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气敏类智能包装标签工夫的琢磨开展
发表于:2020-02-22 10:06 分享至:

  随着人们生活质量的提高,消费者对食品的新鲜度、风味稳定性和贮存期有了更高的要求,同时希望食品包装能够监测食品内部质量变化,并满足可追溯性要求。

  随着人们生活质量的提高,消费者对食品的新鲜度、风味稳定性和贮存期有了更高的要求,同时希望食品包装能够监测食品内部质量变化,并满足可追溯性要求。氧气、二氧化碳和氮气是食品气调包装中常用的3种气体,水产类产品在贮藏过程中,都伴随着硫化氢和氨类等气体或气味的释放。由此,可通过包装上某种特定气体敏感性智能标签的颜色变化或与传感器的信息通讯,来有效监测被包装食品的质量、新鲜度及安全性,防止由于食品的过期、污染、泄露、变质等原因造成的消费者不适,以满足消费者需求,使人们放心购买和使用产品。气敏型智能包装是一个不断发展的领域,在保护和改善食品特性方面发挥着重要作用,有利于完善食品安全标准体系,有利于促进智能包装技术的进步。

  智能包装指在传统包装中,采用新型的包装材料、结构或形式,以保证内装物的质量,避免流通过程中可能受到的损坏,对商品的质量和安全性进行积极干预与保障,同时记录与反馈产品质量信息及包装内部环境的情况。智能包装技术是集合了多元知识基础的新兴技术分支。根据研究方向不同可以将其分为功能控制型和信息型,其中功能控制型包括功能材料型和功能结构型。

  信息型智能包装技术是一种以反映包装内装物及其内在品质和运输、销售过程信息为主的新型技术。气敏型智能包装属于信息型智能包装中的一种,它通过不同类型的传感器对食品包装的内环境进行检测,包括包装内部环境的温湿度变化、产品的新鲜度变化等信息,将这些信息反映在消费者可以看到的指示标签上。从而保证消费者在购买产品时,能够根据这些信息判断商品所处的状态,同时也为供应商和销售商的售后工作提供了更加便捷的途径。

  在气敏型智能包装系统中有2种常用方式,用于存储或传输数据的数据支持系统(条形标签或射频识别)以及包装中的生物传感器和指示标签,这2种方式都可以检测或控制包装内部环境和产品质量。文中针对气敏型智能包装标签技术这一方面,主要阐述了泄漏指示标签、新鲜度指示标签和射频识别标签的原理及研究进展,以及CO2敏感型智能包装传感器的制作及应用。

  目前常用的气敏类智能包装能够监测的气体包括水果及奶制品中残留的O2和产生的CO2,鱼类食品产生的挥发性含氮化合物,肉制品腐败所产生的硫化氢,果蔬食品产生的乙烯。这里从以下3个方面进行论述。

  对于新鲜肉类或果蔬类食品,在包装中由于其细胞的呼吸作用,会使内部的氧气体积分数维持在2%~5%的水平、CO2体积分数维持在20%~80%的水平,有利于食品的保存。如果包装袋发生泄漏,则会影响内部气体组分,导致氧气含量增加、CO2含量降低,从而加快食品腐败。泄漏指示标签通过将氧气敏感型或CO2敏感型指示标签放置于包装内部,可直接接触并监测内部气体氛围,当包装袋发生泄漏或包装完整性被破坏时,指示标签会发生颜色的改变,提醒消费者注意食品质量安全。该标签有一层无毒的、具有氧化还原作用的表面涂层,通常为亚甲基蓝染料,当氧气体积分数为0.1%或者处于无氧环境中时,标签呈现粉色或者黄色,而与氧气接触后会逐渐变为蓝色。

  Matindoust等研究了食品智能包装泄漏指示标签,通过对包装内不同种气体的跟踪检测,利用导电聚合物与金属氧化物复合材料制备得到多种气体识别传感器,能够监测食品在贮运中的质量变化,并具有体积小、效率高、响应时间短的特点。Meng等研究了监测CO2和氧气浓度变化的纳米生物传感器,可用于实时监测农产品的新鲜度和质量,讨论了对CO2或氧气敏感的传感器的详细信息,及其被用于农产品和食品包装中质量监控的可能性。李慧杰等以钛酸丁酯为原料,采用微波辅助水热法制备了具有较高光催化活性的锐钛矿型纳米二氧化钛,并将其作为光催化剂制备了氧气指示剂智能油墨,将这种油墨制成的氧气指示薄膜放置在空气中,遇到氧气后于30 min内可完全恢复至初始颜色。颜色恢复的速率与氧气浓度成正比,因此这种智能氧气薄膜在食品包装行业有着很大的应用前景。

  食品新鲜度影响食品的质量以及消费者的饮食安全,也直接影响生产商与经销商的销售利润。传统食品包装中,消费者通过辨别食物颜色、气味等方法判别食品的新鲜程度,这种方法与实际情况产生的误差较大,容易引发食品安全问题。食品新鲜度主要受到包装内腐败微生物的影响,以及微生物代谢反应产生的CO2、乙醇、有机酸、氮化物、硫化物、生物胺等物质的影响。新鲜度指示标签能够通过颜色指示剂间接检测代谢产物,或利用生物传感器对代谢物进行直接检测。以标签的形式贴在包装袋或包装容器内侧,由感应器检测包装内环境的变化,并由指示器通过标签颜色的变化表现出来,见图1。

  Mills等利用对pH较为敏感的荧光颜料HPTS(8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐,分子式为C16H7Na3O10S3)与LDPE共挤,制成HPTS-LDPE薄膜,用来检测气态与溶解的CO2含量的变化。HPTS-LDPE薄膜的发光强度(515 nm)和吸光度(475 nm)随着周围环境中CO2含量的增大而降低,以此来检测微生物代谢产生的CO2,具有很快的响应速度、稳定的性能,且使用期限大于6个月,能够达到较好的新鲜度指示效果。孙媛媛选用溴甲酚紫为指示剂,制备了一种应用于冷鲜猪肉包装的新鲜度指示标签,由挥发性盐基氮表示猪肉的新鲜程度,色差与感官评定的分数表示指示标签的颜色变化。实验结果表明,所制备的新鲜度指示标签的色差变化与猪肉挥发性盐基氮变化呈线性关系;当猪肉新鲜度降低到一定程度时,指示标签由黄色变为绿色。由此可见,所制备的新鲜度指示标签可以用于指示包装猪肉的新鲜程度。王桂莲等设计了一种以红萝卜色素溶液为pH敏感剂的草莓新鲜度智能指示标签,当草莓从新鲜状态向变质过渡时,指示标签的颜色从紫褐色变为蓝紫色,并最终呈现为鲜桔红色。

  无线射频识别(RFID)是一种无需接触的射频信号识别技术,它由一块微型芯片和环绕在外侧的天线组成,用于存储和交换产品在生产、流通、销售等各个环节的实时信息,以实现产品信息的自动识别和可追溯性。它的工作原理是当产品上的RFID标签进入读写器的磁场范围时,RFID中的微型芯片会感应到读写器的信号,并将存储在芯片内的产品信息传输到读写器中,与读写器相连的计算机会读取所需数据,同时也可以将新的数据写入芯片。应用于食品包装上的RFID标签见图2,它能够记录食品的生产时间、产地、运输过程等信息,同时可以与其他类型的智能标签(如CO2传感器、新鲜度指示标签)结合使。


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