食品鮮度インジケータ天然着色で包装

食品の品質特性は、主に食感、風味、色、外観、栄養価に反映され、これらの特性は、輸送や保管中に変化する可能性があります。食品の安全性の確保微生物による腐敗や損失を減らすことで、食品に起因する病気を防ぎ、食品の使用を最大限にします。包装は、輸出、貯蔵、最終消費のための食品の品質を維持し、保証するための重要なプロセスです。伝統的な食品包装には、一般的に保護、通信、利便性、封じ込め[1]の4つの基本的な機能がありますが、ガス、湿気、光、温度、微生物など、食品の腐敗を促進する可能性のある外部の影響から食品を保護することに限定されています。過去数年間で、食品包装技術は市場のグローバル化、環境規制要件の増加、消費者の好みや食品の安全性に対する懸念の高まりによってもたらされる課題を克服するために進歩しました[2]。日常的な物理的および化学的試験および微生物学的分析では、平均的な消費者にタイムリーで直感的なフィードバックを提供することはできません。そこで、食品の保管・輸送・流通における情報提供、安全性向上、品質向上を実現するスマート包装の開発が進められている。

食品の品質は、消費者を食品由来の疾病から守ることと、食品産業の生産性を向上させ、食品の腐敗による損失を減らすことの2つの側面から監視する必要があります[3]。スマートパッケージングは、生産者、小売業者、消費者を含むサプライチェーンのステークホルダー間のより良いコミュニケーションを図るために、内部および外部の環境条件の変化とパッケージ食品への影響を監視するコミュニケーションツールとして使用されています[4]。インテリジェントな方法で、ソース、真正性、成分、消費期限、食品の消費に関する情報を消費者に提供することができ、食品サプライチェーンの製品ステータスを追跡することができます。無線周波数識別(rfid)や電子物品監視(eas)などの盗難防止や偽造防止などの機能を備えています。これは、消費者の実際のニーズを満たすだけでなく、市場での食品の効果的な流通を保証します。

スマートパッケージングは、インジケータ、データキャリア、センサーの3つのカテゴリーに分類できます[5]。これらの中で、phインジケーターは、ガスセンサーの形で食品代謝物と反応したときに特定の色の変化を表示するため、効率的でシンプルなため、保存された食品の鮮度を監視し表示するために使用されています。これらのスマートパッケージングシステムは、通常、食品の品質を監視するために、ラベルの形で食品包装材料に取り付け、埋め込み、または印刷されます[6]。これにより、消費者は包装を開けなくても、視覚的な色の違いで生鮮食品と粗悪食品を区別できるようになる。一般的な化学的指標としては、ブロモチモールブルー[7]、ブロモクレソルグリーン[8]、ブロモクレソルパープル[8]、メチルレッド[9]、クレソルレッド、クロロフェノール[10]などの合成染料がありますが、これらは人体に有害である可能性があり、食品包装には適していないと考えられています。近年、科学者たちは合成染料に代わる天然色素を探している。アントシアニン、クルクミン、アリザリン、マダー、ベタインなどの天然着色の研究と応用が増えています[11]。

本稿では、食品鮮度指標包装におけるさまざまな種類の天然着色の研究進捗状況を概観し、異なる食品タイプへの適用を列挙し、現在の研究を分析し展望する。

1ナチュラルカラーベースの鮮度インジケーター

1.1アントシアニン

好ましい自然彩色食べ物自体や周囲の変化(温度、ph、

微生物の増殖、揮発性物質など)をパッケージに入れ、ユーザーに見やすく正確な情報を提供します。近年、植物からのアントシアニンを豊富に含む抽出物が広く使用されています[12]。これは、広いph範囲でphの変化に応じて色を変化させることができるためです。アントシアニンは、食品の品質や保存期間を監視し、最終的には食品包装の色指標として非常に重要です。

その安定性を考慮すると、アントシアニン抽出に最も一般的に使用される植物は赤キャベツと紫サツマイモであり、それらはモノラルおよびジアセチル化された形態でアントシアニンおよびピオニンの高濃度を有するため、すべての研究の35%以上を占めている。非アシル化アントシアニンと比較して、熱安定性と光安定性に優れ、ph依存性の高いクロマトグラフィーを示す[13]。jiangら[14]は、サツマイモから抽出したアントシアニンにカルボキシメチルセルロースとデンプンを混合したものを混合し、魚の鮮度変化を監視する包装フィルムを作成した。zhangら[15]は、生分解性膜とローゼルアントシアニンに基づくインテリジェントインジケータ膜を開発した。その結果、インジケータフィルムを使用して豚肉の鮮度をインテリジェントに監視できることが示された。表1に、アントシアニンの伝統的な供給源に加えて、さまざまな供給源からのアントシアニンの食品鮮度インジケータ包装への適用を示します。

表1に示すように、アントシアニンは食品の鮮度を示すフィルムの指標として広く利用されており、その入手源は豊富であり、基材も多岐にわたっています。ph感受性に加えて、アントシアニンを含むインジケータフィルムの活性および食品包装用途性能を試験し、アントシアニンを豊富に含むインジケータフィルムは、優れた抗酸化・抗菌特性を有している[19,24-26]。しかし、zhaiらは[33]寒天、ゼラチン、ニンジンのアントシアニンを用いてスマートフィルムを作製し、アントシアニン系インジケータフィルムの色安定性を異なる温度(4°c、25°c、37°c)で試験した。その結果、インジケータフィルムの色は時間の経過とともに変化し、赤色は時間の経過とともに退色し、貯蔵温度が上昇すると変色が顕著になることがわかりました。これは、アントシアニンが高温で変色するのは、主にアントシアニンの酸化と、その熱安定性の低さによるものであることを示しています。このため、鮮度表示器の包装に応用する際には、異なる温度でのアントシアニンの安定性を維持し、光、熱、酸素などの環境条件下での色素の劣化を防ぐことが急務となっています。

クルクミンが1.2

クルクミン(cr)は、ハーブウコンとウコン根茎から抽出されたポリフェノール化合物で、抗がん、抗炎症、抗酸化、抗菌作用があります[36]。クルクミン含有フィルムは高感度ph応答性の検出材料であり、その色の変化は肉眼で確認できる[37]。それは、機械的強度、紫外線保護、抗酸化特性および抗菌活性などの付加的な機能特性を提供するため、包装用の複合フィルムの製造に関心を集めています。異なるph条件下でのクルクミンの変色は、その主構造の変化の結果である。分子の構造ですクルクミンが溶液のph、極性、温度に依存します。α中立的で、アルカリ性pHを見ながら、β-unsaturatedβ-diketone水素ドナーとしてクルクミン構造法の一部クルクミンがの加水分解・堕落につながることを確認した。クルクミン構造は、溶媒の性質に応じてケテン-エノール互変異性体として存在する。酸性または中性のphでは、ジケトンとして存在し、色は黄色である。アルカリphでは、フェノール基のプロトンが失われ、主にエノールの形で急速に分解し、色が赤色に変化する[38,39]。

maら[40]は、タラガムとポリビニルアルコール(pva)の混合マトリックスにクルクミンを添加したインジケータフィルムを作製することに成功した。このフィルムは、相対湿度の異なるnh3環境下で明らかな色変化を示し、また、エビの鮮度を検出する実験を行ったところ、食品業界におけるセンサーとして利用できることが示された。liuら[41]は、k-カラギーナン(car)とクルクミンを用いたインジケータフィルムを作成し、エビや豚肉の鮮度をモニターするために適用した。熱安定性の向上に加え、適切なcr量(3%以下)でフィルムを大幅に改善できます&#酸化、水分および引張強度に対する39の耐性。また、crの放出を良好に制御し、明確な放出機構を有しているため、持続的なph変化の感知が可能です。アルカリ条件下では、強い赤色シフト(黄-赤)を示し、良好な変色特性を示します。

クルクミンは、食品鮮度インジケータ包装のインジケータとして使用できるだけでなく、適切な量のクルクミンを添加することで、インジケータフィルムの関連性を向上させることができます。しかし、クルクミンの変色範囲が限られているため、近年、食品鮮度指標の包装に使用するために、クルクミンと他の顔料を混合指標として使用する研究があります。

chenらは[42]、クルクミン(cr)とアントシアニン(ath)の天然混合染料を含むph感受性フィルムを、魚の鮮度を非破壊でリアルタイムに検出するための包装表示ラベルとして作製した。crとathの比が2:8 (v/v)のpva /グリセリン膜は、包装された魚の鮮度、中鮮度、腐敗を表す3つの異なる色を表示することができます。さらに、安定性実験により、混合色素インジケータがアントシアニンモノマー色素の安定性を高めることが示されています。zheng huiら[44]は、単一のクルクミン色素の小さな表示範囲の限界を補うために、赤いキャベツのアントシアニンとクルクミンの混合色素に基づくインテリジェントインジケータラベルを作成した。新鮮な豚肉、亜生豚肉、腐った豚肉の間には顕著な色の違いがあり、豚肉の新鮮さを区別する優れた能力を持っています。

混合表示は単一表示と比較して色の変化範囲を広げる[43]だけでなく、食品の鮮度をより見分けやすく、一部の単一天然色の不安定性を改善することができます。したがって、混合指標の適用も未来の話だ すう勢だ。

1.3 Alizarin

alizarinは、生体高分子系フィルムの物理的、化学的および機能的特性を改善した、ph変化を監視するための新しいインテリジェントなオプションです[45]。アリザリン(1,2-ジヒドロキシ-アントラキノン,c14h8o4)は、アカネの根から抽出される天然の着色料であり、古代から赤色の織物染料や染色試薬として生物学的研究に用いられてきた[46]。アリザリンは酸塩基指標としても注目されている。phが酸性からアルカリ性に変化すると、アリザリンの分子構造中のプロトンが移動し、2つのヒドロキシ基が隣接するカルボニル酸素原子に結合して分子内水素結合を形成し、黄色から紫色に変化する[45]。微生物の腐敗は、phの上昇を引き起こす揮発性アルカリ化合物を放出する可能性があるため、アリザリンのph応答性変色は、食品の鮮度を示す天然着色料として使用することができます[47]。

aghaeiら[48]は、魚の腐敗のリアルタイム指標としてアリザリンを添加した酢酸セルロースナノファイバーフィルムを開発した。ニジマスの切り身は4°cの冷蔵庫で保存した。全揮発性塩基性窒素(tvb-n)の増加と製品のphの増加に伴い、このパッケージセンサの色は6 dおよび12 dで視覚的に観察することができます。

また、ezatiら[45,49-50]は、アリザリンから作られた天然着色料を使用して多数の研究を行っています。キトサンを基材としたph応答性機能性フィルムを作製した。パッケージされた魚のphが変化すると、複合コーティングの色がカーキ色から薄茶色に変化し、魚が腐敗し始めていることを示します。その後の研究でezatiらは、4°cでニジマスの鮮度を検出するために、糊セルロース紙のマトリックスにアリザリンを添加したph感受性インジケータフィルムを用いた[49]。添加されたアリザリンは他の成分との相性が良く、4ヶ月保管した後は色の安定性が高く、フィレの腐敗の始まりをよりよく識別することができた。ezatiら[50]はまた、牛肉にアリザリン染めインジケータフィルムを塗布した。また、アリザリン系セルロース-キトサンph感受性インジケータフィルムは、牛挽肉の鮮度を知覚的に変化させることができます。上記の研究は、アリザリンが良い指標として使用され、指標パッケージに追加することができることを示しています。得られたインジケータフィルムは良好なuvバリア性を示し、破断伸び、表面疎水性、熱安定性、抗酸化活性がすべて向上します。

1.4 Shikonin

Another Natural Coloring is のnaphthoquinone pigment, also known as alizarin, which is usually extracted からthe dried roots のthe arnica plant. Arnebia euchroma is a plant native にXinjiang that is widely used in traditional Chinese medicine. The main chemical component のarnica root 抽出is the enantiomeric naphthoquinone, alizarinor alizarin. Natural naphthoquinones are lipophilic 赤いpigments. In additiにto helping wound healing, it also has antibacterial, anti-inflammatory とanticancer effects [51, 52]. Naphthoquinone pigments are 敏感なacid-base 指標とare relatively stable compared to anthocyanins, and can be used as a new type of Natural Coloring 染料[53]. The main structure のnaphthoquinone compound consists of two parts: a naphthazoline group and a chiral six-carbにside chain. The naphthyridin part of shikonin is chemically 活躍and sensitive to light, heat, acids, alkalis, etc. [54]. Therefore, there has been little research にnaphthyridin compounds as インジケータmembrane dyes.

huangら[55]では、シロイヌナズナの根から抽出した天然着色料(arnebia euchroma root, aeres)と寒天を原料として、魚の鮮度を監視するための新しい指標膜の開発と試験を行った。エアレス添加後は,水溶性,膨脹率,破断伸びがいずれも一定程度低下した。室温(25℃)と冷蔵(4℃)での武昌鯛の鮮度をモニターするために用意したインジケータフィルムを使用した。その結果、曝気量の低いインジケータフィルムの方が、魚の腐敗過程において色変化が顕著であった。機械的特性が悪いことは、基板の選択に関係している可能性があります。インジケータフィルムの機械的強度を向上させるために、dongら[56]は生分解性セルロースとナフトキノン色素を用いた新しい着色センシングフィルムの作製を研究した。高い引張強度(227 mpa)と疎水性(水接触角112.2°)を有しています。フィルムはローズレッドからパープル、ブルーバイオレットに大きく変化します。色の変化は、標準的な実験方法で測定されたエビと豚肉のtvb-nおよび(総生存数、tvc)含有量と相関することができ、エビと豚肉の鮮度の視覚的なモニタリングに使用することができます。また、ezatiら[57]は、天然のシコニンをセルロース紙に吸着させて指標を作成し、魚や豚肉などのスマート食品包装に利用することで、包装食品の品質をリアルタイムで監視することができる。

シコニンの添加により、インジケータフィルムの抗酸化活性、熱安定性、耐水性が向上するだけでなく、インジケータフィルムの色変化に対する感度が向上します。他の天然着色料と比較して、シコニン含有インジケータフィルムは長期保存後も高い安定性を示し、安定した敏感な色変化を示します。

2各種食品包装における天然着色料の応用研究

生肉2.1

新鮮な肉は、主に水、タンパク質、脂肪などの非常に複雑な化合物で構成されており、生理学的変化に非常に敏感です。新鮮な肉は腐りやすい性質を持つため、微生物活動が容易に増加し、そのため肉の品質は非常に急速に劣化する[58]。このため、食肉業界は包装肉の品質を判定し、賞味期限と劣化の程度を予測できる強力で簡単なツールを必要としている。

腐敗が進行すると、生物起源アミン、アンモニア、硫化水素、インドール、有機酸などのいくつかの化合物が微生物の代謝によって生成され、強い臭いや変色を引き起こす[59]。これらの物質はまた、鮮度インジケータフィルムの変色を引き起こす可能性があります。生肉の鮮度指標は、主に肉の種類、腐敗した植物相、貯蔵過程に関連する代謝物との品質指標関係に基づいています。ほとんどの天然着色は、腐朽中に少なくとも1つの表示化合物が生成または存在するため、新鮮な肉製品の鮮度指標として使用できます。表2は、近年の生鮮食肉製品の鮮度指標の最新の研究状況を示している。

表2に示すように、豚肉、鶏肉、牛肉には、自然着色による鮮度指標フィルムが一部塗布されています。天然の着色料も、主に様々な植物から抽出されるアントシアニンに基づいています。この中で、豚肉の鮮度を監視する研究が増えている。生肉の種類によっては、天然着色をベースとした鮮度インジケータフィルムは、保存中にサンプルのph値によって色を変化させることができ、食品自体の劣化に密接に関係しており、良好な表示効果があります。しかし、常温で生肉中の微生物が活発に増殖し、繁殖するため、表示膜が急激に変化します。冷凍や冷凍保存処理を受けた食肉製品については、低温での自然着色の感受性、表示フィルムの色変化が明らかであるかどうか、食肉製品の鮮度を効果的かつ正確に判定できるかどうかを調べるために、さらなる研究が必要です。

2.2生水産物

水産物にはタンパク質や不飽和脂肪酸などの栄養素が豊富に含まれていますビタミンと微量元素[67]あります。しかし、酵素反応や微生物汚染のため、水産物は微生物の腐敗の影響を非常に受けやすい[68]。中国の発展とともに発展してきた#多様な水産物の特性と相まって39の漁業生産、季節の気温の影響を受けた生産、および生鮮原材料や製品[69]、サプライチェーン内の水産物の鮮度を評価することが不可欠です。

酵素と微生物の作用の下で、魚介類は、腐敗につながる一連の生化学反応を伴う、タンパク質やアミノ酸などの物質の分解を受けやすい[70]。主に酵素分解、微生物の腐敗、脂質酸化の3つの機構によって分解される。食肉製品と同様に、魚介類が微生物分解を受けると、揮発性の塩基性窒素、トリメチルアミン、スルフィド、エステル、アルデヒド、ケトンなどの微生物代謝物が生成される[71]。rancidityの主な生成物はアンモニアおよびアミンである[72]。これらの化合物はパッケージの頭部に蓄積し、そのアルカリ度によって指示膜のphが変化する[73]。その結果、天然の指標はよりアルカリ性の色に変わり、新鮮な魚介類の品質に関する情報を伝えます。

魚介類の種類が豊富であることから、天然着色を利用した鮮度指標フィルムの応用は、エビや魚に集中している。しかし、実際に応用するためには、より正確で総合的な評価を行い、魚介類の安全性を確保し、廃棄物を減らすために、各種魚介類の鮮度と表示フィルムの変色との関係をさらに研究する必要がある。

2.3牛乳

牛乳も日常生活に欠かせない食べ物です。水に加えて、牛乳には炭水化物、タンパク質、脂肪、その他のビタミンやミネラルが含まれています。鮮度指標は、流通および消費中の製品の賞味期限と品質を判断するために不可欠です。ほとんどの牛乳と乳製品は、冷蔵温度で流通、取り扱い、保管されています。そのため、牛乳を低温で保存する際には、牛乳の鮮度を示す敏感な指標も必要です。これは、天然顔料をベースとしたインジケータ包装では最も困難な作業です。過去10年間で、表4に示すように、天然着色に基づく牛乳鮮度インジケータ包装に関する多くの研究が行われてきました。

In recent years, freshness インジケータ映画基づいてにNatural Coloring have been more widely used in milk, mainly using anthocyanins extracted からplants as dyes. Most studies have shown that when milk is stored at room temperature ため48 hours, the acidity increases during the process of spoilage, and the pHvalue decreases from 6.5-6.8 to below 5. The 色of the インジケータ映画also changes, eventually becoming purplish red, indicating that the milk has gone bad. Using this characteristic, freshness indicator 映画ため食品have certain applicatiにvalue in detecting the freshness of milk.

2.4果物

現在、自然着色料を利用した食品鮮度表示包装は、主に肉類、水産物、牛乳などに使われている。他の種類の食品にはあまり使われておらず、果物の鮮度表示ラベルに関する研究はほとんど行われていません。この種の指示膜の色の変化は、主に果実を摘んだ後の呼吸によるものである[78]。果物の品質が低下すると、呼吸によって大量の酸性ガスco2が発生し、phが変化すると表示膜の色が変化します。wang guilianら[79]は、ニンジン色素溶液をph指示薬として用いて、果物鮮度のインテリジェントな指示薬ラベルを設計し、イチゴに適用した。その結果、表示ラベルは段階によってイチゴの色の変化を示すことができるため、ラベルの色の変化によってイチゴの熟度や鮮度を判断できることがわかった。

feng gangら[80]は、ブルーベリーの皮から抽出されたアントシアニンをメチルレッドとブロモチモールブルーの代わりに使用し、メチルセルロースと混合して、ブルーベリーの包装に使用するための指標フィルムを作成した。指標ラベルの色差を比較することにより,指標ラベルの色展開に及ぼすピール濃度,ろ液の初期ph,濾紙浸漬時間の3つの要因の影響を調べ,最適な抽出工程を選択した。ブルーベリーの最終鮮度表示ラベルは、適用中にうまく機能しました。から、大部分の果物内部の環境に変化が見られない短い時間期間の間、着色性に自然て環境に影響されやすい(、湿度、温度CO2)影響合成着色料バリバリの方が向い鮮度指標変化するため果物には映画は色替え対応型をはっきり打ち出して迅速に対応できる、安定強い。

3まとめと展望

 は自然着色だと多くの注目を集めスマート包装技術でそのスマート変色特性が変化に対応するため、环境鮮度インジケータ博士の包装特定でき視覚的映画身分リアルタイムの食品は評価に大いに役立つという诘の安定性と品質、レトルト食品などしている。ph指示薬としての天然着色の有効性は、食品包装における高い応用可能性を示しています。しかし、中国と外国との研究と応用の面では依然として大きな差がある。技術的な問題に関しては、周囲温度、湿度、パッケージの気密性、乾燥剤の使用などが、天然染料から得られる情報の正確性に影響します。インジケータのソリューションや基板自体についても、解決すべき安全上の問題があります。そのため、幅広い天然着色や新素材(ナノ材料、天然材料、食品グレード材料など)の技術的優位性を活かすことができます。インジケータの精度を高めるとともに、食品そのものの安全性を確保し、天然染料の環境への影響を改善することも重要です。

関連する技術的な要因に加えて、消費者'不完全にラベルされたパッケージの認識は、食品市場への浸透を妨げる主な問題の1つです。消費者は、革新的な包装が食品の品質に影響を与えることを懸念している。関連する業界標準を開発する必要がある。例えば、食品包装会社が、能動的で知的な材料を安全かつ適切に使用する方法について明確にしていることを保証する。ラベル包装に使用される食品接触材料が安全であり、その成分が食品に転送されないことを保証する。また、食品製造業者がラベル包装の使用において標準化され、合理的であることを保証する。最後に、パッケージによって提供される情報の信頼性を確保することによってのみ、消費者の誤解を回避し、より良い消費者体験を提供することができます。

技術の継続的な進歩に伴い、異なる科学分野が収束しており、鮮度指標包装技術は常に開発され改善されています。適用性と安全性の面で克服しなければならない多くの障害が残っているが、さまざまな技術を適用し、さまざまな研究の継続的な革新と開発を通じて、食品のスマート鮮度インジケータ包装が徐々に世間の目に入るだろう。

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