榮麗巖，蔣東華，李 麗，汪艷群，張 爽，馬藝超，楊舒涵，李月新，吳朝霞,

（1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110866）

隨著消費(fèi)者對(duì)食品安全的不斷重視，食品在貯藏過(guò)程中難以監(jiān)測(cè)新鮮度的問(wèn)題成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。食品的智能包裝應(yīng)運(yùn)而生，它可以根據(jù)食品包裝內(nèi)部或外部的條件變化，就產(chǎn)品狀態(tài)與消費(fèi)者或食品制造商進(jìn)行溝通，并為消費(fèi)者提供預(yù)警[1]。食品新鮮度指示標(biāo)簽作為智能包裝的一種，由基質(zhì)材料和顯色染料兩部分組成。它既不與食品直接接觸，保證食品的安全性，又無(wú)需破壞食品包裝，通過(guò)顯色染料顏色的變化可直觀反映出食品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者對(duì)食品新鮮度的無(wú)損監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)階段用于食品新鮮度監(jiān)測(cè)的智能包裝層出不窮，中華絨螯蟹[2]、豬肉[3]和雞肉[4]等海產(chǎn)品與肉類(lèi)的智能包裝的研究相對(duì)較多，而水果方面相對(duì)較少。獼猴桃[5]、石榴[6]、小芒果[7]和蘋(píng)果[8]等整果的新鮮度智能包裝已被報(bào)道，而鮮切水果這一即時(shí)性食品的智能包裝鮮有研究，目前已知僅有鮮切榴蓮[9]。就包裝環(huán)境而言，由于揮發(fā)性含氮[2-3]、含硫[4,9]化合物在貯藏期間的明顯變化使得包裝環(huán)境呈堿性漸強(qiáng)趨勢(shì)占智能包裝的絕大多數(shù)；而鮮切網(wǎng)紋瓜在貯藏期間CO2含量變化顯著，使得其包裝環(huán)境整體向酸性漸強(qiáng)環(huán)境轉(zhuǎn)變。因此選擇溴百里香酚藍(lán)（bromothymol blue，BTB）這一在堿性至酸性環(huán)境顯示出藍(lán)至黃色變化的指示劑作為鮮切網(wǎng)紋瓜智能包裝的顯示劑。

通常來(lái)說(shuō)，pH值染料需要固定在合適的基質(zhì)上以制成對(duì)pH值有響應(yīng)的顏色指示標(biāo)簽[10]。卡拉膠是來(lái)源于海洋紅藻的硫酸化多糖，具有優(yōu)異的膠凝能力、生物相容性和環(huán)境友好性，是食品包裝應(yīng)用中最具吸引力的多糖之一[11]。羧甲基纖維素鈉是天然改性的陰離子線性水溶性纖維素醚，由于良好的穩(wěn)定性和可生物降解能力而被廣泛應(yīng)用。黃原膠是一種經(jīng)好氧發(fā)酵產(chǎn)生的胞外多糖，對(duì)酸堿、溫度均有良好的穩(wěn)定性，優(yōu)異的相容性使其常與其他高聚合物混合應(yīng)用[12]。

因此，本實(shí)驗(yàn)選用卡拉膠，羧甲基纖維素鈉和黃原膠復(fù)合基質(zhì)作為pH值新鮮度指示標(biāo)簽的固體支持物?；诰W(wǎng)紋瓜貯藏期間包裝內(nèi)產(chǎn)生的CO2酸性環(huán)境選用BTB為顯色劑，制備出一種視覺(jué)顏色分明的新型智能凝膠標(biāo)簽。對(duì)凝膠標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，同時(shí)結(jié)合鮮切網(wǎng)紋瓜在4 ℃貯藏期間新鮮度的品質(zhì)指標(biāo)，對(duì)智能凝膠標(biāo)簽在鮮切網(wǎng)紋瓜新鮮度監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在作為實(shí)際應(yīng)用的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

網(wǎng)紋瓜 沈陽(yáng)果品批發(fā)部；卡拉膠、黃原膠、溴百里香酚藍(lán) 北京索萊寶科技有限公司；羧甲基纖維素鈉河南萬(wàn)邦化工科技有限公司；甘油 上海麥克林生化科技有限公司；CO2緩釋片 山東濰坊璟鴻用品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Evolution 201紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、Nicolet 6700衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜（attenuated total reflection-Fourier transform infrared spectroscopy，ATRFTIR）儀 美國(guó)Thermo Scientific公司；5804R冷凍臺(tái)式離心機(jī) 德國(guó)Eppendorf公司；CT3-10k質(zhì)構(gòu)儀美國(guó)Brookfield公司；Merlin掃描電子顯微鏡（scanning electron microscopy，SEM）德國(guó)Zeiss公司；TGA Q50熱重分析（thermogravimetric analysis，TGA）儀 美國(guó)TA儀器公司；Smartlable X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀 日本Rigaku公司；CR-400色彩色差計(jì)日本Konica Minolta公司；CheckPoint3便攜式頂空分析儀美國(guó)MOCON公司。

1.3 方法

1.3.1 BTB溶液光譜分析

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的BTB溶液，應(yīng)用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定其在pH值為2.0～12.0的吸光度曲線，掃描波長(zhǎng)設(shè)置為300～800 nm。

1.3.2 智能凝膠標(biāo)簽的制備

首先制備取1.00 g卡拉膠溶于100 mL蒸餾水中，同時(shí)加入0.81 g羧甲基纖維素鈉、0.27 g黃原膠和0.57 g甘油，40 ℃磁力攪拌1 h后得到復(fù)配膠液。然后向復(fù)配膠液中加入1.00 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的BTB溶液，并使用氫氧化鈉和鹽酸溶液調(diào)節(jié)復(fù)配膠液的最終pH值，本實(shí)驗(yàn)將溶液的pH值定為7.0。最后將復(fù)配膠液倒入現(xiàn)有圓形模具，待其冷卻至室溫后脫模成膠，每個(gè)凝膠質(zhì)量約5.00 g，貯藏于玻璃培養(yǎng)皿中以待后續(xù)使用。

1.3.3 智能凝膠標(biāo)簽的表征

標(biāo)簽的主要成分是卡拉膠，羧甲基纖維素鈉和黃原膠僅作為提高標(biāo)簽?zāi)z化的添加劑少量添加，且沒(méi)有將它們單獨(dú)制作應(yīng)用，因此實(shí)驗(yàn)只對(duì)卡拉膠標(biāo)簽、復(fù)配凝膠標(biāo)簽和顯色凝膠標(biāo)簽進(jìn)行比較分析。

1.3.3.1 微觀結(jié)構(gòu)觀察

使用SEM觀察凝膠樣品的橫截面結(jié)構(gòu)，選擇2500 倍數(shù)下進(jìn)行拍照。測(cè)試前需將凝膠進(jìn)行冷凍干燥，而后液氮脆斷，噴金，加速電壓為10 kV。

1.3.3.2 ATR-FTIR分析

使用ATR-FTIR儀分析凝膠內(nèi)不同成分的相互作用信息。紅外光譜測(cè)量的波數(shù)范圍為4000～600 cm-1。

1.3.3.3 XRD分析

使用XRD儀，以2°/min，在測(cè)量角2θ＝5°～45°的范圍內(nèi)對(duì)凝膠樣品進(jìn)行分析，研究其結(jié)晶特性。

1.3.3.4 熱穩(wěn)定性分析

使用TGA儀對(duì)凝膠進(jìn)行熱分析。將10 mg的樣品放入鋁容器中，氮?dú)鈿夥障?，?0 ℃/min的掃描速率加熱至750 ℃測(cè)定其熱穩(wěn)定性。

1.3.4 智能凝膠標(biāo)簽的響應(yīng)性

1.3.4.1 CO2響應(yīng)性

使用CO2緩釋片模擬體積分?jǐn)?shù)0%～10%的CO2，將制作好的凝膠標(biāo)簽置于模擬環(huán)境。由于不同CO2體積分?jǐn)?shù)下智能凝膠標(biāo)簽的顏色會(huì)發(fā)生變化，利用色彩色差計(jì)對(duì)3 個(gè)參數(shù)（a*、b*、L*）進(jìn)行記錄。L*（0～100）表示從低到高的亮度，a*（127～-128）表示從紅到綠的變化，b*（127～-128）表示從黃到藍(lán)的變化。在凝膠表面隨機(jī)取3 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得到的平均值用于計(jì)算凝膠總色差（ΔE）。

式中：L*、a*、b*為每日測(cè)定的顏色參數(shù)；L＝92.61，a＝-0.50，b＝5.60，為標(biāo)準(zhǔn)白版的顏色參數(shù)。

1.3.4.2 顏色穩(wěn)定性

將制作成功的凝膠標(biāo)簽置于一次性培養(yǎng)皿中保存。基于實(shí)驗(yàn)條件，將其放置于4 ℃冰箱和25 ℃室溫貯藏，貯藏時(shí)間與鮮切網(wǎng)紋瓜保持一致，期間每24 h測(cè)量一次顏色變化。

1.3.5 智能凝膠標(biāo)簽在鮮切網(wǎng)紋瓜中的應(yīng)用

選取質(zhì)量相同、無(wú)損傷瑕疵的網(wǎng)紋瓜，切分成塊，置于盒中貯藏。鮮切網(wǎng)紋瓜每盒凈質(zhì)量在（200.00±5.00）g以?xún)?nèi)。將脫模成功的凝膠標(biāo)簽貼在聚乙烯-聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯復(fù)合膜上，用封膜機(jī)封在盒頂部，保存在4 ℃的冰箱中。

1.3.5.1 CO2測(cè)定貯藏期間鮮切網(wǎng)紋瓜的CO2濃度由便攜式手持頂空分析儀測(cè)定，結(jié)果以百分比表示。

1.3.5.2 pH值測(cè)定取不同貯藏期的鮮切網(wǎng)紋瓜10.00 g，置于研缽中均勻搗碎，過(guò)濾后用pH計(jì)測(cè)量pH值。

1.3.5.3 菌落總數(shù)測(cè)定

貯藏期間鮮切網(wǎng)紋瓜的菌落總數(shù)參照GB 4789.2—2022《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》[13]。以菌落形成單位CFU計(jì)數(shù)（lg（CFU/g））。

1.3.5.4 凝膠標(biāo)簽顏色測(cè)定

在貯藏期間中，使用色彩色差計(jì)每天對(duì)智能凝膠標(biāo)簽的顏色進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)公式計(jì)算出每天智能凝膠標(biāo)簽的色差值（ΔE）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 BTB溶液光譜分析結(jié)果

從圖1A可以發(fā)現(xiàn)，BTB溶液在不同的酸性和堿性氛圍內(nèi)表現(xiàn)出不同的顏色。圖1B中清晰可見(jiàn)BTB溶液的最大吸收峰隨著pH值的增大而向波長(zhǎng)更高的方向移動(dòng)。當(dāng)在5.0～6.0時(shí)，BTB溶液呈現(xiàn)出黃色，其最大吸收峰在420 nm波長(zhǎng)附近，顯色成分主要是BTB的黃色酸式結(jié)構(gòu)[14]。當(dāng)pH 7.0～9.0時(shí)，溶液呈現(xiàn)出綠色，出現(xiàn)兩個(gè)吸收峰，一個(gè)在420 nm波長(zhǎng)附近，另一個(gè)在626 nm波長(zhǎng)附近，且420 nm波長(zhǎng)處吸收峰高于626 nm波長(zhǎng)處吸收峰；當(dāng)pH 10.0～12.0時(shí)，溶液由深綠色向藍(lán)色轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)兩個(gè)吸收峰，一個(gè)在406 nm波長(zhǎng)附近，另一個(gè)在629 nm波長(zhǎng)附近，此時(shí)629 nm波長(zhǎng)處吸收峰高于406 nm波長(zhǎng)處吸收峰。BTB的藍(lán)色堿式BB-的濃度隨著pH值逐漸向堿性增加而增大，顯示出綠色向藍(lán)色的變化[15]。綜上所述，BTB溶液在pH 5.0～12.0的范圍內(nèi)有著鮮明的顏色變化，可以作為顯色劑以使智能凝膠標(biāo)簽具有良好的指示效果。

圖1 BTB溶液在pH 5.0～12.0的顏色（A）及可見(jiàn)光譜（B）Fig.1 Color (A) and visible spectra (B) of BTB solution at pH 5.0–12.0

2.2 智能凝膠標(biāo)簽的SEM微觀形貌

圖2顯示了卡拉膠、復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽的實(shí)物圖和SEM圖。一般來(lái)說(shuō)，凝膠樣品的微觀結(jié)構(gòu)可以反映出物質(zhì)間的分散狀態(tài)，表面越均勻說(shuō)明分子間相容性越好。SEM圖顯示：卡拉膠標(biāo)簽表現(xiàn)出致密平整，光滑均勻的截面。加入羧甲基纖維素鈉和黃原膠后，復(fù)配凝膠標(biāo)簽的截面顯示出紋理形狀，這是標(biāo)簽成分羧甲基纖維素鈉的纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的。同時(shí)截面較為平滑均勻，說(shuō)明羧甲基纖維素鈉、黃原膠與卡拉膠具有良好的相容性，可以形成分子間氫鍵，使微觀結(jié)構(gòu)更加致密連續(xù)。BTB的加入沒(méi)有明顯改變顯色凝膠標(biāo)簽的微觀形貌，稍有纖維，沒(méi)有裂縫，截面內(nèi)部具有良好的均勻性，表明BTB可以均勻地分散在聚合物基質(zhì)中[16]。這與黃佳茵等[17]的研究結(jié)果相一致。

圖2 卡拉膠、復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽實(shí)圖和切面SEM圖Fig.2 Physical pictures and cross-sectional SEM images of carrageenan and those of gel labels and chromogenic gel labels

2.3 智能凝膠標(biāo)簽的ATR-FTIR分析結(jié)果

如圖3所示，卡拉膠標(biāo)簽在3276 cm-1處的明顯特征峰歸因于—OH伸縮振動(dòng)，羧甲基纖維素鈉和黃原膠的加入使得—O—H特征譜帶增強(qiáng)并移至3420 cm-1，說(shuō)明復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽中有氫鍵生成。3 種標(biāo)簽在2900 cm-1附近的峰值代表—C—H的伸縮振動(dòng)[18]，復(fù)配體系中羰基的存在使1594 cm-1的—C＝O伸縮振動(dòng)和1030 cm-1處—C—O的伸縮振動(dòng)趨于明顯[19]。1415 cm-1和1326 cm-1分別代表—C＝O的不對(duì)稱(chēng)和對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)[20]。卡拉膠分子中含有O＝S＝O磺酸鹽，其特征峰位于1240 cm-1，同時(shí)921 cm-1和856 cm-1處的特征峰分別歸因于3,6-脫水半乳糖C—O—C的拉伸振動(dòng)和4-硫酸半乳糖的C—O—S拉伸振動(dòng)[21]。BTB指示劑的加入幾乎沒(méi)有改變復(fù)配凝膠標(biāo)簽的峰值位置，說(shuō)明3 種不同基材之間沒(méi)有相互交聯(lián)，無(wú)共價(jià)鍵生成?？偠灾? 種凝膠標(biāo)簽的ATRFTIR光譜顯示復(fù)合物中沒(méi)有新生官能團(tuán)，表明卡拉膠、羧甲基纖維素鈉、黃原膠和BTB之間具有良好的相容性[22]。

圖3 卡拉膠、復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽的ATR-FTIR譜圖Fig.3 ATR-FTIR spectra of carrageenan and those of gel labels before and after color development

2.4 智能凝膠標(biāo)簽的XRD分析結(jié)果

凝膠樣品的結(jié)晶度可以反映其組成成分之間的相容性和分子間相互作用。如圖4所示，卡拉膠標(biāo)簽的XRD圖譜在2θ＝19.8°處有一個(gè)寬峰，表明它基本上具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)。復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽的XRD圖譜在2θ＝19.4°處存在同樣寬帶，可以歸因于其無(wú)定形的生物聚合物基質(zhì)[23]。與卡拉膠標(biāo)簽相比，復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽在2θ＝19.4°處的峰值強(qiáng)度明顯降低，這可能是由于羧甲基纖維素鈉、黃原膠與卡拉膠分子間形成氫鍵，抑制卡拉膠分子間的移動(dòng)從而降低其結(jié)晶度[24]。由于所用卡拉膠含少量KCl，因而卡拉膠標(biāo)簽在2θ＝28.3°和2θ＝40.5°處顯示出KCl晶體特征峰[25]。羧甲基纖維素鈉、黃原膠和BTB的加入沒(méi)有導(dǎo)致XRD圖譜的顯著改變，說(shuō)明它們沒(méi)有改變聚合物分子的物理狀態(tài)，復(fù)配凝膠和顯色凝膠依然保持無(wú)定形形式。

圖4 卡拉膠、復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽的XRD圖譜Fig.4 XRD spectra of carrageenan and those of gel labels before and after color development

2.5 智能凝膠標(biāo)簽的熱力學(xué)分析結(jié)果

TGA是用來(lái)測(cè)量智能凝膠標(biāo)簽在加熱過(guò)程中的質(zhì)量變化，從而揭示其熱穩(wěn)定性和分解情況。通過(guò)導(dǎo)數(shù)熱重分析（derivative thermogravimetry，DTG）法計(jì)算質(zhì)量隨溫度的變化率，進(jìn)一步說(shuō)明標(biāo)簽樣品熱降解每個(gè)階段的拐點(diǎn)[23]。從圖5可知，卡拉膠標(biāo)簽樣品出現(xiàn)兩個(gè)質(zhì)量損失階段，而復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽樣品出現(xiàn)3 個(gè)質(zhì)量損失階段。3 種標(biāo)簽樣品的第1階段熱降解出現(xiàn)在95～115 ℃之間，其主要原因可能是標(biāo)簽樣品中的水分子，即樣品中自由水和結(jié)合水的蒸發(fā)流失，質(zhì)量損失約3.82%～6.52%?？ɡz標(biāo)簽的第2階段的重要熱分解發(fā)生在264 ℃，質(zhì)量損失達(dá)到46.9%，主要原因是卡拉膠基體內(nèi)部的熱降解，包括糖環(huán)的脫水和解聚[26]。復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽熱降解的第2階段發(fā)生在250～280 ℃，質(zhì)量損失分別為25.3%和26.2%。這一質(zhì)量損失歸因于標(biāo)簽樣品中甘油的降解[27]。由于復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽中復(fù)合基體的分解，在330 ℃左右觀察到第3階段的熱降解。復(fù)配凝膠標(biāo)簽的第3階段質(zhì)量損失約為49.3%，說(shuō)明羧甲基纖維素鈉和黃原膠的加入對(duì)復(fù)配凝膠標(biāo)簽的熱穩(wěn)定性影響甚微。而顯色凝膠標(biāo)簽第3階段的質(zhì)量損失約為45.2%，表明BTB的加入降低了標(biāo)簽樣品的質(zhì)量損失，提高了凝膠標(biāo)簽的熱穩(wěn)定性[28]。

圖5 卡拉膠、復(fù)配凝膠和顯色凝膠標(biāo)簽的TGA和DTG圖Fig.5 TGA and DTG curves of carrageenan and those of gel labels before and after color development

2.6 智能凝膠標(biāo)簽響應(yīng)性分析

2.6.1 CO2響應(yīng)性

智能凝膠標(biāo)簽的顏色會(huì)隨著CO2體積分?jǐn)?shù)不同而改變。如圖6A所示，CO2體積分?jǐn)?shù)在0%～10%范圍內(nèi)變化，智能凝膠標(biāo)簽顏色顯示出由藍(lán)色、黃綠色、黃褐色、橙黃色的依次轉(zhuǎn)變。圖6B中量化了顏色的變化，以色差值ΔE展現(xiàn)出來(lái)。一般來(lái)說(shuō)，ΔE＞2意味著顏色變化肉眼可以觀察到，ΔE＞12反映不同的顏色空間[29]。如圖6B所示，圖中任意兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)ΔE＞2，任意間隔1 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)ΔE＞12充分說(shuō)明觀察者可輕易分辨出顏色變化。因此，智能凝膠標(biāo)簽可以很好地反映出包裝內(nèi)CO2濃度變化，使其成為監(jiān)測(cè)鮮切網(wǎng)紋瓜新鮮度的合適工具。

圖6 智能凝膠標(biāo)簽在不同CO2含量下的顏色變化和色差變化Fig.6 Changes in color and ΔE of intelligent gel labels with different CO2 concentrations

2.6.2 顏色穩(wěn)定性

用于食品監(jiān)測(cè)應(yīng)用的智能凝膠標(biāo)簽需要擁有足夠的顏色穩(wěn)定性。圖7比較了智能凝膠標(biāo)簽在4 ℃和25 ℃的貯藏條件下，每日智能凝膠標(biāo)簽的顏色變化情況，以與原始白板色差ΔE表示。如圖7所示，智能凝膠標(biāo)簽在4 ℃和25 ℃都能保持顏色基本不變，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)ΔE的最大差值分別為0.78和0.56。ΔE差值＜1說(shuō)明沒(méi)有明顯的顏色差異，表明智能凝膠標(biāo)簽在4 ℃和25 ℃貯藏8 d內(nèi)可以保持穩(wěn)定的顏色，適用于鮮切食品的指示包裝。

圖7 智能凝膠標(biāo)簽在4℃和25℃貯藏期間的色差變化Fig.7 Changes in ΔE of intelligent gel labels during storage at 4 or 25℃

2.7 智能凝膠標(biāo)簽在鮮切網(wǎng)紋瓜上的應(yīng)用

2.7.1 鮮切網(wǎng)紋瓜的新鮮度變化

CO2是水果呼吸作用和微生物代謝過(guò)程中的主要產(chǎn)物，因此，包裝內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)與鮮切水果新鮮度具有一定的相關(guān)性。如圖8所示，鮮切網(wǎng)紋瓜的CO2體積分?jǐn)?shù)隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)而顯著上升，從（0.04±0.01）%增加至（8.58±0.29）%，這種較高的CO2產(chǎn)生率也存在于鮮切青椒[30]和鮮切甜瓜[31]中。與此同時(shí)，貯藏期間鮮切網(wǎng)紋瓜的pH值呈顯著下降的趨勢(shì)，從6.84±0.02降低至5.96±0.03，由表1可知，二者表現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（-0.953），充分表明隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，鮮切網(wǎng)紋瓜包裝內(nèi)環(huán)境逐漸向酸性增強(qiáng)的方向變化。由于BTB在酸堿性不同的CO2氛圍內(nèi)可以顯示出視覺(jué)可見(jiàn)的顏色變化，也是本實(shí)驗(yàn)選擇BTB作為智能標(biāo)簽的顯色劑的原因。

表1 鮮切網(wǎng)紋瓜貯藏期間CO2體積分?jǐn)?shù)和ΔE與pH值和菌落總數(shù)間的相關(guān)性Table 1 Correlation among CO2 concentration in package and ΔE,pH and total aerobic plate count of fresh-cut netted melon during storage

圖8 鮮切網(wǎng)紋瓜在4℃貯藏期間新鮮度指標(biāo)的變化Fig.8 Changes in freshness indexes of fresh-cut netted melon during storage at 4℃

對(duì)于不新鮮的鮮切果蔬產(chǎn)品，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品可見(jiàn)的微生物腐敗現(xiàn)象和明顯增加的呼吸作用。圖8C中可以清晰觀察到鮮切網(wǎng)紋瓜的菌落總數(shù)呈顯著上升的趨勢(shì)，從（2.73±0.03）（lg（CFU/g））增加至（6.11±0.05）（lg（CFU/g）），與貯藏期間的CO2體積分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)（表1），這種顯著的相關(guān)性在貯藏6 d后的鮮切菠蘿[32]中也有發(fā)現(xiàn)。根據(jù)微生物標(biāo)準(zhǔn)指南[33]，鮮切水果的菌落總數(shù)不得超過(guò)5（lg（CFU/g））。而在鮮切網(wǎng)紋瓜貯藏的第4天發(fā)現(xiàn)，菌落總數(shù)達(dá)到（5.13±0.07）（lg（CFU/g）），已超過(guò)限值，說(shuō)明此時(shí)的鮮切網(wǎng)紋瓜已經(jīng)腐敗變質(zhì)，不可食用。因此，將鮮切網(wǎng)紋瓜的保質(zhì)期限制在第3天前。

2.7.2 鮮切網(wǎng)紋瓜的智能凝膠標(biāo)簽應(yīng)用

將制作好的智能凝膠標(biāo)簽應(yīng)用在鮮切網(wǎng)紋瓜上，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其新鮮程度。從圖9A可以清晰地看到，隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，智能凝膠標(biāo)簽的顏色由藍(lán)色、黃綠色、黃褐色向橙黃色依次改變。結(jié)合圖9B中智能凝膠標(biāo)簽ΔE的顯著變化，表明消費(fèi)者可以?xún)H通過(guò)肉眼分辨凝膠標(biāo)簽的顏色從而感知鮮切網(wǎng)紋瓜的新鮮程度。表1中的相關(guān)性分析更加說(shuō)明了智能凝膠標(biāo)簽的顏色變化與包裝中CO2體積分?jǐn)?shù)、pH值和菌落總數(shù)都顯示出極好的顯著性和相關(guān)性，進(jìn)一步表明智能凝膠標(biāo)簽的顏色變化可以很好地反映鮮切網(wǎng)紋瓜的新鮮度。

圖9 智能凝膠標(biāo)簽在鮮切網(wǎng)紋瓜4℃貯藏期間的顏色變化和色差變化Fig.9 Changes in color and ΔE of intelligent gel labels during storage of fresh-cut netted melon at 4℃

鮮切網(wǎng)紋瓜中凝膠標(biāo)簽初始顏色為藍(lán)色，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，凝膠標(biāo)簽會(huì)向黃綠色漸漸轉(zhuǎn)變，此階段說(shuō)明鮮切網(wǎng)紋瓜處于新鮮狀態(tài)。當(dāng)凝膠標(biāo)簽由黃綠色變?yōu)辄S褐色時(shí)，說(shuō)明鮮切網(wǎng)紋瓜稍微變質(zhì)，處于不可食用狀態(tài)。當(dāng)標(biāo)簽向橙黃色轉(zhuǎn)變時(shí)，此時(shí)表明鮮切網(wǎng)紋瓜已經(jīng)變質(zhì)，超出鮮切網(wǎng)紋瓜菌落總數(shù)可接受限值5（lg（CFU/g）），需要立即丟棄，防止衛(wèi)生隱患。因此，此智能凝膠標(biāo)簽可以實(shí)時(shí)反映出鮮切網(wǎng)紋瓜的新鮮度，具有推廣為其他果蔬產(chǎn)品新鮮度監(jiān)測(cè)的巨大潛力。

3 結(jié)論

本研究以卡拉膠為基材，復(fù)配羧甲基纖維素鈉、黃原膠和BTB以制備出智能顯色凝膠標(biāo)簽，并將其應(yīng)用于鮮切網(wǎng)紋瓜新鮮度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)卡拉膠、復(fù)配凝膠和顯色凝膠的微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果表明BTB與3 種基材之間具有良好的相容性，各組分間無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，顯色凝膠標(biāo)簽的熱穩(wěn)定性最好。制備出的智能顯色凝膠標(biāo)簽的顏色變化與其包裝內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)、pH值和菌落總數(shù)顯著相關(guān)。通過(guò)凝膠標(biāo)簽在貯藏期間從藍(lán)色到黃綠色、黃褐色和橙黃色的有序顏色變化，消費(fèi)者可以直觀地分辨鮮切網(wǎng)紋瓜的質(zhì)量。當(dāng)標(biāo)簽顯示黃褐色時(shí)，已處于可食用邊緣，橙黃色即為不可食用狀態(tài)。因此，智能凝膠標(biāo)簽可以作為一種有效的手段，對(duì)鮮切網(wǎng)紋瓜的腐敗變質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)無(wú)損監(jiān)測(cè)，從而幫助消費(fèi)者合理購(gòu)買(mǎi)和食用。此外，后續(xù)應(yīng)尋找可替代BTB的天然染料，以進(jìn)一步提高凝膠標(biāo)簽的食品安全性。