青鱼新鲜度智能标签的研究

何华鹏，张 慜*，陈慧芝，杨朝晖

（1.江南大学 食品学院，江苏 无锡214122；2.扬州冶春食品生产配送股份有限公司，江苏 扬州225000）

在水产品的贮藏、运输和销售环节中，实时监控水产品的新鲜度有很大的必要性。目前国家标准GB/T 5009.44—2003和水产行业标准SC/T 3032—2007中，选用半微量定氮法对水产品的挥发性盐基氮进行监测[1]，从而确定水产品的新鲜度。然而，这种测定方法只适合于实验室内进行测定，在水产品的贮藏、运输和销售时，由于需要相关仪器、试剂且取样时对水产品进行破坏，故不能方便、实时地测定出水产品的新鲜度。

近年来，在Joseph Miltz等人提出并初步界定智能标签的内涵后[2]，将智能标签与水产品的保鲜相结合，使用智能标签或新鲜度指示卡对水产品的新鲜度进行实时监控这一思路，逐渐被国内外研究人员所重视[3]。作者旨在探究智能标签颜色变化与青鱼新鲜度之间的相关性，从而为智能标签用于青鱼的物流、销售环节提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料、试剂与仪器

青鱼、食用保鲜膜：购于无锡市华润万家超市太湖店；溴甲酚紫、溴百里香酚蓝、次甲基蓝、盐酸、甲基红、硼酸、轻质氧化镁：国药集团化学试剂有限公司产品；PB203-N电子天平：上海天平仪器厂产品；CR-400色差计：柯尼卡美能达（中国）投资有限公司产品。

1.2 实验方法

1.2.1 挥发性盐基氮的测定方法 对挥发性盐基氮（TVBN）的测定按照GB/T 5009.44—2003所述，采用半微量定氮法测量水产品待测样品中的挥发性盐基氮[4]。根据现行有效的《鲜、冻动物性水产品卫生标准》（GB 2733—2015）中规定淡水鱼虾的挥发性盐基氮值需≤20 mg/hg[5]。

1.2.2 智能标签的制备 分别配置质量分数0.3%、0.5%、0.7%的溴百里香酚蓝以及溴甲酚紫的乙醇溶液。取干燥、洁净、无皱褶的滤纸，分别浸泡在溶液中10 s，除去滤纸上多余溶液，将其粘附在食品用防水油纸上，制成智能标签。

1.2.3 智能标签色泽的测定 使用色差计测定塑料盒中智能标签的色差并将其记录，绘制成统计图。采用CIELAB公式计算各时刻和初始时刻智能标签的色差ΔE：

式中，L*为待测物品的明度，L*值范围从0至100，如果L*值越大，说明待测物体的明度越高；而L*值越小，说明待测物体的明度越低。标准白色比色板的L*值理论上应为100。实验中，取智能标签与标准白色比色板的明度差L*进行测定。

a*表示待测物品颜色的红绿。标准白色比色板的a*值理论上应为0。实验中，取智能标签与标准白色比色板的红绿色差a*进行测定。

b*表示待测物品颜色的黄蓝。标准白色比色板的b*值理论上应为0[6]。实验中，取智能标签与标准白色比色板的黄蓝色差b*进行测定。

1.2.4 样品的处理及实验过程

1）青鱼样品的处理 将市场上购买的已宰杀的新鲜青鱼置于冰块中，尽快运输至实验室冰库于-22℃贮藏。实验开始后，从冰库取出青鱼，然后用洁净的刀切割其脊背处，平行取数个质量相同的青鱼胴体，将其置于预先消毒过的食品用塑料盒中。

2）青鱼的贮藏实验 将制备完毕的智能标签分成3组，质量分数0.3%的溴甲酚紫和溴百里香酚蓝置于同一塑料盒中，质量分数0.5%的置于同一塑料盒中，质量分数0.7%的置于同一塑料盒中，完成后将塑料盒关闭。取3组青鱼样品过后，再取足够青鱼胴体置于塑料盒中，每隔6～12 h对其测定一次挥发性盐基氮值，并使用色差计读取智能标签颜色的色差。所有盛放样品的塑料盒置于相同环境中放置。

同时在相同环境中，用相同的食品塑料盒仅盛放溴甲酚紫和溴百里香酚蓝的智能标签，每隔6～12 h测量色差，作为对照组。

3）加保护膜的智能标签实验 取3组50 g青鱼样品过后，再取一组50 g青鱼置于一个塑料盒中，放入用食品用保鲜膜包裹的质量分数0.5%溴甲酚紫的智能标签，与未经包裹的质量分数0.5%溴甲酚紫的智能标签进行对照，观测智能标签上加装保护膜后是否对其新鲜度的监测发生影响。取4组青鱼样品过后，再取足够青鱼胴体置于塑料盒中，每隔6～12 h对其测定挥发性盐基氮值，并使用色差计测量智能标签颜色的色差。所有盛放样品的塑料盒置于相同环境中放置。

2 结果与分析

2.1 智能标签指示剂的选择

鱼类变质而散发出的挥发性含氮物质一般呈碱性，能改变密闭环境中的pH。故选择适合的pH指示剂用于智能标签的制作。Fu等人[7]研究发现，溴甲酚绿、溴甲酚紫、溴酚蓝、氯酚红、刚果红可以用于冷冻肉类新鲜度的监测。

作者选用溴甲酚紫和溴百里香酚蓝两种pH变色范围不同的指示剂用于制作智能标签，从而选出更为合适的智能标签指示剂。

图1和图2为装有青鱼与溴百里香酚蓝、溴甲酚紫智能标签的包装盒的照片。每张图内的智能标签，左为溴百里香酚蓝指示剂制备的标签，右为溴甲酚紫指示剂制备的标签。图1为实验刚开始时的情况，两种指示剂制备的标签初始颜色无显著差异。图2为36 h后实验的情况，溴甲酚紫智能标签的颜色有显著变化。

图1 实验最初的青鱼与智能标签照片Fig.1 Picture of black carp and smart tags at beginning

2.2 青鱼新鲜度的测定

鱼类二级鲜度的标准是挥发性盐基氮<20 mg/hg，一级鲜度的标准是挥发性盐基氮<13 mg/hg[8-9]。由图1的结果可知，15℃下，青鱼样品于24 h时仍处于一级鲜度的范围内，而在36 h时则超出了二级鲜度标准的范围。

图2 36 h后的青鱼与智能标签照片Fig.2 Picture of black carp and smart tags after 36 h

图3 30 g青鱼的挥发性盐基氮值随时间的变化Fig.3 Changes of TVB-N of 30g black carp with time

图4 不同质量分数溴甲酚紫智能标签的b*值随时间的变化Fig.4 Changes of b*of different concentrations of bromocresol purple smart tags with time

图5 不同质量分数溴甲酚紫智能标签的ΔE值随时间的变化Fig.5 Changes of ΔE of different concentrations of bromocresol purple smart tags with time

由图3、图4、图5可知，在0至24 h内，青鱼样品的挥发性盐基氮值较低，青鱼样品仍处于一级鲜度的范围内。而在30 h至36 h内，青鱼的挥发性盐基氮的值逐渐超出了国家规定的二级鲜度的上限。表现智能标签明度的L*及表现智能标签黄蓝的b*随着时间发生了非常明显的变化，L*由最初较为明亮的80左右不断下降，至36 h后仅为45，这说明智能标签的明度发生了极为明显的由亮至暗的改变。同时，b*由最初的60～70，随着青鱼样品新鲜度的降低也在不断下降。实验进行36 h后，质量分数为0.3%的智能标签以及0.5%的智能标签的b*均下降至0以下，而0.7%的智能标签的b*也下降至10.53，b*从最初偏向黄色色域逐渐变为偏向蓝色色域。智能标签的颜色也由亮黄色逐渐变为黄褐色、青色，最终变为蓝紫色，且变色的过程与青鱼样品的逐渐变质的过程对应度较好。

图6 不同质量分数溴百里香酚蓝智能标签的ΔE值随时间的变化曲线Fig.6 Changes of b*of different concentrations ofbromothymol blue smart tags with time

图7 不同质量分数溴百里香酚蓝智能标签的b*值随时间的变化曲线Fig.7 Changes of ΔE of different concentrations ofbromothymol blue smart tags with time

由图6、图7可以看出，溴百里香酚蓝在0～30 h时的色差变化均不是很明显，在30～36 h时ΔE值才发生了较为明显的变化。虽然溴百里香酚蓝制成的智能标签也在青鱼样品腐坏之后发生了明显的颜色变化，但是在鱼从一级鲜度和二级鲜度之间变化的过程中，溴百里香酚蓝并没有发生颜色的平滑改变且颜色变化远不如溴甲酚紫明显，就指示青鱼样品的新鲜度而言，其准确度以及和挥发性盐基氮变化的相关性，均不如溴甲酚紫制成的智能标签。

在与其相同环境中，空白的溴甲酚紫和溴百里香酚蓝智能标签的色差变化如下：

表1 质量分数0.5%溴甲酚紫在无样品下的色差变化Table 1 Color changes of 0.5% bromocresol purple without sample

表2 质量分数0.5%溴百里香酚蓝在无样品下的色差变化Table 2 Color changes of 0.5%bromothymol blue without sample

由表1和表2可见，ΔE的变化最大也仅为2.39，该色差小到人用肉眼不易辨别出其微小的差距，可见单纯的空气对于智能标签颜色的影响可以小到忽略不计。

也就是说，在没有放置水产品的密闭食品塑料盒中，溴甲酚紫和溴百里香酚蓝制成的智能标签颜色变化几乎不变，说明空气对智能标签的颜色变化几乎没有造成影响。

为了验证新鲜度智能标签在监测不同质量的同种鱼类时是否会受到影响，将青鱼样品的质量由30 g变为50 g，观测其是否仍能指示出青鱼由新鲜到变质的变化过程。

由图8知，50 g青鱼样品在30 h时稍微超出淡水鱼虾一级鲜度的限值，而在36 h时已经接近淡水鱼虾二级鲜度的限值。由图9和图10知，质量分数为0.3%、0.5%以及0.7%的智能标签的L*、b*随着青鱼样品的腐坏而不断下降。L*的下降说明，50 g青鱼的腐坏过程中，智能标签的明度不断下降；而b*由最初在60附近下降至30 h时的42～47，在36 h时下降至35左右；而当样品最终腐坏时，b*均下降至0以下，说明在青鱼样品的变质过程中，b*与30 g青鱼所进行的实验一样，从最初偏向黄色色域逐渐变为偏向蓝色色域。智能标签的ΔE值在30 h时已经大于19，在36 h时均大于32，说明在青鱼样品新鲜、一级鲜度、二级鲜度的变化中，智能标签的颜色发生了明显的色域变化，且该变化与青鱼样品的新鲜度变化趋势一致，这表明，溴甲酚紫制成的智能标签，在变化的情况下仍能表现出青鱼样品新鲜度的变化。

图8 50 g青鱼的挥发性盐基氮值随时间的变化Fig.8 Changes of TVB-N of 50g black carp with time

2.3 智能标签的颜色变化与青鱼挥发性盐基氮含量的关系

30 g青鱼和50 g青鱼的所有溴甲酚紫智能标签的ΔE值与挥发性盐基氮的值的关系见图11、12、13。

图9 b*随时间的变化曲线Fig.9 Changes of b*of 50g black carp with time

图10 ΔE随时间的变化曲线Fig.10 Changes of ΔE of 50g black carp with time

图11 质量分数0.3%溴甲酚紫智能标签ΔE值与青鱼挥发性盐基氮值的关系Fig.11 Relationship between ΔE of 0.3%bromocresol purple smart tags and TVB-N of black carp

图12 质量分数0.5%溴甲酚紫智能标签ΔE值与青鱼挥发性盐基氮值的关系Fig.12 Relationship between ΔE of 0.5%bromocresol purple smart tags and TVB-N of black carp

图13 质量分数0.7%溴甲酚紫智能标签ΔE值与青鱼挥发性盐基氮值的关系Fig.13 Relationship between ΔE of 0.7%bromocresol purple smart tags and TVB-N of black carp

图14 溴甲酚紫智能标签ΔE随时间的变化曲线比较Fig.14 Comparison of ΔE of 0.5%bromocresol purple smart tags with or without protective film

对其分别进行线性拟合，得到以下线性回归方程：

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质量分数0.3%溴甲酚紫：

质量分数0.5%溴甲酚紫：

质量分数0.7%溴甲酚紫：

3种不同质量分数的溴甲酚紫智能标签，拟合得到的回归方程相关系数R均大于0.8，说明3种智能标签的ΔE值与青鱼挥发性盐基氮质量分数均为高度正相关。

2.4 加装保护膜后的智能标签测定

为了便于淡水水产品的运输与销售，在实际生产中要将制作成的智能标签加装无毒、透气、对智能标签无干扰的保护膜，以避免在运输中水产品与智能标签可能发生的接触干扰智能标签的识别与调控。

本实验是上述50 g青鱼新鲜度监控的对照实验，采用食品用保鲜膜，将质量分数为0.5%溴甲酚紫制成的智能标签进行包裹，并监测其变色过程，与未经保鲜膜包裹的质量分数0.5%溴甲酚紫制成的智能标签进行比较。

图15 溴甲酚紫智能标签b*随时间的变化曲线比较Fig.15 Comparison of b*of 0.5%bromocresol purple smart tags with or without protective film

图16 溴甲酚紫智能标签ΔE与挥发性盐基氮值的关系Fig.16 Relationship between ΔE and TVB-N of 0.5%bromocresol purple smart tags with or without protective film

对加装保护膜前后智能标签的ΔE与样品中挥发性盐基氮含量的关系进行线性拟合，得到以下回归方程：

加装后：

加装前：

R均大于0.8，故ΔE与样品中挥发性盐基氮含量为高度正相关。

由图14、15及16可知，虽然加装保护膜后与加装保护膜之前相比，存在着一定的色差，并且ΔE与挥发性盐基氮的拟合曲线有较小的数值差，但是色差的变化趋势几乎一致且加装保护膜前后拟合回归方程R均大于0.9，说明加装保护膜后的智能标签也能非常良好地指示样品鱼的新鲜度。

3 结 语

1）随着淡水鱼类的逐渐变质，溴甲酚紫组的智能标签的颜色的明度L*和b*会发生明显的变化，智能标签的颜色也由最初的黄色变为暗褐色、青色，最终在挥发性盐基氮超出国家标准的时候变为蓝紫色。

2）溴百里香酚蓝组的智能标签颜色变化与溴甲酚紫组相比，变化的幅度及变化的趋势均不如溴甲酚紫组明显。

3）空气对智能标签的颜色变化几乎无影响，空气中置放36 h后的色差仍小于人肉眼能够辨别的范围内。

4）加装保护膜以后，虽然与对照组相比颜色的变化略小，但是仍在人能够区别的色差范围之内，故加装保护膜后，新鲜度的指示并没有受到太大的影响。

5）样品青鱼在改变其质量的情况下，色差的变化依然与之前实验中色差变化相类似，智能标签的颜色变化趋势也与原先的一致，挥发性盐基氮与ΔE拟合的一元回归曲线的相关系数R均大于0.8，说明挥发性盐基氮的值与智能标签色差呈显著性相关。