摘要：目的 研究肉類新鮮度檢測(cè)方法在冷鏈物流中的應(yīng)用進(jìn)展，以發(fā)展符合市場(chǎng)需求的食品新鮮度檢測(cè)技術(shù)。方法 根據(jù)肉類腐敗原理，分析冷鏈物流對(duì)食品新鮮度的影響，闡述目前肉類新鮮度檢測(cè)技術(shù)的工作原理，介紹肉類新鮮度檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀。結(jié)論 雖然近年來(lái)肉類新鮮度檢測(cè)技術(shù)逐漸智能化，提高了檢測(cè)精度，但依然存在技術(shù)檢測(cè)成本高昂，針對(duì)銷售環(huán)節(jié)無(wú)法做到有效監(jiān)控等問(wèn)題。智能標(biāo)簽作為一種相對(duì)成本低廉、加工方便的檢測(cè)技術(shù)具有很大的發(fā)展空間。
關(guān)鍵詞：冷鏈物流；肉類新鮮度；智能檢測(cè)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民收入逐漸提高，人們對(duì)商品的質(zhì)量也有了新的要求。普通物流體系對(duì)于商品尤其是食品的保護(hù)還有欠缺，在運(yùn)輸過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)食品變質(zhì)腐壞的狀況。鑒于此，冷鏈運(yùn)輸行業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)。2020年我國(guó)的冷鏈運(yùn)輸市場(chǎng)已經(jīng)超過(guò)3800億元，隨著國(guó)家一系列的政策出臺(tái)，未來(lái)冷鏈?zhǔn)袌?chǎng)還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模。冷鏈運(yùn)輸對(duì)于食品的腐敗過(guò)程雖然有一定減緩作用，但是還做不到完全阻止，尤其對(duì)于鮮肉等易腐食品，新鮮度檢測(cè)是避免食品安全問(wèn)題的重要手段。在20世紀(jì)40年代，Clark就已經(jīng)發(fā)明了一種指示劑，可用來(lái)檢測(cè)包裝內(nèi)食品表面細(xì)菌變化情況，細(xì)菌代謝使得食品腐敗，導(dǎo)致包裝內(nèi)pH發(fā)生變化，該指示劑在不同pH環(huán)境下顯示不同顏色。消費(fèi)者通過(guò)對(duì)比指示劑顏色與標(biāo)準(zhǔn)色卡可以確定食品新鮮度。20世紀(jì)90年代，F(xiàn)unazaki等發(fā)現(xiàn)鮮肉L*值、a*值與鮮肉貯藏時(shí)間密切相關(guān)，提出利用色彩色差計(jì)檢測(cè)肉品新鮮度。Russell等發(fā)現(xiàn)鮮肉在腐敗過(guò)程中產(chǎn)生的氨類化合物與布三酮可以發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致顏色變化，通過(guò)布三酮顯色反應(yīng)可以檢測(cè)鮮肉新鮮度。
隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，各個(gè)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新都集中在信息化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)融合和運(yùn)用上，冷鏈物流便是能很好體現(xiàn)技術(shù)融合的產(chǎn)業(yè)之一。溫度控制系統(tǒng)、智能排列系統(tǒng)、安全檢測(cè)系統(tǒng)等均是根據(jù)需求分化出管控冷鏈物流各階段的智能技術(shù)系統(tǒng)。食品新鮮度檢測(cè)作為食品安全中重要的一環(huán)同樣得到發(fā)展。對(duì)食品新鮮度檢測(cè)技術(shù)展開(kāi)探究尤為重要。
1 冷鏈運(yùn)輸對(duì)肉類新鮮度的影響
1.1 鮮肉冷鏈物流現(xiàn)狀
肉類屬于易腐易損食品，在運(yùn)輸過(guò)程中，其品質(zhì)易發(fā)生質(zhì)量安全問(wèn)題。冷鏈物流是保護(hù)肉類產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法。在發(fā)達(dá)國(guó)家，鮮肉冷鏈流通率接近100%，我國(guó)冷鏈物流起步晚，目前我國(guó)平均鮮肉冷鏈流通率僅占15%。在北京、上海等發(fā)達(dá)城市，冷鮮肉已經(jīng)占到鮮肉市場(chǎng)的30%，在杭州市區(qū)小范圍內(nèi)已達(dá)到60%以上。冷鮮肉已展示出良好的市場(chǎng)前景。
1.2 鮮肉新鮮度的變化原理
影響鮮肉新鮮度、導(dǎo)致肉類失去食用價(jià)值主要有2種原因：肉類自身酶的作用、外界空氣中含有的微生物對(duì)肉的作用。肉在自溶酶作用下的蛋白質(zhì)分解過(guò)程稱為肉的自家溶解，由微生物作用引起的蛋白質(zhì)分解過(guò)程稱為肉的腐敗，肉中脂肪的分解過(guò)程稱為酸敗，見(jiàn)圖1。
圖1 食品腐敗影響因素
鮮肉內(nèi)自溶酶的作用：生物體內(nèi)擁有大量的酶用來(lái)催化生成代謝所需的各種反應(yīng)，在生物死亡后，許多內(nèi)源性酶在一定溫度和濕度環(huán)境中仍然活躍，并參與鮮肉腐敗前后的生理變化，如蛋白酶在生物死后依然會(huì)降解肉蛋白結(jié)構(gòu)，脂肪酶和脂氧合酶在氧氣環(huán)境中會(huì)將不飽和脂肪酸氧化，導(dǎo)致脂肪酸敗變質(zhì)。肉類自身酶的作用是肉類變質(zhì)初期的重要因素。
天然蛋白質(zhì)通常不能直接被微生物吸收，這是因?yàn)樘烊坏鞍踪|(zhì)是高分子的膠體粒子，它不能通過(guò)微生物的細(xì)胞膜。大多數(shù)微生物都是在蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物上才能迅速發(fā)展，肉的自溶為微生物的繁殖提供了條件。
腐敗微生物的生長(zhǎng)：動(dòng)物死后由于停止了血液循環(huán)，失去了吞噬細(xì)菌的功能，使得細(xì)菌得到了繁殖生長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。鮮肉在屠宰、分割至包裝的各個(gè)階段都有可能被腐敗細(xì)菌污染。如乳桿菌、弗式假單胞菌、熱殺索斯菌等。微生物除了吸收生物體內(nèi)酶分解產(chǎn)生的小分子物質(zhì)作為自己的代謝能量外，一些微生物自身也會(huì)在胞外產(chǎn)生蛋白酶，分解鮮肉內(nèi)的蛋白質(zhì)等大分子化合物。肌肉組織的腐敗就是肌肉中蛋白質(zhì)受微生物作用的分解過(guò)程，微生物將蛋白質(zhì)初步水解為多肽，再水解成為氨基酸。脂肪是肉類在貯藏過(guò)程中最易腐敗的成分之一。最初的脂肪酸敗是由于脂肪組織本身酶的作用，在微生物大量繁殖生長(zhǎng)后，微生物成為脂肪酸敗的主要原因。微生物產(chǎn)生的脂肪酶將脂肪分解為脂肪酸和甘油，使鮮肉產(chǎn)生了不良?xì)馕?。在一定的溫度濕度和氣體環(huán)境下，微生物借助生物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量繁殖，破壞鮮肉肉質(zhì)的同時(shí)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，這是使鮮肉腐敗的主要因素。
1.3 冷鏈運(yùn)輸各環(huán)節(jié)對(duì)鮮肉新鮮度的影響
鮮肉的冷鏈物流指鮮肉在經(jīng)過(guò)冷凍加工后，在包裝、分揀、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等各個(gè)環(huán)節(jié)始終處于低溫環(huán)境，最大程度減緩整個(gè)物流環(huán)節(jié)中鮮肉的腐敗進(jìn)程，保證營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不被破壞。
1.3.1 冷卻加工
剛被屠宰后鮮肉的溫度、濕度極其適合微生物的繁殖生長(zhǎng)，體內(nèi)酶活性高，不利于鮮肉的保存。溫度是影響酶活性的重要因素，鮮肉體內(nèi)的酶在30～40℃下的活性最高，降低溫度可以使酶的活性迅速降低，在0～40℃下，溫度每降低10℃，酶的活性會(huì)被削弱二分之一到三分之一，酶的活性降低會(huì)大大減緩食品腐敗速度。低溫環(huán)境也可以降低腐敗微生物生長(zhǎng)繁殖的速度，減慢物質(zhì)代謝，打亂微生物體內(nèi)平衡，使微生物細(xì)胞原生質(zhì)變稠，水循環(huán)失調(diào)，膠體吸水性降低。通過(guò)破壞微生物的生成代謝來(lái)減少鮮肉內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變質(zhì)。在冷鮮肉加工時(shí)，會(huì)在剛屠宰后的鮮肉表面用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的乳酸進(jìn)行沖淋，抑制微生物的繁殖，然后迅速將鮮肉放置在-15℃的冷卻間快速冷卻1～1.5h，使得胴體溫度快速降低，達(dá)到抑制胴體表面微生物生長(zhǎng)和胴體內(nèi)酶活性的目的。在快速冷卻結(jié)束后，再將鮮肉放置在-1～4℃的預(yù)冷間將胴體中心溫度保持在0～4℃。
1.3.2 冷鮮肉貯藏和運(yùn)輸
熱鮮肉與冷鮮肉在運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中的區(qū)別在于胴體溫度不同。熱鮮肉通常是在凌晨宰殺分割，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后在清晨于市場(chǎng)售賣；冷鮮肉在經(jīng)過(guò)2次冷卻等加工后，在貯藏和運(yùn)輸環(huán)節(jié)始終保持胴體溫度在0～4℃。溫度控制是冷鏈物流中的核心，金鑫等通過(guò)分析不同溫度貯藏?zé)狨r豬肉品質(zhì)發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)圖2），在25℃下保存的豬肉比在4℃保存的豬肉揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）值提前60h達(dá)到150mg/kg。在抑制微生物方面，低溫環(huán)境以及對(duì)運(yùn)輸工具的及時(shí)消毒降低了運(yùn)輸過(guò)程中微生物對(duì)鮮肉的影響。劉陽(yáng)泰等測(cè)試了鮮肉在全程非冷鏈、部分冷鏈、全程冷鏈這3種流通模式中單增李斯特菌的最終暴露量，結(jié)果顯示基于全程冷鏈的鮮肉最終陽(yáng)性檢出率為6.50%，基于全程非冷鏈的鮮肉陽(yáng)性檢出率約為前者的7倍。
圖2 不同溫度下豬肉TVB-N值增長(zhǎng)情況
在鮮肉冷鏈物流過(guò)程中，冷鮮肉的貯藏和運(yùn)輸是對(duì)冷鮮肉質(zhì)量安全影響較大的環(huán)節(jié)。在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中，運(yùn)輸工具內(nèi)的冷藏溫度可能會(huì)發(fā)生波動(dòng)；在運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的裝卸和搬運(yùn)等過(guò)程均會(huì)使冷鮮肉溫度發(fā)生波動(dòng)。付麗等發(fā)現(xiàn)溫度波動(dòng)對(duì)冷鮮肉的新鮮度影響巨大。
1.3.3 冷鮮肉銷售
冷鮮肉在經(jīng)過(guò)運(yùn)輸后進(jìn)入銷售端，在上架銷售前會(huì)再對(duì)冷鮮肉進(jìn)行清洗，清洗過(guò)后的冷鮮肉會(huì)被包裹一層保鮮膜或被放置于氣調(diào)包裝內(nèi)，有利于消費(fèi)者選購(gòu)，同時(shí)也可以抑制微生物的生長(zhǎng)，減緩代謝。上架后冷柜同樣使冷鮮肉始終處于低溫環(huán)境。從整個(gè)流程來(lái)看，冷鮮肉從加工到運(yùn)輸再到銷售，各個(gè)環(huán)節(jié)都有利于肉類的營(yíng)養(yǎng)保存，保質(zhì)期延長(zhǎng)。
1.4 鮮肉新鮮度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)
鮮肉在物流期間，內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)成分在內(nèi)源性酶和腐敗微生物的氨化和轉(zhuǎn)胺作用下被大量消耗，逐漸產(chǎn)生氨、伯胺、仲胺類等含氮堿性物質(zhì)，這類物質(zhì)隨后與鮮肉內(nèi)部代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸發(fā)生反應(yīng)生成了具有揮發(fā)特性的鹽基態(tài)氮。TVB-N值會(huì)隨著鮮肉逐漸腐敗而變大，可以有效反應(yīng)肉的新鮮程度，目前TVB-N值是評(píng)價(jià)肉新鮮度的重要理化標(biāo)準(zhǔn)之一。
隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，冷鮮肉感官特征發(fā)生明顯變化。體內(nèi)酶的催化作用和微生物不斷代謝產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，產(chǎn)生異味，并且在腐敗過(guò)程中肉品色澤變化也比較明顯，在經(jīng)過(guò)屠宰、冷卻、加工等程序后，鮮肉表面肌紅蛋白逐漸被氧氣生成氧合肌紅蛋白，鮮肉呈現(xiàn)正常的鮮紅色。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，鮮肉外表面水分逐漸缺失，肌肉組織內(nèi)部缺少氧氣，厭氧性微生物逐漸增加，在酶和微生物的催化下，肌紅蛋白逐漸被破壞，鮮肉外表顏色從鮮紅逐漸變?yōu)榘导t。從鮮肉外表特征中可以區(qū)分鮮肉新鮮程度，見(jiàn)表1，根據(jù)NY/T 1759-2009，畜肉類被分為3個(gè)新鮮度。魚類和海產(chǎn)品新鮮度標(biāo)準(zhǔn)主要依靠揮發(fā)性含氮化合物值來(lái)判定。
表1 國(guó)家畜肉類新鮮度標(biāo)準(zhǔn)
| 級(jí)別標(biāo)準(zhǔn) | 肉色 | 肌肉質(zhì)地 | 脂肪色 | TVB-N值/ (mg·kg−1) |
| Ⅰ級(jí) | 鮮紅色，光澤好 | 堅(jiān)實(shí)，紋理致密 | 白色，光澤好 | ≤50 |
| Ⅱ級(jí) | 深紅色，光澤一般 | 較為堅(jiān)實(shí)，紋理致密度一般 | 較白略帶黃色，光澤 | ≤100 |
| Ⅲ級(jí) | 暗紅色，光澤較差 | 堅(jiān)實(shí)度較差，紋理致密度較差 | 淡黃色，光澤較差 | ≤150 |
2 食品新鮮度的監(jiān)測(cè)方法
2.1 感官檢測(cè)法
感官檢測(cè)法是利用人類的感知，通過(guò)眼看、鼻聞、手摸的手段分析食物的顏色、氣味、質(zhì)感，對(duì)食物質(zhì)量和新鮮程度進(jìn)行評(píng)估。鮮肉在腐敗過(guò)程中色澤、肉質(zhì)、紋理和氣味會(huì)發(fā)生一定變化。消費(fèi)者在經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)或積累大量生活經(jīng)驗(yàn)后可以直接通過(guò)感官快速及時(shí)地判斷出鮮肉的新鮮程度。感官檢測(cè)法無(wú)需成本，不受設(shè)備場(chǎng)地限制，目前國(guó)內(nèi)大部分消費(fèi)者主要采用這類方法。從近些年來(lái)層出不窮的食品安全問(wèn)題來(lái)看，單純通過(guò)人類感官判斷不適用于所有消費(fèi)者。
2.2 電子鼻檢測(cè)法
電子鼻主要通過(guò)氣體傳感器模擬人類嗅覺(jué)，將鮮肉腐敗過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體吸附，通過(guò)相關(guān)電子設(shè)備分析氣體成分和濃度，再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)方便系統(tǒng)進(jìn)行分析識(shí)別，通過(guò)信號(hào)反饋可以得到待測(cè)食品新鮮程度。王敏選用MOS傳感器，設(shè)計(jì)了檢測(cè)冰箱中食品新鮮度的電子鼻系統(tǒng)，見(jiàn)圖3，該傳感器主要通過(guò)不同濃度的目標(biāo)氣體導(dǎo)致傳感器的導(dǎo)電率不同，最終反應(yīng)為傳感器阻值的變化，通過(guò)感應(yīng)電壓來(lái)顯示食品新鮮程度。
圖3 電子鼻系統(tǒng)
經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)傳感器輸出電壓超過(guò)0.5V時(shí)，鮮肉表面顏色逐漸加深，當(dāng)傳感器輸出電壓超過(guò)1.5V時(shí)，鮮肉揮發(fā)性鹽基氮含量超過(guò)150mg/kg，變?yōu)楦瘮∪猓?jiàn)圖4。
圖4 電子鼻隨時(shí)間響應(yīng)曲線
電子鼻系統(tǒng)往往用于檢測(cè)整個(gè)冰箱或冷柜的食品新鮮度，檢測(cè)空間較大。鮮肉腐敗初期，揮發(fā)氣體濃度較少時(shí)，電子鼻系統(tǒng)靈敏度較低。Kuchmenko為了提高靈敏度，在傳感器電極上固定對(duì)不同氣體敏感的吸附劑。在檢測(cè)信息處理方面，使用合適的算法可以加快檢測(cè)速度和精度。Juan等使用支持向量機(jī)（SVM）算法處理信息，有效提升了檢測(cè)速度和準(zhǔn)確率。
電子鼻系統(tǒng)對(duì)設(shè)備依賴大，適用于搭載在冷鏈運(yùn)輸工具上或貯藏空間內(nèi)，檢測(cè)信息依靠電子設(shè)備傳輸，這樣通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以直接與檢測(cè)中心相連，對(duì)食品新鮮度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。Feng使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)的算法儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)的檢測(cè)系統(tǒng)連接，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中智能化檢測(cè)。
綜上所述，電子鼻檢測(cè)法對(duì)檢測(cè)設(shè)備依賴較大，針對(duì)貯藏和運(yùn)輸環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)，食品腐敗初期檢測(cè)精度較低，且在銷售環(huán)節(jié)無(wú)法直接對(duì)消費(fèi)者提供新鮮度信息，具有一定局限性。
2.3 紅外光譜檢測(cè)法
近紅外光譜檢測(cè)指用波長(zhǎng)在750～2500nm的近紅外光對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行光譜掃描，同時(shí)對(duì)待測(cè)樣品相關(guān)理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，得出數(shù)據(jù)，通過(guò)組建模型將樣品光譜圖像與理化性質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)合，設(shè)計(jì)相關(guān)算法，通過(guò)光譜圖像可直接對(duì)樣品性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。近紅外光譜檢測(cè)作為一種無(wú)損檢測(cè)方法，已逐漸用于食品鑒別和安全檢測(cè)。Sun采用紅外光譜對(duì)山楂果粉中的摻假進(jìn)行快速檢測(cè)，Yin使用紅外光譜對(duì)吐司面包表面污染進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。在肉品新鮮度變化過(guò)程中，蛋白質(zhì)、脂肪和水分含量等營(yíng)養(yǎng)成分也相應(yīng)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致鮮肉光譜成像發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)了一些與肉質(zhì)相關(guān)的特征波長(zhǎng)，如在430nm附近的肌紅蛋白引起的吸收峰，在980，1450，1950nm處由水分引起的吸收峰等，Liao等采用近紅外光譜對(duì)豬肉進(jìn)行了在線檢測(cè)，采集了位于350～1100nm的211個(gè)樣本，經(jīng)過(guò)噪聲處理后建立了PLSR模型，取得了良好的預(yù)測(cè)結(jié)果。何鴻舉等以雞胸肉為樣品，采集了波長(zhǎng)900～1650nm的光譜信息，研究光譜信息與細(xì)菌菌落總數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)果表明，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雞胸肉細(xì)菌總數(shù)的快速無(wú)接觸檢測(cè)。
影響光譜變化的因素較多，光譜信息復(fù)雜，需要降維處理才能從中提取有效信息，挖掘特征。魏文松等采用逐步回歸算法和連續(xù)投影算法，篩選與TVB-N含量相關(guān)的特征波長(zhǎng)，建立模型。上述方法多采用單向方式提取特征變量，模型反演精度較低。張鈺研究了一種反饋型特征變量的智能提取方法，在粒子更新方式和慣性權(quán)重這2個(gè)方面對(duì)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)，采用該算法提取羊肉光譜信息特征波長(zhǎng)可以有效提高模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。
Yu采用可見(jiàn)近紅外光譜與近紅外光譜這2種高光譜成像系統(tǒng)對(duì)冷藏的羅非魚進(jìn)行光譜掃描，將2種光譜數(shù)據(jù)融合，并采用遺傳算法和競(jìng)爭(zhēng)自適應(yīng)重加權(quán)法等多種變量選擇特征波長(zhǎng)的方法進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，基于低級(jí)數(shù)據(jù)融合的變量選擇方法比單一光譜數(shù)據(jù)獲得了更好的模型。
綜上所述，紅外光譜檢測(cè)鮮肉新鮮度應(yīng)用于冷鏈物流具有很大潛力，該技術(shù)具有不破壞樣本，使用方便，易實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可以在倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)進(jìn)行大批量快速無(wú)損檢測(cè)，目前國(guó)內(nèi)還是停留在實(shí)驗(yàn)階段。在肉制品變質(zhì)過(guò)程中，內(nèi)部變化復(fù)雜多樣，造成光譜信息變化的因素較多，需要采集大量鮮肉樣品信息才能保證模型預(yù)測(cè)結(jié)果穩(wěn)定可靠。
2.4 計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別
在肉品腐敗變質(zhì)過(guò)程中，其內(nèi)部化學(xué)組分變化的同時(shí)也伴隨顏色、紋理等外部特征的變化，可將顏色和紋理特征作為肉品新鮮程度和質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)屬于感官檢測(cè)法的高級(jí)運(yùn)用，通過(guò)計(jì)算機(jī)代替人類去理解和識(shí)別目標(biāo)圖像，并借助圖像處理技術(shù)將肉品顏色、紋理等圖像特征進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)肉品新鮮度的預(yù)測(cè)和分析。Chen等利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)提取大量牛肉脂肪圖像信息，與支持向量機(jī)結(jié)合，對(duì)牛肉進(jìn)行了分級(jí)。潘婧等以計(jì)算機(jī)視覺(jué)為基礎(chǔ)，提取豬肉顏色特征參數(shù)，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)豬肉新鮮度。
單一的計(jì)算機(jī)視覺(jué)無(wú)法檢測(cè)鮮肉內(nèi)部信息，檢測(cè)精度不高。Sooin等采用125～128kHz的電阻抗譜和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套無(wú)創(chuàng)新鮮度評(píng)估系統(tǒng)，其使用電阻抗儀獲得肉類的電阻抗譜，經(jīng)過(guò)阻抗值和相關(guān)理化性質(zhì)的測(cè)試，得出阻抗值與貯藏時(shí)間基本呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)頻率達(dá)到128kHz時(shí)，相關(guān)性達(dá)到最高。結(jié)合電阻抗譜和計(jì)算機(jī)采集的肉圖像信息，利用Adaboost分類算法和梯度增強(qiáng)回歸算法組建預(yù)測(cè)模型，該模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率比單獨(dú)使用計(jì)算機(jī)圖像預(yù)測(cè)提高了30%，達(dá)到了85%。萬(wàn)新民將豬肉近紅外光譜信息與計(jì)算機(jī)視覺(jué)信息融合，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立基于2種檢測(cè)信息的識(shí)別模型，結(jié)果表明其評(píng)判結(jié)果的準(zhǔn)確性高于單一信息模型。
為方便消費(fèi)者使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，Isabel等設(shè)計(jì)了一種使用智能手機(jī)就可以檢測(cè)鮮肉新鮮度系統(tǒng)，通過(guò)氣體傳感器檢測(cè)了鮮肉在腐敗過(guò)程中散發(fā)出的氣體，分析了鮮肉在不同新鮮程度時(shí)細(xì)菌的增長(zhǎng)情況。將不同新鮮程度鮮肉散發(fā)出氣體的濃度值與細(xì)菌數(shù)結(jié)合鮮肉圖像的灰度建立函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)豬肉灰度值大于98.5時(shí)，鮮肉處于腐敗狀態(tài)。
計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是光學(xué)成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能等多種技術(shù)融合而成，具有速度快、智能化高、穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)只可以采集食品表面信息，單獨(dú)檢測(cè)精度不高，與近紅外光譜技術(shù)等可以采集鮮肉內(nèi)部信息的檢測(cè)方法結(jié)合，可以有效提升準(zhǔn)確率。隨著計(jì)算機(jī)等電子硬件成本的降低，該技術(shù)會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
2.5 智能標(biāo)簽技術(shù)
智能標(biāo)簽一般利用可以隨著周圍環(huán)境某些因素改變而發(fā)生顏色改變或形態(tài)變化的物質(zhì)作為指示劑，再將指示劑通過(guò)某種載體制成的標(biāo)簽。智能標(biāo)簽具有體積小、成本低、信息識(shí)別方便等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在防偽、物流跟蹤、溫度監(jiān)測(cè)、新鮮度監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。Trico使用銀鹽和TiO2制成了光敏水性墨水，在可見(jiàn)光照射下顏色可以發(fā)生顯著變化。Vivaldi使用摻銅離子液體裝飾RFID標(biāo)簽，使該標(biāo)簽對(duì)溫度敏感，可以監(jiān)測(cè)冷鏈物流中溫度的變化。Marra Fa-brizio將石墨烯納米片分散在水基油墨中制成應(yīng)變標(biāo)簽，可以監(jiān)測(cè)衣服等紡織品在洗滌后的應(yīng)變。智能標(biāo)簽作為食品新鮮度檢測(cè)領(lǐng)域最早發(fā)展的技術(shù)之一具有非常大的發(fā)展?jié)摿?，?biāo)簽可以跟蹤冷鏈物流中任何環(huán)節(jié)，同時(shí)低廉的成本和易于識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)使智能標(biāo)簽在冷鏈物流產(chǎn)業(yè)鏈最下游的銷售環(huán)節(jié)依然可以作為消費(fèi)者識(shí)別包裝內(nèi)部食品新鮮度的參照。
圖5 在4℃下貯存包裝的不同新鮮度指示標(biāo)簽的顏色變化
化學(xué)指示劑具有性能穩(wěn)定、成本低廉、易于加工等優(yōu)點(diǎn)，被研究人員大量使用。Kuswandi等使用甲基紅與溴甲酚紫這2種酸堿指示劑混合制成標(biāo)簽，使得標(biāo)簽監(jiān)測(cè)范圍變廣，顏色變化明顯，可以更清楚地監(jiān)測(cè)到鮮肉的新鮮程度。杜月紅等使用溴甲酚藍(lán)、溴甲酚紫、溴百里酚藍(lán)和甲基紅等4種指示劑，將4種指示劑兩兩混合后分別制成6種薄膜，用于監(jiān)測(cè)豬肉新鮮度，見(jiàn)圖5。Guo使用20種不同類型帶有鹵色染料的多孔納米復(fù)合材料制成條形碼，根據(jù)鮮肉揮發(fā)出的氣體種類和濃度不同，形成彩色條形碼，使用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DCNN）對(duì)大量條形碼訓(xùn)練，得到預(yù)測(cè)肉類新鮮度的DCNN，準(zhǔn)確率可以達(dá)到98.5%。該DCNN可以移植入智能手機(jī)，使用戶可以隨時(shí)獲得新鮮度信息。隨著科技的進(jìn)步和智能材料的不斷出現(xiàn)，環(huán)保和易于大規(guī)模加工生產(chǎn)成為了智能標(biāo)簽技術(shù)新的發(fā)展趨勢(shì)。
2.5.1 材料環(huán)?；?/div>
圖6 多層pH敏感復(fù)合膜結(jié)構(gòu)
圖7 不同pH值下油墨的顏色
智能標(biāo)簽可以變色的原因就在于代謝產(chǎn)物與指示劑發(fā)生變色反應(yīng)。指示劑是智能標(biāo)簽的心臟?；瘜W(xué)指示劑過(guò)去一直是主要指示劑。目前環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，環(huán)保成為主流，許多天然物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，天然提取物作為指示劑成為新的研究熱點(diǎn)。已有多種天然物質(zhì)被作為指示劑用于智能標(biāo)簽。
1）花青素?；ㄇ嗨厥且环N水溶性色素，又名花色素。其是一種酚類化合物，屬于黃酮類物質(zhì)，可以隨著周圍環(huán)境的酸堿改變顏色，見(jiàn)表2?；ㄇ嗨貜V泛存在于植物的果實(shí)中，是理想的指示劑原料?；ㄇ嗨胤植紡V泛，目前已經(jīng)在300余種植物中發(fā)現(xiàn)花青素。Zhou、Zhang、Franco、Liu、鄒小波、Zhang等從不同植物中提取花青素作為指示劑。
Zhang用淀粉/聚乙烯醇/玫瑰茄花青素薄膜對(duì)豬肉進(jìn)行新鮮度檢測(cè)，結(jié)果表明，在豬肉變質(zhì)時(shí)，薄膜從紅色變?yōu)榫G色。Franco等用醋酸纖維素和黑胡蘿卜花青素研制出一種多層pH敏感復(fù)合膜，在新鮮雞肉到腐敗雞肉的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，復(fù)合膜的顏色從粉紅色變成紫色，并通過(guò)標(biāo)簽上表示新鮮的“笑臉”和表示腐敗的“悲臉”這2種簡(jiǎn)單圖像使消費(fèi)者獲得直觀的新鮮度信息，見(jiàn)圖6。Liu使用紅甘藍(lán)花青素為指示劑，通過(guò)靜電相互作用和氫鍵結(jié)合將紅甘藍(lán)花青素固定在以聚乙烯醇和羧甲基纖維素鈉為基料的薄膜中。豬肉腐敗過(guò)程中揮發(fā)的氣體逐漸使花青素的結(jié)構(gòu)由紅色的鹽離子變?yōu)樗{(lán)色的醌堿，他還對(duì)含有不同花青素含量的薄膜進(jìn)行靈敏度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，含量越多，其對(duì)揮發(fā)性氣體越敏感，整體顏色變化不明顯，含量少，敏感度較低，顏色變化明顯。研究人員還將其他物質(zhì)加入指示膜，使薄膜在起指示功能的同時(shí)具有保護(hù)性能。Zhang從櫻桃果渣中提取花青素作為天然pH指示劑，以卡拉膠與羥丙基纖維素混合溶液為成膜基質(zhì)，采用熔融法制備了新鮮度指示膜，并將軟木樹(shù)皮提取物作為抗菌劑加入薄膜中，使薄膜具有抗氧化和抗菌性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軟木樹(shù)皮提取物顯著提升了薄膜的抗氧化性能，在加入后薄膜DPPH自由基清除率提升至58.86%。軟木樹(shù)皮提取物使大腸桿菌抑菌圈直徑從1.50cm增大到3.60cm，金黃色葡萄球菌抑菌圈直徑從2.90cm增大到3.95cm，使薄膜具有了抗菌性能。
2）姜黃素。姜黃素是一種從姜科植物姜黃及其根莖中提取出來(lái)的天然植物色素，屬于二酮類色素。姜黃素易于提取，著色效果好，在食品行業(yè)主要作為食品著色劑，對(duì)人體健康有益。姜黃素對(duì)環(huán)境中pH變化具有一定敏感性，當(dāng)周圍環(huán)境由酸性變?yōu)閴A性時(shí)姜黃素內(nèi)分子兩端的羥基發(fā)生電子云偏離的共軛效應(yīng)，當(dāng)pH大于8時(shí)，姜黃素溶液會(huì)發(fā)生變色反應(yīng)，酸性條件下的紅色變?yōu)辄S色。
表2 花青素在不同pH下的變化
| pH值范圍 | pH＜3 | pH=4～5 | pH=5～7 | pH=7～9 | pH＞9 |
| 花青素變化 | 以Flavylium 陽(yáng)離子形式存在 | 發(fā)生甲醇假堿基去質(zhì)子化和水合作用，花青素以醇型假堿形式存在 | 由醇型假堿逐漸變成醌型堿 | 形成醌型堿 | 花青素在堿性環(huán)境中降解 |
| 顏色情況 | 紅色 | 淺紅 | 由淺紅變淡紫 | 紫色逐漸加深變成藍(lán)色 | 由藍(lán)色逐漸變成黃綠色 |
圖6 多層pH敏感復(fù)合膜結(jié)構(gòu)
Chunhua、Taghinia、Eda、鄭輝等將姜黃素作為指示劑制成新鮮度指示膜。其中Eda等使用姜黃素、殼聚糖和聚氧乙烯為原料，研制了一種靜電紡絲納米纖維鹵化pH傳感器薄膜，用于檢測(cè)雞肉新鮮度，在雞肉變質(zhì)過(guò)程中，薄膜顏色從亮黃色變?yōu)榈t色。姜黃素單獨(dú)作為指示劑時(shí)變色范圍窄，在pH=1～7沒(méi)有顏色變化。鄭輝等將紅甘藍(lán)花青素與姜黃素混合，以卡拉膠為成膜基質(zhì)制成標(biāo)簽，對(duì)豬肉進(jìn)行新鮮度檢測(cè)，在室溫和冷藏條件下，指示標(biāo)簽均發(fā)生顏色變化，當(dāng)TVB-N值小于0.15g/kg時(shí)，指示標(biāo)簽呈綠色；當(dāng)TVB-N值在0.15～0.20g/kg時(shí)，指示標(biāo)簽開(kāi)始由綠色向黃色轉(zhuǎn)變；當(dāng)TVB-N值大于0.20g/kg時(shí)，指示標(biāo)簽完全呈黃色。指示標(biāo)簽的變色與理化指標(biāo)相匹配。
天然色素作為理想的指示劑原料具有無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，也存在化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易受環(huán)境因素影響等缺點(diǎn)。如何增加天然色素在標(biāo)簽中的穩(wěn)定性還需要更進(jìn)一步的研究。
2.5.2 生產(chǎn)便捷化
智能標(biāo)簽的主要物質(zhì)是指示劑，在研究指示劑的同時(shí)，指示劑的載體也在發(fā)展，智能指示標(biāo)簽的載體大多數(shù)為高分子材料制成的薄膜，將薄膜覆在包裝內(nèi)部，檢測(cè)食品新鮮度。有研究者將油墨作為指示劑載體，利用印刷的方式將變色油墨制成標(biāo)簽，這樣可以既有利于生產(chǎn)也有利于保存。
王洪江等使用甲基紅與溴百里酚藍(lán)這2種酸堿指示劑作為油墨的顏料，指示范圍變大。改變標(biāo)簽所處環(huán)境的pH值，標(biāo)簽上油墨呈現(xiàn)不同的顏色，從酸性條件下的紅色逐漸變?yōu)橹行原h(huán)境下的綠色，見(jiàn)圖7。
圖7 不同pH值下油墨的顏色
劉興海等以紫甘藍(lán)花青素為顯色劑，羥甲基纖維素為連接料，甘油為增塑劑，礦物油為消泡劑制成油墨。將油墨通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式印在紙張上制成標(biāo)簽，隨著揮發(fā)氨的濃度來(lái)增大，標(biāo)簽顏色從紅紫色變成黃綠色，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明該油墨具有對(duì)揮發(fā)氨的快速顯著的顏色反應(yīng)。
Wang等用藍(lán)莓花青素作為指示劑，用殼聚糖等物質(zhì)制成油墨，再采用部分脫乙酰和TEMPO-氧化（TEMPO/NaClO2/NaClO）體系制備了陽(yáng)離子（NH3+）和陰離子（COO?）修飾的甲殼素納米纖維。將納米纖維加入油墨，獲得了良好的印刷適性，耐摩擦和耐帶牢度分別達(dá)到97.8%和98.9%，通過(guò)對(duì)揮發(fā)性堿性氮和pH值的分析，證明了該標(biāo)簽對(duì)魚類新鮮度的有效指示特性。
3 結(jié)語(yǔ)
從目前的冷鏈物流市場(chǎng)分析出發(fā)，發(fā)現(xiàn)食品新鮮度檢測(cè)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的技術(shù)依然存在一些使用限制，成本過(guò)高依然是限制我國(guó)新鮮度檢測(cè)技術(shù)商用的主要因素，電子鼻技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)等由于設(shè)備限制只能應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)和物流環(huán)節(jié)，無(wú)法對(duì)消費(fèi)者直接提供新鮮度信息。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)依托于移動(dòng)智能手機(jī)，逐漸擺脫設(shè)備限制，使消費(fèi)者可以快速檢測(cè)食品新鮮度，其中準(zhǔn)確率會(huì)受到食品環(huán)境中光線和本身智能手機(jī)像素等影響，達(dá)不到精準(zhǔn)檢測(cè)。近年來(lái)，智能標(biāo)簽檢測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，氣體指示型智能標(biāo)簽檢測(cè)具有更準(zhǔn)確、更便捷等優(yōu)點(diǎn)。標(biāo)簽可以通過(guò)工廠大規(guī)模生產(chǎn)；指示劑也開(kāi)發(fā)出天然植物色素，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；標(biāo)簽可以監(jiān)測(cè)整個(gè)冷鏈物流，在銷售環(huán)節(jié)可以直接向消費(fèi)者提供新鮮度信息，新鮮度信息也便于識(shí)別。智能標(biāo)簽具有非常大的實(shí)用性。
版權(quán)聲明：
1. 轉(zhuǎn)載本網(wǎng)內(nèi)容，請(qǐng)注明來(lái)源“中國(guó)肉類機(jī)械網(wǎng)”，或與本網(wǎng)聯(lián)系，違者將追究法律責(zé)任。
2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載刊登的文章以信息傳播為目的，僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，版權(quán)由原作者或供稿方所擁有，并不構(gòu)成投資建議，據(jù)此操作，風(fēng)險(xiǎn)自擔(dān)。
3. 如果轉(zhuǎn)載文章涉及您的合法權(quán)益和版權(quán)問(wèn)題，或者轉(zhuǎn)載出處出現(xiàn)錯(cuò)誤，請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系進(jìn)行刪除。
4. 友情提醒：網(wǎng)上交易有風(fēng)險(xiǎn),請(qǐng)買賣雙方謹(jǐn)慎交易,謹(jǐn)防上當(dāng)受騙！
5. 投稿與合作熱線：010-88133989， E-mail：mpmpc@126.com
