Свежесть фруктов и/или овощей
Избретение относится к пищевой промышленности. Осветительная система для освещения фруктов и/или овощей, содержащая: лампу (8) для освещения фруктов и/или овощей в оборудовании для хранения пищевых продуктов, причем лампа выполнена с возможностью обеспечивать это освещение с первым световым выходом и вторым световым выходом, причем первый световой выход имеет более высокую интенсивность и по меньшей мере спектр, смещенный в красную область относительно второго светового выхода; и контроллер (12), предназначенный для управления освещением посредством управления лампой, причем контроллер выполнен с возможностью применять освещение в последовательности, содержащей период темноты, за которым следует первый световой выход в течение первого периода, и затем следует второй световой выход в течение второго периода. Система для хранения фруктов и/или овощей, содержит: оборудование для хранения пищевых продуктов, предназначенное для хранения фруктов и/или овощей, и осветительную систему, описанную выше. Способ управления освещением фруктов и/или овощей с использованием системы хранения предусматривает этапы, на которых применяют освещение в последовательности, содержащей период темноты, за которым следует первый световой выход в течение первого периода, и затем следует второй световой выход в течение второго периода. Причем первый световой выход имеет более высокую интенсивность и по меньшей мере спектр, смещенный в красную область относительно второго светового выхода. Изобретение позволяет достичь циклических колебаний интенсивности различных биологических процессов, связанных со сменой дня и ночи для фруктов и/или овощей уже после сбора урожая. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к условиям, в которых хранятся и/или транспортируются фрукты и овощи, и его целью является сохранение их свежими.
Уровень техники
На розничных и потребительских рынках наибольшую часть пищевых отходов представляют собой свежие фрукты и овощи. При том, что в плодоовощной отрасли стремятся увеличить производство для растущего по численности мирового населения, отсутствует должный контроль отходов, и фактически оказывается, что объем пищевых отходов увеличивается. Таким образом, в перспективе растет интерес к совершенствованию хранения свежих пищевых продуктов и увеличивается потребность в таком совершенствовании.
Большую часть фруктов и овощей в мире выращивают в условиях циркадного ритма, привязанного к ежедневной смене дня и ночи. Этот ритм регулирует содержание углеводов и других вторичных продуктов обмена веществ в фруктах и овощах во время роста и во время хранения после сбора урожая. В процессе производства и сбыта продовольственной продукции циркадный ритм нарушается во время транспортировки и хранения, также, как и в холодильнике потребителя.
Исследователи из Университета Райса (США) в последнее время изучали циркадный ритм фруктов и овощей после сбора урожая (Goodspeed D., 2013 "Postharvest Circadian Entrainment Enhances Crop Pest Resistance and Photochemical Cycling" ("Подстраивание под циркадный ритм после сбора урожая повышает устойчивость к вредителям и стимулирует фитохимические циклы", Current Biology 23, 1235-1241, July 8, 2013, Elsevier Ltd). Они обнаружили, что при хранении капусты в условиях 12-часовых циклов "свет-темнота" обеспечивается в два-три раза больше фитохимических веществ, если ее съедать через четыре - восемь часов после начала светового периода, чем в случае, когда капуста хранилась в условиях постоянного света или постоянной темноты. Сравнимые реакции были обнаружены в салате, шпинате, кабачках, сладком картофеле, моркови и голубике. Было обнаружено, что реакция является аналогичной тому, как циклы "свет-темнота" в природных условиях запускают клеточный метаболизм, чтобы уменьшить повреждение фруктов и овощей насекомыми.
В литературе имеются и другие свидетельства того, что с точки зрения сохранения качества свежие листовые овощи и некоторые фрукты выиграли бы от воздействия на них света после сбора урожая. Сюда входят документы, в которых описаны методы сохранения свежести пищевых продуктов на охлаждаемых полках в супермаркетах или в домашнем холодильнике. См., например, документ US20070104841 ("Refrigerator and method for keeping food using the same" ("Холодильник и способ хранения пищевых продуктов с его использованием"), LG Electronics).
Несмотря на то, что имеющаяся в этой области литература демонстрирует, что такой эффект существует, остается некоторая неопределенность касательно механизма, лежащего в основе, и, в частности, как это можно использовать более эффективным образом.
Сущность изобретения
Авторы изобретения полагают, что при воздействии светом для сохранения свежести фруктов и овощей на более продолжительное время, фотосинтез не оказывает влияния (или, по меньшей мере, влияет не исключительно), и, скорее, в растении работают другие механизмы. Одной из причин так думать является то, что, как оказалось, световое излучение с низкой интенсивностью также оказывает положительный эффект, при том, что, как было измерено при низкой интенсивности, активность с точки зрения фотосинтеза отсутствует. Это навело на мысль, что могут иметься большие возможности для инноваций в этой области, так как в основе большинства известных систем до сих пор лежит гипотеза процесса фотосинтеза.
Авторы изобретения в последнее время изучали влияние освещения на собранные салат и огурцы в своей лаборатории, чтобы проверить утверждения, что световые циклы после сбора урожая могут улучшить свежесть, и кроме того, чтобы увидеть, могут ли они найти способ достижения таких результатов более рациональным, энергоэффективным образом. С этой целью авторы изобретения провели несколько экспериментов в климатической камере (в условиях, аналогичных хранению в холодильнике), воздействуя световым излучением с различными интенсивностью, спектром и динамическими ритмами.
Было обнаружено, что световое излучение, интенсивность светового излучения и его спектр оказывают влияние на свежесть (измеренную в виде различных показателей, таких как цветовой тон пищевого продукта, содержание глюкозы и содержание фруктозы). Кроме того, было также обнаружено, что воздействие в режиме динамического освещения оказывает более сильный эффект. Например, освещение салата в течение 2 часов светом со средней или высокой интенсивностью и последующий возврат к более низкой интенсивности фонового света дали эффект в виде более продолжительного сохранения свежести салата. Этот режим динамического освещения был применен после периода полной темноты (например, 12 часов), и поэтому в этом смысле может называться "светом пробуждения" по аналогии с реакцией циркадного ритма человека на лампы, создающие свет "пробуждения".
Далее рассмотрен метод, созданный на основе этой обнаруженной информации и предназначенный для устранения нарушения циркадного ритма, которое может возникнуть при транспортировке и/или хранении фруктов и/или овощей, и целью этого метода является повышение содержания питательных веществ и сохранение свежести пищевых продуктов в течение более длительного времени. Эта технология содержит применение режима динамического освещения (или "схемы динамического освещения"), содержащего фазу "пробуждения" с красным светом, имеющим высокую интенсивность, с последующей "дневной" фазой с "постоянной" низкой интенсивностью (например, которую можно использовать для постоянного освещения в розничной торговле).
Изобретение определено в независимых пунктах Формулы изобретения, зависимые пункты Формулы изобретения определяют его предпочтительные варианты.
Таким образом, согласно одному аспекту настоящего изобретения, предлагается система, содержащая оборудование для хранения пищевых продуктов, предназначенное для хранения фруктов и/или овощей, и лампу, предназначенную для освещения фруктов и/или овощей в оборудовании для хранения пищевых продуктов. Лампа выполнена с возможностью обеспечивать это освещение с первым световым выходом и вторым световым выходом, причем первый световой выход имеет более высокую интенсивность и спектр, по меньшей мере, смещенный в красную область, по сравнению со вторым световым выходом. Кроме того, система содержит контроллер, предназначенный для управления освещением фруктов и/или овощей в оборудовании для хранения пищевых продуктов за счет управления лампой. Контроллер выполнен с возможностью реализовать освещение в последовательности, содержащей период темноты, за которым следует первый период с первым световым выходом, и затем следует второй период со вторым световым выходом.
Согласно некоторым вариантам, первый световой выход предпочтительно имеет спектр с пиковой длиной волны около 660 нм, либо дополнительно пик в красной области (приблизительно 620-740 нм) видимого спектра. В некоторых вариантах второй световой выход имеет, по существу, белый спектр.
В некоторых вариантах первый световой выход (со смещением в красную область) имеет интенсивность в диапазоне 15-50 мкмоль/с/м2, предпочтительно около 40 мкмоль/с/м2. В некоторых вариантах второй световой выход имеет интенсивность 2-15 мкмоль/с/м2.
Согласно следующим вариантам, первый и второй световые выходы предпочтительно представляют собой дискретные каналы лампы с дискретными спектрами и/или интенсивностью, которые применяются в течение первого периода и второго периода, соответственно. Например, в системе может использоваться двухканальная лампа, состоящая из красных и белых светодиодов. Первый и второй световые выходы могут иметь постоянные спектры и/или интенсивность в пределах соответствующего периода.
В некоторых вариантах период темноты, первый период и второй период являются смежными (один непосредственно следует за другим).
Рассмотренный метод может быть применен для хранения и/или транспортировки свежих пищевых продуктов в розничной торговле и/или для хранения пищевых продуктов на территории потребителя (например, дома). Поэтому в некоторых вариантах упомянутое оборудование для хранения пищевых продуктов может содержать розничную витрину, или это оборудование для хранения пищевых продуктов может содержать холодильник, имеющий внутреннее пространство.
Для примера, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять упомянутую последовательность в ежедневном цикле. В одном таком варианте последовательность содержит: период темноты, длящийся 10-12 часов, за которым следует первый период, длящийся 1-2 часа, с первым световым выходом (красным светом с высокой интенсивностью), за которым следует второй период со вторым световым выходом (например, белым светом с низкой интенсивностью), причем второй период может длиться всю оставшуюся часть ежедневного цикла, либо может длиться 2-6 часов, за которыми может следовать период окружающего света, созданного другим источником. Эта схема может использоваться, например, в розничной витрине, в этом случае фрукты и/или овощи в витрине будут освещаться красным светом высокой интенсивности в течение первого периода "пробуждения" утром, за которым следует "обычное" освещение в течение оставшегося дня.
В другом примере контроллер может быть выполнен с возможностью планировать время упомянутой последовательности, чтобы аккумулировать к назначенному времени потребления, назначенному пользователем для потребления, по меньшей мере, некоторых из фруктов и/или овощей. В одном таком варианте контроллер может быть выполнен с возможностью применять второй световой выход (например, белый свет с низкой интенсивностью) в течение второго периода, длящегося 2-4 часа, вплоть до момента потребления, и применять первый световой выход (красный свет с высокой интенсивностью) в течение первого периода, длящегося 1-2 часа, вплоть до начала второго периода. Для примера, освещение может быть встроено в холодильник, причем интерфейс пользователя позволяет пользователю задавать более поздний момент времени, в который один или более фруктов и/или овощей, находящихся в холодильнике, потребуются в качестве пищи или для приготовления пищи. Тогда последовательность освещения будет инициироваться автоматически с окончанием в этот заранее заданный момент времени, причем период белого света будет продолжаться до заданного момента времени, и этому периоду будет предшествовать период красного света "пробуждения".
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения, может быть предложен программный продукт для компьютера, реализованный в устройстве для хранения машиночитаемой информации и выполненный таким образом, чтобы при исполнении в процессоре выполнялись операции контроллера, соответствующие любому из рассмотренных здесь признаков изобретения. Согласно еще одному аспекту, может быть предложен контроллер, выполненный в соответствии с любым из рассмотренных здесь признаков изобретения. Согласно другому аспекту, может быть предложен соответствующий способ освещения фруктов и/или овощей в соответствии с любым из рассмотренных здесь признаков изобретения.
Краткое описание чертежей
В целях способствования пониманию настоящего изобретения и демонстрации того, как могут быть реализованы на практике его варианты, делается ссылка на приведенные в качестве примера сопровождающие чертежи, из которых:
на Фиг.1 схематично показана осветительная система для розничной торговли;
на Фиг.2 схематично показана осветительная система для холодильника;
на Фиг.3 приведен график изменения угла цветового тона в цвете листьев салата при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой;
на Фиг.4 приведен график изменения способности листьев салата к фотосинтезу при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой;
на Фиг.5 приведен график изменения содержания воды в листьях салата при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой;
на Фиг.6 приведен график изменения хрусткости (понимается как свойство, противоположное вялости) листьев салата при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой;
на Фиг.7 приведен график изменения содержания сахарозы в листьях салата при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой;
на Фиг.8 приведен график изменения содержания аскорбиновой кислоты в листьях салата при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой;
на Фиг.9 приведен график изменения содержания фруктозы в листьях салата при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой;
на Фиг.10 приведен график изменения содержания глюкозы в листьях салата при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой; и
на Фиг.11 приведен другой график изменения угла цветового тона в цвете листьев салата при его обработке с использованием цикла освещения двухканальной лампой.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
Чтобы изучить рассмотренные здесь эффекты, салат и огурцы хранились в климатической камере с контролируемыми температурой и влажностью. Поток воздуха в камере имел концентрацию CO2 приблизительно 700-800 частей на миллион. В случае кустов салата, температура хранения составляла 6°С, и относительная влажность (RH) составляла 95%, но, в случае огурцов, они составляли 12°С и 95%. Эти условия представляют собой рекомендованные сельхозпроизводителем. Все материалы хранились в этих стабильных условиях в течение 2 недель для каждого эксперимента. По истечении двух недель кусты салата стали достаточно старыми, чтобы их можно было выбросить, так же происходит с ними в розничной торговле.
На Фиг.3 - Фиг.11 приведен пример результатов, полученных для зрелых листьев кочанного салата. В этом эксперименте по два часа в день воздействовали светом пробуждения с высокой интенсивностью от красных светодиодов, после чего следовал период освещения белым светом с интенсивностью от средней до низкой, или с низким уровнем светового излучения. Свежесть можно измерять множеством способов, например, как количество фитохимических веществ в начале и в конце срока жизни овощей или по "внешнему виду" салата, например, с измерением цветового тона листьев.
Было обнаружено, что, с точки зрения поддержания свежести, свет пробуждения лучше всего работает, если за ним следует период слабого освещения, который имеет место, если пучок салата находится в перевернутом положении (как часто делается в супермаркетах) или помещен на полки, затененные полкой, находящейся выше (также очень часто имеет место на полках холодильника). Графики показывают, что цветовой тон можно сохранять в течение некоторого времени, также, как и сахара (сахарозу, фруктозу, глюкозу) и витамин С.
На Фиг.3 приведен график изменения угла цветового тона, наблюдаемого в листьях салата, обработанных с использованием ежедневного цикла из красного света с высокой интенсивностью 40 мкмоль/с/м2 в течение 2 часов в качестве света пробуждения, за которым следует белый свет с низкой интенсивностью 2 мкмоль/с/м2 (обозначенной "40R+2W") или средней интенсивностью 15 мкмоль/с/м2 (обозначенной "40R+15W") в течение 10 часов (и 12 часов темноты) в ходе 2 недель. Результаты приведены для сравнения с контрольным экспериментом, в котором салат хранился в темноте целый день. Микромоль в секунду на квадратный метр (мкмоль/с/м2) - это количество фотонов, падающих на один квадратный метр каждую секунду, где один моль представляет собой 6,02 × 1023 (число Авогадро). 10 мкмоль/с/м2 ≈ 685 Люкс ≈ 2,18 Вт/м2. Угол цветового тона измеряется в градусах, где 60° это желтый и 120° это зеленый. Более желтый лист имеет большую степень распада хлорофилла. Каждое значение представляло собой среднее для трех точек - вверху, в середине и внизу листа.
На Фиг.4 приведено влияние того же режима обработки на способность листьев к фотосинтезу. Когда фотоны светового излучения поглощаются молекулой хлорофилла, они вызывают мгновенную реорганизацию электронов в молекуле, и переводят молекулу пигмента из основного состояния в возбужденное состояние с временем существования 10-9 с. Нестабильное возбужденное состояние приводит к превращению части энергии возбуждения в энергию вибрации, ее рассеиванию в виде тепла и повторному излучению в виде фотонов с меньшей энергией, где повторно излучаемый свет представляет собой флюоресценцию хлорофилла и имеет пик излучения приблизительно 730 нм. Если не считать потери энергии в виде тепла и флюоресценции, захваченная энергия может быть использована для активации электронов и запускает линейную электрон-транспортную цепь (LET) в фотосистеме II (PSII), являющуюся движущей силой фотосинтеза. Когда лист адаптировался к условиям темноты, при наличии очень слабого измеряемого светового излучения обнаруживается минимальная флюоресценция (F0). При последующем воздействии импульса насыщения, хлорофилл вряд ли сможет улавливать какую-либо энергию из внезапно излучаемого света импульса насыщения из-за того, что центр PSII закрыт, в результате чего ослабленная флюоресценция является максимальной (Fm). В случае листа, приспособившегося к темноте, отношение Fv/Fm определяется как максимальный квантовый выход фотохимических реакций в системе PSII, где Fv=Fm - F0. Более высокое значение Fv/Fm указывает на более высокую способность к фотосинтезу и более здоровое состояние листа. При выполнении каждого измерения для определения флюоресценции хлорофилла отрывались один или два созревших листа из четвертого внешнего слоя куста салата.
Если рассматривать способность к фотосинтезу в течение 2 недель, значения уменьшались при всех видах обработки спустя 7 дней и сохранялись на том же уровне в течение второй недели. При этом кусты салата, обработанные белым светом с чрезвычайно низкой интенсивностью (2 мкмоль/с/м2) после красного света пробуждения, сохранили наибольшую способность к фотосинтезу и наиболее здоровые листья.
На Фиг.5 и 6 приведено влияние обработки на содержание воды и "высоту хрусткости" листьев. "Высота хрусткости" представляла собой высоту 100 грамм свеженарезанных листьев салата в пластиковой коробке. Более высокое значение указывает, что листья являются более хрусткими. В начале эксперимента были выбраны три свежих куста салата. Для каждого куста все листья были оторваны и нарезаны ножницами в виде соломки с шириной около 1 см, а затем были перемешаны должным образом. После этого 100 грамм соломки было отмерено по весу как один образец и положено в пластиковую коробку (полиэтиленовые коробки 22 × 25 см), и после встряхивания в коробке, закрытой плоской крышкой, была измерена высота нарезанных соломкой листьев. Для каждого образца высота хрусткости измерялась три раза, чтобы получить среднее значение. В результате эксперимента была получена высота хрусткости для каждого куста салата.
После 2-недельного хранения в одной и той же климатической камере при 6°С и относительной влажности 95%, содержание воды в листьях уменьшилось при всех видах обработки без существенных различий. Однако белый свет с чрезвычайно низкой интенсивностью (2 мкмоль/с/м2) после красного света пробуждения дал наиболее хрусткие листья, в то время как белый свет со средней интенсивностью (2 мкмоль/с/м2) после красного света пробуждения вызвал наиболее быстрое размягчение листьев салата. После недельного хранения при всех видах обработки зеленоватая окраска сохранилась на том же уровне, что и в начале эксперимента, но в день 14 группы, хранившиеся в темноте и обработанные красным светом пробуждения и белым светом со средней интенсивностью (15 мкмоль/с/м2), продемонстрировали ухудшение c зеленого цвета на желтый. Кусты салата, облученные белым светом с низкой интенсивностью (2 мкмоль/с/м2) после 2 часов пробуждения под воздействием красного света, сохранили наилучшую окраску, как у созревших зеленых листьев, если сравнивать с началом эксперимента.
Графики на Фиг.7 - Фиг.10 демонстрируют изменение содержания сахарозы (Фиг.7), содержания аскорбиновой кислоты (Фиг.8), содержания фруктозы (Фиг.9) и содержания глюкозы (Фиг.10), наблюдаемое в листьях салата, обработанных с использованием ежедневного цикла в виде красного света с высокой интенсивностью 40 мкмоль/с/м2 в течение 2 часов в качестве света пробуждения с последующим белым светом с низкой интенсивностью 2 мкмоль/с/м2. Они представляют собой результаты, обозначенные как "R+LW". Они приведены для сравнения с контрольным экспериментом, в котором салат хранился в темноте весь день, и с экспериментом, в котором интенсивность белого света была высокой и равной (40 мкмоль/с/м2) интенсивности красного света ("R+HW"). Приведено содержание, измеренное в микрограммах на миллиграмм салата (DW, сухой вес).
Интенсивность красного света, воздействующего во время периода пробуждения, также можно увеличить до еще более высокого уровня, составляющего, по меньшей мере, 50 мкмоль/с/м2. Что касается влияния красного света с более низкой интенсивностью, когда эксперимент выполнялся с периодом воздействия красного света пробуждения с интенсивностью, заданной на среднем уровне в 15 мкмоль/с/м2 (также с последующим воздействием белого света с низкой интенсивностью 2 мкмоль/с/м2), было обнаружено, что это сохраняет у листьев, по меньшей мере, более зеленый цвет. Таким образом, обработка, включающая красный свет пробуждения с интенсивностью, сниженной до этого уровня, по-прежнему может дать некоторые преимущества, по меньшей мере, "косметические" (например, в целях использования в витрине при розничной торговле). Этот результат приведен на Фиг.11 (для сравнения с контрольным экспериментом с темнотой и с обработкой только белым светом).
Таким образом, режим воздействия красным и дополнительно белым светом во время хранения может сохранить качество салата после сбора урожая, включая хрусткость, зеленоватую окраску, способность к фотосинтезу, а также содержание сахаров и уровень витамина С. Это улучшение свежести обеспечивает для салата большее содержание питательных веществ, большее содержание антиоксидантов для более длительного сохранения свежести, и уменьшает отходы при производстве и сбыте. Таким образом, имеется возможность обеспечить значительное преимущество при применении режима динамической обработки светом во время транспортировки и/или хранения свежих фруктов и/или овощей (в частности, листовых овощей), а именно, в виде последовательности, содержащей период темноты, за которым следует период освещения красным светом пробуждения с высокой интенсивностью, и затем следует период освещения белым светом с более низкой интенсивностью. Теперь рассмотрим примерные возможности применения этого в розничной торговле и дома.
На Фиг.1 изображен вариант, реализованный в розничной торговле 2. Система содержит оборудование для хранения пищевых продуктов в виде розничной витрины, содержащей одну или более полок или стоек магазина, рыночной палатки, прилавка с пищевыми продуктами или тому подобного, предназначенных для хранения (и одновременной демонстрации) одного или более типов фруктов и/или овощей 6. Система, кроме того, содержит лампу 8, предназначенную для освещения фруктов и/или овощей в витрине 4, и контроллер 12, соединенный с лампой 8 и предназначенный для управления этим освещением, создаваемым лампой. Лампа 8 является (по меньшей мере) двухканальной, при этом один канал обеспечивает красный свет "пробуждения" с высокой интенсивностью (предпочтительно красного цвета при приблизительно 600 нм), и другой канал обеспечивает для витрины 4 "обычное" или "фоновое" освещение с более низкой интенсивностью (предпочтительно белое, но, по меньше мере, менее красное). Эти два канала могут быть реализованы при помощи красных светодиодов и, соответственно, обычных, или белых, светодиодов. Таким образом, два канала лампы обеспечивают два дискретных, по существу, разных световых выхода, предназначенных для освещения фруктов и/или овощей 6 в витрине 4 во время разных соответствующих периодов (предпочтительно также являющихся неизменными в пределах каждого периода). Контроллер 12 выполнен с возможностью управлять переключением этих каналов (а также включением и выключением лампы), чтобы обеспечить режим динамического освещения с целью сохранить свежесть фруктов и/или овощей 6 за счет манипуляций с их циркадным ритмом.
Для этого контроллер 12 содержит таймер 14, выполненный с возможностью инициировать начало воздействия светом пробуждения. В некоторых вариантах контроллер 12 может содержать фрагмент программного кода, реализованного в устройстве для хранения машиночитаемой информации (содержащем один или более носителей информации) и предназначенного для исполнения в процессоре (содержащем один или блоков обработки). В качестве альтернативы, контроллер 12 может быть частично или полностью реализован в виде специализированной логической схемы, либо программируемой логической схемы (PGA, Programmable Gate Array) или перепрограммируемой пользователем логической схемы (FPGA, Field- Programmable Gate Array).
Таким образом, контроллер 12, при использовании его таймера 14, выполнен с возможностью управлять лампой 8 для освещения фруктов и/или овощей 6 в витрине 4 с применением режима динамического освещения в виде последовательности, содержащей период темноты, первый период освещения светом, смещенным в красную область, с более высокой интенсивностью, и второй период дополнительного освещения, например, белым светом, или постоянным для розничной торговли светом, например, в вариантах, соответствующих одному из приведенных далее примеров.
Режим освещения может быть применен в виде ежедневного, 24-часового цикла. В некоторых вариантах красный свет (предпочтительно около 600 нм) пробуждения с высокой интенсивностью включают после длительного периода темноты (например, 10-12 часов), и предпочтительно применяют в течение периода от 1 до 2 часов. После света пробуждения двухканальная лампа 8 переключается на "обычное" для розничной торговли освещение на оставшуюся часть дня (в результате - до 13 часов), до тех пор, пока цикл не начнется снова со следующего периода темноты, и так далее.
В качестве альтернативы, после длительного периода темноты (например, 10-12 часов) на 1-2 часа включается красный свет пробуждения с последующими 2-6 часами белого света низкой интенсивности. В некоторых сценариях эти 1-2 часа плюс 2-6 часов могут считаться как полная продолжительность дневного времени, так как на дальнем севере или дальнем юге дневное время может составлять зимой всего лишь 2-8 часов. Однако в другие сезоны или на других широтах дневное время может составлять более 8 часов. Следовательно, если эти 1-2 часа красного света пробуждения плюс 2-6 часов специально или намеренно примененного белого света не считаются как полный 24-часовой цикл, фрукты и/или овощи 6 можно продолжать освещать окружающим светом в течение остатка дня - т.е., светом, представляющим собой искусственное освещение общего назначения, что имеет место в условиях искусственной среды (например, комнатный свет), или естественное освещение (солнечный свет, например, поступающий через окно магазина в случае розничной витрины).
Цикл может выполняться, по существу, синхронно с суточным циклом, при этом период темноты отсчитывается таким образом, чтобы он совпадал с ночью, свет пробуждения инициируется утром, и второй, "обычный" и/или окружающий свет применяется в течение оставшегося дня. В качестве альтернативы, этот цикл может выполняться без синхронизации с суточным циклом (чтобы искусственно моделировать другое время суток), например, в магазине или палатке, работающих ночью или иным образом без синхронизации с временем суток, например, в аэропорте или ночном дежурном магазине. Кроме того, в некоторых вариантах, цикл можно адаптировать к продолжительности дня в текущем сезоне или применять без синхронизации с текущим сезоном (чтобы искусственно моделировать другое время года), либо можно оставить неизменным, несмотря на сезон.
На Фиг.2 изображен другой вариант, который реализован в холодильнике 16. В этом случае оборудование для хранения пищевых продуктов представляет собой холодильник 16, и лампа 8 установлена в холодильнике 16 для освещения его внутреннего пространства, либо, по меньшей мере, одного или более отделений, полок или зон, где должны храниться один или более фруктов и/или овощей 6. Лампа 8 также представляет собой двухканальную лампу, выполненную с возможностью освещать фрукты и/или овощи 6 красным светом пробуждения с высокой интенсивностью и белым светом с более низкой интенсивностью в течение разных соответствующих периодов, также под управлением контроллера 12, содержащего таймер 14. Помимо этого, контроллер 12 содержит интерфейс пользователя, включающий средство 18 пользовательского ввода и, возможно, монитор 20. Например, интерфейс пользователя может содержать клавиатуру, сенсорный экран или порт (например, USB, Wi-Fi, ZigBee или Bluetooth) для приема введенной информации от настольного или портативного компьютера, планшета или смартфона. Интерфейс пользователя может быть интегрирован в холодильник 16 или может быть внешним по отношению к нему.
Интерфейс пользователя позволяет пользователю задать временные периоды для режима освещения лампой 8 пищевых продуктов 6, например, таким образом, как указано далее.
Как упомянуто выше, исследователи из Университета Райса (США) обнаружили, что в случае, когда капуста хранилась в условиях 12-часовых циклов "свет-темнота" (12 часов темноты, 12 часов белого света), она создавала от двух до трех раз больше фитохимических веществ, если ее съедали через четыре - восемь часов после начала периода освещения, чем в случае, когда капуста хранилась в условиях постоянного освещения или постоянной темноты. Таким образом, исходя из этого, в рассмотренном здесь альтернативном варианте красный свет пробуждения используется для смещения циркадных часов фруктов и/или овощей в зависимости от предполагаемого времени потребления. Например, домашний холодильник может быть снабжен контроллером/таймером и лампой для освещения фруктов и/или овощей светом с низкой эффективностью в течение пары часов перед предполагаемым потреблением, которому предшествует освещение светом пробуждения с высокой интенсивностью в течение 1-2 часов. Эта схема динамического освещения обеспечит максимальное количество фитохимических и питательных веществ во время потребления.
Так как фрукты и/или овощи находятся у потребителя, и момент потребления может быть известен, контроллер 12 выполнен с возможностью ввода потребителем времени, когда, как он или она хочет, фрукты и/или овощи должны находиться в оптимальном состоянии (например, время ужина), в результате чего циркадный ритм будет адаптироваться таким образом, чтобы во время потребления (или приготовления) имелась максимальная концентрация фитохимических веществ. Контроллер 12 снабжен часами 14, а также кнопками 18 программирования и сброса (или устройством другого вида для ввода информации пользователем). Кнопки программирования можно использовать для программирования контроллера 12 на запоминание времени, когда овощи должны находиться в оптимальном состоянии. Монитор 20, связанный с часами, может отображать циркадный ритм, который должен быть запрограммирован для включения и выключения светодиодов в лампе, например,: высокий уровень (1-2 часа) и более низкий уровень (2-4 часа). После этого цикла содержание фитохимических веществ в салате и его свежесть являются приблизительно оптимальными для потребления. Контроллер 12 также мог бы иметь возможность считать дни для информирования пользователя об уровне свежести как функции времени и давать совет, являются ли овощи все еще достаточно свежими, чтобы их есть.
Будет понятно, что приведенные выше варианты описаны только в качестве примера.
Для примера, хотя указанный выше ежедневный цикл рассмотрен применительно к розничной витрине, его также можно было бы использовать в холодильнике или любом другом оборудовании для хранения пищевых продуктов, предназначенном для хранения фруктов и/или овощей. И, наоборот, идею в виде последовательности, рассчитанной по времени для завершения к моменту запрограммированного потребления или приготовления, можно было бы использовать в розничной торговле, например, салат-бар ресторана, кафе или буфет, имеющие последовательность пробуждения, рассчитанную по времени на ее окончание перед моментом открытия, временем завтрака или обеда, либо временем пиковой нагрузки.
В общем случае описанную выше обработку можно использовать для хранения собранных как урожай или снятых фруктов и/или овощей. Снятые фрукты и/или овощи включают те, которые собраны раньше обычного срока, но продолжают спеть и/или расти, будучи снятыми с основного растения, либо с корней или с дерева. В качестве альтернативы или в дополнение, обработку можно использовать для хранения "предварительно собранных" фруктов и/или овощей, т.е., незадолго перед сбором урожая (например, 48 часов или около того). Например, некоторые виды зелени продаются вместе с корнями в горшках, как базилик или другие травы.
Хотя приведенное выше описано применительно к лампе, содержащей один или более светодиодов, в качестве альтернативы или в дополнение, для реализации лампы можно было бы использовать и другие типы источников света. Основные преимущества использования светодиодов являются результатом возможности управлять спектральным составом света таким образом, чтобы он максимально соответствовал фоторецепторам растений, чтобы обеспечить более оптимальную производительность, повлиять на морфологию и химический состав растений и повысить качество продуктов. Другие преимущества светодиодов связаны с улучшенным управлением генерацией тепла и свободой их распределения с целью повышения равномерности освещения, а также с более продолжительным сроком службы при сохранении полезного светового выхода в течение многих лет без замены. Это также предполагает пониженное потребление энергии и связанное с ним снижение затрат. Тем не менее, также можно было бы использовать и другие типы ламп для создания требуемых интенсивности и спектра (например, лампа накаливания белого света или флуоресцентная лампа плюс фильтр). Отметим также, что термин "лампа" не обязательно подразумевает один источник света, и в общем случае лампа, на которую здесь производится ссылка, может содержать один или более источников света одного или более типов, реализованных в одном или более блоках, или корпусах.
Если исходить из проведенных экспериментов, белый свет может иметь интенсивность в диапазоне 2-15 мкмоль/с/м2 и предпочтительно - менее 15 мкмоль/с/м2, в некоторых вариантах - 10 мкмоль/с/м2 или менее. Красный свет пробуждения имеет интенсивность предпочтительно 40 мкмоль/с/м2, но в некоторых вариантах интенсивность может находиться в диапазоне 15-50 мкмоль/с/м2 или быть выше. Кроме того, в ряде рассмотренных выше вариантов, период темноты может составлять 10-12 часов, первый период (красного света пробуждения) может составлять 1-2 часа после периода темноты, и второй период (период обычного белого света или света без смещения в красную область после красного света пробуждения) может составлять 2-13 часов после первого периода (и, в качестве необязательного варианта, может иметься период окружающего света между вторым периодом и следующим периодом темноты). Тем не менее, специалист может выбрать другие периоды и/или комбинации интенсивности и длин волн при условии соблюдения рассмотренных здесь принципов. Для примера, период темноты мог бы быть короче, например, всего лишь 8 или даже 6 часов, либо период красного света пробуждения мог бы быть длиннее, например, до 3 или даже до 4 часов.
В некоторых вариантах красный свет пробуждения исходно предпочтительно имеет спектр с пиковой длиной волны около 660 нм, но в более общем случае может иметь любой спектр со смещением в красную область, например, иметь пик в красной области (приблизительно 620-740 нм) видимого спектра, или распределение спектральной плотности, которое взвешено в сторону красного края видимого спектра. Кроме того, если упомянутый второй световой выход имеет, по существу, спектр белого света, можно использовать разные типы белого света, например, теплый, либо теплый или холодный. Белый свет можно создавать на основе "строго белый" равномерной спектральной плотности в видимой части спектра, либо, в качестве альтернативы, неравномерного спектра, который, по существу, является дневным, например, с дискретными компонентами, но, по существу, со смешением компонентов в видимом спектре. Однако предпочтительно, чтобы белый свет состоял только из света в видимом спектре или, по меньшей мере, по существу, без ультрафиолета, который может повредить ткани, и/или, по существу, без инфракрасных составляющих, которые будут создавать тепло и, таким образом, приводить к обезвоживанию.
Кроме того, разные световые выходы лампы в предпочтительном случае представляют собой дискретные каналы лампы, имеющие дискретные спектры и/или интенсивности, и в некоторых вариантах спектр и/или интенсивность являются, по существу, неизменными в течение периода, в который излучается соответствующий световой выход каждого канала. Тем не менее, в альтернативных вариантах не исключается, что красный свет пробуждения может, например, обесцвечиваться до "обычного" белого света, либо интенсивность света пробуждения может по наклонной снижаться до обычного света, либо свет пробуждения может обесцвечиваться или уменьшаться по наклонной от периода темноты, либо белый или обычный свет второго периода может затухать или уменьшаться по наклонной обратно, к следующему периоду темноты, или тому подобное. Кроме того, период темноты и соответствующие первый и второй периоды для этих двух световых выходов в предпочтительном случае все являются смежными (один начинается сразу же после окончания другого). Однако не исключается, что могут иметься короткие промежутки, или между ними могут применяться другие "буферные" типы освещения или периоды.
На основе изучения чертежей, описания и пунктов приложенной Формулы изобретения, для специалистов в данной области техники могут стать очевидными и другие изменения в рассмотренных вариантах, которые могут быть ими воплощены при реализации заявляемого изобретения на практике. В пунктах Формулы изобретения слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а указание в единственном числе не исключает множества. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, указанных в пунктах Формулы изобретения. Простой факт того, что определенные признаки указаны в независящих друг от друга зависимых пунктах, не говорит от том, что с выгодой нельзя использовать комбинацию этих признаков. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель информации или твердотельный носитель, поставляемом вместе с другими аппаратными средствами или являющемся их частью, но может также распространяться и в других формах, например, через Интернет, либо другие проводные или беспроводные системы связи. Любые ссылочные обозначения в пунктах Формулы изобретения не должны восприниматься как ограничивающие объем.
1. Осветительная система для освещения фруктов и/или овощей, содержащая:
- лампу (8) для освещения фруктов и/или овощей в оборудовании для хранения пищевых продуктов, причем лампа выполнена с возможностью обеспечивать это освещение с первым световым выходом и вторым световым выходом, причем первый световой выход имеет более высокую интенсивность и по меньшей мере спектр, смещенный в красную область относительно второго светового выхода; и
- контроллер (12), предназначенный для управления освещением посредством управления лампой, причем контроллер выполнен с возможностью применять освещение в последовательности, содержащей период темноты, за которым следует первый световой выход в течение первого периода, и затем следует второй световой выход в течение второго периода.
2. Система по п. 1, в которой первый световой выход имеет спектр с пиковой длиной волны 660 нм.
3. Система по п. 1 или 2, в которой второй световой выход является белым.
4. Система по любому предшествующему пункту, в которой первый световой выход имеет интенсивность 15-50 мкмоль/с/м2.
5. Система по любому предшествующему пункту, в которой второй световой выход имеет интенсивность 2-15 мкмоль/с/м2.
6. Система по любому предшествующему пункту, в которой первый период длится 1-2 часа.
7. Система по любому предшествующему пункту, в которой контроллер выполнен с возможностью применять упомянутую последовательность в ежедневном цикле.
8. Система по п. 7, в которой:
период темноты длится 10-12 часов;
первый период длится 1-2 часа; и
второй период длится оставшуюся часть ежедневного цикла после первого периода, либо имеет длительность 2-6 часов и за ним следует дополнительный период окружающего света из другого места.
9. Система по любому из пп. 1-6, в которой контроллер выполнен с возможностью планировать время упомянутой последовательности, чтобы аккумулировать к назначенному времени потребления, назначенному пользователем, для потребления, по меньшей мере, некоторых из фруктов и/или овощей.
10. Система по п. 9, в которой второй период длится 2-4 часа, вплоть до момента потребления, а первый период длится 1-2 часа, вплоть до начала второго периода.
11. Система по любому предшествующему пункту, в которой первый и второй световые выходы представляют собой дискретные каналы лампы с дискретным спектром и/или интенсивностью, которые используют в течение первого периода и второго периода, соответственно.
12. Система по любому предшествующему пункту, в которой первый и второй световые выходы имеют постоянные спектры и/или интенсивность в пределах соответствующего периода.
13. Система по любому предшествующему пункту, в которой период темноты, первый период и второй период являются смежными.
14. Система для хранения фруктов и/или овощей, содержащая:
- оборудование для хранения пищевых продуктов, предназначенное для хранения фруктов и/или овощей, и
- осветительную систему для освещения фруктов и/или овощей по любому из предшествующих пунктов.
15. Способ управления освещением фруктов и/или овощей с использованием системы для хранения фруктов и/или овощей по п. 14, причем способ содержит этапы, на которых применяют освещение в последовательности, содержащей период темноты, за которым следует первый световой выход в течение первого периода, и затем следует второй световой выход в течение второго периода, причем первый световой выход имеет более высокую интенсивность и по меньшей мере спектр, смещенный в красную область относительно второго светового выхода.
