西蘭花采后呼吸代謝旺盛，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解消耗快。室溫條件下貯藏易失水、

衰老黃化和腐爛變質(zhì)，嚴(yán)重影響其商品價(jià)值。因此，尋找一種安全有效的保鮮技

術(shù)提升西蘭花采后品質(zhì)顯得尤為重要。目前廣泛應(yīng)用的保鮮技術(shù)有物理、化學(xué)和

生物保鮮技術(shù)三大類。隨著人們對(duì)食品安全越來(lái)越重視，化學(xué)保鮮劑在食品安全

領(lǐng)域存在的問(wèn)題和隱患也日漸凸顯。生物保鮮技術(shù)的安全則存在較多的不確定

性。然而部分物理保鮮技術(shù)如減壓、氣調(diào)保鮮等存在著設(shè)備昂貴、成本過(guò)高的缺

點(diǎn)。近年來(lái)，光控保鮮技術(shù)作為一種綠色安全的物理保鮮方法逐漸引起人們的廣

泛關(guān)注并得到迅速發(fā)展。與傳統(tǒng)的物理保鮮方法和化學(xué)保鮮方法相比，光控保鮮

技術(shù)具有來(lái)源廣泛、操作簡(jiǎn)單、成木低廉、無(wú)毒害、無(wú)副產(chǎn)物殘留、對(duì)環(huán)境友好

等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)者對(duì)安全環(huán)保型食品的生產(chǎn)和需求，為此

在果蔬采后保鮮中有著廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)光二極管(LED)輻照保鮮是通過(guò)發(fā)射不同顏色的光，與植物實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)光

譜吻合，提高光能利用率，從而延緩果蔬生理老叱，以達(dá)到延長(zhǎng)貯藏期的效果。

目前用UV-C和LED輻照復(fù)合處理西蘭花的研究少有報(bào)道，所以旨在探究UV-C

和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花貯藏品質(zhì)的影響，為復(fù)合保鮮技術(shù)在西蘭花的應(yīng)

用研究提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花外觀品質(zhì)的影響

UV-CUV-C+LIGHT

下同。

圖1UV(和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花感官評(píng)分的影響

由圖1可知，西蘭花的感官評(píng)分在貯藏期間呈下降趨勢(shì)，其中UV-C和LED

紅光復(fù)合處理在第2?4天感官評(píng)分始終高于其他5組，說(shuō)明UV-C和LED紅光

復(fù)合處理比UV-C或LED紅光單獨(dú)處理效果更好。其中LED紅光處理組的感官

評(píng)分從第1天一直高于UV-C處理組，且2d后差異顯著(P<0.05),貯藏結(jié)束

時(shí)，UV-C和LED紅光復(fù)合處理組得分高出LED紅光處理組20%,而LED紅光

處理組得分是UV?C處理組的2.15倍。由此表明，LED紅光處理對(duì)西蘭花的感

官品質(zhì)影響較大,UV-C和LED紅光復(fù)合處理的效果更佳，能明顯延長(zhǎng)其貨架期。

2UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花黃化指數(shù)的影響

貯藏時(shí)間例

圖2UV?C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花黃化指數(shù)的影響

如圖2所示，西蘭花的黃化指數(shù)在貯藏過(guò)程中呈上升趨勢(shì)，2d后UV-C和

LED紅光復(fù)合處理組的黃化指數(shù)保持最低，說(shuō)明UV-C和LED紅光復(fù)合處理比

UV-C或LED紅光單獨(dú)處理的效果更好。但在第I天，UV-C和LED紅光復(fù)合處

理組和UV-C處理組的黃化指數(shù)都顯著高于LED紅光處理組(PV0.05),可能是

UV-C照射后引起的呼吸強(qiáng)度升高從而導(dǎo)致黃化指數(shù)上升。貯臧結(jié)束時(shí)，UV-C

和LED紅光復(fù)合處理組與UV-C處理組差異顯著(PV0.05),與LED紅光處理

組無(wú)顯著差異(P>0.05),UV-C和LED紅光復(fù)合處理組的黃化指數(shù)比UV-C處

理組低71%,比LED紅光處理組低37%o其原因可能是LED紅光與西蘭花的生

長(zhǎng)光譜較吻合，因此LED紅光處理比UV-C處理能更好地抑制西蘭花黃化。

3UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花色差的影響

圖2UV?C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花黃化指數(shù)的影響

由圖3A可見(jiàn)，Id后，CK組的L值一直保持最高，說(shuō)明其顏色最亮，UV-C

和LED紅光復(fù)合處理組和LED處理組間無(wú)顯著差異(P>0.05),且均顯著低于

CK組(P<0.05)o2d后，UV-C和LED紅光復(fù)合處理組的L值顯著低于UV-C

處理組(P<0.05)o貯藏結(jié)束時(shí)，UV?C和LED紅光復(fù)合處理組的L值比UV-C

處理組低14%,僅比LED紅光處理組低1%,說(shuō)明復(fù)合處理組的亮度最小，其

顏色變化最小。

由圖3B可見(jiàn)，在貯藏過(guò)程中，除LED紅光處理組外，其他4組的a值都呈

先降低再升高的趨勢(shì)。貯藏結(jié)束時(shí)，CK組的a值最高，UV-C和LED紅光復(fù)合

處理組和LED紅光處理組的a值最小，說(shuō)明這兩組顏色最綠，兩組無(wú)顯著差異

（P>0.05）o

由圖3c可見(jiàn)，Id后，CK組的b值一直保持最高，說(shuō)明其顏色最黃。UV-C

和LED紅光復(fù)合處理組和LED紅光處理組的b值最小，且這兩組無(wú)顯著差異（P

>0.05）o2d后，UV-C和LED紅光復(fù)合處理組與UV-C處理組b值差異顯著（P

<0.05）o在貯藏結(jié)束時(shí)，UV-C和LED紅光復(fù)合處理組的b值（18.24）tLUV-C

處理組（35.75）低49%,比LED紅光處理組（22.11）低17.5%。

綜上，復(fù)合處理組的顏色變化最小，LED紅光處理的效果好于UV-C處理的

效果，與感官評(píng)價(jià)結(jié)果一致。

4UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花質(zhì)量損失率的影響

圖4UVC和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花質(zhì)?損失率的影響

由圖4可知，在貯藏期間，西蘭花的質(zhì)量損失率逐漸增加。所有處理組中，

UV-C和LED紅光復(fù)合處理組在貯臧結(jié)束時(shí)質(zhì)量損失率最低，比CK組低36%（P

<0.05）,但與UV-C處理組和LED紅光處理組差異不顯著（PA0.05）。

UV-C+LIGHT處理組、LIGHT處理組與CK組差異不顯著（P>0.05）,因此日

光照射對(duì)西蘭花的質(zhì)量損失沒(méi)有明顯的抑制效果。

5UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花呼吸強(qiáng)度的影響

UV-CUV-C+LIGHT

UV-C+LED-M-CK

LIGHT

b

4

貯藏時(shí)間/d

圖5UV?C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花呼吸強(qiáng)度的影響

由圖5可知，西蘭花在貯藏期間的呼吸強(qiáng)度先升高再降低，在第3天出現(xiàn)呼

吸高峰，同時(shí)加快了其表面黃化的速率（圖2）。在第1天，LED紅光處理組的

呼吸強(qiáng)度比CK組低15%,到第4天，其呼吸強(qiáng)度比CK組低20%,表明LED

紅光處理對(duì)西蘭花的呼吸作用有抑制效果，降低其黃化的速率。而在貯藏結(jié)束時(shí),

UV-C照射的3個(gè)處理組呼吸強(qiáng)度均高于CK組，說(shuō)明UV-C處理可能會(huì)增通西

蘭花的呼吸作用。在貯藏的前3d,UV-C和LED紅光復(fù)合處理組低于CK組，

但差異不顯著。

6UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花葉綠素含量的影響

UV-C-UV-C+LIGHT

UVC+LED-^-CK

o35-

(?ILIGHT—LED

卻

o30-

曾?

)

o?25-

詞

依o?20-

籟

?

噤o15-

土?

O10J

O

貯藏時(shí)間/d

圖6UV（和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花葉綠素含量的影響

由圖6可知，西蘭花的葉綠素含量在貯藏期間呈下降趨勢(shì)。整個(gè)貯藏期間，

UV-C和LED紅光復(fù)合處理組和LED紅光處理組一直高于CK組，2d后，差異

顯著（P<0.05）o在貯藏結(jié)束時(shí)，UV-C和LED紅光復(fù)合處理組的葉綠素含量比

CK組高出59%,而LED紅光處理組高出CK組63%。UV-C處理組的葉綠素含

量在前3d顯著高于CK組（PV0.05）,在第1天，UV-C處理組的葉綠素含量比

CK組得出27%,但在第3天又比CK組低19%(PV0.05)。由此可得，UV-C

和LED紅光復(fù)合處理對(duì)減少葉綠素在貯藏期間的損失效果較好，主要是LED紅

光照射的作用。

7UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花VC含量的影響

—UV?CUV-C+UGHT

—UWC+LED-*-CK

06r—LIGHT—LED

貯藏時(shí)間/d

圖7UV?C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花VC含量的影響

由圖7可知，在整個(gè)貯藏期間，VC含量呈下降趨勢(shì)。除LIGHT處理組外,

其他處理組VC含量均顯著高于CK組(P<0.05)o2d后，LJV-C和LED紅光復(fù)

合處理組的葉綠素含量保持最高，與其他組呈顯著性差異(PV0.05)。整個(gè)貯藏

期間UV-C組葉綠素含量都高于LED紅光處理組，呈顯著性差異(P<0.05)o貯

藏結(jié)束時(shí),UV-C和LED紅光復(fù)合處理組的VC含量比LED紅光處理組高出48%,

比UV?C處理組高出44%。由此可得，UV?C處理較LED紅光處理能更好地抑制

西蘭花貯藏期間VC的分解。

8UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花內(nèi)二醛含量的影響

U百

n

泄

11區(qū)

圖8UV?C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花丙二醛含量的影響

由圖8可知，各組丙二醛含量在貯臧期間呈上升趨勢(shì)。2d后，所有處理組

的丙二醛含量均顯著低于CK組(P<0.05)o貯藏結(jié)束時(shí)，UV-C和LED紅光復(fù)

合處理組、UV-C處理組、LED紅光處理組丙二醛含量分別僅為CK組的56%、

75%、61%,復(fù)合處理效果顯著高于UV-C單獨(dú)處理組和LED單獨(dú)處理組(P<

0.05)o由此可得，LED處理比UV-C處理更能抑制西蘭花細(xì)胞膜的損傷，延緩

其衰老。

9UV-C和LED紅光復(fù)合處理對(duì)西蘭花抗氧化酶的影響

-UV4?uv^+UGirr

<LED-?

LIGHT

用9UV<加LEW!光|[6處。川西絲花FOD(A).CAT(B).

APX(C)活力的影，

由圖9A可知，在貯藏期間西蘭花的POD活力呈上升趨勢(shì)。UV-C和LED

紅光復(fù)合處理組POD活力高于CK組，呈顯著性差異(PV0.05),在第1天，

UV-C和LED紅光復(fù)合處理組的POD活力顯著高出CK組92%(PV0.05),第4

天時(shí)，其POD活力比CK組高出38%0此外，在貯藏前期，UV-C處理組POD

活力顯著高于CK組(P<().()5),而在貯臧末期，LED紅光處理組顯著高于CK

組(PV0.05),其原因有待進(jìn)一步研究。由此可得，UV?C和LED紅光復(fù)合處理

的效果最佳，可有效增強(qiáng)西蘭花的POD活力，延緩其衰老。

由圖9B可知，在貯藏過(guò)程中，CAT活力呈先上升后下降的趨勢(shì)，在第3天

出現(xiàn)最大值，所有處理組在整個(gè)過(guò)程中CAT活力均高于CK組。貯藏期間，UV-C

和LED紅光復(fù)合處理組和LED紅光處理組的CAT活力顯著高于CK組(P<

0.05),但復(fù)合處理組的CAT活力最高。在貯藏第1天，UV-C和LED紅光復(fù)合

處理組的CAT活力是CK組的2.28倍，LED紅光處理組的CAT活力則是CK組

的2.98倍。在貯藏前期，LED紅光處理對(duì)西藍(lán)花CAT活力影響顯著。而UV-C

處理組的活力僅在第2、3天與CK組呈顯著性差異(PV0.05),效果較LED處

理差。貯藏結(jié)束時(shí)，UV-C和LED紅光復(fù)合處理組CAT活力比LED紅光處理組

高出25%,比UV-C處理組高出48%。由此可得，LED紅光對(duì)CAT的活力刺激

較明顯，UV-C和LED紅光復(fù)合處理的效果最佳。

APX在清除活性氧中起關(guān)鍵作用，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。由圖9c可知，隨

著貯臧時(shí)間的延長(zhǎng)，APX的活力逐漸降低，各處理組均高于CK組。貯藏期間,

UV-C和LED紅光復(fù)合處理組APX活力顯著高于CK組(PV0.05),第4天時(shí),

UV-C和LED紅光復(fù)合處理組的APX活力高出CK組8%°LED紅光處理組APX

活力僅在第2、3天與CK組差異顯著(PV0.05),但UV-C和LED紅光復(fù)合處

理組和LED紅光處理組僅在第3天存在顯著性差異(P<0.05)o2d后，UV-C

和LED紅光復(fù)合處理組的APX活力高于UV-C處理組,呈顯著性差異(PV0.05)。

在貯藏結(jié)束時(shí)，UV-C和LED紅光復(fù)合處理組的APX活力比LED紅光處理組高

出3%,比UV-C處理組高出6%。由此可得，LED紅光對(duì)CAT的活力影響較明

顯，UV-C和LED紅光復(fù)合處理的效果最佳。

討論

復(fù)合處理能更好地維持果蔬品質(zhì)。本研究中，用UV-C和LED紅光復(fù)合對(duì)

西蘭花進(jìn)行照射處理，發(fā)現(xiàn)其可有效維持其感官品質(zhì)，延遲黃化，抑制丙二醛含

量的上升，延緩葉綠素和VC含量的下降，提高POD、CAT和APX活性，能很

好地保持西蘭花的采后品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，延長(zhǎng)其貨架期。而單一的UV-C處理和

LED紅光處理雖然也能改善西蘭花的采后貯藏品質(zhì)，但效果遠(yuǎn)不及UV-C和LED

紅光復(fù)合處理。因此，UV-C和LED紅光復(fù)合處理的保鮮效果優(yōu)于單獨(dú)處理的效

果，為后期對(duì)不同保鮮方法結(jié)合的研究提供了一定的理論參考。

附參考資料;UV-CLED技術(shù)及其在消毒領(lǐng)域的應(yīng)用

UV-CLED的引入及現(xiàn)狀

過(guò)去兒年來(lái)，UV-CLED日益受到關(guān)注，因?yàn)樗鼈兛梢宰鳛榫o湊型UV-C輻

射源，用于消毒應(yīng)用。尤其是消費(fèi)市場(chǎng)上對(duì)輻射通量要求較低的移動(dòng)應(yīng)用，可以

用這些基于全新鋁錢氮(AlGaN)材料系統(tǒng)的LED來(lái)解決。相比基于廣為人知的成

熟系統(tǒng)鋼鐵氮(InGaN)的藍(lán)光和白光LED,UV-CLED仍處于技術(shù)引入階段。

圖1：UV-CLED和UV-C燈具在產(chǎn)品生命周期曲線上所處的位置。

另一方面，市面上有傳統(tǒng)的低壓汞放電燈，這是一項(xiàng)有著數(shù)十年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的

成熟技術(shù)。從參數(shù)上看，由于LED參數(shù)相比傳統(tǒng)燈還存在很大差異，因此，以

LED直接替代UV-C燈具在目前看來(lái)仍是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。然而，從其他應(yīng)用引入

可見(jiàn)光LED的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看(例如汽車照明、通用照明和植物照明)，其發(fā)展速

度相當(dāng)快，因此，從原有技術(shù)過(guò)渡到新技術(shù)的速度可能比預(yù)期更快。

圖2很好地概括了艾邁斯歐司朗當(dāng)前UV-CLED產(chǎn)品組合的功率等級(jí)、驅(qū)動(dòng)

電流和效率。由此可以得出關(guān)于替代傳統(tǒng)燈具的列步結(jié)論。

OSLON?UV-Cportfoliooverview

OSRAMUV-CportfottotodHAnHctkmapplicMons

圖2：艾邁斯歐司朗UV-CLED產(chǎn)品組合概覽。

目前，UV-CLED的輻射通量與傳統(tǒng)UV-C燈具相比低了4-100mW,但在所

有其他LED應(yīng)用中，傳統(tǒng)UV-C燈具并非一對(duì)一地被替代，而是被多個(gè)以不同

數(shù)量和形狀排列的LED所替代。與傳統(tǒng)燈具相比，另一個(gè)較大差異就是電光轉(zhuǎn)

化效率(WPE)。想要輕易彌補(bǔ)與UV-C燈具在高效率上的巨大差異，目前看來(lái)尚

無(wú)法做到。在通用照明應(yīng)用中，使用低電流密度的LED來(lái)提高照明效果是一種

常見(jiàn)的做法。遺憾的是，效率上的巨大差距無(wú)法通過(guò)這種方式來(lái)彌補(bǔ)。

在很多應(yīng)用中，使用壽命被視為L(zhǎng)ED光源的一大優(yōu)勢(shì)。在這方面，LED的

性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他傳統(tǒng)光源，并且支持采用完全不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)楣庠丛诋a(chǎn)品

的使用壽命內(nèi)無(wú)需更換。對(duì)于UV-CLED而言，由于新材料系統(tǒng)在解決錮錢氮已

知的老化問(wèn)題方面出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)，因此其發(fā)展仍處于起步階段。

最后，在性價(jià)比方面，LED與傳統(tǒng)燈相差甚遠(yuǎn)。我們所定義的性價(jià)比是指

UV-C波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射通量成本，以歐元/瓦或美元/瓦為單位。目前，11丫(燈

具和LED的成本之間大約有100倍的差距。

這種情況看起來(lái)相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性，但與傳統(tǒng)燈具相比，LED也有其優(yōu)勢(shì)所

在。傳統(tǒng)燈具的光譜主要由波長(zhǎng)254納米的汞特征發(fā)射譜線決定，波長(zhǎng)無(wú)法改變

或調(diào)整。LED的發(fā)射波長(zhǎng)則可調(diào)節(jié)和優(yōu)化，從而達(dá)到最高效率。一些研究和標(biāo)

準(zhǔn)顯示，265納米波長(zhǎng)的殺菌效果最為理想，這也是UV-CLED的優(yōu)化目標(biāo)，在

此波長(zhǎng)下，UV-CLED的殺菌效果比傳統(tǒng)燈高15%左右，而達(dá)到相同殺菌效果所

需的系統(tǒng)輻射通量可降低15%o

這項(xiàng)新技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)是，開(kāi)關(guān)不會(huì)影響到LED的壽命。傳統(tǒng)燈的開(kāi)關(guān)

次數(shù)有限，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)會(huì)對(duì)使用壽命產(chǎn)生不利影響。

從應(yīng)用角度來(lái)看，LED最大的優(yōu)勢(shì)在于外形小巧，且具有類似于點(diǎn)光源的

特點(diǎn)。高輻射可實(shí)現(xiàn)狹窄光束的輻射特性，從而使緊湊高效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為可能。

在這種情況下，UV?C燈具的光學(xué)效率可遠(yuǎn)高于那些輻射度較低且發(fā)射面積較大

的燈具系統(tǒng)。

根據(jù)目前的UV-CLED參數(shù)，LED似乎很難在短期內(nèi)普代UV-C燈具。

UV-CLED的發(fā)展和應(yīng)用效率

為了對(duì)UV-CLED替代現(xiàn)有UV-C燈具傳統(tǒng)光源時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)、合理的評(píng)

估，我們進(jìn)行了總體摭有成本評(píng)估。在此評(píng)估中，我們僅關(guān)注UV-C光源。燈具

外殼、尺寸、設(shè)計(jì)等其他成本因素暫不作考慮。

該評(píng)估中，總體捱有成本是指最初購(gòu)買UV-C光源的成本、使用壽命結(jié)束時(shí)

更換光源的成本，以及燈具使用過(guò)程中由UV-C光源產(chǎn)生的能源成本。總體擁有

成本的計(jì)算基于圖3所示的LED和燈具系統(tǒng)的四個(gè)主要輸入?yún)?shù)，包括性價(jià)比、

效率、使用壽命和應(yīng)用效率。

20222030

圖3：總體擁有成本計(jì)算的4個(gè)輸入?yún)?shù)。

圖4：2030年前UV-C光源的性價(jià)比路線圖。

對(duì)于每個(gè)輸入?yún)?shù)，我們都考慮了它們目前的狀況，以及來(lái)年至2030年的

發(fā)展情況。這些對(duì)未來(lái)情況的預(yù)測(cè)均基于內(nèi)部估計(jì)和假設(shè)，以及市場(chǎng)研究中得出

的見(jiàn)解.，可能會(huì)發(fā)生變化，無(wú)法給予保證。

性價(jià)比發(fā)展趨勢(shì)

圖4中的性價(jià)比發(fā)展趨勢(shì)可能是最受關(guān)注的一點(diǎn)，因?yàn)閺哪壳暗慕嵌葋?lái)看，

UV-CLED和UV-C燈具之間的差距較大。

該圖顯示了LED和傳統(tǒng)燈具之間性價(jià)比系數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。該系數(shù)表明了

UV-CLED光源比UV-C燈具貴多少倍，單位為歐元/瓦.由于不同LED和傳統(tǒng)

燈具類型以及功率等級(jí)之間的價(jià)格差異很大，因此為該路線圖假設(shè)了一個(gè)平均

值。目前，該系數(shù)約為100。一些有說(shuō)服力的跡象表明，UV-CLED的性價(jià)比將

在未來(lái)一年顯著提高，并且將越來(lái)越接近傳統(tǒng)燈具的成本。最有意思的一點(diǎn)是：

是否必須達(dá)到傳統(tǒng)低壓汞燈相同的性價(jià)比水平，UV-CLED才能在消毒應(yīng)用中具

有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并替代傳統(tǒng)燈？答案顯然是否定的。

對(duì)比其他LED成功替代傳統(tǒng)光源的應(yīng)用，可以清楚看到，未必非要達(dá)到傳

統(tǒng)燈的性價(jià)比，才能實(shí)現(xiàn)替代并在應(yīng)用中獲得成功。圖5的兩個(gè)示例顯示了街道

照明和植物照明應(yīng)用中LED的性價(jià)比發(fā)展趨勢(shì)。

圖5：LED在街道照明和園藝應(yīng)用中的性價(jià)比發(fā)展趨勢(shì)。

在街道照明應(yīng)用中，白色大功率LED的價(jià)格在過(guò)去幾年中已大幅下降，即

便在目前，LED光源的價(jià)格（單位為歐元/流明）還是高于傳統(tǒng)光源，但LED己被

視為新裝街道照明的先進(jìn)光源。

植物照明應(yīng)用中的LED也是如此。與街道照明應(yīng)用中的白光LED相比，植

物照明應(yīng)用中紅光LED的性價(jià)比差異更加明顯。然而，目前大多數(shù)新設(shè)計(jì)都是

圍繞LED光源進(jìn)行的，園藝LED市場(chǎng)也在不斷增長(zhǎng)。

這清楚表明，盡管性價(jià)比是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要因素，但并非一定要達(dá)到

傳統(tǒng)燈的性價(jià)比才能在應(yīng)用中取得成功，因?yàn)榕袛嘁罁?jù)并非僅憑性價(jià)比這一個(gè)因

素，還要結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)，并且在計(jì)算總體擁有成本時(shí)要將LED設(shè)計(jì)的所有其他

參數(shù)納入考量。

效率

接下來(lái)要討論的參數(shù)是圖6中的光源效率。圖中可以看出，UV?C燈具的效

率遠(yuǎn)高于UV-CLED。由于本次評(píng)估假設(shè)LED的峰值波長(zhǎng)為265納米，因此效率

己做調(diào)整，并按提高15%調(diào)整到265納米時(shí)的殺菌效果。

UV-CLEDtargetat265nm

ConventionalIT/-Cmercurylamp?265nmweighted

圖6：2030年前UV-C光源的效率路線圖。

假設(shè)傳統(tǒng)UV-C燈的效率發(fā)展趨勢(shì)十分平緩，因?yàn)樵摷夹g(shù)己非常成熟，預(yù)計(jì)

未來(lái)幾年有所改進(jìn)的兀能性不大。由于UV-CLED仍處于技術(shù)的引入和早期階段,

預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將有重大改進(jìn)。有待改進(jìn)的幾個(gè)方面包括外延層、芯片設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)

以及封裝設(shè)計(jì)和材料等。

壽命

LED的改進(jìn)還需考慮使用壽命的延長(zhǎng)，如圖7所示。在合理的運(yùn)行條仁下,

LED的使用壽命已經(jīng)達(dá)到目前普通UV-C燈的使用壽命范圍，并且有望在未來(lái)幾

年有所提高，這將顯著影響總體擁有成本計(jì)算中UV-C光源的成本，因?yàn)楦鼡Q

LED光源非常昂貴。而傳統(tǒng)UV-C燈的使用壽命預(yù)計(jì)不會(huì)有所改進(jìn)。

40000

worn

Q2Q22MM2SXMM2Q2S200*

圖7：未來(lái)幾年UV-C光源的使用壽命發(fā)展路線圖。

LED系統(tǒng)還有另一個(gè)特點(diǎn)，可與UV傳感器結(jié)合使用，確保閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)

中的恒定輸出。由于LED是電子裝置，其電流源可以通過(guò)微控制器實(shí)現(xiàn)輕松控

制。如果輻射通量下降，系統(tǒng)中的UV傳感器可以測(cè)量到偏差，微控制器則可相

應(yīng)調(diào)整LED驅(qū)動(dòng)器的電流，使應(yīng)用中的目標(biāo)輻照水平始終保持在所需水平c

效率

計(jì)算總擁有成本的最后一個(gè)輸入?yún)?shù)是UV-C燈具在不同應(yīng)用中的應(yīng)用效率

或系統(tǒng)效率。圖8中所示的四個(gè)應(yīng)用可作為示例，用于展示和判斷應(yīng)用效率對(duì)總

擁有成本計(jì)算的影響。這些數(shù)值均來(lái)自產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)和內(nèi)部模擬。

100%■UV-CLampa^pkcalion?flMncy

■UV-CLEDappbcaoon?Mciency

90%■UV-CSourceCost

■EnergyCost

圖8：傳統(tǒng)燈具和LED系統(tǒng)用于UV-C消毒的應(yīng)用效率。

圖9.傳統(tǒng)燈具和LED系統(tǒng)的總體擁有成本比較示例

在UV-C上層空氣處理應(yīng)用中，系統(tǒng)在天花板下產(chǎn)生一道非常窄的UV-C輻

射光束。由于要求輻射范圍小于10。，而且燈具的尺寸有限，因此可認(rèn)為該系

統(tǒng)集光率有限，并且很難通過(guò)光學(xué)器件將UV-C燈的輻射導(dǎo)入窄光束。在燈具尺

寸一定的情況下，只能通過(guò)犧牲大量輻射，以作為系統(tǒng)中的光學(xué)損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)

任務(wù)。LED的高輻射點(diǎn)光源特性可以高效準(zhǔn)直，因此非常適合此類應(yīng)用。應(yīng)用

效率的巨大差異將對(duì)總體擁有成本的計(jì)算產(chǎn)生極大影響。

在UV?C空氣處理應(yīng)用中，空氣在通風(fēng)作用下通過(guò)燈箱時(shí)，由UV?C輻射進(jìn)

行處理。使用傳統(tǒng)燈具時(shí)，根據(jù)燈箱的長(zhǎng)度，光子從光源傳播到燈箱壁的自由距

離會(huì)非常短。因此，燈箱壁的反射率對(duì)系統(tǒng)效率有很大影響。模擬結(jié)果表明，與

傳統(tǒng)燈具系統(tǒng)相比，在光學(xué)輻射通量相同的情況下，具有準(zhǔn)直窄光束的LED系

統(tǒng)在系統(tǒng)內(nèi)的平均輻照度可能要高出2-3倍。

在表面處理應(yīng)用中，則使用簡(jiǎn)單的UV-C棒式燈具。目標(biāo)是將輻射均勻地覆

蓋表面。這就要求燈具基本上要具有半球形的輻射特性。如果使用傳統(tǒng)燈，則必

須使用反射系統(tǒng)將全向輻射轉(zhuǎn)化為半球形輻射、

這些系統(tǒng)會(huì)造成光學(xué)損耗，降低燈具的應(yīng)用效率。UV-CLED的優(yōu)勢(shì)在于其

同有的半球形輻射特性，這有助于降低系統(tǒng)中的光學(xué)損耗，提高應(yīng)用效率。

本次評(píng)估的最后一個(gè)應(yīng)用是UV-C城市飲用水處理。在此應(yīng)用中，LED和傳

統(tǒng)燈具系統(tǒng)的應(yīng)用效率非常接近。傳統(tǒng)燈的全向輻射特性和大輻射面積在系統(tǒng)設(shè)

計(jì)中沒(méi)有明顯的不利影響，因?yàn)樗ǔＴ诠庠粗車鲃?dòng)，沒(méi)有任何額外的光學(xué)系

統(tǒng)。大型LED反應(yīng)裝置仍然很少見(jiàn)。內(nèi)部模擬和評(píng)估表明，由于LED系統(tǒng)的小

尺寸、輻射特性和布置靈活性，其在應(yīng)用效率方面只有很小優(yōu)勢(shì)。未來(lái)隨著新

LED反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)的出?現(xiàn)，這一點(diǎn)可能會(huì)有所改變。

基于這些UV-C光源的輸入數(shù)據(jù)、隨時(shí)間推移而發(fā)生的進(jìn)展，以及對(duì)每個(gè)應(yīng)

用的系統(tǒng)和操作參數(shù)所做的假設(shè)，總體擁有成本將評(píng)估未來(lái)幾年到2030年的情

況，其中僅關(guān)注UV-C光源。圖9給出了一個(gè)示例。

總體成本包括UV-C光源的成本部分，該部分考慮最初購(gòu)買光源的費(fèi)用，以

及光源達(dá)到壽命期限時(shí)的更換費(fèi)用(按5年使用壽命計(jì)算)。第二個(gè)部分是考慮系

統(tǒng)中UV-C光源在使用壽命期間所用能源的累積成本。這兩部分共同組成了傳統(tǒng)

燈具系統(tǒng)和LED系統(tǒng)中UV-C光源的總體擁有成本。

總體擁有成本(TCO)評(píng)估

UV-C上層空氣處理應(yīng)用總體擁有成本評(píng)估結(jié)果

如前所述，傳統(tǒng)燈具和LED系統(tǒng)在光學(xué)效率上的巨大差異對(duì)總體擁有成本

計(jì)算中的成本構(gòu)成有極大影響，如圖10所示。

圖1()：未來(lái)幾年UV-C上層空氣處理應(yīng)用的總體擁有成本評(píng)估。

相較于占比較大的能源成本，傳統(tǒng)燈具系統(tǒng)的UV-C光源成本極低。這是由

于系統(tǒng)的低光學(xué)效率所導(dǎo)致。在LED系統(tǒng)中，能源成本占比較小，而UV-C光

源成本占比較大。從這里可以看出，對(duì)于集光率有限的系統(tǒng)而言，高輻射或點(diǎn)光

源特性優(yōu)勢(shì)明顯，但同時(shí)LED產(chǎn)生的UV-C輻射的價(jià)格居高不下。評(píng)估結(jié)果表

明，用LED替代傳統(tǒng)UV-C燈在目前已成為可能，而且，LED系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)

燈具解決方案的節(jié)省優(yōu)勢(shì)在未來(lái)幾年將增加。

UV-C空氣處理應(yīng)用的總體擁有成本評(píng)估結(jié)果

在UV-C空氣處理應(yīng)用中，不同uv-c技術(shù)間的應(yīng)用效率差異正在逐步縮小。

因此，傳統(tǒng)燈具和LED燈具的能源成本非常接近。

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圖11：未來(lái)幾年UV-C空氣處理應(yīng)用的總擁有成本評(píng)估。

圖11顯示，未來(lái)幾年，總體擁有成本的巨大差異是由UV-C光源成本造成

的。圖中可以看出，LED的價(jià)格較高，導(dǎo)致總體擁有成本較高。但根據(jù)路線圖,

到2025年，LED效率的提高和光源成本的降低使LED系統(tǒng)略呈優(yōu)勢(shì)，表明其

替代傳統(tǒng)燈具的可能性。

UV-C棒式燈具表面處理應(yīng)用總體擁有成本評(píng)估結(jié)果

隨