沈 力,胥 義,*,占錦川,朱軼峰,王 健,王海山

(1.上海理工大學(xué)食品質(zhì)量與安全研究所,上海 200093;2.上海農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心,上海 200060)

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智能化標簽在食品包裝中的應(yīng)用及研究進展

沈 力1,胥 義1,*,占錦川2,朱軼峰2,王 健2,王海山2

(1.上海理工大學(xué)食品質(zhì)量與安全研究所,上海 200093;2.上海農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心,上海 200060)

食品智能化標簽作為新型食品包裝技術(shù),能主動表征食品的質(zhì)量與新鮮度,具有科學(xué)性、客觀性及直觀性等特點,同時也有助于增強消費者對于新鮮食品的購買信心。食品智能化標簽一般分為溫度型和氣體型兩大類,文章詳盡闡述了其工作原理、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。特別是近年來智能化標簽與信息化傳輸技術(shù)相結(jié)合,正逐漸成為食品智能標簽發(fā)展的新方向,這必將有助于提升食品安全監(jiān)控的便捷性和可控性,促進食品供應(yīng)鏈信息化的快速發(fā)展。

智能化標簽,溫度型,氣體型,食品供應(yīng)鏈

食品的新鮮度是影響食品品質(zhì)、安全、價格等最重要因素之一,它決定著食品的食用安全系數(shù)、消費者的購買意愿、生產(chǎn)商以及銷售商的利潤[1]。近年來,隨著消費者對于食品質(zhì)量與新鮮度信息需求的增強,也促使著食品質(zhì)量安全監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展,特別是如何快速識別食品的新鮮度已逐漸成為食品領(lǐng)域中研究的熱點[2]。

傳統(tǒng)的食品品質(zhì)測定方法,主要通過物化分析法,例如濕化消化法、干灰化法、氣相色譜法、液相色譜法、氣相-液相色譜聯(lián)合法等[3],但其檢測工序相對繁瑣,耗時較長,樣本量少,且測定時需破壞相應(yīng)樣品的外觀及結(jié)構(gòu)[4]。近年來逐漸興起的氣體檢測技術(shù)[5]、計算機視覺技術(shù)[6]、近紅外光譜技術(shù)[7]、核磁共振檢測技術(shù)[8]、生物傳感技術(shù)等[3],它們均屬于無損檢測法,依據(jù)食品力學(xué)特性、光學(xué)、電學(xué)、生物特性等,在不破壞食品本身結(jié)構(gòu)的前提下檢測該食品的品質(zhì)。雖然上述食品品質(zhì)檢測技術(shù)能快速檢測出食品理化指標等新鮮度表征數(shù)據(jù),但此類數(shù)據(jù)信息并不能跟隨著易腐食品質(zhì)量的變化,實時地呈現(xiàn)所購食品確切的質(zhì)量的實時變化與新鮮度的現(xiàn)狀[9]。2005年,Joseph等首次提出了智能化標簽的定義及其相關(guān)概念[10],通過食品包裝中指示標簽顏色隨所經(jīng)歷環(huán)境的變化,從而達到食品品質(zhì)與新鮮度可視化的監(jiān)控,并為管理人員提供了科學(xué)化的管理手段。近年來,國內(nèi)外許多公司與研究團隊一直致力于這項工作,食品智能標標簽已在部分產(chǎn)品中得到相應(yīng)商業(yè)化的應(yīng)用[11-15]。本文將從智能化包裝標簽的意義、分類、原理等角度綜合歸納分析食品智能化包裝標簽的應(yīng)用和研究進展情況。

1 食品智能包裝標簽的定義及分類

智能標簽系統(tǒng)是一種能夠準確表征食品新鮮度,并將食品新鮮度信息直觀反饋于消費者的一種可視化標簽。可根據(jù)食品所歷經(jīng)的溫度、時間等環(huán)境參數(shù)的變化來直觀表征包裝內(nèi)部食品的質(zhì)量變化。所以,智能標簽被公認為是可進一步實現(xiàn)食品供應(yīng)鏈的精細化管理,減少易腐食品的損耗,提高食品安全性的有效手段[16]。

由于食品新鮮度的變化是其內(nèi)外因素協(xié)同作用的結(jié)果,例如環(huán)境溫度、濕度以及食品自身酶催化與氧化作用。一般可以將智能標簽主要分為以下兩大類:溫度型智能標簽和氣體指示型智能標簽。

1.1 溫度型智能標簽

溫度型智能標簽也稱時間溫度指示器(Time-Temperature Indicator)的工作原理是記錄食品在全供應(yīng)鏈期間的溫度變化過程,由于食品新鮮度受到溫度波動與時間變化的直接影響,且各食品在非適宜儲藏溫度下其新鮮度將得到極大的影響,因此利用時間-溫度標簽可良好的表征食品新鮮度的實時現(xiàn)狀。根據(jù)現(xiàn)有國內(nèi)外研究表明,時間-溫度指示器目前是智能標簽領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一[17]。它除了能記錄食品所歷經(jīng)供應(yīng)鏈中的環(huán)境儲存情況,還能表征食品的剩余貨架期。因此,TTI已在許多生鮮冷凍食品如蔬菜、海產(chǎn)品、禽類、畜類和乳制品應(yīng)用中得到了廣泛的研究和初步應(yīng)用[18]。根據(jù)TTI指示標簽顯色物質(zhì)產(chǎn)生機理的不同,TTI又分為擴散型、聚合型、酶促反應(yīng)型以及UV觸發(fā)型等四種。

1.1.1 擴散型TTI 擴散型指示器是根據(jù)物質(zhì)擴散速度與溫度相關(guān)的原理進行設(shè)計,即溫度越高,擴散速度越大。當儲藏溫度低于酯質(zhì)的熔點時,標簽不響應(yīng);當儲藏溫度高于脂質(zhì)熔點時,標簽開始響應(yīng)。擴散型智能標簽的適用溫度范圍與所選擇的酯的類型有關(guān)[19]。例如丁基硬酯酸(熔點12℃)、二甲基鄰苯二甲酸鹽(熔點11℃)、辛酸辛酯(熔點17℃)。圖1所示的是3M公司的擴散型指示器,隨著環(huán)境溫度的上升,標簽內(nèi)的綠色脂溶性物質(zhì)開始擴散,以此表征食品的剩余貨架期,當該脂溶性物質(zhì)充斥滿整個刻度條時,表明了該食品已至貨架期終點。此類擴散型TTI主要可以監(jiān)控冷凍肉類、魚類等多種食品和飲料品的新鮮度與品質(zhì),但由于標簽內(nèi)脂類物質(zhì)對貯藏環(huán)境的溫度較為敏感,此類標簽對于其本身儲藏的溫度有較為苛刻的要求。

圖1 3M公司的Monitor Mark擴散型TTI指示器[16]Fig.1 Diffusion TTI indicator-Monitor Mark of 3M Company[16]注:TTI:時間-溫度指示器;Days:天數(shù);Logo:品牌標識。

1.1.2 聚合型TTI 聚合型TTI是利用單體發(fā)生聚合物反應(yīng)生成帶有顏色的聚合體的一類食品安全指示器。如圖2所示,該類TTI是基于固態(tài)聚合物反應(yīng)隨著溫度的升高而加速,從而導(dǎo)致指示器中藍色加深。可以直接用肉眼對TTI的顏色與參考色進行對照評估,或者用色度計進行測定。聚合型TTI主要用于冷凍食品儲藏時品質(zhì)的監(jiān)控。由于此類TTI指示器一旦接觸溫度高于保存溫度時,即被激活,因此此類標簽在使用前需要較為嚴苛的保藏溫度,以此避免標簽的失效[20]。

圖2 Lifelines Freshness Mortitior聚合型TTI指示[16]

Fig.2 Polymeric TTI indicator-Lifelines Freshness Indicator[16]

1.1.3 酶促反應(yīng)型TTI 酶促反應(yīng)型指示器是一類pH指示器,該類型TTI主要是利用酯質(zhì)的底物在受控溫度條件下的酶促水解導(dǎo)致pH降低,最終引起酸堿指示劑顏色發(fā)生變化。溫度越高,酶催化脂類底物水解釋放的質(zhì)子的速率越快,酶催化脂類底物釋放的氫離子越多,與此同時,標簽顏色變化隨著時間的延長也發(fā)生較大變化?？筛鶕?jù)指示器顏色的變化來推測出食品品質(zhì)的變化[21]。如圖3所示伴隨著環(huán)境溫度的上升,智能標簽內(nèi)部的酶得以激活并催化脂類底物,從而發(fā)生顯色反應(yīng)。此類標簽主要運用于肉類、乳制品等冷藏食品的剩余貨架期預(yù)測,與上述兩種TTI標簽相似,此類標簽對于標簽自身的儲藏溫度有著較高的限制。

圖3 Vitsab酶變型TTI指示器[16]Fig.3 Enzyme variants TTI indicator-Vitsab Indicator[16]注:Inactive:未激活;Active:激活;Applied to top of indicator label:用于指示標簽的頂部;Do not use circle is pink:當顯示圈成粉色時表明該食品不能使用。

1.1.4 UV觸發(fā)型TTI 觸發(fā)型TTI,主要是指近年來在包裝印刷領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的熱致變油墨智能包裝[22]。熱致變油墨主要由以下三部分組成:成色劑、染色劑和溶劑三部分組成。其中染料與顯色劑的反應(yīng)易在低溫下進行,而此時溶劑則已固體狀態(tài)存在,隨著溫度的升高,溶劑逐漸融化,并與染料-顯色劑所形成的復(fù)合物進行著色反應(yīng)[22]。由于此類包裝在用于食品包裝前需對其環(huán)境溫度進行嚴格的保藏控制,以此避免指示標簽的提前污染失效。因此,為了避免熱致變油墨的提前變色,而失去其應(yīng)用價值,學(xué)者開始著手研究基于紫外激發(fā)態(tài)熱致變油墨的研發(fā)。UV觸發(fā)型熱致變油墨是一種不用溶劑,干燥速度快,光澤好,色彩鮮艷,耐水、耐溶劑、耐磨性好的油墨,并且對UV光有選擇性吸收的特性。

目前在食品包裝領(lǐng)域中也得到了相應(yīng)的研究與應(yīng)用[23]。其反應(yīng)原理如圖4所示,在紫外光的照射下,UV油墨光聚合引發(fā)劑吸收一定波長的光子,激發(fā)到激發(fā)態(tài),形成自由基或離子,然后通過分子間能量轉(zhuǎn)移,使聚合的預(yù)聚物和光敏感的單體和聚合物成為激發(fā)態(tài),產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合體。這些復(fù)雜的粒子不斷交聯(lián)聚合,固化成膜,隨著溫度的升高,油墨內(nèi)所含的溶劑逐漸融化并與顯色劑以及UV激發(fā)狀態(tài)下所產(chǎn)生的聚合物染料混合反應(yīng),從而使得油墨表面的顏色發(fā)生變化,以此來表征食品現(xiàn)有的品質(zhì)狀況。熱致變油墨作為快速簡便的定性及半定量的光催化劑薄膜將在食品包裝領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用[24],Brizio等人將BASF公司研制的OnVuTM光敏性熱致變型智能標簽應(yīng)用于冷凍雞肉的品質(zhì)監(jiān)控中[25]。

圖4 熱致變色油墨反應(yīng)機理圖[23]Fig.4 Thermochromic ink’s reaction mechanism[23]

1.2 氣體指示智能標簽

氣體指示智能標簽是指通過直接采集食品因致腐微生物代謝所產(chǎn)生的特殊性氣體來監(jiān)測食品的新鮮度。由于食物的呼吸作用不斷改變著包裝內(nèi)的氣體組分,而這些氣體成分變化往往用作包裝內(nèi)部食品質(zhì)量變化的表征參數(shù)。一般來講,包裝內(nèi)氣體組分的變化主由微生物,或者包裝材料的泄漏或破損所致。氣體感知指示器可通過化學(xué)或酶的一系列反應(yīng),改變標簽表層的顏色,從而來監(jiān)測包裝內(nèi)部氣體的組份變化[11]。按照檢測特征氣體的不同,分為二氧化碳[26]、氧氣[23]、揮發(fā)性含硫化合物[27]、揮發(fā)性含氮化合物[28]以及乙烯綜合型氣體指示器[29]等五類氣體敏感型智能標簽。

1.2.1 二氧化碳敏感型 在乳制品及發(fā)酵類產(chǎn)品中,二氧化碳是微生物生長過程中的主要代謝產(chǎn)物,因此,二氧化碳含量的上升標志著食品新鮮度的下降。Jung等人[26]在泡菜發(fā)酵過程中,證明了乳酸菌生長代謝產(chǎn)生的二氧化碳與pH變化具有強相關(guān)性,隨著包裝內(nèi)的二氧化碳含量不斷增高,包裝的pH迅速降低。基于此原理,他利用二氧化碳在殼聚糖溶解速率不同所產(chǎn)生的色差變化制成用來表征泡菜新鮮度的指示器。

圖5 基于二氧化碳的泡菜指示標簽[26]Fig.5 Pickle’s indicator based on the carbon dioxide[26]

此外,Borchert[15]則利用鉑卟啉染料與二氧化碳組分的顯色反表征鮮切色拉的新鮮度。其顯色機理見下:

第一步:二氧化碳氣體溶解在膜型傳感器中形成碳酸溶液

CO2(aq)+H2O?H2CO3

第二步:碳酸進一步離解成碳酸氫根離子與氫離子

H2CO3?HCO3-+H+

第三步:氫離子與水結(jié)合成水合氫離子

H++H2O→H3O+

第四步:水合氫離子與堿性的染料反應(yīng),從而產(chǎn)生顏色的變化

H3O++X-→HX+H2O

1.2.2 氧氣敏感型 氧氣指示標簽是食品包裝中應(yīng)用相對較為廣泛的一種氣體指示標簽。此類指示器主要應(yīng)用于食品氣調(diào)包裝內(nèi)部的氧氣含量的監(jiān)測與表征[12]。食品包裝內(nèi)部氧氣的濃度的升高,會引起食品的氧化酸敗、變色以及致病菌等物質(zhì)的滋生。

基于熒光的氧氣傳感器,通常在固體聚合物中包含了熒光染料與磷光染料兩種物質(zhì)。將染料聚合涂層在合適的包裝支架上,包裝頂部的分子氧通過簡單的擴散作用穿過涂層,并通過動態(tài)機械碰撞發(fā)生猝滅發(fā)光反應(yīng),通過發(fā)光參數(shù)的變化表征包裝內(nèi)氧氣的含量[30]?；谏鲜鲈?Chau Hai等人[23]制作出防水紫外活性氧傳感器,該指示器的原理主要基于食品包裝膜的內(nèi)側(cè)涂布的UV活性氧,該物質(zhì)在紫外線的照射下迅速失去顏色,并在食品包裝內(nèi)部包裝泄露的情況下恢復(fù)指示器固有的顏色,見圖6。Luke等人[12]則利用電致變色機理研制了基于二氧化鈦和EDTA的組合配方的促發(fā)式氧氣指示器。相比于傳統(tǒng)氧氣指示標簽,此類紫外促發(fā)式氧氣指示標簽具有重復(fù)使用性、無副產(chǎn)物、不消耗反應(yīng)物等優(yōu)點。

圖6 UV-氧氣傳感器顯色機理圖[23]Fig.6 The mechanism of color changing based on UV-oxygen indicator[23]注:UV:紫外光;MB:亞甲基藍;LMB:隱色亞甲基藍。

1.2.3 含硫化合物敏感型 揮發(fā)性含硫化合物是肉類產(chǎn)品腐敗臭味的主要來源,可以指示肉類產(chǎn)品的新鮮度。有研究表明,在由B型諾維氏梭狀芽孢桿菌等微生物引起的肉類腐敗中,會產(chǎn)生硫化氫等含硫化合物等微生物代謝物[31]。Serio[32]發(fā)現(xiàn)金槍魚等海產(chǎn)品在腐敗過程中所釋放的硫化物含量隨著希瓦氏菌的生長而逐漸增長;Maria Smolander[27]發(fā)現(xiàn)禽肉中肌紅蛋白隨著禽肉腐敗程度的加劇,會不斷產(chǎn)生大量的硫化氫氣體,他將肌紅蛋白固定吸附在瓊脂糖上,通過肌紅蛋白與禽類腐敗后產(chǎn)生的硫化氫反應(yīng)產(chǎn)生的綠色硫化肌紅蛋白來表征禽肉的新鮮度(見圖7所示)。但此類硫化氫新鮮度指示器主要還是通過pH顯色反應(yīng)材料作為指示劑,易受到環(huán)境相對濕度以及其它酸堿性氣體的影響。

圖7 禽肉硫化氫智能指示標簽(Smolander)[27]Fig.7 Hydrogen sulfide smart label utilized in poultry[27]

1.2.4 TVBN敏感型 揮發(fā)性含氮化合物(TVBN)是海產(chǎn)品與肉類產(chǎn)品等動物性產(chǎn)品受到自身酶以及外界微生物對其內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的分解,最終產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機胺類,如三甲胺等揮發(fā)性含氮化合物的就是肉產(chǎn)品腐敗表征[28]。揮發(fā)性含氮化合物一般呈堿性,對pH影響較大,很多公司及學(xué)者均選擇采用pH指示劑來檢測食品中的揮發(fā)性含氮化合物。Kuswandi等人[33]通過合成的聚苯胺薄膜,來檢測魚類產(chǎn)品質(zhì)量改變時釋放的揮發(fā)性含氮物質(zhì),利用溴甲酚綠等對pH相對敏感的化學(xué)物質(zhì)與醋酸纖維素等成膜高分子材料混合,制成可顯色的氣敏性薄膜,如圖8和圖9所示,隨著食品中TVBN的不斷擴散,指示標簽中心的顏色逐漸從綠色變化成藍色,當包裝內(nèi)指示標簽中心變?yōu)樗{色時,表明該食品已不新鮮。

圖8 TVBN-魚肉智能化標簽(Kuswandi)[33]Fig.8 Intelligent labels of fish based on TVBN[33]

圖9 TVBN-肉類腐敗智能化標簽Fig.9 Intelligent labels of meat based on TVBN注:Fresh:新鮮;Still fresh:較為新鮮; Not fresh:不新鮮;Fresh fish:新鮮的魚; Spoliage:已腐敗的魚。

1.2.5 乙烯敏感型 乙烯是水果和蔬菜在供氧充足的條件下釋放出的特征產(chǎn)物,也可以用來指示果蔬的新鮮度。由新西蘭公司Pro-Pressive Enterprises推出的乙烯智能化標簽[28],可通過監(jiān)測水果采后后熟過程中所釋放的天然芳香物質(zhì)來判斷其成熟度。當果蔬處于不完全成熟時,標簽顏色為紅色,隨著果蔬成熟度的上升,標簽由紅色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色,見圖10。該鮮果指示器目前在鱷梨、甜瓜、獼猴桃等水果上獲得了相應(yīng)的應(yīng)用,該新鮮度指示器是否能應(yīng)用于更多的鮮果還需要進一步的驗證。此外C.Lang[29]利用鉬酸銨溶液中Mo(VI)與蘋果所釋放的乙烯氣體發(fā)生還原反應(yīng)成Mo(V)所產(chǎn)生的顏色變化(黃色變?yōu)樗{色),來表征蘋果的成熟度,見圖11。但此類標簽易受到環(huán)境濕度以及環(huán)境中酸堿度變化等因素的影響,使得指示標簽失去其原有的表征功能。

圖10 鮮果乙烯智能指示標簽Fig.10 Intelligent indicators of fruits based on ethylene注:Crisp:爽脆的;Firm:堅硬的;Juicy:多汁的。

圖11 蘋果成熟度指示標簽[29]Fig.11 The ripening indicators of apples[29]注:Degree of sensory ripeness:基于感官的成熟度變化; Storage in days:存儲天數(shù);Ethylene concentration in μL/L.kg:乙烯濃度(μL/(L·kg))。

1.2.6 光子凝膠型 光子凝膠作為一種新型納米變色材料,適用于檢測環(huán)境的不同氣體、溫濕度、酸堿度等綜合性指示器。近兩年來,美國萊斯大學(xué)Thomas研究團隊開發(fā)出一種新穎的超薄變色薄膜[34],這類納米級的材料采用疏水性聚苯乙烯和親水性聚2-乙烯基吡啶(p2vp)的納米層制成,把聚合物結(jié)合到一種自組的納米級嵌段共聚物中,且在暴露于溶于溶液的離子或大部分環(huán)境的離子時[35],該嵌段共聚物的活性基團與滲入親水層的離子相結(jié)合[36]從而改變薄膜的顏色。納米光子凝膠制成的膜內(nèi)標簽,會在遇到不新鮮的食物所釋放出的化學(xué)物質(zhì)時變色,以此表征食品變質(zhì)程度[37]。圖12表明了光子凝膠材料的變色機理是基于其層狀結(jié)構(gòu)中離子的直接交換,并隨著特性物質(zhì)其陰離子在不同水合不同使光子凝膠材料呈現(xiàn)出不同的色彩變化,此類新型材料主要應(yīng)用于環(huán)境綜合性因素的監(jiān)測,并有望作為商業(yè)化指示器在環(huán)境監(jiān)控、食品包裝等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

圖12 光子凝膠吸收的不同揮發(fā)性物質(zhì)后 在不同波長光照下的成色機理圖[37]Fig.12 The colouration mechanism of photon gel at different wavelengths based on absoring volatiles[37]注:Counterion Exchange:離子交換;Order of Hydration Energy in a Variety of Anions:不同陰離子所需的水合能。

目前食品智能標簽根據(jù)其市場產(chǎn)品成型量判定,主要以3M等公司生產(chǎn)制造的擴散型、聚合型及酶促反應(yīng)型等溫度型智能標簽居多,但以上標簽對標簽自身的儲藏環(huán)境溫度有著相對嚴苛的要求。此外,氣體型智能指示標簽尚處于研究開發(fā)層面中,由于此類標簽只對不同食品所釋放的特異性氣體含量進行表征,因此氣體型智能標簽所占產(chǎn)品選擇面相對較窄。然而,隨著熱敏性與光敏性等相關(guān)材料研究的深入,諸如,熱致變油墨型TTI與光子凝膠型智能標簽憑借其自身易于保藏性以及較大的產(chǎn)品受眾面,將成為未來智能標簽領(lǐng)域研究開發(fā)的重點,同時也將擁有更廣闊的市場空間。

2 智能標簽在食品全供應(yīng)鏈應(yīng)用中的重要意義

食品供應(yīng)鏈是一個交錯復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),主要體現(xiàn)在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)多且復(fù)雜,供應(yīng)鏈體系中供應(yīng)商、加工廠商、經(jīng)銷商、零售商、消費者等多結(jié)點參與者的加入進一步增加了食品供應(yīng)鏈安全保障監(jiān)管的難度。因此,為了便于監(jiān)管部門與相關(guān)企業(yè)對食品尤其是生鮮農(nóng)產(chǎn)品等易腐食品的監(jiān)控,可視化的質(zhì)量分級包裝以及新鮮度質(zhì)量信息的實時傳遞將良好的實現(xiàn)食品在供應(yīng)鏈流通中的質(zhì)量監(jiān)管問題。食品智能化標簽作為新型的包裝技術(shù),此類包裝具備了充分的彌補了傳統(tǒng)包裝的交互性薄弱,產(chǎn)品品質(zhì)信息匱乏,以及食品安全信息實時共享不足等缺點。食品智能標簽技術(shù)通過可視化的直觀呈現(xiàn),從而實現(xiàn)降低食品高效流通中的安全與質(zhì)量的不確定性,一直是食品包裝領(lǐng)域研究的重點。

食品數(shù)據(jù)信息的采集主要針對影響食品質(zhì)量與安全等因素(諸如時間溫度歷史數(shù)據(jù),微生物數(shù)量,pH,水分活度),并通過良好地食品模型進行數(shù)據(jù)的處理。此外,智能標簽作為一種新型食品包裝技術(shù),其功能主要體現(xiàn)在檢測、傳感、記錄、追蹤、交互等特點上,智能標簽的使用旨在簡化決策制度,延長食品保質(zhì)期,提高食品安全與質(zhì)量,透明化食品信息,并通過適時發(fā)布風(fēng)險預(yù)警訊息,實現(xiàn)食品從原產(chǎn)地至零售終端的全供應(yīng)鏈實時可視化在線監(jiān)測,見圖13。

圖13 智能標簽在食品供應(yīng)鏈物流中的應(yīng)用[10]Fig.13 Application of intelligent labels in food supply chain[10]注:Intelligent Packaging:智能包裝; Raw Material:原材料;Product Manufacture:產(chǎn)品制造； Product Packge:產(chǎn)品包裝;Distribution:分銷; Custommer/Consumer:消費者;Disposal/Recovery:回收。

此外,智能標簽的獨特性在于其特有的數(shù)據(jù)交互性。由于包裝伴隨食品在供應(yīng)鏈中進行流通,消費者可在零售終端根據(jù)包裝所示信息,科學(xué)化的挑選處于最佳新鮮度的食品,因此智能化標簽對于食品在零售終端等供應(yīng)鏈節(jié)點中的品質(zhì)控制以及降低貨損成本等商業(yè)價值的體現(xiàn)中發(fā)揮了重要的潛能[38]。伴隨著電子信息技術(shù)以及納米技術(shù)的植入,智能標簽的功能也得到了進一步的發(fā)展與提升。Tao H等[39]利用蠶絲通過靜電紡絲技術(shù)制成的香蕉智能化納米可食用RFID標簽(見圖14),其基本原理是:隨著香蕉的成熟度的變化,香蕉表面介電常數(shù)發(fā)生了改變,通過測量該納米級RFID標簽共振頻率的變化從而初步得出了RFID標簽可表征食品新鮮度的初步結(jié)論。此類嘗試表明智能標簽將在質(zhì)量可視化的同時,還能實現(xiàn)質(zhì)量信息的實時傳輸以及產(chǎn)地追溯等重要食品監(jiān)控功能。這種探索將各種指示器與RFID等無線傳輸技術(shù)的結(jié)合,有望實現(xiàn)食品全供應(yīng)鏈的全程自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)管體系。

圖14 RFID標簽共振頻率隨香蕉成熟度的變化曲線[39]Fig.14 The curve of resonant frequency changing by the maturity of banana[39]注:Resonant Frequency:共振頻率;Time(day):時間(天)。

3 結(jié)論與展望

現(xiàn)有的食品智能化標簽大多采用了顯色反應(yīng)材料作為指示劑,但易受到諸如環(huán)境溫度、濕度、酸堿度等其它環(huán)境因素的影響,所以,研究可特異性識別腐敗物等的智能標簽也將成為今后食品智能化標簽的研發(fā)的重點。而隨著電子信息技術(shù)、納米材料等學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,食品智能化標簽的制作工藝將更為簡便、智能,功能也將更為強大,指示信息將更為精確。

智能標簽作為一種新型的食品包裝技術(shù),已在歐美等發(fā)達地區(qū)的食品銷售中實現(xiàn)了商業(yè)化的應(yīng)用。而我國現(xiàn)階段針對食品智能化標簽的應(yīng)用還處在研究的階段,市場中基本無附帶智能標簽包裝的食品流通。但隨著我國食品制造商、食品零售商以及消費者對食品安全與質(zhì)量等關(guān)注度的日益提升,以及現(xiàn)代包裝技術(shù)及標簽打印技術(shù)的日益完善,食品智能化標簽的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用將會在未來擁有廣闊的前景與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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Application and research on intelligent labelsin the food packaging

SHEN Li1,XU Yi1,*,ZHAN Jin-chuan2,ZHU Yi-feng2,WANG Jian2,WANG Hai-shan2

(1.Food Quality and Safety Institute,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China;2.Shanghai Engineering Research Center of Agriculture Internet of things,Shanghai 200060,China)

Food intelligent labels as an advanced food package technology can initiatively indicate food’s quality and freshness,which has the characteristic of scientific,objective and intuitive and could also improve consumers’ confidence to purchase fresh foods. The intelligent label were divided into two categories,and the principles,application status and trends of both time-temperature indicator and gas intelligent label were summarized here. Meanwhile,with the development of the information technology,combining the intelligent labels with the informational tags was becoming a potential interesting point of this field. Therefore,the intelligent lablels utilized in the food supply would enhance the safety,convenience,controllability and commerical value in food products.

Intelligent indicator;temperature type;gas type;food supply chain

2014-07-25

沈力(1989-)，男，碩士研究生，主要從事食品冷藏鏈信息化技術(shù)研究。

*通訊作者:胥義(1975-)，男，博士，副教授，主要從事冷藏鏈信息化技術(shù)研究。

上海市自然基金項目(13ZR1428600)；上海市重點學(xué)科建設(shè)項目。

TS205.7

A

1002-0306(2015)05-0377-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.072