甲基紅-溴百里酚藍新鮮度指示標簽在果蔬保鮮上的應用

紀文舉，田思偉，陳春君，麻吉騰，楊艷青，范新光,*

（1.魯東大學食品工程學院，山東 煙臺 264025；2.煙臺市牟平區檢驗檢測中心，山東 煙臺 264199）

果蔬是我國居民膳食構成的主要部分，其富含人體所必需的維生素、無機鹽和膳食纖維，受到消費者的喜愛。隨著消費水平的提高和健康意識的增強，人們更加注重食品的品質與安全[1]。果蔬在采后貯藏過程中極易腐敗，會發生一系列生理生化反應，而且微生物也會在此期間大量繁殖，導致果蔬的新鮮度下降，甚至產生有毒有害物質危害人們的健康。隨著生鮮電子商務新業態的出現及快速發展，市場對保鮮包裝的功能提出了新的要求，果蔬包裝不僅應具有貯藏保鮮的作用，還應具有指示果蔬品質狀態和新鮮度的功能。因此，亟需開發簡單、易懂，能夠“判斷”和“指示”果蔬新鮮度的指示標簽。

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簽發生化學反應，通過氣體積累量的不同產生不同的顏色，以此來反映食品的新鮮度[2]。將這種新鮮度指示標簽應用到果蔬包裝中，隨著貯藏時間的推移，特征氣體含量增多，標簽顏色不斷變化，進而將新鮮度信息反饋給消費者，指導消費者購買。Kuswandi 等[3]根據葡萄成熟過程中揮發性有機酸的變化，研發了一種基于氯酚紅的新鮮度指示標簽用于葡萄成熟度的檢測，隨著葡萄的成熟，標簽由白色變為米色，最后為黃色。Kuswandi 等[4]之后將溴酚藍固定在纖維素膜上開發了一種可隨著番石榴貯藏時間延長而變色的指示標簽，番石榴新鮮度逐漸劣變的過程中，標簽由藍色變為綠色。Niponsak 等[5]研發了一種用于包裝榴蓮的比色淀粉基膜，可通過果實成熟過程中產生的硫化物和乙醇與其反應產生顏色變化來指示榴蓮的成熟度。王桂蓮等[6]根據草莓成熟過程中產生的酸性物質，將紅蘿卜皮中的色素附在聚丙烯薄膜上制備成指示標簽，研發出可以指示草莓成熟度的指示標簽。Lang 等[7]依據乙烯導致鉬酸鹽分解引起鉬發色團由白色變成藍色的原理，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簽。溴百里酚藍和甲基紅是兩種典型的可隨pH 值變化的指示劑。Chen 等[9]將溴百里酚藍和甲基紅相結合制備了一種果蔬新鮮度指示標簽，并成功地為鮮切青椒的包裝提供了新鮮度預測功能。

果蔬在采摘后仍然進行著呼吸作用，而呼吸躍變型果蔬在躍變期之后，呼吸消耗會急劇增大，產生大量CO2氣體，且微生物的生長繁殖也會產生大量的CO2。這就使得果蔬包裝內的CO2體積分數不斷升高，而果蔬也會隨著呼吸消耗的增大產生品質劣變[10]。果蔬的新鮮程度與其包裝內的CO2體積分數有一定的關系，因此可以利用CO2作為監測指標研發適合指示果蔬新鮮度的指示標簽。

應用在果蔬保鮮方面的新鮮度指示標簽大部分是單一化合指示劑，這種標簽的變色范圍較窄，指示效果不佳。本試驗所采用的甲基紅-溴百里酚藍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-溴百里酚藍混合指示劑制備基于pH 值變化的CO2敏感型新鮮度指示標簽，標簽顏色的變化可作為新鮮度的反饋指標。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

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水果蔬菜批發市場。

甲基紅、溴百里酚藍：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：煙臺三和化學試劑有限公司；氫氧化鈉：國藥集團化學試劑有限公司。以上試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

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：潔康超聲波清洗機有限公司；PHS-2F型pH 計：上海精密科學儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 新鮮度指示標簽的制備

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 溴百里酚藍乙醇溶液。將1 g/L 甲基紅乙醇溶液和1 g/L 溴百里酚藍乙醇溶液以體積比3∶2 均勻混合[11-14]。1 g/L溴百里酚藍乙醇溶液在pH 值為5、7、9 時的顏色分別為橙色、黃色、藍色。1 g/L 甲基紅乙醇溶液與1 g/L溴百里酚藍乙醇溶液以體積比3∶2 均勻混合在pH 值為5、7、9 時的顏色分別為紅色、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行磁力攪拌至形成均勻的凝膠溶液，然后按照表1 調節pH 值，得到4 種不同的指示標簽凝膠溶液[10-11]。配制好的標簽1、標簽2、標簽3 和標簽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 超聲波清洗器進行超聲波去泡處理，取一定量凝膠溶液倒入培養皿，40 ℃烘干8 h，即得到指示標簽的指示膜。

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表面，進行果蔬的保鮮效果測試。為避免指示標簽與果蔬產品直接接觸，在標簽表面覆蓋一層微孔透氣塑料膜。指示標簽如圖1所示，顏色分別為黃綠色（標簽1）、綠色（標簽2）、翠綠色（標簽3）和深綠色（標簽4）。

圖1 制備的4 種指示標簽Fig.1 Four indicator labels prepared in this study

1.2.2 新鮮度指示標簽在果蔬保鮮上的應用

將新鮮的草莓和生菜分別用PET 盒進行包裝，草莓每盒800 g，生菜每盒200 g。塑料盒內表面均貼有4 種的不同指示標簽，且指示標簽不與草莓、生菜直接接觸。每個PET 盒用聚乙烯（PE）保鮮膜完全包裹。在室溫（25 ℃）下進行貯藏，每隔一段時間對果蔬進行感官評價，并對指示標簽的顏色變化進行測定。以未放置果蔬材料的PET 盒作為對照。

1.2.3 測定項目與方法

1.2.3.1 指示標簽色差值

使用色差計測定指示標簽的L*、a*、b*值，L*表示亮度，a*代表紅綠色，b*代表黃藍色[15]。色差值△E 的計算公式如下：

1.2.3.2 感官評價

參照前人的評價標準[16-17]進行感官評價，具體如下：從魯東大學食品工程學院選取50 名老師和學生組成感官評價小組，采用9 分制，分別對草莓的色澤、果實飽滿度、水分和生菜的色澤、卷曲程度、含水量、萎蔫狀況進行感官評價，具體評價標準見表2 和表3。

表2 草莓感官評分標準Table 2 Sensory scoring criteria for strawberries

表3 生菜感官評分標準Table 3 Sensory scoring criteria for lettuces

1.2.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 貯藏過程中果蔬的感官變化及指示標簽的顏色變化

PET 盒包裝的草莓在貯藏過程中的外觀變化及指示標簽的顏色變化如圖2 所示。貯藏0 h 時的草莓顏色亮麗，外觀飽滿，新鮮度較高，此時標簽1、標簽2、標簽3、標簽4 的顏色均為綠色；1 h 時草莓外觀并無明顯變化，4 種標簽顏色均發生變化，標簽1、標簽2 變為黃色，標簽3 四周變成黃綠相間的顏色，標簽4 變成橙黃色；貯藏7 h 時部分草莓表面失去光澤，出現凹陷跡象，但無腐敗發生，果實的新鮮度水平下降，標簽1、標簽2 顏色較于1 h 時的顏色并無明顯變化，標簽3、標簽4 變為橙色；貯藏24 h時部分草莓出現了腐敗現象，果實的新鮮度較差，標簽1、標簽2 的顏色較于1 h 時的顏色仍無明顯變化，標簽3、標簽4 由橙色變為紅色；貯藏48 h 時草莓出現大面積的腐爛，并伴有明顯的霉菌生長，果實的新鮮度降為最低水平，標簽1、標簽2 顏色較于1 h 時的顏色仍無明顯變化，依舊為黃色，標簽3、標簽4 依舊為紅色，對照組標簽的顏色在整個貯藏過程中未發生明顯變化。

圖2 貯藏過程中草莓的外觀變化及指示標簽的顏色變化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簽的顏色變化如圖3 所示。貯藏0 h 時生菜顏色翠綠，水分充足，新鮮度較高，此時標簽1、標簽2、標簽3、標簽4 的顏色均為綠色；1 h 時生菜外觀并無明顯變化，4 種標簽顏色均發生變化，標簽1、標簽2為黃色，標簽3 略有變黃，標簽4 呈現黃綠色；貯藏7 h 時生菜外觀依舊沒有明顯的變化，但PET 盒內壁略微出現了幾滴無氧呼吸產生的水珠，標簽1、標簽2的顏色較于1 h 時的顏色并無明顯變化，標簽3 變為橙黃色，標簽4 變為橙色；貯藏24 h 時生菜顏色變得更深，生菜葉萎蔫，塑料盒內壁明顯出現了水珠，新鮮度較差，標簽1、標簽2 的顏色較于1 h 時的顏色仍無明顯變化，標簽3、標簽4 變為紅色；貯藏48 h 時生菜顏色相比于24 h 時更加深，生菜葉變得更蔫，果蔬新鮮度水平降為最低，標簽1、標簽2 顏色較于1 h 時的顏色仍無明顯變化，標簽3、標簽4 依舊為紅色，對照組標簽顏色在整個貯藏過程中均未發生明顯變化。

圖3 貯藏過程中生菜的外觀變化及指示標簽的顏色變化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簽可以隨果蔬包裝內CO2體積分數的變化而產生顏色變化，其變色原理為：草莓果實呼吸消耗產生的CO2與包裝內的水分子反應生成碳酸，碳酸的積累使包裝內的pH 值不斷下降，指示標簽隨之發生顏色變化。在標準大氣壓、25 ℃下，體積分數為0～100%的CO2所對應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 種指示劑進行研究。溴百里酚藍指示劑的變色范圍為pH 6.0（黃）～7.6（藍），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按質量比為3∶2 混合，其變色范圍為pH 4.4（紅）～7.1（綠）[18]。標簽1 與標簽2 的顏色隨著CO2體積分數的變化不明顯，標簽3 與標簽4的顏色隨著CO2體積分數的變化較明顯，標簽顏色變化速度排序為：標簽4＞標簽3＞標簽2＞標簽1。

本研究是在前人研究的基礎上，進行果蔬保鮮方面的初期應用，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。后續的應用研究應覆蓋更多的果蔬種類，涵蓋呼吸躍變型果實和非躍變型果實，以明確此標簽對不同呼吸類型果蔬產品的指示效果。

2.2 指示標簽色差值

為了更準確地描述果蔬貯藏過程中指示標簽的顏色變化，利用色差計對指示標簽的L*、a*、b*值進行測定，并且計算相應的色差值△E。在貯藏過程中，草莓和生菜指示標簽的色差值△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簽的色差值變化Fig.5 Color difference values changes of indicator labels during lettuces storage

隨著貯藏時間的延長，色差值△E 逐漸增大，說明指示標簽顏色變化明顯。一般認為當△E＞6 時，通過視覺觀察可以較為明顯地區分顏色，可覺察概率為100%[20]。由圖4、圖5 可知：在1 h 時草莓組標簽1、標簽2、標簽3 和標簽4 的色差值分別達到了34.07、40.12、17.72 和34.99，生菜組色差值分別達到了16.43、28.25、21.19、35.28，說明1 h 時可以用肉眼明顯看出標簽顏色的變化。隨著貯藏時間的延長，CO2濃度不斷增加，環境pH 不斷降低，標簽3 和4 顏色不斷變化，指示標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到了61.02、81.79和55.67、80.42。但是草莓組和生菜組的標簽1、標簽2 在7 h 時色差值基本上達到了最大，分別為38.26、44.34 和39.33、33.67，而且無論草莓組還是生菜組，隨著貯藏時間的延長，色差值有所下降，這可能是由于在流延薄膜時色素溶液在各處流延不均勻導致的[19]。由此可以認為：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簽的指示劑應用于果蔬包裝。

2.3 感官評價

草莓和生菜在貯藏過程中的感官評價結果如圖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，隨著貯藏時間的延長，草莓和生菜的新鮮度不斷下降。0～1 h 時，草莓和生菜的感官評分變化不大；1 h 后，隨著呼吸作用的進行以及微生物的繁殖，果實新鮮度顯著下降，感官評分迅速下降；48 h 時草莓基本全部腐爛，無法食用，而生菜萎蔫嚴重，失水卷曲，部分出現腐敗跡象，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是消費者購買果蔬產品時的主要參考因素，所以僅選取感官評分作為草莓和生菜的品質評價指標，后續研究過程中會結合果實的質地、糖度、酸度、微生物指標、營養品質等多方面綜合評價果蔬的品質。

2.4 色差與感官評分的相關性分析

為更好地評價4 種指示標簽的指示精度，對草莓和生菜貯藏過程中各個標簽的色差值△E 與感官評分進行線性回歸分析，結果見圖8 和圖9。

由圖8 可知，貯藏過程中，草莓標簽1 和標簽2的色差值與果實感官評分之間的R2值分別為0.302 6和0.084 3，擬合度不高，說明指示標簽1、標簽2 不能很好地指示草莓的新鮮度。這是由于指示標簽1、2 的變色范圍較窄，變色速度較快，導致色差無法隨著新鮮度逐漸變化，而是快速達到最大色差值，后面色差變化很小，不能很好地指示草莓的實時新鮮度。而指示標簽3、4 的色差值與草莓的感官評分擬合度較好，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，可以隨著環境中pH 值的變化而更加準確地變化，色差值飽和度較高，隨著貯藏時間的延長色差值不斷增大?；旌现甘緞舛仍酱?，指示標簽變色速度越快，這使得標簽4 顯色較快，不利于指示果實的新鮮度。綜上可知，指示標簽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論。指示標簽3 的色差值與感官評分的R2值最高，擬合度最好，標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行新鮮度指示標簽的研發以及驗證其在果蔬包裝應用上的有效性，因此僅設計制備了兩個濃度的指示劑，在后續的研究中將設置更多的濃度梯度來探究溴百里酚藍-甲基紅指示標簽的最優指示濃度。另外，在果蔬產品的實際生產過程中，果蔬和包裝需要清洗消毒，常用消毒手段對于標簽的指示功能有何影響也需要在后續研究中進行探索。

3 結論

本文通過溴百里酚藍、甲基紅等試劑制備基于pH 值變化的新鮮度指示標簽，利用標簽的顏色變化來反映果蔬新鮮度。在果蔬貯藏過程中，果蔬呼吸作用產生的CO2與水蒸氣作用生成H2CO3，使pH 值降低，隨著時間的推移，包裝中的CO2不斷累積，pH 值不斷降低，從而使指示標簽隨貯藏時間的延長而產生顏色變化。通過草莓和生菜的貯藏試驗發現：隨著貯藏時間的延長，所制備的4 種指示標簽的顏色均發生變化，其中標簽1、標簽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；標簽3 和標簽4 的顏色變化范圍廣，涵蓋綠色、黃綠色、橙色和紅色4 個色系，標簽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。當果蔬新鮮時，指示標簽顏色為綠色；當果蔬次新鮮時，指示標簽顏色為黃色；當果蔬腐敗時，指示標簽顏色為紅色。通過指示標簽的顏色變化，消費者可以快速地了解果蔬的新鮮程度，該標簽可以為消費者提供可視化的新鮮度指示功能。