時間-溫度指示器在食品保質期預測中的應用

劉冬青，陳 樸，臧 鵬，杜秉健，徐 楠，向 紅

（1.華南農業(yè)大學食品學院，廣東廣州 510642；2.中國航天員科研訓練中心，航天營養(yǎng)與食品工程重點實驗室，北京 100094）

食品保質期是指在既定保藏條件下，食品營養(yǎng)、安全和感官等屬性滿足人體攝入的時間跨度[1]。溫度是影響食品保質期的主要因素，如對于市面流通的冷鏈食品，冷鏈的斷裂會造成其貨架期的迅速縮短，易引發(fā)食品安全和浪費問題。世界衛(wèi)生組織提到，從腹瀉到癌癥等200多種疾病是由食用含有有害細菌、病毒或化學物質的不安全食品引起的[2]。世界自然基金會數據顯示，全球每年損耗及丟棄的過期食品數量高達10億噸，并且32%的食源性疾病是由于食用儲藏溫度不當食品引起的。另外，在航空航天、極地探險、遠洋作業(yè)等特因環(huán)境下，食品儲運成本高昂，通過可靠的貨架期設計與監(jiān)測，可避免食品損耗和安全問題。傳統(tǒng)食品包裝的按日期確定保質期并不能真實地反映整個生命周期中出現(xiàn)的真實溫度變化，據歐盟委員會估計，10%的食物浪費與日期標簽有關，有些食物在過了標識的貨架期還完好無損，而有些則由于儲存溫度等原因，在標識的貨架期內就已經變質[3]，因此，實時監(jiān)測儲運溫度對食品品質的影響至關重要[1]。

時間-溫度指示器[4]（Time-temperature integrator，TTI）是一種用于實時監(jiān)測食品、藥物等產品安全性的新型指示器，它通過發(fā)生物理或化學變化來產生時間溫度累積效應，從而記錄產品的溫度變化歷程并指示產品剩余貨架信息。TTI成本效益高且對消費者友好，可直接附著在食品或食品包裝上[5]。TTI從反應到終止的時間長度可以通過不可逆的顏色變化或沿刻度的顏色運動來反映，其顯示了與食品品質變化和剩余貨架壽命相一致的信息[6]，實現(xiàn)對食品品質的預測。TTI在食品中應用的有效性取決于限制條件下品質指標動力學和TTI響應的溫度依賴性之間的對應關系。因此，TTI作為保質期預測工具需要研究影響貨架壽命指標變化和TTI響應的動力學，以及動力學參數的溫度依賴性。通常使用反應動力學模型和Arrhenius方程對數據進行溫度依賴性分析[7]。目前大部分的論述都只針對肉類和魚類等冷凍食品，在恒溫和動態(tài)條件下模擬真實的冷鏈狀態(tài)[8-9]，對TTI的綜述還不夠全面。本文闡述了TTI的基本概況，概括了基于不同工作原理，相應的TTI系統(tǒng)的表觀響應，最后討論了TTI在食品中的最新應用，包括肉制品、水產品和果蔬及鮮牛乳，并總結了TTI在商業(yè)中的應用現(xiàn)狀及前景。

1 時間-溫度指示器基本原理

1.1 時間-溫度指示器動力學模型

TTI應用的先決條件是對目標食品品質和貨架壽命的溫度依賴性進行系統(tǒng)動力學建模。一般通過Arrhenius方程來模擬溫度對TTI反應k'和食品中各種反應k的影響，用Arrhenius方程描述簡單化學反應對溫度的依賴關系[10]，可以表示為：

式（1）中：k為反應速率常數；KA為指前因子；Ea表示反應的表觀活化能；R為摩爾氣體常數，8.314 J/（mol·K）；R為摩爾氣體常數，8.314 J/（mol·K）；T為熱力學溫度（K）；Ea用來描述系統(tǒng)的熱能敏感度，Ea值的范圍可以指示易腐食品的變化過程。KA和Ea是反應的特征常數，本質上與溫度無關，可通過實驗來確定。

用線性化形式表示為：

在KA和Ea被視為常數的前提下，因變量lnk與自變量1/T為線性關系。斜率對應表觀活化能Ea，截距與指前因子KA相對應[11]。由式（2）可知，活化能的確定是設計TTI的關鍵因素，反應的表觀活化能反映了溫度對反應速率的影響程度。所以，表觀活化能越高，反應速率受溫度的影響越顯著。

為了簡化估算Ea的難度，降低KA與Ea之間的相關性趨勢，溫度對k的影響可以用重新參數化的Arrhenius方程來評價[10]，由此引入兩個因素（Tref和kref）。重新參數化的Arrhenius方程如下式：

式（3）中：Tref是參考溫度；kref指參考溫度Tref下的反應速率常數。

通過尋找一個最佳Tref來重新參數化的概念對于獲得常數kref和Ea之間接近零的相關性是至關重要的，因為通過使兩個參數之間的相對誤差最小化，它們各自的相對誤差也被最小化[12]。

由于TTI反應和涉及食品變質的反應在一定溫度范圍內遵循Arrhenius方程，將重新參數化后的方程帶入F（P）和F（R）：

式（4）～式（5）中：t是反應時間；F（P）和F（R）分別是食品品質變化和TTI反應的動力學函數；kref和k′ref分別為參考溫度Tref下P和R的速率常數；Eafood和EaTTI分別為食品品質變化和TTI反應變化的活化能。

1.2 時間-溫度指示器與食品品質變化之間的對應關系

確認Eafood和EaTTI后，TTI的建立需要確立兩者Ea的關系。前人研究表明能較好的實時反映食品品質特性的TTI應遵循以下公式[13]：

在TTI的建立方面，合適的食品品質參數和易識別的TTI響應非常重要。Eafood必須與EaTTI相近[14]，才能夠表示食品的貨架壽命終點與TTI終點相對應（圖1），確保TTI的可視化反應能真實反映食品品質。當EaTTI和Eafood越接近時，對食品品質的監(jiān)測越準確。

圖1 TTI在食品運輸與貯藏管理中的應用原理圖[15]Fig.1 Schematic diagram of TTI application in food transportation and storage management[15]

與活化能一樣，食品TTI也需要根據目標食品的貨架期進行選擇，食品安全和品質變化一般遵循零、一、二級動力學模型，應用TTI前，應先使用可靠的動力學模型驗證TTI，由于與食品品質相關的反應是多重的和復雜的，因此食品的保質期可以通過一個或多個品質指標，如顏色、感官評分、微生物數量和其它理化指標來確定。

2 TTI的分類

根據工作原理，TTI可分為物理型、化學型、生物型和酶型等。不同工作原理的TTI需要通過不同的表觀響應類型來反映儲運過程中的食品品質變化，如不同顏色反應、酸度、擴散長度等形式。

2.1 物理型

物理型TTI包含有基于擴散類和納米顆粒的TTI等，主要表現(xiàn)為有色物質間的物理變化。對于擴散類TTI，以色帶的擴散距離作為TTI的響應。

Kim等[6]以棕櫚酸異丙酯（prototype isopropyl palmitate，IPP）擴散為基礎設計TTI，對溫度使用不當下非巴氏殺菌當歸（non-pasteurized angelica，NPA）汁的微生物質量進行了表征和評價。一旦儲存溫度達到臨界溫度（13.5 ℃），IPP熔化并開始在多孔基質中擴散，使微孔膜由原本不透明的白色變得透明，從而呈現(xiàn)底層的顏色。該TTI擴散的動力學模型符合菲克第二定律并結合修正后的Arrhenius基于不同溫度進行線性回歸。經驗證在恒溫和動態(tài)條件下，NPA果汁中細菌生長的時間和溫度依賴性以及TTI響應均存在相關性。該TTI系統(tǒng)以超過7.0 mm的IPP擴散作為NPA果汁微生物腐敗的閾值，總需氧菌臨界水平為6lg CFU/mL。

Chahattuche等[16]開發(fā)了基于時間溫度依賴性的乳酸擴散型TTI，由于乳酸的蒸汽擴散導致pH降低，化學顯色指示劑發(fā)生不可逆的顏色變化，以總色差（ΔE）為響應（從綠色變?yōu)榧t色）。在4～45 ℃范圍內等溫表征，產生的活化能（Ea）約為50 kJ/mol，該TTI可指示果蔬的品質損失情況，如新鮮生菜、蘋果、胡蘿卜等。Galagan等[17]研究得出大多數果蔬的Ea與該EaTTI相比差值在25 kJ/mol以內，以此判斷該TTI可用于果蔬保質期預測。

金納米顆粒具有獨特的表面等離振子共振效應，產生的顏色信號會隨著顆粒表面形態(tài)、尺寸、形狀的變化而不同[18]，該TTI制備簡單、使用方便。另外，Lanza等[19]證明銀納米顆粒的分散體也可以用于TTI的制造。

Wan等[20]開發(fā)了一種在結構化導電聚合物中基于電化學偽晶體管的新型TTI，TTI在不同溫度下被激活后可通過色帶遷移長度表示時間溫度歷史，并與射頻識別技術聯(lián)用，為易變質食品提供雙重保護。

物理型TTI中的擴散類是基于有色材料隨溫度升高通過多孔介質擴散的原理建立的，色帶的擴散長度使其更容易理解和識別，相對簡單。其適用溫度范圍廣、生產工藝簡單，具有廣泛的商業(yè)應用前景。Oli-TecTMTTI（圖2）從琥珀色變?yōu)榧t色表示該標簽被激活，紅色時間線將沿著琥珀色的查看區(qū)域緩慢移動，以指示產品的剩余貨架壽命，當觀察區(qū)完全變紅時，表明產品已變質[21]。

圖2 物理型時間-溫度指示器[21]Fig.2 Physical time-temperature indicator[21]

2.2 化學型

常見的化學型TTI包括基于聚合反應、光致變色和氧化還原反應的時間-溫度指示器，依靠化合物之間的化學反應而產生顏色變化。

HEATmarker?是TempTime公司的一種基于二乙炔單體聚合的商用TTI[22]。該TTI由一個作為參考的暗黃色圓圈和涂有二乙炔單體的淺矩形區(qū)域組成。它可以監(jiān)測整個供應鏈，如果內部矩形的顏色變?yōu)榕c圓圈顏色相同時，說明產品已不能食用。

瑞士巴塞爾Ciba特種化工公司推出的OnVuTMTTI，是一種基于光敏固相反應的印刷型TTI（圖3）。彩色油墨在紫外線照射下由無色變?yōu)樗{色，有機光致變色顏料以兩種狀態(tài)存在：狀態(tài)A是無色，且熱力學穩(wěn)定；狀態(tài)B是藍色，是亞穩(wěn)態(tài)的。在黑暗中，狀態(tài)B以依賴于溫度的速率還原為狀態(tài)A[23]。

圖3 化學型時間-溫度指示器[1,23]Fig.3 Chemical time-temperature indicator[1,23]

部分化學型TTI如乙炔聚合基TTI在工業(yè)應用中存在潛在的安全隱患，還有一些其它的顏色反應也可能涉及影響安全的顯色劑，或通過某化學反應產生有害物質遷移到食品中，因此需要研究和開發(fā)安全穩(wěn)定的顯色劑，如花青素?；ㄇ嗨貙H、溫度、氣體、光等貯存條件敏感[24]，由于酚類和共軛物質的存在，其隨pH環(huán)境變化會呈現(xiàn)不同的顏色。Listyarini等[25]研究了一種基于天然花青素的紙質比色標簽，將從翠蘆莉中提取的天然染料提取物固定在纖維素紙上，并于13、25、40 ℃下對蝦進行測試。隨貯藏時間的延長，溫度的升高，蝦體分解，氨氣釋放量增加，pH升高，指示器由紫粉色變?yōu)樽纤{色，進一步為綠灰色，最后變?yōu)辄S灰色。同樣，Mahmood等[26]采用甲基纖維素和伏?；ɑㄇ嗨鼗旌系姆椒?，制備了一種新型的pH響應指示膜來實時監(jiān)測肉類的新鮮度。

2.3 生物型

常見的生物型TTI包括基于酵母菌和乳酸桿菌的時間-溫度指示器。

Hsiao等[27]以清酒乳桿菌（Lactobacillus sakei，L. sakei）為特異性腐壞菌，0.1 mg/mL氯酚紅為化學pH指示劑，設計適用于冷鏈石斑魚的TTI。并在4 ℃下測試了TTI特性，發(fā)現(xiàn)ΔE從0（pH6.19）升高為45（pH5.25），導致在第10 d時顏色由紅色、橙色變?yōu)辄S色，而pH的降低歸因于菌株生長產生的乳酸。紫色桿菌（Janthinobacteriumsp.）是一種適合在25 ℃和pH為7.0條件下生長的嗜冷菌，能產生顯色次生代謝物（紫膠素）。Mataragas等[28]使用Baranyi模型擬合紫膠素動力學數據，開發(fā)多功能微生物TTI并使用亮度L*參數作為反映肉質變化的響應。

丘靈敏等[29]以瑞士乳桿菌菌種作為微生物基礎，采用SPG膜乳化技術制備固定化微膠囊，根據微生物的產酸原理制備固態(tài)TTI，該反應體系的顏色變化由深綠色變?yōu)辄S色。

Pereira等[30]采用鑄型技術，在PVA/殼聚糖比為3:7（v/v）的條件下，加入含花青素的植物提取物制備PVA/殼聚糖水凝膠（TTI水凝膠）。其中TTI膜中含花青素的植物提取物的濃度為水凝膠混合物總體積的25%，然后將TTI與巴氏殺菌奶保持接觸，進行TTI激活實驗。隨微生物污染和微生物代謝引起的乳酸積累，TTI與牛奶接觸后，在pH為6.7時（未變質的牛奶，ΔE為21.07）呈現(xiàn)深灰色，pH降至4.6（ΔE為36.85）時TTI變成深粉紅色，表明牛奶已經變質。

生物型TTI大多以酸度為響應類型，在進行TTI配制時要考慮酸度或pH變化。基于酸度響應的TTI能更準確的反映食品的新鮮度，但該類型TTI反應更多的涉及到微生物，所以需要更多的樣本支持，準確度要求較高。

2.4 酶型

常見的酶型TTI包括基于水解反應和酶促反應的時間-溫度指示器。

Dutra等[31]基于淀粉和碘（深藍色）的絡合反應，隨后被淀粉酶降解，導致藍色褪去的原理，開發(fā)了新型酶促TTI。這種變色反應取決于樣品暴露時的巴氏殺菌時間和溫度，將CIELAB系統(tǒng)chromab*=9.0視為指示“巴氏殺菌結束”的顏色，研究表明包含6.5%的淀粉酶的TTI原型最適合用于驗證火腿的烹飪。

Jaiswal等[32]以甘油三辛酸酯為底物制備基于脂肪酶的酶促TTI，當溫度設置不當時，TTI由最初的綠色變?yōu)槌壬俚郊t色。TTI的pH由8.11降至6.93再到5.75。漆酶是一種多銅氧化酶，也是一種常用的天然酶，作用于多種底物，其原理是通過從底物中吸收電子，將底物轉化為自由基，這些自由基可以聚合形成色素。如漆酶氧化愈創(chuàng)木酚產生從透明到深棕色再到深紫棕色的顏色變化從而起到指示作用[33]。在Tsai等[34]的研究中，將漆酶固定在殼聚糖、聚乙烯醇、正硅酸四乙酯靜電紡絲膜上，用愈創(chuàng)木酚染色，建立漆酶TTI來預測牛奶在儲存期間乳酸菌的生長情況。

對于大多數TTI來說，通過溫度誘導的反應轉化為顏色的變化，從而通過顏色變化實時反映食品品質情況。除了基于CIE的單參數響應，如紅綠度和黃藍度（a*+b*）多個參數的組合函數也為TTI顏色響應類型。Tsironi等[35]用紫外分光光度法測定TTI的顏色變化，TTI響應由標準化的CIELAB（a+b）值來表征，建立了酶濃度和貯藏溫度（-15～5 ℃）對酶促TTI反應影響的動力學模型。TTI的顏色由綠色（0）變?yōu)榧t色（1），橙紅色（0.8）被認為是TTI的視覺終點。

式中：a為紅綠度；b為黃藍度；norm（a+b）為標準化的（a+b）值；T是儲存溫度（K）；Ea是活化能；R是通用氣體常數；Tref是參考溫度；C是酶濃度；B1、B2是常數。

酶型TTI比其它TTI對環(huán)境溫度變化更加敏感，同時也比化學型TTI和物理型TTI更精確。但是在長期儲存過程中，溫度變化會導致酶不穩(wěn)定和不可逆失活，造成巨大成本。

2.5 其它類型

基于CdTe量子點的新型TTI，楊加敏等[36]研究冷鏈貯存和運輸過程中CdTe量子點（QDs）的熒光猝滅特性，結果表明，貯藏時間和溫度對量子點的熒光猝滅有顯著影響。其顏色從紅色變?yōu)槌壬?、綠色直至無色，且積累的溫度越高，時間越長，CdTe量子點猝滅越快，與食品品質的變化類似，有望將基于量子點的TTI用于食品品質的監(jiān)測。

也有一些其它類型的TTI被報道，如電信號反應、納米材料的光學性能。Kim等[37]通過改造生物燃料電池開發(fā)了一種能輸出電壓的自供電TTI，經實例研究，這種TTI能準確地預測牛奶品質的變化。

3 TTI在食品保質期預測中的應用

食品在保質期內由于發(fā)生化學、物理和微生物的變化，從而引起食品品質的下降和營養(yǎng)物質的降解等。TTI應用于食品保質期預測時，需要選擇突出且易于定量和動態(tài)表征的品質指標，然后通過動力學模型來匹配TTI和食品保質期。相較于其它智能包裝技術（如條碼技術、新鮮度檢測技術、射頻識別技術）來說，TTI結構簡單，制作成本較低，已被廣泛應用于監(jiān)測和評估易腐食品的品質。

關于商業(yè)化TTI在食品保質期預測中的應用，2019年全球時間-溫度指示器標簽市場規(guī)模已超過7.42億美元，時間-溫度指示器標簽市場在2020～2030的復合年增長率估計為6.6%，呈持續(xù)增長態(tài)勢。到2030年，在食品中的應用將呈現(xiàn)相對較快的增長速度。目前，瑞典Tem pix AB生產的Tem pix?，法國CRYOLOG公司的TRACEO?和（e O）?和美國3M公司的Monitor Mark?以及Avery Dennision公司的TT SensorTMTTI已被成功商業(yè)化[38-39]，其中，Monitor Mark?通過有色脂肪酸酯在吸水性優(yōu)良的多孔紙芯上的擴散距離作為響應記錄溫度隨時間的變化。TT SensorTMTTI基于極性化合物在兩個聚合物層之間的擴散，其濃度的變化導致熒光指示劑從黃色變?yōu)榱练凵珡亩甘臼称菲焚|變化。表1總結了TTI在水產品、肉制品、果蔬和其它食品保質期預測中的應用。表2給出了部分商業(yè)化TTI系統(tǒng)在食品包裝中的應用。

表1 TTI在食品保質期預測中的應用Table 1 Application of TTI in food shelf life prediction

表2 部分商業(yè)TTI系統(tǒng)在食品包裝中的應用Table 2 Application of some commercial TTI systems in food packaging

3.1 TTI在水產品儲藏中的應用

隨著水產品在國民飲食結構中比例的增大，消費者對水產品質量的要求越來越高，為了保持水產品品質不受影響，通常選用低溫儲藏的方式。然而水產品易受高溫環(huán)境的影響，在出口和加工流通過程中，冷鏈溫度的波動會導致其營養(yǎng)損失和品質劣化[53]。

Hsiao等[27]開發(fā)了微生物TTI，以ΔE為響應并根據Arrhenius方程，得出4～28 ℃時，TTI和TVB-N的活化能分別為116.8和117.7 kJ/mol。表明該魚產品變質過程與TTI響應之間存在相似的溫度依賴性。Tsironi等[35]以總揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）和2-硫代巴比妥酸活性物質（TBAR）為海產品貯藏品質變化的關鍵指標，將光致變色TTI（Ea=123 kJ/mol）進行紫外線活化后基于ΔE的響應，兩種指標的Ea值分別為117和112.4 kJ/mol。結果表明在整個儲藏期間，TTI的響應與冷凍海產品的品質變化具有良好的相關性，可用于預測冷凍藍鯊的剩余貨架期。Giannoglou等[40]建立冷凍藍鯊切片和魷魚品質變化相關指標（2-硫代巴比妥酸活性物質）的動力學模型，并選擇紫外活化光致變色TTI和酶促TTI來監(jiān)測其在不同溫度下的品質變化進而預測其保質期。TTI響應通過CIELAB（a+b）值來表征，其溫度依賴性（以Ea值110～120 kJ/mol表示）處于與動態(tài)冷凍鏈中產品品質指標活化能的要求范圍內。Tsironi等[41]以牡蠣中副溶血弧菌（VP）和外傷弧菌（VV）為指標，根據其生長情況建立了預測模型，并基于CIELAB（a+b）響應進行TTI建模，開發(fā)了基于由溫度依賴的脂質底物的酶解引起的pH降低的酶促TTI（Ea=77.8±3.4 kJ/mol）。

美國Temp Time公司的Fresh Check?，能夠利用一種薄涂層的無色炔類單體固相聚合形成有色不透明聚合物后產生的顏色變化來記錄溫度變化。其以假單胞菌最大生長比速率（Ea=86.10 kJ/mol）為品質指標，建立了基于b*的TTI響應（Ea=89.80 kJ/mol），在對大菱鲆品質監(jiān)測中，表現(xiàn)出了極高的可靠性。該TTI也被應用于三文魚、地中海博克魚、鱸魚、海鮮[53]的保質期預測中。

據《2018年中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》顯示，全國水產品總量高達6457.7萬噸，養(yǎng)殖面積約7449.03公頃，水產品的進出口總量超過900萬噸，總金額超過300億美元[60]。2019年全國水產品的總產量高達6480.36萬噸，按2019年價格計算，當年全國漁業(yè)經濟總產值高達26406.50億元，經濟總價值和總產量呈持續(xù)上升的趨勢[61]。時間-溫度指示器可以準確監(jiān)測水產品的品質變化，預測其保質期，因此，時間-溫度指示器在水產品中的應用可以增加其經濟效益。

3.2 TTI在肉制品儲藏中的應用

肉與肉制品加工后，通常采用冷藏或冷凍的方式來保證其健康、營養(yǎng)、安全。肉與肉制品在冷藏或冷凍期間反復凍融或發(fā)生頻繁的溫度波動會使脂質氧化和蛋白質變性，導致其品質急劇下降[62]。由于對溫度的敏感性，肉制品的時間-溫度歷史必須在儲運期間進行精確監(jiān)測。

Vaikousi等[14]開發(fā)了一種基于L. sakei菌株的生長代謝活動的微生物TTI，模擬在冷鏈條件下監(jiān)測改良氣調包裝（MAP）的牛肉肉末品質。在0、5、10和15 ℃下，L. sakie在TTI中的生長與乳酸菌（LAB）在肉制品中的生長情況相似，其活化能分別為111.90和106.90 kJ/mol。此外，在等溫冷凍條件下，TTI顏色變化終點與牛肉貯藏期間感官排斥點時間一致。Meng等[42]研制出的基于固態(tài)葡萄糖淀粉酶的TTI，以冷凍鮮豬肉在不同貯藏溫度下硫代巴比妥酸值（TBA）為品質變化關鍵指標，通過TBA的動力學特性得出在冷藏過程中豬肉變質的Ea為64.7 kJ/mol，EaTTI為87.7 kJ/mol。采用CIE1976LAB系統(tǒng)中ΔE為TTI的響應，從安全（深藍色）到變質（無色）來反映冷鮮肉的保質期。但是，Jaiswal等[63]制備的基于淀粉酶的酶促TTI，監(jiān)控供應鏈中冷凍（-18±2 ℃）雞肉的品質變化，發(fā)現(xiàn)該TTI對冷凍雞肉品質監(jiān)測的溫度適用性較小。

Albrecht等[55]基于OnVuTMTTI動力學，建立激活模型并在一定溫度下對應用于不同產品的保質期標簽進行調整。驗證了OnVuTMTTI監(jiān)測鮮肉新鮮度和貨架期的適用性，該TTI能準確地反映實際冷鏈中的溫度波動。Brizio等[56]通過對冷凍儲運鏈的模擬，對整個cobia魚標本貨架期進行預測，以此來評估On VuTMTTI的適用性。結果顯示，TTI的b*變化和AMB生長具有相似的Ea分別為37.52和

36.81 kJ/mol。

Chun等[58]采用Vitsab Check Point?來監(jiān)測豬肉糜的品質變化，以揮發(fā)性鹽基氮（VBN）和好氧嗜溫細菌（AMB）作為品質指標，a*為響應，結果得出TTI與VBN和AMB的Ea值分別為95.10、92.60和93.90 kJ/mol，a*可以準確地反映肉糜貯藏間的品質變化。

2019年我國肉類消費總量達到9420.3萬噸[64]，2020年牛羊肉總產量分別為672萬噸和492萬噸，且近幾年，牛羊肉價格長期處于高位[65]。預測到2025年，我國肉類年消費量高達1億噸，且對肉品的需求逐年增長[66]。冷藏和冷凍是目前最廣泛應用和安全可靠的保存方法，可以延緩肉制品腐敗，但是在貯藏、流通、銷售等環(huán)節(jié)，產品對冷鏈系統(tǒng)的溫度要求非常嚴格，溫度波動對產品品質會產生巨大的影響，時間-溫度指示器的應用可以確保食品安全，避免食品浪費。

3.3 TTI在果蔬儲藏中的應用

在冷鏈貯藏中，溫度變化會顯著影響冷藏或冷凍食品的營養(yǎng)價值和感官品質，如果蔬等。這些典型的易腐食品，其高含量的營養(yǎng)物質，更利于變質和致病性微生物的增殖，對品質劣化和食品安全造成高風險。同時果蔬品質在很大程度上受加工、儲存和運輸條件的影響。因此在冷鏈系統(tǒng)中對這些產品的時間-溫度條件進行連續(xù)的控制具有重要的意義。

Bobelyn等[47]研究了從簡單的線性動力學模型到更復雜的機械模型，其中最優(yōu)的自催化模型是在冷鏈過程中蘑菇顏色L*變化的動力學（Ea=61.82 kJ/mol）模型。基于這一結果選擇了與產品具有相同動力學行為的復合酶促TTI（Vitsab）（Ea=50.40 kJ/mol）。Giannakourou等[48]在適當的時間間隔內，以顏色變化的L*為響應對豌豆的顏色進行測量，用Arrhenius模型表示溫度對品質損失速率的影響，其Ea為79.2±19.2 kJ/mol，M2-TTI的活化能為88.2±19.5 kJ/mol。進一步建立TTI反應動力學模型和蔬菜制品的動力學模型，并驗證變溫-時間剖面下的產品品質變化，在-3～-20 ℃下預測值與實際值基本一致。

康峻菡等[49]研究貯藏溫度和時間對擴散基TTI顏色和鮮銀耳品質變化的影響，貯藏溫度越高，TTI由白色變?yōu)樗{色的速度越快，鮮銀耳也越容易腐爛。通過化學品質動力學模型及Arrhenius方程計算得出TTI的活化能Ea值為36.1135 kJ/mol，鮮銀耳失重率、可溶性糖含量及丙二醛含量的活化能分別為53.3144、53.3368和43.9744 kJ/mol，可以將此擴散型TTI用于鮮銀耳貯藏過程中的品質監(jiān)測。Yang等[67]基于擴散型TTI的RGB值對獼猴桃、草莓和芒果保質期進行預測，TTI顏色響應與果實品質變化的Ea差異均小于25 kJ/mol。RGB值隨時間的增加而減小，儲存溫度越高，RGB值減小越快，水果品質越差，保質期越短。

瑞典Vitsab A.B生產的Vitsab Check Point?酶促TTI，基于脂類基質經酶水解后造成pH下降引發(fā)顏色變化由綠變黃再到橙紅[57]，已被用于蘑菇的貨架期預測中。

作為果蔬產量大國，水果和蔬菜的產量分別占全球的30%和40%，目前以鮮食果蔬為主，其采后貯藏能力僅為20%左右，現(xiàn)今的加工和貯藏方式極易造成水果腐敗，造成一定的經濟損失[68]。由于果蔬極易受溫度的影響，因此需要對果蔬保質期進行精準的預測，時間-溫度指示器附著在食品包裝上，通過對流通溫度的監(jiān)測，預測果蔬熱敏品質變化，進而指示食品保質期。

3.4 TTI在鮮牛奶中的應用

酸度是衡量鮮奶品質的重要指標，通常以此作為判斷乳制品品質的標準。Lu等[46]開發(fā)了一種以酶反應和擴散原理為基礎的酶基TTI，結合酶固定化，通過TTI色帶的擴散長度來判斷鮮牛奶是否變質。結果顯示以牛奶酸度為腐敗指標的活化能為78.4 kJ/mol，EaTTI為75.4 kJ/mol，經驗證TTI預測貨架期的誤差為-1.83%。說明該TTI在預測冷鏈運輸中易腐食品的貨架期方面具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

DeltaTrak生產的WarmMark?，是一種經過特殊配制的浸透了紅色化學物質的吸墨紙襯墊，可以在標簽的響應溫度下熔化，響應溫度范圍是-18～37 ℃，已被用于監(jiān)測運輸、儲存或加工過程中產品的溫度[52]。

4 結論與展望

TTI是一種有效的溫度敏感監(jiān)測工具，能夠量化對目標食品特性綜合的時間-溫度影響，而不需要產品的實際溫度歷史信息，已被應用于各種冷藏冷凍食品保質期的預測中，特別是肉類、水產品和果蔬等易腐食品保質期的預測。Arrhenius方程是食品和TTI溫度依賴性匹配動力學中應用最廣泛的數學模型，而基于顏色的響應由于其方便和直接觀察的優(yōu)勢，日益成為TTI中最廣泛使用的響應類型。

未來TTI的發(fā)展趨勢應該主要集中在成本的降低、多品質指標的集成和建模的優(yōu)化上，另外在商業(yè)推廣上要提高消費者的接受度。時間-溫度指示器的研制及應用，應重點從以下方面研究：目前酶促TTI的高成本和不穩(wěn)定性使其還不能廣泛市場應用，與游離酶相比，靜電紡絲納米纖維固定化酶的使用壽命更長、穩(wěn)定性更高、溫度和工作pH范圍更廣。靜電紡絲制備高比表面積納米纖維膜是一種獨特而經濟的技術，作為一種優(yōu)良的酶固定化載體使其在酶促時間-溫度指示器研制及商業(yè)化應用中具有很大的潛力；基于不同原理的時間-溫度指示器聯(lián)合運用，拓寬時間-溫度指示器的應用范圍，提升其附加值；食品變質過程是許多相關的品質屬性的變化，應綜合考慮與變質有關的關鍵品質指標，可引入計算機學習模型通過調整參數來實現(xiàn)多指標動力學方程的結合，從而有效預測食品保質期；將時間-溫度指示器應用到航天、軍用和遠洋食品中，以此確保長期任務的食品系統(tǒng)的營養(yǎng)效能、感官可接受性和安全性，同時避免食品浪費節(jié)約上行資源，提高經濟效益和戰(zhàn)略意義。