負載天然色素的生物基智能包裝指示器研究進展

雷 橋, 張文惠

(1.上海海洋大學 食品學院, 上海 201306; 2.上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心, 上海 201306)

智能包裝是一種能夠實現智能功能(如檢測、傳感、記錄、跟蹤、通信)的包裝系統,能促進決策,延長貨架期,增強食品安全性,提高食品質量,提供食品相關信息,并預警潛在風險[1]。智能包裝不僅能提供有關產品本身的信息(產地、理論有效期、成分等),而且還能告知產品內部環境的相關信息(儲存條件、頂空氣體成分、微生物生長等)。歐共體框架法規《食品接觸材料框架法規》 1935/2004、450/2009、2020中,承認智能包裝為一類控制包裝食品狀態或周圍環境的材料和物體,該系統通常作為標簽黏附、復合或印刷于食品包裝材料上,以此檢查產品質量,跟蹤關鍵指標,并在整個食品供應鏈(存儲、運輸、分銷)中提供更詳細的信息[2]。

在產品-包裝-環境相互作用的復雜系統中,智能包裝旨在向制造商、零售商或消費者傳達與食品質量相關的信息,不直接延長食品保質期,也不具備活性包裝(active packaging)的活性成分釋放/吸收功能。因此,活性包裝被視為傳統食品包裝保護和保藏功能的延伸,而智能包裝被視為其通信和營銷功能的延伸[3]。

近年來,新型環保包裝材料的開發以及創新的包裝理念正驅動著市場,使用可生物降解和可再生材料成為保護環境、廢棄物綜合利用的必然選擇和研究熱點。為此,生物聚合物應運而生,引領循環經濟和可持續發展。歐洲生物聚合物組織將生物聚合物定義為生物基(部分或全部)或可生物降解的塑料材料,或兼具2種特性的材料?！吧锘笔侵覆牧匣虍a品來源于生物質,“可生物降解”是指它可以通過環境中可用的活生物體降解為基本物質,如水、二氧化碳、甲烷、基本元素和生物質[4]。生物聚乙烯(bio-PE)、生物聚對苯二甲酸乙二醇酯(bio-PET)、生物聚丙烯(bio-PP)等材料雖然屬于生物基,但不可生物降解;聚己二酸丁二烯-對苯二甲酸酯(PBAT)、聚乙烯醇(PVA)、聚己內酯(PCL)等材料可生物降解但并不屬于生物基;既屬于生物基又可生物降解的材料包括多糖(淀粉、纖維素、殼聚糖等)、蛋白質(膠原蛋白、明膠、大豆蛋白、玉米醇溶蛋白、小麥面筋等)、脂質(脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯、米糠脂)、改性生產的生物基材料(醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、硝酸纖維素、再生纖維素、羧甲基纖維素、木質纖維素產品、殼聚糖等)、可再生生物基單體化學合成的聚乳酸(PLA)以及由微生物或轉基因細菌產生的聚合物[聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)、聚羥基鏈烷酸酯(PHA)和細菌纖維素]等[5]。

目前,多糖、蛋白質、脂質及其復合物已被應用于智能包裝研究中,由這些物質復合制備而成的材料能夠起到協同增效的作用,提高薄膜的機械性能和阻氣、阻濕性能。使用既屬于生物基又可生物降解的包裝材料能夠真正實現綠色環保和可持續發展,以此減輕傳統包裝材料造成的環境、公共健康和經濟負擔。

生物基智能包裝指示器旨在直觀地傳達給消費者某種物質是否存在,2種或多種物質之間反應的程度或特定物質或一類物質含量等有關的信息。例如,通過顏色(或顏色強度)變化或染料擴散提供有關食物的即時信息(視覺,定性或半定量)[6];通過視覺變化報告產品或其環境的變化(溫度、pH值):時間-溫度指示器(TTI)、氧氣指示器、舒適指示器和新鮮度指示器等[7]。

隨著多糖、蛋白質和脂質等可生物降解基材薄膜的研發及應用,與之相應的智能包裝不再局限于傳統的物理、化學、電化學指示器和傳感器,而是對生物傳感器提出了更深、更廣泛的需求。為此,本研究基于可生物降解的生物基薄膜載體,從天然色素指示劑成分,指示器類型、特點以及應用等方面對近年來的生物基智能包裝指示技術展開分析。

1 天然色素類生物基智能包裝膜指示劑

指示劑被定義為通過特征變化,尤其是顏色變化來指示另一種物質的存在、不存在,含量,或2種或多種物質之間反應程度的物質。與傳感器相比,指示器不由接收器和傳感器組件組成,而是通過視覺變化直接向消費者傳達信息[8]。以新鮮度指示器為例,其原理如圖1。

圖1 生物基新鮮度指示器原理Fig.1 Principle of bio-based freshness indicator

負載天然色素的生物基指示器的主要制備工藝如圖2[9],包括輥筒流延成型、熱壓成型和平版澆注成型等方法,整個生產過程包括磁力攪拌、加熱溶解、混合、均質、冷卻、擠出、澆注、流延、熱壓和干燥等系列單元操作。天然色素在適當的溫度和時間條件下均勻混合于生物基聚合物載體(糖類、蛋白質、脂類及其復合物)中,形成成膜溶液,通過成膜溶液中溶劑的干燥蒸發成型。其中,干燥溫度受限于天然色素中活性物質的熱敏性。流延法和熱壓法適用于工業化連續生產,但高溫熱處理會對天然色素的穩定性產生負面影響;澆注平版法對天然色素的影響較小,但尚不能實現大規模批量生產,適用于實驗室研究。

圖2 生物基新鮮度指示器制備工藝Fig.2 Preparation process of bio-based freshness indicator

傳統包裝多使用二甲酚、溴甲酚藍、甲基紅等一些合成色素作為智能包裝指示劑[10],這類化合物存在潛在的毒性與致突變性,從健康角度出發,不適用于食品包裝材料。因此,開發可再生、無毒的天然色素指示劑取代此類有毒染料潛力可期,其作為食品接觸材料不但能夠提高食品安全性,同時也滿足了消費者對安全食品的期望。絕大多數天然色素來源于植物,如花青素、葉綠素、姜黃素、甜菜素等(圖3[11])。天然色素與合成色素的對比如表1。

表1 天然色素與合成色素對比

圖3 基于天然色素的pH感應智能指示薄膜Fig.3 pH-Sensitive smart packaging films based on natural food colorants

1.1 花青素指示劑

花青素作為一種水溶性色素,主要來源于紫甘藍、黑枸杞、藍莓等植物,是目前研究最為廣泛的植物化合物之一?；ㄇ嗨氐墓δ芎臀锢硇再|主要受其來源多樣化的影響。目前,自然界中發現的花青素種類已經高達600多種[12]?；ㄇ嗨馗鶕江h上的取代基分為6種常見的形式:天竺葵素(pelargonidin)、矢車菊素(cyanidin)、芍藥素(peonidin)、矮牽牛素(petunidin)、飛燕草素(delphinidin)和錦葵素(malvidin)?；ㄇ嗨鼐哂械湫偷腃6-C3-C6骨架結構,根據B環上羥基和甲氧基的數目和取代基位置的不同,花青素會發生不同顏色的變化,并且結構隨著pH值的變化而改變。圖4為花青素在不同pH值下結構的變化[13]。當處于強酸條件下時,花青素溶液主要以黃烊鹽離子存在,呈現紅色;隨著pH值的增大,C環氧上的陽離子發生水合反應,變成無色的甲醇假堿;當pH值逐步趨于堿性時,其主要結構為喹啉堿,從而變為藍色/紫色;當pH值進一步增大時,查爾酮結構占主導地位,出現黃色[14]。

圖4 不同pH值時花青素結構的變化Fig.4 Change of anthocyanin structure at different pH

因此,花青素可以作為pH指示劑,用于智能包裝中監測食品的新鮮度。此外,花青素具有較強的抗菌和抗氧化性能,這些性能對食品包裝貯藏也發揮了重要作用。溫度、濕度、氣體、壓力、光、化學反應(溶劑、酶、金屬離子)等環境條件也影響著花青素的變化,據此,時間-溫度指示器、氣體指示器也都有望將花青素作為指示劑使用。

1.2 葉綠素指示劑

葉綠素存在于各種綠色植物中,具有抗氧化特性和高營養價值,可通過清除自由基來防止細胞的氧化損傷,并通過與胃腸道結合來幫助清除致癌物,抑制癌細胞生長[15]。pH值影響下葉綠素轉化為脫鎂葉綠素是綠色蔬菜變色的關鍵原因。在結構上,葉綠素以卟啉環為主要結構,環狀對稱四吡咯,中心金屬原子為鎂,葉綠醇疏水基易于與氧氣發生反應,并導致活性氧的形成,氧化其他有機化合物,包括脂類和蛋白質等。在酸性條件下,葉綠素脫去鎂離子變成脫鎂葉綠素,顏色從綠色變成橄欖綠(圖5)。研究表明:葉綠素a和葉綠素b的分解速度會隨著pH值的降低而加快,大部分分解發生于pH值小于4時;當pH值大于11時,葉綠素的分解速度將減慢[16]。葉綠素不但與花青素一樣可以用于食品新鮮度的監測,也可以監測包裝內部的氧氣環境,作為氣體指示器的指示劑應用于智能包裝中。

圖5 不同pH值時葉綠素結構的變化Fig.5 Change of chlorophyll structure at different pH

1.3 姜黃素指示劑

姜黃素是一種多酚類化合物,難溶于水,易溶于有機溶劑,大多從姜科植物的根莖中提取。姜黃素是由七碳鏈(庚烷)連接2個芳基組成,2個環上都連有一個羥基和一個甲氧基取代基。姜黃素對pH值十分敏感,它會影響姜黃素的酮-烯醇平衡,見圖6。當溶液呈酸性時,姜黃素結構主要為酮式;當溶液呈堿性時,主要為烯醇式[17]。酮-烯醇的平衡雖然賦予了姜黃素較高的pH值敏感性,但也成為了其穩定性低、溶解度低的主要原因。 姜黃素可以作為新鮮度指示器的指示劑監測食品的新鮮度。此外,溫度也對姜黃素的穩定性產生影響,可以將姜黃素作為溫度指示劑應用于智能包裝中。但由于姜黃素溶解度低,且顏色變化從黃色到橙紅色,不如花青素明顯,具有一定的局限性。

圖6 不同pH值時姜黃素結構的變化Fig.6 Changes of curcumin structure at different pH

1.4 甜菜素指示劑

甜菜素是水溶性酚類色素,從甜菜根、紅火龍果、仙人掌果等植物中獲得,其中,紅火龍果皮是甜菜素的主要來源,具有抗菌、抗氧化、抗血脂和抗癌等特性[18]?；瘜W結構變化導致甜菜素顏色不同,根據顏色可將其分為甜菜紅素和甜菜黃素,均由同一個前體物質——甜菜醛氨酸分別與環多巴和氨基化合物縮合而成。不同pH值時甜菜素的結構見圖7。甜菜素較花青素更為穩定, pH值為3～8時,結構不受影響,呈穩定的紫紅色;當pH≥8時,甜菜紅素發生水解,顏色呈黃色。除pH值外,溫度、濕度、氣體、光照、金屬離子等多種因素都會影響甜菜素的穩定性[19]。與花青素一樣,甜菜素可以作為新鮮度指示器、時間-溫度指示器和氣體指示器的指示劑使用,同時還能賦予包裝薄膜抑菌抗氧化的功能。

圖7 不同pH值時甜菜素結構的變化Fig.7 Change of betaine structure at different pH

2 色素類生物基智能指示器研究進展

生物基智能指示器根據材料的功能特性分為3類:新鮮度指示器、時間-溫度指示器和氣體指示器。

2.1 生物基新鮮度指示器

2.1.1作用機理

新鮮度指示器的制備及功能見圖8[20]。新鮮度指示器由固相載體和對pH值變化敏感的染料2個重要的部分組成[21],它提供了食品中微生物生長或化學變化導致產品質量變化的直觀信息。產品質量變化使食物內部pH值改變,而指示器顏色會隨著pH值的顯著變化而發生改變[11, 22]。微生物的生長與pH值的改變有關,因為pH值的升高與降低和微生物的代謝產物相關,如大腸桿菌在繁殖過程中產生甲酸等物質,在微生物實驗中也會以產酸產氣作為其培養成功的標準;一些霉菌會分解蛋白質產生氨氣(NH3),使環境呈現堿性。除了微生物的作用,食品中的酶也會分解蛋白質、糖和脂肪等物質,產生酸性的硫化氫(H2S)和堿性的NH3。此外,油脂酸敗等非酶作用也會使包裝環境中的pH值發生改變。由于新陳代謝和微生物的生長,果蔬、乳制品的pH值會隨著貯藏期間有機酸含量的變化而變化,而揮發性鹽基氮類化合物,如二甲胺、三甲胺、組胺、酪胺的產生會導致高蛋白食品(肉類、海鮮等)的pH值變化[23],將新鮮度指示器應用于這些食品包裝中,可直觀地向食品制造商、零售商和消費者提供食品品質的信息(圖9[24]),從而避免食物的浪費。

圖8 生物基新鮮度指示器的制備及功能Fig.8 Preparation and function of bio-based freshness indicator

圖9 生物基新鮮度指示器的視覺表達Fig.9 Visual representation of bio-based freshness indicators

2.1.2研究概況

一些研究使用人工合成色素作為新鮮度指示劑[25-27],雖然相較于天然色素其著色效果更好、穩定性更高,但從消費者健康角度出發并不可取,因此,采用無毒、安全且能再生的天然色素作為新鮮度指示劑是理想的替代方案?；ㄇ嗨?、葉綠素、姜黃素、甜菜素均為對pH值敏感的色素,都能隨pH值的變化產生結構及顏色的改變。

花青素在強酸條件下穩定性較高,隨著pH值的增大,顏色逐漸偏藍,并在堿性下變為黃色,但由于花青素的來源不同,顏色的變化也不盡相同。Zhang等[28]從紫荊花中提取花青素作為染料,以殼聚糖為基材制備薄膜,在pH值從2.2升至9.0時,薄膜的顏色由紅色變為綠色。將該薄膜應用于豬肉和魚肉包裝實驗,發現pH值與豬肉和魚肉樣品的新鮮度密切相關,豬肉和魚肉在25 ℃下放置12 h,薄膜顏色均無明顯改變;12 h后隨著微生物的繁殖和蛋白質的分解,內部環境的pH值逐漸升高,薄膜由紫色轉為棕色,其中,豬肉包裝在24 h后薄膜由棕色變為綠色,直至48 h后完全變綠;魚肉包裝則在16 h后開始發綠, 24 h后完全變綠。You等[29]以黑加侖花青素為染料,將其加入魔芋葡甘露聚糖羧甲基纖維素復合基質中制備智能指示膜,在pH值從 2升至12時,薄膜顏色由紅色逐漸變為黃色,將其用于鯽魚包裝,發現隨著鯽魚的腐變,24 h后薄膜開始起皺;36～48 h時,薄膜由粉紫色變為淺黃色,隨著時間的延長黃色逐漸加重?；ㄇ嗨氐募尤雽Ρ∧さ男阅芤矔a生影響,因其自身的功能特性,可提高薄膜的抗氧化性能,并且因花青素與成膜基質的分子間相互作用,薄膜的交聯度增強,機械性能和熱穩定性提高[30]。

葉綠素相較于其他色素穩定性更強,在酸性條件下,其分子結構中心的鎂離子被氫離子取代,形成褐色的脫鎂葉綠素,使顏色變深。Chavoshizadeh等[31]觀察到含有葉綠素的面筋膜可延長芝麻油的保質期,還可依據顏色的改變感知油脂的氧化酸敗信號。

姜黃素比花青素更為穩定,在堿性條件下會逐漸變紅,并且比酸性條件下更加穩定。此外,姜黃素難溶于水的特性還能提高薄膜的耐水性。Li等[32]以大豆分離蛋白和姜黃素為原料,采用共混合pH值驅動的方法制備了不同的智能比色膜。實驗發現加入了姜黃素的薄膜具有更高的延展性和耐水性,并且在蝦的貯藏實驗中發現薄膜顏色的變化與蝦的腐敗存在關聯。

甜菜素通常比花青素穩定,其穩定pH值為 4～6。Kanat[33]研制了含有莧菜葉提取物的智能包裝薄膜,并將其用于監測魚和雞肉的新鮮度,薄膜顯示顏色從紅色到黃色的明顯變化,這與pH值、揮發性鹽基氮和微生物數量的變化都具相關性。

隨著綠色包裝的發展及科技的進步,更多先進的生產工藝逐步應用于新鮮度指示器。Aghaei等[34]利用靜電紡絲技術制備了醋酸纖維素納米纖維指示器,并將其用于監測虹鱒魚的新鮮狀態,隨著虹鱒魚的腐變,納米纖維指示器的顏色由黃色轉為紫色。近年來,電化學書寫方法已被成功應用,Wu等[35]采用了一種在多糖薄膜上“書寫”或刻蝕的電化學方法,通過將負電位偏置在接觸殼聚糖/瓊脂糖/花青素水凝膠表面的不銹鋼絲(作為筆)上,局部產生的pH值變化引起花青素的顏色變化,并能在水凝膠上寫入文字和圖案等不同程序信息。水凝膠中寫入的文字或圖案,在水凝膠干燥固化后,這些信息不再發生改變。此外,發現該薄膜的顏色對鯽魚變質進程有較強的響應性變化。

2.2 生物基時間-溫度指示器

2.2.1作用機理

在食品的供應鏈環節,溫度是影響食品品質的重要因素,物流中的高溫及溫度波動均不利于食品的儲存。 TTI用于檢測和跟蹤包裝食品在貯存和分銷過程中的質量和安全性,判別其在儲運中是否長時間暴露于高溫下[36]。TTI可以作為食品包裝的一部分,顯示并提供在特定溫度和特定時期產品的質量信息,它需要對溫度變化做出連續、清晰、不可逆的反應[37]。TTI應用于智能包裝時,消費者可以通過顏色的改變等視覺信息判斷食品是否變質。TTI的工作原理見圖10[8]。

圖10 生物基時間-溫度指示器原理Fig.10 Principle of bio-based time-temperature indicator

根據顏色變化的不同機理,TTI分為化學TTI、物理TTI、生物TTI和酶促TTI[38]?；瘜WTTI主要包括基于聚合反應的TTI(利用聚合反應的不可逆性,反應速率隨溫度升高而加快,可見吸收峰吸收光譜由高波段向低波段偏移,從而顏色發生改變)、基于光致變色的TTI(利用逆反應熱誘導褪色原理)和基于氧化反應的TTI(利用氧化還原反應或光誘導氧化還原反應顯示顏色變化)。根據工作原理,物理TTI包括擴散型TTI(利用有色材料隨著環境溫度的升高在多孔物質中擴散的原理)、納米顆粒型TTI(具有熱致變色特性的納米材料吸收到熱量時,納米粒子的表面形貌會發生改變,從而顯示出不同的色度信號作為響應)、電子TTI(作為熱傳感器將溫度信號轉換為電信號,然后將電信號轉換為最終的視覺輸出)等。生物TTI中使用最多的是酵母(酵母在特定溫度下發生厭氧呼吸產生酸,從而導致pH指示器的顏色變化)和乳酸菌(利用乳酸菌產生的乳酸在一定條件下改變pH值,從而導致pH指示器顏色變化)。酶促TTI是基于酶與底物的水解反應,從而引起顏色的變化,與其他類型相比具有成本低、性能穩定、易于控制等優點[38]。

2.2.2研究概況

針對裝載天然色素的TTIs智能包裝目前已有一定的研究。用于TTIs的天然色素主要為花青素和葉綠素?；ㄇ嗨鼐哂性诓煌瑴囟认嘛@示顏色變化的特性,可作為智能包裝系統中溫度變化的天然指示物。多項研究都觀察到,暴露在30 ℃以上環境中的花青素會發生顏色變化[39-42]。Shaked-Sachray等[39]研究了高溫和金屬離子含量對紫菀花中花青素積累的協同影響,觀察到花青素在高溫(>30 ℃)下降解并變色。Maciel等[43]以花青素為原料,研制了一種可生物降解的智能溫度指示包裝材料,發現在不同的溫度(40～70 ℃)下,其顏色不可逆轉地從淺紫色變為淺黃色。葉綠素顏色的變化也與溫度密切相關,高溫下葉綠素被分解,形成褐色的脫鎂葉綠素。Maciel等[44]將葉綠素加入殼聚糖薄膜中,制備出了能夠監控溫度變化的智能指示系統,該系統在50～75 ℃不可逆地從綠色變成黃色,具有比色溫度指示的巨大潛力。

除了色素顯示法,酶法為TTIs的另一研究熱點。近年來,幾種基于不同酶的TTI已得以開發,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,根據酶促反應的時間周期和溫度累積效應導致的顏色變化(從綠色到紅色)來指示肉餡的質量。Meng等[47]利用淀粉酶研制了一種由瓊脂涂層和海藻酸鈉、碘、直鏈淀粉和葡萄糖淀粉酶微膠囊涂層組成的TTI酶,用于控制冰鮮豬肉的品質。Quelhas等[48]根據多酚氧化酶與酚類的酶促反應原理,開發了新型TTI,并應用于櫻桃的保鮮貯藏中,多酚氧化酶和酚類化合物之間發生的羥基化反應使顏色變化,量化的色度變化與水果的保質期高度關聯。喬磊等[49]研制出的新型堿性脂肪酶型TTI可以指示冷鮮豬肉在貯藏過程中品質的變化,該TTI在貨架期內無論恒溫或變溫條件下都具有較好的顯色穩定性。

晚期糖基化終產物(advanced glycation end products, AGEs)通過食品的美拉德反應形成,尤其是二次加熱的食品會導致慢性疾病的發生。近幾年,有研究利用美拉德反應作為TTI監測食品中熒光AGEs的形成。Hu等[50]利用賴氨酸和木糖的美拉德反應研制了基于美拉德反應的TTI,該系列可用于各種復熱食品中AGEs含量的監測。Ye等[51]采用同樣方法,研發出了一種冷敏TTI,通過動力學方程建立了TTI的顏色隨時間和溫度的變化關系,并且TTI的活化能值(Ea)與鯖魚的活化能值相近,TTI的顏色變化與鯖魚中總揮發性鹽基氮含量之間存在良好的相關性,表明該新型TTI具備監測鯖魚新鮮度的應用潛力。

2.3 生物基氣體指示器

2.3.1作用機理

生物基氣體指示器通常以標簽的形式放置在包裝內部,以監測由于包裝材料的滲透作用、微生物代謝作用以及食物基質的酶或化學反應而引起的包裝內氣體的變化[1]。氣體指示器對CO2、O2、H2S等氣體以及胺、酮等揮發性化合物均十分敏感[52]。比色氣體指示器主要以不干膠標簽、印刷層或與薄膜共混復合等3種方式呈現[36]。這類智能包裝方法比使用儀器分析更加方便快捷,并大大節約了時間和勞動力成本。天然色素作為氣體指示劑的原理是當其暴露在某些氣體中時,會因化學反應而導致顏色改變。

2.3.2研究概況

紫甘藍花青素對NH3敏感,與其接觸后由紫色變為黃綠色[53]。Ma等[54]發現姜黃素也會對NH3出現顏色響應。此外,許多類胡蘿卜素暴露在O2中時,由于氧化反應發生褪色,因此也可將類胡蘿卜素用作氧氣傳感器[55]。食品在包裝貯藏過程中,難免變質,果蔬產生乙烯,微生物生長會產生CO2,因此,包裝內的CO2濃度是果實品質評估的重要指標。Saliu等[52]將生物基薄膜傳感器暴露于不同濃度的CO2下,利用聚賴氨酸和花青素混合物評估薄膜的CO2敏感性,發現薄膜顏色隨CO2濃度變化產生不同響應。肉類和海鮮等一些蛋白質含量較高的食品,長時間儲存會產生某些揮發性物質,即總揮發性鹽基氮,這是評估高蛋白含量食品新鮮度的重要指標。Yao等[56]從梨果仙人掌中提取出甜菜素應用于蝦的包裝保藏指示中,發現隨著蝦中總揮發性鹽基氮含量的增加,智能薄膜的顏色由紫色變為橙色。

3 總結與展望

綜合比較各類天然色素指示劑,花青素在智能包裝中的應用研究最為廣泛,其顏色變化比其他色素更為顯著,更易受溫度、光照、氣體、濕度等環境因素的影響,來源更廣,可應用于各類指示器的開發;葉綠素對酸性、高溫等環境更為敏感,更適用于監測油脂等易氧化酸敗的食品,以及監測外部環境溫度是否利于食品保藏;姜黃素相較于易溶于水的花青素,難溶于水易溶于有機溶劑,更適合作為新鮮度指示劑應用于高含水量食品,但具有顏色變化遠不如花青素明顯的局限性;甜菜素也適用于各類指示器,但來源有限。

以可生物降解的生物基材開發食品智能包裝是綠色包裝和可持續發展的重要途徑之一,其中高氣體阻隔性的生物基材能夠提高食品在供應鏈中的品質與安全性。通過智能包裝與活性包裝的協同作用,在材料的制備過程中通過涂布、層合和共擠復合工藝,合理納入天然抗菌劑(芥末、蓖麻油、山葵等)和抗氧化劑(生育酚、抗壞血酸、多酚等)進行改性,能夠功能靶向性調控包裝內環境,抑制食品包裝中微生物的生長與繁殖,避免食品氧化,延長食品貨架期?；诖祟惢拈_發天然色素型的生物基智能指示器,自身具有較強的抗氧化功能,既可以表征食品內部pH值的變化,還能有效監測包裝內環境溫度以及氣體濃度的動態變化,實現感知、監控、記錄、追溯和提供食品質量信息的目的。

可生物降解智能包裝在食品安全貯運、碳中和方案中的應用展示著巨大的潛力和驅動力,但同時也需要嚴格監管,必須遵循立法獲得食品接觸批準,控制風險性遷移作用。目前多數產品僅處于實驗室研究階段,不具備工廠規?；a的能力,一些材料的光學性能、機械性能和穩定性能等尚達不到商用要求。此外,天然色素的提取成本相較于人工合成色素也更高,其穩定性問題也有待解決。智能包裝要求極高的靈敏性和特異性指標,若監測出現失誤,則非但不能避免食品浪費,還會使消費者誤判導致更大的浪費。因此,智能包裝指示器的安全性、選擇性、靈敏性、高效性和溫度適應性等研究將成為生物基傳感領域未來需要解決的關鍵問題。