基本介紹
- 中文名：泄露指示劑
- 外文名：Leak indicator
- 作用：非破壞性檢測包裝完整性
- 分類：氧氣指示劑、二氧化碳指示劑
- 套用：氣調包裝
- 例子：電化學氧氣指示劑/感測器
氣調包裝及泄漏指示劑概述,泄漏指示劑的分類,氧氣指示劑的發展及套用,二氧化碳指示劑的發展及套用,
氣調包裝及泄漏指示劑概述
氣調包裝（modified atmosphere packaging，MAP）又被稱為置換氣體包裝、充氣包裝，是採用具有氣體阻隔性能的材料來包裝食品，根據實際需求，將O2、CO2、N2按一定比例及特定組合充入包裝內，通過抑制微生物的生長和阻止酶引起的腐敗變質，防止食品在物理、化學、生物等方面發生質變，或減緩其質變速率，從而延長食品的貨架期，提升食品的商業價值。在食品供應鏈中，包裝的細微破壞或氧氣滲透都會使MAP中氧氣濃度增加，而MAP本身無法顯示包裝的完整性，因此，採用簡單、經濟、可靠的氧氣指示劑或二氧化碳指示劑是一種有效的非破壞性檢測包裝完整性的方法，其可監控食品在生產、流通和消費整條供應鏈中的質量安全，將這類指示劑稱作氣調包裝的泄漏指示劑。
在歐美國家，20世紀30年代已開始研究使用CO2來保存肉類產品；50年代研究開發了以N2和CO2置換牛肉罐和乳酪罐內的空氣，有效地延長了內裝食品的保質期；60年代，由於各種氣密性塑膠包裝材料的研發成功，很多食品如肉食品、水果、蔬菜、蛋糕、茶葉和乳製品等都採用了氣體置換包裝技術，保鮮效果較好；70年代，生鮮肉的充氣包裝在歐美各國廣泛使用，從此氣調包裝在全世界蓬勃發展。在歐美等已開發國家，氣調包裝技術已廣泛地套用於各類食品包裝，如圖1所示即為套用於豬肉的氣調包裝；在我國，氣調包裝已進入高速發展期，氣調包裝市場發展潛力較大。
氣調包裝可以分為高氧氣調包裝（high oxygen modified atmosphere packaging，HOMAP）、控制型氣調包裝（control modified atmosphere packaging，CMAP）和智慧型氣調包裝（intelligent modified atmosphere packaging，IMAP）3類。這3種不同類型的氣調包裝根據其特點被套用於不同的食品包裝。為了適應不同的新鮮或鮮切食品的包裝需要，設計合適的氣調包裝系統具有重要意義。氣調包裝未來將成為新鮮和鮮切食品的主要包裝方法。
在氣調包裝中，一般以標籤的形式放置一種可以方便、直觀地判斷內容物是否變質的泄漏指示劑，用以監控包裝內部氣體氛圍的變化。而組成氣調包裝氣體氛圍的兩種主要氣體為氧氣和二氧化碳，其也是最主要的兩種影響食品質量的氣體。因此，用於氣調包裝中的泄漏指示劑主要為氧氣指示劑和二氧化碳指示劑，其分別用於監測氣調包裝中氧氣和二氧化碳的含量。
泄漏指示劑的分類
氧氣指示劑的發展及套用
在農產品和食品的加工、配送、銷售階段，由微生物增長而引起的內部組件氧化對農產品和食品質量的影響極大。氧濃度是影響農產品和食品包裝的一個重要因素，農產品和食品包裝中氣氛的氧濃度會使內裝物質量在高氧環境下惡化，因此，氧氣感測器被引入農產品和食品包裝系統來指示氧氣的存在，並對其溶解態和氣態階段進行量化。基於此，包裝內的氣體被當作象徵農產品和食品質量指標的理想物質。
1、電化學氧氣指示劑/感測器
電化學感測器可分為電位感測器、伏安感測器和電流感測器。在電化學氧氣感測器中，主流的克拉克氧電極逐漸變得小型化且植入智慧型設備中，這使得其具有可移植性、節約時間和線上檢測的優勢。儘管電化學氧氣感測器已被套用，但其也存在一些缺點，如清理和改變電解質將會導致生命周期變短，電解液需要周期性更新，這也會影響反應精度和回響時間。因此，電化學感測器的發展研究並沒有得到廣泛的重視。
2、光學氧氣指示劑/感測器
光學感測器大致可分為有機染料感測器、納米螢光感測器、雙重/多重因素探測感測器等。隨著可控納米螢光粒子和濕化學法的發展，獨特的發光特性正成為這一研究領域的熱點。在一種基於螢光的氧氣感測器中，當特殊的染料分子吸收光線時，感測器會顯示激發態且在特定波長（螢光或磷光）被輻射，而在與氧氣分子發生碰撞時，這種螢光染料的激活被抑制。
二氧化碳指示劑的發展及套用
氣調包裝可降低微生物的增長效率和內裝食品的腐敗率，這主要得益於其中的保護氣體二氧化碳。二氧化碳是氣調包裝中的主要保護氣體，因為其可在一定程度上抑制微生物的呼吸。
早在1990年，T.Mattila等人就使用溴麝香草酚藍和pH敏感型染料，研究了二氧化碳濃度和微生物繁殖速率之間的關係。隨著科技的進步，二氧化碳指示劑的發展也有了新的突破。二氧化碳指示劑一般可分為傳統型和創新型兩類。
傳統型二氧化碳感測器中的非分散式紅外指示器（non-dispersive infra-red，NDIR）適用於商業的二氧化碳檢測。儘管非分散式紅外指示器精度較高，但是其價格昂貴，體積較大，容易受到污染和易被水汽干擾；此外，在氣體分析過程中需要破壞密封的包裝，並且不適合常規樣品分析：這些不足限制了其廣泛套用。創新型光學二氧化碳感測器可以分為兩種類型，即基於酸鹼指示劑顏色（比色）變化的感測器和基於二氧化碳誘導螢光染料螢光變化的感測器。
1、光學二氧化碳指示劑/感測器
根據其介質性質，光學二氧化碳指示劑可分為乾、濕兩種類型，通常使用的是濕型光學二氧化碳指示劑，因為乾型光學二氧化碳指示劑受溫度和濕度影響較大，測量結果不夠精確。濕型光學二氧化碳指示劑的基本組分為：pH敏感染料；水封裝介質，一般為溶有染料的碳酸氫鈉；透氣不透水的離子薄膜（gas proof membrane，GPM），用於覆蓋濕感測器層。
相關研究發現，性質不同的氣體能夠使改性銠金屬的顏色發生改變，改性銠在氮氣中會變成黃色，在氧氣中會變成深藍色，在一氧化碳中會變成棕色。氣體以獨特的方式鎖定在金屬化合物中央，並沒有干擾每個原子在化合物的晶體點陣確切位置。將改性銠運用在氣調包裝中，如果氣調包裝發生泄漏，根據改性銠的顏色改變就能實現食品安全預警。然而，金屬在食品系統中的使用將可能違背食品安全的許可。
2、電化學二氧化碳指示劑/感測器
傳統的二氧化碳感測器由碳酸氫鹽溶液填充玻璃電極組成，由一層二氧化碳滲透膜覆蓋，水和電解質無法穿透這層膜。該感測器的作用原理為：在水溶液中，二氧化碳形成碳酸，然後水解成碳酸氫根離子和質子。
固體電解質結構緊湊，有持續的監控能力，選擇性高，成本低，因此，使用固體電解質製備電化學二氧化碳感測器具有較好的套用前景。但是，其需要產生信號的能量，工作溫度通常需要400℃以上，環境因素（如溫度和濕度）會影響感測器的性能，特別是運用於金屬氧化物感測器的情況下，會產生交叉敏感反應，故不適用於食品包裝。
