时间–温度指示器在冷链运输中的应用进展

蔡梦琪，李琳，俞朱敏，万仕刚，叶常青，宋延林

专题：绿色印刷包装功能材料与器件

时间–温度指示器在冷链运输中的应用进展

蔡梦琪1，李琳1，俞朱敏1，万仕刚1，叶常青1，宋延林2

（1.苏州科技大学，江苏 苏州 215009；2.中国科学院化学研究所，北京 10080）

研究时间–温度指示器（Time-Temperature Indicator，TTI）在产品包装和冷链物流中的价值和意义，并对冷链物流过程实施严格的监控义，以保障公众医疗卫生安全和食品卫生安全。简述几种常见TTI的类型及原理，并概述TTI的研究现状，同时总结TTI技术的发展趋势并对其在我国的商用前景进行展望。TTI历经几十年的发展技术已较为成熟，已在冷链运输、物流管理等领域发挥很大作用。TTI技术的应用和发展前景广阔，与智能包装、物流管理等领域的技术结合发展会加速其在我国的商业化进程。

时间–温度指示器；冷链运输；智能包装；公共卫生安全

随着对新冠肺炎疫苗、HPV疫苗、OPV疫苗等疾病预防疫苗的需求量增加和公众卫生安全意识提高，人们对冷链运输的要求也不断提高。2016年“非法疫苗案”中，涉及疫苗为正规疫苗厂家生产的合格产品，但其运输途中未按照规定经行冷链运输管理，无法确保疫苗使用药效，引发了极大的隐患和公众焦虑。此外，新冠疫情蔓延以来全球疫苗运输量激增，暴露冷链运输存在严重不足。全球疫苗免疫联盟（The Global Alliance for Vaccines and Immunization，GAVI）指出，若无法判断疫苗的存储和运输过程是否符合规定，需将其丢弃以确保接种人群不会因注射异变的疫苗而感染，但这又难免造成巨大的浪费。确保疫苗安全性对冷链存储和运输提出了严格的要求[1-3]。

另一方面，人们对食品安全性和品质的要求日益增长，对食品冷链管理的要求愈加严格[4-5]。由于许多地区没有足够的资源来识别、应对和控制日益增加的食源性疾病负担，每年食源性疾病导致美国估计有4 800万人患病，导致128 000人住院和3 000人死亡[6]。因此需要对存有安全风险的食品进行快速有效的调查以识别，减少食源性疾病发生的数量。再者，根据世界粮食计划署（World Food Program, WFP）的数据（www.wfp.org/stories/5-facts-about-food-waste- and-hunger），全球供人类消费的粮食供应中有三分之一（每年13亿吨）被浪费，而其中因微生物腐败而损失的粮食据估计占比25%[7]。冷链运输既可以减少食品浪费，也可确保食品安全和品质，对于食品产业和公共卫生具有十分重要的意义。除此之外，生物样本、药品，以及血清、烟草、化妆品和电子产品等[8-9]均有冷链运输的需求。

受路况、气候、设备等不可控因素影响，无法确保冷链过程温度始终处于理想范围内。冷链中温度发生变化会导致产品中微生物滋生或产品失效等问题，产品“保质期”标签则无法真实反映其实际品质情况[10]。时间–温度指示器（Time Temperature Indicator, TTI），亦称时间–温度积分器（Time Temperature Integrators, TTI），通过监测和记录产品的温度积累效应来反映产品质量和货架寿命等信息，是一种对货物状态进行可视化实时监测的新型智能标签。TTI通常附在食品外包装上进行温度跟踪和质量指示[11]，具有安全、实用、易读和方便的特点[12]，可以增强消费者对产品质量的信心。文中总结了多种TTI的基本工作原理，结合研究现状介绍了它们的在冷链运输的应用场景，并对TTI的发展趋势进行概述。

1 TTI的工作原理

TTI工作原理的数学本质是关于时间和温度的函数。通过建立时间（）和反应速率常数（）的动力学模型确定值，用Arrhenius方程计算活化能（a）[13]。活化能（Activation Energy，a）可表示指示剂与底物之间反应所需的能量，即反应的难易程度。TTI的活化能aTTI与待测物的反应活化能a待测物必须匹配，实现在相同外界条件下（如温度变化）反应速率同步，进而确保TTI指示的准确性。二者通常必须要满足式（1）：

(1)

当活化能差值为40 kJ/mol，根据动力学模型计算出的温度与真值相差0.4～1.8 ℃；当温度与真值相差1 ℃，误差范围在10%～15%[14]。基于待测物和TTI建立可靠的动力学模型可以真实地反映温度的累积效应，并将其量化为冷链物流中货物质量恶化的预测因子。目前认为当活化能的差值≤25 kJ/mol时，TTI可进行准确指示。此外，TTI反应终点与货物的实际保质期终点需要匹配[15]（图1）。Ea的匹配保证TTI指示的精确度，而反应终点的匹配保证TTI准确判断待测物品是否处于安全期限内。所有TTI设计思路的本质都是构建TTI指示剂底物的反应和物品反应相匹配的数学模型，由TTI反应导致的颜色等信号的变化观察待测物品的时间–温度反应进程，根据反应类型和指示剂反应底物的不同，目前TTI主要可分为扩散型、生物酶分解型、聚合反应型、微生物型[16]。

图1 TTI的设计原理

Fig.1 Schematic diagram for TTI design

1.1 扩散型TTI

扩散型（Diffusion-Based）TTI出现较早，由热熔融型材料、毛细纤维材料和显色指示卡构成。其原理较为简单：当外界环境温度较低时，热熔融型材料维持固态；当温度超过其熔点时，热熔融型材料变为液态被毛细纤维层吸收。根据布朗运动规律，扩散速率随温度的升高而加快，因此扩散情况可以反映货物的时间–温度累积效应[17]。Park等[18]在检测未经巴氏杀菌的当归汁水时，设计的一种以棕榈酸异丙酯（Isopropyl Palmitate，IPP）为扩散相的TTI，底部是红色的，上层覆盖白色的棉片，一端固定着存有IPP的垫层（图2a）。当环境温度升高，IPP转变为液相在白色棉片的毛细纤维上扩散，被液体浸润的棉花在光照下呈透明色，显现出红色底层，其红色长度的位移符合时间和温度函数规律。

基于物理扩散的简单机制和清晰的读取外观是扩散型TTI的优势。大多数反应型TTI都是根据颜色的变化来反映时间–温度进程[19]，而扩散型TTI能够直接观察移动颜色边界的设计显然在视觉反映上更加直观。然而，扩散型TTI也存在一定缺点。在TTI一端固定熔融物质需用到坚硬的包裹外壳会使其笨重且昂贵。例如，商业化的扩散型TTI——Monitor MarkTM（3M公司）中，热熔材料作为隔膜置于显色剂与吸收芯之间，温度超标时薄膜融化而使显色剂扩散，但是为了保护多空松软的吸收层不会受外力破坏，基底材质比较坚硬，且为了读取方便TTI也需要一定长度，导致体积大、不灵活[20]。除此之外，扩散型TTI最大的劣势在于其低温敏性。因此，纯粹基于物理扩散的TTI正逐渐被淘汰。

图2 不同类型的时间–温度指示器

1.2 酶促型TTI

酶促型（Enzyme-based）TTI依靠脂质底物在特定条件下（温度较高时）发生水解或催化氧化还原等反应形成有色产物，改变TTI颜色从而指示时间–温度变化[21]。例如，Brizio等[22]设计的用于评估家禽肉类的热腐败进程的酶促型TTI。其底物含碘和淀粉，低温时淀粉酶活性低，淀粉与碘络合反应呈蓝色，随着温度升高淀粉酶活性增强，淀粉水解程度增加，TTI的蓝色逐渐变为无色（图2b）。酶促型TTI具有性能稳定，成本低廉等优点。

漆酶是TTI最常用的生物酶，具有安全性高、对人体无害、环境友好等特点，常用于食品工业中食品饮料增色[23]。此外，漆酶可作用的底物范围十分广泛，包括芳香酚、胺和偶氮染料，可制备出活化能范围广泛的TTI。通常，漆酶与对苯二酚、香兰素反应生成单宁酸和重氮衍生物愈创木酚来增强颜色。为了提升漆酶TTI的稳定性和应用范围，Chen等[24]建立了一种新的漆酶固定化方法。将漆酶固定在比表面积为17.05 m2/g的静电纺壳聚糖/聚乙烯醇纤维上，增强了漆酶的耐受性和稳定性。Chen的课题组[25]尝试了引入一种正硅酸酯用于增加静电纺丝纤维的附着力和静电纺丝纤维薄膜的稳定性，成功预测了温度波动期间牛奶中的乳酸菌的生长。除此之外，添加NaN3作为酶抑制剂，也可以扩大该漆酶TTI着色速率和a范围[26]。

1.3 聚合物型TTI

聚合物型（Polymer-Based）TTI也被归为化学型指示器，通过聚合反应和分子构象转变引起的颜色变化从而用于时间–温度指示。聚合物型TTI最常用的是炔烃生成烯烃的聚合反应，见式（2）。

（R1C≡C—C≡CR2）→R1[—C=C—C=C]R2(2)

外界温度变换引起聚合物型TTI中的炔烃（R1C≡C—C≡CR2）发生聚合反应生成烯烃聚合物（R1[—C=C—C=C—]R2）。相较于乙炔，乙烯在特征波长较短，因此随反应进行吸收光谱的特征吸收峰发生蓝段，宏观上表现为TTI颜色变化或色密度增大。聚合反应的速率与温度增长成正比，以色度和色密度反映时间–温度的累积效应，与TTI附有的参考色进行对比判断货物是否处于安全使用期限内（图2c，来自https://temptimecorp.com/home-chinese/ heatmarker-）。Chandrawati等[27]开发的一种用于监测新鲜牛奶的聚二乙炔/氧化锌（PDA/ZnO）聚合物型TTI，通过二乙炔单体种类用以调节TTI的灵敏度，利用复合材料PDA/ZnO在酸性介质中发生解离产生颜色变化判断鲜奶中微生物含量，用以区分新鲜的（pH为6.8～6.0），不新鲜的（pH为6.0～4.5）和变质的牛奶（pH为4.5～4.0）。相较于基于物理扩散与生物原理的TTI，基于化学反应原理的聚合物型TTI设计较为复杂，且聚合物大多含有毒性，存在的化学试剂泄漏等风险。但聚合物型TTI原理特性使其能够与产品包装相结合，仍是十分具有发展潜力的TTI类型。

1.4 微生物型TTI

所有类型的TTI中，只有微生物型（Microbial）TTI的反应直接与监测物上的微生物数量关联，因此微生物型TTI具有较高的准确性[28]。微生物型TTI通常包含TTI微生物、介质基质、pH指示剂等3个部分，其核心为TTI微生物。TTI微生物的代谢活性和生长速度与环境温度变化密切相关，可诱导pH指示剂发生渐进的、定量的颜色变化。微生物TTI的响应机制可分为三阶段，分别包括温度感知阶段、微生物生长阶段和指示剂反应阶段。Dong等[29]用丝印法制备微生物型TTI，包含生长介质和染料混合物的特殊生物浆料组分。随着微生物生长繁殖，pH值的下降，可以直观地观察到pH指示剂的发生了不可逆的颜色变化，从最初的深蓝色到明亮的黄绿色，最后变成红色（图2d）。

微生物型TTI的pH变化可能会抑制TTI微生物的生长速率，因此需要筛选合适的菌种。目前其主要应用于监测猪肉、牛肉、鸡胸肉等高蛋白食品。

1.5 其他类型TTI

除了上述4种类型之外，还有根据物理化学、化学、固态反应、光敏反应划分类型的TTI。无线射频技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号来识别目标对象并获取相关数据，由标签和阅读器两部分组成。标签进入阅读器发出的磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的信息，解读器读取信息并解码后，送至系统的信息处理中心进行有关数据处理[30]。为了将TTI技术更好的用于冷链物流管理，可将RFID技术与TTI相结合，实现TTI的多元应用。Wan等[31]将TTI与RFID技术相结合，尝试将温度和时间作为调控RFID标签射频信号强弱的开关，研究了一种导电聚合物材料制备的TTI，用来监督和跟踪易腐食品的安全性。结构如图3，由下至上分别是基质材料、活性层、迁移层、封装层。迁移层中封装着特殊的化学介质，温度会影响其向前迁移的速率，通过肉眼可以观察到迁移前端的移动，此部分作为TTI标签反映时间–温度的累积效应。活性层是导电聚合物材料，其导电率与化学介质的迁移长度的归一化变化拟合良好。活性层可直接与RFID标签连接，实现射频信号的电路开关。当迁移层的化学介质迁移至末端，激活层的电阻在很短的时间内迅速增加使电路关闭。该器件可以实现在产品保质期结束时快速关闭RFID标签。这种新的TTI–RFID系统可以给食品的安全性监管提供双重保障。

图3 RFID与伪晶体管TTI的作用原理

光子晶体是一种新兴功能性材料。Berli等[32]将光子晶体材料应用于TTI，实现轻薄小巧的外观（图4）。通过硅的电化学蚀刻制成光子晶体，其中形成了具有交替纳米级孔隙率的微尺度层的周期性结构。将一种热塑型聚合物渗透诱导晶体，可使其折射率发生不可逆的变化，导致肉眼可见的反射光的渐进式偏移。所采用的热塑性聚合物呈现出温度依赖性黏度，该黏度可由Arrhenius方程很好地表示，因此，每种反射颜色都与系统的时间–温度历史相关联，代表受监控产品的劣化程度。

图4 基于光子晶体材料的TTI

2 TTI在冷链运输中的应用研究

国内对于TTI的研究起步稍晚，商用型TTI刚刚开始出现[33-34]，如苏州华实热敏科技有限公司生产销售的TTI标签，不过其应用仍然很有限。目前，商品化的TTIs包括：Monitor Mark®、CheckPoint®、Fresh-Check®、Lifelines Freshness Monitor®、ShockWatch®、TRACEO®、(eO)®、Timestrip®、Keep-it®、VarioSens®和 WarmMark®TTI标签等[30,35-36]。表1列举了一些商品化的TTI及其所属类型。冷链运输中，不同类型的产品对存储和运输温度要求不一，需要使用不同的TTI贴合实际应用场景。以下介绍一些针对不同产品类型的TTI在冷链物流方面的应用研究。

表1 已实现商品化的TTIs

Tab.1 Commercialized TTIs

2.1 肉类和水产品

中国电子商务的蓬勃发展颠覆了原本传统水产的销售模式[37-38]。全球海运冷链行业市场扩张，推动运输链中水产品质量监控的广泛需求[39]。位于瑞典利姆港的VITSAB International A.B公司就此开发了用于监测熏鱼产品质量的酶促型TTI[40]。选用根瘤蚜脂肪酶开发了两种不同类型的酶促型TTI，即以肉豆蔻酸甲酯作为脂质底物的M型TTI标签和以三月桂碱甘油三月桂酸酯/三棕榈胺三棕榈酸甘油酯的混合物作为底物的LP型TTI标签。当根瘤蚜脂肪酶水解反应导致pH值逐渐降低，外观从绿色转化到红色的颜色响应。通过使用以对硝基苯基月桂酸酯为底物的分光光度法测量脂肪酶活性来对标记进行质量控制。TTI反应被动力学研究和建模为脂肪酶浓度（U）的函数。应用开发的模型，确定了TTI监测各个烟熏产品的保质期所需的酶浓度。开发出的LP–17U、M–17U和M–5U酶促TTI标签分别应用于监测真空包装烟熏鳟鱼片、烟熏鲑鱼片和熏鳗鱼片的质量。

长时间的低温环境对于TTI的性能提出了挑战。传统的TTI有效作用时间通常约为1周，几乎没有TTI可以在超过100 d的低温下依旧保持良好的工作性能。美德拉反应是一种非酶褐变反应，羟基化合物的还原糖类物质和氨基化合物的氨基酸或者蛋白质反应生成黑色或棕色的大分子物质。Koseki等[41]制备了含不同比例d‒木糖醇和磷酸氢二钠甘氨酸溶液的TTI，在室温下缓慢进行美德拉反应，可实现在−0.5 ℃温度下有效工作200 d，反应速率可随反应物浓度灵活变化。其中，TTI‒brown 40 d左右变成微棕色，77 d左右变成浅棕色（对应冷链运输中牛肉的货架期），最终变成深棕色，可以记录100 d以上时间–温度的累积效应；TTI‒yellow 77 d后变为浅黄色，100 d后变为透明黄色，200 d后变为暗黄色。

2.2 乳制品

长期暴露在低温环境下，会对TTI中的指示微生物产生不利影响。孟晶晶等[42]利用SPG膜获得粒径均一的微胶囊，将乳酸菌封装在微胶囊中以固定和保护乳酸菌，使乳酸菌在低温下保存更久。微胶囊抑制了微生物生长，使得微生物只能进行发酵作用，导致原来的活化能曲线由非线性变成线性，从而实现对酸奶质量更加精确检测。TTI由基质和微生物微胶囊组成，外观轻盈小巧，附着性能简便优异，同时采用Monte–Carlo模拟法来探索大规模冷链运输种监控酸奶质量的可能性，极大的推进了奶制品TTI的商用进程。

Xie等[43]制备了一种基于脲基嘧啶超分子的新型形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer，SMP），具有时间–温度依赖性，为奶制品的监测提供了一种新思路。外力作用下SMP发生形变，其恢复过程受温度影响（图5a），由聚合物的等速应力松弛实验可得活化能a为151.1 kJ/mol。SMP在不同程度的应力作用下由于聚合物内部的交联作用产生不同程度的双折射现象，其偏振光下的颜色也会随应力松弛而改变。由于这种聚合物在周围的自然光下保持透明，研究者将这种材料比喻为“隐形时钟”（图5b）。在SMP不同区域压印强度和温度可实现图案化，并且其会随时间变色（图5c）。将应力松弛温度提高会导致应力衰减速度更快，从而加速双折射图案的演化（图5d）。由于所有区域都达到了最大应力松弛程度，这些图案最终消失从而消除了空间色彩对比。将纳米尺寸的点阵图案模压到聚合物表面产生结构色（图5e）。将“MILK”的图案压印在胶片上，“MI”和“LK”分别在60 ℃和25 ℃压印1 min，4个字母的颜色都可以在冰箱温度下保持。在返回室温后下4个字母随时间消失，通过改变压印温度可以改变字母消失的顺序。SMP对时间和温度的敏感性显示其具有应用于TTI的潜力（图5f）。将2瓶鲜奶都贴上相同的由SMP材料制成的TTI标签，分别置于室温和冰箱中储存。10 h后室温储存的TTI标签上“勾”字消失而冰箱储存的TTI标签的“勾”字依然清晰可见，如果将两者在室温下再放置10 h，2瓶鲜奶上的标志均消失。显然，这种标签能够反映乳品质量且增加了包装的趣味性。

2.3 果蔬类

蔬果中的维生素在常温环境下储存会逐渐流失，通过立即速冻新鲜的蔬果能很好地防止维生素流失。随着超声波速冻、超低温急冻等技术的应用，冷冻食品的品质不断提升，冷冻果蔬也越来越流行。Rachtanapun等[44]制备了一种基于羧甲基纤维素（Carboxymethyl Cellulose, CMC）薄膜复合纳米材料的聚合型TTI，用于监测水果和蔬菜的温度变化情况。他们选用聚二乙炔（polydiacetylene，PDA）作为温敏变色材料，掺杂银纳米颗粒（Silver Nanoparticles，AgNPs）即增强PDA与聚合物链官能团的强离子相互作用，也抑制微生物生长，进一步添加甘油调控PDA温敏特性。该研究将纳米材料技术与TTI相结合，表明含PDA/AgNPs的CMC薄膜具有应用于智能包装的潜力。

图5 一种基于形状记忆聚合材料来监测乳制品质量变化的时间–温度指示器

2.4 医用疫苗

mRNA疫苗在对抗流行疾病表现优异，但若要保证效果稳定，存储和运输都需在冷冻环境下进行[45]。时间−温度指示器（TTI）是一款能够有效记录超温状态的智能设备，能够简单有效的应用在疫苗和生物制品上[46]。随着研究深化和技术逐渐成熟，又细分出了疫苗热标签（Vaccine Vial Monitors，VVM），专指用于监控冷链疫苗效价的时间–温度指示器。从构想到研发再到最后落实使用，VVM技术历经了12年（1979—1991年）。基于最初的VVM原理，针对不同疫苗做出了调整，现已开发出多种新型VVM旨在应用于不同种类疫苗的冷链温度监控[46-47]。VVM的研发和使用，很大程度帮助了一些发展中地区的医疗公益，防治流行疾病在贫困地区的扩散[48]。Temtime公司开发的HEATmarker®是一款成功的VVM自1996年起用于监测脊髓灰质炎（OPV）疫苗的贮存温度环境。HEATmarker®采用丁二炔作为热敏材料，当外界温度发生变化，其颜色发生不可逆地变暗。如图2c，中间方形部分是热敏材料制成，外部是颜色对比环。

张嘉帅等[49]以Temptime公司生产的二乙炔指示剂标签为基础，尝试开发了一种可印刷的聚合型时间–温度指示剂，用以实时监控冷链疫苗的效价信息。二乙炔单体一定温度的催化下会发生固相聚合反应产生颜色变化，根据这一特性将该组分混合至油墨基质中通过印刷的方式制作成时间温度指示器标签来指示产品。张配备了4种2,4‒己二炔‒1,6‒二烷基脲材料，并研究了其在不同溶剂中的重结晶实验，通过改性避免了晶体提前聚合使之粉末粒径降低至10～12 μm，达到油墨印刷的最佳粒径要求，并对不同配方的指示剂的显色动力学规律进行研究。依据疫苗冷链储存条件及疫苗失效的温度范围调节烷基脲产物的配比，明确该指示剂的原料及其制备方法。此项工作通过配制不同指示剂油墨颜料，将油墨由丝网印刷的方式印刷到标签底纸上制作成指示剂标签，实现了不同种类疫苗的质量监控，为时间–温度标签的制备方法提供了新思路。

3 TTI发展趋势

最早的TTI可以追溯到1962年Honeywell公司研发的第1个商用温度标签，在以金属铜作为阴极的电池中，用经过化学处理的测试滤纸吸收电解液，此滤纸与阴极铜释放出的氢氧根离子反应变色，颜色边界受温度的影响移动至不同刻度标线[50]，但由于造价昂贵且体积庞大被放弃使用。20世纪70年代，Hu[51]研发了基于氧气响应薄膜的轻便型TTI。如今TTI已问世数十年，其发展趋势可以概括为以下几个方面。

与纳米材料技术结合，开发新型智能包装材料[52]。一方面，TTI与食品、药品的监测密切接触，需要保证其本身的安全性和稳定性；另一方面，整个包装产业再也正朝着绿色化、可回收的方向转变，而TTI作为一次性使用品，其材料也一定会朝向生物安全、环境友好性发展。除此之外，纳米技术可以使TTI实现轻巧的外观，增加实用性。

与物流管理技术结合，使时间–温度信息能更加高效地反馈给管理者。TTI在积极与条形码、RFID等物流管理的技术结合。通过选择感光油墨等对紫外线敏感的印刷材料作为pH指示剂。这种试剂会随着时间–温度的累积转变为无色，超过保质期时条形码褪色。当结账时，无法被条形码扫面仪器读取。例如，FreshCode™ TTI智能条形码是一款一维标准条形码，但还兼具检测和记录整个供应链中的温度的功能。2007年，欧盟支持的一个名为“Chill-On”的项目设计了一种电子元件，将TTI连接到RFID转发器，不仅提高了管理效率，还降低了温度传感器与RFID结合使用的供应链成本。该系统通常包括安装在卡车或船舶后部内部的RFID集成器。食品包装上的RFID标签将定期记录温度信息，并通过全球移动通信系统（GMS）和互联网将数据和标签的唯一ID传输到物流合作伙伴运行的数据库。食品的剩余保质期则根据时间和温度信息计算动态变化。

与智能包装领域技术结合，拓展TTI商用性[53]。智能包装也是一个新出现的概念，19世纪商品全球化的趋势使得包装需要兼具美观和判断产品质量的功能。一些智能包装可以实现监测氧气、新鲜度、温度等参数对产品的影响。目前已经有很多成功的商用案例。位于美国加州的Cloudleaf公司通过在疫苗容器上安装传感器，来获取疫苗的位置、温度、湿度、震动情况等数据。这些数据会被传感器在线传送至云端，通过AI算法判断是否需要采取措施以避免疫苗暴露在安全条件区间之外的环境，逐步实现无人管理系统。类似的还有以色列初创公司Varcode生产的新型智能标签，可以跟踪整个供应链中的产品并实时监测它们的运输时间和温度。

除了在冷链中的应用，TTI技术的成熟也促使其在其他领域发挥用途。最近的研究也显示了TTIs在食品加工[54]、电池安全性能评估[55]、红细胞单位的表面温度[56]和植物栽培过程中实时质量监测中的潜力。累积温度代表每日平均温度之和，也可用来当作食品加工完成度和农作物成熟度等客观指标。Lee等[57]应用TTI来管理甜瓜的种植，防止因未及时采摘而导致的农产品浪费，提高农业管理的效率。不过，目前TTI技术的应用焦点仍将集中在食品和疫苗的冷链运输领域。

4 结语

中国冷链运输起步较晚，目前与发达国家存在差距，具体表现为冷链流通率低、冷链物流企业检测技术不够先进、冷链物流服务市场信息流通不畅，缺乏RFID、GIS、GPRS等动态技术的辅助。虽然我国冷链运输存在诸多问题，但发展态势良好。目前我国冷链物流规模持续扩大，冷链管理、审查体系也在逐步完善，国内TTI技术的应用和发展具有很大潜力。具备较高的精度和易得的制备方法，TTI现已被认可为是一种经济有效的冷链监控工具，但该技术的商业化仍处于起步阶段，成本、安全性和适用性一直是该技术在冷链应用中被广泛采用所面临的主要挑战。总之，实现国内TTI技术的商业化不仅需要技术革新，还需同现代化的物流管理、智能包装等领域的技术结合发展。

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Application of Time-Temperature Indicator in Cold Chain Transportation

CAI Meng-qi1, LI Lin1, YU Zhu-min1,WAN Shi-gang1, YE Chang-qing1, SONG Yan-lin2

(1.Suzhou University of Science and Technology, Jiangsu Suzhou 215009, China; 2.Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 10080, China)

The work aims to study the value and significance of time-temperature indicator (TTI) in product packaging and cold chain logistics and implement strict monitoring on the cold chain logistics process to safeguard public health and food hygiene safety. The types and principles of several common TTI were briefly described and the research status of TTI was summarized. At the same time, the development trend of TTI technology was generalized and its commercial prospect in China was expected. After decades of development, TTI technology was relatively mature and played an important role in cold chain transportation, logistics management and other fields. TTI technology has a broad application and development prospect. When combined with technologies in the fields of intelligent packaging and logistics management, TTI technology will speed up its commercialization process in China.

time-temperature indicator (TTI); cold chain transportation; intelligent packaging; public health safety

TS207.3

A

1001-3563(2022)19-0001-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.19.001

2022–05–12

国家自然科学基金（51873145）；江苏省自然科学基金——优秀青年基金项目（BK0170065）；江苏省高校自然科学研究重大项目（17KJA430016）；江苏省“六大人才高峰”项目（XCL‒79）；江苏省第五期“333工程”项目（BRA2018340）；江苏省青蓝工程

蔡梦琪（1999—），女，硕士生，主攻绿色印刷材料。

叶常青（1985—），男，博士，教授，主要研究方向为光电功能材料。

责任编辑：曾钰婵