酶型时间-温度指示剂在食品包装中的应用及研究进展

酶型时间温度指示剂(TTI)具有性能稳定、成本低廉、易于控制等优点,在监测供应链中易腐食品的质量变化起着重要作用。本文对酶型TTI的最新研究进行综述,基于脂肪酶、淀粉酶、虫漆酶、脲酶、酪氨酸酶和其他酶,论述了液态酶型TTI的制备原理、优缺点及其在食品包装中的应用现状和存在的问题;基于脂肪酶、淀粉酶和酪氨酸酶,阐述了固定化酶技术在固态酶型TTI中的应用,以及使用新型载体材料对固态酶型TTI进行改进的方法。本文旨在为酶型TTI在食品包装中的应用提供理论基础和实验参考。     

扩散型时间-温度指示器在预测奇异果品质中的应用

为了研究扩散型时间-温度指示器(time-temperature indicator,TTI)对奇异果品质的预测情况,分别研究了不同贮藏温度(5、10、15、20℃)下指示器的颜色变化和奇异果品质(失重率、可溶性固形物含量、VC含量和总酸度)变化情况,通过Arrhenius方程计算TTI反应和奇异果品质变化的活化能Ea值,并将指示器颜色变化与奇异果品质变化的Ea值进行比较,从而评估使用TTI预测奇异果品质的可能性。研究结果表明,贮藏温度及时间对TTI颜色和奇异果品质变化均有影响,贮藏温度越高,TTI颜色变化速度越快,奇异果失品质变化速度越快,同时TTI的RGB值减小速度越快。研究获得TTI的Ea值为37. 302 4 k J/mol,TTI颜色变化与奇异果品质变化的Ea差值在±25 k J/mol以内,因此可以将时间-温度指示器用于奇异果品质的预测,也表明了该指示器在食品品质预测方面具有应用潜力。     

指示消费端食源性AGEs含量的美拉德反应型时间-温度指示器的研究

美拉德反应产生的晚期糖化终末产物(AGEs)与糖尿病及其并发症有潜在的关联性,因此,消费者需要一种便捷的可指示消费端食品中AGEs水平的动态标识,以指导日常合理的膳食,减少AGEs对人体健康的危害。建立了指示荧光性AGEs含量变化的美拉德反应型时间温度指示器(TTI),以指示食品模拟体系(赖氨酸/葡萄糖)在短时间加热过程中AGEs含量的变化。根据TTI活化能与食品质量变化匹配的原则,在恒温条件和变温条件下,通过计算荧光性AGEs和指示器的反应动力学参数,对TTI和荧光性AGEs变化进行匹配。结果表明:0.4 mol/L赖氨酸和0.3mol/L木糖溶于pH7.0磷酸缓冲溶液制成的美拉德反应型TTI在短时间加热过程中颜色变化明显,恒温条件下得到食品模拟体系中荧光性AGEs和美拉德反应型TTI反应活化能分别为118.18 kJ/mol和96.17 kJ/mol,两者活化能之差小于25 kJ/mol,并且在变温实验中得到两者有效温度之差小于1K,证明所构建的TTI可以用于指示食品模拟体系中荧光性AGEs的积累过程。     

商业化时间-温度指示器的研究进展及应用

为了解决食品在流通过程中温度的可预测性,国内外先后研制基于不同原理(机械学、化学、酶学、微生物学或电子学的不可逆反应)的时间-温度指示器/剂(time tempera-ture indicator/integrator,TTI)。通过对国内外的TTI进行全面调研,讨论商业化TTI的适用性,并论述一种新型TTI(微生物型)的研究现状及其未来的发展前景。     

用耐高温α-淀粉酶构建时间-温度积分器

食品工业杀菌过程中,测量食品内部温度随时间变化的情况对于控制杀菌过程至关重要,时间-温度积分器(TTI)可以指示食品内部温度随时间变化情况。以耐高温α-淀粉酶为指示剂,采用胶囊包埋技术构建TTI,并对该TTI构建指示酶的热失活动力学模型,以魔芋葡聚糖凝胶食品模拟物为载体,用固体食品流态化超高温杀菌装置对该模型进行验证。统计学分析结果表明:耐高温α-淀粉酶的失活遵循一级动力学规律,实验验证结果与TTI构建的模型之间无显著性差异,TTI技术可以用于酶失活动力学的研究,利用耐高温α-淀粉酶构建的TTI能够满足固体食品流态化超高温杀菌时对食品进行时间-温度指示的要求。     

时间-温度指示器在食品保质期预测中的应用

食品保质期预测对航天食品、远洋食品至关重要,时间-温度指示器（Time-temperature indicator,TTI）是食品保质期预测的关键技术,它通过监测食品流通温度来预测食品热敏营养成分的变化情况,并指示产品剩余货架信息,从而降低食品的损耗,保证食品安全。本文论述了TTI的基本概念、基本原理、动力学模型及其应用情况,介绍了基于物理型、化学型、生物型和酶型及其它不同工作原理TTI的研究现状,总结了TTI在水产品、肉制品、果蔬和鲜牛乳储运监测中的应用以及TTI的商业价值和未来的发展趋势,以期为推广TTI技术应用,减少食品浪费做出贡献。     

酪氨酸酶为基础的时间温度指示系统的初步研究

利用酪氨酸酶催化酪氨酸褐变的原理开发了一种新型的时间温度指示系统(TTIs)。在液态条件下,研究了不同温度对TTIs的褐变程度的影响。并且初步研究了TTIs在固相载体上的颜色变化。结果表明,反应体系在0℃和5℃时,经过0~48h体系的颜色由原来的无色变为褐色,最终变为明显的黑色(指示终点,灰度值42.05±2.00),而在35℃条件下,体系的颜色经过4h就到达指示终点。进一步将酪氨酸固定在海藻酸钠-羧甲基纤维素钠混合薄膜上与酪氨酸酶液进行反应,颜色变化非常显著。实验证明,以酪氨酸酶为基础的酶型TTIs具有良好的发展前景。本研究为我国生鲜食品流通的监测提供了新的选择,为消费者选择物有所值的新鲜食品提供方便。     

基于漆酶的时间-温度指示剂研究

目的研制基于漆酶的时间-温度指示剂(time-temperatureintegrators,TTI),指示并预测相应食品的货架期。方法利用漆酶对愈创木氧化分解反应的催化作用,通过调节加酶量,使愈创木酚的氧化反应产生随时间和温度累积的颜色变化效应,从而获得4种不同效果的TTI。在4、10、25、35℃恒温条件下对4种不同TTI动力学参数进行了研究,计算其反应活化能值。结果 4种TTI的活化能指示范围分别为0～50、17～67、15～65、11～61kJ/mol。结论该方法操作简单,颜色变化所产生的指示效果明显。根据TTI反应的终点与食品货架寿命的终点相吻合的原则, 4种TTI可分别用于牛奶、肉类新鲜度的指示。     

基于扩散型时间-温度指示器表征鲜银耳贮藏过程品质变化

为了研究扩散型时间-温度指示器(Time-Temperature Indicator,TTI)能否表征鲜银耳贮藏过程中品质变化,分别研究了不同贮藏温度(5、13、17、23 ℃)下,扩散型TTI的颜色变化和鲜银耳品质(失重率、可溶性糖含量及丙二醛含量)变化情况,通过化学品质动力学模型及Arrhenius方程分别计算扩散型TTI颜色变化和鲜银耳品质变化的活化能Ea,并将扩散型TTI颜色变化的活化能与鲜银耳品质变化的活化能进行比较,从而评估扩散型TTI与鲜银耳的品质变化的匹配性。研究结果表明,贮藏温度及贮藏时间对扩散型TTI颜色变化和鲜银耳品质变化均有影响,且贮藏温度越高,扩散型TTI由白色变为蓝色的速度越快,鲜银耳也越容易腐烂。通过化学品质动力学模型及Arrhenius方程计算得出扩散型TTI的活化能E_a值为36.1135 kJ/mol,鲜银耳失重率、可溶性糖含量及丙二醛含量的活化能分别为53.3144、53.3368、43.9744 kJ/mol,扩散型TTI与鲜银耳品质变化的活化能差值<25 kJ/mol,因此可以将此扩散型TTI用于鲜银耳贮藏过程中的品质监控。     

一种新型冷链管理TTI系统的应用

对一种新型光致变色时间-温度指示卡(TTI)系统应用性进行了研究,结果表明,根据Arrhenius模型计算出在不同的紫外光照射时间的激活能在23.2-25.3kcal.mol-1之间,通过建立质量特性图可计算不同产品的适宜激活时间,从而确定产品的货架期,说明该新型TTI系统可用于多种食品从生产到消费的冷链贮运的可贮型监测。     

聚乙烯醇固定化酵母粗酶发酵玉米秸秆纤维素工艺研究

以聚乙烯醇(PVA)为载体将从热带假丝酵母菌制备的粗酶进行固定化,并通过响应面方法对生物质乙醇的发酵工艺进行了一系列研究。在单因素试验的基础上,确定粗酶量、底物浓度和pH值为影响因子,应用Box-Behnken中心组合进行3因素3水平的试验设计,以乙醇得率为响应值,进行响应面分析。结果表明,PVA法固定化热带假丝酵母粗酶的最佳条件为:粗酶量0.36g,底物浓度8%,pH4.53;在该条件下进行固定化发酵的乙醇得率为25.84%。     

Immobilizing laccase on electrospun chitosan fiber to prepare time-temperature indicator for food quality monitoring

Laccase was immobilized on the electrospun chitosan/poly(vinyl alcohol) fiber (ceCPL) with specific area of 17.05 m²/g to reinforce the stability of enzymatic time–temperature indicator (TTI). The ceCPL exhibited a high relative activity within 4 °C–40 °C and the activation energy (Ea) of coloration with guaiacol approached 40.9 ± 2.8 kJ/mol for 80 μg/cm² of ceCPL-immobilized laccase. In dynamic temperature response experiments of ceCPL using intermittent temperature changes between 4 °C and 25 °C, irreversible inactivation did not occur, indicating the desirable tolerance and sensitivity of ceCPL to temperature alterations. Approximately 1 or 38 days was required to reach the endpoint of coloration at 4 °C when 80 or 8 μg/cm² of laccase were immobilized on ceCPL, respectively. The regression equation derived from kinetic model analysis was conducted and could be further utilized to design a suitable time–temperature indicator (TTI) to monitor food quality according to the color change of ceCPL coloration.     

New enzymatic time–temperature integrator (TTI) that uses laccase

A new enzyme based TTI prototype was developed using an advantageous enzyme, laccase, which has simple discoloration kinetics and is widely available. The possibility for the laccase TTI to be a qualified TTI product was investigated and the color response variable, kinetics and Arrhenius parameters of the TTI were identified. The hue value was found to be highly correlated with the concentration of laccase reaction product and determined as the color response variable. The significance of kinetics and Arrhenius relationships were sufficient for the TTI prototype to meet the general requirements of TTI products. The activation energy of laccase TTI ranged from 43.9 to 46.9 kJ/mol. The results indicated that the laccase based TTI prototype could be useful as a new type of enzymatic TTI product.     

Use of time-temperature integrators and predictive modelling for shelf life control of chilled fish under dynamic storage conditions

A systematic approach for fish shelf life modelling and Time Temperature Integrator (TTI) selection in order to plan and apply an effective quality monitoring scheme for the fish chill chain was developed. The temperature behaviour of the natural microflora of the Mediterranean fish boque (Boops boops) was studied and growth of the specific spoilage bacteria Pseudomonas spp. and Shewanella putrefaciens was modelled and correlated to organoleptic shelf life. Arrhenius and square root functions were used to model temperature dependence of maximum growth rates. Bacterial growth and shelf life models were validated under dynamic storage conditions with independent variable temperature experiments. The response of several TTIs from similar storage experiments was also modelled. The reliability of the TTI monitoring was cumulatively expressed by the error in the TTI derived effective temperature (Teff) for different variable temperature distributions. Teff was directly translated to shelf life of the fish.     

基于玫瑰茄花青素的猪肉新鲜度智能指示膜研究

本研究以玫瑰茄花青素提取物制备可检测肉类新鲜度的智能指示膜,分别以淀粉、壳聚糖和聚乙烯醇两两混合作为成膜基底材料,比较分析了不同基底材料复合膜在机械性能、水溶性、微观结构以及颜色稳定性等方面的差异。结果表明:壳聚糖/聚乙烯醇/玫瑰茄花青素复合膜的抗拉强度最大,为98.28 MPa;聚乙烯醇/淀粉/玫瑰茄花青素复合膜的断裂伸长率最大,为88.16%,含水率最低且稳定性最高;扫描电子显微镜结果表明不同基底材料复合膜的微观结构差异较大。将聚乙烯醇/淀粉/玫瑰茄花青素复合膜用于猪肉新鲜度的检测,结果表明:在25℃贮藏环境下,随着时间延长,猪肉的挥发性盐基氮的含量不断上升,36 h后,猪肉的挥发性盐基氮值大于15 mg/100 g,表明猪肉已经腐败,同时复合膜的颜色变成淡紫色,60 h后变为褐色。研究结果可为猪肉新鲜度智能指示膜的研究开发提供参考。     

Reliability of Time-Temperature Indicators as Food Quality Monitors Under Nonisothermal Conditions

Application of time temperature indicators (TTI) is based on response information or kinetic models from isothermal testing. The reliability of such models under variable temperature conditions was systematically studied. Nonisothermal experiments of two types were conducted involving prolonged exposures to high temperatures followed by storage at low temperatures to study the “history effect,” and storage at controlled, sinusoidaly varying temperatures. Three major types of commercial TTI were studied. Results showed that, although some types of TTI exhibit a significant “history effect,” the prediction models can be applied satisfactorily for the variable temperature storage.     

苹果白兰地发酵工艺模型的建立

试验通过部分因子试验设计从糖度、pH值、发酵温度、发酵时间等对苹果蒸馏酒品质有关键作用的因素中,快速地筛选出对发酵醪酒精度影响最主要的因素糖度、初始pH值、发酵温度.分别以酒精度和残糖量2个质量指标为因变量,糖度、初始pH值、发酵温度及发酵时间为变量进行二次通用旋转组合设计试验,并建立相关数学关系模型,各模型均达到极显著水平,根据实际生产要求及各个模型的分析优化得出苹果蒸馏酒最佳发酵工艺为:糖度21.3%,pH值为3.6,发酵温度24.1℃.在此条件下,酒精度可达到15.6%vol.     

Development of a time-temperature integrator system using Burkholderia cepacia lipase

A time-temperature integrator (TTI) is a device used to show a time-temperature dependent change that reflects the temperature history and quality status of the food to which it is attached. An enzymatic TTI system based on the reaction between Burkholderia cepacia lipase and tricaprylin, which causes a pH change, was developed. The temperature dependence of the response rate of this new lipase-type TTI was modeled using the Arrhenius equation, and the estimated activation energy was calculated as 70.61±11.10 kJ/mol (±95% confidence interval). The TTI response was validated under dynamic storage conditions with independent variable temperature experiments, and a good agreement was obtained between the predicted and measured values.     

白附子酪氨酸酶活性抑制成分的提取与分离

研究了不同溶剂及提取方式对白附子中酪氨酸酶抑制成分的影响,并应用活性追踪法对白附子中酪氨酸酶活性抑制成分进行考察。结果表明,以20%乙醇水溶液为溶剂从白附子中提取的粗提物对酪氨酸酶活性的抑制作用最强,抑制率可达到96.35%,与恒温水浴振荡提取法相比,超声波辅助提取法对活性成分的提取效果更好。在此提取条件下所得白附子粗提物对酪氨酸酶的半抑制浓度IC50为24.69mg/mL。该粗提物依次经乙醚和正丁醇萃取,所得正丁醇萃取组分对酪氨酸酶的抑制率达71.94%。对高活性的正丁醇萃取组分进行分离,获得了一种酪氨酸酶抑制率高达98.82%的组分,是一种潜在的酪氨酸酶抑制剂。研究结果对白附子及其活性组分在医药和食品领域的应用有指导意义。