摘要：食品新鲜度与消费者的饮食安全密切相关。新鲜度指示器可检测食品腐败所产生的释放物并产生直观的颜色变化指示食品的新鲜度，成为研究热点。这些释放物包括挥发性盐基氮、二氧化碳、硫化氢等。围绕这些释放物分别开发了盐基氮指示型、二氧化碳指示型以及硫化氢指示型指示器。本文综述了上述指示器的工作原理及研究进展，并指出加强指示新鲜度对象的特异性识别，发展天然色素显色剂型指示器，发展接触式非破坏型指示器，发展电子式智能化指示器是主要的发展趋势。随着新鲜度指示器技术不断成熟，其在新鲜食品包装领域将会得到越来越广泛的应用。
关键词：新鲜度；指示器；食品安全
1 引 言
随着生活水平的提高和健康意识的增强，消费者更加注重食品的品质与质量安全。特别是对于肉制品、海产品、水果、甜点等易腐败变质的食品，消费者更迫切需要准确获取相关产品的品质信息。目前，消费者主要依靠产品包装上所标识的保质期来判断食品的新鲜度，然而由于食品腐败受多种因素的影响，保质期不一定可靠。
因此食品的新鲜度检测成为了判断食品品质的主要手段,在引导消费时可起到重要的指导作用。食品新鲜度检测方法主要有感官评价、专业仪器检测、指示器3种方法。传统的食品新鲜度的评价方法主要是依靠感官评价，利用视觉和嗅觉观察食品的颜色变化、产生的气味（如臭味）、质地等特性来判断食品的新鲜度。然而，感官评价主要是依靠消费者的主观判断，不具有客观性和科学性。因此，为了提供高质量、安全、健康的食品，需要有可靠的方法和技术来确定和评估食品的新鲜度。例如，利用近红外光谱技术、液相色谱技术、计算机图像处理技术等可较准确地评价食品的新鲜度。但是实际操作起来比较困难，成本较高，不便于消费者快速便捷地获取信息。因此，目前需要开发一种低成本、快速、可靠、非破坏性的方法或设备以评估食品的实时新鲜度。
在过去的几十年里，人们对开发智能包装系统实时追踪食品品质的兴趣急剧增长，其中，简单、直观的新鲜度指示器备受关注。指示器利用挥发性含氮化合物、二氧化碳、硫化氢等挥发物对指示卡（标签）、指示膜以及指示剂引起的颜色变化来直接显示食品的新鲜度，消费者可以简单明了地辨别食品是否新鲜。指示器指示食品新鲜度主要是通过检测食品变质挥发物或者微生物代谢物含量或浓度实现的。本文通过综述近十年的国内外研究进展，研究不同新鲜度指示器的工作原理及特点，分析新鲜度指示器的发展趋势，为新鲜度指示器的研究和开发提供借鉴与参考。
2 指示食品新鲜度的释放物
2.1 挥发性盐基氮
挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量被认为是检测肉类和海产品腐败的主要指标，它由三甲胺（trimethylamine，TMA）、二甲胺（dimethylamine，DMA）和氨（NH3）等微生物降解产生的挥发性含氮化合物组成。挥发性含氮化合物与肉类、海产品的感官品质直接相关，因此可以利用TVB-N的值指示产品的新鲜度。该指标现已列入国家食品卫生标准GB 2707—2016《食品安全国家标准鲜（冻）畜、禽产品》，该标准规定一级鲜肉TVB-N浓度范围为15mg/100g以下，二级鲜肉为15～25mg/100g，腐败肉25mg/100g以上。
2.2 二氧化碳
二氧化碳敏感型新鲜度指示器多用于指示水果、甜点等食品。食品受到外界环境等影响后开始变质或发酵，由于微生物生长而产生二氧化碳，其浓度是食品微生物腐败的主要指标之一。食品包装中二氧化碳的浓度随储存时间而变化，并受食品类型、微生物呼吸特性、包装材料、顶部空间和储存条件的影响。
2.3 硫化氢
家禽肉类在腐败期间，假单胞菌腐败会产生硫化氢（H2S）。硫化氢与肉类肌红蛋白结合，可以形成绿色色素硫磺蛋白。因此硫化氢可以作为监控肉类新鲜度的一项指标。
2.4 其 他
除上述3 类释放物外， AT P （a d e n o s i n e tripHospHate）、ADP（adenosinedipHospHate）、AMP（adenosine monopHospHate）、细菌总数、氨气也被用于检测食品新鲜度。其中，ATP相关化合物主要是利用K值（指次黄嘌呤和肌苷的总量与ATP相关物质总量的比值）与肉品感官品质的相关性,对肉品的新鲜度进行指示。由于它们本身特性难以便捷地进行检测指示，所以研究较少。
3 食品新鲜度指示器类型
3.1 挥发性含氮化合物敏感型新鲜度指示器
挥发性含氮化合物敏感型新鲜度指示器根据显色剂不同可分为化学显色剂型指示器、天然色素显色剂型指示器。
3.1.1 化学显色剂型指示器
常用的化学显色剂包括酚红、溴酚红、溴百里酚蓝、溴甲酚紫、溴甲酚绿以及甲基红等。由于食品储存环境、运输环境等的改变导致食品发生腐坏或变质，挥发性气体不断增多，使得包装内气氛呈碱性或者酸性，与食品包装内指示器的显色剂发生作用，产生特定颜色变化，从而根据颜色的变化实时监测食品的新鲜度。
王冰雪等以溴甲酚紫为指示剂，以定性滤纸为载体研究了一种指示猪肉新鲜度的指示卡。作为猪肉的腐败产物，挥发性盐基氮中含有NH4+离子会影响整个密封环境中的酸碱度，即pH值会发生改变，因此溴甲酚紫随着pH值的变化而变色，从而达到指示卡变色指示猪肉新鲜度的目的。将溴甲酚紫溶于乙醇溶液，并加入氢氧化钠溶液混合得到指示剂溶液，再利用滤纸通过浸渍吸附指示剂溶液，最后将其黏附于防水纸上，制备得到新鲜度指示卡。采用半微量定氮法测定挥发性盐基氮的含量，与指示卡颜色变化的色差值进行匹配。实验表明，色差值变化趋势与挥发性盐基氮含量变化趋势相对应，在临近允许最大挥发性盐基氮含量时会变为青绿色，而后变为深紫色。另外，Shukla等也开展了类似的研究，通过离心将溴酚蓝涂布在载体（滤纸）上制备指示器，用于实时监测冷藏期间的水牛肉腐败状况。该指示器随着TVB-N浓度的增加，颜色从黄色变为蓝色，可指示水牛肉的新鲜度。
Mo等将溴甲酚绿（bromocresol green，BCG）固定在多孔阳极铝（porous anodic aluminum，PAA）膜上制得了一种用于指示鱼新鲜度的指示卡，通过可见的颜色变化响应在鱼类腐败期间释放的挥发性盐基氮。PAA膜具有比表面积大、规整性高和孔隙率高等特点；因此与滤纸等载体相比，吸附容量更大，指示剂分布更加均匀。需要指出的是，当鱼肉在25℃，储存6h（TVB-N＞20mg/100g）后，BCG/PAA指示卡先由黄色变为绿色，指示鱼肉已经不可食用；此后，颜色仍会继续变化为蓝色（达到14h）。因此，这种方法对消费者而言容易产生误会，不容易确定反应终点，还需要进一步探究色差值与挥发性盐基氮含量变化的匹配关系。
聚苯胺（polyaniline，PANI）也可以与活性化合物的酸碱反应产生可逆的颜色变化，用于食品新鲜度的指示。Kuswandia等开发了一种新型的用于监测鱼产品新鲜度的比色指示器。该指示器是将PANI分散体直接浇铸在聚苯乙烯基材上，然后将其放置在黑暗环境下干燥，利用台式打孔机冲压制成，储存在4℃以备使用。该指示器随着挥发性含氮化合物在包装顶部空间中逐渐释放，可显现从绿色到蓝色的颜色变化。研究表明，薄膜的颜色变化范围与鱼组织中微生物群体有关，所以聚苯胺薄膜能够准确地响应包装顶部空间中挥发性碱浓度的增加，实时指示鱼产品腐败变质情况。值得注意的是，PANI不溶于常见的大多数有机溶剂，在一定程度上限制了应用。
Li等开发了一种基于聚苯胺/聚（4-苯乙烯磺酸钠）（PANI/PSS）胶体的易挥发胺比色指示器。该指示器采用沉积的方式将PANI/PSS胶体附着在滤纸上，当挥发性胺（三乙胺）浓度达到188mg/L时，滤纸颜色从绿色变为蓝色。通过对比发现，纯PANI样品即使分散在pH值为1的水溶液中，也能完全从缓冲溶液中沉淀出来；而PANI/PSS胶体在较大pH范围内也具有优异的稳定性。此外，由于这种胶体的高灵敏度，它可以用于定量检测溶液和蒸汽中的胺含量。因此，该比色指示器用于监测海产品的新鲜度具有良好的市场前景。
3.1.2 天然色素显色剂型指示器
随着食品安全要求日益严格，天然色素作为显色剂开始出现在人们的视野中，相比于化学合成显色剂，天然色素显色剂更加安全、环保。目前常用的天然色素有花青素、花色苷、玫瑰茄色素等。
花青素（anthocyanins）作为一种天然的水溶性色素，对环境中pH变化灵敏度高，有广泛的响应范围。由于花青素来源广，是构成许多植物花瓣和果实颜色的主要色素之一，因此也具有很好的市场应用价值。如从红甘蓝，葡萄皮和紫甘薯中提取花青素，已被制成比色指示剂用于检测食品品质。Shukla等将从玫瑰和红甘蓝花中提取的天然类黄酮（花青素）作为指示剂固定在滤纸上，制备出用于智能包装的比色指示器。指示器模拟在挥发性盐基氮产生的氨气气氛中，随着pH的增加其颜色从红色变为绿色。颜色的变化是由于花青素在不同pH下降解引起的挥发性碱性代谢物（氨）浓度增加引起花青素的构象变化。Zhai等从玫瑰茄中提取花青素作为指示剂，淀粉/聚乙烯醇（starch/polyvinyl alcohol，SPVA）作为基质，通过浇铸/溶剂蒸发法将花青素吸附到SPVA基质中，开发出一种新型的比色指示膜。研究发现，花青素含量较低的比色膜对氨气更敏感。颜色稳定性测试表明，该指示膜在冷藏温度和室温下均可稳定长达14d，相对颜色变化小于5%。花色苷是花青素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物。花色苷用于新鲜度指示标签是利用其主体上的官能团在碱性条件下发生亲核或亲电重排反应，形成类黄酮等物质，使之颜色发生变化。李琛等通过提取花色苷色素制作了用于监测多宝鱼新鲜度的指示标签。利用滤纸作为载体，将其浸入到从紫甘薯、凤仙花瓣、杜鹃花瓣中提取的花色苷色素中，自然干燥后得到新鲜度指示标签。模拟指示标签包装环境如图1所示，该结构包括指示标签、顶层薄膜和底层薄膜三部分，其中指示标签位于顶层薄膜与底层薄膜之间，并在薄膜中心开孔。中心孔可使鱼肉在通风环境下变质。研究发现，紫甘薯指示标签在挥发性盐基氮含量小19.71mg/100g时颜色变化不明显，随着挥发性盐基氮含量增加，标签逐渐由红色变成灰黄色；随着鱼肉新鲜度的下降，凤仙指示标签颜色由玫红色过渡到浅紫色，再慢慢褪色；而杜鹃指示标签的颜色变化比较缓慢，直到挥发性盐基氮达到21.28mg/100g时才由红色变为浅粉色。
3.2 二氧化碳敏感型新鲜度指示器
根据作用机制，二氧化碳敏感型新鲜度指示器可分为化学显色剂型指示器和壳聚糖透明度型指示器。
3.2.1 化学显色剂型指示器
化学显色剂型指示器是利用二氧化碳溶解在指示剂溶液中形成碳酸（H2CO3），而碳酸离解产生H+离子使染料分子质子化，从而引起颜色发生一定变化对食品新鲜度进行指示。
Nopwinyuwong等开发了一种用于实时监测甜食新鲜度的指示标签，在乙醇溶液中以2:3的比例混合溴麝香草酚蓝和甲基红作为显色剂，甲基纤维素作为粘合剂，聚乙二醇作为增塑剂，通过在尼龙/线性低密度聚乙烯（linear low density polyethylene，LLDPE）膜上流延涂层获得指示标签。在使用时将标签贴于包装顶空部位，当二氧化碳浓度达到3.5%时，指示标签从浅绿色变成橙红色。指示剂响应与样品中的微生物生长相关，因此能够实时监测食品腐败状况。
邢月等也做了相关研究，开发了一种基于混合显色剂（溴百里香酚蓝和甲基红）的新鲜度指示卡，用于监测馒头、面包等食品的新鲜度。指示卡的指示原理如图2所示。该新鲜度指示卡由2部分组成，下层为透明的聚乳酸（polylactic acid，PLA）基膜，上层为涂覆指示剂的指示涂层，指示卡初始颜色为绿色。在食品包装内部，指示涂层吸收二氧化碳和水蒸气，吸收二氧化碳后的指示涂层pH值逐渐降低，指示涂层颜色开始呈现黄色时，表示包装内食品已经开始发生腐败，最终变为橙红色，起到明显的指示作用。由于不同的显色剂具有各自的pH指示范围，如溴百里香酚蓝pH变色域为6.0（黄色）～7.6（蓝色），而甲基红pH变色域为4.4（红色）～6.2（黄色），因此混合型pH指示剂比单一指示剂颜色变化的范围更大，消费者更容易进行识别。
3.2.2 壳聚糖透明度型指示器
壳聚糖作为一种天然聚合物，已成为了食品领域的研究热点。壳聚糖在固态下呈半结晶结构，其悬浮液在pH=7的条件下为不透明的（混浊）白色；而在酸性条件下，由于质子化程度增加，壳聚糖开始溶解，悬浮液由不透明变为透明。因此，中性壳聚糖悬浮液可以用作感测二氧化碳的指示剂，当微生物发酵或食品腐败导致包装食品顶部空间中二氧化碳浓度升高时，产生的二氧化碳迅速溶解在含有壳聚糖的水性介质中，壳聚糖分子在酸性条件下开始溶解，以透明度的变化来指示食品的新鲜度。
Jung等以壳聚糖为基材，2-氨基-2-甲基-1-丙醇（2-amino-2-methyl-1-propanol，AMP）为添加剂，制备了壳聚糖/AMP水性指示剂，通过监测食品包装中二氧化碳含量指示产品的新鲜度。AMP作为壳聚糖溶液的添加剂，可以提高透明度的视觉对比度，方便消费者辨别食品新鲜度。该指示器装置和工作机制如图3所示。当二氧化碳浓度增加时，二氧化碳迅速溶解在指示剂中，并与水分子相互作用形成碳酸导致pH值降低，从而使壳聚糖分子开始溶解，使不透明的白色悬浮液变成透明的无色溶液。因此，将壳聚糖/AMP水性指示剂装入食品包装内可透过二氧化碳气体的小袋中，通过识别壳聚糖悬浮液的不透明度变化，实现对食品新鲜度的实时监测。
壳聚糖分子尽管能够在酸性条件下被质子化，然而其过程是可逆的，当二氧化碳浓度降低到初始浓度时指示器就会逆转到初始状态，不能有效地监控食品新鲜度。将彩色染料包裹在壳聚糖分子内可以解决质子化可逆性问题，Smolander等将考马斯亮蓝染料（coomassie brilliant bluedye，BB）包裹在壳聚糖分子的絮凝物中得到指示器，并将其装入低密度聚乙烯（low-density polyethylene，LDPE）小袋中。在使用时将指示剂小袋放置在包装的顶部空间，当包装内释放的二氧化碳量使pH值降低，壳聚糖絮凝物溶解，包裹的BB染料被释放，指示剂溶液由透明变成蓝色。该指示器即使在pH值恢复到中性条件（pH=7）时，BB染料也不会再次包封到壳聚糖分子中。
3.3 硫化氢敏感型新鲜度指示器
Egan等利用颜色变化特性，开发了一种用于监测家禽肉类的比色指示器。该指示器利用肌红蛋白作为指示剂，磷酸钠作为缓冲液，涂布在琼脂糖凝胶上进行固定，然后将其在两片低密度聚乙烯（low-density polyethylene,LDPE）薄膜之间热封，在使用时贴附于包装顶空部位。随着时间温度的影响，家禽肉类释放硫化氢气体，该指示器呈现出从棕色到绿色的颜色变化。研究发现，在包装顶部空间测量的硫化氢浓度仅在样品出现感官排斥（恶臭和不可接受的气味）后才开始增加；并且指示器的颜色从棕色变为鲜红色。当包装被刺破后，指示器的颜色变成绿色。与Jr等的研究发现是一致的。尽管这种反应“迟钝”的比色指示器有一定的局限性，但是，硫化氢气体作为家禽类所释放的主要气体指标，对家禽类新鲜度指示具有靶向性；另外，硫化氢敏感型指示器研究较少，因此仍有很大的研究和应用价值。
4 新鲜度指示器的发展趋势
4.1 加强指示新鲜度对象的特异性识别
目前，新鲜度研究主要是针对肉类、海产品等，而对于水果、蔬菜、蛋奶等产品则研究较少。这是由于肉类、海产品因腐败变质能够释放TVB-N、生物胺、ATP相关化合物等物质进行特异性识别，通过检测释放物的含量对食品新鲜度进行指示。而目前其他产品则只能通过微生物生长所产生的二氧化碳、细菌总数等进行识别，不具有特异性。需要指出的是，不管是检测哪种释放物，新鲜度指示器主要是利用食品腐败所释放的挥发性物质，在包装中形成酸性（碱性）气氛使指示器材料变性从而产生颜色变化。尽管这种指示器颜色变化明显，指示范围较广，可以让消费者快速地了解食品的新鲜度，但是外界环境中的气体（CO2、O2等）、水分等会与释放物相混合，指示器不能准确判断食品新鲜度。因此新鲜度指示器应该针对不同食品所释放的特定物质进行监测，特别是随着化学、医学等学科的发展，分子的识别组装，靶向供给等将提供更多的技术来发展特异性识别释放物的指示器。
另外，显色剂的选择会直接影响到新鲜度指示器与食品的匹配程度，特别是不同种类的显色剂有着特定的pH指示范围，根据指示对象、包装环境的不同也会影响到对新鲜度的指示。因此，需要加强对新鲜度对象选择的研究，通过选择合适的指示剂（显色剂）对食品新鲜度进行特异性识别。
4.2 发展天然色素显色剂型指示器
由于化学型显色剂具有种类众多、指示范围较广、灵敏度较高等优势，目前新鲜度指示器多采用该类物质作为指示剂。但是化学型显色剂安全性不足，特别是在食品包装内部使用，很难避免这些水溶性小分子染料渗出或泄露造成污染。天然色素作为显色剂则不同，其成本低廉，无毒无害，可与食物直接接触，具有良好的发展前景。但是目前天然色素作为显色剂的稳定性还有待研究。
4.3 发展接触式非破坏型指示器
当前，食品新鲜度指示器主要是利用显色剂对从食物表面释放到包装顶部空间中的挥发性腐坏化合物进行监测。这种非直接接触的方法尽管可以有效地避免染料迁移问题，保障食品不受到二次污染；但是只能针对于挥发性物质作出反应，无法检测到食品表面所分解的化合物，因此这种非接触式指示器对食品新鲜度的检测结果不够准确。发展接触式非破坏型指示器可以从以下两个方面考虑：
(1)选择安全无毒的指示器基材。例如，刑月等利用聚乳酸作为指示器基材，不仅无毒、无刺激性，还具有良好的生物相容性和可生物降解性。朱惠绵等选择玉米淀粉膜为基材，同样具有很好的应用价值。
(2)增加聚合物覆盖层不仅可以避免指示剂转移的问题，还能提高指示器载体的吸附容量和稳定性。例如，Kim等开发了一种直接接触式的指示器来监测鸡胸肉质量，指示器结构如图4所示。该指示器利用聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）固定溴甲酚紫（bromocresol purple,BCP）指示剂，并用滤纸进行浸渍、干燥；然后将滤纸切割成所需的形状和尺寸放置在聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terepHthalate，PET）薄膜上（与鸡胸肉直接接触）；顶层用纱布和超吸附聚合物覆盖，并用粘合剂在边缘进行密封。结果表明，所制备的指示器对鸡胸肉表面的pH值变化有良好的响应，指示剂的颜色从黄色变成蓝色，最后变成紫色以指示腐败，并且没有观察到指示器上的染料迁移到食品表面。该指示器对于实时、直接接触监测各种食品的新鲜度和质量显示出良好的可行性。
4.4 发展电子式智能化指示器
在这个被电子信息技术覆盖的时代，食品新鲜度指示器也可向电子化方向发展。在满足食品包装安全要求的前提下，采用高效的制造工艺，开发智能化新鲜度指示器将成为趋势。指示器的作用将不限于作为一个载体，还应该成为一个交互的媒介，用来指示食品的新鲜度和其他信息。随着电子学、生物学等的发展，食品新鲜度指示器的设计和开发应朝向多样化、高精度等方向努力。同时，印刷电子技术的发展，使得电子标签等形式也可以运用到包装上来，将相关信息导入新鲜度指示器，消费者可以通过手机直接读取指示器信息，从而达到真正实时监测食品的新鲜度。
5 结 论
随着人们对于食品安全问题的重视，新鲜度指示器成为了检测食品质量的重要手段之一。目前，新鲜度指示器根据检测不同对象，可分为盐基氮指示型、二氧化碳指示型以及硫化氢指示型指示器，分别对应肉类和海产品、果蔬类以及家禽类食品。尽管新鲜度指示器的应用仍有一定的局限性，但随着国内外研究的深入和人们对食品安全意识的提升，新鲜度指示器技术的不断进步，特别是对新鲜度对象特异性识别的加强，天然色素显色剂型指示器、接触式非破坏型指示器和电子式智能化指示器的发展，新鲜度指示器在新鲜食品包装领域一定会得到良好的市场发展前景。
