基于智能包装标签的典型生鲜配菜新鲜度无损检测的研究

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生鲜食材含水量高、营养丰富,经过切割处理后其组织结构受到不同程度的破坏,更易滋生微生物,导致食材新鲜度下降,影响产品的安全性。新鲜度的常规理化检测方法耗时耗力,因此如何实现生鲜配菜新鲜度的实时、无损、便捷检测变得尤为重要。本课题选择三类典型生鲜切割配菜:鲜切蔬菜(青椒和西兰花)、冷鲜肉(猪肉)、生鲜水产品(鳙鱼)作为研究对象,制备CO2敏感型和挥发性含氮化合物敏感型智能包装标签,通过标签颜色指示包装内部环境变化反馈新鲜度信息,并结合化学计量学的方法定性判别生鲜配菜新鲜度等级和定量预测新鲜度评价指标,旨在开发一种基于智能包装标签的生鲜配菜新鲜度无损实时检测的新方法。主要内容如下:首先,采用理化、微生物和感官指标结合电子鼻检测分别对生鲜配菜(鲜切青椒、冷鲜猪肉和鳙鱼头)在冷藏过程中的品质和新鲜度进行分析,为后续新鲜度指示型智能包装标签的设计提供研究基础。通过多元统计分析方法,将鲜切青椒、冷鲜猪肉和鳙鱼头冷藏过程中的新鲜度等级分为新鲜级、次新鲜级和腐败级;建立基于常规品质指标的鲜切青椒、冷鲜猪肉和鳙鱼头新鲜度等级的Fisher判别模型,预测集的识别率依次为93.8%、81.5%和90.0%;同时结合电子鼻对生鲜配菜冷藏过程中的新鲜度等级进行分析,结果与基于常规品质指标的新鲜度划分一致。其次,采用溴百里酚蓝、甲基红、溴甲酚紫等合成指示剂及其混合指示剂制备基于pH变化的CO2敏感型和挥发性含氮化合物敏感型的智能包装标签。结果表明,不同指示剂种类和浓度、成膜基质及其酸碱性对颜色响应均有影响;增塑剂的亲水性越大,标签指示膜的吸水性越好,其颜色响应越快。(1)包装内CO2浓度与鲜切青椒的菌落总数和感官评分均有高相关性(p<0.01);MB2型CO2敏感型智能包装标签(甲基红:溴百里酚蓝=3:2(v/v),成膜基质初始pH 7.1)对冷藏鲜切青椒新鲜度的识别效果最好,标签颜色范围为黄绿色(表示可食用)到橙色(表示腐败);建立基于包装标签颜色的鲜切青椒新鲜度等级的Fisher判别模型,预测集识别率为87.5%。(2)挥发性含氮化合物敏感型智能包装标签(溴百里酚蓝:甲基红=3:2(v/v),成膜基质初始pH 5.0)对冷鲜猪肉新鲜度识别效果最好,标签颜色范围为红色(表示新鲜)、黄色(表示次新鲜)到绿色(表示腐败);建立基于包装标签颜色的冷鲜猪肉新鲜度等级的Fisher判别模型(预测集识别率为95.8%)及新鲜度评价指标的多元校正模型,其中挥发性盐基氮(TVB-N)含量的最小二乘-支持向量机(LS-SVM)预测模型效果最好,预测集决定系数(Rp2)为0.9028,剩余预测偏差(RPD)为3.1201;菌落总数的偏最小二乘回归(PLSR)预测模型效果最好,Rp2为0.8802,RPD为2.9515。(3)挥发性含氮化合物敏感型智能包装标签(溴甲酚紫,成膜基质甘油、甲基纤维素,初始pH 4.0)可实现鳙鱼肉新鲜度无损快速检测,响应时间10 min;鱼肉的新鲜度为新鲜、次新鲜和腐败,对应的标签颜色分别为绿色、蓝绿色和深蓝色(或蓝紫色);建立基于包装标签颜色的鱼肉新鲜度等级的Fisher判别模型(预测集识别率为90.5%),TVB-N含量的LS-SVM预测模型(Rp2=0.9240,RPD=3.2196)和菌落总数的多元线性回归(MLR)预测模型(Rp2=0.8191,RPD=2.4089)效果最好。再次,在合成指示剂智能包装标签基础上,结合硅窗包装,研制适用于鲜切西兰花新鲜度实时检测的智能硅窗包装标签。结果表明,4℃下150±10 g鲜切西兰花包装盒的最佳硅窗面积为0.9 cm2。根据常规品质指标,将鲜切西兰花冷藏过程中的新鲜度等级分为新鲜级、次新鲜级和腐败级,Fisher判别模型的预测集识别率为95.2%。电子鼻对鲜切西兰花的新鲜度等级分析结果与常规品质指标的分析结果一致。基于冷藏过程中的鲜切西兰花新鲜度与硅窗包装内CO2浓度的相关性分析,确定MB2型CO2敏感型智能硅窗包装标签对冷藏鲜切西兰花的新鲜度识别效果最好,标签颜色范围为黄绿色(表示可食用)到橙色(表示腐败);基于MB2型包装标签颜色的鲜切西兰花新鲜度等级的Fisher判别模型(预测集识别率为83.3%),菌落总数的MLR预测模型(Rp2=0.8622,RPD=2.7320)效果最好。B1型CO2敏感型智能硅窗包装标签(溴百里酚蓝,成膜基质初始pH 7.6)的识别效果次之,标签颜色范围为绿色(表示可食用)到黄绿色(表示腐败);基于B1型包装标签颜色的鲜切西兰花新鲜度等级的Fisher判别模型(预测集识别率为83.3%),菌落总数的MLR预测模型(Rp2=0.8496,RPD=2.6152)效果最好。结合冷藏库内光电传感器检测上述MB2型和B1型标签颜色变化,能较好地在线识别鲜切西兰花新鲜度等级,初步实现包装鲜切西兰花的智能贮藏。最后,为了替代合成指示剂,利用天然指示剂研制适用于鳙鱼头新鲜度实时检测的智能包装标签。采用姜黄素和紫薯花色苷两种天然指示剂及其混合指示剂制备基于pH变化的挥发性含氮化合物敏感型的智能包装标签。结果表明,姜黄素膜的稳定性较好,花色苷膜的稳定性较差,混合指示剂膜的稳定性介于两者之间;姜黄素-花色苷/可溶性淀粉/聚乙烯醇/甘油膜(4号膜)对贮藏过程中鳙鱼头的新鲜度指示效果较好,对颜色数据的主成分分析与传统品质指标的划分一致,可将新鲜度等级划分为新鲜级、次新鲜级和腐败级;姜黄素/可溶性淀粉/聚乙烯醇/甘油膜(2号膜)对鱼头新鲜级和腐败级的颜色指示最明显;而花色苷/可溶性淀粉/聚乙烯醇/甘油膜(3号膜)的指示颜色范围最广,不适宜肉眼判别鱼头的新鲜度。通过2号、3号和4号膜颜色数据的Fisher判别分析,对鳙鱼头新鲜度等级的预测集识别率分别为93.3%、90.0%和96.7%;通过2号、3号和4号膜颜色数据的多元校正模型预测鳙鱼头的TVB-N含量和菌落总数,3号膜拟合效果最好,4号膜拟合效果略差,2号膜介于两者之间。
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