智能包装是一种能够实现智能功能(如检测、传感、记录、跟踪、通信)的包装系统,能促进决策,延长货架期,增强食品安全性,提高食品质量,提供食品相关信息,并预警潜在风险[1]。智能包装不仅能提供有关产品本身的信息(产地、理论有效期、成分等),而且还能告知产品内部环境的相关信息(储存条件、顶空气体成分、微生物生长等)。欧共体框架法规《食品接触材料框架法规》 1935/2004、450/2009、2020中,承认智能包装为一类控制包装食品状态或周围环境的材料和物体,该系统通常作为标签黏附、复合或印刷于食品包装材料上,以此检查产品质量,跟踪关键指标,并在整个食品供应链(存储、运输、分销)中提供更详细的信息[2]。

在产品-包装-环境相互作用的复杂系统中,智能包装旨在向制造商、零售商或消费者传达与食品质量相关的信息,不直接延长食品保质期,也不具备活性包装(active packaging)的活性成分释放/吸收功能。因此,活性包装被视为传统食品包装保护和保藏功能的延伸,而智能包装被视为其通信和营销功能的延伸[3]。

近年来,新型环保包装材料的开发以及创新的包装理念正驱动着市场,使用可生物降解和可再生材料成为保护环境、废弃物综合利用的必然选择和研究热点。为此,生物聚合物应运而生,引领循环经济和可持续发展。欧洲生物聚合物组织将生物聚合物定义为生物基(部分或全部)或可生物降解的塑料材料,或兼具2种特性的材料。“生物基”是指材料或产品来源于生物质,“可生物降解”是指它可以通过环境中可用的活生物体降解为基本物质,如水、二氧化碳、甲烷、基本元素和生物质[4]。生物聚乙烯(bio-PE)、生物聚对苯二甲酸乙二醇酯(bio-PET)、生物聚丙烯(bio-PP)等材料虽然属于生物基,但不可生物降解;聚己二酸丁二烯-对苯二甲酸酯(PBAT)、聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)等材料可生物降解但并不属于生物基;既属于生物基又可生物降解的材料包括多糖(淀粉、纤维素、壳聚糖等)、蛋白质(胶原蛋白、明胶、大豆蛋白、玉米醇溶蛋白、小麦面筋等)、脂质(脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯、米糠脂)、改性生产的生物基材料(醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、硝酸纤维素、再生纤维素、羧甲基纤维素、木质纤维素产品、壳聚糖等)、可再生生物基单体化学合成的聚乳酸(PLA)以及由微生物或转基因细菌产生的聚合物[聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)、聚羟基链烷酸酯(PHA)和细菌纤维素]等[5]。

目前,多糖、蛋白质、脂质及其复合物已被应用于智能包装研究中,由这些物质复合制备而成的材料能够起到协同增效的作用,提高薄膜的机械性能和阻气、阻湿性能。使用既属于生物基又可生物降解的包装材料能够真正实现绿色环保和可持续发展,以此减轻传统包装材料造成的环境、公共健康和经济负担。

生物基智能包装指示器旨在直观地传达给消费者某种物质是否存在,2种或多种物质之间反应的程度或特定物质或一类物质含量等有关的信息。例如,通过颜色(或颜色强度)变化或染料扩散提供有关食物的即时信息(视觉,定性或半定量)[6];通过视觉变化报告产品或其环境的变化(温度、pH值):时间-温度指示器(TTI)、氧气指示器、舒适指示器和新鲜度指示器等[7]。

随着多糖、蛋白质和脂质等可生物降解基材薄膜的研发及应用,与之相应的智能包装不再局限于传统的物理、化学、电化学指示器和传感器,而是对生物传感器提出了更深、更广泛的需求。为此,本研究基于可生物降解的生物基薄膜载体,从天然色素指示剂成分,指示器类型、特点以及应用等方面对近年来的生物基智能包装指示技术展开分析。

1 天然色素类生物基智能包装膜指示剂

指示剂被定义为通过特征变化,尤其是颜色变化来指示另一种物质的存在、不存在,含量,或2种或多种物质之间反应程度的物质。与传感器相比,指示器不由接收器和传感器组件组成,而是通过视觉变化直接向消费者传达信息[8]。以新鲜度指示器为例,其原理如图1。

负载天然色素的生物基指示器的主要制备工艺如图2[9],包括辊筒流延成型、热压成型和平版浇注成型等方法,整个生产过程包括磁力搅拌、加热溶解、混合、均质、冷却、挤出、浇注、流延、热压和干燥等系列单元操作。天然色素在适当的温度和时间条件下均匀混合于生物基聚合物载体(糖类、蛋白质、脂类及其复合物)中,形成成膜溶液,通过成膜溶液中溶剂的干燥蒸发成型。其中,干燥温度受限于天然色素中活性物质的热敏性。流延法和热压法适用于工业化连续生产,但高温热处理会对天然色素的稳定性产生负面影响;浇注平版法对天然色素的影响较小,但尚不能实现大规模批量生产,适用于实验室研究。

传统包装多使用二甲酚、溴甲酚蓝、甲基红等一些合成色素作为智能包装指示剂[10],这类化合物存在潜在的毒性与致突变性,从健康角度出发,不适用于食品包装材料。因此,开发可再生、无毒的天然色素指示剂取代此类有毒染料潜力可期,其作为食品接触材料不但能够提高食品安全性,同时也满足了消费者对安全食品的期望。绝大多数天然色素来源于植物,如花青素、叶绿素、姜黄素、甜菜素等(图3[11])。天然色素与合成色素的对比如表1。

1.1 花青素指示剂

花青素作为一种水溶性色素,主要来源于紫甘蓝、黑枸杞、蓝莓等植物,是目前研究最为广泛的植物化合物之一。花青素的功能和物理性质主要受其来源多样化的影响。目前,自然界中发现的花青素种类已经高达600多种[12]。花青素根据苯环上的取代基分为6种常见的形式:天竺葵素(pelargonidin)、矢车菊素(cyanidin)、芍药素(peonidin)、矮牵牛素(petunidin)、飞燕草素(delphinidin)和锦葵素(malvidin)。花青素具有典型的C6-C3-C6骨架结构,根据B环上羟基和甲氧基的数目和取代基位置的不同,花青素会发生不同颜色的变化,并且结构随着pH值的变化而改变。图4为花青素在不同pH值下结构的变化[13]。当处于强酸条件下时,花青素溶液主要以黄烊盐离子存在,呈现红色;随着pH值的增大,C环氧上的阳离子发生水合反应,变成无色的甲醇假碱;当pH值逐步趋于碱性时,其主要结构为喹啉碱,从而变为蓝色/紫色;当pH值进一步增大时,查尔酮结构占主导地位,出现黄色[14]。

因此,花青素可以作为pH指示剂,用于智能包装中监测食品的新鲜度。此外,花青素具有较强的抗菌和抗氧化性能,这些性能对食品包装贮藏也发挥了重要作用。温度、湿度、气体、压力、光、化学反应(溶剂、酶、金属离子)等环境条件也影响着花青素的变化,据此,时间-温度指示器、气体指示器也都有望将花青素作为指示剂使用。

1.2 叶绿素指示剂

叶绿素存在于各种绿色植物中,具有抗氧化特性和高营养价值,可通过清除自由基来防止细胞的氧化损伤,并通过与胃肠道结合来帮助清除致癌物,抑制癌细胞生长[15]。pH值影响下叶绿素转化为脱镁叶绿素是绿色蔬菜变色的关键原因。在结构上,叶绿素以卟啉环为主要结构,环状对称四吡咯,中心金属原子为镁,叶绿醇疏水基易于与氧气发生反应,并导致活性氧的形成,氧化其他有机化合物,包括脂类和蛋白质等。在酸性条件下,叶绿素脱去镁离子变成脱镁叶绿素,颜色从绿色变成橄榄绿(图5)。研究表明:叶绿素a和叶绿素b的分解速度会随着pH值的降低而加快,大部分分解发生于pH值小于4时;当pH值大于11时,叶绿素的分解速度将减慢[16]。叶绿素不但与花青素一样可以用于食品新鲜度的监测,也可以监测包装内部的氧气环境,作为气体指示器的指示剂应用于智能包装中。

1.3 姜黄素指示剂

姜黄素是一种多酚类化合物,难溶于水,易溶于有机溶剂,大多从姜科植物的根茎中提取。姜黄素是由七碳链(庚烷)连接2个芳基组成,2个环上都连有一个羟基和一个甲氧基取代基。姜黄素对pH值十分敏感,它会影响姜黄素的酮-烯醇平衡,见图6。当溶液呈酸性时,姜黄素结构主要为酮式;当溶液呈碱性时,主要为烯醇式[17]。酮-烯醇的平衡虽然赋予了姜黄素较高的pH值敏感性,但也成为了其稳定性低、溶解度低的主要原因。 姜黄素可以作为新鲜度指示器的指示剂监测食品的新鲜度。此外,温度也对姜黄素的稳定性产生影响,可以将姜黄素作为温度指示剂应用于智能包装中。但由于姜黄素溶解度低,且颜色变化从黄色到橙红色,不如花青素明显,具有一定的局限性。

1.4 甜菜素指示剂

甜菜素是水溶性酚类色素,从甜菜根、红火龙果、仙人掌果等植物中获得,其中,红火龙果皮是甜菜素的主要来源,具有抗菌、抗氧化、抗血脂和抗癌等特性[18]。化学结构变化导致甜菜素颜色不同,根据颜色可将其分为甜菜红素和甜菜黄素,均由同一个前体物质——甜菜醛氨酸分别与环多巴和氨基化合物缩合而成。不同pH值时甜菜素的结构见图7。甜菜素较花青素更为稳定, pH值为3～8时,结构不受影响,呈稳定的紫红色;当pH≥8时,甜菜红素发生水解,颜色呈黄色。除pH值外,温度、湿度、气体、光照、金属离子等多种因素都会影响甜菜素的稳定性[19]。与花青素一样,甜菜素可以作为新鲜度指示器、时间-温度指示器和气体指示器的指示剂使用,同时还能赋予包装薄膜抑菌抗氧化的功能。

2 色素类生物基智能指示器研究进展

生物基智能指示器根据材料的功能特性分为3类:新鲜度指示器、时间-温度指示器和气体指示器。

2.1 生物基新鲜度指示器

2.1.1 作用机理

新鲜度指示器的制备及功能见图8[20]。新鲜度指示器由固相载体和对pH值变化敏感的染料2个重要的部分组成[21],它提供了食品中微生物生长或化学变化导致产品质量变化的直观信息。产品质量变化使食物内部pH值改变,而指示器颜色会随着pH值的显著变化而发生改变[11, 22]。微生物的生长与pH值的改变有关,因为pH值的升高与降低和微生物的代谢产物相关,如大肠杆菌在繁殖过程中产生甲酸等物质,在微生物实验中也会以产酸产气作为其培养成功的标准;一些霉菌会分解蛋白质产生氨气(NH3),使环境呈现碱性。除了微生物的作用,食品中的酶也会分解蛋白质、糖和脂肪等物质,产生酸性的硫化氢(H2S)和碱性的NH3。此外,油脂酸败等非酶作用也会使包装环境中的pH值发生改变。由于新陈代谢和微生物的生长,果蔬、乳制品的pH值会随着贮藏期间有机酸含量的变化而变化,而挥发性盐基氮类化合物,如二甲胺、三甲胺、组胺、酪胺的产生会导致高蛋白食品(肉类、海鲜等)的pH值变化[23],将新鲜度指示器应用于这些食品包装中,可直观地向食品制造商、零售商和消费者提供食品品质的信息(图9[24]),从而避免食物的浪费。

2.1.2 研究概况

一些研究使用人工合成色素作为新鲜度指示剂[25-27],虽然相较于天然色素其着色效果更好、稳定性更高,但从消费者健康角度出发并不可取,因此,采用无毒、安全且能再生的天然色素作为新鲜度指示剂是理想的替代方案。花青素、叶绿素、姜黄素、甜菜素均为对pH值敏感的色素,都能随pH值的变化产生结构及颜色的改变。

花青素在强酸条件下稳定性较高,随着pH值的增大,颜色逐渐偏蓝,并在碱性下变为黄色,但由于花青素的来源不同,颜色的变化也不尽相同。Zhang等[28]从紫荆花中提取花青素作为染料,以壳聚糖为基材制备薄膜,在pH值从2.2升至9.0时,薄膜的颜色由红色变为绿色。将该薄膜应用于猪肉和鱼肉包装实验,发现pH值与猪肉和鱼肉样品的新鲜度密切相关,猪肉和鱼肉在25 ℃下放置12 h,薄膜颜色均无明显改变;12 h后随着微生物的繁殖和蛋白质的分解,内部环境的pH值逐渐升高,薄膜由紫色转为棕色,其中,猪肉包装在24 h后薄膜由棕色变为绿色,直至48 h后完全变绿;鱼肉包装则在16 h后开始发绿, 24 h后完全变绿。You等[29] 以黑加仑花青素为染料,将其加入魔芋葡甘露聚糖羧甲基纤维素复合基质中制备智能指示膜,在pH值从 2升至12时,薄膜颜色由红色逐渐变为黄色,将其用于鲫鱼包装,发现随着鲫鱼的腐变,24 h后薄膜开始起皱;36～48 h时,薄膜由粉紫色变为浅黄色,随着时间的延长黄色逐渐加重。花青素的加入对薄膜的性能也会产生影响,因其自身的功能特性,可提高薄膜的抗氧化性能,并且因花青素与成膜基质的分子间相互作用,薄膜的交联度增强,机械性能和热稳定性提高[30]。

叶绿素相较于其他色素稳定性更强,在酸性条件下,其分子结构中心的镁离子被氢离子取代,形成褐色的脱镁叶绿素,使颜色变深。Chavoshizadeh等[31]观察到含有叶绿素的面筋膜可延长芝麻油的保质期,还可依据颜色的改变感知油脂的氧化酸败信号。

姜黄素比花青素更为稳定,在碱性条件下会逐渐变红,并且比酸性条件下更加稳定。此外,姜黄素难溶于水的特性还能提高薄膜的耐水性。Li等[32]以大豆分离蛋白和姜黄素为原料,采用共混合pH值驱动的方法制备了不同的智能比色膜。实验发现加入了姜黄素的薄膜具有更高的延展性和耐水性,并且在虾的贮藏实验中发现薄膜颜色的变化与虾的腐败存在关联。

甜菜素通常比花青素稳定,其稳定pH值为 4～6。Kanat[33]研制了含有苋菜叶提取物的智能包装薄膜,并将其用于监测鱼和鸡肉的新鲜度,薄膜显示颜色从红色到黄色的明显变化,这与pH值、挥发性盐基氮和微生物数量的变化都具相关性。

随着绿色包装的发展及科技的进步,更多先进的生产工艺逐步应用于新鲜度指示器。Aghaei等[34] 利用静电纺丝技术制备了醋酸纤维素纳米纤维指示器,并将其用于监测虹鳟鱼的新鲜状态,随着虹鳟鱼的腐变,纳米纤维指示器的颜色由黄色转为紫色。近年来,电化学书写方法已被成功应用,Wu等[35]采用了一种在多糖薄膜上“书写”或刻蚀的电化学方法,通过将负电位偏置在接触壳聚糖/琼脂糖/花青素水凝胶表面的不锈钢丝(作为笔)上,局部产生的pH值变化引起花青素的颜色变化,并能在水凝胶上写入文字和图案等不同程序信息。水凝胶中写入的文字或图案,在水凝胶干燥固化后,这些信息不再发生改变。此外,发现该薄膜的颜色对鲫鱼变质进程有较强的响应性变化。

2.2 生物基时间-温度指示器

2.2.1 作用机理

在食品的供应链环节,温度是影响食品品质的重要因素,物流中的高温及温度波动均不利于食品的储存。 TTI用于检测和跟踪包装食品在贮存和分销过程中的质量和安全性,判别其在储运中是否长时间暴露于高温下[36]。TTI可以作为食品包装的一部分,显示并提供在特定温度和特定时期产品的质量信息,它需要对温度变化做出连续、清晰、不可逆的反应[37]。TTI应用于智能包装时,消费者可以通过颜色的改变等视觉信息判断食品是否变质。TTI的工作原理见图10[8]。

根据颜色变化的不同机理,TTI分为化学TTI、物理TTI、生物TTI和酶促TTI[38]。化学TTI主要包括基于聚合反应的TTI(利用聚合反应的不可逆性,反应速率随温度升高而加快,可见吸收峰吸收光谱由高波段向低波段偏移,从而颜色发生改变)、基于光致变色的TTI(利用逆反应热诱导褪色原理)和基于氧化反应的TTI(利用氧化还原反应或光诱导氧化还原反应显示颜色变化)。根据工作原理,物理TTI包括扩散型TTI(利用有色材料随着环境温度的升高在多孔物质中扩散的原理)、纳米颗粒型TTI(具有热致变色特性的纳米材料吸收到热量时,纳米粒子的表面形貌会发生改变,从而显示出不同的色度信号作为响应)、电子TTI(作为热传感器将温度信号转换为电信号,然后将电信号转换为最终的视觉输出)等。生物TTI中使用最多的是酵母(酵母在特定温度下发生厌氧呼吸产生酸,从而导致pH指示器的颜色变化)和乳酸菌(利用乳酸菌产生的乳酸在一定条件下改变pH值,从而导致pH指示器颜色变化)。酶促TTI是基于酶与底物的水解反应,从而引起颜色的变化,与其他类型相比具有成本低、性能稳定、易于控制等优点[38]。

2.2.2 研究概况

针对装载天然色素的TTIs智能包装目前已有一定的研究。用于TTIs的天然色素主要为花青素和叶绿素。花青素具有在不同温度下显示颜色变化的特性,可作为智能包装系统中温度变化的天然指示物。多项研究都观察到,暴露在30 ℃以上环境中的花青素会发生颜色变化[39-42]。Shaked-Sachray等[39]研究了高温和金属离子含量对紫菀花中花青素积累的协同影响,观察到花青素在高温(>30 ℃)下降解并变色。Maciel等[43] 以花青素为原料,研制了一种可生物降解的智能温度指示包装材料,发现在不同的温度(40～70 ℃)下,其颜色不可逆转地从浅紫色变为浅黄色。叶绿素颜色的变化也与温度密切相关,高温下叶绿素被分解,形成褐色的脱镁叶绿素。Maciel等[44]将叶绿素加入壳聚糖薄膜中,制备出了能够监控温度变化的智能指示系统,该系统在50～75 ℃不可逆地从绿色变成黄色,具有比色温度指示的巨大潜力。

除了色素显示法,酶法为TTIs的另一研究热点。近年来,几种基于不同酶的TTI已得以开发,如脂肪酶、淀粉酶、磷脂酶、脲酶、漆酶等[45]。Chun等[46]研制的酶促TTI,根据酶促反应的时间周期和温度累积效应导致的颜色变化(从绿色到红色)来指示肉馅的质量。Meng等[47]利用淀粉酶研制了一种由琼脂涂层和海藻酸钠、碘、直链淀粉和葡萄糖淀粉酶微胶囊涂层组成的TTI酶,用于控制冰鲜猪肉的品质。Quelhas等[48]根据多酚氧化酶与酚类的酶促反应原理,开发了新型TTI,并应用于樱桃的保鲜贮藏中,多酚氧化酶和酚类化合物之间发生的羟基化反应使颜色变化,量化的色度变化与水果的保质期高度关联。乔磊等[49]研制出的新型碱性脂肪酶型TTI可以指示冷鲜猪肉在贮藏过程中品质的变化,该TTI在货架期内无论恒温或变温条件下都具有较好的显色稳定性。

晚期糖基化终产物(advanced glycation end products, AGEs)通过食品的美拉德反应形成,尤其是二次加热的食品会导致慢性疾病的发生。近几年,有研究利用美拉德反应作为TTI监测食品中荧光AGEs的形成。Hu等[50]利用赖氨酸和木糖的美拉德反应研制了基于美拉德反应的TTI,该系列可用于各种复热食品中AGEs含量的监测。Ye等[51] 采用同样方法,研发出了一种冷敏TTI,通过动力学方程建立了TTI的颜色随时间和温度的变化关系,并且TTI的活化能值(Ea)与鲭鱼的活化能值相近,TTI的颜色变化与鲭鱼中总挥发性盐基氮含量之间存在良好的相关性,表明该新型TTI具备监测鲭鱼新鲜度的应用潜力。

2.3 生物基气体指示器

2.3.1 作用机理

生物基气体指示器通常以标签的形式放置在包装内部,以监测由于包装材料的渗透作用、微生物代谢作用以及食物基质的酶或化学反应而引起的包装内气体的变化[1]。气体指示器对CO2、O2、H2S等气体以及胺、酮等挥发性化合物均十分敏感[52]。比色气体指示器主要以不干胶标签、印刷层或与薄膜共混复合等3种方式呈现[36]。这类智能包装方法比使用仪器分析更加方便快捷,并大大节约了时间和劳动力成本。天然色素作为气体指示剂的原理是当其暴露在某些气体中时,会因化学反应而导致颜色改变。

2.3.2 研究概况

紫甘蓝花青素对NH3敏感,与其接触后由紫色变为黄绿色[53]。Ma等[54]发现姜黄素也会对NH3出现颜色响应。此外,许多类胡萝卜素暴露在O2中时,由于氧化反应发生褪色,因此也可将类胡萝卜素用作氧气传感器[55]。食品在包装贮藏过程中,难免变质,果蔬产生乙烯,微生物生长会产生CO2,因此,包装内的CO2浓度是果实品质评估的重要指标。Saliu等[52]将生物基薄膜传感器暴露于不同浓度的CO2下,利用聚赖氨酸和花青素混合物评估薄膜的CO2敏感性,发现薄膜颜色随CO2浓度变化产生不同响应。肉类和海鲜等一些蛋白质含量较高的食品,长时间储存会产生某些挥发性物质,即总挥发性盐基氮,这是评估高蛋白含量食品新鲜度的重要指标。Yao等[56]从梨果仙人掌中提取出甜菜素应用于虾的包装保藏指示中,发现随着虾中总挥发性盐基氮含量的增加,智能薄膜的颜色由紫色变为橙色。

3 总结与展望

综合比较各类天然色素指示剂,花青素在智能包装中的应用研究最为广泛,其颜色变化比其他色素更为显著,更易受温度、光照、气体、湿度等环境因素的影响,来源更广,可应用于各类指示器的开发;叶绿素对酸性、高温等环境更为敏感,更适用于监测油脂等易氧化酸败的食品,以及监测外部环境温度是否利于食品保藏;姜黄素相较于易溶于水的花青素,难溶于水易溶于有机溶剂,更适合作为新鲜度指示剂应用于高含水量食品,但具有颜色变化远不如花青素明显的局限性;甜菜素也适用于各类指示器,但来源有限。

以可生物降解的生物基材开发食品智能包装是绿色包装和可持续发展的重要途径之一,其中高气体阻隔性的生物基材能够提高食品在供应链中的品质与安全性。通过智能包装与活性包装的协同作用,在材料的制备过程中通过涂布、层合和共挤复合工艺,合理纳入天然抗菌剂(芥末、蓖麻油、山葵等)和抗氧化剂(生育酚、抗坏血酸、多酚等)进行改性,能够功能靶向性调控包装内环境,抑制食品包装中微生物的生长与繁殖,避免食品氧化,延长食品货架期。基于此类基材开发天然色素型的生物基智能指示器,自身具有较强的抗氧化功能,既可以表征食品内部pH值的变化,还能有效监测包装内环境温度以及气体浓度的动态变化,实现感知、监控、记录、追溯和提供食品质量信息的目的。

可生物降解智能包装在食品安全贮运、碳中和方案中的应用展示着巨大的潜力和驱动力,但同时也需要严格监管,必须遵循立法获得食品接触批准,控制风险性迁移作用。目前多数产品仅处于实验室研究阶段,不具备工厂规模化生产的能力,一些材料的光学性能、机械性能和稳定性能等尚达不到商用要求。此外,天然色素的提取成本相较于人工合成色素也更高,其稳定性问题也有待解决。智能包装要求极高的灵敏性和特异性指标,若监测出现失误,则非但不能避免食品浪费,还会使消费者误判导致更大的浪费。因此,智能包装指示器的安全性、选择性、灵敏性、高效性和温度适应性等研究将成为生物基传感领域未来需要解决的关键问题。

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Research Progress of Bio-Based Intelligent Packaging Indicator Loaded with Natural Pigments

LEI Qiao1,2, ZHANG Wenhui1

(1.College of Food Science and Technology, Shanghai Ocea University, Shanghai 201306, China;2.Shanghai Engineering Research Center of Aquatic-Product Processing &Preservation, Shanghai 201306, China)

Abstract： Intelligent packaging indicator can provide consumers with effective information such as freshness, safety or environmental conditions (temperature, pH value, gas atmosphere) of packaged food, based on its ability to detect, sense and record changes in product environment, which is an extension of traditional packaging’s ability to spread information. It also helps to improve the Hazard Analysis and Critical Control Point (HACCP) and Quality Analysis and Critical Control Point (QACCP) systems, which help to detect unsafe food on site, identify potential health hazards, and develop strategies to reduce or eliminate occurrence of food safety issues. Bio-based intelligent packaging system has attracted much attention because it uses degradable and renewable materials to visually display information related to the quality of packaged food in the supply chain to consumers, which conforms to the needs of circular economy and sustainable development. In this paper, the structural mechanism, functional adaptability types and functions of environment-friendly intelligent packaging indicators (pH sensing, time-temperature sensing and atmosphere sensing, etc.), which used natural pigment (anthocyanins, chlorophyll, curcumin and betalains, etc.) as sensitive element and bio-based polymer (polysaccharides, proteins, lipids and modified cellulose, etc.) as carrier, as well as the new trend and new progress in monitoring food quality, storage and transportation environment, were reviewed.

Keywords： intelligent packaging; bio-based polymer; natural pigment; indicator; food preservation

doi：10.12301/spxb202300271

文章编号：2095-6002(2024)01-0020-12

引用格式：雷桥,张文惠.负载天然色素的生物基智能包装指示器研究进展[J]. 食品科学技术学报,2024,42(1):20-31. LEI Qiao, ZHANG Wenhui. Research progress of bio-based intelligent packaging indicator loaded with natural pigments[J]. Journal of Food Science and Technology, 2024,42(1):20-31.

中图分类号： TS206; S609+.3

文献标志码： A

收稿日期： 2023-05-05

基金项目： 上海市教育委员会产学研项目(15cyx69)。

Foundation: Industry, Academia and Research Project of Shanghai Education Commission (15cyx69).

第一作者： 雷 桥,女,副教授,博士,主要从事功能性食品包装方面的研究。

(责任编辑：张逸群)