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智能包裝在動物源性食品質(zhì)量與安全監(jiān)控中的應(yīng)用研究進展

李洪軍1,2,王俊鵬1,賀稚非1,2,李少博1 (1.西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院;2.重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心)

  來源:中國肉類機械網(wǎng)     發(fā)布日期:2019-11-14
 
核心提示:為提高動物源性食品的質(zhì)量與安全、推動智能包裝在食品加工產(chǎn)業(yè)中的商業(yè)化發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。方法:在查閱大量國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)總結(jié)了各類智能包裝的功能特性、工作原理、優(yōu)缺點以及在動物源性食品質(zhì)量與安全監(jiān)控中的最新研究成果。
  摘要  目的:為提高動物源性食品的質(zhì)量與安全、推動智能包裝在食品加工產(chǎn)業(yè)中的商業(yè)化發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。方法:在查閱大量國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)總結(jié)了各類智能包裝的功能特性、工作原理、優(yōu)缺點以及在動物源性食品質(zhì)量與安全監(jiān)控中的最新研究成果。結(jié)果:動物源性食品作為多元營養(yǎng)因子的載體,在貯藏和銷售過程中容易發(fā)生腐敗變質(zhì),威脅消費者的健康安全。利用智能包裝可以實時監(jiān)測食品在供應(yīng)鏈中不同階段的質(zhì)量,顯示食品真實的貨架期,保障食品的安全性和可追溯性。結(jié)論:隨著智能包裝技術(shù)的逐漸成熟,未來智能包裝在提高動物源性食品的質(zhì)量與安全,量化產(chǎn)品質(zhì)量,減少食物浪費等方面有著良好的發(fā)展前景。
  關(guān)鍵詞:智能包裝;動物源性食品;質(zhì)量與安全;監(jiān)控;應(yīng)用
  動物源性食品可以為人體提供必需的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)物質(zhì),在世界各國的飲食結(jié)構(gòu)中占有重要地位。動物源性食品營養(yǎng)豐富、水分含量高,在貯藏和銷售過程中極易因腐敗變質(zhì)造成浪費。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(Food and Agriculture Organization of the united nations,F(xiàn)AO)調(diào)查報告顯示,全球每年肉類產(chǎn)量約為2.63億t,其中浪費或損失量超過20%。包裝是保障食品安全,維持食品品質(zhì)以及減少食物浪費的重要環(huán)節(jié)。近年來,可食性膜和活性包裝在動物源性食品的保鮮與延長貨架期方面取得了不錯的成果。但這些新型包裝和傳統(tǒng)包裝對食品新鮮度的判斷仍停留在外觀觀察以及核對有效期,由于這些包裝無法實時監(jiān)測并提供食品的質(zhì)量信息,即使嚴格遵守食用標準,消費者依然有可能面臨變質(zhì)食品的風(fēng)險。此外,因為無法準確判斷食品的質(zhì)量狀況,消費者往往會因為顏色或質(zhì)地上微小的變化而丟棄品質(zhì)良好的食物,加劇了食物浪費。
  量化食品質(zhì)量一直是食品工業(yè)的一個重要目標,而智能包裝最大的優(yōu)點在于實時監(jiān)測食品質(zhì)量,保證食品安全,顯示產(chǎn)品真實的貨架期,減少食物浪費。動物源性食品普遍具有高營養(yǎng)、高水分的特點,從生產(chǎn)到銷售的各個環(huán)節(jié)都有可能發(fā)生腐敗變質(zhì),特別是在消費者追求最低限度加工、新鮮和即食食品的時代,利用智能包裝實時檢測并報告動物源性食品的質(zhì)量狀況具有十分重要的意義。目前智能包裝在果蔬、奶制品、水產(chǎn)品、肉類等食品中均有應(yīng)用。LYU等開發(fā)了一種基于溴百里酚藍/四丁基銨離子對染料的多層智能包裝薄膜,可通過顏色變化反應(yīng)泡菜中的CO2濃度的改變,從而監(jiān)測產(chǎn)品質(zhì)量。TIRTASHI等研究了一種基于花青素、纖維素和殼聚糖的pH響應(yīng)指示器,在包裝牛奶變質(zhì)過程中該pH指示劑會由藍色變?yōu)樽仙?。ZHAI等研究了一種基于結(jié)冷膠和銀納米粒子的H2S比色傳感器,能夠通過肉眼可見的顏色變化有效監(jiān)測包裝雞胸肉和鰱魚肉的腐敗變質(zhì)。目前,國內(nèi)外關(guān)于智能包裝的應(yīng)用研究較多,但缺乏對智能包裝在動物源性食品中應(yīng)用的系統(tǒng)分析和總結(jié)?;诖耍疚木C述了國內(nèi)外關(guān)于智能包裝在動物源性食品中應(yīng)用的最新進展,并對其發(fā)展趨勢進行了預(yù)測,以期為智能包裝在動物源性食品質(zhì)量與安全監(jiān)控方面的研究提供參考。
  1  智能包裝概述
  1.1  智能包裝的定義
  歐洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)對智能包裝的定義為“監(jiān)控包裝食品狀況或外部環(huán)境變化的材料或物品”。也有學(xué)者將智能包裝定義為一種具備智能功能(如檢測、感知、記錄和通信)的包裝系統(tǒng),在傳統(tǒng)包裝的基礎(chǔ)上結(jié)合物理、化學(xué)、生物以及互聯(lián)網(wǎng)等最新科學(xué)技術(shù),使包裝更加智能化,從而延長食品貨架期,提高質(zhì)量安全,提供產(chǎn)品信息,協(xié)助消費者對產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問題做出有效判斷。智能包裝與內(nèi)部食物成分、代謝產(chǎn)物或外部環(huán)境條件相互作用,通過顏色變化或電信號實時的反饋產(chǎn)品信息(如包裝完整性、質(zhì)量狀態(tài)和儲存條件)。智能包裝與活性包裝作為食品包裝領(lǐng)域的前瞻性技術(shù)常被放在一起研究,但這兩種包裝技術(shù)的側(cè)重點并不相同。活性包裝通常采用具有活性功能的包裝材料或物質(zhì)主動延長保質(zhì)期或改善食品品質(zhì)。智能包裝則更加強調(diào)監(jiān)測記錄包裝產(chǎn)品內(nèi)外環(huán)境變化,并將食品的質(zhì)量安全狀況直觀的反應(yīng)給消費者或生產(chǎn)商。
  1.2  智能包裝的發(fā)展現(xiàn)狀
  智能包裝產(chǎn)業(yè)是一個新型市場,美國弗里多尼亞集團(FREEDONIA GROUP)在關(guān)于活性和智能包裝的報告中預(yù)測,美國對活性和智能包裝的需求將以每年7.3%的速度持續(xù)增長,預(yù)計在2019年達到40億美元。目前,智能包裝更多的應(yīng)用在附加值高且易腐敗的食品中,但與活性包裝相比商業(yè)化速度較慢,主要原因可以歸結(jié)為新包裝材料的安全性與較高的使用成本。隨著人們對健康飲食的追求,更少的使用添加劑,更低的加工程度已成為食品行業(yè)的發(fā)展趨勢,這對食品質(zhì)量與安全提出了更大的挑戰(zhàn),如何及時準確的檢測食品的新鮮度與安全性已經(jīng)成為了一個熱點研究方向,極大的推動了智能包裝產(chǎn)業(yè)在動物源性食品領(lǐng)域的發(fā)展進程。
  2  智能包裝的分類
  食品在生產(chǎn)加工過程中的質(zhì)量可以通過化學(xué)分析或儀器分析來進行檢測,而食品經(jīng)過包裝進入銷售環(huán)節(jié)后其品質(zhì)仍在不斷的變化,智能包裝能夠便捷的協(xié)助消費者判斷不易察覺的品質(zhì)變化。目前應(yīng)用于食品領(lǐng)域的智能包裝主要分為三大類,可分為射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)標簽、指示器型和傳感器型。
  2.1  射頻識別(RFID標簽)
  RFID標簽是一種可遠程操作的、非接觸式高級數(shù)據(jù)載體,利用電磁場同時存儲和傳遞多個產(chǎn)品的實時信息,RFID系統(tǒng)主要由三部分組成:具有微芯片的標簽;可發(fā)射無線電信號并接受標簽數(shù)據(jù)的讀取器;信息通過實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器傳遞到主機上進行分析與決策。ALFIAN等開發(fā)了一種集成RFID標簽、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的食品可追溯系統(tǒng),能夠保證產(chǎn)品的可追溯性,并實時提供食品完整的溫度和濕度歷史記錄。EOM等提出了一種基于RFID標簽的肉類新鮮度和使用日期監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)同時集成了溫度傳感器、濕度傳感器和氣體傳感器,可以對豬肉等肉類產(chǎn)品的新鮮度進行高、中、低和變質(zhì)四個等級的評價。
  2.2  指示器型智能包裝
  指示器型智能包裝利用視覺上顏色的變化直觀反映包裝食品中特定物質(zhì)濃度或環(huán)境的改變,可分為氣體指示器型、新鮮度指示器型和時間-溫度指示器型。
  2.2.1  氣體指示器型
  氣體指示型智能包裝是基于氧化還原反應(yīng)或酸堿反應(yīng)的顏色變化來監(jiān)測包裝內(nèi)部特定氣體的濃度,如氧氣和二氧化碳。包裝內(nèi)部氣體環(huán)境與食品的貨架期密切相關(guān),氣體環(huán)境的改變通常是由于包裝泄漏、微生物代謝或食品自身發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的。WON等研究了一種以漆酶、愈創(chuàng)木酚和半胱氨酸為主要材料的改進型氧指示劑,使用時可手動破壞組分間的屏障,不同組分接觸后即可發(fā)揮有效功能,實驗表明,指示劑響應(yīng)時間和顏色變化速率與氧氣濃度成正比。胡云峰等研究了一種以甲基紅和溴百里酚藍為指示劑的CO2敏感型指示標簽,將指示劑、甘油和甲基纖維素混合得到氣敏性凝膠,再結(jié)合到棉質(zhì)纖維紙上制得,對不同濃度的CO2有顯著顏色變化,可用于果蔬及肉制品。
  2.2.2  新鮮度指示器型
  新鮮度指示型智能包裝通過監(jiān)測新鮮食品中微生物的代謝產(chǎn)物來反映食品的質(zhì)量狀況,常作為檢測對象的微生物代謝產(chǎn)物有乙醇、葡萄糖、二氧化碳、有機酸、生物胺、揮發(fā)性含氮化合物等。為了能與這些物質(zhì)有效接觸,新鮮度指示劑一般放在包裝內(nèi)部。CHOI等以瓊脂和馬鈴薯粉作為固定花青素的基質(zhì)制成了一種智能pH 指示膜,新鮮豬肉腐敗在變質(zhì)過程中染料會從紅色變成綠色。ZHAI等研究了一種以淀粉、聚乙烯醇和玫瑰茄花青素為主要材料的比色薄膜,用于監(jiān)測鰱魚在冷藏溫度下的新鮮度,實驗表明,基于揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)與魚肉新鮮度的相關(guān)性,比色膜會隨時間推移出現(xiàn)顏色變化。
  2.2.3  時間-溫度指示器型
  時間-溫度指示型(Time–Temperature Indicators,TTI)智能包裝可以持續(xù)監(jiān)測冷藏或冷凍產(chǎn)品的溫度,其原理是基于時間和溫度對食品產(chǎn)生的化學(xué)、機械、酶促或生物影響。肉及肉制品在冷凍或冷藏期間發(fā)生頻繁的溫度波動或反復(fù)凍融會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和脂質(zhì)氧化,導(dǎo)致肉的品質(zhì)急劇下降。TTI智能包裝主要有三種功能:一是確定產(chǎn)品所處溫度是否在規(guī)定范圍內(nèi);二是顯示產(chǎn)品是否受溫度影響而產(chǎn)生了質(zhì)量變化;三是記錄食品在供應(yīng)鏈中溫度數(shù)據(jù)。WAN 等開發(fā)了一種基于電化學(xué)偽晶體管的新型TTI,不僅可以通過化學(xué)變色前沿的遷移長度表示時間溫度歷史,還可以與RFID標簽聯(lián)用,為易腐食品提供雙重保護。王琳等研究了一種基于糖化酶催化麥芽糊精水解反應(yīng)的固定化糖化酶型TTI,該TTI的活化能與酸奶的要求匹配,可以監(jiān)測冷鏈中酸奶的質(zhì)量變化,檢測誤差在15%以內(nèi)。
  2.3  傳感器型智能包裝
  傳感器型智能包裝能夠快速無損的檢測包裝食品中的化合物或氣體,是分析儀器的最佳替代品,如氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)等。傳感器型智能包裝可分為比色傳感器型、氣體傳感器型和生物傳感器型。
  2.3.1 比色傳感器型
  比色傳感器的原理是基于揮發(fā)性成分和化學(xué)染料之間的配體結(jié)合反應(yīng),通過顏色變化對特定的化學(xué)成分進行定性或定量分析,且成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠,越來越多的天然色素被應(yīng)用于比色傳感器的開發(fā)。MA等將姜黃素整合到塔拉膠或聚乙烯醇薄膜中制備一種比色傳感器,通過感應(yīng)NH3的存在反應(yīng)室溫條件下蝦的腐敗程度,1-3分鐘內(nèi)即可看到顏色響應(yīng)。HUANG等研究了一種基于四種天然色素(分別提取于菠菜、黑米、茉莉和蘿卜)的比色傳感器陣列,通過檢測豬肉在腐敗過程中產(chǎn)生的生物胺來反映其新鮮度,實驗表明,傳感器顏色的變化與總活菌數(shù)和生物胺含量具有良好的相關(guān)性。
  2.3.2  氣體傳感器型
  氣體傳感器型是智能包裝中最具實際應(yīng)用前景的類型,這種智能包裝能夠以相對較低成本可靠的檢測某些氣體,而食品的腐敗情況可通過特定氣體(如CO2和H2S)的濃度來確定。KOSKELA等以醋酸銅印刷紙為原料,利用商用柔性印制電路板工藝,在塑料基板上制成了一種用于監(jiān)測氣調(diào)包裝中雞肉腐敗產(chǎn)生的H2S的氣體傳感器,實驗證明,醋酸銅薄膜對H2S有良好的敏感性。大多數(shù)氣體傳感器屬于化學(xué)傳感器范疇,也有部分屬于光學(xué)傳感器,如熒光氧氣傳感器,其原理是特定的染料分子(熒光或磷光)吸收光能后轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)并發(fā)出相應(yīng)波長的輻射,這種激發(fā)態(tài)發(fā)光染料在與氧分子碰撞時會發(fā)生猝滅,發(fā)光強度隨時間降低,猝滅程度與系統(tǒng)內(nèi)的氧濃度成正比。
  2.3.3  生物傳感器型
  生物傳感器用于檢測,記錄和傳輸與生物反應(yīng)有關(guān)的信息,包括生物受體(酶、抗原、激素或核酸等)、信號轉(zhuǎn)換器以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng),其中酶是最常用的生物識別元件,這類生物傳感器對底物有高度的特異性和選擇性。Toxin Guard TM是由TOXIN ALERT(Canada)開發(fā)的一種基于抗體—抗原反應(yīng)的視覺生物傳感器,抗體被固定在聚乙烯薄膜上,通過與靶病原體反應(yīng)引起其形狀或顏色的變化顯示致病菌(如沙門氏菌、彎曲桿菌、大腸桿菌和李斯特菌)的存在。表1給出了不同類型智能包裝的優(yōu)缺點。

表1  不同類型智能包裝的優(yōu)缺點
類型 優(yōu)點 缺點
RFID標簽 非接觸式實時處理信息,信息容量大;自動快速識別和追溯產(chǎn)品,可重復(fù)利用 成本較高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要強大的電子信息網(wǎng)絡(luò)支持
氣體指示器型 成本低,結(jié)構(gòu)簡單,結(jié)果肉眼可見;檢測限低,可替代分析儀器 需置于包裝內(nèi)部,與食品接觸;若產(chǎn)品水分含量高,容易失色,出現(xiàn)假陽性或假陰性結(jié)果;無氣體濃度信息
新鮮度指示器型 成本低,結(jié)構(gòu)簡單,結(jié)果肉眼可見;無損檢測,可使用天然化合物,提高產(chǎn)品安全性 需置于包裝內(nèi)部,與食品接觸;若產(chǎn)品水分含量高,容易失色,出現(xiàn)假陽性或假陰性結(jié)果
TTI型 比色傳感器型 成本低,結(jié)構(gòu)簡單,結(jié)果肉眼可見;不直接與食品接觸檢測速度快,可定性定量分析 精確度有限,一般只適用于冷藏和冷凍食品選擇性和穩(wěn)定性較差
氣體傳感器型 選擇性好,靈敏度高,反應(yīng)速度快 成本較高,穩(wěn)定性差,可能需要光學(xué)設(shè)備輔助分析
生物傳感器型 特異性強、準確度高,檢測效率高,可準確檢測病原體 穩(wěn)定性和重現(xiàn)性較差;可能對食品造成污染
  3  智能包裝在動物源性食品質(zhì)量與安全監(jiān)控中的應(yīng)用
  在食品工業(yè)快速發(fā)展的今天,動物源性食品的質(zhì)量與安全監(jiān)控不僅關(guān)乎每一個消費者的利益,更是面對全球糧食短缺問題所不能忽視的重要環(huán)節(jié)。隨著包裝食品在消費市場中所占比例越來越大,未來動物源性食品的質(zhì)量與安全將更加依賴于各種新型包裝技術(shù)。而智能包裝最重要的功能就是協(xié)助消費者對動物源性食品的質(zhì)量與安全做出準確的判斷,不僅使消費者獲得更加新鮮安全的產(chǎn)品,同時也避免了因消費者對產(chǎn)品質(zhì)量誤判而造成的食物浪費。
  3.1  品質(zhì)評價
  智能包裝可以利用與動物源性食品腐敗變質(zhì)相關(guān)的生化代謝產(chǎn)物、氣體以及pH的變化來判定產(chǎn)品的品質(zhì)狀況。有資料顯示包裝肉制品腐敗變質(zhì)的主要特征為生物胺的形成、CO2濃度增加和pH降低。動物源性食品新鮮度的降低是因為儲存期間發(fā)生了不同程度的生化反應(yīng)和微生物繁殖,導(dǎo)致蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物被酶和細菌分解,同時產(chǎn)生氨、CO2、硫化氫以及醛酮類揮發(fā)性物質(zhì)。
  SHUKLA等開發(fā)了一種基于溴酚藍的比色傳感器通過對水牛肉冷藏儲存期間的揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)進行檢測,可實時反映肉的品質(zhì),研究人員通過離心將溴酚藍涂覆在指示劑載體(濾紙)上制成傳感器,用保鮮膜將傳感器(內(nèi)側(cè))緊貼水牛肉封裝在聚苯乙烯盒中,隨著包裝中TVB-N濃度的增加,傳感器的顏色變化與肉質(zhì)劣化具有顯著的相關(guān)性。KUSWANDI等研究了一種基于甲基紅和溴甲酚紫的雙pH 指示器標簽,用于檢測室溫或冷藏條件下牛肉的新鮮度,隨著牛肉品質(zhì)的變化,甲基紅和溴甲酚紫可同時發(fā)生顏色變化,研究表明,這種雙指示器標簽檢測效果更加準確,降低了假陽性或假陰性結(jié)果出現(xiàn)的概率。郭素娟等研究了一種脂肪酶型TTI用于羊肉新鮮度的評價,以脂肪酶為底物測定羊肉腐敗產(chǎn)生的TVB-N,混合指示劑體系中甲酚紅、溴代麝香酚蘭與酚酞的體積比為2∶3∶10,在羊肉腐敗過程中指示劑體系顏色由紫色變成藍色,最終變?yōu)榈S色。
  3.2  微生物和氧氣檢測
  智能包裝不僅可以直接對食品的品質(zhì)進行評價,還可以對導(dǎo)致動物源性食品品質(zhì)惡化的關(guān)鍵因素進行準確的檢測,如氧氣和微生物。氧化和微生物繁殖會導(dǎo)致肉類產(chǎn)品的顏色改變,營養(yǎng)損失(如維生素,必需脂肪酸和必需氨基酸),甚至產(chǎn)生有毒有害物質(zhì),使產(chǎn)品的貨架期大大縮短。
  微生物生長繁殖的代謝產(chǎn)物如酸類物質(zhì)(乙酸、乳酸)和其他氣體成分會使包裝產(chǎn)品內(nèi)部環(huán)境的pH發(fā)生改變,這為智能包裝成為檢測動物源性食品微生物腐敗的一種新型手段提供了理論基礎(chǔ)。與動物源性食品腐敗有關(guān)的常見微生物有乳酸菌、假單胞菌屬、單增李斯特菌、沙門氏菌和大腸桿菌。RUKCHON 等開發(fā)了一種使用混合pH指示劑的智能包裝,該包裝含有兩組pH 敏感染料,一組是溴百里酚藍和甲基紅的混合物,另一組是溴百里酚藍、溴甲酚綠和酚紅的混合物,實驗表明,混合指示劑顏色變化與去皮雞胸肉的CO2水平和微生物生長模式有良好的相關(guān)性,能夠在各種恒定溫度或溫度波動條件下實時監(jiān)測雞肉的腐敗。WANG等開發(fā)了一種用于快速檢測肉湯中大腸桿菌O157:H7的電化學(xué)生物傳感器, 該傳感器同時使用了磁性納米顆粒(MNP)和金納米顆粒(AuNP),磁性納米顆粒與單克隆抗體結(jié)合將肉湯樣品中的靶大腸桿菌 O157:H7分離出來,金納米顆粒再與多克隆抗體結(jié)合形成MNP-靶-AuNP結(jié)構(gòu),最后通過電化學(xué)方法測量AuNP的量,從而確定靶細菌的存在與數(shù)量,從檢測開始到獲取大腸桿菌O157:H7的檢測結(jié)果可在45min內(nèi)完成。雖然該研究中生物傳感器的實驗對象是肉湯培養(yǎng)基,但是因其可以簡單快速的獲取檢測結(jié)果,若經(jīng)過針對性的重新調(diào)整,使其符合肉類包裝的應(yīng)用條件,則可以在動物源性食品微生物腐敗檢測方面發(fā)揮極大的潛力。此外,溫度是決定微生物腐敗動力學(xué)的主要環(huán)境因素之一,動物源性食品在運輸和銷售過程中并不總是處于穩(wěn)定的冷鏈條件中,溫度波動對食品的貯藏期有著顯著的影響,不合理的溫度條件會使微生物大量繁殖加速食品腐敗,TTI可以作為額外的安全措施表明產(chǎn)品在儲存期間是否已被加熱到低于或高于閾值極限(如滅菌和巴氏殺菌過程),協(xié)助消費者評估包裝內(nèi)的微生物腐敗情況。
  包裝內(nèi)部的氣體組分與包裝食品的品質(zhì)和貨架期密切相關(guān),包裝泄露會破壞包裝內(nèi)部氣體環(huán)境,影響最大的因素是氧氣濃度的改變。動物源性食品中豐富的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)在適宜氧氣濃度的條件下極易發(fā)生氧化,這是該類產(chǎn)品腐敗變質(zhì)的主要原因之一。以最常見的肉及肉制品為例,蛋白質(zhì)在加工和儲存過程中發(fā)生氧化會使蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)、斷裂、聚集以及溶解性和持水力降低,從而導(dǎo)致肉類產(chǎn)品的感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值下降。脂質(zhì)氧化是多不飽和脂肪酸與活性氧反應(yīng)引發(fā)一系列次級反應(yīng)的過程,使肉及肉制品產(chǎn)生腐臭味,變色和有毒化合物,影響消費者的健康和接受度。色澤也是消費者判斷肉類產(chǎn)品新鮮度的重要指標,肉的色澤主要由脫氧肌紅蛋白(紫紅色)、氧合肌紅蛋白(鮮紅色)和高鐵肌紅蛋白(褐紅色)決定,氧氣濃度會影響三種肌紅蛋白的比例使肉色發(fā)生改變。因此,無論是隔絕氧氣的真空包裝,還是保持肉品鮮紅色澤的高氧氣調(diào)包裝,氧氣都是十分重要的參數(shù)。這些包裝可以考慮與智能包裝結(jié)合使用,利用智能包裝實時監(jiān)測包裝內(nèi)部氧氣濃度的變化,以確保相應(yīng)功能的完整性。SAARINEN等開發(fā)了一種用于氣調(diào)包裝的低成本比色氧指示器,以TiO2納米顆粒和亞甲基藍指示劑油墨為主要原料且能夠大規(guī)模生產(chǎn),該指示器通過紫外線活化,其原理是基于指示劑染料可逆的氧化還原反應(yīng),隨著光吸收的變化產(chǎn)生顏色變化,可直接印刷在包裝材料上或印刷在標簽上置于包裝內(nèi)部,為氣調(diào)包裝提供泄露指示功能。KHANKAEW等研究了一種基于蒽醌染料的多功能傳感器,在有O2存在的條件下,傳感器薄膜會在24h內(nèi)由黃色(對苯二酚)變成綠色,最終變成藍色(醌),研究表明,顏色變化過程中達到中間狀態(tài)(綠色)的時間可以用來評估氧氣濃度水平,同時文章指出,薄膜(黃色)在5℃變?yōu)榫G色所需的時間也可作為冷藏新鮮食品的安全性指標。
  3.3  防偽與可追溯性
  智能包裝不僅可以檢測食品的質(zhì)量與安全,還能夠用于動物源性食品的防偽,確保產(chǎn)品的可追溯性,提高供應(yīng)鏈內(nèi)的信息流動效率,實現(xiàn)高效調(diào)配。尤其是附加值較高的肉類產(chǎn)品,肉品的產(chǎn)地和品牌對消費者的購買意愿和價值判斷有很大影響,因此有必要保證這類產(chǎn)品來源的合法性以及在整個供應(yīng)鏈的可追溯性。通過智能包裝(如RDIF標簽)可以有效收集產(chǎn)品在供應(yīng)鏈各個階段的完整信息,為尋找影響產(chǎn)品貨架期的因素和產(chǎn)品的優(yōu)化升級提供數(shù)據(jù)支持。FOO等采用帶有交叉指型電極的金納米粒子,通過溶膠-凝膠旋涂技術(shù)修飾ZnO薄膜成功制備了一種無標記DNA生物傳感器,用于豬肉成分的DNA雜交檢測,ZnO薄膜上的金納米粒子為硫醇DNA探針提供了附著點位,顯著提高了生物傳感器的靈敏度,在判斷清真食品真?zhèn)畏矫嬗休^大的應(yīng)用空間。德國CRAEMER團推出了一款智能魚箱,以響應(yīng)歐盟新的法規(guī),該法規(guī)規(guī)定魚類產(chǎn)品必須貼上標簽并且完全可追溯,這種智能魚箱與RFID應(yīng)答器聯(lián)合使用,可自動識別和追蹤有關(guān)魚的質(zhì)量和漁場捕獲量等信息。表2列舉了應(yīng)用于動物源性食品的智能包裝。
表2  智能包裝在動物源性食品中的應(yīng)用
類型 主要材料或基質(zhì) 原理 應(yīng)用產(chǎn)品 現(xiàn)象
生物傳感器型 姜黃素、塔拉膠或聚乙烯醇薄膜 NH3含量變化 從淡黃色變橙黃色
比色傳感器型 菠菜、黑米、茉莉和蘿卜中的天然色素、溴酚藍 生物胺含量變化; 豬肉   /
新鮮度指示器型 淀粉、聚乙烯醇、玫瑰茄花青素;甲基紅、溴甲酚紫 TVB-N含量變化;TVB-N含量變化;PH變化 水牛肉、鰱魚、牛肉  從黃色變?yōu)樗{色,從紫紅色變?yōu)榫G色或黃色,甲基紅從紅色變?yōu)辄S色,溴甲酚紫從黃色變?yōu)樽仙?/td>
溴百里酚藍、甲基紅、溴甲酚綠、酚紅 PH變化 無皮雞肉 M1型:綠色變?yōu)辄S色;M2型:綠色變?yōu)槌赛S色;P型:紫色變?yōu)榫G色
2,4,6-三硝基苯基固體聚合物 生物胺含量變化 金槍魚、牛肉 從黃色變?yōu)槌赛S色或微紅色
時間溫度指示器型 黑曲霉脂肪酶、三丁酸甘油酯 酶促反應(yīng) 魚、貝類 從藍色變?yōu)辄S色
  4  展望
  智能包裝作為食品包裝領(lǐng)域的新興技術(shù),能否快速完成商業(yè)化大規(guī)模投入市場,取決于包裝的安全性、穩(wěn)定性、成本和法律框架的建立。智能包裝全程追蹤并實時監(jiān)測食品質(zhì)量與安全的功能對容易發(fā)生腐敗變質(zhì)的動物源性食品意義重大,但智能包裝若要更普遍的應(yīng)用于動物源性食品仍需要進一步的研究與創(chuàng)新,未來的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面。
 ?。?)為了有效檢測動物源性食品品質(zhì)劣變的特征物質(zhì),智能包裝采用了較多的新型接觸材料和化學(xué)物質(zhì),這些新材料、新物質(zhì)必須保證無毒無害,不對食品風(fēng)味產(chǎn)生較大影響,這在未來需要大量的實驗驗證以獲得立法支持。
 ?。?)變質(zhì)的動物源性食品會對人體健康造成嚴重危害,因此不斷提高智能包裝質(zhì)量安全監(jiān)測的準確性和穩(wěn)定性,降低檢出假陽性或假陰性結(jié)果的概率也是一個重要的研究方向。
 ?。?)動物源性食品的基礎(chǔ)價值普遍較高,智能包裝的應(yīng)用會進一步提高產(chǎn)品的銷售價格,積極尋找更低廉的生產(chǎn)原料,開發(fā)可回收利用的智能包裝是降低成本的有效途徑。另外,部分智能包裝需要額外設(shè)備獲取檢測結(jié)果,依托于成熟的智能手機和互聯(lián)網(wǎng)市場,開發(fā)移動光學(xué)檢測設(shè)備也是降低智能包裝使用成本的發(fā)展方向。
  (4)動物源性食品的質(zhì)量變化往往是由多種因素造成的,甚至是包裝系統(tǒng)自身的故障或誤用,單純依賴智能包裝來確保產(chǎn)品的質(zhì)量與安全并不完全可靠。因此,智能包裝技術(shù)與活性包裝、可食性膜等其他食品保鮮貯藏技術(shù)的聯(lián)合使用是未來發(fā)展的必然趨勢,多種包裝技術(shù)優(yōu)勢互補可以為動物源性食品的質(zhì)量與安全提供更強力的保障。
 
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