甲基红-溴百里酚蓝新鲜度指示标签在果蔬保鲜上的应用

纪文举，田思伟，陈春君，麻吉腾，杨艳青，范新光,*

（1.鲁东大学食品工程学院，山东 烟台 264025；2.烟台市牟平区检验检测中心，山东 烟台 264199）

果蔬是我国居民膳食构成的主要部分，其富含人体所必需的维生素、无机盐和膳食纤维，受到消费者的喜爱。随着消费水平的提高和健康意识的增强，人们更加注重食品的品质与安全[1]。果蔬在采后贮藏过程中极易腐败，会发生一系列生理生化反应，而且微生物也会在此期间大量繁殖，导致果蔬的新鲜度下降，甚至产生有毒有害物质危害人们的健康。随着生鲜电子商务新业态的出现及快速发展，市场对保鲜包装的功能提出了新的要求，果蔬包装不仅应具有贮藏保鲜的作用，还应具有指示果蔬品质状态和新鲜度的功能。因此，亟需开发简单、易懂，能够“判断”和“指示”果蔬新鲜度的指示标签。

食品新鲜度指示型智能包装是利用食品在贮藏过程中释放的某些特征气体与指示剂标签发生化学反应，通过气体积累量的不同产生不同的颜色，以此来反映食品的新鲜度[2]。将这种新鲜度指示标签应用到果蔬包装中，随着贮藏时间的推移，特征气体含量增多，标签颜色不断变化，进而将新鲜度信息反馈给消费者，指导消费者购买。Kuswandi 等[3]根据葡萄成熟过程中挥发性有机酸的变化，研发了一种基于氯酚红的新鲜度指示标签用于葡萄成熟度的检测，随着葡萄的成熟，标签由白色变为米色，最后为黄色。Kuswandi 等[4]之后将溴酚蓝固定在纤维素膜上开发了一种可随着番石榴贮藏时间延长而变色的指示标签，番石榴新鲜度逐渐劣变的过程中，标签由蓝色变为绿色。Niponsak 等[5]研发了一种用于包装榴莲的比色淀粉基膜，可通过果实成熟过程中产生的硫化物和乙醇与其反应产生颜色变化来指示榴莲的成熟度。王桂莲等[6]根据草莓成熟过程中产生的酸性物质，将红萝卜皮中的色素附在聚丙烯薄膜上制备成指示标签，研发出可以指示草莓成熟度的指示标签。Lang 等[7]依据乙烯导致钼酸盐分解引起钼发色团由白色变成蓝色的原理，制备了乙烯指示剂，在一定程度上可以指示苹果的成熟度。Jung 等[8]制备了一种根据壳聚糖在不同pH 值下溶解速率不同引起透明度变化的泡菜新鲜度指示标签。溴百里酚蓝和甲基红是两种典型的可随pH 值变化的指示剂。Chen 等[9]将溴百里酚蓝和甲基红相结合制备了一种果蔬新鲜度指示标签，并成功地为鲜切青椒的包装提供了新鲜度预测功能。

果蔬在采摘后仍然进行着呼吸作用，而呼吸跃变型果蔬在跃变期之后，呼吸消耗会急剧增大，产生大量CO2气体，且微生物的生长繁殖也会产生大量的CO2。这就使得果蔬包装内的CO2体积分数不断升高，而果蔬也会随着呼吸消耗的增大产生品质劣变[10]。果蔬的新鲜程度与其包装内的CO2体积分数有一定的关系，因此可以利用CO2作为监测指标研发适合指示果蔬新鲜度的指示标签。

应用在果蔬保鲜方面的新鲜度指示标签大部分是单一化合指示剂，这种标签的变色范围较窄，指示效果不佳。本试验所采用的甲基红-溴百里酚蓝混合指示剂的变色范围大，指示范围广。以草莓和生菜作为保鲜对象，利用甲基红-溴百里酚蓝混合指示剂制备基于pH 值变化的CO2敏感型新鲜度指示标签，标签颜色的变化可作为新鲜度的反馈指标。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

新鲜“明晶”草莓与新鲜“菁华园”生菜均购于烟台黄务水果蔬菜批发市场。

甲基红、溴百里酚蓝：上海麦克林生化科技有限公司；甲基纤维素、聚乙二醇-6000、乙醇、盐酸：烟台三和化学试剂有限公司；氢氧化钠：国药集团化学试剂有限公司。以上试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

DHG-9146A 型电热恒温干燥箱、XMTD-2MA 型电热恒温水浴锅：龙口市先科仪器公司；AR224CN 型电子天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司；PS-40A 型超声波清洗器：洁康超声波清洗机有限公司；PHS-2F型pH 计：上海精密科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 新鲜度指示标签的制备

称取0.1 g 甲基红粉末，加入100 mL 乙醇溶液，用玻璃棒搅拌至完全溶解，即得到1 g/L 甲基红乙醇溶液。称取0.1 g 溴百里酚蓝粉末，加入100 mL 乙醇溶液，用玻璃棒搅拌至完全溶解，即得到1 g/L 溴百里酚蓝乙醇溶液。将1 g/L 甲基红乙醇溶液和1 g/L 溴百里酚蓝乙醇溶液以体积比3∶2 均匀混合[11-14]。1 g/L溴百里酚蓝乙醇溶液在pH 值为5、7、9 时的颜色分别为橙色、黄色、蓝色。1 g/L 甲基红乙醇溶液与1 g/L溴百里酚蓝乙醇溶液以体积比3∶2 均匀混合在pH 值为5、7、9 时的颜色分别为红色、翠绿色、深绿色。称取1 g 甲基纤维素粉末，0.5 g 聚乙二醇-6000 粉末，加入50 mL、70 ℃以上去离子水后置于80 ℃电热恒温水浴加热锅中搅拌，直至溶液内无明显固体颗粒存在，即得到粘合剂与增塑剂的混合溶液。按照表1 配制4 种不同的指示液，并将配制好的指示剂溶液立即进行磁力搅拌至形成均匀的凝胶溶液，然后按照表1 调节pH 值，得到4 种不同的指示标签凝胶溶液[10-11]。配制好的标签1、标签2、标签3 和标签4 的凝胶溶液在指定pH 值下的颜色分别为翠绿色、墨绿色、嫩绿色和黄绿色，全部为黏稠状液体，气泡较少。

表1 4 种新鲜度指示标签配方Table 1 Formulations for four kinds of freshness indicator labels

将配制好的凝胶溶液用PS-40A 超声波清洗器进行超声波去泡处理，取一定量凝胶溶液倒入培养皿，40 ℃烘干8 h，即得到指示标签的指示膜。

将指示膜裁剪成小块状，将其与滤纸（作为背景）一起粘贴在塑料包装盒盖的内表面，进行果蔬的保鲜效果测试。为避免指示标签与果蔬产品直接接触，在标签表面覆盖一层微孔透气塑料膜。指示标签如图1所示，颜色分别为黄绿色（标签1）、绿色（标签2）、翠绿色（标签3）和深绿色（标签4）。

图1 制备的4 种指示标签Fig.1 Four indicator labels prepared in this study

1.2.2 新鲜度指示标签在果蔬保鲜上的应用

将新鲜的草莓和生菜分别用PET 盒进行包装，草莓每盒800 g，生菜每盒200 g。塑料盒内表面均贴有4 种的不同指示标签，且指示标签不与草莓、生菜直接接触。每个PET 盒用聚乙烯（PE）保鲜膜完全包裹。在室温（25 ℃）下进行贮藏，每隔一段时间对果蔬进行感官评价，并对指示标签的颜色变化进行测定。以未放置果蔬材料的PET 盒作为对照。

1.2.3 测定项目与方法

1.2.3.1 指示标签色差值

使用色差计测定指示标签的L*、a*、b*值，L*表示亮度，a*代表红绿色，b*代表黄蓝色[15]。色差值△E 的计算公式如下：

1.2.3.2 感官评价

参照前人的评价标准[16-17]进行感官评价，具体如下：从鲁东大学食品工程学院选取50 名老师和学生组成感官评价小组，采用9 分制，分别对草莓的色泽、果实饱满度、水分和生菜的色泽、卷曲程度、含水量、萎蔫状况进行感官评价，具体评价标准见表2 和表3。

表2 草莓感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria for strawberries

表3 生菜感官评分标准Table 3 Sensory scoring criteria for lettuces

1.2.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 贮藏过程中果蔬的感官变化及指示标签的颜色变化

PET 盒包装的草莓在贮藏过程中的外观变化及指示标签的颜色变化如图2 所示。贮藏0 h 时的草莓颜色亮丽，外观饱满，新鲜度较高，此时标签1、标签2、标签3、标签4 的颜色均为绿色；1 h 时草莓外观并无明显变化，4 种标签颜色均发生变化，标签1、标签2 变为黄色，标签3 四周变成黄绿相间的颜色，标签4 变成橙黄色；贮藏7 h 时部分草莓表面失去光泽，出现凹陷迹象，但无腐败发生，果实的新鲜度水平下降，标签1、标签2 颜色较于1 h 时的颜色并无明显变化，标签3、标签4 变为橙色；贮藏24 h时部分草莓出现了腐败现象，果实的新鲜度较差，标签1、标签2 的颜色较于1 h 时的颜色仍无明显变化，标签3、标签4 由橙色变为红色；贮藏48 h 时草莓出现大面积的腐烂，并伴有明显的霉菌生长，果实的新鲜度降为最低水平，标签1、标签2 颜色较于1 h 时的颜色仍无明显变化，依旧为黄色，标签3、标签4 依旧为红色，对照组标签的颜色在整个贮藏过程中未发生明显变化。

图2 贮藏过程中草莓的外观变化及指示标签的颜色变化Fig.2 The appearance changes of strawberries and the color changes of indictor labels during storage

PET 盒包装的新鲜生菜在贮藏中的感官变化及指示标签的颜色变化如图3 所示。贮藏0 h 时生菜颜色翠绿，水分充足，新鲜度较高，此时标签1、标签2、标签3、标签4 的颜色均为绿色；1 h 时生菜外观并无明显变化，4 种标签颜色均发生变化，标签1、标签2为黄色，标签3 略有变黄，标签4 呈现黄绿色；贮藏7 h 时生菜外观依旧没有明显的变化，但PET 盒内壁略微出现了几滴无氧呼吸产生的水珠，标签1、标签2的颜色较于1 h 时的颜色并无明显变化，标签3 变为橙黄色，标签4 变为橙色；贮藏24 h 时生菜颜色变得更深，生菜叶萎蔫，塑料盒内壁明显出现了水珠，新鲜度较差，标签1、标签2 的颜色较于1 h 时的颜色仍无明显变化，标签3、标签4 变为红色；贮藏48 h 时生菜颜色相比于24 h 时更加深，生菜叶变得更蔫，果蔬新鲜度水平降为最低，标签1、标签2 颜色较于1 h 时的颜色仍无明显变化，标签3、标签4 依旧为红色，对照组标签颜色在整个贮藏过程中均未发生明显变化。

图3 贮藏过程中生菜的外观变化及指示标签的颜色变化Fig.3 The appearance changes of lettuces and the color changes of indictor labels during storage

本研究所制备的CO2敏感型新鲜度指示标签可以随果蔬包装内CO2体积分数的变化而产生颜色变化，其变色原理为：草莓果实呼吸消耗产生的CO2与包装内的水分子反应生成碳酸，碳酸的积累使包装内的pH 值不断下降，指示标签随之发生颜色变化。在标准大气压、25 ℃下，体积分数为0～100%的CO2所对应H2CO3溶液的pH 值范围约为7.0～4.0[18]，在此条件下选择了上述4 种指示剂进行研究。溴百里酚蓝指示剂的变色范围为pH 6.0（黄）～7.6（蓝），甲基红指示剂的变色范围为pH 4.4（红）～6.2（黄）。与单一指示剂相比，混合指示剂的颜色变化更敏锐[19]。甲基红与溴百里酚蓝按质量比为3∶2 混合，其变色范围为pH 4.4（红）～7.1（绿）[18]。标签1 与标签2 的颜色随着CO2体积分数的变化不明显，标签3 与标签4的颜色随着CO2体积分数的变化较明显，标签颜色变化速度排序为：标签4＞标签3＞标签2＞标签1。

本研究是在前人研究的基础上，进行果蔬保鲜方面的初期应用，选取了草莓和生菜这两种呼吸代谢旺盛、货架期短、不易贮藏的果蔬。后续的应用研究应覆盖更多的果蔬种类，涵盖呼吸跃变型果实和非跃变型果实，以明确此标签对不同呼吸类型果蔬产品的指示效果。

2.2 指示标签色差值

为了更准确地描述果蔬贮藏过程中指示标签的颜色变化，利用色差计对指示标签的L*、a*、b*值进行测定，并且计算相应的色差值△E。在贮藏过程中，草莓和生菜指示标签的色差值△E 变化分别如图4、图5 所示。

图4 草莓贮藏过程中指示标签的色差值变化Fig.4 Color difference values changes of indicator labels during strawberries storage

图5 生菜贮藏过程中指示标签的色差值变化Fig.5 Color difference values changes of indicator labels during lettuces storage

随着贮藏时间的延长，色差值△E 逐渐增大，说明指示标签颜色变化明显。一般认为当△E＞6 时，通过视觉观察可以较为明显地区分颜色，可觉察概率为100%[20]。由图4、图5 可知：在1 h 时草莓组标签1、标签2、标签3 和标签4 的色差值分别达到了34.07、40.12、17.72 和34.99，生菜组色差值分别达到了16.43、28.25、21.19、35.28，说明1 h 时可以用肉眼明显看出标签颜色的变化。随着贮藏时间的延长，CO2浓度不断增加，环境pH 不断降低，标签3 和4 颜色不断变化，指示标签的色差值不断升高，渐渐变成红色，草莓组和生菜组最终色差值分别达到了61.02、81.79和55.67、80.42。但是草莓组和生菜组的标签1、标签2 在7 h 时色差值基本上达到了最大，分别为38.26、44.34 和39.33、33.67，而且无论草莓组还是生菜组，随着贮藏时间的延长，色差值有所下降，这可能是由于在流延薄膜时色素溶液在各处流延不均匀导致的[19]。由此可以认为：混合指示剂具有更加广阔的变色范围，更适合作为新鲜度指示标签的指示剂应用于果蔬包装。

2.3 感官评价

草莓和生菜在贮藏过程中的感官评价结果如图6 和图7 所示。

图6 草莓在贮藏过程中的感官评分变化Fig.6 Sensory scores changes of strawberries during storage

图7 生菜在贮藏过程中的感官评分变化Fig.7 Sensory scores changes of lettuces during storage

由图6 和图7 可以看出，随着贮藏时间的延长，草莓和生菜的新鲜度不断下降。0～1 h 时，草莓和生菜的感官评分变化不大；1 h 后，随着呼吸作用的进行以及微生物的繁殖，果实新鲜度显著下降，感官评分迅速下降；48 h 时草莓基本全部腐烂，无法食用，而生菜萎蔫严重，失水卷曲，部分出现腐败迹象，草莓和生菜的感官评分分别降至2.1 分和2.2 分。

本研究考虑到感官品质是消费者购买果蔬产品时的主要参考因素，所以仅选取感官评分作为草莓和生菜的品质评价指标，后续研究过程中会结合果实的质地、糖度、酸度、微生物指标、营养品质等多方面综合评价果蔬的品质。

2.4 色差与感官评分的相关性分析

为更好地评价4 种指示标签的指示精度，对草莓和生菜贮藏过程中各个标签的色差值△E 与感官评分进行线性回归分析，结果见图8 和图9。

由图8 可知，贮藏过程中，草莓标签1 和标签2的色差值与果实感官评分之间的R2值分别为0.302 6和0.084 3，拟合度不高，说明指示标签1、标签2 不能很好地指示草莓的新鲜度。这是由于指示标签1、2 的变色范围较窄，变色速度较快，导致色差无法随着新鲜度逐渐变化，而是快速达到最大色差值，后面色差变化很小，不能很好地指示草莓的实时新鲜度。而指示标签3、4 的色差值与草莓的感官评分拟合度较好，R2值分别为0.834 6 和0.756 7。这是由于混合指示剂变色范围更广阔，可以随着环境中pH 值的变化而更加准确地变化，色差值饱和度较高，随着贮藏时间的延长色差值不断增大。混合指示剂浓度越大，指示标签变色速度越快，这使得标签4 显色较快，不利于指示果实的新鲜度。综上可知，指示标签3 的R2值最高，对果蔬新鲜度的指示精度最高。

图8 草莓感官评分与指示标签色差值之间的线性回归图Fig.8 Linear regression plots between sensory scores of strawberries and color difference values of indictor labels

由图9 可知，生菜组有与草莓组类似的结论。指示标签3 的色差值与感官评分的R2值最高，拟合度最好，标签的颜色变化最能代表果蔬的新鲜度变化，最适合指示果蔬的新鲜度。

图9 生菜感官评分与指示标签色差值之间的线性回归图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进行新鲜度指示标签的研发以及验证其在果蔬包装应用上的有效性，因此仅设计制备了两个浓度的指示剂，在后续的研究中将设置更多的浓度梯度来探究溴百里酚蓝-甲基红指示标签的最优指示浓度。另外，在果蔬产品的实际生产过程中，果蔬和包装需要清洗消毒，常用消毒手段对于标签的指示功能有何影响也需要在后续研究中进行探索。

3 结论

本文通过溴百里酚蓝、甲基红等试剂制备基于pH 值变化的新鲜度指示标签，利用标签的颜色变化来反映果蔬新鲜度。在果蔬贮藏过程中，果蔬呼吸作用产生的CO2与水蒸气作用生成H2CO3，使pH 值降低，随着时间的推移，包装中的CO2不断累积，pH 值不断降低，从而使指示标签随贮藏时间的延长而产生颜色变化。通过草莓和生菜的贮藏试验发现：随着贮藏时间的延长，所制备的4 种指示标签的颜色均发生变化，其中标签1、标签2 变色很快，而且变色单一，不能很好地反映果蔬的新鲜程度；标签3 和标签4 的颜色变化范围广，涵盖绿色、黄绿色、橙色和红色4 个色系，标签3 的色差值ΔE 与果蔬的新鲜度感官评分的拟合度最高，对果蔬新鲜度的指示精度最高。当果蔬新鲜时，指示标签颜色为绿色；当果蔬次新鲜时，指示标签颜色为黄色；当果蔬腐败时，指示标签颜色为红色。通过指示标签的颜色变化，消费者可以快速地了解果蔬的新鲜程度，该标签可以为消费者提供可视化的新鲜度指示功能。