子(例如植物次级代谢产物)的水平的方法及其装置。
众所周知，施加UV光谱的光，如UV-B和UV-C可帮助提高全植物中例如“精油”和次级代谢产物的水平。然而，UV-B和UV-C对于人类来说难以操作并且十分容易引发癌症类疾病。因此，UV-B和UV-C被认为对健康的哺乳动物组织有潜在的危害并且使用起来很危险。
“精油”对于许多植物，例如含有芳香花朵的植物和香草，如烹调用香草的芳香度来说起着主要的作用。精油主要由萜类物质构成，包括的这类化合物如1，8-桉叶素、柠檬烯、芳樟醇、和β-罗勒烯。精油中存在的其它化合物，即非萜类油包括苯-丙烷(propanoid)衍生化合物，如甲基胡椒酚、肉桂酸甲酯、丁子香酚、和甲基丁子香酚。因此，在定性意义下使用的术语“精油”包括这里所述的有助于植物，如芳香观赏植物和烹调用香草的芳香度的化合物。
紫外光线(尤其是UV-B)已知由于作用于关键的调控酶类而影响着植物的苯-丙烷途径的次级化合物水平，所述酶例如苯丙氨酸解氨酶(Kuhn，D.N.等(1984)Proc.Natl.Acad.Sci.，USA，81，1102-1106)和查耳酮合成酶(Batschauer，A.等(1996)The Plant Journal 9，63-69和Christie，J.M.和Jenkins，G.I.(1996)The Plant Cell 8，1555-1567)。还有许多发表的报道是有关UV-B刺激酚类化合物，包括表面黄酮醇和类黄酮(Cuadra，P.和Harborne，J.B.(1996)Zeitschrift für Faturforschung51c，671-680和Cuadra，P.等(1997)Phytochemistry45，1377-1383)，花青素(Yatsuhashi，H.等(1982)Plant Physiology 70，735-741和Oelmüller，R.和Mohr，H.(1985).Proc.Natl.Acad.Sci.，USA 82，6124-6128)以及β花青苷(Rudat，A.和Goring，H.(1995).J.Expl.Bot.46，129-134)，并且这些化合物同时涉及植物的自我保护(Chappell，J.和Hahlbrock，K.(1984)Nature 311，76-78和Guevara，P.等(1997)Phyton60，137-140)以及对UV光线的防御(Lois，R.(1994)Planta194，498-503；Ziska，L.H.等(1992)Am.Jnl.Bot.79，863-871和Fiusello，N.等(1985)Allionia(Turin)26，79-88)。
尽管有报道称，发现一定波段的UV光线和红外光线可改变，通常可增加植物细胞中的某些植化因子水平，但现有技术似乎没有对其它波长的光照射植物细胞或组织的效果有所提及。
人们意识到，一个问题在于收获蔬菜或收获蔬菜局部的植化因子水平，如植物的次级代谢物水平在收获之后几乎立即就开始降低。例如，当收获的蔬菜被冷冻和/或装罐或仅仅放入冰箱中，如家用时，或仅仅是在室内短期放于敞放表面上以便随后被消费者食用时，根据存在于其中的植化因子水平，它们流失了大部分的营养成分。术语“植化因子”包括天然存在于植物中的任何化合物，如次级植物代谢产物。这类植化因子包括抗氧化剂如维生素，例如维生素C和/或E，硫配醣体(glucosinolate)如黑芥子甙(sinigrin)、莱服子硫(sulphoraphane)、4-甲基亚硫酰丁基硫配醣体、和/或3甲基-亚硫酰丙基硫配醣体，原告伊春甙(progoitrin)和葡萄糖芸苔素(glucobrassicin)，异硫氰酸酯/盐类，吲哚类(硫配醣体水解产物)，谷胱甘肽，类胡萝卜素如β-胡萝卜素、茄红素、和叶黄素类胡萝卜素如叶黄素和玉米黄质，酚类化合物包括类黄酮类如黄酮醇(例如槲皮苷、芸香苷)、黄烷/丹宁酸(如原花青色素(procyanidins)包括香豆素、原花色素、儿荼素、和花色素苷(anthocyanin))、黄酮类(例如来自朝鲜蓟的木犀草素)、植物性雌激素(phytoestrogen)如coumestans、木酚素、白藜芦醇、异黄酮例如染料木黄酮(genistein)、黄豆苷原(daidzein)、和黄豆黄素(glycitein)，和二羟基苯甲酸内酯类，和有机硫磺化合物，植物甾醇类，萜类如卡诺醇、迷迭香酸(rosmarinicacid)、甘草甜素和皂角苷类、和叶绿素和叶绿酸、糖类、和其它食品例如花色素苷类、香子兰以及其它的果蔬香料和组织改性剂等等。研究表明，某些植化因子的抗氧化剂特性可有助于防止哺乳动物，尤其是人类的老化和慢性疾病，如癌症和心血管疾病。
植化因子本身还可以用作哺乳动物种类，如人类的药用化合物，或者可以从植物中存在并可分离出的它们的其它中间化合物来合成药物活性衍生物。因此，基本上无药用活性的“植化因子”可用在治疗疾病，如癌症，和/或对患有疾病的哺乳动物，如人类，的疼痛治疗的活性剂合成中，提供或作为中间物质。因此，落在这里所述的“植化因子”定义中、并已知用于设计和/或提供药物活性化合物的植物化学物质包括来自于长春花(Catharanthusroseus)、texanes中的长春新碱和长春碱，如在USP5665576中所记载得那些，例如来自于红豆杉科植物的紫杉醇(taxol)(paclitaxel)、浆果赤霉素III、10-去乙酰浆果赤霉素III、10-去乙酰紫杉醇、木糖紫杉醇、7-表紫杉醇、7-表浆果赤霉素III、10-去乙酰三尖杉宁碱(desacetylcephalomannine)、7-表三尖杉宁碱、泰索帝(taxotere)、三尖杉宁碱、木糖三尖杉宁碱、taxagifine、8-苯甲酰氧代taxagifine、9-乙酰氧基紫杉素、9-羟基紫杉素、taiwanxam、taxane Ia、taxane Ib、taxane Ic、taxane Id、GMP紫杉醇(paclitaxel)、9-二氢13-乙酰浆果赤霉素III、以及10-去乙酰-7表紫杉醇，所述红豆杉科的植物例如穗花杉属、澳洲红豆杉属、白豆杉属、榧树属和红豆杉属，例如来自于红豆杉属的植物，如短叶红豆杉(T.brevifolia)、欧洲红豆杉(T.baccata)、曼地亚型红豆杉(T.xmedia)(例如，hicksii选育的曼地亚红豆杉、曼地亚型红豆杉Rehder)、西藏红豆杉(T.wallichiana)、加拿大红豆杉(T.Canadensis)、东北紫杉(T.cuspidata)、佛州红豆杉(T.floridiana)、西里伯红豆杉(T.celebica)、和T.x hunnewelliana、加拿大红豆杉，以及来自于大麻类植物如大麻(Cannabis sativa)、印度大麻(Cannabis indica)和野大麻(Cannabis ruderalis)的四氢大麻酚(THC)、大麻二酚(CBD)，以及其它的药物如染料木黄酮(genistein)、大豆黄素、可待因、吗啡、奎宁、紫草素、ajmalacine、蛇纹石(serpentine)等等。
现已发现，通过将一定波长选自白光的组成光线暴露或者照射在收获的植物材料之上，如绿色植物局部或含有叶绿素的植物细胞上，可以瞬间提高其中的植化因子水平。这种植化因子包括在此所述的次级代谢产物，以及其它这里所提及的可用作药物的植化因子。因此，仅仅通过较短时间地施加选自冷光，即可见光的波长或波段的光，就可提高收获的植物材料中的预期植物植化因子(如植物次级代谢产物例如抗氧化剂)的水平。
根据本发明，提供了一种通过至少一种其波长选自400nm到700nm波长范围的光照射含有叶绿素的植物细胞或含有叶绿素的植物组织，来改变所述植物细胞或植物组织中至少一种植化因子水平的方法。
所使用的光的波长可以是一种或者是至少两种选自400nm到700nm范围的波长的组合，这样通过暴露适当的时间间隔并在适当的光强下，它或它们就能够改变植物细胞或植物组织中存在的植化因子水平，通常可提高其中所含的植化因子水平。因此，技术人员应明白，本发明中所使用的光的波长可用在植物材料上，如收获的蔬菜或绿色叶片材料或培养物中的绿色植物细胞，如藓类细胞，例如小立碗藓(physcomitrella patens)的细胞，根据本发明的方法并不包括所有构成白光的波长，而其选自于它们之中。而且，还应当明白的是，本发明中采用的一种或多种波长的光选自所谓的“冷光”波长，也就是说本发明中所使用的光不包括UV波长也不包括红外波长，因为他们使用起来都具有潜在的危险。在优选的实施方式中，所使用的光的波长或波段处于420nm到700nm的范围，优选从450nm到700nm，或者其中的光波长的任意组合，根据设计和目的植化因子而定。现已发现的可影响植物组织中某些植化因子水平的一组合适波长为，向叶片正面施加420nm-700nm、能量上限高达2000μM/m-2/s-1的光，向其侧面施加多达700nm的光，而向其背面(下面)施加例如650nm-700nm、能量为600μM/m-2/s-1的光，或者其中两种或三种波长的任意组合，施加时间在长达180分钟或更长，这根据设计、光强度和所使用的植物材料而定。现已发现，在可见光谱的红光和/或蓝光部分，一种波长或混合波长的光似乎特别适用于改变由一个或多个能够进行光合作用的植物细胞构成植物组织内的植化因子水平。红光波长可选自600nm-700nm范围内的波长，优选620nm-690nm，更优选625nm-680nm，通常至少为大约650nm+/-15nm。蓝光波长典型地选自420nm-490nm范围内的波长，优选430nm-470nm，更优选435nm-465nm，并且通常至少为大约450nm+/-15nm。红光或蓝光或者红蓝光以任何给定能量比率的组合都可以用于本发明的方法中。例如，蓝光∶红光的能量比可以选自以下的范围7∶1至1∶7，6∶1至1∶6，如5∶1至1∶5，如5∶2至2∶5、5∶3至3∶5或5∶4至4∶5。其它的蓝光∶红光的比例可以选自4∶1至1∶4、3∶1至1∶3、2∶1至1∶2和1∶1内的范围，以及这些范围内的任何排列，其根据设计而定。实际所选择的红光∶蓝光或蓝光∶红光的能量比可根据物种、植物部分的龄期、目的植化因子和设计而定。典型地，一个单位的蓝光能量在大约50-150μM/m-2/s-1+/-30μM/m-2/s-1，例如在100μM/m-2/s-1+/-30μM/m-2/s-1。典型地，一个单位的红光能量在大约50-100μM/m-2/s-1+/-10μM/m-2/s-1，例如在75μM/m-2/s-1+/-10μM/m-2/s-1。根据这些值或近似值，即可以计算出照射在植物材料如叶片表面上的，例如单独使用的红光，或单独使用的蓝光，或以一定蓝光∶红光比率同时使用的蓝和红光的光强。当然，技术人员应明白，根据所采用的植物细胞或植物组织，可随设计改变植物细胞或组织被暴露在这里所述的波长光线中的时间长度。适当的是，植物细胞或植物组织被暴露于本发明所使用的波长中以便影响被测植化因子水平的时间长度在长达180分钟的范围内。优选的，曝光长达100分钟。更优选曝光长达60分钟，还优选长达45分钟。而更加优选的是，曝光长达30分钟，并再次更优选在5到15分钟。典型地，在向植物组织或植物细胞培养物施加如这里所述的短时间隔的光照之后，植化因子水平得以提高。
在另一个方面，本发明可应用于，能够对这里所述的波长的光线曝光或辐射有所响应的任何植物组织上。优选地，所述植物组织包括能够进行光合作用的组织。能够用于本发明方法中的植物材料包括所有的绿色蔬菜和绿色种子，例如豌豆，青豌豆，菠菜，来自甘蓝(Brassica oleracea)的物种，如椰菜(broccoli)、高丽菜(green cabbage)、紫色包心菜(red cabbage)、芽甘蓝(Brussels Sprouts)、甘蓝(kohlrabi)、花椰菜(cauliflower)、包心菜(white cabbage)等等，以及能够对选自如这里所述的400nm到700nm范围波长的光有所响应的所有植物材料，如绿色植物材料，例如含有叶绿素的细胞，绿色茎干、花萼、叶等。可用按照本发明的方法处理的其它植物材料可以是绿色材料，如来自于非蔬菜来源，如这里所述的红豆杉目植物的绿色针叶，茶叶，以及在生物反应器中的植物细胞培养物中生长的细胞，如来自小立碗藓的藓类细胞和组织(例如原丝体)，以及其它植物细胞培养物，例如愈伤细胞培养物、lemnospora物种培养物、藻类或甚至体细胞胚簇。
在另一个实施方式中，提供了一种通过使活植物细胞或植物组织暴露于至少一种波长、选自来自于人造光源的冷光中所存在波长的光，来提高环境中所述植物细胞或植物组织中植化因子含量的方法。当然，技术人员应明白，这里所述的可改变植物细胞或植物组织，如收获组织的植化因子分布的、富集了(一种或多种)选定波长的光的白光都落在本发明的范围之内。在优选的实施方式中，目的植物组织所暴露的光由选自波长范围在420nm-700nm的波长构成，例如白光和红光的组合、红光本身、红光和蓝光的组合、红光、蓝光和白光的组合、蓝光或富集蓝光的白光等等。优选地，光源的组合包括波长选自600nm-700nm范围内的红光，优选在620nm-690nm，更优选在625nm-680nm，通常在大约650nm+/-15nm。蓝光的波长典型地选自420nm-490nm的波长范围，优选在430nm-470nm，更优选在435nm-465nm，通常在大约450nm+/-15nm。本发明的方法中可采用红光或蓝光或者红蓝光的组合，或者红和/或蓝光与白光以这里所述的任意选定能量比组合的光。在优选的实施方式中，所述植物细胞或植物组织可位于遮蔽物下(under cover)。“遮蔽物下”的意思是，当曝光时，例如在进一步的加工如冷冻或装罐或加热处理或烹制之前的食物处理步骤过程中，该细胞或组织位于遮蔽物下。
在另一方面，提供了一种在遮蔽物下收获植物细胞或植物组织的方法，其中所述植物细胞或植物组织暴露于至少一种波长、选自来自于人造光源的冷光中所存在波长的光。
作为本发明的另一个方面，还包括可通过本发明的方法获得的、并具有改变的植化因子水平，通常与未暴露于本发明方法中所使用的波长的光的植物材料或植物细胞相比，具有提高的植化因子水平的收获植物材料或植物细胞。
“遮蔽物”应理解成一个通用术语，指一种可放置植物细胞的容器，例如，一种具有内置光源的封闭容器，如包括在需要时可被激活一定时间段的内置光源的电冰箱单元。因此，作为本发明的一个方面，提供了一种冷却装置，例如传统电冰箱，其包括能够发出选自这里所述波长的光的光源。或者，“遮蔽物下”可用于指一种加工工厂，其中在加工操作过程中，例如装罐、冷冻植物材料，或者在食品直接烹制之前用于制造婴儿食品，例如浓汤等，或进一步加工的食品如汤、蔬菜沙司等等时，该工厂将收获的植物材料暴露于一个或多个能产生短时间的一种或多种适当波长的光的光源下。
因此作为本发明的另一个方面，提供了一种可通过食品加工方法获得的加工食品，所述加工方法中包括了对活植物细胞的照射，其中用至少一种选自来自于人造光源的冷光中所存在的波长的光照射该活植物细胞。合适波长的光就是本文中所述的那些，并且这些光应施加适当的、预定的时间间隔，如这里所述。本发明还有另一个方面在于提供一种食品加工方法，包括将活植物细胞暴露于至少一种选自来自于人造光源的冷光中所存在的光的波长下。典型地，所述光的波长(一种或多种)范围选自420nm-700nm，如这里所述，并且施加的预定时间段应足以改变所暴露的植物细胞和/或收获的植物组织的植化因子分布。
“植物细胞”也包括那些由于挥发性植化因子的存在而显示出芳香性的植物局部或组织，所述挥发性植化因子就本发明目的来说包含在这里的定义“植化因子”中，并且当构成植物局部的这些植物细胞被切割或者收获时其能够被人类的嗅觉所感测到。这类植物可显示出芳香的特性，例如在来自于收割叶片的收割香草中。植物细胞或组织或局部包括唇形科的成员，例如宽叶香草。宽叶香草的适合实例包括罗勒、牛至、鼠尾草、芫荽、莳萝、马郁兰和百里香。可能受益于根据本发明的方法处理的其它香草，如收割香草，包括细香葱、大蒜、月桂叶、香蜂草、薄荷、熏衣草、欧芹、茴香类，例如bronze fennel和common fennel等等。可以应用本发明的常见香草的更加完整列表可在Taylors Guide to Herbs 1995，Eds.Buchanan R.&Tenebaum F.HoughtonMifflin Co.New York中找到，该指导文献的内容在此引入本发明的内容中作为参考。当然，技术人员应当明白，所述植物细胞或植物局部在根据本发明曝光时是活的，并且能够对所施加的来自于冷光的光刺激作出响应。
植物细胞或植物局部可以在其生长的任何阶段收获，只要该收获的植物细胞或组织能够对施加的光的波长和持续时间有所响应，如这里所述。在优选的实施方式中，可在3到4个叶片阶段时，将宽叶香草的收获植物细胞或组织暴露于本发明中使用的光的波长下，最优选的是在烹调用香草的情况下，例如罗勒，在5叶阶段。可以设计成，使植物细胞和/或组织，如烹调香料和绿色蔬菜最适合于这里所述的直接在加工过程之前曝光(例如，冻干、加入到加工食品，如沙司、汤、罐装食物等等中)，也就是说在从这些植物上收割和/或预备了植物幼苗用以加工例如成为干香草之后。在收获后立即用这里所述的光短期处理过的干香草，尤其是在5叶阶段测得的那些，被认为呈现出的芳香度相对于未暴露于这里所述的光线的对照样品来说有所提高。
人造光源可以为任何适合的常规光源，如发光二极管或者甚至是在白光源中包含可使预期波长(一种或多种)的光通过的滤色器。光源可以设置成距离收获材料任何距离，只要所利用的光能足以影响，例如在光系统-II的反应中心处引发或充满氧气的生成过程，和/或触发，也就是引起短暂的光氧化应激性和/或抑制中间光合电子传递。通过例如，利用常规方法(例如，按照Hansatech Instruments Ltd.，King’s Lynn，UK的指导手册和软件)监测氧气生成和叶绿素荧光的方式可以优化光能和光的组成。优选将光源设置在能向收获的植物材料提供每平方单位(例如，cm2、m2等)最大辐射量的位置处。适当的是，根据所遮蔽的面积，例如加工工场中的加工隔间面积，或者冰箱或其它容器如微波炉或磁控管的面积，其中所述设备安装了能够被手动或自动激活，例如采用定时装置的方式，并从而发出本文中所说明和描述的光的适当光源。或者，可以采用专门设计独立的容器，用于将植物局部或细胞暴露于本文所述的波长的光下。还有另一种替代方式中，可使光源的数目最少化以至作为整体“电池”式光源组中的一个，所述光源组设置成串联和/或并联的形式，例如在食品加工工厂的设备中，将每个光源适当地设置成彼此之间有适当的间距，使得能够影响植物材料对本文所述的波长的光的曝光情况，从而造成其中存在的植化因子水平发生显著的改变，优选增加所希望的植化因子。
在本发明的另一个实施方式中，提供了一种应用，其中将至少一种波长、选自来自于人造光源的冷光中所存在的波长的光用于在遮蔽物下加工植物细胞或收获植物组织的方法中。优选地，所述波长选自420nm-700nm范围中存在的光的波长，如这里所述。
在另一个实施方式中，提供了一种应用，其中将至少一种波长、选自冷光中存在的波长的光用于提高收获的活植物材料中的植化因子含量。在优选方式中，所述植物材料位于遮蔽物下。
在本发明的另一个实施方式中，提供了一种植物局部在制造人类食料中的应用，所述植物局部曾暴露于至少一种波长、选自冷光中存在的波长的光下，例如冷冻蔬菜(例如菠菜或来自甘蓝种的植物)或种子(例如豌豆)、瓶装或罐装调味品，例如肉用沙司、鱼和禽类配料，香料，例如橄榄酱(tapenade)、沙拉酱，食用油如橄榄油、葵花子油等等，汤、意大利面(pasta)以及奶酪。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用以实施根据前述任何方面中的方法的设备，该设备包括一个限定曝光室的封闭物，设置在该室中用以支持其中的植物材料的载体装置，其承载植物材料的方式和位置使得可以在多个方向上曝光，以及发光和应用装置，用以产生至少一种预定波长的光并将发出的光从多个方向施加到所承载的植物材料上预定的时间，从而使所述材料的不止一面被曝光。
所述封闭物优选呈任何适当体积的外壳形式，例如至少一些面封闭的立方体形。这种外壳可以从，适于家用的较小型台式器具，例如类似于微波炉的样子，到适用于商业食品作坊的中型装置，例如餐馆，到适用于工业上处理大量材料的大型设备，例如食品加工工厂。在较大型的应用中，所述封闭物可以是由墙壁、底板和天花板围起来的构造，至少其中一部分具有集成式或内部安装的建筑元素。
通过所述封闭物圈定的曝光室可类似地具有任何适当的体积，不过优选其尺寸是，在至少是主要方向上的光路长度能够使所述材料被暴露在预定强度的光线下，从而发光和应用装置的工作能量达到给定的最小开支。因此，所述封闭物可足够大，以使光路在所有预期的方向上都能到达所承载的植物材料上，不过优选不要太大而使在光路的长度上需要过多不必要的开支来保证能够施加所需强度的光线。
载体装置优选设置成，使光线能够到达所述材料的多个面，以使其面积的预定最小部分被曝光。在一种基本形式中，其包括形成了一个表面并且上面能放置植物材料的组件，如架子。在这种情况下，所述组件应当能够透光，或者使用透明材料例如玻璃或透明塑料，或者由例如本身不透明或半透明的材料制成并具有透光的开口，例如光栅、网格或具有开孔的板。同样，根据植物材料的种类可以有其它形式的载体装置，例如如果在稳定的形式中，条板设置在材料的端部下方，钳住或夹住以固定和拉伸或悬挂该材料，一个或多个销栓可呈点状地托住材料甚至串插着所述材料或容器——无论透明还是打孔式的——从而容纳着所述材料，尤其是散料。
此外，载体装置可以是静止或者移动的，取决于是否要将该植物材料保留在腔室中的固定位置，还是更移动通过所述腔室。在材料移动的情况下，所述载体装置可以是静止的，而封闭物本身，除发光和应用装置之外，可以移动，从而相对于载体装置并且在所承载的材料中运动，可能以往复的方式。在移动载体装置或移动封闭物的情况下，封闭物可以形成一个或多个开口，其限定了入口和出口或者组合出/入口，所述开口或每个开口可通过门或其它的封闭装置而关闭。
所述发光和应用装置优选包括，在不同方向上发光的多个光源，具有多个从光源向不同方向上反光的反射器的单个光源，或者分别在不同方向上发光和反射光的多个光源和多个反射器。所述或者每个这种光源可包括，例如发光二极管。所述发光和应用装置优选发射红光、蓝光、或红光和蓝光波长的光，可选择地与白光或这里所述的可见光谱的光相组合。反射器的使用减少了能量成本，但对光强有一些减弱，其重要与否取决于所述曝光室的大小以及被处理的植物材料量。一个或多个光源和反射器的数量和配置因而优选为根据设备的构造参数还有特定的处理方法的参数来选择。优选的是，所述发光和应用装置的发光和/或反射元件设置在所述封闭物的多个面上。在小型工具中，为方便起见，在设置电源时可将光源安装在同样的通用区域中，例如腔室的顶板上，而反射器设置在腔室的底部区域。光从光源表面发出，反射器的反射表面的平面方向可确保选定的一种或多种波长的光直接对准备承载的植物材料的上面、下面和侧面。除了发光二极管、单个灯或灯阵列之外，这种光源还可以是，例如白炽灯泡或荧光灯管。所述反射器可以是，例如镜子、抛光金属板或者仅仅是反射性涂层或以适当方式设置在封闭物内表面覆盖层。在400到700nm的优选波长范围中，光的发射可以是，使所述或每个光源发出的光传导通过透射滤镜，只通过选定的特地波长的光。类似地，光施加到承载的植物材料上的持续时间可以通过开关装置来控制，从而关闭发光和施加装置，例如在预定的时间段之后切断一个或多个光源的操作电压。优选通过具有选时设置的定时装置来进行控制。然而，对曝光时间的控制同样可以通过其它的光学测定法来实现，包括屏蔽或者遮盖所述植物材料，屏蔽或遮盖所述一个或多个光源和一个或多个反射器，以及有选择性地将反射性表面改变成透光性的。或者，将被处理的植物材料在预定时间结束之后从曝光室中取出，从而在休眠状态的停留时间之后将其送出，或者在预定的时间段内移动通过所述腔室之后离开该腔室，这种移动既包括支持所述材料的载体装置的移动，也包括除所述一个或多个光源及任何相关联的反射镜之外的封闭物的移动。
应当明白，这里所引用的所有参考文献指导内容都包含在本说明书中。
现在将参考以下实施方式和附图(
图1)对本发明进行说明。应该明白的是，
图1中给出的实例和信息并不能看作是以任何方式对本发明范围的限制。
试验植物材料从超市中购得收割的大白菜(bokchoi)，绿椰菜(greenbroccoli)和菠菜。从Nottingham Arabidopsis stock centre购得拟南芥(Arabidopsis thaliana)Col-0植株。
光处理用光强上限在1400μM/m-2/s-1下限在180μM/m-2/s-1的光照射植物的局部/叶片。将植物的局部/叶片放在透明的托盘上，喷上水并充满CO2，以有助于防止植物局部/叶片变干并提供了曝光过程中用于光合作用的额外CO2。
1400μM/m-2/s-1光源包括两个Swarco Austria的Futur LED红光型R21OR2-MF(总光强180μM/m-2/s-1，680nm+/-20nm)；用＞650和＜700nm的透射滤镜得到的300μM/m-2/s-1的红色过滤光(General ElectricQuartzline EHJ，250W 24V的光)；其余的(920μM/m-2/s-1)为白色卤素光(General Electric Quartzline EHJ，250W 24V的灯)。
180μM/m-2/s-1光源包括两个Swarco Austria的Futur LED红光型R210R2-M灯构成(总光强180μM/m-2/s-1，680nm+/-10nm)。
环境条件温度为20摄氏度，湿度80％。
植物材料分析各种植物取20-50克植物材料用于暴露在不同的光强下，如上所述。分析3×1克样品，并重复分析三次。
抗坏血酸水平的测定Yoshimura.K等(2000)Plant Physiol.123，223-233谷胱甘肽水平的测定Karpinski，S等(1997)Plant Cell，9，627-642；Creissen G等(1999)Plant Cell，11，1277-1291。
结果大白菜
椰菜
菠菜
拟南芥
在PLP中曝光90分钟前后的抗坏血酸含量，以μmol/gFW计大白菜 椰菜菠菜拟南芥
大白菜TotalGSH 大白菜SampleArea Amountnmoles/nmolesg/FWmean val.SD131654089 10,859 181,887 180,49429,3206795341101872 13,447 225,244427238531 9,649161,623527295469 9,665161,885629161120 10,176 170,446736141765 12,088 202,482821379688 8,044134,736936831972 12,277 205,6491*39296546 12,952 216,959 281,09669,98867283*43822014 14,192 237,7284*48533904 15,483 259,3515*34841563 11,732 196,5156*50240901 15,951 267,1857*69414709 21,204 355,1768*78703191 23,749 397,8039*61325543 18,988 318,054
BroccoliTotal GSH BroccoliSample Area Amountnmoles/nmolesg/FWmean val.SD1 41736924 13,621228,159 232,17431,94474563 51946723 16,418275,0134 48612523 15,505259,7125 40125988 13,180220,7666 39622245 13,042218,4547 40026742 13,153220,3108 30111456 10,436174,8089 48711647 15,532260,1671*96714429 28,683480,459 405,25067,64188493*84627781 25,372424,9924*66388725 20,375341,2905*68466721 20,944350,8266*99927747 29,564495,2057*76245116 23,075386,5228*60224542 18,686313,0019*90013325 26,847449,707SpinachTotal GSH SpinachSample Area Amountnmoles/nmoles9/FWmean val.SD1 16715549 6,766 113,332 123,87322,66976893 19755348 7,599 127,2824 25672399 9,220 154,4365 24672953 8,946 149,8496 10044238 4,938 82,7167 16335627 6,662 111,5888 20004652 7,667 128,4269 18899746 7,364 123,3551*53397468 16,816281,671 271,40865,42675223*58951541 18,337307,1594*40128664 13,180220,7785*37552495 12,475208,9566*40002342 13,146220,1987*42987689 13,964233,8998*56244911 17,596294,7389*80023341 24,111403,861ArabidopsisTotal GSH ArabidopsisSample Area Amountnmoles/nmolesg/FWmean val.SD1 11072453 5,220 87,435 97,860 19,20256043 10999341 5,200 87,099
4154944286,431107,7285205985627,830131,15169534478 4,79880,37779387374 4,75879,7028116672365,38390,1649179992457,118119,2231*4100936313,422 224,820215,02741,08037893*277011879,776163,7474*256222989,206154,2065*4288893413,937 233,4456*3677267212,261 205,3777*5090244516,132 270,2218*3777245312,535 209,9659*4833387415,428 258,433Reduced glutathione content in nano-mol per gram FW before and after 90min exposure inPLP.
Chin Cab. BroccoliSpinach Arabidopsis
豌豆-维生素C水平植物材料从超市购得新鲜的绿豌豆。
光处理用光强上限在1400μM/m-2/s-1下限在180μM/m-2/s-1的光照射豌豆。
1400μM/m-2/s-1光源包括两个Swarco Austria的Futur LED红光型R210R2-MF(总光强180μM/m-2/s-1，680nm+/-20nm)；用＞650和＜700nm的透射滤镜得到的300μM/m-2/s-1的红色过滤光(General ElectricQuartzline EHJ，250W 24的光)；剩余(920μM/m-2/s-1)为白色卤素光(General Electric Quartzline EHJ，250W 24V的光)。
180μM/m-2/s-1光源包括两个Swarco Austria的Futur LED红光型R210R2-M灯构成(总光强180μM/m-2/s-1，680nm+/-10nm)。
环境条件温度为20摄氏度，湿度80％。
植物材料分析将豌豆暴露在不同光强的光下，如上所述。处理豌豆用于分析。同样测定对照豌豆，即未进行光处理的豌豆中的维生素含量。观察对照品和处理过的豌豆(x3副本)中的维生素C水平差异。
抗坏血酸水平的测定Yoshimura.K等(2000)Plant Physiol.123，223-233芽甘蓝、高丽菜——维生素C水平植物材料从超市购得收割的芽甘蓝和高丽菜光处理植物局部/叶用上限为1400μM/m-2/s-1和下限为180μM/m-2/s-1的光强度进行照射。
1400μM/m-2/s-1光源包括两个Swarco Austria的Futur LED红光型R210R2-MF(总光强180μM/m-2/s-1，680nm+/-20nm)；用＞650和＜700nm的透射滤镜得到的300μM/m-2/s-1的红色过滤光(General ElectricQuartzline EHJ，250W 24的光)；剩余(920μM/m-2/s-1)为白色卤素光(General Electric Quartzline EHJ，250W 24V的光)。
180μM/m-2/s-1光源包括两个Swarco Austria的Futur LED红光型R210R2-M灯构成(总光强180μM/m-2/s-1，680nm+/-10nm)。
环境条件温度为20摄氏度，湿度80％。
植物材料分析各种植物取20-50克植物材料用于暴露在不同的光强下，如上所述。分析3×1克样品，并重复分析。观察处理过的植物材料和未处理过的植物材料(对照品)中的维生素C水平差异。
抗坏血酸水平的测定Yoshimura.K等(2000)Plant Physiol.123，223-233第2项将长春花叶暴露于红光和白光下及其HPLC分析结果说明HPLC分析用来测定长春花叶中的双吲哚生物碱含量。这种测定用来判断对长春花植物类的不同处理方式在绿色材料，如叶片中的生物碱含量上的效果。
所使用的方法如Leiden University的D.A.C.Hallard等(2000)的博士论文Transgenic Plant Cells for the Production of indole Alkaliuds中所述。
方法材料植物生长条件在温室中培养长春花植物，长时间光照(13h)200-400μM/m-2/s-1，温度为白天22℃，晚上18℃，较高的相对湿度(70％+/-5％)。将15周的开花长春花叶片(顶部及附近的叶片)摘下并用本文所述的方法处理，其中有以下改变将红光同时照在叶片的近轴(顶面)和远轴(底面)处，光强160μM/m-2/s-1，每面照射3小时；白光照射叶片2小时。
样品编号 鲜重(mg)(内部设计)温室中的01号对照品370温室中的02号对照品290温室中的03号对照品350曝光(红光+白光)头2h的24号样品 360曝光(红光+白光)头2h的25号样品 230曝光(红光+白光)头2h的26号样品 230将24-26号样品再曝光(红光)一小时的R44号样品360将24-26号样品再曝光(红光)一小时的R45号样品290将24-26号样品再曝光(红光)一小时的R46号样品490提取通过Dr.S.Karpinski(Stockholm University Sweden)将植物材料制成冻干的叶片材料。
将每个样品精确称重约10mg三份(一份样品-行02-副本)，在Eppendorf杯中与0.50ml 0.1％的三氟乙酸(TFA)充分混合。然后用超声波破碎仪(sonicor Copiague NY，USA)将样品进行超声波处理30分钟，之后通过13000rpm离心10分钟沉淀叶片残渣。将上清液用于HPLC分析。然后收集样品并储存在-80℃下以便后续分析之用。用0.1-2mM范围的长春新碱和长春碱等摩尔混合物的4份稀释液绘制标准曲线。
通过HPLC分析所有的组分的光电二极管阵列(PDA)检测结果，其中使用具有717个自动取样器和990个光电二极管阵列检测器的Waters 600EHPLC泵。
HPLC根据表1采用Vydac 218MS54柱(内径250×4.6mm)，线性梯度乙腈的0.01％水溶TFA。注入体积为50μl。
表1.用于HPLC反相C-18柱(RP-18)的梯度
利用光电二极管阵列检测器在波长200-350nm范围内进行检测。
结果&讨论HPLC通过HPCL色谱图，对215nm波长处的峰积分得到了以下结果(参见平均值的表2&全套结果的表3)。
校正曲线在使用的范围内(尽管长春碱的最大值十分高因而没有计算出)，长春新碱和长春碱都呈线性反应性。在5个点上作线性回归(面积vs.注入nmol数的图中)得到了0.041的相关系数和0.9978的r2。
样品表2.被测叶片材料中的一些吲哚生物碱类的浓度，以μmol/g DW计。表示了三份的平均值。
值得注意的是，植株R44和R46中的无水长春碱(AHVB)含量降到了相当低的程度。这伴随着另一种至今未鉴明的双吲哚生物碱，标记为“？”的增加。所述未知的双吲哚物质被认为类似于长春碱，因为这两种化合物的UV光谱近乎相同。可能候选化合物包括N-脱甲基常春碱，去乙酰氧长春碱，15’-羟基长春碱或者14’-羟基长春碱。
长春碱(双吲哚末端产物的单体之一)的含量也变化明显。这些水平似乎与阿马里新的含量相关，但与双吲哚型生物碱的含量无关。
表3.被测叶片材料中一些吲哚生物碱的浓度，以μmol/g DW计。表示了三份测定结果(n.d.＝未测得，-＝未检测)。
结论对冻干植物叶片制品的吲哚生物碱测定表明，相对于对照品来说，用本文所述的方法在光下处理过的样品具有不同的阿马里新、文朵灵、长春碱、无水长春碱以及至今未鉴明的双吲哚生物碱水平。
1.近轴和远轴的叶片表面暴露于红光和蓝光的植物叶片材料将植物(长春花、大白菜、豌豆、椰菜、菠菜和拟南芥)用上文所述的方法培育，并摘下植物叶片材料暴露于以下比例(如下)的红光和蓝光下2小时，其中红光(640nm+/-15nm)照射其上表面(近轴表面)，蓝光(450nm+/-15nm)照射其下表面(远轴表面)。
如上所述从植物中选取植物材料，并按照标准过程冻干。
蓝光∶红光5∶15∶25∶35∶45∶54∶53∶5
2∶51∶5将处理后的植物在上述红光∶蓝光比例下曝光，如本文所述，检测植物次级代谢产物浓度的改变。观察植物次级代谢产物的浓度改变。
1.i)近轴叶片表面和ii)远轴叶片表面暴露于红光和蓝光的植物叶片材料将植物(长春花、大白菜、豌豆、椰菜、菠菜和拟南芥)用上文所述的方法培育，并摘下植物叶片材料暴露于以下比例(如下)的红光和蓝光下2小时，其中红光(640nm+/-15nm)和蓝光(450nm+/-15nm)都照射在叶片的上表面(近轴表面)上。
相同的方法用于使同样波长的红光和蓝光照射在叶片的远轴表面上。
如上所述从植物中选取植物材料，并按照标准过程冻干。
蓝光∶红光5∶15∶25∶35∶45∶54∶53∶52∶51∶5将处理后的植物在上述红光∶蓝光比例下曝光，如本文所述，检测植物次级代谢产物浓度的改变。观察植物次级代谢产物的浓度改变。
设备现在参见附图(
图1)，表示了一种是适合于实施本发明方法的设备10的正面示意图。仅由实例的方式表示，该设备10具有家用器具的外形，适合于厨房使用，其包括通常为立方体形的外壳11，具有固定封闭的顶板、底板和三个侧壁，第四个侧壁(未示出)起到门的作用，以提供到达该外壳内部的入口。
所述外壳限定了曝光室，其大致中央的部位具有一个玻璃板12用作腔室中被曝光处理的植物材料13的载体。由设置在所述腔室上部的三个互相分离的光源14产生所述光线，并且所述光源具有发光表面15。该发光表面设置成将光线大致朝着板12上部照射的形式，并因此照射到板上所承载的植物材料的上表面，而板的主要侧面朝着腔室的底部。镜子形式的反射器16设置在底部附近，其位置可拦截住侧向照射的光线，该镜子的角度可使入射光线射向板12的下面，并因而照在植物材料的下表面上，由于该板是透明的，因此所述下表面暴露在光线中。反射器16所示位置及其相关的反射光束仅仅作为一种实例的形式，可以具有另外的反射器来向相对于附图平面的斜前方和斜后方反射光束。因此，在其侧表面处，板12上承载的材料13的上下表面都以不同程度被曝光。已发现这种光源和反射器的设置可同时实现被承载的植物材料有效曝光于产生的光线下和具有操作成本经济的简单构造。
所述光源包括透射滤镜，从而只通过400到700nm范围内的一种或多种选定波长的光，并且通过位于电源18中的可编程定时器17来发出预定时间的光，其足以实现在被处理的植物材料中细胞或组织植化因子的预期短暂改变。
因此，直接在烹制或使用被处理过的材料之前，所述器具可方便地实现处理方法。
权利要求
1.一种通过至少一种波长选自400nm到700nm波长范围的光照射含有叶绿素的植物细胞或含有叶绿素的植物组织，来改变所述植物细胞或植物组织中至少一种植化因子水平的方法。
2.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种波长的光为波长在600nm-700nm范围内的红光。
3.根据权利要求2的方法，其中所述红光的波长在620nm-690nm范围内。
4.根据权利要求2或3的方法，其中所述红光的波长在625nm-680nm范围内。
5.根据权利要求2至4中任意一个的方法，其中所述红光的波长大约为650nm+/-15nm。
6.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种波长的光为波长在420nm-490nm范围内的蓝光。
7.根据权利要求6的方法，其中所述蓝光的波长在430nm-470nm范围内。
8.根据权利要求6或7的方法，其中所述蓝光的波长在435nm-465nm范围内。
9.根据权利要求6至8中任意一个的方法，其中所述蓝光的波长大约为450nm+/-15nm。
10.根据权利要求1的方法，其中所述光包括两种波长选自红光和蓝光的光，所述红光和蓝光的波长选自根据权利要求2至9中任意一个中的红光和蓝光的波长范围。
11.根据权利要求10的方法，其中蓝光红光的能量比例在7∶1到1∶7的范围内。
12.根据权利要求11的方法，其中蓝光∶红光的能量比例在6∶1到1∶6的范围内。
13.根据权利要求11或权利要求12的方法，其中蓝光∶红光的能量比例在5∶1到1∶5的范围内。
14.根据前述任意一个权利要求的方法，其中所述植物细胞或植物组织暴露于所述至少一种波长的光下的时间大于180分钟。
15.根据权利要求1至13中任意一个的方法，其中所述植物细胞或植物组织暴露于所述至少一种波长的光下的时间长达180分钟。
16.根据权利要求15的方法，其中所述时间长达120分钟。
17.根据权利要求15或权利要求16的方法，其中所述时间长达60分钟。
18.根据权利要求17的方法，其中所述时间长达45分钟。
19.根据权利要求17或权利要求18的方法，其中所述时间长达30分钟。
20.根据权利要求17至权利要求19中任意一个的方法，其中所述时间在5至15分钟的范围内。
21.根据权利要求1至20中任意一个的方法，其中所述植物细胞或植物组织包含在植物中，或者选自从植物中获得的植物组织，并且能够进行光合作用，其选自较高等植物的绿色茎干、花萼、和叶片，藻类细胞，藓类细胞，以及可食用和/或不可食用、或者味道不好的较高等和较低成植物种类的较高等和较低等植物细胞的细胞培养物。
22.根据权利要求21的方法，其中所述植物细胞或植物组织来自于选自以下组中的植物香草、长春花、红豆杉科的植物、大麻类植物、绿色蔬菜和绿色种子。
23.根据权利要求21或权利要求22的方法，其中所述植物细胞或植物组织来自于选自以下组中的植物长春花、豌豆、青豌豆，菠菜，来自甘蓝的物种，如椰菜、高丽菜、紫色包心菜、芽甘蓝、甘蓝、花椰菜、包心菜、莴苣、大白菜、藓类组织如小立碗藓、lemrospora物种培养物、以及藻类细胞培养物。
24.一种在遮蔽物下收获植物细胞或植物组织的方法，其中所述植物细胞或植物组织暴露于来自人造光源的、至少一种可见光谱中存在的波长并位于400nm和700nm之间的光下。
25.根据权利要求24的方法，其中所述波长的光选自红光或蓝光，或者任选地与白光组合的红光和蓝光的组合光。
26.收获的植物材料或者植物细胞，其可通过根据权利要求1至25中任意一个的方法获得。
27.一种可通过食品加工方法获得的加工食品，所述加工方法包括用来自人造光源的、至少一种可见光谱中存在的波长并位于400nm和700nm之间的光照射该活植物细胞。
28.一种加工食品，包括根据权利要求1至25中任意一个中的方法获得的处理过的植物材料或植物细胞。
29.至少一种波长选自来自于人造光源的可见光谱(冷光)中所存在的波长的光在遮蔽物下加工植物细胞或收获植物组织的方法中的用途。
30.根据权利要求29的应用，其中所述至少一种波长的光选自红光、蓝光、或红光和蓝光的组合光，其中所选光的波长可选择性地与白光相组合。
31.用于实施根据权利要求1至25中任意一个中的方法的设备，包括一个限定曝光室的封闭物，设置在该室中用以支持其中的植物材料的载体装置，其承载植物材料的方式和位置使得可以在多个方向上曝光，以及发光和应用装置，用以产生至少一种预定波长的光并将发出的光从多个方向施加到所承载的植物材料上预定的时间，从而使所述材料的不止一面被曝光。
32.根据权利要求31的设备，其中所述封闭物具有其至少一些面被封闭的外壳的形式。
33.根据权利要求32的设备，其中所述设备是家用的台式器具。
34.根据权利要求31的设备，其中所述封闭物包括由墙壁、底板和天花板围起来的构造，至少其中一些部分具有集成式或内部安装的建筑元素。
35.根据权利要求31至34中任意一个的设备，其中所述曝光室的尺寸设计成，在至少是主要方向上的光路长度能够使所述材料被暴露在预定强度的光线下，并且发光和应用装置的工作能量达到给定的最小开支。
36.根据权利要求31至35中任意一个的设备，其中所述载体装置设置成，使光线能够到达所述材料的多个面，以使其面积的预定最小部分被曝光。
37.根据权利要求31至36中任意一个的设备，其中所述载体装置包括，具有表面并且上面能放置植物材料的组件。
38.根据权利要求37的设备，其中所述元件是透光材料和/或构造。
39.根据权利要求31至38中任意一个的设备，其中所述载体装置和封闭物彼此可相对移动。
40.根据权利要求31至39中任意一个的设备，其中所述发光和应用装置包括在不同的方向上发光的多个光源。
41.根据权利要求31至39中任意一个的设备，其中所述发光和应用装置包括单个光源和多个从光源向不同方向上反射的反射器。
42.根据权利要求31至39中任意一个的设备，其中所述发光和应用装置包括，分别在不同方向上发光和反射光的多个光源和多个反射器。
43.根据权利要求40至42中任意一个的设备，其中所述或每个光源包括发光二极管。
44.根据权利要求31至43中任意一个的设备，其中所述发光和应用装置包括设置在所述封闭物多个面上的发光和/或反光元件。
45.根据权利要求31至44中任意一个的设备，其中所述发光和应用装置可发出蓝光、红光中存在的波长的光，和白光中存在的红光和蓝光波长的光。
46.根据权利要求45的设备，其中所述发光和应用装置进一步可用以发出白光。
47.根据权利要求31至46中任意一个的设备，包括开关装置，用以在工作了预定时间段之后切断所述发光和应用装置。
48.根据权利要求31至47中任意一个的设备，包括定时装置，用以选择预定的时间段。
全文摘要
一种通过至少一种波长选自400nm到700nm波长范围的光照射含有叶绿素的植物细胞或含有叶绿素的植物组织，来改变所述植物细胞或植物组织中至少一种植化因子水平的方法，用以改变植物组织中植化因子的水平而选自所述范围波长的光的应用，具有改变的植化因子水平的收获植物局部，以及用于产生具有改变的植化因子水平的植物组织的设备。
文档编号A01G9/00GK1826050SQ200480021120
公开日2006年8月30日 申请日期2004年5月24日 优先权日2003年5月23日
发明者斯坦尼斯劳·卡平斯基 申请人:斯坦尼斯劳·卡平斯基