趙冬艷，孫金才*，，陳紀(jì)算

（1.浙江醫(yī)藥高等專(zhuān)科學(xué)校 食品學(xué)院，浙江 寧波 315100；2.寧波海通食品科技有限公司，浙江 寧波 315300）

生鮮食品是指初級(jí)加工的農(nóng)產(chǎn)品，比較有代表的是果蔬、肉類(lèi)和水產(chǎn)品。生鮮食品由于加工程度低，在貯藏和運(yùn)輸過(guò)程中，自身物質(zhì)在外界環(huán)境的變化下會(huì)發(fā)生不同的生理生化變化，導(dǎo)致新鮮度下降。普通的食品包裝上只標(biāo)明貯存日期或在某日期之前食用的標(biāo)識(shí)，但在實(shí)際運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中，溫度、壓力、光照等條件都可能影響食品的食用品質(zhì)，從而造成保質(zhì)期提前或延遲。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，食品包裝逐漸出現(xiàn)了活性包裝、智能包裝等智慧包裝。活性包裝通過(guò)在包裝材料中添加合成或天然物質(zhì)以期增加加工食品的貨架期，滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)新鮮、安全食品質(zhì)量的需求[1]。但是活性包裝無(wú)法監(jiān)測(cè)食品在貯藏期間組織結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，并且活性包裝中的活性物質(zhì)可能會(huì)向食品中遷移，產(chǎn)生安全問(wèn)題。因此，活性包裝的應(yīng)用有一定的局限性[2]。

智能包裝的出現(xiàn)極大彌補(bǔ)了活性包裝的不足，但很長(zhǎng)一段時(shí)間，智能包裝（Intelligent packaging，IP）沒(méi)有一個(gè)確切的定義。2005年Yam等[3]對(duì)智能包裝的定義進(jìn)行了明確，他認(rèn)為智能包裝是能夠執(zhí)行智能功能（比如檢測(cè)、記錄、傳感、通信、跟蹤和應(yīng)用科學(xué)邏輯）的包裝系統(tǒng)，并且具有延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全性的作用，同時(shí)對(duì)可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題提供預(yù)警。智能包裝的特點(diǎn)是通過(guò)提供有關(guān)運(yùn)輸和存儲(chǔ)過(guò)程中各因素的信息監(jiān)控包裝食品或環(huán)境的狀況。智能包裝按照工作原理分為功能材料型智能包裝、功能結(jié)構(gòu)型智能包裝和信息型智能包裝；根據(jù)功能材料不同可以分為新鮮度指示型包裝、泄露型指示包裝、氣體產(chǎn)生和吸收型包裝以及其他類(lèi)型包裝[4]。智能包裝主要通過(guò)指示劑、傳感器和無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其監(jiān)測(cè)功能[5]。

在功能材料型智能包裝中，新鮮度指示型包裝是一類(lèi)監(jiān)測(cè)食品在貯藏、運(yùn)輸、銷(xiāo)售過(guò)程中新鮮度變化，為消費(fèi)者提供重要參考的智能包裝系統(tǒng)。智能包裝對(duì)食品新鮮度的監(jiān)測(cè)原理是根據(jù)食品在貯藏過(guò)程中，由于自身呼吸作用、酶和微生物的作用以及環(huán)境導(dǎo)致溫度、濕度、光照等因素變化引起的化學(xué)作用，生成不同的氣體和化合物，與智能包裝中不同的指示劑或傳感器發(fā)生作用，導(dǎo)致包裝顏色改變，產(chǎn)生信號(hào)響應(yīng)，從而指示食品新鮮度的變化[6]。

RFID技術(shù)已經(jīng)在物流和零售業(yè)中的門(mén)禁系統(tǒng)、行李處理系統(tǒng)、牲畜運(yùn)輸和自動(dòng)收費(fèi)站系統(tǒng)中運(yùn)用了幾十年，提供了產(chǎn)品在供應(yīng)鏈運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息。RFID技術(shù)經(jīng)常與傳感器和指示劑結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，能夠監(jiān)控食品在搬運(yùn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和交付過(guò)程中品質(zhì)的變化[7]。作者從指示劑和傳感器兩個(gè)方面介紹應(yīng)用于生鮮食品的新鮮度指示型包裝技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展、檢測(cè)原理、關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)研究中存在的問(wèn)題和今后發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)和展望。

1 應(yīng)用智能包裝技術(shù)監(jiān)控生鮮食品新鮮度的指標(biāo)

新鮮度指示型包裝技術(shù)對(duì)生鮮食品的監(jiān)測(cè)基于生鮮食品貯藏過(guò)程中生理生化變化的生成物，其中以氣體較多?？偨Y(jié)近20年文獻(xiàn)中智能包裝技術(shù)對(duì)各類(lèi)生鮮食品新鮮度監(jiān)測(cè)的指標(biāo)，通過(guò)不同原料特點(diǎn)對(duì)生鮮食品檢測(cè)指標(biāo)分別進(jìn)行介紹。

1.1 生鮮果蔬指標(biāo)

果蔬類(lèi)食品在貯藏、運(yùn)輸過(guò)程中的變化主要是植物生理變化、化學(xué)反應(yīng)和微生物變化[8]，其中呼吸作用是果蔬采后最主要的生理活動(dòng)。有氧呼吸作用會(huì)導(dǎo)致二氧化碳和乙烯氣體的增加，無(wú)氧呼吸會(huì)生成乙醇、乙醛、乳酸等物質(zhì)；果蔬微生物的代謝過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w；果蔬正常代謝過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生乙烯氣體。目前智能包裝技術(shù)對(duì)生鮮果蔬新鮮度的監(jiān)測(cè)主要集中在二氧化碳、乙烯氣體和有機(jī)酸[9-13]。因不同呼吸類(lèi)型果蔬產(chǎn)生乙烯氣體量的不同，乙烯氣體的監(jiān)測(cè)主要針對(duì)呼吸躍變型果蔬。

1.2 生鮮肉類(lèi)指標(biāo)

動(dòng)物屠宰后經(jīng)過(guò)僵直和軟化，依次經(jīng)歷無(wú)氧呼吸生成乳酸和蛋白質(zhì)分解生成堿性產(chǎn)物，肉類(lèi)的pH先下降后上升。在貯運(yùn)過(guò)程中，微生物分解是肉類(lèi)新鮮度下降的主要原因。肉類(lèi)蛋白質(zhì)在酶和微生物的作用下，分解產(chǎn)生的三甲胺、二甲胺和氨等胺類(lèi)物質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)為揮發(fā)性鹽基氮；由于微生物的生長(zhǎng)，二氧化碳也是肉類(lèi)監(jiān)測(cè)指標(biāo)之一；在禽肉中微生物代謝會(huì)生成大量硫化氫氣體[14]。目前生鮮肉類(lèi)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要是揮發(fā)性鹽基氮、二氧化碳和硫化氫氣體[15-26]。

1.3 生鮮水產(chǎn)品指標(biāo)

生鮮水產(chǎn)品和肉類(lèi)都屬于動(dòng)物性食品，因此，肉類(lèi)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)也適用于水產(chǎn)品[27-34]。除此之外，水產(chǎn)品監(jiān)測(cè)指標(biāo)還包括在貯藏過(guò)程中微生物分解產(chǎn)生的生物胺，例如腐胺、組胺等[35]；水產(chǎn)品中ATP降解產(chǎn)生的降解物，如黃嘌呤、次黃嘌呤等[36-37]。

2 指示劑

指示劑型智能包裝主要利用印刷或黏附在包裝內(nèi)含有特定試劑的標(biāo)簽，與食品在貯藏過(guò)程中釋放的不同氣體或產(chǎn)物作用產(chǎn)生不同深度的顏色變化，提供包裝食品質(zhì)量的信息[38]。

2.1 對(duì)pH敏感的指示劑

2.1.1 二氧化碳指示劑二氧化碳?xì)怏w溶于水，并且溫度越低，溶解度較高，而且溶液呈酸性。生鮮食品貯運(yùn)環(huán)境溫度一般比較低，在貯運(yùn)過(guò)程中，生鮮食品釋放的二氧化碳?xì)怏w與包裝上對(duì)pH敏感的染料標(biāo)簽接觸時(shí)因呈酸性發(fā)生顏色改變，從而監(jiān)測(cè)包裝中食品的腐敗情況。

Chen等[11]構(gòu)建了鮮切青椒新鮮度指示標(biāo)簽，其主要原理是包裝內(nèi)蔬菜的呼吸作用導(dǎo)致二氧化碳濃度增加，利用雙指示劑標(biāo)簽進(jìn)行顏色監(jiān)控。作者采用溴百里酚藍(lán)和甲基紅指示劑混合膜溶液，與聚乙二醇-6000（作為增塑劑）和甲基纖維素制備智能包裝標(biāo)簽的指示膜。由實(shí)驗(yàn)可知二氧化碳濃度與鮮切青椒的菌落總數(shù)和感官評(píng)分均有高相關(guān)性，但是該指示標(biāo)簽只能用于對(duì)鮮切青椒的新鮮度定性判斷。

Rukchon等[20]開(kāi)發(fā)了一種監(jiān)測(cè)無(wú)皮雞胸肉新鮮度的混合pH敏感指示劑。指示劑采用兩組對(duì)pH敏感染料，一種是在乙醇水溶液中以體積比2∶3的比例混合溴百里酚藍(lán)（0.04 g/dL）和甲基紅（0.04 g/dL），另一種是由溴甲酚綠（0.04 g/dL）、溴麝香酚藍(lán)（0.04 g/dL）和酚紅（0.04 g/dL）在乙醇水溶液中按體積比6∶9∶35的比例混合而成。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，腐敗過(guò)程中二氧化碳增加量大于貯藏期間揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）水平，故采用二氧化碳作為變質(zhì)代謝物的監(jiān)測(cè)物?；旌蟨H敏感指示劑的總色差的顏色變化與去皮雞胸肉的二氧化碳水平有很好的相關(guān)性。

二氧化碳指示劑不僅可以用來(lái)對(duì)蔬菜、水果、肉制品、水產(chǎn)品新鮮度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還對(duì)甜點(diǎn)[39]、面包、饅頭[40]等糧油食品在貯藏中因微生物繁殖產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w有較好的顏色反應(yīng)。

2.1.2 其他揮發(fā)性物質(zhì)的指示劑除了二氧化碳?xì)怏w外，一些其他的微生物或酶的代謝產(chǎn)物，例如有機(jī)酸，也可以作為pH敏感指示劑的目標(biāo)分子。Kuswandi等[10]在2013年基于溴酚藍(lán)制作智能包裝顏色指示劑，對(duì)番石榴的新鮮度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。番石榴在貯藏過(guò)程中逐漸產(chǎn)生的乙酸等揮發(fā)性有機(jī)化合物改變包裝頂部pH，結(jié)果表明顏色指示劑可用于監(jiān)測(cè)番石榴在環(huán)境條件28~30℃下新鮮度的變化。王桂蓮等[12]設(shè)計(jì)了一種以紅蘿卜溶液中提取的紅色素作為pH敏感染料的水果新鮮度指示標(biāo)簽。將紅蘿卜紅色素涂布在白色濾紙上，附在聚丙烯薄膜上制備成指示標(biāo)簽，草莓在貯藏過(guò)程中由于微生物和酶的作用產(chǎn)生大量混合有機(jī)酸，通過(guò)不同pH環(huán)境下紅蘿卜紅色素顯示的不同顏色，判斷草莓新鮮度。

此外，揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）作為目標(biāo)分子的指示標(biāo)簽研究也較多[41-42]。Kim等[18]用吸附法將溴甲酚紫（BCP）固定在濾紙上制備指示試紙，制備好的指示試紙直接放置在雞胸肉表面，對(duì)雞胸肉的新鮮度進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)。指示劑的顏色從黃色到藍(lán)色，最后變?yōu)樽仙?，表示食品變質(zhì)；指標(biāo)響應(yīng)與pH、揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）含量、細(xì)菌數(shù)量、雞胸肉表面顏色變化相關(guān)。

Chun等[29]在紙盤(pán)附上一層具有一定孔徑的自粘紙環(huán)，在紙環(huán)里加入不同質(zhì)量的溴甲酚綠（BCG）制備成不同質(zhì)量濃度的指示標(biāo)簽，研究鯖魚(yú)儲(chǔ)藏過(guò)程中新鮮度變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)新鮮度指示劑顏色由黃色變至藍(lán)色，其色度值準(zhǔn)確地反映了包裝頂空中三甲胺的含量，同時(shí)新鮮度指標(biāo)響應(yīng)的顏色漸變與魚(yú)的品質(zhì)相關(guān)，尤其與魚(yú)類(lèi)最顯著的致腐菌莓實(shí)假單胞菌（Pseudomonas fragi）的生長(zhǎng)相關(guān)。

Kuswandi等[19]在2017年基于雙指示劑甲基紅（MR）和溴甲酚紫（BCP）開(kāi)發(fā)了可檢測(cè)揮發(fā)性胺類(lèi)物質(zhì)的牛肉新鮮度指示標(biāo)簽。通過(guò)MR指示標(biāo)簽（紅變黃）和BCP指示標(biāo)簽（黃變紫）顏色的變化監(jiān)測(cè)牛肉新鮮度的變化，并且雙指示劑反應(yīng)與包裝牛肉的感官評(píng)價(jià)、pH、TVB-N、細(xì)菌生長(zhǎng)模式有很好的相關(guān)性。

pH敏感指示劑的染料在對(duì)食品新鮮度監(jiān)測(cè)中有以下幾個(gè)特點(diǎn)：常用的染料有溴百里酚藍(lán)、溴甲酚綠、二甲苯酚藍(lán)、甲基紅、溴甲酚紅紫等；染料可以單獨(dú)使用也可以?xún)煞N或多種混合作用，多種混用的優(yōu)點(diǎn)在于不同染料有各自的顏色反應(yīng)區(qū)間，多種染料混用因顏色互補(bǔ)可以降低對(duì)目標(biāo)物識(shí)別的誤差，提高對(duì)目標(biāo)分子識(shí)別的準(zhǔn)確度，增加反應(yīng)的靈敏度；除化學(xué)合成染料外，基于食品安全，許多學(xué)者逐漸轉(zhuǎn)向?qū)μ烊蝗玖系难芯?。目前用于pH敏感指示劑的天然染料主要來(lái)源于花青素和姜黃素，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。姜黃素作為pH敏感指示劑的穩(wěn)定性高于花青素，但是花青素在不同pH條件下顏色反應(yīng)迅速，靈敏度高于姜黃素。以下是不同類(lèi)型敏感指示劑應(yīng)用于智能包裝的文獻(xiàn)列表，如表1和表2所示。

表1 化學(xué)合成型敏感指示劑應(yīng)用于智能包裝的文獻(xiàn)列表Table 1 Literature of intelligent packaging applications for chemical synthetic dye indicators

表2 天然敏感指示劑應(yīng)用于智能包裝的文獻(xiàn)列表Table 2 A list of literature on the application of natural dye indicator to intelligent packaging

2.2 基于化學(xué)反應(yīng)顏色變化的指示劑

貯藏過(guò)程中食品因化學(xué)因素或生物因素產(chǎn)生的化合物或氣體，在一定的條件下會(huì)與蛋白質(zhì)、酶或其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致顏色改變，從而反映食品新鮮度的變化。

Smolander等[25]研制了一種通過(guò)監(jiān)測(cè)禽肉類(lèi)食品硫化氫濃度判斷新鮮度的指示標(biāo)簽。其原理是禽肉類(lèi)食品在貯運(yùn)過(guò)程中由于微生物腐敗產(chǎn)生硫化氫氣體，而硫化氫與肌紅蛋白結(jié)合生成綠色的硫紅蛋白，通過(guò)顏色的改變來(lái)監(jiān)測(cè)禽肉類(lèi)的新鮮度。作者將肌紅蛋白溶液吸收到瓊脂糖方塊中，分別使用不同厚度的低密度聚乙烯固定在包裝中以制備指示標(biāo)簽，通過(guò)檢測(cè)變質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生的硫化氫濃度來(lái)判斷禽肉類(lèi)食品新鮮程度。肌紅蛋白溶液的顏色變化也發(fā)生在氮?dú)夂投趸嫉幕旌蠚怏w中，而這種混合氣體通常在易腐、非呼吸性產(chǎn)品的氣調(diào)包裝中存在。因此通過(guò)這些顏色變化可以構(gòu)建智能包裝指示劑以監(jiān)測(cè)食品品質(zhì)變化。

Saliu等[26]利用禽肉類(lèi)釋放的二氧化碳?xì)怏w使天然指示劑花青素顏色改變來(lái)監(jiān)測(cè)家禽類(lèi)食品的新鮮度。與對(duì)pH敏感的指示劑原理不同，該研究是利用賴(lài)氨酸的ε-氨基與二氧化碳形成可逆的氨基甲酸衍生物。賴(lài)氨酸、聚賴(lài)氨酸、花青素混合水溶液呈現(xiàn)堿性和天藍(lán)色，一旦暴露在二氧化碳中，就會(huì)變成強(qiáng)烈的紫色，因此天然指示劑花青素的顏色變化可以用來(lái)監(jiān)測(cè)家禽類(lèi)食品新鮮度。

Lang等[13]通過(guò)智能包裝指示乙烯的排放量判斷蘋(píng)果的貯藏狀態(tài)，其原理是利用乙烯和金屬離子發(fā)生的還原反應(yīng)，當(dāng)Mo（VI）部分還原為Mo（V）時(shí)，鉬發(fā)色團(tuán)由白色變成藍(lán)色。顏色改變表明果蔬在貯藏過(guò)程中乙烯生成量逐漸增加，從而判斷水果的新鮮程度。指示標(biāo)簽的制備過(guò)程如下：將（NH4）6Mo7O24·4H2O、PdSO4、H2O2制備成水溶性指示溶液，用硫酸調(diào)整pH為1.4~1.5，目的是改變鉬變色反應(yīng)的敏感性；把制備的含有指示溶液的濾紙直接固定在單個(gè)蘋(píng)果上作為指示標(biāo)簽，指示標(biāo)簽用可選擇性滲透的聚合物膜進(jìn)行固定，以防止環(huán)境原有高濕度對(duì)結(jié)果的影響。

2.3 微生物指示劑

造成食品腐敗變質(zhì)的因素除了化學(xué)和物理因素外，生物因素即微生物的生長(zhǎng)繁殖也是一個(gè)重要的因素。微生物利用食品的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行繁殖，導(dǎo)致食品內(nèi)部發(fā)生酶解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等生成一系列代謝產(chǎn)物，從而導(dǎo)致食品的新鮮度下降。智能包裝新鮮度指示劑的制備除了以微生物代謝產(chǎn)物為目標(biāo)分子外，還可以以微生物為目標(biāo)物。制備反映微生物產(chǎn)生和數(shù)量的指示劑用于對(duì)食品新鮮度的監(jiān)測(cè)具有更直接、方便和靈敏的優(yōu)勢(shì)。微生物指示劑可以利用特定抗體識(shí)別微生物的原理對(duì)食品新鮮度進(jìn)行監(jiān)測(cè)[6]。例如已經(jīng)商業(yè)化的產(chǎn)品Toxin GuardTM是一種以聚乙烯為基礎(chǔ)的包裝薄膜，可以在固定抗體的幫助下檢測(cè)特定致病菌（沙門(mén)氏菌、彎曲桿菌、大腸桿菌O157和李斯特菌）的存在。當(dāng)毒素或微生物等分析產(chǎn)物與材料互相接觸時(shí)，特定抗體與其結(jié)合，包裝薄膜的顏色由白色變?yōu)榧t色[43]。勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)發(fā)出檢測(cè)大腸桿菌O157腸毒素的特定指示材料[44]。該材料由交叉聚合的聚二乙炔分子組成，為深藍(lán)色，可用于包裝材料。當(dāng)毒素與聚二乙炔分子結(jié)合時(shí)，薄膜的顏色從藍(lán)色變?yōu)榧t色。

在前面介紹的指示劑的應(yīng)用中可以看到，對(duì)微生物代謝產(chǎn)物進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí)，相應(yīng)的微生物數(shù)量也存在一定的變化[20，29]。因此，新鮮度指示劑的發(fā)展方向之一是遵循食品腐敗產(chǎn)物的生成規(guī)律，利用多種指示劑顯色原理，制備更加靈敏和高效的新鮮度指示劑。

3 傳感器

傳感器是一種將捕捉到的被測(cè)量信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他信息輸出形式的檢測(cè)裝置，以滿(mǎn)足對(duì)信息傳輸、處理、儲(chǔ)存、顯示、記錄和控制等要求[45]。與指示劑通過(guò)顏色變化顯示食品新鮮度不同，根據(jù)定性或半定量產(chǎn)物不同，傳感器可以提供定量信息，對(duì)生鮮食品貯運(yùn)過(guò)程中質(zhì)量變化實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定量監(jiān)測(cè)[46]。

3.1 生物傳感器

生物傳感器是能夠檢測(cè)結(jié)合到食品包裝中的目標(biāo)代謝物的智能系統(tǒng)，可以以檢測(cè)降解產(chǎn)物的形成，并且可以根據(jù)所包裝產(chǎn)品的類(lèi)型進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，能夠以比新鮮度指示劑更精確的方式監(jiān)測(cè)食物新鮮度。生物傳感器是一種緊湊的分析設(shè)備，可檢測(cè)、記錄和傳輸與生化反應(yīng)相關(guān)的信息，其由兩個(gè)主要部分組成：識(shí)別目標(biāo)分析物的生物受體和將生物化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可量化的電響應(yīng)的傳感器[47]。

生物傳感器和化學(xué)傳感器的主要區(qū)別在于識(shí)別層。在化學(xué)傳感器中，受體是一種化合物，而生物傳感器的識(shí)別層是由生物材料構(gòu)成的，如酶、抗體、抗原、噬菌體和核酸[48]。Frébort等[35]將來(lái)自草豌豆幼苗和真菌黑曲霉的胺氧化酶進(jìn)行固定（EC1.4.3.6）以構(gòu)建用于測(cè)定胺的流式酶反應(yīng)器，發(fā)現(xiàn)以胺氧化酶為基礎(chǔ)的系統(tǒng)可用于測(cè)定腐敗胺（腐胺和組胺），因此該系統(tǒng)可以標(biāo)記魚(yú)肉分解。已優(yōu)化的平均使用壽命約20 d的生物傳感器顯示對(duì)組胺量在7.0~90.0 nmol/L有線性響應(yīng)，檢出限為4.4 nmol/L；對(duì)腐胺在0.9～70.0 nmol/L有線性響應(yīng)，檢出限為0.5 nmol/L。Yano等[49]開(kāi)發(fā)了一種以酪胺氧化酶為基礎(chǔ)的生物傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)牛肉的品質(zhì)，酪胺傳感器可用于評(píng)估老化牛肉中的細(xì)菌腐敗。Devi等[36]將黃嘌呤氧化酶共價(jià)固定在石墨電極表面沉積的殼聚糖和金涂覆的鐵納米顆粒（CHIT/Fe-NPs@Au）上。以XOD/CHIT/Fe-NPs@Au/PGE為 工 作 電 極，Ag/AgCl為參比電極，Pt為輔助電極，通過(guò)恒電位儀連接制備黃嘌呤生物傳感器。有學(xué)者通過(guò)將黃嘌呤氧化酶固定到由鉑、銀和石墨等材料制成的電極上，開(kāi)發(fā)了檢測(cè)黃嘌呤（動(dòng)物組織中的腺嘌呤核苷酸降解產(chǎn)物）的生物傳感器[37]。

3.2 化學(xué)傳感器

化學(xué)傳感器（接收器）是能夠通過(guò)檢測(cè)表面吸附特定化合物或氣體的化學(xué)選擇性涂層，可以檢測(cè)到特定化學(xué)物質(zhì)的存在并通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成信號(hào)。傳感器有源或無(wú)源取決于測(cè)量的外部功率要求[50]。

Kuswandi等[51]在2012年開(kāi)發(fā)了一種基于聚苯胺（PANI）薄膜的智能包裝新型比色方法，含有PANI薄膜的指示器作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包裝魚(yú)頂部空間微生物分解產(chǎn)物的化學(xué)傳感器，可以通過(guò)對(duì)魚(yú)類(lèi)腐敗期間釋放的各種堿性揮發(fā)性胺造成的薄膜顏色變化做出響應(yīng)。PANI薄膜可以使用酸性溶液再生以多次循環(huán)使用。因此，PANI薄膜可被視為適合智能包裝應(yīng)用的低成本傳感器。Kuswandi等[52]在2014年又開(kāi)發(fā)了基于甲基紅的貼紙傳感器，并且用于檢測(cè)雞肉切片的新鮮度。通過(guò)吸附法將甲基紅固定在細(xì)菌纖維素膜上，結(jié)果表明基于甲基紅和細(xì)菌纖維素膜制備的貼紙傳感器在冷藏環(huán)境下可以成功地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雞肉新鮮度。

Suslick等[53]綜述了一系列化學(xué)響應(yīng)染料在多孔膜上制備成傳感器用于檢測(cè)目標(biāo)物為氣味和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的應(yīng)用。這些比色傳感器陣列（CSA）通過(guò)使用一系列不同染料作為“光電子鼻”，其顏色變化基于各分子間相互作用，已證明對(duì)胺、羧酸和硫醇檢測(cè)具有高靈敏度。

Heising等[54]開(kāi)發(fā)了無(wú)損監(jiān)測(cè)包裝鱈魚(yú)片新鮮度的方法。在貯藏過(guò)程中鱈魚(yú)片釋放出三甲胺氣體，該方法利用水相電極監(jiān)測(cè)包裝袋頂空中三甲胺濃度，建立了基于傳感器信號(hào)（三甲胺）的包裝鱈魚(yú)片的監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型，這個(gè)模型可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損狀態(tài)下監(jiān)測(cè)包裝鱈魚(yú)不同階段的新鮮度。

3.3 納米生物傳感器

納米生物傳感器是由納米尺寸的生物識(shí)別組分如酶、抗體和受體組成的集成裝置，其與化學(xué)物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生化學(xué)和電信號(hào)[55-57]。納米技術(shù)在食品新鮮度上的應(yīng)用主要側(cè)重通過(guò)揮發(fā)性化合物釋放量來(lái)指示食物變質(zhì)[58]。例如，一些可以判斷食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的揮發(fā)性化合物（如三甲胺、二甲胺、氨、酯、醇、乙烯等）可以作為腐敗指標(biāo)，用于魚(yú)肉、肉類(lèi)和水果的監(jiān)測(cè)[51，59-60]。 納米技術(shù)和新的印刷技術(shù)在塑料或柔性基材上集成多種氣體傳感器，作為高效型傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)食物腐敗和環(huán)境溫濕度變化[61-62]。Pandey等[63]報(bào)道了一種柔性的電阻納米傳感器用于氨的超靈敏檢測(cè)。其工作原理是根據(jù)由銀納米粒子和多糖瓜爾豆膠組成的納米復(fù)合薄膜上吸附氨的電流變化進(jìn)行工作。基于這種納米復(fù)合材料監(jiān)測(cè)氨的光學(xué)傳感器已經(jīng)存在，但在應(yīng)用實(shí)踐中還需進(jìn)一步完善[64]。Smolander等[65]發(fā)明了一種在塑料薄膜或紙包裝結(jié)構(gòu)上沉積1～10 nm過(guò)渡金屬（銀和（或）銅）涂層的傳感器，當(dāng)與肉類(lèi)腐敗產(chǎn)生的硫化物揮發(fā)物發(fā)生反應(yīng)時(shí)，薄薄的涂層變成獨(dú)特的深色。

與常見(jiàn)的要求高溫環(huán)境操作的氣體傳感器相比，基于氨納米復(fù)合材料的傳感器在室溫下操作，且呈現(xiàn)出快速響應(yīng)的特點(diǎn)。這種柔性的薄膜氨傳感器可以很容易地集成在食品包裝上，鑒于印刷技術(shù)和有機(jī)電子技術(shù)的現(xiàn)狀，未來(lái)食品包裝上的智能標(biāo)簽將由多個(gè)納米傳感器（分別監(jiān)測(cè)溫度、濕度和揮發(fā)物）組成，可以為消費(fèi)者、生產(chǎn)商和分銷(xiāo)商提示潛在的食物腐敗危險(xiǎn)[66]。

4 展望

新鮮度指示劑或傳感器是為了更好地監(jiān)測(cè)食品在貯藏、流通、銷(xiāo)售過(guò)程中的品質(zhì)，以幫助消費(fèi)者選擇優(yōu)質(zhì)健康的食品。目前新鮮度指示劑（傳感器）存在的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：1）智能材料穩(wěn)定性有待提高，例如新鮮度指標(biāo)對(duì)特定微生物生長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力較低，可能會(huì)誤導(dǎo)甚至危害消費(fèi)者的健康；2）智能材料的安全性，無(wú)論pH顯色材料還是傳感器中應(yīng)用的納米粒子，其中的有害成分都有可能由包裝遷移到食品中；3）模型實(shí)驗(yàn)和真實(shí)食物的結(jié)果之間的差異，真正的食物系統(tǒng)的復(fù)雜性（如包裝食品中脂類(lèi)和非脂類(lèi)含量、比例和分布不同，某些物理和化學(xué)參數(shù)如水分活度、pH等的波動(dòng)等）使在實(shí)驗(yàn)室獲得的良好的監(jiān)測(cè)結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中效果降低；4）新鮮度指示劑（傳感器）的成本高，目前智能包裝的成本預(yù)計(jì)為最終包裝總成本的50%~100%，然而大多數(shù)食品的包裝成本不應(yīng)超過(guò)貨架上商品總成本的10%[67]。

因此為了開(kāi)發(fā)低成本安全的指示標(biāo)簽和傳感器，需要建立特定的食品數(shù)學(xué)模型，讓消費(fèi)者的品質(zhì)感知轉(zhuǎn)化成可測(cè)量的信息。指示劑或傳感器與新技術(shù)結(jié)合，例如價(jià)格低廉和使用方便的印刷電子技術(shù)，將有助于智能系統(tǒng)與包裝材料的集成。可以通過(guò)在多種不同的襯底上沉積導(dǎo)電油墨層制造電子設(shè)備；先進(jìn)的油墨技術(shù)，如石墨烯油墨，其獨(dú)特的機(jī)械靈活性、高導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性等綜合性能，使其成為下一代電子產(chǎn)品的理想選擇；分子印跡技術(shù)具備對(duì)目標(biāo)分子富集和特異性選擇的優(yōu)點(diǎn)，分子印跡技術(shù)作為仿生生物傳感器和具有選擇性吸附目標(biāo)物的優(yōu)勢(shì)，在智能包裝監(jiān)控食品新鮮度上有較大的發(fā)展空間[68]。

智能包裝的另一個(gè)巨大潛力是將生物傳感器集成到RFID系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳達(dá)產(chǎn)品狀態(tài)信息，進(jìn)而改善產(chǎn)品安全性和庫(kù)存管理便捷性，并減少損失，為商業(yè)應(yīng)用提供巨大的發(fā)展空間，并為 包裝的智能化體系的理論研究提供更多思路。