一種草莓新鮮度指示標簽的研究與設計

王桂等

摘 要：該文對草莓采后生理特性進行了分析，設計了一種以紅蘿卜色素溶液作為pH敏感劑的水果新鮮度智能指示標簽，主要由pH敏感劑涂層、pH敏感劑載體和透明基材這三部分組成，在包裝使用過程中完全避免了指示劑的安全性、遷移性對水果造成污染的問題。基于指示標簽的顯色理論，詳細分析了在草莓成熟和過熟階段內指示標簽的顏色變化情況。

關鍵詞：草莓 新鮮度 敏感劑 指示標簽

中圖分類號：S668.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0185-02

Abstract：A kind of fruit freshness indicator label is proposed after the analysis of physiological characteristics of strawberry fruits.pH sensitive agent of this label is red radish pigment.The label consists of three layers：pH sensitive agent，pH sensitive agent carrier and transparent base material.Many pollution problems caused by the indicator label on the fruits can be avoided during storage life if using it.According to the coloration principle，the color change laws of indication label are analyzed at the different maturity periods of strawberry in detail.

Key Words：Strawberry；Freshness；Sensitive agent；Indication label

隨著生活水平的提高，大家關注的不僅僅是水果的營養價值，其新鮮度也越來越引起廣泛注意，希望能買到新鮮和高品質的水果。在具有這樣市場需求的條件下，解決水果保鮮問題以及智能檢測水果鮮度等各種技術隨之產生，在保證質量和鮮度的同時也帶動了多元化包裝產業的迅猛發展。智能包裝技術可以方便消費者選擇安全放心的食品，可以延長食品的保質期，有利于食品的保存和運輸，具有廣闊的市場前景[1，2]。在未來幾年，每個獨立包裝的產品上都會貼上智能標簽，2015年，RFID標簽的年需求量將達到1000億枚，其中大多數將被用在智能包裝上。現有的新鮮度指示型智能包裝大多是采用了pH顯色反應材料作為指示劑，pH顯色反應材料具有變色范圍廣、變色明顯等優點，但指示標簽所用的染色液在制作工藝上存在安全性、染色液的遷移性等對食品造成污染等問題，基于此，該文提出了一種智能檢測水果新鮮度智能指示標簽。

1 新鮮度指示標簽的設計

1.1 指示標簽的顯色原理

水果存儲環境中存在各種細菌、微生物，不同的細菌含有發酵不同糖的酶，在溫濕度適宜的條件下，環境中的細菌及微生物就會繁殖生長，各種酶就會分解水果中含有的營養物質作為繁殖生長各種能源來滿足自身需要。在水果中含有的多種酶的作用下，水果中的蛋白質、碳水化合物等營養素被分解成多種低級產物。具體分解過程如下：

多糖→單糖→丙酮酸→大量混合酸→pH下降→指示劑呈酸性變化

草莓由成熟時期至過成熟時期發生的腐敗變質主要是細菌及微生物的快速繁殖生長過程，在此過程中產生大量的混合酸性物質，配合pH敏感劑就會發生一定的肉眼可識別的顏色變化，從而用來指示鮮度變化，利用此原理設計一種鮮度智能指示標簽。標簽由二個分離層組成（圖1為標簽結構示意圖）：里層為一種填充有pH敏感劑的載體，置于包裝托盤內，與草莓直接接觸，水果變質過程中產生的各種酸就會和pH敏感劑發生反應，從而改變顏色；外層為透明組件，與作為填充有pH敏感劑載體的內層緊密復合在一起，使其透過外層透明組件讓消費者能夠更清楚地觀察內層載體上的顏色變化，進而判斷水果的成熟度或是否發生變質。

1.2 指示標簽的組成部分

（1）填充有pH敏感劑的載體。

對pH值變化敏感型指示標簽所用的染色液，常用的有溴百里酚藍、二甲苯酚藍、溴甲酚綠、溴甲酚紫、苯酚紅、甲基紅等。該次設計的新鮮度指示標簽采用的指示劑是從紅蘿卜皮中提取的色素過濾液[3]。

（2）透明組件。

透明組件作為指示標簽片的最外層，緊密粘貼在pH敏感劑載體的表面，使其透過最外層透明組件能夠觀察到pH指示劑顯示的顏色變化更為清楚、透明。

1.3 pH敏感劑

（1）pH敏感劑的選擇依據。

作為常用的pH敏感劑，pH值不同時都會發生一定的顏色變化，但目前都存在顏色變化的pH變化范圍小、顏色變化單一的缺點，并且制作工藝過程存在安全、遷移性造成的對水果的污染問題。基于這些因素制約，以及植物色素大都在不同pH值下表現不同顏色，于是選擇用從紅蘿卜皮中提取的色素作為pH敏感劑。

蘿卜紅色素作為多酚類色素[4]，含有高效的抗氧化物質，具有較強的抗氧化性。對溫度表現出較強的穩定性；對濕度同樣表現出較強的穩定性。另外，提取的這種色素易溶于乙醇和水，不易溶于非極性溶劑，使得色素在提取時工藝簡單化。因此，選用這種提取色素的水溶液作為pH敏感劑是較合理的。

（2）敏感劑的顯色分析。

表1給出了用色素提取液浸染的試紙在不同pH值下顯示的不同顏色變化[5]。分析表1可得出：色素水溶液在酸性條件下表現比較穩定，特別當pH3時呈現出穩定的桔紅色；在堿性條件下表現不穩定，當pH在5～6時呈現出紫紅色，當pH在7～10時分別呈現出與本來顏色相差很大的紫褐色和綠色。

提取色素的水溶液用作敏感劑時：當溶液在pH<6時呈現桔紅（粉紅）色；當溶液610時呈現黃色。可以看出從蘿卜皮中提取的色素水溶液對堿比較敏感、穩定性比較弱；或者說色素在堿性條件下逐漸被分解，含量逐漸降低。基于以上，選其作為鮮度卡片的敏感劑具有明顯的顏色變化點。

1.4 pH敏感劑載體

選用實驗室標準的白色濾紙作為pH敏感劑的載體，因其具有高強度的化學抵抗性、生物惰性，超低微量的金屬含量，耐高溫、易消毒等優點。選其作為敏感劑的載體，滿足要求。其中敏感劑載體上以‘X的形狀涂布，‘X形狀部分的pH敏感劑與水果變質過程中產生的代謝產物反應發生顏色變化，通過顏色變化可以了解到草莓品質變化情況，方便了消費者對鮮度品質的直觀了解。

1.5 透明組件材料的確定

選用一種使用流延方法制作的聚丙烯薄膜作為鮮度指示標簽片的透明組件，緊密覆蓋在pH敏感劑的載體上。CPP薄膜具有透明性好、挺度好、阻濕性好、耐熱性優良、易于熱封合等特點，通常用作復合薄膜的內外層材料，滿足此次作為透明組件的要求。

2 指示標簽的顯色理論分析

理論分析依據：通常定義表示溶液酸堿性強弱的量用pH值表示，而定義pH值為H+物質的量濃度的負對數來表示；同時定義在一定溫度下氫離子濃度（H+）和氫氧根離子濃度（OH-）的乘積為一常數。基于PH敏感劑變色機理是其所接觸的環境條件下H+濃度不同而引起的pH值不同，進而顯示的不同顏色變化。于是分析不同新鮮度時新鮮度指示標簽片的顯色狀態，實質上就是分析新鮮度指示標簽片上H+濃度。

該次新鮮度指示標簽片主要針對草莓由成熟時期到過成熟時期的判定，故顯色分析分為兩個階段：成熟時期草莓的顯色狀態以及過成熟（腐爛變質）時期的顯色狀態。

（1）成熟階段草莓顯色狀態。

此階段是草莓由未成熟向成熟過程的轉化，是果體內部大量可溶性糖的快速累積過程，沒有糖及其它營養成分的分解。假定在此過程中沒有機械損傷，也就是說果體表面沒有摩傷、擦破，沒有感染外部細菌的條件下分析其顯色狀態。事先將由未成熟至成熟過程分為3個階段：始紅時期、半紅時期以及全紅時期。總結前人研究，本文規定草莓在始紅時期果體內pH=4，半紅時期果體內pH=3.5，全紅時期果體內pH=3.2；果體內酸性環境的變化使堿性試紙（pH=10）的PH值發生變化。通過理論分析計算，得出上述三個階段指示標簽與草莓充分接觸后的pH值變化結果：pH=7，pH=6.33，pH=5.43。根據表1，可以得出涂有pH敏感劑的‘X形狀部位的顏色變化分別指示紫褐色、藍紫色和紫紅色。

（2）過熟階段草莓顯色狀態。

此過程是草莓由成熟狀態向腐爛變質過程的一個轉化，期間細菌、微生物會大量的繁殖、生長，期間會分解果體內的糖類等營養物質作為自身繁殖生長的主要能源供給。在果體內，糖分被分解過程中首先多糖被分解為單糖，單糖被分解為丙酮酸，丙酮酸繼續分解產生大量混合酸，大量混合酸的作用使果體內部處于一個pH=2.2左右的酸性環境，那么在此酸性環境條件下，被置于托盤和保鮮膜內部的鮮度指示標簽片內層與果體直接接觸，置于指示標簽片內層的pH敏感劑被預先調整成為pH=10的堿性試紙，在遇到大量混合酸（pH=2.2左右）時會發生酸堿的中和反應，使堿性試紙的pH值下降，從而導致試紙上涂有pH敏感劑的‘X形狀部位發生顏色的變化。該文假設過熟期草莓的pH值：細菌繁殖初期pH=3，細菌繁殖中期pH=2.5，細菌大量繁殖pH=2，通過理論分析計算，得出上述三個階段指示標簽與草莓充分接觸后的PH值變化結果：pH=3.35，pH=2.8，pH=2.08。根據表1，可以得出涂有PH敏感劑的‘X形狀部位的顏色變化分別指示橘紅色、橘紅色和鮮桔紅色。

通過以上可以看出，草莓處于不同階段時，指示標簽可以指示其不同的顏色變化。通過標簽顯示顏色變化可以判斷草莓是否完全成熟，指示標簽顏色為紫褐色時草莓剛開始發紅，指示標簽顏色為藍紫色時草莓是半成熟階段，指示標簽顏色為紫紅色時草莓成熟，是食用的最佳階段；另外，通過指示標簽可以判斷草莓變質程度，在草莓變質初期和中期，指示標簽的顏色均是橘紅色，此階段草莓果體內含有營養價值不高，但不影響食用；當指示標簽顏色變為鮮桔紅色時，意味著此階段的草莓變質嚴重，沒有其本身所含有的營養價值且不宜繼續食用。

3 結論

該文設計了一種草莓新鮮度智能指示標簽，通過標簽顏色變化判斷草莓的成熟度及新鮮度。成熟階段顯色情況：草莓在始紅狀態時，指示標簽呈現紫褐色；草莓在半紅狀態時，指示標簽呈現藍紫色；草莓在全紅狀態時，指示標簽呈現紫紅色。變質階段顯色情況：草莓發生變質初期（細菌繁殖初期），指示標簽呈現橘紅色；草莓發生變質中期（細菌少量繁殖），指示標簽呈現橘紅色；草莓發生變質后期（細菌大量繁殖），指示標簽呈現鮮桔紅色。

參考文獻

[1] 宋寶豐.信息型智能包裝技術的研發[J].包裝世界，2008（3）：21-22.

[2] 良言.二十一世紀食品包裝材料發展方向[J].飲食包裝，2002（3）：4-5.

[3] 萬里平.從胭脂蘿卜中提取食用紅色素的

探討[J].重慶三峽學院學報，2002（2）：

117-119.

[4] 張志紅，陳清軒.蘿卜色素的提取及其性質[J].食品科學，1992（7）：24-28.

[5] 李月秀，康云川，王吉華，等.蘿卜紅天然食用色素生產新工藝研究[J].精細化工，2000（10）：4-5.