青魚新鮮度智能標簽的研究

何華鵬，張 慜*，陳慧芝，楊朝暉

（1.江南大學 食品學院，江蘇 無錫214122；2.揚州冶春食品生產(chǎn)配送股份有限公司，江蘇 揚州225000）

在水產(chǎn)品的貯藏、運輸和銷售環(huán)節(jié)中，實時監(jiān)控水產(chǎn)品的新鮮度有很大的必要性。目前國家標準GB/T 5009.44—2003和水產(chǎn)行業(yè)標準SC/T 3032—2007中，選用半微量定氮法對水產(chǎn)品的揮發(fā)性鹽基氮進行監(jiān)測[1]，從而確定水產(chǎn)品的新鮮度。然而，這種測定方法只適合于實驗室內(nèi)進行測定，在水產(chǎn)品的貯藏、運輸和銷售時，由于需要相關儀器、試劑且取樣時對水產(chǎn)品進行破壞，故不能方便、實時地測定出水產(chǎn)品的新鮮度。

近年來，在Joseph Miltz等人提出并初步界定智能標簽的內(nèi)涵后[2]，將智能標簽與水產(chǎn)品的保鮮相結合，使用智能標簽或新鮮度指示卡對水產(chǎn)品的新鮮度進行實時監(jiān)控這一思路，逐漸被國內(nèi)外研究人員所重視[3]。作者旨在探究智能標簽顏色變化與青魚新鮮度之間的相關性，從而為智能標簽用于青魚的物流、銷售環(huán)節(jié)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料、試劑與儀器

青魚、食用保鮮膜：購于無錫市華潤萬家超市太湖店；溴甲酚紫、溴百里香酚藍、次甲基藍、鹽酸、甲基紅、硼酸、輕質(zhì)氧化鎂：國藥集團化學試劑有限公司產(chǎn)品；PB203-N電子天平：上海天平儀器廠產(chǎn)品；CR-400色差計：柯尼卡美能達（中國）投資有限公司產(chǎn)品。

1.2 實驗方法

1.2.1 揮發(fā)性鹽基氮的測定方法 對揮發(fā)性鹽基氮（TVBN）的測定按照GB/T 5009.44—2003所述，采用半微量定氮法測量水產(chǎn)品待測樣品中的揮發(fā)性鹽基氮[4]。根據(jù)現(xiàn)行有效的《鮮、凍動物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標準》（GB 2733—2015）中規(guī)定淡水魚蝦的揮發(fā)性鹽基氮值需≤20 mg/hg[5]。

1.2.2 智能標簽的制備 分別配置質(zhì)量分數(shù)0.3%、0.5%、0.7%的溴百里香酚藍以及溴甲酚紫的乙醇溶液。取干燥、潔凈、無皺褶的濾紙，分別浸泡在溶液中10 s，除去濾紙上多余溶液，將其粘附在食品用防水油紙上，制成智能標簽。

1.2.3 智能標簽色澤的測定 使用色差計測定塑料盒中智能標簽的色差并將其記錄，繪制成統(tǒng)計圖。采用CIELAB公式計算各時刻和初始時刻智能標簽的色差ΔE：

式中，L*為待測物品的明度，L*值范圍從0至100，如果L*值越大，說明待測物體的明度越高；而L*值越小，說明待測物體的明度越低。標準白色比色板的L*值理論上應為100。實驗中，取智能標簽與標準白色比色板的明度差L*進行測定。

a*表示待測物品顏色的紅綠。標準白色比色板的a*值理論上應為0。實驗中，取智能標簽與標準白色比色板的紅綠色差a*進行測定。

b*表示待測物品顏色的黃藍。標準白色比色板的b*值理論上應為0[6]。實驗中，取智能標簽與標準白色比色板的黃藍色差b*進行測定。

1.2.4 樣品的處理及實驗過程

1）青魚樣品的處理 將市場上購買的已宰殺的新鮮青魚置于冰塊中，盡快運輸至實驗室冰庫于-22℃貯藏。實驗開始后，從冰庫取出青魚，然后用潔凈的刀切割其脊背處，平行取數(shù)個質(zhì)量相同的青魚胴體，將其置于預先消毒過的食品用塑料盒中。

2）青魚的貯藏實驗 將制備完畢的智能標簽分成3組，質(zhì)量分數(shù)0.3%的溴甲酚紫和溴百里香酚藍置于同一塑料盒中，質(zhì)量分數(shù)0.5%的置于同一塑料盒中，質(zhì)量分數(shù)0.7%的置于同一塑料盒中，完成后將塑料盒關閉。取3組青魚樣品過后，再取足夠青魚胴體置于塑料盒中，每隔6～12 h對其測定一次揮發(fā)性鹽基氮值，并使用色差計讀取智能標簽顏色的色差。所有盛放樣品的塑料盒置于相同環(huán)境中放置。

同時在相同環(huán)境中，用相同的食品塑料盒僅盛放溴甲酚紫和溴百里香酚藍的智能標簽，每隔6～12 h測量色差，作為對照組。

3）加保護膜的智能標簽實驗 取3組50 g青魚樣品過后，再取一組50 g青魚置于一個塑料盒中，放入用食品用保鮮膜包裹的質(zhì)量分數(shù)0.5%溴甲酚紫的智能標簽，與未經(jīng)包裹的質(zhì)量分數(shù)0.5%溴甲酚紫的智能標簽進行對照，觀測智能標簽上加裝保護膜后是否對其新鮮度的監(jiān)測發(fā)生影響。取4組青魚樣品過后，再取足夠青魚胴體置于塑料盒中，每隔6～12 h對其測定揮發(fā)性鹽基氮值，并使用色差計測量智能標簽顏色的色差。所有盛放樣品的塑料盒置于相同環(huán)境中放置。

2 結果與分析

2.1 智能標簽指示劑的選擇

魚類變質(zhì)而散發(fā)出的揮發(fā)性含氮物質(zhì)一般呈堿性，能改變密閉環(huán)境中的pH。故選擇適合的pH指示劑用于智能標簽的制作。Fu等人[7]研究發(fā)現(xiàn)，溴甲酚綠、溴甲酚紫、溴酚藍、氯酚紅、剛果紅可以用于冷凍肉類新鮮度的監(jiān)測。

作者選用溴甲酚紫和溴百里香酚藍兩種pH變色范圍不同的指示劑用于制作智能標簽，從而選出更為合適的智能標簽指示劑。

圖1和圖2為裝有青魚與溴百里香酚藍、溴甲酚紫智能標簽的包裝盒的照片。每張圖內(nèi)的智能標簽，左為溴百里香酚藍指示劑制備的標簽，右為溴甲酚紫指示劑制備的標簽。圖1為實驗剛開始時的情況，兩種指示劑制備的標簽初始顏色無顯著差異。圖2為36 h后實驗的情況，溴甲酚紫智能標簽的顏色有顯著變化。

圖1 實驗最初的青魚與智能標簽照片F(xiàn)ig.1 Picture of black carp and smart tags at beginning

2.2 青魚新鮮度的測定

魚類二級鮮度的標準是揮發(fā)性鹽基氮<20 mg/hg，一級鮮度的標準是揮發(fā)性鹽基氮<13 mg/hg[8-9]。由圖1的結果可知，15℃下，青魚樣品于24 h時仍處于一級鮮度的范圍內(nèi)，而在36 h時則超出了二級鮮度標準的范圍。

圖2 36 h后的青魚與智能標簽照片F(xiàn)ig.2 Picture of black carp and smart tags after 36 h

圖3 30 g青魚的揮發(fā)性鹽基氮值隨時間的變化Fig.3 Changes of TVB-N of 30g black carp with time

圖4 不同質(zhì)量分數(shù)溴甲酚紫智能標簽的b*值隨時間的變化Fig.4 Changes of b*of different concentrations of bromocresol purple smart tags with time

圖5 不同質(zhì)量分數(shù)溴甲酚紫智能標簽的ΔE值隨時間的變化Fig.5 Changes of ΔE of different concentrations of bromocresol purple smart tags with time

由圖3、圖4、圖5可知，在0至24 h內(nèi)，青魚樣品的揮發(fā)性鹽基氮值較低，青魚樣品仍處于一級鮮度的范圍內(nèi)。而在30 h至36 h內(nèi)，青魚的揮發(fā)性鹽基氮的值逐漸超出了國家規(guī)定的二級鮮度的上限。表現(xiàn)智能標簽明度的L*及表現(xiàn)智能標簽黃藍的b*隨著時間發(fā)生了非常明顯的變化，L*由最初較為明亮的80左右不斷下降，至36 h后僅為45，這說明智能標簽的明度發(fā)生了極為明顯的由亮至暗的改變。同時，b*由最初的60～70，隨著青魚樣品新鮮度的降低也在不斷下降。實驗進行36 h后，質(zhì)量分數(shù)為0.3%的智能標簽以及0.5%的智能標簽的b*均下降至0以下，而0.7%的智能標簽的b*也下降至10.53，b*從最初偏向黃色色域逐漸變?yōu)槠蛩{色色域。智能標簽的顏色也由亮黃色逐漸變?yōu)辄S褐色、青色，最終變?yōu)樗{紫色，且變色的過程與青魚樣品的逐漸變質(zhì)的過程對應度較好。

圖6 不同質(zhì)量分數(shù)溴百里香酚藍智能標簽的ΔE值隨時間的變化曲線Fig.6 Changes of b*of different concentrations ofbromothymol blue smart tags with time

圖7 不同質(zhì)量分數(shù)溴百里香酚藍智能標簽的b*值隨時間的變化曲線Fig.7 Changes of ΔE of different concentrations ofbromothymol blue smart tags with time

由圖6、圖7可以看出，溴百里香酚藍在0～30 h時的色差變化均不是很明顯，在30～36 h時ΔE值才發(fā)生了較為明顯的變化。雖然溴百里香酚藍制成的智能標簽也在青魚樣品腐壞之后發(fā)生了明顯的顏色變化，但是在魚從一級鮮度和二級鮮度之間變化的過程中，溴百里香酚藍并沒有發(fā)生顏色的平滑改變且顏色變化遠不如溴甲酚紫明顯，就指示青魚樣品的新鮮度而言，其準確度以及和揮發(fā)性鹽基氮變化的相關性，均不如溴甲酚紫制成的智能標簽。

在與其相同環(huán)境中，空白的溴甲酚紫和溴百里香酚藍智能標簽的色差變化如下：

表1 質(zhì)量分數(shù)0.5%溴甲酚紫在無樣品下的色差變化Table 1 Color changes of 0.5% bromocresol purple without sample

表2 質(zhì)量分數(shù)0.5%溴百里香酚藍在無樣品下的色差變化Table 2 Color changes of 0.5%bromothymol blue without sample

由表1和表2可見，ΔE的變化最大也僅為2.39，該色差小到人用肉眼不易辨別出其微小的差距，可見單純的空氣對于智能標簽顏色的影響可以小到忽略不計。

也就是說，在沒有放置水產(chǎn)品的密閉食品塑料盒中，溴甲酚紫和溴百里香酚藍制成的智能標簽顏色變化幾乎不變，說明空氣對智能標簽的顏色變化幾乎沒有造成影響。

為了驗證新鮮度智能標簽在監(jiān)測不同質(zhì)量的同種魚類時是否會受到影響，將青魚樣品的質(zhì)量由30 g變?yōu)?0 g，觀測其是否仍能指示出青魚由新鮮到變質(zhì)的變化過程。

由圖8知，50 g青魚樣品在30 h時稍微超出淡水魚蝦一級鮮度的限值，而在36 h時已經(jīng)接近淡水魚蝦二級鮮度的限值。由圖9和圖10知，質(zhì)量分數(shù)為0.3%、0.5%以及0.7%的智能標簽的L*、b*隨著青魚樣品的腐壞而不斷下降。L*的下降說明，50 g青魚的腐壞過程中，智能標簽的明度不斷下降；而b*由最初在60附近下降至30 h時的42～47，在36 h時下降至35左右；而當樣品最終腐壞時，b*均下降至0以下，說明在青魚樣品的變質(zhì)過程中，b*與30 g青魚所進行的實驗一樣，從最初偏向黃色色域逐漸變?yōu)槠蛩{色色域。智能標簽的ΔE值在30 h時已經(jīng)大于19，在36 h時均大于32，說明在青魚樣品新鮮、一級鮮度、二級鮮度的變化中，智能標簽的顏色發(fā)生了明顯的色域變化，且該變化與青魚樣品的新鮮度變化趨勢一致，這表明，溴甲酚紫制成的智能標簽，在變化的情況下仍能表現(xiàn)出青魚樣品新鮮度的變化。

圖8 50 g青魚的揮發(fā)性鹽基氮值隨時間的變化Fig.8 Changes of TVB-N of 50g black carp with time

2.3 智能標簽的顏色變化與青魚揮發(fā)性鹽基氮含量的關系

30 g青魚和50 g青魚的所有溴甲酚紫智能標簽的ΔE值與揮發(fā)性鹽基氮的值的關系見圖11、12、13。

圖9 b*隨時間的變化曲線Fig.9 Changes of b*of 50g black carp with time

圖10 ΔE隨時間的變化曲線Fig.10 Changes of ΔE of 50g black carp with time

圖11 質(zhì)量分數(shù)0.3%溴甲酚紫智能標簽ΔE值與青魚揮發(fā)性鹽基氮值的關系Fig.11 Relationship between ΔE of 0.3%bromocresol purple smart tags and TVB-N of black carp

圖12 質(zhì)量分數(shù)0.5%溴甲酚紫智能標簽ΔE值與青魚揮發(fā)性鹽基氮值的關系Fig.12 Relationship between ΔE of 0.5%bromocresol purple smart tags and TVB-N of black carp

圖13 質(zhì)量分數(shù)0.7%溴甲酚紫智能標簽ΔE值與青魚揮發(fā)性鹽基氮值的關系Fig.13 Relationship between ΔE of 0.7%bromocresol purple smart tags and TVB-N of black carp

圖14 溴甲酚紫智能標簽ΔE隨時間的變化曲線比較Fig.14 Comparison of ΔE of 0.5%bromocresol purple smart tags with or without protective film

對其分別進行線性擬合，得到以下線性回歸方程：

隨著企業(yè)的發(fā)展，牧星也在不斷尋求品牌知名度和美譽度的提升。在做好產(chǎn)品的同時，搭建好品牌和口碑體系?！按蠹移毡檎J為做技術的‘工科男’是不善于表達自己的，我們在未來的努力就是要扭轉這樣的印象，讓牧星這一品牌在市場上更加響亮。之前我們是‘酒香不怕巷子深’，現(xiàn)在則不同，我們不光要有酒香，還要讓更多的人了解我們?！?/p>

質(zhì)量分數(shù)0.3%溴甲酚紫：

質(zhì)量分數(shù)0.5%溴甲酚紫：

質(zhì)量分數(shù)0.7%溴甲酚紫：

3種不同質(zhì)量分數(shù)的溴甲酚紫智能標簽，擬合得到的回歸方程相關系數(shù)R均大于0.8，說明3種智能標簽的ΔE值與青魚揮發(fā)性鹽基氮質(zhì)量分數(shù)均為高度正相關。

2.4 加裝保護膜后的智能標簽測定

為了便于淡水水產(chǎn)品的運輸與銷售，在實際生產(chǎn)中要將制作成的智能標簽加裝無毒、透氣、對智能標簽無干擾的保護膜，以避免在運輸中水產(chǎn)品與智能標簽可能發(fā)生的接觸干擾智能標簽的識別與調(diào)控。

本實驗是上述50 g青魚新鮮度監(jiān)控的對照實驗，采用食品用保鮮膜，將質(zhì)量分數(shù)為0.5%溴甲酚紫制成的智能標簽進行包裹，并監(jiān)測其變色過程，與未經(jīng)保鮮膜包裹的質(zhì)量分數(shù)0.5%溴甲酚紫制成的智能標簽進行比較。

圖15 溴甲酚紫智能標簽b*隨時間的變化曲線比較Fig.15 Comparison of b*of 0.5%bromocresol purple smart tags with or without protective film

圖16 溴甲酚紫智能標簽ΔE與揮發(fā)性鹽基氮值的關系Fig.16 Relationship between ΔE and TVB-N of 0.5%bromocresol purple smart tags with or without protective film

對加裝保護膜前后智能標簽的ΔE與樣品中揮發(fā)性鹽基氮含量的關系進行線性擬合，得到以下回歸方程：

加裝后：

加裝前：

R均大于0.8，故ΔE與樣品中揮發(fā)性鹽基氮含量為高度正相關。

由圖14、15及16可知，雖然加裝保護膜后與加裝保護膜之前相比，存在著一定的色差，并且ΔE與揮發(fā)性鹽基氮的擬合曲線有較小的數(shù)值差，但是色差的變化趨勢幾乎一致且加裝保護膜前后擬合回歸方程R均大于0.9，說明加裝保護膜后的智能標簽也能非常良好地指示樣品魚的新鮮度。

3 結 語

1）隨著淡水魚類的逐漸變質(zhì)，溴甲酚紫組的智能標簽的顏色的明度L*和b*會發(fā)生明顯的變化，智能標簽的顏色也由最初的黃色變?yōu)榘岛稚?、青色，最終在揮發(fā)性鹽基氮超出國家標準的時候變?yōu)樗{紫色。

2）溴百里香酚藍組的智能標簽顏色變化與溴甲酚紫組相比，變化的幅度及變化的趨勢均不如溴甲酚紫組明顯。

3）空氣對智能標簽的顏色變化幾乎無影響，空氣中置放36 h后的色差仍小于人肉眼能夠辨別的范圍內(nèi)。

4）加裝保護膜以后，雖然與對照組相比顏色的變化略小，但是仍在人能夠區(qū)別的色差范圍之內(nèi)，故加裝保護膜后，新鮮度的指示并沒有受到太大的影響。

5）樣品青魚在改變其質(zhì)量的情況下，色差的變化依然與之前實驗中色差變化相類似，智能標簽的顏色變化趨勢也與原先的一致，揮發(fā)性鹽基氮與ΔE擬合的一元回歸曲線的相關系數(shù)R均大于0.8，說明揮發(fā)性鹽基氮的值與智能標簽色差呈顯著性相關。