食品包装用比色型对比（昆山舒美KQ-500DE使用）

0 引言

气 调 包 装（modified atmosphere packaging， MAP）的原理是在包装容器内填充一定的气体（如 O2、CO2 和 N2 等），破坏或改变微生物赖以生存繁 殖的气体条件，以延缓食品腐坏变质。气调包装技术 用于果蔬保鲜时，合理调节气体比例和控制温度是保 证气调保鲜效果的关键和核心。气体比例不当会影响 气调贮藏效果，甚至引起果蔬气体伤害、缩短果蔬贮 藏寿命。

1 试验

1.1 材料

平菇，购于大庆市龙凤区北京华联超市，外表 无破损，成熟度一致，购买后当天带回实验室使用； 甲基红、溴百里酚蓝、丙三醇（质量分数不小于 99.0%），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；基 纤维素，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，分 析纯，质量分数不小于 99.7%，沈阳市华东试剂厂； 氢氧化钠，分析纯，质量分数不小于 96%，天津市 大茂化学试剂厂；乙酸，分析纯，质量分数不小于 99.5%，哈尔滨试剂化工厂；氯丁胶，株洲世林聚合 物有限公司。

1.2 仪器

电子天平，JA2003N 型，上海菁海仪器有限公 司生产；医用数控超声波清洗器，昆山舒美KQ-500DE型， 昆山市超声仪器有限公司生产；数显恒温水浴锅， HH-2 型，金坛市科兴仪器厂生产；精密定时电动搅 拌器，JJ-1 型，金坛市荣华仪器制造有限公司生产； 双面加热塑料封口机，FMJ-450 型，杭州佑天元包 装机械制造有限公司生产；pH 计，FiveEasy Plus 系 列 FE20 型，梅特勒 - 托利多集团生产；O2/CO2 顶空 分析仪，OXYBABY M+i 型，德国威特气体技术公 司生产；拉网机，TM-1500HM 型，青岛恒恒泰印花 设备厂生产；微型空气压缩机，ZB-0.11/8 型，上海 日豹压缩机制造有限公司生产。

1.3 方法

1.3.1 制备指示油墨

将 0.18 g 甲基红与 0.12 g 溴百里酚蓝分别溶于体 积分数为 50% 的乙醇溶液中，制得质量分数均为 0.1% 的甲基红 - 乙醇溶液和溴百里酚蓝 - 乙醇溶液，再配 制甲基红和溴百里酚蓝的质量比为 3:2 的混合溶液， 添加体积分数为 4% 的甘油，同时添加适量的氢氧化 钠溶液（质量浓度约为 100 g/15 ml）以保持指示油墨 pH 值为 7；将溶液加热至 70 ℃，再缓慢加入质量分 数为 1.72% 的甲基纤维素（考虑指示油墨变色的灵敏 度 [10]），形成凝胶后，磁力搅拌至自然冷却；25 ℃下 超声脱气泡 30 min 后，将油墨倒入玻璃板上，室温下 静置24 h，去除油墨中多余的水分，即得CO2指示油墨。

1.3.2 建立“油墨颜色 -pH 值 -CO2 含量”模型

建立指示油墨颜色与 pH 值之间的关系。首先， 利用 pH 计调配 8 组 pH 值分别为 7.00, 6.62, 5.84, 5.40, 5.07, 4.56, 4.10, 3.50 的乙酸溶液（序号依次为 1, 2, … 8）；然后，将指示油墨溶于等量的 8 组乙酸溶液中， 每组 10 ml，静置 5 min，观察溶液的颜色变化，并 用 vivo X21 手机拍照记录，拍照距离为 5~15 cm， 焦距为 30 mm，光圈为 F1.8，曝光时间为 1/50 s；最 后，用 Photoshop 软件提取所拍摄图像中乙酸溶液的 颜色，制作样品色卡，即可得出指示油墨颜色与 pH 值之间的关系。 建立 CO2 含量与 pH 值之间的关系。在具塞玻璃 广口瓶内放入装有 10 ml 纯水的透明玻璃气调小瓶， 将不同含量的 CO2 预混气体充入小瓶中，待气体成 分稳定后测定小瓶中碳酸溶液的 pH 值，即得 CO2 含量与 pH 值的关系。结合指示油墨在不同 pH 值的乙酸溶液中的颜色变化，建立“油墨颜色 -pH 值 -CO2 含量”模型。

1.3.3 印刷油墨

承印物选用厚度为 0.02 mm 的聚丙烯薄膜，采 用丝网印刷方式将油墨印刷在承印物上。印刷前，用 透明胶带将丝网印版的四周密封，只留下 4 cm2 的透 墨区域供印刷使用。比色型 CO2 指示油墨透过丝网 印版印刷到聚丙烯薄膜上，待油墨干燥后使用。

1.3.4 验证试验

平菇是一种呼吸作用较强的可食用菌类。本次 试验以平菇的有氧呼吸为主，利用有机物（葡萄糖） 与 O2 的反应，以达到密封包装内水分充足且 CO2 含 量不断变化的效果。有氧呼吸反应式如下：C6H12O6+6O2 → 6CO2+6H2O+2 816 kJ。 （1） 验证试验准备了 6 组平行样，每组平菇的质量均 为 45 g。先用双面加热塑料封口机将印有指示油墨的 聚丙烯薄膜制成尺寸为 150 mm×180 mm 的可用于 包装的袋型，再将平菇装入包装袋后密封放置在室温 下，使用气体分析仪每隔 30 min 测量 6 组平行样中 的 CO2 含量，并拍照记录包装袋上比色型 CO2 指示 油墨的颜色变化，最后利用 Photoshop 软件提取所拍 摄图像中指示油墨的颜色，与样品色卡对比，观察颜 色是否一致。

2 结果与分析

指示油墨对水和 CO2 敏感，遇水即溶， 在水分充足的条件下，能随着 CO2 含量的变化而显 现不同的颜色，故需密封保存。取印刷并干燥后的 6 组平行样，利用螺旋测微器测量墨层厚度，取其平均值，得墨层厚度为（0.009±0.002）mm。甲基红和溴百里酚蓝均为指示效果明显的酸碱 指 示 剂， 因 而 在 pH 值 为 3.50~7.00 之 间， 比 色 型 CO2 指示油墨的颜色会产生一系列变化。将指示油墨 分别溶于 8 组不同的酸性溶液中，得到 8 组变化明显 的指示溶液样品。Lab 色彩模型是由亮 度（L*）和与色彩有关的 a*、b* 三个要素组成。其中， a* 表示从洋红色至绿色的范围，b* 表示从黄色至蓝 色的范围。随着 pH 值的减小，指示 溶液的颜色由绿变黄再变红，a* 不断增大，b* 先增 大后减小，L* 先增大再减小，随后又增大再减小， 可见相邻色块肉眼即可区分。比色型 CO2 指示油墨能在不同 pH 值的环境中产 生非常明显的颜色变化。根据 2.2.1 节中 pH 值与指示 油墨的颜色变化关系及 2.2.2 节中 pH 值与 CO2 含量的 关系，得出指示油墨的颜色变化与 CO2 含量的对应关系。

3 结语

以甲基红和溴百里酚蓝为指示剂，甲基 纤维素和甘油为主要成膜材料制备比色型 CO2 指示 油墨，并推算出“a*-CO2 含量”的相关性模型，即 yCO2 =0.008 6x 2 a*+0.620 2xa*+11.473。试验结果表明， 比色型 CO2 指示油墨在各个梯度 pH 值的酸性溶液中 有非常明显的颜色变化，肉眼可分辨，且灵敏度高， 1 s 即可显色；比色型 CO2 指示油墨在水分充足的条 件下，能够随着环境中 CO2 含量的变化而持续变色。 因此，本指示油墨可应用于监控 MAP 包装内 CO2 的 含量变化。

 

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