封晴霞， 王利強(qiáng)，2*

（1 江南大學(xué) 江蘇無錫214122 2 江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實驗室 江蘇無錫214122）

智能包裝是通過監(jiān)測、 感知、 識別等智能系統(tǒng)，對環(huán)境或包裝內(nèi)裝物的質(zhì)量問題作出反饋，提高產(chǎn)品質(zhì)量安全的一種包裝技術(shù)[1]。用于檢測食品新鮮度的指示標(biāo)簽的原理是利用食品中的一些特征性氣體，例如揮發(fā)性含氮、含硫化合物、CO2、乙烯等與特定試劑發(fā)生反應(yīng)， 從而產(chǎn)生指示標(biāo)簽顏色的變化， 使人們可以直觀地觀察到食品新鮮與否[2]。 目前，新鮮度指示智能標(biāo)簽已成為食品包裝的一個主要趨勢，隨著越來越多人的關(guān)注，快捷方便、靈敏度高、穩(wěn)定性好的新鮮度指示標(biāo)簽成為國內(nèi)外眾多研究人員、學(xué)者的研究重點(diǎn)[3]。

目前常用的溴甲酚綠、甲基紅、溴甲酚紫等化學(xué)合成的新鮮度指示劑含有一定毒性， 存在安全隱患。來源廣泛、安全無污染的天然色素受到廣泛關(guān)注?；ㄇ嗨厥且环N類黃酮的天然水溶性色素，在不同pH 值溶液環(huán)境中呈現(xiàn)不同的顏色， 可作為pH 值指示劑。 Liu 等[4]設(shè)計了一種以κ-卡拉膠與枸杞花青素為原料的pH 值敏感指示膜， 用來檢測牛奶和蝦類的新鮮度。試驗表明，該指示膜不僅可檢測牛奶、蝦類的新鮮度，還具有良好的抗氧化性。Zhang 等[5]制備了一種基于淀粉/聚乙烯醇的花青素pH 值指示膜， 以紫薯花青素和紅甘藍(lán)花青素作為指示劑， 用于檢測蝦肉的新鮮度。 藍(lán)莓有“花青素之王”的稱號，其花青素含量高，種類多，無毒、無污染且顯色靈敏，對肉類腐敗產(chǎn)生的揮發(fā)性含氮化合物具有較高的靈敏度[6]。 另外，新鮮度指示劑的載體材料主要包括一些安全無毒、 具有良好的降解性和生物相容性的天然高分子材料，如淀粉、殼聚糖、羧甲基纖維素[7]、瓊脂[8]、聚乙烯醇以及它們的復(fù)合物等。

本研究以藍(lán)莓花青素（Blueberry anthocyanin，BA）作為指示劑，以玉米淀粉（Corn starch， CS）、羧甲基纖維素（Carboxymethyl cellulose， CMC）為成膜基材，通過流延法制備智能指示膜。通過比較不同BA 含量復(fù)合膜的機(jī)械性能、含水率、水蒸氣透過率、熱穩(wěn)定性、紅外光譜、表面微結(jié)構(gòu)及靈敏度等，分析其性能和可行性，并用于牛肉新鮮度的監(jiān)測。 研究結(jié)果旨在為花青素智能指示膜在肉類食品的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍(lán)莓花青素（30%），陜西萃雅佳生物科技有限公司；玉米淀粉、甘油，上海麥克林生化科技有限公司；羧甲基纖維素、氨水，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無水氯化鈣，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；試驗所用水均為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

CH-1-ST 型千分臺式薄膜測厚儀，上海精密儀器儀表有限公司；UTM5205X 型微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)， 深圳三思縱橫科技股份有限公司；UV-1800 紫外分光光度計，日本島津公司；DKS22 型電熱恒溫水浴鍋、DHG-9240A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；FE28-Standard 臺式pH 計， 美國梅特勒-托利多儀器有限公司；RQH-350 型人工氣候箱， 上海右一儀器有限公司；AX124ZH/E 型電子天平， 常州奧豪斯儀器有限公司；Nicolet is10 型傅里葉變換紅外光譜儀，美國賽默飛世爾科技有限公司；DSC Q2000型差示掃描量熱儀，美國沃特世公司；su1510 型掃描電子顯微鏡，日本日立株式會社；CR-400/410型色彩色差計，柯尼卡美能達(dá)。

1.3 方法

1.3.1 藍(lán)莓花青素溶液對pH 值變化的響應(yīng) 將13 份等量藍(lán)莓花青素溶液置于pH 值為1～13 的緩沖液中， 觀察花青素在不同pH 值所經(jīng)歷的顏色變化。用紫外-可見分光光度計測定溶液的吸光度曲線，掃描波長設(shè)置為400～800 nm。

1.3.2 智能指示膜的制備 稱取2.0 g 玉米淀粉（Corn starch， CS）放入100 mL 蒸餾水中，在水浴溫度為75 ℃下磁力攪拌25 min 至淀粉全部糊化，溫度冷卻至50 ℃，加入2.0 g 羧甲基纖維素（Carboxymethyl cellulose， CMC）， 繼續(xù)攪拌使其完全溶解，再加入1.0 mL 甘油持續(xù)攪拌，使各成分相互交聯(lián)形成均勻的混合溶液，冷卻至室溫。分別向上述混合溶液中加入成膜基質(zhì)干重0%，3%，6%，12%，18%的藍(lán)莓花青素，磁力攪拌15 min 后超聲消泡。 將制得的藍(lán)莓花青素混合溶液緩慢均勻地流延至干凈光滑的塑料板上，在溫度為35 ℃的烘箱中干燥24 h。 將復(fù)合膜避光放入溫度25 ℃，相對濕度55%的恒溫恒濕箱中平衡48 h， 測定復(fù)合膜性能。

1.3.3 指示膜的表征

1.3.3.1 厚度與機(jī)械性能測試 用千分臺式薄膜測厚儀測試膜厚度，在待測膜表面隨機(jī)測8 個點(diǎn)，取平均值，單位μm。 拉伸強(qiáng)度（Tensile strength，TS）和斷裂伸長率（Elongation at break， EB）參考GB/T 13022-1991《塑料 拉伸性能的測定》[9]，將待測樣品裁剪成60 mm×20 mm 的長方形規(guī)格，初始夾距40 mm，拉伸速度36 mm/min，每組樣品測試5 個平行。 拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率公式見式（1）和（2）。

式中， Fm——試樣斷裂時承受的最大拉力，N；w——試樣的寬度，mm；d——試樣厚度，mm。

式中，L1——膜斷裂時達(dá)到的最大拉伸長度，mm；L0——初始夾距長度，mm。

1.3.3.2 含水率及水蒸氣透過率 稱取質(zhì)量為m0（g）的膜樣品放于105 ℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，記錄此時的樣品質(zhì)量m1（g），每組樣品重復(fù)測定3 次。含水率（MC）計算公式如（3）所示。

稱取5 g 無水氯化鈣于直徑50 mm， 高30 mm 的干燥圓形稱量瓶中，取待測膜樣品覆于瓶口位置，橡皮筋纏繞密封，稱量后放入溫度25 ℃，相對濕度75%的恒溫、恒濕箱中，放置5 d 后稱重。每組樣品測試3 個平行。按公式（4）計算膜樣品的水蒸氣透過系數(shù)（WVP）。

式中，Δm——樣品中水分透過的質(zhì)量，g；t——放置時間，h；A——樣品透過水分的有效面積，m2；D——膜厚度，mm；ΔP——膜兩側(cè)水蒸氣壓差，Pa。

1.3.3.3 膜的熱穩(wěn)定性 采用差示掃描量熱儀（DSC）研究藍(lán)莓花青素指示膜的熱穩(wěn)定性。 稱取質(zhì)量為5～7 mg 的膜材料放入固體坩堝中，測試溫度范圍為30～250 ℃，升溫速度10 ℃/min，并在30℃穩(wěn)定5 min，N2的泵入速度為60 mL/min。

1.3.3.4 膜的紅外光譜圖 （FT-IR） 使用傅里葉變換紅外光譜儀測定成膜材料及指示膜的紅外光譜。 掃描范圍為4 000～600 cm-1，掃描次數(shù)32 次，分辨率為4 cm-1。

1.3.3.5 膜的表面微觀結(jié)構(gòu) 使用掃描電子顯微鏡采集膜的表面微觀結(jié)構(gòu)并拍照記錄。 試樣檢測前，先將指示膜裁剪成10 mm×10 mm 的正方形試樣，真空濺射噴金，加速電壓設(shè)置為5 kV。

1.3.3.6 膜對揮發(fā)氨的響應(yīng) 牛肉變質(zhì)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性鹽基氮包括氨及胺類等揮發(fā)性有毒氣體，其中以氨氣為主要?dú)怏w[10]，因此利用氨氣來模擬肉類食品在腐敗變質(zhì)過程中揮發(fā)性鹽基氮的釋放。 參考Zhai 等[11]和陳慧芝[12]的方法，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。 在50 mL 離心管中加入45 mL 濃度為8 mmol/L 的氨水，將膜（2 cm×2 cm）固定于培養(yǎng)基內(nèi)， 倒扣于瓶口， 在室溫條件下采集膜的圖像信息，每3 min 一次，共21 min。使用Photoshop 2018顏色取樣器提取膜的RGB 值各10 組，取均值，計算膜的靈敏度。 計算公式如（5）所示。

式中，R0——0 min 的紅色值；G0——0 min 的綠色值；B0——0 min 的藍(lán)色值；R——測試時紅色值；G——測試時綠色值；B——測試時藍(lán)色值。

1.3.4 牛肉新鮮度的檢測 取10 g 當(dāng)天購買的新鮮牛肉置于8 cm×8 cm×4 cm 的塑料展示盒內(nèi)，將大小為5 cm×5 cm 的正方形指示膜放置在盒頂部，并用保鮮膜密封后置于25 ℃恒溫恒濕箱中貯藏48 h，每隔12 h 利用色差儀測定膜的L*值（亮度）、a*值（紅綠度）、b*值（黃藍(lán)度），按照公式（6）計算ΔE 值，當(dāng)ΔE＞5 時，顏色變化可被肉眼區(qū)分[13]。 根據(jù)GB 5009.228-2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》測定牛肉的TVB-N 值[14]。

式中，L*——樣品實測亮度值；a*——樣品實測紅綠度值；b*——樣品實測黃藍(lán)度值；L0——樣品初始亮度值；a0——樣品初始紅綠度值；b0——樣品初始黃藍(lán)度值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

使用SPSS 17.0、Origin 2018、Excel 2014 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 試驗結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，利用方差分析進(jìn)行顯著性分析，P＜0.05 說明差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍(lán)莓花青素溶液在不同pH 值下的顏色變化及可見光譜分析

花青素在不同pH 值條件下會呈現(xiàn)不同的顏色。 如圖1a 所示，在pH 1～13 范圍，藍(lán)莓花青素的顏色變化依次為紅色→淺紅色→紫色→藍(lán)色→綠色→黃褐色。 溶液顏色的變化是由于花青素分子中含有高度分子共軛體系， 在不同酸、 堿條件下，自身結(jié)構(gòu)會發(fā)生轉(zhuǎn)變[15]。 在強(qiáng)酸性條件下，花青素主要以黃烊鹽陽離子的分子形式存在， 溶液呈紅色[16]，隨著pH 值的升高，黃烊鹽陽離子吸收氫氧根離子形成無色甲醇假堿，紅色逐漸消失[17]，當(dāng)pH＞8 時， 花青素失去氫離子發(fā)生質(zhì)子電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)， 在溶液中主要以藍(lán)色的醌型堿結(jié)構(gòu)形式存在，溶液逐漸變?yōu)樗{(lán)色[18]，最后，在強(qiáng)堿條件下，花青素因中心環(huán)打開而被降解，形成查爾酮，溶液變?yōu)辄S褐色[19]。 因此，藍(lán)莓花青素在不同pH 值條件下4 種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變而呈現(xiàn)的不同顏色變化，使其可作為對pH 值的響應(yīng)指標(biāo)。

圖1b 為BA 溶液的紫外-可見光譜， 一般來說，可見光譜的吸光度越大，溶液的顯色程度越深[20]。 由圖可知，在pH 值1～5 范圍內(nèi)，隨著pH 值的升高，溶液的最大吸收波長由523 nm 移至540 nm 處，吸光度值隨之明顯下降。當(dāng)溶液pH 值增至8 時，最大吸收波長移動到576 nm。 當(dāng)pH 值處于9～13 范圍時，最大吸收波長位于593 nm 附近。

由于在可見光區(qū)的波長范圍內(nèi)， 溶液顯示的顏色是其吸光度互補(bǔ)色光的顏色， 因此在綠色光波段，溶液呈現(xiàn)紅色。 A640nm/A540nm表示紅光波長與綠光波長的吸光度比值， 可反映溶液紅綠色的變化情況[21]，比值越小，說明溶液紅色越深。 由圖1c可以看出，在pH 1～13 范圍內(nèi)，吸光度比值呈線性關(guān)系。 隨著pH 值的升高，比值增大，溶液由紅色向綠色轉(zhuǎn)變， 且綠色逐步加深，A640nm/A540nm的線性回歸方程為y=0.0573x-0.05451，R2=0.96772?；ㄇ嗨匚舛群筒ㄩL隨結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變不斷發(fā)生變化，是一種良好的天然指示劑。

圖1 藍(lán)莓花青素溶液在pH 1～13 下的顏色及可見光譜吸收特征圖Fig.1 Color and visible spectral absorption characteristics of blueberry anthocyanin solution at pH 1～13

2.2 指示膜的表征

2.2.1 指示膜的特性 從表1 中可以看出，BA 的加入對膜的厚度有顯著性影響（P＜0.05），可能是BA 的加入使得指示膜分子間距離增加，提高了膜厚度。 抗拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率是評價包裝材料性能好壞的最基本指標(biāo)， 良好的機(jī)械性能可提高食品運(yùn)輸過程中抗壓能力和對食品的保護(hù)性[22]。BA 含量為3%時指示膜的抗拉強(qiáng)度最小為22.53 MPa，隨著BA 添加量的增加，膜的抗拉強(qiáng)度逐漸增加。 抗拉強(qiáng)度的變化與指示膜分子中的氫鍵等分子間作用力和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)[23]。 指示膜的斷裂伸長率隨著BA 的加入先增加至39.22%后降低到28.35%， 斷裂伸長率增加可能是因為BA 的加入打破了成膜基質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，降低了剛性結(jié)構(gòu)，增加了可流動的聚合物數(shù)量[24]，隨著BA 含量的不斷增加，降低了成膜基質(zhì)與水分子間的交聯(lián)作用，斷裂伸長率隨之下降。 指示膜含水率呈先增長后減小的趨勢，當(dāng)BA 含量由3%增加至6%時，水分含量顯著增加，可能因為BA 是一種水溶性物質(zhì)，使得指示膜中親水性基團(tuán)增加，含水率升高。水蒸氣透過率是評價食品包裝材料阻濕性能好壞的重要指標(biāo)，是影響被包裝產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素[25]，水蒸氣透過率系數(shù)越小說明產(chǎn)品阻隔外部水蒸氣的能力越好，因此水蒸氣透過率系數(shù)（WVP）不應(yīng)過大。隨著BA 的加入，水蒸氣透過率系數(shù)逐漸增加，在BA 添加量為18%時，水蒸氣透過率最大，達(dá)3.37×10-4g·mm/（m2·h·Pa），可能是因為BA 具有多個酚羥基，提高了膜的親水性，使膜吸附外界水分子的能力增強(qiáng)。

表1 指示膜的機(jī)械性能、含水率及水蒸氣透過率Table 1 Mechanical properties， moisture content and water vapor permeability of indicator films

2.2.2 指示膜的熱穩(wěn)定性分析 差示掃描量熱儀是用來測定物質(zhì)在升降溫過程中吸收或釋放的熱量， 測量樣品和參比物的熱流量差值隨溫度變化的一種熱分析法[26]。圖2 是花青素原料及5 種復(fù)合膜的DSC 曲線圖。 由圖2 可以看出，花青素原料的峰值溫度為123.41 ℃， 此溫度為藍(lán)莓花青素的多晶轉(zhuǎn)變溫度，CS/CMC 復(fù)合膜的峰值溫度為124.20 ℃，隨著花青素的加入，膜樣品的峰值溫度升高，且花青素添加量越多，峰值溫度越大。 可能是花青素與其它兩種成膜基材的相互作用， 提高了指示膜材料整體結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性。

圖2 藍(lán)莓花青素粉末及復(fù)合膜的DSC 曲線圖Fig.2 DSC curves of blueberry anthocyanin powder and composite films

熱焓變和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）也可以反映試樣的熱穩(wěn)定性，一般情況下，熱焓變和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高，熱穩(wěn)定性越好[27]。 由表2 可知，18%花青素含量的指示膜熱焓值為307.71 J/g，與花青素粉末相比，熱焓值顯著增加，且花青素與玉米淀粉、羧甲基纖維素結(jié)合能明顯提高CS/CMC 膜的熱焓值，花青素含量越多，指示膜多晶轉(zhuǎn)變熱焓值越大， 說明花青素指示膜發(fā)生相轉(zhuǎn)變所吸收的熱量增加，熱穩(wěn)定性提高。 CS/CMC-3% BA 指示膜的熱焓值略小于CS/CMC 膜，可能是花青素含量太少， 不足以降低整體的總自由能。 隨著花青素的添加，指示膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸升高，18%花青素添加量的膜材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最高，為109.91 ℃，耐溫性最好。 綜上，花青素添加量越多，膜的熱穩(wěn)定性越好。

表2 藍(lán)莓花青素粉末及復(fù)合膜的熱焓變及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Table 2 Heat enthalpy change and glass transition temperature of blueberry anthocyanin powder and composite films

2.2.3 指示膜的紅外光譜圖分析 FT-IR 可對物質(zhì)進(jìn)行定性分析， 有效表征有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)和分子間的交聯(lián)情況。 在圖3 中可以看出，成膜基材、CS/CMC 復(fù)合膜、 智能指示膜在3 281 cm-1附近有明顯強(qiáng)而寬的O-H 伸縮振動峰，這是由于CS、CMC、BA 以及甘油等原料中均含有羥基。 在2 927 cm-1和2 876 cm-1處的兩個特征峰分別是有機(jī)物-CH2及-CH 的伸縮振動特征峰[28]。BA 在1 609 cm-1和1 522 cm-1處的特征鋒是花青素芳香環(huán)骨架上C=C 的伸縮振動引起的[29]，另外藍(lán)莓花青素是黃酮類物質(zhì)， 其結(jié)構(gòu)中的吡喃環(huán)伸縮振動引起了1 284 cm-1處吸收峰的出現(xiàn)[30]，1 015 cm-1可能是由于芳香環(huán)上C-H 的彎曲振動引起的。 由CMC、CS/CMC 復(fù)合膜的光譜圖可知， 加入淀粉后CMC 1 020 cm-1處的峰向低波數(shù)有所偏移，說明基質(zhì)間存在相互作用力。 1 594 cm-1處是CMC 的特征結(jié)構(gòu)-C=O 的伸縮振動引起的，在CS/CMC-BA 智能指示膜中偏移至1 589 cm-1處，說明淀粉、羧甲基纖維素、藍(lán)莓花青素等分子相互作用，產(chǎn)生了分子間作用力[31]。 CS 光譜中761～1 149 cm-1波段處的吸收峰可能是由于結(jié)構(gòu)中C-O、C-C、C-O-C 的伸縮振動以及O-H 的彎曲振動引起的， 這些特征峰在CS/CMC 復(fù)合膜以及CS/CMC-BA 智能指示膜中均有體現(xiàn)，在1 637 cm-1處的吸收峰是由于淀粉易吸收水分， 與水分子密切結(jié)合產(chǎn)生的。加入藍(lán)莓花青素后，750～950 cm-1范圍內(nèi)吸收峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)， 指示膜的力學(xué)性能有所改變， 這可能是花青素芳香環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生了鄰位取代引起的[32]。 在指示膜的光譜圖中并未觀察有新峰產(chǎn)生， 表明在成膜后沒有產(chǎn)生新的共價鍵。 因此，F(xiàn)T-IR 圖分析結(jié)果表明，BA 能很好地嵌入到成膜基材中， 與成膜基材CS、CMC 的相容性良好，指示膜的性能主要由分子間作用力決定，各成膜基材的化學(xué)成分均未受到影響。

圖3 成膜基材和指示膜的紅外光譜圖Fig.3 FT-IR spectra of film-forming substrate and indicator films

2.2.4 膜的掃描電鏡分析 通過SEM 圖可以判斷復(fù)合膜內(nèi)部各成分的分散狀態(tài)及相容性情況，一般情況下，膜的表面平整光滑，結(jié)構(gòu)均勻，無明顯凸起和褶皺，說明成膜性良好，復(fù)合膜各成分間相容性高，反之，膜表面出現(xiàn)粗糙顆粒和明顯孔隙[33]。圖4 為5 種復(fù)合膜放大1 000 倍的表面微觀結(jié)構(gòu)，由圖可知，5 種膜表面平整均勻，未出現(xiàn)明顯顆粒聚集和裂痕，說明成膜基質(zhì)間相容性良好。此外， 相比于未添加藍(lán)莓花青素的CS/CMC 復(fù)合膜，加入藍(lán)莓花青素的指示膜表面更加緊致光滑，說明藍(lán)莓花青素不僅與CS/CMC 具有良好的相容性，同時還可改善CS 與CMC 分子間的相容性，與CS-CMC 之間形成了更強(qiáng)的相互作用力， 這一結(jié)果與Liu 等[34]關(guān)于淀粉/聚乙烯醇-紫薯花青素智能指示膜的結(jié)果一致。 可能是藍(lán)莓花青素分子中的酚羥基與CS/CMC 中羥基形成分子間氫鍵，降低了聚合物鏈分子纏繞現(xiàn)象和CS、CMC 的分子間氫鍵，提高了膜的機(jī)械性能和相容性。

圖4 復(fù)合膜表面的掃描電鏡圖（1 000×）Fig.4 Scanning electron microscope of surface of composite films （1 000×）

2.2.5 指示膜對氨氣的響應(yīng)性分析 肉類食品在腐敗變質(zhì)過程中會產(chǎn)生氨氣、 三甲胺和二甲胺等揮發(fā)性含氮化合物， 導(dǎo)致食品包裝內(nèi)pH 值發(fā)生改變，由酸性變?yōu)閴A性[35]。 利用氨氣模擬牛肉在腐敗變質(zhì)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體， 隨著氨氣的增加，花青素周圍環(huán)境中堿性增強(qiáng)，pH 值增大，使得指示膜顏色發(fā)生變化。圖5a 為藍(lán)莓花青素指示膜對氨氣響應(yīng)的靈敏度， 由圖可知， 隨著時間的延長， 容器內(nèi)氨氣濃度不斷增加，4 種不同BA 含量的指示膜RGB 變化率均不斷升高，3% BA 含量的指示膜靈敏度最高，21 min 是靈敏度達(dá)到66.09%，18% BA 含量的指示膜靈敏度最低，在21 min 時靈敏度為15.31%，由此可見，指示膜靈敏度與BA 添加量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，BA 含量越低，指示膜靈敏度越高，由膜的掃描電鏡圖可知，添加藍(lán)莓色素的膜材料更加緊致均勻， 可能使得膜對氨氣的阻隔性增強(qiáng)， 導(dǎo)致指示膜靈敏度隨BA 含量的增加而降低。 由圖5b 可知， 在氨氣環(huán)境中，3% BA 膜由粉色變?yōu)榛疑?% BA 膜由粉色變?yōu)榛曳凵?2% BA 膜與18% BA 膜的顏色變化相對不明顯， 且其原有的深紅色也會影響顯色效果， 與上述BA 增加使得膜材料氣體阻隔性增強(qiáng)的推斷一致。

圖5 指示膜對氨氣的響應(yīng)Fig.5 Indicator films response toward ammonia vapor

2.3 智能指示膜初步應(yīng)用于牛肉新鮮度監(jiān)測

選用靈敏度最高且機(jī)械強(qiáng)度較好的3% BA指示膜用于牛肉新鮮度的初步監(jiān)測。 由圖6b 可知，隨著貯藏時間的延長，TVB-N 值及ΔE 均不斷升高。TVB-N 的初始值為7.13 mg/100 g，根據(jù)GB 2707-2016《鮮（凍）畜肉衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，新鮮牛肉的TVB-N 值應(yīng)小于15 mg/100 g，此時指示膜呈紅色，牛肉為新鮮狀態(tài)。 當(dāng)貯藏時間為24 h，TVB-N值為15.94 mg/100 g， 超過了牛肉新鮮度標(biāo)準(zhǔn)，此時ΔE 為10.86，能通過肉眼直接觀察出顏色由初始紅色變?yōu)闇\紫色，且顏色變化明顯。當(dāng)貯藏時間達(dá)48 h 時，牛肉中TVB-N 含量達(dá)到33.62 mg/100 g，ΔE 值為22.43，指示膜顏色為淺藍(lán)色，且顏色變化極為明顯，此時牛肉已完全腐敗。 綜上所述，在整個貯藏期， 智能指示膜的顏色變化與牛肉品質(zhì)變化密切相關(guān)，可用于檢測牛肉新鮮度。Jiang 等[36]以紫薯花青素作為指示劑用于檢測魚肉的新鮮度，指示膜顏色從紅色變?yōu)樗{(lán)色，與本研究結(jié)果相似。

圖6 牛肉貯藏期間TVB-N 值的變化及指示膜顏色變化Fig.6 TVB-N values and color changes of indicator film during beef storage

3 結(jié)論

利用藍(lán)莓花青素與玉米淀粉、 羧甲基纖維素制得智能指示膜。FT-IR 與表面微結(jié)構(gòu)分析表明：各成分之間相容性良好， 膜表面平整均勻。 隨著BA 含量的增加，指示膜的抗拉強(qiáng)度、水蒸氣透過率增加，斷裂伸長率，含水率先增后降。 DSC 分析表明：CS/CMC-BA 膜能提高花青素粉末及CS/CMC 復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性。 利用氨氣模擬肉類腐敗過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體，其中CS/CMC-3% BA的指示膜變色明顯，靈敏度最高。 在25 ℃條件下利用3% BA 含量的指示膜對牛肉進(jìn)行新鮮度監(jiān)測，結(jié)果表明：在貯藏48 h 過程中，牛肉逐漸腐敗變質(zhì)，智能指示膜由紅色漸變?yōu)闇\紫色，最后變?yōu)闇\藍(lán)色。綜上，藍(lán)莓花青素是一種理想的智能包裝指示劑， 在肉類食品新鮮度檢測方面具有良好的應(yīng)用前景。