紀(jì)文舉,田思偉,陳春君,麻吉騰,楊艷青,范新光,*
(1.魯東大學(xué)食品工程學(xué)院,山東 煙臺 264025;2.煙臺市牟平區(qū)檢驗(yàn)檢測中心,山東 煙臺 264199)
果蔬是我國居民膳食構(gòu)成的主要部分,其富含人體所必需的維生素、無機(jī)鹽和膳食纖維,受到消費(fèi)者的喜愛。隨著消費(fèi)水平的提高和健康意識的增強(qiáng),人們更加注重食品的品質(zhì)與安全[1]。果蔬在采后貯藏過程中極易腐敗,會發(fā)生一系列生理生化反應(yīng),而且微生物也會在此期間大量繁殖,導(dǎo)致果蔬的新鮮度下降,甚至產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)危害人們的健康。隨著生鮮電子商務(wù)新業(yè)態(tài)的出現(xiàn)及快速發(fā)展,市場對保鮮包裝的功能提出了新的要求,果蔬包裝不僅應(yīng)具有貯藏保鮮的作用,還應(yīng)具有指示果蔬品質(zhì)狀態(tài)和新鮮度的功能。因此,亟需開發(fā)簡單、易懂,能夠“判斷”和“指示”果蔬新鮮度的指示標(biāo)簽。
食品新鮮度指示型智能包裝是利用食品在貯藏過程中釋放的某些特征氣體與指示劑標(biāo)簽發(fā)生化學(xué)反應(yīng),通過氣體積累量的不同產(chǎn)生不同的顏色,以此來反映食品的新鮮度[2]。將這種新鮮度指示標(biāo)簽應(yīng)用到果蔬包裝中,隨著貯藏時(shí)間的推移,特征氣體含量增多,標(biāo)簽顏色不斷變化,進(jìn)而將新鮮度信息反饋給消費(fèi)者,指導(dǎo)消費(fèi)者購買。Kuswandi 等[3]根據(jù)葡萄成熟過程中揮發(fā)性有機(jī)酸的變化,研發(fā)了一種基于氯酚紅的新鮮度指示標(biāo)簽用于葡萄成熟度的檢測,隨著葡萄的成熟,標(biāo)簽由白色變?yōu)槊咨?,最后為黃色。Kuswandi 等[4]之后將溴酚藍(lán)固定在纖維素膜上開發(fā)了一種可隨著番石榴貯藏時(shí)間延長而變色的指示標(biāo)簽,番石榴新鮮度逐漸劣變的過程中,標(biāo)簽由藍(lán)色變?yōu)榫G色。Niponsak 等[5]研發(fā)了一種用于包裝榴蓮的比色淀粉基膜,可通過果實(shí)成熟過程中產(chǎn)生的硫化物和乙醇與其反應(yīng)產(chǎn)生顏色變化來指示榴蓮的成熟度。王桂蓮等[6]根據(jù)草莓成熟過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì),將紅蘿卜皮中的色素附在聚丙烯薄膜上制備成指示標(biāo)簽,研發(fā)出可以指示草莓成熟度的指示標(biāo)簽。Lang 等[7]依據(jù)乙烯導(dǎo)致鉬酸鹽分解引起鉬發(fā)色團(tuán)由白色變成藍(lán)色的原理,制備了乙烯指示劑,在一定程度上可以指示蘋果的成熟度。Jung 等[8]制備了一種根據(jù)殼聚糖在不同pH 值下溶解速率不同引起透明度變化的泡菜新鮮度指示標(biāo)簽。溴百里酚藍(lán)和甲基紅是兩種典型的可隨pH 值變化的指示劑。Chen 等[9]將溴百里酚藍(lán)和甲基紅相結(jié)合制備了一種果蔬新鮮度指示標(biāo)簽,并成功地為鮮切青椒的包裝提供了新鮮度預(yù)測功能。
果蔬在采摘后仍然進(jìn)行著呼吸作用,而呼吸躍變型果蔬在躍變期之后,呼吸消耗會急劇增大,產(chǎn)生大量CO2氣體,且微生物的生長繁殖也會產(chǎn)生大量的CO2。這就使得果蔬包裝內(nèi)的CO2體積分?jǐn)?shù)不斷升高,而果蔬也會隨著呼吸消耗的增大產(chǎn)生品質(zhì)劣變[10]。果蔬的新鮮程度與其包裝內(nèi)的CO2體積分?jǐn)?shù)有一定的關(guān)系,因此可以利用CO2作為監(jiān)測指標(biāo)研發(fā)適合指示果蔬新鮮度的指示標(biāo)簽。
應(yīng)用在果蔬保鮮方面的新鮮度指示標(biāo)簽大部分是單一化合指示劑,這種標(biāo)簽的變色范圍較窄,指示效果不佳。本試驗(yàn)所采用的甲基紅-溴百里酚藍(lán)混合指示劑的變色范圍大,指示范圍廣。以草莓和生菜作為保鮮對象,利用甲基紅-溴百里酚藍(lán)混合指示劑制備基于pH 值變化的CO2敏感型新鮮度指示標(biāo)簽,標(biāo)簽顏色的變化可作為新鮮度的反饋指標(biāo)。
1.1.1 材料與試劑
新鮮“明晶”草莓與新鮮“菁華園”生菜均購于煙臺黃務(wù)水果蔬菜批發(fā)市場。
甲基紅、溴百里酚藍(lán):上海麥克林生化科技有限公司;甲基纖維素、聚乙二醇-6000、乙醇、鹽酸:煙臺三和化學(xué)試劑有限公司;氫氧化鈉:國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。以上試劑均為分析純。
1.1.2 儀器與設(shè)備
DHG-9146A 型電熱恒溫干燥箱、XMTD-2MA 型電熱恒溫水浴鍋:龍口市先科儀器公司;AR224CN 型電子天平:奧豪斯儀器(上海)有限公司;PS-40A 型超聲波清洗器:潔康超聲波清洗機(jī)有限公司;PHS-2F型pH 計(jì):上海精密科學(xué)儀器有限公司。
1.2.1 新鮮度指示標(biāo)簽的制備
稱取0.1 g 甲基紅粉末,加入100 mL 乙醇溶液,用玻璃棒攪拌至完全溶解,即得到1 g/L 甲基紅乙醇溶液。稱取0.1 g 溴百里酚藍(lán)粉末,加入100 mL 乙醇溶液,用玻璃棒攪拌至完全溶解,即得到1 g/L 溴百里酚藍(lán)乙醇溶液。將1 g/L 甲基紅乙醇溶液和1 g/L 溴百里酚藍(lán)乙醇溶液以體積比3∶2 均勻混合[11-14]。1 g/L溴百里酚藍(lán)乙醇溶液在pH 值為5、7、9 時(shí)的顏色分別為橙色、黃色、藍(lán)色。1 g/L 甲基紅乙醇溶液與1 g/L溴百里酚藍(lán)乙醇溶液以體積比3∶2 均勻混合在pH 值為5、7、9 時(shí)的顏色分別為紅色、翠綠色、深綠色。稱取1 g 甲基纖維素粉末,0.5 g 聚乙二醇-6000 粉末,加入50 mL、70 ℃以上去離子水后置于80 ℃電熱恒溫水浴加熱鍋中攪拌,直至溶液內(nèi)無明顯固體顆粒存在,即得到粘合劑與增塑劑的混合溶液。按照表1 配制4 種不同的指示液,并將配制好的指示劑溶液立即進(jìn)行磁力攪拌至形成均勻的凝膠溶液,然后按照表1 調(diào)節(jié)pH 值,得到4 種不同的指示標(biāo)簽?zāi)z溶液[10-11]。配制好的標(biāo)簽1、標(biāo)簽2、標(biāo)簽3 和標(biāo)簽4 的凝膠溶液在指定pH 值下的顏色分別為翠綠色、墨綠色、嫩綠色和黃綠色,全部為黏稠狀液體,氣泡較少。
表1 4 種新鮮度指示標(biāo)簽配方Table 1 Formulations for four kinds of freshness indicator labels
將配制好的凝膠溶液用PS-40A 超聲波清洗器進(jìn)行超聲波去泡處理,取一定量凝膠溶液倒入培養(yǎng)皿,40 ℃烘干8 h,即得到指示標(biāo)簽的指示膜。
將指示膜裁剪成小塊狀,將其與濾紙(作為背景)一起粘貼在塑料包裝盒蓋的內(nèi)表面,進(jìn)行果蔬的保鮮效果測試。為避免指示標(biāo)簽與果蔬產(chǎn)品直接接觸,在標(biāo)簽表面覆蓋一層微孔透氣塑料膜。指示標(biāo)簽如圖1所示,顏色分別為黃綠色(標(biāo)簽1)、綠色(標(biāo)簽2)、翠綠色(標(biāo)簽3)和深綠色(標(biāo)簽4)。
圖1 制備的4 種指示標(biāo)簽Fig.1 Four indicator labels prepared in this study
1.2.2 新鮮度指示標(biāo)簽在果蔬保鮮上的應(yīng)用
將新鮮的草莓和生菜分別用PET 盒進(jìn)行包裝,草莓每盒800 g,生菜每盒200 g。塑料盒內(nèi)表面均貼有4 種的不同指示標(biāo)簽,且指示標(biāo)簽不與草莓、生菜直接接觸。每個(gè)PET 盒用聚乙烯(PE)保鮮膜完全包裹。在室溫(25 ℃)下進(jìn)行貯藏,每隔一段時(shí)間對果蔬進(jìn)行感官評價(jià),并對指示標(biāo)簽的顏色變化進(jìn)行測定。以未放置果蔬材料的PET 盒作為對照。
1.2.3 測定項(xiàng)目與方法
1.2.3.1 指示標(biāo)簽色差值
使用色差計(jì)測定指示標(biāo)簽的L*、a*、b*值,L*表示亮度,a*代表紅綠色,b*代表黃藍(lán)色[15]。色差值△E 的計(jì)算公式如下:
1.2.3.2 感官評價(jià)
參照前人的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[16-17]進(jìn)行感官評價(jià),具體如下:從魯東大學(xué)食品工程學(xué)院選取50 名老師和學(xué)生組成感官評價(jià)小組,采用9 分制,分別對草莓的色澤、果實(shí)飽滿度、水分和生菜的色澤、卷曲程度、含水量、萎蔫狀況進(jìn)行感官評價(jià),具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2 和表3。
表2 草莓感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring criteria for strawberries
表3 生菜感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory scoring criteria for lettuces
1.2.4 數(shù)據(jù)處理
PET 盒包裝的草莓在貯藏過程中的外觀變化及指示標(biāo)簽的顏色變化如圖2 所示。貯藏0 h 時(shí)的草莓顏色亮麗,外觀飽滿,新鮮度較高,此時(shí)標(biāo)簽1、標(biāo)簽2、標(biāo)簽3、標(biāo)簽4 的顏色均為綠色;1 h 時(shí)草莓外觀并無明顯變化,4 種標(biāo)簽顏色均發(fā)生變化,標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 變?yōu)辄S色,標(biāo)簽3 四周變成黃綠相間的顏色,標(biāo)簽4 變成橙黃色;貯藏7 h 時(shí)部分草莓表面失去光澤,出現(xiàn)凹陷跡象,但無腐敗發(fā)生,果實(shí)的新鮮度水平下降,標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 顏色較于1 h 時(shí)的顏色并無明顯變化,標(biāo)簽3、標(biāo)簽4 變?yōu)槌壬?;貯藏24 h時(shí)部分草莓出現(xiàn)了腐敗現(xiàn)象,果實(shí)的新鮮度較差,標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 的顏色較于1 h 時(shí)的顏色仍無明顯變化,標(biāo)簽3、標(biāo)簽4 由橙色變?yōu)榧t色;貯藏48 h 時(shí)草莓出現(xiàn)大面積的腐爛,并伴有明顯的霉菌生長,果實(shí)的新鮮度降為最低水平,標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 顏色較于1 h 時(shí)的顏色仍無明顯變化,依舊為黃色,標(biāo)簽3、標(biāo)簽4 依舊為紅色,對照組標(biāo)簽的顏色在整個(gè)貯藏過程中未發(fā)生明顯變化。
圖2 貯藏過程中草莓的外觀變化及指示標(biāo)簽的顏色變化Fig.2 The appearance changes of strawberries and the color changes of indictor labels during storage
PET 盒包裝的新鮮生菜在貯藏中的感官變化及指示標(biāo)簽的顏色變化如圖3 所示。貯藏0 h 時(shí)生菜顏色翠綠,水分充足,新鮮度較高,此時(shí)標(biāo)簽1、標(biāo)簽2、標(biāo)簽3、標(biāo)簽4 的顏色均為綠色;1 h 時(shí)生菜外觀并無明顯變化,4 種標(biāo)簽顏色均發(fā)生變化,標(biāo)簽1、標(biāo)簽2為黃色,標(biāo)簽3 略有變黃,標(biāo)簽4 呈現(xiàn)黃綠色;貯藏7 h 時(shí)生菜外觀依舊沒有明顯的變化,但PET 盒內(nèi)壁略微出現(xiàn)了幾滴無氧呼吸產(chǎn)生的水珠,標(biāo)簽1、標(biāo)簽2的顏色較于1 h 時(shí)的顏色并無明顯變化,標(biāo)簽3 變?yōu)槌赛S色,標(biāo)簽4 變?yōu)槌壬毁A藏24 h 時(shí)生菜顏色變得更深,生菜葉萎蔫,塑料盒內(nèi)壁明顯出現(xiàn)了水珠,新鮮度較差,標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 的顏色較于1 h 時(shí)的顏色仍無明顯變化,標(biāo)簽3、標(biāo)簽4 變?yōu)榧t色;貯藏48 h 時(shí)生菜顏色相比于24 h 時(shí)更加深,生菜葉變得更蔫,果蔬新鮮度水平降為最低,標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 顏色較于1 h 時(shí)的顏色仍無明顯變化,標(biāo)簽3、標(biāo)簽4 依舊為紅色,對照組標(biāo)簽顏色在整個(gè)貯藏過程中均未發(fā)生明顯變化。
圖3 貯藏過程中生菜的外觀變化及指示標(biāo)簽的顏色變化Fig.3 The appearance changes of lettuces and the color changes of indictor labels during storage
本研究所制備的CO2敏感型新鮮度指示標(biāo)簽可以隨果蔬包裝內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)的變化而產(chǎn)生顏色變化,其變色原理為:草莓果實(shí)呼吸消耗產(chǎn)生的CO2與包裝內(nèi)的水分子反應(yīng)生成碳酸,碳酸的積累使包裝內(nèi)的pH 值不斷下降,指示標(biāo)簽隨之發(fā)生顏色變化。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、25 ℃下,體積分?jǐn)?shù)為0~100%的CO2所對應(yīng)H2CO3溶液的pH 值范圍約為7.0~4.0[18],在此條件下選擇了上述4 種指示劑進(jìn)行研究。溴百里酚藍(lán)指示劑的變色范圍為pH 6.0(黃)~7.6(藍(lán)),甲基紅指示劑的變色范圍為pH 4.4(紅)~6.2(黃)。與單一指示劑相比,混合指示劑的顏色變化更敏銳[19]。甲基紅與溴百里酚藍(lán)按質(zhì)量比為3∶2 混合,其變色范圍為pH 4.4(紅)~7.1(綠)[18]。標(biāo)簽1 與標(biāo)簽2 的顏色隨著CO2體積分?jǐn)?shù)的變化不明顯,標(biāo)簽3 與標(biāo)簽4的顏色隨著CO2體積分?jǐn)?shù)的變化較明顯,標(biāo)簽顏色變化速度排序?yàn)椋簶?biāo)簽4>標(biāo)簽3>標(biāo)簽2>標(biāo)簽1。
本研究是在前人研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行果蔬保鮮方面的初期應(yīng)用,選取了草莓和生菜這兩種呼吸代謝旺盛、貨架期短、不易貯藏的果蔬。后續(xù)的應(yīng)用研究應(yīng)覆蓋更多的果蔬種類,涵蓋呼吸躍變型果實(shí)和非躍變型果實(shí),以明確此標(biāo)簽對不同呼吸類型果蔬產(chǎn)品的指示效果。
為了更準(zhǔn)確地描述果蔬貯藏過程中指示標(biāo)簽的顏色變化,利用色差計(jì)對指示標(biāo)簽的L*、a*、b*值進(jìn)行測定,并且計(jì)算相應(yīng)的色差值△E。在貯藏過程中,草莓和生菜指示標(biāo)簽的色差值△E 變化分別如圖4、圖5 所示。
圖4 草莓貯藏過程中指示標(biāo)簽的色差值變化Fig.4 Color difference values changes of indicator labels during strawberries storage
圖5 生菜貯藏過程中指示標(biāo)簽的色差值變化Fig.5 Color difference values changes of indicator labels during lettuces storage
隨著貯藏時(shí)間的延長,色差值△E 逐漸增大,說明指示標(biāo)簽顏色變化明顯。一般認(rèn)為當(dāng)△E>6 時(shí),通過視覺觀察可以較為明顯地區(qū)分顏色,可覺察概率為100%[20]。由圖4、圖5 可知:在1 h 時(shí)草莓組標(biāo)簽1、標(biāo)簽2、標(biāo)簽3 和標(biāo)簽4 的色差值分別達(dá)到了34.07、40.12、17.72 和34.99,生菜組色差值分別達(dá)到了16.43、28.25、21.19、35.28,說明1 h 時(shí)可以用肉眼明顯看出標(biāo)簽顏色的變化。隨著貯藏時(shí)間的延長,CO2濃度不斷增加,環(huán)境pH 不斷降低,標(biāo)簽3 和4 顏色不斷變化,指示標(biāo)簽的色差值不斷升高,漸漸變成紅色,草莓組和生菜組最終色差值分別達(dá)到了61.02、81.79和55.67、80.42。但是草莓組和生菜組的標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 在7 h 時(shí)色差值基本上達(dá)到了最大,分別為38.26、44.34 和39.33、33.67,而且無論草莓組還是生菜組,隨著貯藏時(shí)間的延長,色差值有所下降,這可能是由于在流延薄膜時(shí)色素溶液在各處流延不均勻?qū)е碌腫19]。由此可以認(rèn)為:混合指示劑具有更加廣闊的變色范圍,更適合作為新鮮度指示標(biāo)簽的指示劑應(yīng)用于果蔬包裝。
草莓和生菜在貯藏過程中的感官評價(jià)結(jié)果如圖6 和圖7 所示。
圖6 草莓在貯藏過程中的感官評分變化Fig.6 Sensory scores changes of strawberries during storage
圖7 生菜在貯藏過程中的感官評分變化Fig.7 Sensory scores changes of lettuces during storage
由圖6 和圖7 可以看出,隨著貯藏時(shí)間的延長,草莓和生菜的新鮮度不斷下降。0~1 h 時(shí),草莓和生菜的感官評分變化不大;1 h 后,隨著呼吸作用的進(jìn)行以及微生物的繁殖,果實(shí)新鮮度顯著下降,感官評分迅速下降;48 h 時(shí)草莓基本全部腐爛,無法食用,而生菜萎蔫嚴(yán)重,失水卷曲,部分出現(xiàn)腐敗跡象,草莓和生菜的感官評分分別降至2.1 分和2.2 分。
本研究考慮到感官品質(zhì)是消費(fèi)者購買果蔬產(chǎn)品時(shí)的主要參考因素,所以僅選取感官評分作為草莓和生菜的品質(zhì)評價(jià)指標(biāo),后續(xù)研究過程中會結(jié)合果實(shí)的質(zhì)地、糖度、酸度、微生物指標(biāo)、營養(yǎng)品質(zhì)等多方面綜合評價(jià)果蔬的品質(zhì)。
為更好地評價(jià)4 種指示標(biāo)簽的指示精度,對草莓和生菜貯藏過程中各個(gè)標(biāo)簽的色差值△E 與感官評分進(jìn)行線性回歸分析,結(jié)果見圖8 和圖9。
由圖8 可知,貯藏過程中,草莓標(biāo)簽1 和標(biāo)簽2的色差值與果實(shí)感官評分之間的R2值分別為0.302 6和0.084 3,擬合度不高,說明指示標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 不能很好地指示草莓的新鮮度。這是由于指示標(biāo)簽1、2 的變色范圍較窄,變色速度較快,導(dǎo)致色差無法隨著新鮮度逐漸變化,而是快速達(dá)到最大色差值,后面色差變化很小,不能很好地指示草莓的實(shí)時(shí)新鮮度。而指示標(biāo)簽3、4 的色差值與草莓的感官評分?jǐn)M合度較好,R2值分別為0.834 6 和0.756 7。這是由于混合指示劑變色范圍更廣闊,可以隨著環(huán)境中pH 值的變化而更加準(zhǔn)確地變化,色差值飽和度較高,隨著貯藏時(shí)間的延長色差值不斷增大?;旌现甘緞舛仍酱?,指示標(biāo)簽變色速度越快,這使得標(biāo)簽4 顯色較快,不利于指示果實(shí)的新鮮度。綜上可知,指示標(biāo)簽3 的R2值最高,對果蔬新鮮度的指示精度最高。
圖8 草莓感官評分與指示標(biāo)簽色差值之間的線性回歸圖Fig.8 Linear regression plots between sensory scores of strawberries and color difference values of indictor labels
由圖9 可知,生菜組有與草莓組類似的結(jié)論。指示標(biāo)簽3 的色差值與感官評分的R2值最高,擬合度最好,標(biāo)簽的顏色變化最能代表果蔬的新鮮度變化,最適合指示果蔬的新鮮度。
圖9 生菜感官評分與指示標(biāo)簽色差值之間的線性回歸圖Fig.9 Linear regression plots between sensory scores of lettuces and color difference values of indictor labels
本研究的主要目的是進(jìn)行新鮮度指示標(biāo)簽的研發(fā)以及驗(yàn)證其在果蔬包裝應(yīng)用上的有效性,因此僅設(shè)計(jì)制備了兩個(gè)濃度的指示劑,在后續(xù)的研究中將設(shè)置更多的濃度梯度來探究溴百里酚藍(lán)-甲基紅指示標(biāo)簽的最優(yōu)指示濃度。另外,在果蔬產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)過程中,果蔬和包裝需要清洗消毒,常用消毒手段對于標(biāo)簽的指示功能有何影響也需要在后續(xù)研究中進(jìn)行探索。
本文通過溴百里酚藍(lán)、甲基紅等試劑制備基于pH 值變化的新鮮度指示標(biāo)簽,利用標(biāo)簽的顏色變化來反映果蔬新鮮度。在果蔬貯藏過程中,果蔬呼吸作用產(chǎn)生的CO2與水蒸氣作用生成H2CO3,使pH 值降低,隨著時(shí)間的推移,包裝中的CO2不斷累積,pH 值不斷降低,從而使指示標(biāo)簽隨貯藏時(shí)間的延長而產(chǎn)生顏色變化。通過草莓和生菜的貯藏試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):隨著貯藏時(shí)間的延長,所制備的4 種指示標(biāo)簽的顏色均發(fā)生變化,其中標(biāo)簽1、標(biāo)簽2 變色很快,而且變色單一,不能很好地反映果蔬的新鮮程度;標(biāo)簽3 和標(biāo)簽4 的顏色變化范圍廣,涵蓋綠色、黃綠色、橙色和紅色4 個(gè)色系,標(biāo)簽3 的色差值ΔE 與果蔬的新鮮度感官評分的擬合度最高,對果蔬新鮮度的指示精度最高。當(dāng)果蔬新鮮時(shí),指示標(biāo)簽顏色為綠色;當(dāng)果蔬次新鮮時(shí),指示標(biāo)簽顏色為黃色;當(dāng)果蔬腐敗時(shí),指示標(biāo)簽顏色為紅色。通過指示標(biāo)簽的顏色變化,消費(fèi)者可以快速地了解果蔬的新鮮程度,該標(biāo)簽可以為消費(fèi)者提供可視化的新鮮度指示功能。