智能包裝指示器在食品工業中的研究進展

李田田，李洋，王磊明

（東北林業大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

在食品加工和流通過程中，包裝是其最重要的步驟之一，尤其在冷鏈物流中，由于其整個物流過程都必須嚴格控制產品所處環境的溫度，因此對包裝的技術要求更嚴格。包裝的主要目的是保護食品免受外部環境的危害，延長食品的儲存壽命[1]。智能包裝是食品包裝界新興的一種包裝技術，Clarke[2]將智能包裝定義為具有邏輯能力和信息傳遞、交流的包裝系統，以用來保護食品原料，并通知消費者包裝食品的環境狀況，提高食品安全性。與活性包裝主動保護包裝食品的安全相比，智能包裝則強調能夠感知或測量包裝食品的屬性、包裝內的氣體成分和運輸環境變化[3]。智能包裝中常用的智能指示器可以分為間接型指示器和直接型指示器。間接型指示器包括時間溫度指示器、泄露型指示器和射頻識別技術等，通過食品周圍的環境對食品質量和貨架期的影響進行間接評價，消費者通過這些信息可以獲知食品的潛在危害，食物變質或含有少量微生物，但尚未出現可檢測到的腐敗跡象，可能對免疫抑制人群帶來危險，特別是兒童和老年人[4]。直接型指示器包括新鮮度指示器、成熟度指示器和生物指示器等，可以直接向消費者提供食品的質量、新鮮度、可食用性和安全性等方面的信息。

從食品質量和安全的角度來看，智能包裝可以通過包裝系統內的變化及時提供有關食品狀態的信息，這對于相關行業和消費者來說是非常有用的[5]。在一些智能包裝系統中，包裝能夠告知用戶關于食品在制造和流通過程中的整個歷史，例如提供有關制造過程、有效期、原料和儲存規格的信息[6]。根據專家預測，新興一代的智能包裝是食品包裝的未來。據估計，所謂先進包裝的份額約占包裝市場總值的5%，其中的11%屬于智能包裝系統[7]。雖然智能包裝在所有包裝的銷售價值中占有很小的份額，但有跡象表明，在隨后的幾年里其產值會快速增長。

近年來，隨著智能食品包裝的快速發展，食品安全問題屢見不鮮，各國對食品接觸材料安全性問題引起高度關注。食品包裝雖能有效的保護食品免受外界因素的影響而腐壞，但其包裝材料中活性化學成分的遷移則會危害消費者的健康[8-9]。尤其在智能食品包裝中，指示食品信息和新鮮度的指示器涉及到各種化學物質。本文綜述了國內外食品智能包裝中間接型指示器和直接型指示器的研究進展，提出該領域存在的問題，對智能食品包裝的發展方向及指示器的危害評估進行總結和展望，旨在為促進我國智能食品包裝技術發展和安全評價提供參考。

1 間接型指示器

1.1 時間溫度型指示器

食品在流通過程和食用期間都需要在一定的溫度下貯存以獲取其最長時間的貨架期。人們通常根據食品包裝上標明的固定貨架期信息來判斷食品是否變質，然而在實際冷鏈應用中，常因為溫度的突變導致食品加速腐壞，影響食物在整個生命周期中的保質期[10-11]。時間溫度型指示器（time temperature indicator，TTI）技術能夠提供溫度敏感食品或易腐產品在存儲、分配和消耗過程中的溫度波動信息，并通過其顏色的變化動態顯示產品的剩余貨架壽命，以反映食品質量狀態和溫度歷史[12]。當應用于智能包裝時，TTI 可用于消費者對食品安全信息的視覺顯示，從而判斷食物是否變質。

1.1.1 擴散型TTI

以擴散為基礎的TTI 是根據有色物質隨環境溫度的升高而通過多孔介質擴散的原理制備的，相對來說比較簡單。3M 公司銷售的Monitor MarkTM，是一種典型的擴散型TTI[13]。該指示器的指示機理是基于有色脂肪酸酯在多孔吸液芯上的溫度依賴性擴散反應，溫度越高，擴散越快。Monitor Mark TTI 內部由聚酯薄膜層隔開并分為A 和B 兩部分，當環境溫度達到阻擋層的熔點時，聚酯薄膜層就會熔化，TTI 被立即激活。通過觀察TTI 上孔的變色，消費者可以獲得關于食物熱歷史的信息，并估計剩余的貨架期。Kim 等[14]利用異丙基棕櫚酸酯的擴散開發了一種TTI，對基于溫度濫用的非巴氏滅菌果汁的微生物質量監測進行了表征和評價。該TTI 系統顯示出在配送和儲存過程中監測易腐食品的微生物質量的可能性。萬祥龍等[15]基于導電聚合物薄膜中的化學與電化學摻雜擴散過程，利用水性聚苯胺的微尺度薄膜制備了一種基于摻雜指示界面的擴散型TTI。謝新華等[16]采用水楊酸乙酯和ε-己內酯的混合物作為擴散物質，添加著色劑充分混合制成擴散型TTI，可以實現臨界溫度不超過4 ℃的冷藏食品溫度監測作用。

擴散型TTI 具有相對較低的溫度依賴性，容易導致食物貨架期不可避免的預測錯誤—低估或過度預測。Suppakul 等[17]為了避免非預期的過度預測，開發了一個TTI 設計方法，將聚二乙炔/二氧化硅納米復合材料（PDA/SiO2nano-composite）作為顯色物質，以Tween 20 作為移動物質，在微孔帶的擴散路徑上加載，當Tween 20 到達PDA/SiO2NC 的測試線時，該線從藍色轉變為紅色，指示TTI 端點。

1.1.2 聚合型TTI

聚合型TTI 是基于單體與乙炔基團 （R1C≡CC≡CR2）的固態聚合反應而構建的。當受到外部環境刺激（例如高溫和高輻射）時，單體遵循1，4-加成聚合反應并形成聚二乙炔（polydiacetylene，PDA）化合物[18]。該聚合反應速率隨著溫度的升高而加快，隨著吸收光譜在可見吸收峰處從高頻段向低頻段轉移，指示劑的顏色發生不可逆的直觀變化。因此可以將PDA 應用于TTI 以作為食品質量的可視化標志。

Phollookin 等[19]報道了一種用作熱致變色標簽的PDA 薄膜。選擇由聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）和聚乙烯醇（醋酸乙烯酯）組成的聚合物樹脂作為絲網印刷油墨的基質，并通過用紫外照射聚合絲網印刷的單體薄膜，生成所需的藍色PDA 圖案。該熱變色標簽可以在20 ℃～65 ℃的溫度范圍內，記錄PDA 薄膜的熱制變色過渡過程。此外，一些乙炔聚合物已被用于商業化的TTI。如Fresh-Check[20]，該指示劑由兩個同心圓組成見圖1，隨溫度的升高和反應時間的增加，內圈的聚合物發生聚合反應的速率越快。內圈的顏色變化（逐漸由亮變暗）與食物質量的損失成正比，且溫度越高，持續時間越長，內聚合物的顏色變化越大。消費者通過與外環的參考顏色或色度計進行對比和評估，可以直觀地看出食品的新鮮程度，進而指示食品的品質。

圖1 Fresh-Check 指示劑示意圖Fig.1 Fresh-Check indicator schematic diagram

1.1.3 酶促型TTI

另一類用于智能食品包裝中的酶促型TTI，利用酶與底物的水解反應，導致pH 值降低，酸堿指示劑的顏色發生變化[21]，反應的程度由時間和溫度決定，因此指示劑顏色的變化可以揭示時間和溫度的累積效應，從而向消費者動態顯示包裝食品的剩余貨架期。

Anbukarasu 等[22]描述了一種酶活化的時間-溫度指示劑，它能產生一種直接的顏色變化，使其與集成時間和溫度條件的變化相一致。這種顏色變化是通過一種解聚酶降解負載染料的聚羥基丁酸酯（poly hydroxybutyrate，PHB）薄膜來實現的，從而導致溶液隨著時間的推移經歷了從透明到有色的光學過渡。Brizio等[23]研制了一種作用于巴氏殺菌的新型TTI，其工作原理是基于淀粉和碘之間的絡合反應。研究結果表明，含有6.5%淀粉酶的TTI 在模擬巴氏殺菌的過程中獲得最終的變色。當附加到產品的主要包裝上時，該TTI可以實現廉價、簡單、準確、無損的表明巴氏滅菌過程。因此，在巴氏消毒肉制品過程中使用這種新的TTI 可以為客戶和制造商提供一種更加安全健康的產品。王琳等[24]研究了一種固定化糖化酶型TTI，用來監測冷鏈運輸于酸奶的品質。陳德慰等[25]采用蝦殼制備一種TTI，通過控制酪氨酸氧化酶和蛋白酶的活性，分別控制蝦殼顏色變黑和變紅的速度，可用于估算冷藏或室溫流通貯藏的食品的剩余貨架期。與其它類型相比，酶促型TTI 具有成本低、性能穩定、易于控制等優點。

1.2 泄露型指示器

食品包裝中的氣體成分由于食品的呼吸作用、包裝材料的性質以及環境條件的變化而受到影響，直接關系到包裝系統中食品的完整性、貨架期、質量和安全性[26]。若包裝泄漏，包裝內氧氣和二氧化碳的含量則發生變化，對食品的貨架期造成一定的影響。通常情況下，由于包裝內微生物的生長對二氧化碳的含量有所影響，檢測結果會出現一定的偏差[27]。因此，氧指示器廣泛應用于食品包裝中以檢測包裝的泄露情況。

由于包裝內氧氣的存在是限制食品貨架期的最關鍵因素，氧化變質促進好氧細菌的繁殖和活動，破壞食品中富有營養、口感和色澤的一系列物質，對氧氣敏感的食物成分造成相當大的不利影響，導致食品變質加速[28]。氧指示器的研究發展和應用為實時動態檢測包裝內部的氧氣含量提供了可能。此類指示器主要以油墨印刷或標簽形式應用于食品氣調包裝內。

最廣泛使用的氧指示器是一種基于比色氧化還原染料的指示劑，這種類型的氧指示器通常由氧化還原染料[如亞甲基藍（methylene blue，MB）]和還原劑（如葡萄糖）在堿性溶液（如NaOH 溶液）中組成[29]。在無氧的環境下，MB 以無色狀態存在[無色亞甲藍（leucomethylene blue，LMB）]，但在氧氣存在的情況下，染料會迅速被氧化成高度著色的形式，以指示包裝內的氧氣濃度，指示過程如下方程：

其中，Glu 是葡萄糖，X－是來自葡萄糖的氧化產物，MB 和LMB 分別代表亞甲基藍的氧化和還原形式。此外，該指示體系由于葡萄糖等還原劑的存在具有一定的可逆性，可以反復使用多次。例如乙基纖維素指示薄膜，由染料分子2，6 二氯吲哚酚、果糖還原劑、乙基纖維素和四丁基氫氧化銨堿性溶液混合制備而成，在空氣和氮氣中能反復使用，且多次指示之后，指示薄膜中的氧化反應和還原反應能自動修復至平衡，以供下一輪的循環使用[30]。

上述可逆氧化還原反應也可以由一個不可逆的光化學反應來完成。例如，Saarinen 等[31]提出了一種基于MB 指示劑與TiO2納米顆粒的大規模卷對卷制造的氧指示器結構。這種比色氧指示器是基于染料分子的可逆氧化還原反應，通過紫外光照射導致顏色的變化。同時，基于MB/TiO2混合物的指示劑可以在空氣中儲存很長的時間，將此氧氣指示劑引入氣調包裝，可以改善包裝食品的貨架期，減少食品浪費。

此外，Won 等[32]在基于MB/葡萄糖氧化還原反應的基礎上，研制了一種新型的壓力激活氧指示器。這種氧指示器的組成部分由一個壓力致裂的不透水屏障物理隔開，只有當屏障被破壞時，才開始作為氧氣指示器工作，其顏色變化與包裝內氧氣濃度有關。試驗證明，該指示器還具有較長的壽命，簡單實用，可用來指示包裝內氧氣濃度。

1.3 射頻識別技術

射頻識別（radio frequency identification，RFID）是一種無線通信技術，當產品通過供應鏈時，RFID 可以提供關于溫度、相對濕度、營養和供應商信息的實時信息，從而提高可追溯性，確保食品的安全和質量[33]。RFID 系統可根據其電源模式分為無源標簽、半無源標簽或有源標簽。無源標簽不包含板載電源，而是由閱讀器附近產生的磁場中的電磁感應供電[34]。

Lin 等[35]提出了一種利用包含RFID 標簽的系統，結合溫度傳感器、氣體傳感器、閱讀器和服務器來監控肉類新鮮度的系統。該監測系統成功地顯示了高、中、低、變質4 個等級的肉品新鮮度。Le 等[36]設計并實現了一種緊湊、長測量范圍的無源射頻傳感器標簽，該系統預計測量包裝蔬菜內的溫度和濕度，然后通過服務器PC 對測量數據進行分析，以實現對蔬菜的新鮮度的監控。Amin 等[37]研究了一種獨特的無芯片RFID傳感器系統，用于食品和其他標簽物品的無線傳感。其特點是不需要芯片和電源，不需要任何維護要求。因此，它在應用上比較容易。Chung 等[38]通過改造無源RFID 標簽設計了一個無電池智能傳感器標簽，這種智能傳感器可以通過精確監測魚包裝中的溫度和H2S 或NH3和濃度來預測包裝魚的質量。任大偉等[39]設計了基于RFID 標簽天線的牛奶質量傳感器，通過仿真進行性能優化以及試驗驗證，分析不同介電性能的牛奶對RFID 諧振頻率的影響，進而根據頻率的偏移量判斷牛奶是否變質。

RFID 在產品識別方面比傳統的標簽和條形碼更加方便，具有相對較大的數據存儲容量，讀取范圍較長（可達數十米甚至超過百米），且不需要視覺接觸[40]。但是，由于它們的成本相對較高，所以在使用上是有限的。

2 直接型指示器

2.1 新鮮度指示器

新鮮度指示器作為智能食品包裝的一種類型，是以包裝薄膜或標簽的形式，直接提供包裝食品的變質程度或新鮮度損失的信息，達到主動提供食品質量信息的目的[41]。儲存期間，葡萄糖、乙醇、有機酸、CO2、揮發性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）和生物胺等代謝物濃度的變化，通常以一種顏色反應的變化顯示出來，可以簡單地監測食品的新鮮度。

2.1.1 揮發性鹽基氮（TVB-N）敏感型

揮發性鹽基氮（TVB-N）是肉類和海產品由于受到酶和微生物的作用，在腐敗過程中產生大量的堿性含氮物質，主要由氨和三甲胺等組成[42]。由于TVB-N一般呈堿性，對pH 值影響較大，因此常采用pH 值指示劑檢測肉類食品中的TVB-N 含量，用以指示食品新鮮度。

Lee G Y 等[43]以溴百里酚藍-酚紅作為pH 值敏感染料分子，對鰩魚腐敗過程中的TVB-N 做出反應，以監測指示器從黃色到紫色的可見顏色變化。Wang 等[44]開發了一種基于聚苯胺（polyaniline，PANI）的可再生指示器，當TVB-N 達到臨界值時，PANI 膜從綠色變為孔雀藍，用來指示羅非魚的新鮮度。李琛等[45]利用花色苷制備魚肉新鮮度指示器，隨著魚肉新鮮度下降，TVB-N 含量增加，指示器顏色發生明顯變化。Aghaei等[46]研究了由醋酸纖維素納米纖維和茜草素組成的納米變色傳感器，它可以實時顯示魚類的腐敗情況。隨著TVB-N 的增加和產品pH 值的增加，納米傳感器的顏色會發生從磚紅色到紫色的視覺變化。Dudnyk 等[47]設計了一種僅基于食物來源材料（果膠和紅甘藍）的食物新鮮度指示器，紅甘藍提取物作為比色指示劑。試驗證明，當指示器暴露于某些氣態胺時，呈現出從紫色到黃色的轉變，可用于肉類及海鮮的新鮮度檢測，且該指示器薄膜可食用，在食品包裝內使用安全，便于廣泛使用。

2.1.2 二氧化碳敏感型

二氧化碳是評估包裝食品質量和安全性的可用指標之一[48]。一般來看，由于二氧化碳代謝生成的微生物和霉菌的生長，食品在包裝后不久就開始腐敗。因此，視覺上突出指示食品包裝內二氧化碳存在的指示器可用作指示食品的新鮮度[49]。

Saliu 等[50]研究了由氨基酸（L-賴氨酸）、多肽（ε-聚賴氨酸，EPL）和天然染料（花青素）構成的混合物作為二氧化碳比色指示器的的傳感性能。其指示機理是賴氨酸的ε-氨基與二氧化碳的可逆反應，形成相應的氨基甲酸衍生物，相關溶液的pH 值也發生了顯著變化，該反應結果可以通過花青素染料顏色的明顯變化見圖2。

Suh 等[51]開發出不同大小的殼聚糖納米顆粒作為基于二氧化碳的食品質量指標。通過控制殼聚糖納米顆粒的大小，可以對二氧化碳指示劑的轉變出現時間進行調整，以適應包裝食品質量的變化。研究表明，基于殼聚糖納米粒子的二氧化碳指示劑可以用作檢測食品質量指標。Pisuchpen[52]研制了一種基于甲基紅/溴百里酚藍混合染料的顏色指示標簽，標簽的可見顏色變化與包裝內二氧化碳的水平顯著相關，用于監測和指示傳統泰式甜點“Thong-EK”的保質期。Chen 等[53]通過在指示器膜溶液中混合甲基紅和溴百里酚藍溶液構建了鮮切青椒的二氧化碳指示標簽。由于青椒在冷藏溫度下變質，包裝中的二氧化碳濃度增加，指示標簽從黃綠色變為橙色。通過這種不可逆的顏色變化，消費者可以直觀判斷鮮切青椒的新鮮度。Choi 等[54]開發了一種基于酪蛋白酸鈉（NaCas）和果膠反應的二氧化碳指示器，并將其應用于泡菜包裝上，試驗證明，通過指示器透明度的變化可反映包裝內泡菜的質量狀況。

2.1.3 硫化氫敏感型

硫化氫是肉類產品腐敗臭味的主要來源。Smolander 等[55]將肌紅蛋白固定在瓊脂糖中，研發了一種硫化氫敏感型指示器，利用禽類產品在儲藏過程中因腐敗產生的硫化氫與肌紅蛋白發生反應，生成綠色的硫化肌紅蛋白。因此該指示器通過顯著的顏色變化可以準確地反映禽類等產品的新鮮度。

圖2 二氧化碳與賴氨酸在水溶液中的直接反應和花青素形態的pH 值誘導轉變的指示機理圖Fig.2 The mechanism of indicator trough direct reaction of carbon dioxide and lysine in aqueous solution and the pH induced transition of cyanidin forms

2.2 成熟度指示器

成熟度指示器主要應用于水果包裝。2004年新西蘭超級市場推出的Ripe SenceTM智能標簽，可通過檢測水果成熟后釋放的天然芳香成分來判斷其成熟度。隨著果實成熟度的上升，標簽顏色從紅色轉變為黃色[56]。此外，另一種成熟度指示器指示原理是基于乙烯的還原作用，使選定的金屬離子產生相應的顏色變化[57]。例如，鉬酸銨溶液中的Mo（VI）由于蘋果釋放的乙烯被還原成Mo（V），發生從淺黃色到藍色的顯著顏色變化，以此來表征蘋果的成熟度。Kuswandi 等[58]通過使用溴酚藍和細菌纖維素膜，開發了一種簡單且低成本的顏色指示器。該指示器可用于實時視覺監測包裝番石榴的成熟度，并可用于評估其在28 ℃～30 ℃環境溫度下的可銷售期。在番石榴的成熟過程中，由于包裝頂部空間中揮發性有機化合物（如乙酸）的增加而引起pH 值的變化，指示器從藍色轉變為綠色。因此，該指示器可用于包裝瓜果成熟度的實時視覺監測。

2.3 生物指示器

生物指示器可用于檢測和傳輸食品中發生的生物反應信息，指示原理是基于生物來源的化合物（如酶，抗體，核酸）與微生物或其代謝產物之間發生的反應[59]。

美國SIRA Technologies 公司已將研制的Food Sentinel SystemTM產品商業化[60]，在該系統中，把特異于靶病原體的抗體（例如沙門氏菌）附著在食品包裝條形碼的膜上，當食品受到污染時，產生的毒素與抗體結合將導致條形碼形成局部暗條，使條形碼在掃描時不可讀取，從而可以提醒消費者避免購買到變質食品。同樣，加拿大Toxin Alert 公司開發了Toxin GuardTM指示器，該指示器將抗體結合到塑料包裝薄膜（聚氯乙烯或聚烯烴薄膜）中，以檢測病原體[61]。黃嘌呤分子可以作為肉類的腐壞指標[62]。Dervisevic 等[63]利用戊二醛在石墨電極上固定黃嘌呤氧化酶，設計了一種新型電流型黃嘌呤生物傳感器。利用黃嘌呤的氧化反應對黃嘌呤濃度進行檢測，并采用電化學聚合電極計算雞肉樣品中黃嘌呤的含量。Fazial 等[64]研制了一種用肌酸作為新鮮度標記的原位和實時分析的反射式生物傳感器。使用光纖反射分光光度計在生物識別階段進行反射率測量，以定量肌酸水平，肌酸可用作直接評價魚類腐敗程度的指標。

3 智能包裝中指示器的安全評價

隨著智能食品包裝技術的研究發展，其包裝安全問題也備受關注。智能食品包裝的危害主要來源于包裝材料本身或印刷油墨、復合膜用粘合劑等遷移入食品的化學物質，從而引起食品安全問題[65]。自20 世紀50年代末開始，美國食品與藥品管理局（Food and Drug Administration，FDA）和歐盟委員會頒布了一系列食品接觸材料安全性的相關法令[66]，據此對智能包裝中食品接觸材料的化學遷移物進行毒理學評估和暴露評估。

3.1 毒理學評估

應用于氧指示器中的氧化還原染料MB 具有一定的毒性。在醫學應用中，MB 對糖尿病視網膜病變（diabetic retinopathy，DR）的治療起調節作用，通過MB 治療可減弱因視網膜層相對厚度增加和血視網膜屏障（blood-retinal barrier，BRB）通透性降低所引起的DR。此外，MB 顯著降低了所有檢測到的炎癥介質的水平，并對NLRP3 炎性小體起到抑制作用[67]。然而有研究表明，它與胎兒和新生兒中的亨氏小體貧血和高膽紅素血癥等并發癥有關。當MB 進入紅細胞時，它會迅速轉化為無色MB，同時產生過氧化氫，當MB 的濃度很高時，產生的過氧化氫的量會超過紅細胞對其解毒的能力，導致硫血紅蛋白和亨氏小體的形成，造成溶血性貧血[68]。

納米技術的快速發展隨著投資和市場份額的增加而改變食品科學和食品工業的許多領域，由于材料具有高強度性、高阻隔性、高降解性以及高抗菌能力的特點而應用在智能包裝中?，F有文獻表明，納米材料仍存在許多不確定性。例如，Cui 等[69]表明單壁碳納米管抑制人胚腎細胞的增殖，并對細胞生長和細胞更新產生負面影響。有體外細胞實驗證實，納米顆粒在生物體內的毒性是由于產生大量的活性氧物質，進而發生氧化應激效應，其結果是導致細胞抗氧化能力的下降，最終造成生物體局部器官（如肺部）的炎癥和纖維化[70]。

塑料食品包裝材料作為智能食品包裝中常用的材料，與消費者健康安全密切相關。其材質包括聚乙烯、低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸樹酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等，另外還會用到增塑劑等[71]。雙酚A（bisphenol A，BPA）是碳酸酯類塑料產品的主要原料，早期人們對它向食品內的遷移沒有引起足夠的重視，但經過研究表明，BPA 對動物體具有生物毒性[72-73]。雙酚 S（bisphenol S，BPS）作為 BPA 的替代品被廣泛應用，而對于其內分泌毒性、免疫毒性和神經內分泌毒性還不明確。裘文慧等[74]通過對低濃度環境相關水平BPS 的短期急性暴露對斑馬魚免疫細胞的毒性效應研究，發現BPS 具有與BPA 類似的毒性和作用機理。

已有研究表明，食品包裝涉及各種各樣的化學物質以及復雜的遷移混合物。此外，遷移物質也可能是一種未知的反應產物。如添加劑或單體的降解產物，以及源于印刷油墨、粘合劑、溶劑等產生的物質，也可能在一定條件下遷移到食物中[75]，對消費者健康造成威脅。

3.2 暴露評估

暴露評估是由世界衛生組織（World Health Organization，WHO）定義的，對通過食物可能攝入的生物、化學或物理制劑以及與其他來源的相關接觸的定性和定量評估[76]。對于食品包裝來說，定量暴露評估涉及到兩個重要的參數，一個是包裝材料中的化學物質從包裝中遷移至食品的遷移量，另一個是膳食攝入量[77]。

在針對遷移量的暴露評估中，通常是采用一種化學混合物（模擬物）對智能食品包裝中待評估的化學物進行遷移試驗，然后采用光譜、色譜、質譜等技術對其進行定性與定量檢測[78]。為了避免在試驗中因選用哪種食品而出現爭議，歐盟法規規定了4 種模擬物來模擬食品進行遷移試驗見表1[79]。

表1 歐盟用來檢驗塑料遷移的特定食品模擬物（CEU2002）Table 1 Specific food simulants used by the EU to test plastic migration（CEU2002）

例如，在包裝油墨遷移試驗中，Papilloud 等[80]對UV-印刷中所含的丙烯酸酯和光引發劑向模擬物中的遷移進行了研究，該試驗在不銹鋼容器中進行，印刷材料保持單面和模擬物接觸，通過氣相色譜-質譜法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS） 測定遷移量，在10 μg/L 以上水平，丙烯酸酯和光引發劑的準確性和重復性都很好。

當智能包裝指示器在食品包裝之外時，比如大多數TTI 是隔離在直接包裝外，所以假定隔離足以阻止材料向食品的遷移，因此在智能成分的使用符合規定的前提下可以不必進行遷移試驗。

4 結論與展望

智能食品包裝不僅是食品包裝領域的一項創新，在食品流通尤其是冷鏈物流中更是發揮了重要作用，比如TTI，可以用來監測冷鏈物流中食品所處環境溫度的變化，精確直觀地向消費者表明在流通過程中是否存在斷鏈現象，可以為用戶提供更優質安全的食品。更重要的是，隨著智能食品包裝的商業化應用，消費者對食品品質和貨架期的關注得到提高，進一步增強了消費者對食品安全的信心，并為間接監督食品生產者提高對食品品質的責任意識起到了積極作用。就目前來看，應用于智能食品包裝的指示器多以顯色材料發生化學反應產生顏色變化為主，有變色明顯、靈敏度高等優勢。然而，由于其變色原理和化學反應受環境因素的影響，在實際應用中還存在一些問題：

1）由于大多數指示器為光敏性或熱敏性物質，其穩定性較差，使用前需在一定條件下進行儲存，不僅限制了其應用范圍，更易因使用不當而產生預測誤差，影響消費者對食品質量和剩余貨架期的判斷；

2）指示器中發生顏色變化的化學反應有些是可逆的，如在冷鏈運輸中若發生“斷鏈”現象，一旦環境溫度恢復規定要求，指示器顏色又趨于正常，這對某些不良商家提供了可乘之機，對消費者來說則存在巨大的食品安全隱患；

3）對智能食品包裝中活性與智能成分的毒理學評估不夠全面有效，應用于智能食品包裝的化學物質種類復雜，更有多種人工合成的材料，其安全性無法得到保證；

4）智能食品包裝成本問題。據估計，食品由于使用智能食品包裝，其價格幾乎是原來的兩倍，高成本對其未來的商業應用有一定的阻礙作用。

盡管智能食品包裝目前仍存在功效性、安全性和可靠性等諸多問題，但隨著技術的飛速發展和消費者認知水平的不斷提高，智能食品包裝必能在更廣泛的領域中應用。未來的研究方向包括：

1）隨著納米技術在食品工業中的發展，研究開發多種功能性納米材料將成為今后智能食品包裝的研發重點；

2）研制智能包裝和活性包裝相結合的一體化活性智能包裝系統，可以更全面科學的指示食品信息和主動保護食品質量，為消費者提供一個更安全的食品環境；

3）開發天然色素取代人工合成的化合物作為染料分子，不僅可以提高食品安全性，更降低了技術總成本；

4）將智能食品包裝與信息技術、智能生活終端深度融合，賦予其信息交互功能，向消費者以數字化的形式傳遞食品品質信息，提高食品安全。

5）為了提高新食品包裝技術的安全性和有效性，并確?，F代社會的可持續發展，應該在政府監管機構、行業、消費者和多學科專家的合作基礎上進行持續的研究和開發。

盡管我國在智能食品包裝方面起步較發達國家晚，但隨著制造商和消費者對食品安全與質量關注度的提高，以及相關技術的日益完善，智能食品包裝也必將迎擁有更廣闊的前景與發展潛力。