王凱,付紅軍,彭湘蓮,2*

1(中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 長沙,410004) 2(稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室,湖南 長沙,410004)

食品因?yàn)橥獠織l件(光照、空氣、機(jī)械應(yīng)力等)的影響,極易發(fā)生腐敗變質(zhì)。近年來,因食用含有細(xì)菌或者有毒化學(xué)成分的食品會導(dǎo)致腹痛、腹瀉等諸多疾病[1]。而包裝作為食品生產(chǎn)過程中的最后一道工序,在食品的質(zhì)量保護(hù)、貯存、銷售等方面有著很重要的作用[2]。隨著消費(fèi)者生活習(xí)慣的改變及市場激烈的競爭,食品包裝技術(shù)的發(fā)展也有了更多需求[3]。零售商和消費(fèi)者最關(guān)注的是食品的新鮮度,它也是確保食品質(zhì)量和安全的重要指標(biāo)[4-5]。消費(fèi)者一般通過包裝上的保質(zhì)期來評價(jià)食品的質(zhì)量,但對于生鮮類食品,保質(zhì)期起不到真正的評估效果[6]。目前,檢測食品新鮮度的方法很復(fù)雜,需要專業(yè)人員的操作,設(shè)備及檢測成本高且耗時(shí)長,同時(shí)需要對食品進(jìn)行破壞性處理,不適用于現(xiàn)場快速檢測[7]。因此,急需尋求一種簡單、實(shí)時(shí)、快速、無損的食品新鮮度檢測技術(shù)。

在這方面,已經(jīng)使用的智能系統(tǒng)是檢測、跟蹤和保護(hù)食品質(zhì)量的一種創(chuàng)新方式,并且它被證明是安全和方便的食品包裝的終極工具[8]。智能系統(tǒng)可分為傳感器、指示器和數(shù)據(jù)載體,其中,指示器類中的新鮮度指示器最受關(guān)注。研究表明,這種指示器制作簡單、使用方便、成本低且應(yīng)用效果好,具有很大的發(fā)展?jié)摿9]。在現(xiàn)有研究中,以花青素為pH指示劑,殼聚糖為基礎(chǔ)基質(zhì)材料的新鮮度指示膜較多。因此,本文總結(jié)了花青素-殼聚糖基指示膜的物理特性和功能特性及其在肉制品、水產(chǎn)品、奶制品新鮮度檢測中的應(yīng)用,并指出了當(dāng)前新鮮度指示膜在應(yīng)用過程中存在的問題。

1 新鮮度指示膜的概述

新鮮度指示膜已成為監(jiān)測食物變質(zhì)的策略之一,也是目前最流行的智能包裝之一。指示膜通常由pH指示劑(化學(xué)合成類和天然色素類)和基材(聚合物和生物大分子)兩部分組成。實(shí)驗(yàn)室一般是通過溶液澆鑄法制備得到指示膜,將指示劑與成膜液進(jìn)行共混后澆鑄到培養(yǎng)皿中,在室溫下干燥成膜,揭膜后置于一定的相對濕度下貯存一段時(shí)間再應(yīng)用。其工作原理即食品腐敗過程中會改變包裝內(nèi)的氣體成分,這些氣體接觸到膜中的指示劑后會導(dǎo)致膜發(fā)生顏色改變[10]。一般來說,膜的色差(ΔE)大于5時(shí)很容易被肉眼察覺。而當(dāng)其大于12時(shí),即使未經(jīng)培訓(xùn)的小組成員也可以注意到明顯的顏色差異[11]。由于可以直接用肉眼通過觀察指示膜的顏色變化來監(jiān)測食品的質(zhì)量,因此它已經(jīng)成為新鮮度監(jiān)測的一個重要研究方向。

指示膜最關(guān)鍵的成分就是其中的pH敏感材料,目前大多數(shù)的合成染料已被用于制備pH敏感的指示器,如：甲基紅、溴甲酚綠、二甲酚等[12-13]。但其基本上是有毒的,甚至?xí)掳?這可能會對生命和環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅[14]。近年來,有研究開發(fā)了一些無毒、經(jīng)濟(jì)、敏感、安全的天然色素來代替化學(xué)合成的染料,如：花青素[15]、姜黃素[16]、茜素[17]、紫草素[18]等。其中,花青素因?yàn)榫哂懈鼘挼墓庾V范圍和更清晰的顏色變化,得到了最廣泛的應(yīng)用[19]?；ㄇ嗨厥且环N水溶性色素,屬于酚類化合物,廣泛分布在果蔬、花卉及谷物中?；ㄇ嗨氐奶崛》椒ㄒ话銥槿軇┙岱ā⑽⒉ㄝo助萃取法、酶解法等。如今,用來制備新鮮度指示膜的花青素一般采用溶劑浸提法進(jìn)行提取,該方法能夠最大程度地保留花青素的性能[20]?；ㄇ嗨赜幸粋€重要特性是pH敏感性,它在不同的pH緩沖溶液中,因其分子結(jié)構(gòu)的改變會使緩沖液呈現(xiàn)不同的顏色。不同來源的花青素的變色情況有一定差別,基本的規(guī)律是：在pH<3時(shí),花青素溶液主要呈現(xiàn)為紅色;pH值為4～7時(shí),逐漸由淺紅色變?yōu)樽仙?pH>7時(shí),溶液變?yōu)榫G色,且隨著堿性的增強(qiáng),溶液顏色逐漸加深[21]。根據(jù)這一特性,研究者們開發(fā)了許多智能包裝膜,實(shí)時(shí)檢測食品的新鮮度。但花青素這種天然色素很容易就會受到溫度、空氣、光照等各種因素的綜合影響,使得其逐漸降解。如果將花青素引入到食品新鮮度指示中,就需要改善其穩(wěn)定性。

聚合物或者生物大分子物質(zhì)通常被用作固定指示劑的基材,基材能夠決定指示膜的機(jī)械性能,同時(shí)也是顯色反應(yīng)的場所。為了保證食品的安全性,盡可能地減少包裝材料中有害物質(zhì)的遷移,一般會選擇安全無毒的生物大分子物質(zhì)來固定指示劑。殼聚糖是一種天然的動物多糖,安全無毒、不溶于水、可溶于冰醋酸,具有較佳的成膜性,并因其良好的可降解性和生物相容性被常用于開發(fā)食品包裝膜。但單一的殼聚糖膜機(jī)械性能較差,不能滿足基本的包裝要求[22]。為了改善殼聚糖薄膜的理化性質(zhì),可將多糖、蛋白質(zhì)、植物提取物等多種化合物引入到殼聚糖基質(zhì)中,以提高膜的整體性能。ZHANG等[23]制備了不同比例的殼聚糖/玉米醇溶蛋白共混膜,發(fā)現(xiàn)兩者體積比為1∶1時(shí)的機(jī)械性能最優(yōu),水蒸氣透過率最低。LAN等[24]采用流延法制備了羧甲基纖維素鈉/海藻酸鈉/殼聚糖復(fù)合膜,當(dāng)三者的含量分別為0.5%、1.5%、1.5%時(shí)獲得的復(fù)合膜顯示出最佳的拉伸強(qiáng)度、水蒸氣透過率以及斷裂伸長率。此外,因殼聚糖有一定的抗菌性,該復(fù)合膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有一定的抑制效果,可以將其用于抗菌食品包裝中。

2 花青素——?dú)ぞ厶腔甘灸さ男阅?/h2>

花青素的加入會影響殼聚糖薄膜的厚度、外觀、機(jī)械性能、阻隔性能、抗氧化活性、抗菌活性等。由于花青素來源的不同、提取得到的花青素含量不同,使得殼聚糖基膜的性能也會有所不同。

2.1 厚度和外觀

厚度可以通過把握成膜液的體積來控制,主要影響薄膜的機(jī)械性能和阻隔性能。低含量的花青素對殼聚糖薄膜的厚度影響不大,高含量的花青素會破壞殼聚糖的內(nèi)部結(jié)構(gòu),導(dǎo)致厚度增加[25]。薄膜的外觀主要是指顏色,與花青素的來源、添加量等有關(guān)。單一的殼聚糖膜幾乎是透明的,呈淺黃色。KUREK等[26]發(fā)現(xiàn)添加了富含花青素的藍(lán)莓和黑莓提取物后,復(fù)合膜的顏色分別變?yōu)樗{(lán)綠色和紫色。并且隨著花青素添加量的增大,復(fù)合膜的透明度會逐漸降低,ΔE會逐漸增加。此外,基材的性質(zhì)也會影響指示膜的顏色。殼聚糖作為一種陽離子多糖,而花青素為α-苯基苯并吡喃陽離子,兩者可以通過靜電相互作用結(jié)合[27]。

2.2 機(jī)械性能和阻隔性能

花青素的來源和添加量對殼聚糖薄膜的機(jī)械性能和阻隔性能有一定的影響,這種性能的變化主要?dú)w因于花青素與基質(zhì)之間的相互作用,如靜電相互作用、氫鍵作用[28]。WANG等[25]將富含花青素的黑大豆種皮提取物與殼聚糖溶液混合制備復(fù)合膜,隨著花青素含量(基于殼聚糖質(zhì)量的0%、5%、10%、15%)的增加,復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度由14.83 MPa增加到23.24 MPa,斷裂伸長率由44.87%增加到73.88%,這主要是因?yàn)榛ㄇ嗨睾蜌ぞ厶擎溚ㄟ^氫鍵緊密結(jié)合,從而增強(qiáng)了復(fù)合膜的力學(xué)性能。同時(shí)復(fù)合膜的水蒸氣透過率逐漸降低,可能是因?yàn)閮烧叩南嗷プ饔眯纬闪酥旅艿木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而減少了水蒸氣的透過。YAN等[29]研究發(fā)現(xiàn)在殼聚糖溶液中加入不同含量的蝴蝶布丁花花青素(基于殼聚糖質(zhì)量的0%、10%、15%、20%)后,復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度由13.6 MPa增加到31.9 MPa,斷裂伸長率由15.7%增加到40.5%,可能是因?yàn)闅ぞ厶?、肉桂精油和花青素之間形成了氫鍵,增強(qiáng)分子間的交聯(lián)性,從而增強(qiáng)了復(fù)合膜的機(jī)械性能。而水蒸氣透過率逐漸增加,可能是因?yàn)楦吆康幕ㄇ嗨厝芙庑宰儾?而且花青素本身的親水性會促進(jìn)水蒸氣的輸送。YONG等[30]將不同含量的花青素紫肉甘薯提取物加入到殼聚糖基質(zhì)中,制備了抗氧化和智能薄膜。隨著花青素添加量(基于殼聚糖質(zhì)量的0%、5%、10%、15%)的增大,復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度先由15.79 MPa增大到17.73 MPa后減小到13.67 MPa,斷裂伸長率則由44.87%顯著降低到9.47%,可能是因?yàn)榛ㄇ嗨刂械姆宇惢衔镒璧K了殼聚糖薄膜的鏈-鏈相互作用,使得交聯(lián)處的脆性增加。低含量的花青素復(fù)合膜的水蒸氣透過率較低,因?yàn)槠淠軌蚺c殼聚糖分子建立物理相互作用,而高含量的花青素在殼聚糖膜中的分散性變差,破壞了膜本身的致密結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致水蒸氣透過率增加。由此可見,花青素能夠?qū)牡臋C(jī)械性能和阻隔性能產(chǎn)生較大的影響,但因?yàn)槌赡し椒?、花青素的來源及添加量、基質(zhì)等的不同而表現(xiàn)出不同的影響。

2.3 抗氧化活性

具備抗氧化性的薄膜可以延緩食品的氧化,對食品品質(zhì)的維持有重要作用?；ㄇ嗨睾写罅糠恿u基,它們可以通過形成苯氧基來清除自由基達(dá)到抗氧化的功能。而單一的殼聚糖膜抗氧化性能較差,加入花青素之后可以增強(qiáng)其抗氧化活性。影響薄膜的抗氧化活性的因素有很多,如花青素與基質(zhì)的交聯(lián)作用、復(fù)合膜的含水率、花青素的添加量等。LI等[31]發(fā)現(xiàn)添加紫薯花青素的殼聚糖薄膜的抗氧化活性顯著增加,相較于單一的殼聚糖薄膜,其DPPH自由基清除率提高了113.67%,H2O2自由基清除率提高了68.84%,且添加了花青素的殼聚糖薄膜與同時(shí)添加花青素與表面去乙酰化甲殼素納米纖維的薄膜相比,兩者的抗氧化性無明顯差異。QIN等[32]發(fā)現(xiàn)加入紫玉米花青素的殼聚糖薄膜,其DPPH自由基清除能力顯著提高,各種薄膜的DPPH自由基清除能力從高到低依次是：殼聚糖/Ag納米粒子/花青素復(fù)合膜>殼聚糖/花青素復(fù)合膜>殼聚糖/Ag納米粒子復(fù)合膜>殼聚糖薄膜。YONG等[33]將富含花青素的紫米提取物和黑米提取物分別加入到殼聚糖中,制備了2種復(fù)合膜。研究表明2種復(fù)合膜都能顯著提高DPPH自由基清除能力,且呈劑量依賴性,但第2種復(fù)合膜的抗氧化效果更強(qiáng),主要原因是該復(fù)合膜中的花青素含量更高。

2.4 抗菌活性

花青素因其典型的類黃酮結(jié)構(gòu),存在大量的酚羥基,對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等高蛋白類食品中常見的致腐菌有抑制作用。殼聚糖分子鏈上有帶正電的氨基基團(tuán),使得其本身具有一定的抗菌活性。將花青素加入到殼聚糖膜液中,2種物質(zhì)的協(xié)同作用對致病菌的抑制效果更好,從而提高食品的貨架期和安全性。AMAREGOUDA等[34]制備了含尖葉藍(lán)花楹花青素的殼聚糖/聚乙烯醇復(fù)合膜,其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌這2種食源性致病菌抑制效果良好,且在一定濃度范圍內(nèi),隨著花青素含量的增加,抑菌效果也增強(qiáng)。TAVASSOLI等[35]發(fā)現(xiàn)分別添加伏?；ê筒丶t花花青素的明膠/殼聚糖納米纖維復(fù)合膜都能夠有效抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌,2種花青素復(fù)合膜的抑菌效果差異不大,且都對金黃色葡萄球菌的抑制效果略佳。KOOSHA等[36]制備了以黑胡蘿卜花青素為指示劑的殼聚糖/聚乙烯醇智能膜,該復(fù)合膜對大腸桿菌、銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抑制率分別為40%、35.63%、44.56%。

3 花青素——?dú)ぞ厶腔甘灸ぴ谑称繁O(jiān)測中的應(yīng)用

食品在貯存期間會發(fā)生一系列生化反應(yīng)導(dǎo)致其品質(zhì)降低,食品變質(zhì)表明其已經(jīng)失去了食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,一旦誤食就會對消費(fèi)者的身體健康產(chǎn)生危害。近年來,許多開發(fā)的花青素-殼聚糖基指示膜已被用于監(jiān)測食品的新鮮度,主要是肉制品、水產(chǎn)品和奶制品(表1)。

表1 花青素-殼聚糖基指示膜在食品新鮮度監(jiān)測中的應(yīng)用Table 1 Application of anthocyanin-chitosan-based indicator films in food freshness monitoring

3.1 肉制品

肉制品是飲食的重要成分,含有豐富的蛋白質(zhì),極易受到污染而腐敗變質(zhì),這個過程是微生物污染、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化、多種酶作用的結(jié)果。肉制品在腐敗時(shí),也會導(dǎo)致包裝內(nèi)氣體成分發(fā)生變化,就可以用花青素-殼聚糖基指示膜來監(jiān)測肉制品的腐敗程度。VO等[37]以紅甘藍(lán)花青素為指示劑,以殼聚糖和聚乙烯醇為基材,添加三聚磷酸鈉作為交聯(lián)劑,制得力學(xué)性能更好的指示膜,用于監(jiān)測豬肉的新鮮度。在豬肉的貯存過程中,觀察到指示膜由最初的半透明的海綠色(0 h)變?yōu)榉奂t色(12 h),最終變成淺黃綠色(24 h),與豬肉的腐敗變質(zhì)相對應(yīng)。WANG等[38]將纖維素納米晶和富含花青素的紫玉米芯提取物均勻分散到殼聚糖基質(zhì)中,制備得到pH響應(yīng)的復(fù)合膜。將其用于4 ℃下豬肉的新鮮度監(jiān)測,豬肉在貯存3 d后,揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)達(dá)到17.3 mg/100 g,薄膜由黃色(0 d)變成了淺黃色(3 d),最終變成灰色(4 d)。

3.2 水產(chǎn)品

魚、蝦等屬于高蛋白類的水產(chǎn)品,在加工和運(yùn)輸過程中容易受到污染,造成品質(zhì)下降,進(jìn)而影響其食用安全性。水產(chǎn)品腐敗時(shí),其蛋白質(zhì)逐漸分解會產(chǎn)生揮發(fā)性堿性物質(zhì),可用花青素-殼聚糖基指示膜來監(jiān)測腐敗程度。WU等[39]將不同含量的黑米糠花青素加入到殼聚糖/氧化幾丁質(zhì)納米晶基質(zhì)中,制備了一種新型智能膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,黑米糠花青素含量為3%的指示膜能夠通過可見的顏色變化監(jiān)測魚蝦的變質(zhì)。LU等[40]將氧化鋅(ZnO)納米顆粒和黑花生種皮中的花青素加入到殼聚糖/明膠基質(zhì)中制成指示膜,該薄膜具有很強(qiáng)的抗氧化及抗菌活性,且能夠在不同的緩沖溶液中表現(xiàn)出良好的變色性能。將該指示膜用于4 ℃時(shí)蝦的新鮮度監(jiān)測,結(jié)果發(fā)現(xiàn),膜的顏色變化(暗紅色-淺紅色-淺綠色)與蝦的新鮮度指標(biāo)值(TVB-N、pH、菌落總數(shù))的變化高度相關(guān),表明該指示膜能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測食品的新鮮度。

3.3 奶制品

奶制品的腐敗變質(zhì)是由多種因素引起的,主要是微生物的降解代謝。花青素-殼聚糖基指示膜主要是以牛奶作為監(jiān)測對象,將指示膜置于牛奶表面、或者浸入牛奶里,當(dāng)牛奶的新鮮程度發(fā)生變化,其pH隨之改變,指示膜就會發(fā)生不同程度的顏色變化。LI等[41]通過溶液澆鑄法將紫番茄花青素和殼聚糖制成指示膜用于監(jiān)測牛奶的新鮮度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),指示膜由綠色(新鮮期)到黃色(中等新鮮期)再到粉色(變質(zhì)期),整個顏色變化過程肉眼很容易區(qū)分,這表明該指示膜具有潛在的應(yīng)用前景。EBRAHIMI等[42]制備了黑胡蘿卜花青素/纖維素/殼聚糖指示膜,以監(jiān)測巴氏殺菌牛奶的腐敗。該指示膜在20 ℃下存放一個月后仍然具有較好的顏色穩(wěn)定性。將其用于監(jiān)測20 ℃下貯藏的新鮮的巴氏殺菌牛奶,肉眼可以輕松觀察到指示膜由藍(lán)色變?yōu)樽狭_蘭玫瑰色。

4 指示膜在食品監(jiān)測應(yīng)用過程中面臨的問題和挑戰(zhàn)

指示膜在食品新鮮度檢測中具有很大的發(fā)展?jié)摿?但是,在研究過程以及應(yīng)用過程還是面臨諸多挑戰(zhàn)。近年來,比較關(guān)注的2個問題就是指示膜的靈敏性和穩(wěn)定性。大量的研究集中于通過用不同的基材復(fù)配比較指示膜的靈敏性,同時(shí)也可以優(yōu)化指示膜中花青素的含量來比較顏色變化的響應(yīng)速度。另一個關(guān)鍵問題是花青素的穩(wěn)定性,它會直接影響指示膜的穩(wěn)定性。花青素本身是不穩(wěn)定的,需要低溫貯存。指示膜的制備方法也會對花青素的穩(wěn)定性有所影響,比如擠壓、熱壓等方法會產(chǎn)生高溫使得花青素降解,因此,指示膜的貯藏條件及使用壽命也需要探究。

4.1 靈敏性

指示膜對包裝內(nèi)氣體的靈敏性越高,就越能及時(shí)地顯示出食品的新鮮程度。其靈敏性測試可以用揮發(fā)性氨響應(yīng),也可以用不同的pH緩沖液。研究表明,在不同的pH緩沖溶液中,指示膜的顯色和花青素溶液本身的顯色是同步的,但存在一定的差異,隨著花青素添加量的增大,指示膜顯現(xiàn)出的顏色逐漸加深[52]。值得注意的是,成膜基質(zhì)因其結(jié)構(gòu)性質(zhì)的不同,膜的透明度、透氣性等也會有所差異,也會對顯色效果有一定的影響[53]。

指示膜的靈敏度與花青素的含量有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),花青素含量高的指示膜變色時(shí)間長,顏色變化顯著;而花青素含量低的指示膜變色時(shí)間快,但顏色比較淡。在應(yīng)用時(shí),應(yīng)探究合適的花青素含量使得監(jiān)測結(jié)果更有效。此外,納米材料作為一種新型材料,也逐漸被用作指示膜的基材。納米材料的比表面積和孔隙率更大,對一些化學(xué)物質(zhì)的感知能力更強(qiáng)。ALIZADEH-SANI等[54]將伏?；ɑㄇ嗨睾图谆w維素、殼聚糖納米纖維復(fù)合,制備了一種智能指示膜,其在30 min時(shí)的氨敏感性達(dá)到70.61%,并顯示出從粉色到淡綠色再到黃色的明顯的顏色變化,該指示膜已成功用于羊肉的新鮮度指示。ALIZADEH-SANI等[55]將藏紅花花青素固定在由殼聚糖納米纖維和甲基纖維素組成的基質(zhì)中,制備了一種多功能的包裝膜。將該復(fù)合膜用于監(jiān)測羊肉在貯存過程中的新鮮度變化,隨著羊肉品質(zhì)的惡化,薄膜由紫色變成了綠色/灰色。

4.2 穩(wěn)定性

指示膜用于食品的新鮮度監(jiān)測是基于膜的顏色變化,故膜本身的顏色穩(wěn)定性直接影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。其穩(wěn)定性測試一般選取食品在銷售過程中的2個極端溫度(4 ℃ 和 25 ℃)作為實(shí)驗(yàn)溫度。ZHAI等[53]制備了玫瑰茄花青素/淀粉/聚乙烯醇的新型指示膜,在顏色穩(wěn)定性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),該指示膜在4 ℃和25 ℃下穩(wěn)定性良好,最長可達(dá)14 d,且4 ℃下的穩(wěn)定性更好,兩者的相對顏色變化都小于5%。除溫度外,指示膜的穩(wěn)定性還與光照、花青素的來源、基質(zhì)的性質(zhì)等有關(guān)。

不同植物來源的花青素穩(wěn)定性不同,含芍藥色素較多的花青素穩(wěn)定性更高,如紫甘薯、紅甘藍(lán)等。此外,花青素的酰基化也有利于提高穩(wěn)定性。FEI等[56]用馬來酸酐通過固相接枝法將藍(lán)莓花青素酰化,發(fā)現(xiàn)酰化后的花青素仍然保持了pH敏感性,但穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。并且其氨氣響應(yīng)特性與非?；幕ㄇ嗨叵嗨?但響應(yīng)速度稍有滯后,表明酰化花青素制成智能指示膜將會有更長的使用壽命和更準(zhǔn)確的食品新鮮度監(jiān)測能力。ZENG等[57]利用酶催化法對藍(lán)莓花青素進(jìn)行?；?提高了花青素的抗氧化活性及穩(wěn)定性,但對pH顏色響應(yīng)特性的影響不大,表明?；ㄇ嗨乜梢蕴岣咧悄苤甘灸さ氖褂脡勖?拓展花青素的應(yīng)用前景。

此外,也有研究采用了許多不同的物理方法去提升花青素的穩(wěn)定性。ZHANG等[58]利用蛋白質(zhì)-多糖納米體系改善花青素的低穩(wěn)定性,通過掃描電鏡觀察到,花青素在復(fù)合基質(zhì)中分布均勻,制得的復(fù)合膜對不同的pH緩沖液和揮發(fā)性氨具有明顯的比色響應(yīng),且在豬肉新鮮度下降時(shí)呈現(xiàn)出明顯的從紫紅色到深藍(lán)色的顏色變化。SUN等[59]以覆盆子花青素作為新鮮度指示劑,并以低?；Y(jié)冷膠作為基材,制成內(nèi)層膜,外層為殼聚糖膜,提升指示膜的整體性能。該雙層指示膜能夠表現(xiàn)出更高的不透明度,從而降低了光對花青素的影響。將該雙層膜用于檢測豬肉餅和魚球的新鮮度,在4 ℃下貯存6 d和3 d后,豬肉餅和魚球中的TVB-N含量均增加至變質(zhì)水平,同時(shí)觀察到雙層膜的顏色由粉紅色逐漸變?yōu)樽厣?最終變?yōu)樯罹G色。

此外,與單一色素相比,混合色素可以提高穩(wěn)定性,擴(kuò)大變色范圍,達(dá)到更精確的指示效果。姜黃素是一種醇溶性色素,遇堿會發(fā)生顏色變化,具有很強(qiáng)的抗氧化活性,將其與花青素混合可以起到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果。CHEN等[60]以花青素和姜黃素為混合指示劑,制備了可視化的pH敏感薄膜,用于魚肉新鮮度的實(shí)時(shí)無損檢測。通過顏色穩(wěn)定性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),單一的花青素復(fù)合膜的穩(wěn)定性最差,花青素和姜黃素混合的復(fù)合膜穩(wěn)定性較好,且高濃度的姜黃素復(fù)合膜具有更好的顏色穩(wěn)定性。ZHOU等[61]也制備了以花青素或姜黃素為指示劑的雙層指示膜,用于監(jiān)測雞肉的新鮮度。將不同類型的指示膜浸泡在不同的pH緩沖溶液中,其中含花青素和姜黃素混合的指示膜比單一的含姜黃素的指示膜的顏色變化明顯,更適于監(jiān)測雞肉的新鮮度。

5 結(jié)語

殼聚糖常用作食品包裝膜的基材,基于花青素-殼聚糖指示膜的研究大量發(fā)表,其對評價(jià)食品的安全性和質(zhì)量十分有益。但殼聚糖的耐水性不強(qiáng),再加入一定含量的水溶性花青素后,復(fù)合膜的水溶性也會發(fā)生變化。因此可以引入其他疏水性強(qiáng)的基材,提升花青素-殼聚糖基指示膜的整體性能。此外,將納米材料作為指示膜的基材,提升對包裝內(nèi)酸堿度變化的敏感程度,已經(jīng)引起了研究人員的高度關(guān)注。但食品腐敗涉及到很多復(fù)雜的化學(xué)變化,因此還需要在特異性識別上做深度研究。

此外,大多數(shù)的天然色素類指示劑的pH敏感性略遜于化學(xué)染料,故需要提高其pH靈敏度,以確保精度。花青素的穩(wěn)定性仍然是一個需要攻克的難題,目前的研究主要是通過基材的保護(hù)等物理方法,如果采用化學(xué)改性的方法去提高其對光、熱穩(wěn)定性,還要保證改性后的色素對pH敏感,這樣才能繼續(xù)應(yīng)用在智能包裝領(lǐng)域。智能指示膜的顏色變化雖然可以用肉眼區(qū)分,但還是存在差異,因此可以將智能指示膜與數(shù)字化信息技術(shù)結(jié)合,提供更加準(zhǔn)確的指示效果。