林華敏　李彥韋　趙海東　謝軻　孫繆洋　黃少云

導(dǎo)語

食品從生產(chǎn)加工到銷售必然要經(jīng)過物流及倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)，很大一部分食品還需要冷鏈運(yùn)輸和冷庫儲(chǔ)藏，物流及倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)的溫濕度、通風(fēng)、衛(wèi)生等諸多因素都會(huì)對(duì)食品的品質(zhì)及貨架期產(chǎn)生影響。例如，溫度每升高6℃，食品中腐敗微生物生長速度就會(huì)翻一倍，相應(yīng)的貨架期縮短一半。隨著信息化的高速發(fā)展，食品包裝在信息時(shí)代也已經(jīng)逐漸向智能化方向發(fā)展，智能指示型標(biāo)簽可以隨包裝應(yīng)用在食品上，對(duì)食品物流及倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)的各環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)控，通過可見的顏色變化給消費(fèi)者提供食品物流環(huán)節(jié)溫度條件、實(shí)時(shí)品質(zhì)等相關(guān)信息。

智能指示型標(biāo)簽根據(jù)其響應(yīng)的因子和指示目的的不同，主要包括時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽、檢測溫度濫用標(biāo)簽、食品新鮮度標(biāo)簽、果品成熟度標(biāo)簽及包裝泄漏指示標(biāo)簽等。在歐美等發(fā)達(dá)國家，一些市場應(yīng)用的商業(yè)化標(biāo)簽產(chǎn)品，已經(jīng)在食品、藥品及農(nóng)產(chǎn)品的物流包裝中發(fā)揮了質(zhì)量管控的積極作用，可謂一類成本低廉、使用便捷的“神器”。以下，筆者將通過部分市場化應(yīng)用的產(chǎn)品，展現(xiàn)智能指示型標(biāo)簽的功能及應(yīng)用場景。

技術(shù)分類及原理

1.時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽

時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽（Time-Temperature Indicators， TTIs）是一種通過時(shí)間-溫度積累效應(yīng)來實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄食品從制造、儲(chǔ)運(yùn)到銷售各環(huán)節(jié)的溫度歷史的裝置。它可以根據(jù)時(shí)間溫度的變化，模擬食品的變質(zhì)過程，進(jìn)而反映食品的品質(zhì)狀態(tài)并指示食品剩余貨架壽命。其基本原理主要基于酶促反應(yīng)、物理擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)等，通常以機(jī)械變形或顏色變化的形式表現(xiàn)為可觀察的響應(yīng)形式。從工作原理上主要分為物理型、化學(xué)型和生物型。

2.溫度濫用指示標(biāo)簽

溫度濫用指示標(biāo)簽是一種監(jiān)控和記錄商品在運(yùn)輸過程中是否經(jīng)歷極端溫度環(huán)境的裝置。它能夠有效監(jiān)控并顯示疫苗、藥品、化學(xué)試劑等對(duì)溫度要求苛刻的商品在運(yùn)輸過程中是否經(jīng)歷過極端溫度變化，從而保障商品的安全性。其基本原理是：指示劑中含有對(duì)溫度敏感物質(zhì)，其在某個(gè)極低或極高溫度范圍發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生可見的顏色變化，達(dá)到溫度濫用指示的? ?目的。

3.新鮮度指示標(biāo)簽

新鮮度指示標(biāo)簽是一種通過與食品儲(chǔ)存過程中微生物的代謝產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)而出現(xiàn)相應(yīng)變化，指示食品新鮮程度的裝置。它可以直接監(jiān)控食品儲(chǔ)存過程中的代謝反應(yīng)，直觀、實(shí)時(shí)地反映食品的真實(shí)新鮮程度。其基本原理是利用食品在貯藏過程中產(chǎn)生的某些特征氣體與特定試劑產(chǎn)生特征顏色反應(yīng)、溫度激活生物學(xué)反應(yīng)，以及酶作用等引起指示標(biāo)簽變化，從而對(duì)食品新鮮度作出判斷。根據(jù)工作原理主要可以分為O2敏感型、pH敏感型、含氮化合物敏感型、CO2敏感型和H2S敏感型等。

4.成熟度指示標(biāo)簽

成熟度指示標(biāo)簽是一種監(jiān)測食品成熟過程中的代謝產(chǎn)物，反應(yīng)食品成熟程度的裝置，主要用于果蔬包裝。它是以果蔬成熟過程中的代謝產(chǎn)物為監(jiān)測對(duì)象，可以響應(yīng)與果蔬成熟度相關(guān)的特征代謝產(chǎn)物的有無以及濃度高低，以成熟度展現(xiàn)給消費(fèi)者，為消費(fèi)者的消費(fèi)行為提供參考與保障。其基本原理是利用果蔬在成熟過程中產(chǎn)生的某些特征氣體與特定試劑產(chǎn)生特定的顏色反應(yīng)，引起指示標(biāo)簽變色，以判斷食品成熟程度。

5.包裝泄漏指示標(biāo)簽

包裝泄漏指示標(biāo)簽是一種用于MAP包裝（氣調(diào)包裝）中，通過監(jiān)控包裝內(nèi)部氣體氛圍的變化，檢測包裝完整性，判斷內(nèi)容物是否變質(zhì)的裝置。它能夠檢測氣調(diào)包裝的完整性，大大降低了包裝在倉儲(chǔ)、物流、銷售等過程中破損或泄漏所造成的損失。其基本原理主要基于氧氣、二氧化碳等氣體指示劑檢測氣體氛圍的變化，來間接指示包裝的完整性。根據(jù)組成氣調(diào)包裝的氣體氛圍，主要可以分為O2指示標(biāo)簽和CO2指示標(biāo)簽。

1.時(shí)間溫度指示劑

時(shí)間溫度指示劑（Time Temperature Indicator，簡稱TTI），通常是指一種儀器或一種智能標(biāo)簽，可以通過直觀的方式（如顏色變化等）指示它經(jīng)歷的時(shí)間溫度的變化。由于時(shí)間溫度指示劑可以快速準(zhǔn)確地響應(yīng)時(shí)間和環(huán)境溫度的變化，它被廣泛應(yīng)用在許多對(duì)產(chǎn)品環(huán)境有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域當(dāng)中，比如食品領(lǐng)域、藥品領(lǐng)域等。隨著時(shí)間溫度指示劑不斷地發(fā)展，越來越多的時(shí)間-溫度指示劑誕生并投入市場使用，下面將介紹幾種功能獨(dú)特、用途廣泛的時(shí)間-溫度指示劑。

EVIGENCE SENSORS是以色列Evigence Sensors公司研發(fā)的TTI標(biāo)簽，它可以通過標(biāo)簽變色顯示食品的貨架期，讓消費(fèi)者及時(shí)獲知食品是否變質(zhì)，以防造成不必要的浪費(fèi)。該標(biāo)簽的主要功能區(qū)是位于中心的綠色圓圈，它是一個(gè)時(shí)間-溫度指示劑，隨著時(shí)間的推移，圓圈的顏色會(huì)逐漸變深，最終變成紅棕色，消費(fèi)者可根據(jù)標(biāo)簽的顏色指導(dǎo)自己的購買行為。顯而易見，溫度越高，標(biāo)簽顏色變化速度就會(huì)越快，通過改變圓圈周圍比對(duì)區(qū)的貨架期標(biāo)識(shí)即可匹配食品不同物流倉儲(chǔ)環(huán)境的應(yīng)用場景。該標(biāo)簽的生產(chǎn)成本較低，可以直接應(yīng)用到食品包裝高速生產(chǎn)流水線上，不需要對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行過多調(diào)整，同時(shí)也不會(huì)受到光線和紫外線的影響。需要特別指出的是，它可以通過智能手機(jī)配合名為SMART DOTTM的APP進(jìn)行掃描，使消費(fèi)者獲取更多商品信息，增加了包裝的交互功能（如圖1）。

英國的Insignia Technologies公司研發(fā)的Insignia After Opening Freshness Timer Intelligent LabelsTM標(biāo)簽，該產(chǎn)品通過指示標(biāo)簽的變色時(shí)間，間接顯示包裝開啟后食品的實(shí)時(shí)品質(zhì)，其本質(zhì)也是一種TTI產(chǎn)品。該標(biāo)簽的核心是一種專用的智能色素，這種色素的顏色可以隨環(huán)境中CO2濃度和環(huán)境溫度的變化而發(fā)生改變。應(yīng)用在MAP包裝中時(shí)，當(dāng)包裝開啟前，包裝內(nèi)充滿CO2，此時(shí)標(biāo)簽呈黃色;當(dāng)包裝被打開后，包裝內(nèi)的CO2釋放到空氣中，CO2濃度降低，標(biāo)簽感受到這種變化隨即被激活。隨著開啟時(shí)間的延長，標(biāo)簽指示區(qū)逐漸變?yōu)榧t色，最終變?yōu)樽仙ㄈ鐖D2），比較標(biāo)簽指示區(qū)的實(shí)時(shí)顏色與比對(duì)區(qū)的顏色來確定包裝的開啟時(shí)間，以此提醒消費(fèi)者及時(shí)食用。當(dāng)標(biāo)簽完全變?yōu)樽仙珪r(shí)，食品已經(jīng)變質(zhì)，不能食用。與其他TTI標(biāo)簽產(chǎn)品類似的是，環(huán)境溫度越高，標(biāo)簽顏色變化越快，通過調(diào)整比對(duì)區(qū)的貨架期數(shù)據(jù)即可適用于不同環(huán)境溫度下的貯存條件。另外，標(biāo)簽變色快慢可以通過改變色素的含量進(jìn)行靈活調(diào)整，以適應(yīng)不同種類食品的不同的貨架壽命。

英國公司Timestrip的TimestripTM標(biāo)簽是專為冷鏈運(yùn)輸環(huán)境開發(fā)的系列產(chǎn)品。這種標(biāo)簽可以應(yīng)用在不同的溫度和不同種類食品的冷鏈物流中以監(jiān)測食品實(shí)時(shí)品質(zhì)狀態(tài)。以TimestripTM Food TP252型標(biāo)簽為例，該標(biāo)簽是一種時(shí)間-溫度指示劑，主要由三部分構(gòu)成：左側(cè)的激活按鈕，中間的開關(guān)狀態(tài)標(biāo)識(shí)，右側(cè)的指示面板（如圖3所示）。使用時(shí)按下左側(cè)的開關(guān)按鈕后，中間的標(biāo)識(shí)會(huì)顯示英文“ON”，表示標(biāo)簽已經(jīng)被激活。隨著時(shí)間的推移，右側(cè)的指示面板會(huì)逐漸被藍(lán)色填充，藍(lán)色充滿指示面板則說明運(yùn)輸?shù)氖称妨魍〞r(shí)間過長，不可被食用。該標(biāo)簽產(chǎn)品可以實(shí)時(shí)顯示食品在冷鏈運(yùn)輸環(huán)境條件下的流通時(shí)間，防止因運(yùn)輸時(shí)間過長食品腐敗變質(zhì)造成食用中毒。同系列產(chǎn)品還包括TimestripTM Seafood、Timestrip Food 8℃和Timestrip Food 10℃。

2.監(jiān)測環(huán)境溫度濫用的標(biāo)簽

物流運(yùn)輸、倉儲(chǔ)及銷售過程中溫度的劇烈變化是影響商品品質(zhì)的一大因素。對(duì)于需要冷鏈運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品如生鮮、疫苗、藥物、血液制品等對(duì)溫度敏感的產(chǎn)品，物流倉儲(chǔ)過程中的溫度控制極為重要。溫度濫用，顧名思義就是產(chǎn)品在以上各環(huán)節(jié)經(jīng)歷過溫度過高或過低的一段時(shí)間。如何獲知這一時(shí)間的長短或確定產(chǎn)品是否曾經(jīng)暴露在過高或過低的溫度下？可以監(jiān)測環(huán)境溫度濫用的智能指示標(biāo)簽為我們提供了便利的解決方案。

FCPTM Descending Temperature Indicator是一款監(jiān)測溫度驟降的智能標(biāo)簽。標(biāo)簽中心顯示區(qū)域初始時(shí)呈綠色，當(dāng)運(yùn)輸或倉儲(chǔ)環(huán)境溫度下降到設(shè)定閥值時(shí)，顯示區(qū)域就會(huì)變?yōu)榧t色，表明該食品在物流倉儲(chǔ)過程中經(jīng)歷過一次溫度驟降，而這可能會(huì)對(duì)食品的品質(zhì)產(chǎn)生影響。該標(biāo)簽是自激活型，經(jīng)歷溫度驟降標(biāo)簽會(huì)立即發(fā)生不可逆的顏色變化，以此提醒食品物流過程中的溫度濫用歷史。

除了溫度驟降，在實(shí)際操作中，溫度驟升或溫度超出限定范圍的信息對(duì)于食品流通各環(huán)節(jié)參與者評(píng)估食品品質(zhì)更為重要。Timestrip公司推出了一款能指示物流倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)中溫度濫用的標(biāo)簽，它結(jié)合了上文提到的FCP Descending Temperature Indicator標(biāo)簽產(chǎn)品以及自身推出的Timestrip PLUS標(biāo)簽技術(shù)，通過FCP Descending Temperature Indicator指示物流倉儲(chǔ)中溫度超出低溫閥值的情況（圖4右圖下部）;通過Timestrip PLUS指示溫度超出高溫閥值的情況（圖4右圖上部），兩者相結(jié)合可以指示該產(chǎn)品在物流倉儲(chǔ)環(huán)境中是否超出其限定的溫度范圍。這對(duì)于對(duì)溫度敏感的食品、藥品等產(chǎn)品至關(guān)重要。例如一款Timestrip Complete 0℃～8℃的標(biāo)簽產(chǎn)品，主要針對(duì)藥品的冷鏈運(yùn)輸，用于監(jiān)測運(yùn)輸倉儲(chǔ)環(huán)境中的溫度濫用，如果實(shí)際溫度超出0℃～8℃的規(guī)定范圍，標(biāo)簽即顯示出不可逆的顏色變化，為評(píng)估藥品的安全性和有效性提供依據(jù)。

另外一款名為TEMPIX標(biāo)簽也是專為監(jiān)測溫度濫用而開發(fā)的產(chǎn)品，它可以結(jié)合商品條形碼一起使用（如圖5）。第一步，先印刷好商品條形碼和指示線;第二步，滴加活化劑，將標(biāo)簽激活;第三步，貼上TEMPIX標(biāo)簽。在物流倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)如果經(jīng)歷溫度濫用（超出規(guī)定的溫度范圍），則TEMPIX標(biāo)簽觀察區(qū)指示線變得不清晰甚至消失，同時(shí)，其附近的條形碼也被破壞（圖5b）;而當(dāng)觀察區(qū)指示線清晰可見，且條形碼區(qū)域未造破壞，則說明該商品在物流倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)未經(jīng)歷溫度濫用（圖5a）。該標(biāo)簽可以通過調(diào)節(jié)指示線與條形碼區(qū)域的距離以適應(yīng)不同溫度要求的食品，同時(shí)它適用于-35℃～32℃的不同倉儲(chǔ)溫度條件。

3.反映食品新鮮度的標(biāo)簽

食品的新鮮程度是影響食品品質(zhì)、食用安全的重要因素之一。食品新鮮度不僅決定著商品的價(jià)格，也是影響消費(fèi)者購買意愿與食用者健康的關(guān)鍵指標(biāo)。傳統(tǒng)的食品新鮮度檢測指標(biāo)如揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）、細(xì)菌總數(shù)（TVC）、感官評(píng)價(jià)等受限于專業(yè)設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員，無法快速得到結(jié)果。開發(fā)一種簡單快捷，無須破壞包裝，能實(shí)時(shí)顯示食品新鮮度的技術(shù)對(duì)于食品流通各環(huán)節(jié)參與者迫在眉睫，新鮮度智能指示型標(biāo)簽應(yīng)運(yùn)而生。

Kao Chimigraf公司的Freshcode新鮮度指示標(biāo)簽，與以往通過時(shí)間積累間接指示新鮮度的標(biāo)簽不同，它是通過直接監(jiān)測包裝內(nèi)食品在貨架期及腐敗過程中產(chǎn)生的特征氣體，基于食品腐敗不同階段所產(chǎn)生特征氣體的種類及濃度具有相關(guān)性的原理，顯示其真實(shí)的新鮮度。該款新鮮度指示標(biāo)簽的中心區(qū)域印刷了白色智能油墨，這種油墨能夠捕捉到氣調(diào)包裝內(nèi)雞胸肉腐敗過程中釋放的揮發(fā)性特征氣體。隨著雞胸肉腐敗程度加劇，腐敗所產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體（H2S及胺類物質(zhì)）不斷增多，標(biāo)簽中心指示區(qū)域的油墨逐漸改變顏色，消費(fèi)者通過觀察其顏色，即可獲知食品的實(shí)時(shí)新鮮度（如圖6）。當(dāng)指示區(qū)域完全變黑時(shí)，所包裝的食品不再適合食用。該標(biāo)簽產(chǎn)品為消費(fèi)者提供關(guān)于食品新鮮程度的及時(shí)可靠信息，一方面可以減少食物的浪費(fèi);另一方面通過對(duì)食品腐敗的精準(zhǔn)指示能降低消費(fèi)者因食用變質(zhì)肉中毒的風(fēng)險(xiǎn)。

4.反映果品成熟度的標(biāo)簽

為了挑選成熟度合適的水果，以往消費(fèi)者主要通過觀察顏色、觸碰硬度、嗅聞氣味等方法來加以判斷。這不僅令顧客感到麻煩，對(duì)水果來說也是一種“折磨”，同時(shí)根據(jù)個(gè)人主觀感受不一致也容易會(huì)出現(xiàn)偏差。有沒有更科學(xué)便捷的方法來區(qū)分水果的成熟度？研究表明，水果成熟時(shí)會(huì)釋放出揮發(fā)性的植物內(nèi)源激素，而且隨著成熟程度的增加，其濃度不斷升高。由新西蘭園藝標(biāo)簽行業(yè)的主要供應(yīng)商詹金斯集團(tuán)聯(lián)合新西蘭植物與食品研究所合作開發(fā)的ripeSense?標(biāo)簽正是基于水果的這一特性。

RipeSense?標(biāo)簽是世界上第一個(gè)水果成熟度智能指示標(biāo)簽（如圖7），它能夠通過監(jiān)測水果果實(shí)成熟后所產(chǎn)生的特征氣體來間接反映其成熟度。當(dāng)果實(shí)堅(jiān)硬而不成熟時(shí)，標(biāo)簽會(huì)呈現(xiàn)出原始的紅色，這時(shí)果肉硬脆;后來標(biāo)簽逐步變成橙色，表示水果已經(jīng)完全成熟，此時(shí)食用最佳;隨著時(shí)間延長，標(biāo)簽最后會(huì)變成黃色，此時(shí)表示水果過度成熟，果實(shí)軟而多汁。通過標(biāo)簽不同的顏色來反映果實(shí)不同的成熟階段，消費(fèi)者可結(jié)合自身需要選擇某一成熟度的產(chǎn)品。目前，該指示標(biāo)簽已經(jīng)應(yīng)用于獼猴桃、甜瓜、芒果和梨等水果的包裝上。

5.指示包裝泄漏的標(biāo)簽

包裝的完整性對(duì)于食品包裝至關(guān)重要，因?yàn)橐坏┌b發(fā)生破損或泄漏，包裝外的O2會(huì)引起食品氧化而變質(zhì)，另外，對(duì)于MAP包裝，包裝內(nèi)填充的利于食品或果蔬存儲(chǔ)的工作氣體會(huì)因?yàn)榘b泄漏而逸出，這些都將對(duì)被包裝產(chǎn)品的品質(zhì)帶來影響。Leak Detection IndicatorsTM的標(biāo)簽產(chǎn)品是專為MAP包裝設(shè)計(jì)的泄漏指示標(biāo)簽。當(dāng)標(biāo)簽隨封蓋膜置于包裝內(nèi)時(shí)，標(biāo)簽指示區(qū)域顯示初始顏色——黃色，如果包裝發(fā)生泄漏，即使是針眼造成的緩慢泄漏，標(biāo)簽也會(huì)“感知”包裝內(nèi)氣氛的變化，進(jìn)而變?yōu)樗{(lán)色（圖8），即指示該包裝發(fā)生了泄漏，提醒消費(fèi)者謹(jǐn)慎購買或銷售商對(duì)其加以處置。

在國外，功能廣泛、效果顯著的智能指示型標(biāo)簽已經(jīng)在食品、藥品和農(nóng)產(chǎn)品的物流、倉儲(chǔ)及銷售等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，我國在這方面的研究才剛剛起步，一些可見的應(yīng)用也僅限于高端商品市場，離真正市場化普遍應(yīng)用還有較遠(yuǎn)的距離。但是，智能指示型標(biāo)簽在食品品質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、減少食物浪費(fèi)、保障食品安全等方面的積極作用已經(jīng)初步顯現(xiàn)，同時(shí)它具備自帶信息、與消費(fèi)者交互、避免開封檢驗(yàn)、快捷便利等諸多優(yōu)點(diǎn)，相信在不久的將來，隨著人們食品安全意識(shí)和消費(fèi)體驗(yàn)欲求的提高，我國也會(huì)加大自主研發(fā)力度，更多的智能指示型標(biāo)簽也將會(huì)走向大眾市場。武漢大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：S2019217001）

責(zé)任編輯：李倩 liqian@cprint.cn