一种气调环境下光触媒结合LED光照延长蔬菜保鲜的方法

本发明属于果蔬保鲜，具体涉及一种气调环境下光触媒结合led光照延长蔬菜保鲜的方法。

背景技术：

1、我国的果蔬产品种类丰富、产量充足，新鲜果蔬中含有丰富的糖类、维生素、多酚类等营养物质。然而微生物感染和乙烯积累会导致新鲜水果和蔬菜在采后储存过程中变质。采后蔬菜失去外界养分供应，而本身生命活动仍在进行，若在贮运中没有采取适当的保鲜措施，则会造成蔬菜的腐烂、变质。光照是影响食品储藏过程中生理、品质变化的重要因素之一。

2、谢晶等(2016)公开了“一种气调保鲜荠菜的方法”(公开号：cn 105746686a)，该方法将2～4℃预冷后的新鲜荠菜包装在10～20℃、湿度60～80％的环境中，真空包装袋中的气体按体积分配，co2比例为5～15％、o2比例为1～15％、o3比例为1～5％、n2比例为65～93％，包装后的荠菜在常温下的储藏期延长了27天，菜叶颜色与硬度依旧保持良好，但该方法并没有对贮藏期间产生的乙烯做有效的控制。

3、吴健等(2015)公开了一种基于led脉冲光的蔬果保鲜方法(公开号：cn105123892a)。该方法有四个发光步骤，涉及红光、橙光、蓝光、紫光和远红光，利用不同的闪烁频次和停顿时间形成组合光信号，维持蔬果的新鲜状态。但50～100次的时长0.01～0.03秒的光照闪烁对调制器要求较高，与低温环境的共存不一定能够实现。

4、王玲等(申请公布号：cn 112913911a)公开了一种迟菜心的保鲜包装方法，该方法采用10～30％浓度的杀菌溶液对迟菜心基部进行消毒，将预冷后的菜心用具有自发气调功能的低密度聚乙烯膜包装进行led照射，再放于泡沫箱中保存。led光照处理为430～450nm蓝光先照射10～20分钟，再用680～720nm红光照射5～10分钟，有效缓解了水分蒸腾和茎部空心品质劣变，同时在不使用化学保鲜剂的情况下实现了微生物活性的抑制。该方法所用样品为切割特定部位的迟菜心，采用了杀菌溶液来干涉微生物生长，此外光照只是作为预处理施加在叶菜储藏过程前，20℃环境中保质期只被延长至4天。

5、李宁等人对西兰花保鲜效果的研究(“led复合光处理对西兰花低温保鲜效果的影响”)证明了400lx强度的led红蓝复合光12小时间歇照射能够减少西兰花的呼吸消耗，抑制多糖果胶等大分子物质的降解，延长西兰花储藏时间至50天。该研究并没有对贮藏过程中微生物进行控制。

6、谢晶等(申请公布号：cn 111520954 a)公开了一种led光照保鲜冰箱及保鲜方法，能够通过触摸显示屏选择所储蔬菜的种类，使冰箱单片机控制灯带作出相应的颜色和光照时间响应。但方法中所述灯带为单色灯带，达到的保鲜效果不及复合光照射，并且不同果蔬储藏适配的最佳光照参数相差极大，尚无足够的试验来支撑一套完备的编程算法数据。

7、孟国栋等(2020)公开了一种光触媒保鲜塑料膜(公开号：cn 111590990a)，该薄膜由内外两层组成，其中外层为透明透气层，内层为光触媒功能层，所述光触媒功能层包含复合光触媒颗粒0.1-5％，吸湿材料0.5-5％，塑料基体95％-99％。通过该薄膜可以实现食品的高效保鲜，并有效减少因光催化反应的发生引起的光触媒功能层对薄膜的损伤，特别用于肉类、瓜果、蔬菜等产品的保鲜等。但改薄膜采用塑料作为基体，并不遵循目前的可持续发展战略，并且仅采用薄膜对生鲜产品进行保鲜，效果不如与其他技术的协同应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种气调环境下光触媒结合led光照延长蔬菜保鲜的方法。本发明通过添加了光触媒材料改性纳米二氧化钛和姜黄素的聚乳酸包装联合蓝紫色led复合光照技术联合气调环境来抑制新鲜蔬菜的呼吸作用，并在低温高湿环境中贮藏。通过此联合技术能够抑制贮藏期间蔬菜的微生物生长，抑制蔬菜的褐变和腐败进程，更长时间的维持营养物质和感官品质，延长货架期。

2、本发明的技术方案：

3、一种气调环境下光触媒结合led光照延长蔬菜保鲜的方法，包括以下步骤：

4、(1)蔬菜选择：选择成熟度80-90％、无萎蔫黄化、无机械损伤、无虫蛀的新鲜蔬菜；

5、(2)制备氮改性的纳米二氧化钛：使用凝胶溶胶法制备光触媒材料非金属氮改性的纳米二氧化钛；

6、(3)制备光触媒薄膜包装袋：使用重均分子量为80000-150000的聚乳酸作为气调光触媒薄膜包装袋的基底，并添加姜黄素和氮改性的纳米二氧化钛，制备光触媒薄膜包装袋；

7、(4)薄膜包装：将步骤(1)中挑选出的蔬菜放入步骤(3)中制备好的光触媒薄膜包装袋中，进行薄膜包装；

8、(5)气调包装：对步骤(4)薄膜包装的蔬菜用气调包装机充入气体后，用热封机封口；

9、(6)led光照储藏：将步骤(5)气调包装好的蔬菜采用复合led光照射并冷藏，复合led光包括蓝色led光和紫色led光。

10、进一步地，步骤(2)中使用钛酸四丁酯和尿素作为原材料制备氮改性的纳米二氧化钛，其中氮和钛的摩尔比为1:1-3:1。

11、进一步地，步骤(2)中制备氮改性的纳米二氧化钛具体方法为：使用蒸馏水溶解尿素得到溶液a，使用无水乙醇溶解钛酸四丁酯得到溶液b，溶液a和溶液b混合后持续搅拌得到稳定的水溶胶后蒸发去除溶剂，得到反应物c后在马弗炉中100℃-300℃焙烧1-3小时除去杂质，在研钵中研磨得到氮改性的纳米二氧化钛颗粒。

12、进一步地，步骤(3)中姜黄素添加量为聚乳酸质量的1％-3％，氮改性的纳米二氧化钛添加量为聚乳酸质量的3％-5％。

13、进一步地，步骤(3)中使用溶液浇注法制备薄膜，并在常温下干燥24-48小时。

14、进一步地，步骤(5)中气调包装机装袋过程中先抽真空，再充入混合气体。

15、进一步地，步骤(5)中气调包装机充入气体的体积比例为o2:3％～6％、co2:5％～10％、n2:84％～92％，三者总体积为100％。

16、进一步地，步骤(6)中复合led光中蓝色led光的波长为450-480nm，紫色led光的波长为370-410nm。

17、进一步地，步骤(6)中复合led光采用复合led灯板实现，所述复合led灯板有蓝色灯珠和紫色灯珠，两种灯珠占比之和为100％，总光照强度为600-800lux。

18、进一步地，步骤(6)中照射过程中储藏环境温度为4±1℃，相对湿度为90±4％rh，每天垂直照射6-10小时。

19、本发明提供的蔬菜保鲜方法中，纳米二氧化钛是一种具有抗菌和光催化活性的材料，并且它无毒、价格低，在食品领域被广泛应用，是食品包装中最常见的金属纳米颗粒之一。将其添加在生物聚合物基薄膜的制备中，也可以改善薄膜的机械性能和抗菌性能。气调包装袋上的改性纳米二氧化钛经过蓝紫色led光照射后可以产生强氧化性的物质(如羟基自由基、负氧离子等)，并且分解有机化合物(如乙烯)、部分无机化合物、细菌及病毒等，进一步的提高薄膜的抗菌性能。此外，姜黄素作为一种天然食品防腐剂，也是一种源自姜黄的天然多酚活性化合物，具有良好的生物相容性和与食品的低毒性，在食品保鲜中发挥着重要作用，具有高效的广谱抗菌特性。并且姜黄素作为一种光敏剂，在蓝光照射下可以起作用，诱导光毒性，抑制细菌生长，并且能与其他抗菌物质发挥协同抗菌作用，也弥补了气调本身易产生厌氧菌的缺点。光照能够通过调控相关基因的表达，有效维持甚至提高叶绿素、抗坏血酸和多酚的含量，与气调和光触媒材料联合能够降低失水率，相互弥补缺点。并且led光照维持了植物的光合作用，能够补充可溶性糖，在和气调包装的共同作用下呼吸作用被抑制，使得可溶性糖消耗速率大大降低(短时间内甚至有积累)。本发明采用约800lux光强度的蓝紫色led光照，能在不对植物造成光损伤的前提下，更好的抑制采后蔬菜的呼吸作用，减少次生代谢物质的消耗甚至积累次生代谢物质，维持采后蔬菜的营养成分。本发明考虑到多种光源会使成本增加且实际运用在果蔬采后保鲜中并不易操作，选择波长为450-480nm的蓝色led光和波长为370-410nm的紫色led光作为复合光源，每天照射8小时，以免光照产生过多的热量从而造成蔬菜的失水。

20、本发明选用未经任何预处理的整菜作为原料，避免机械损伤造成的保质期缩减；全过程不涉及消毒杀菌剂的使用，利用与植物生长周期类似的长时间光照来抑制微生物的生长、维持叶菜营养物质水平，利用光催化剂和光敏剂在经过蓝紫色光照激发下产生的强氧化物质控制微生物的生长，进一步保持了安全性。提前充入特定比例的气体成分有助于维持呼吸水平在较低值，而储藏全过程中气调与光照的协作促进了呼吸作用与光合作用的制约与平衡，更好地维持叶菜的感官品质。

21、本发明与现有技术相比的有益效果如下：

22、(1)本发明利用非金属氮对纳米二氧化钛进行改性处理，制备了氮改性纳米二氧化钛，对比未改性的纳米二氧化钛仅能够在388nm的紫外波长段激发光触媒效果而言，氮改性纳米二氧化钛将最大吸收光波长从388nm加宽到蓝紫色可见光波长区域提高其可见光的光催化效率。

23、(2)纳米二氧化钛无毒、价格低，在食品领域被广泛应用，是食品包装中最常见的金属纳米颗粒之一，并且将其添加在生物聚合物基薄膜的制备中，还可以改善薄膜的机械性能和抗菌性能，并且经过蓝紫色led光照激发后产生的强氧化性物质还可以降解果蔬贮藏期间产生的乙烯。

24、(3)与传统聚乙烯气调包装相比，本发明利用聚乳酸作为气调包装袋的基材，是一种生物可降解的材料，支持全球可持续发展战略的同时，利用纳米二氧化钛改善薄膜的渗透性、热稳定性和机械性能。

25、(4)姜黄素作为广谱抗菌剂，在蓝色led光的照射下可以诱导光毒性，抑制细菌生长，并且能与纳米二氧化钛协同发挥抗菌作用，弥补了气调本身易产生厌氧菌的缺点。

26、(5)与传统气调包装保鲜方法相比，本发明从消费者的角度出发选择完整蔬菜而非鲜切样品，避免繁冗的前处理工序，利用光照条件下蔬菜自身的代谢和抵抗来维持储藏阶段的生理活动，最大限度地减缓营养品质的下降，将保质期延长至40天左右。

27、(6)本发明通过光触媒和光敏剂与气调包装、led复合光照协同作用既通过光合作用弥补了有机物的消耗、影响蛋白质结构从而改变酶活、提高抗氧化能力，又提高了整个贮藏期间的抗菌能力，降低了果蔬的呼吸作用，延缓了乙烯的出现。弥补了单一气调处理容易形成代谢紊乱、呼吸链反应异常、滋生微生物等缺点。

28、本发明提供的一种气调环境下光触媒结合led光照延长蔬菜保鲜的方法，将蔬菜以原始状态储存，不添加任何化学防腐剂，采用光响应来短暂维持植物的光合作用，减缓蔬菜营养物质的损失，采用光触媒和光敏剂材料来抑制蔬菜在贮藏期间产生的微生物和乙烯，结合气调调节蔬菜的呼吸作用，更加适合工业化实施，协同作用下能有效延长蔬菜的保质期。