关于添加合成染料的智能包装海鲜保鲜度监测指示剂的综述

《Food Control》：A Review on Synthetic Dye-Added Intelligent Packaging Seafood Monitoring Freshness Indicator

　　摘要
全球海鲜行业经历了显著的增长和波动，1996年至2020年间增长了19.4％，其在全球出口中的份额增加了40％。作为全球食品系统的重要组成部分，海鲜行业继续发挥着重要作用，为营养、生计和国际贸易做出贡献。然而，海鲜极易变质，会受到微生物、酶和化学因素的快速破坏，导致品质下降、保质期缩短和经济损失。尽管传统的分析技术（如气相色谱法和质谱法）准确可靠，但往往耗时较长，不适合用于供应链中的实时监测。合成染料则适用于作为海鲜的新鲜度指示剂。本文综述了基于比色指示剂（包括氮化合物的积累，如三甲胺TMA、氨和总挥发性碱性氮TVB-N）的合成染料在智能包装中的应用，这些指标是变质的关键标志，与pH值变化和感官退化相关，为海鲜的实时新鲜度监测提供了有前景的解决方案。合成染料具有优异的稳定性、可调的响应性和明显的颜色变化，使其更适合作为海鲜包装材料。尽管如此，诸如染料迁移、法规合规性以及在真实环境条件下的性能等问题仍然存在。

引言
全球海鲜行业经历了显著的增长和波动，1996年至2020年间增长了19.4％，其在全球出口中的份额增加了40％。作为全球食品系统的重要组成部分，海鲜行业继续为营养、生计和国际贸易做出贡献（Gephart等人，2024年；Cojocaru等人，2022年）。对于包括印度在内的全球人口而言，海鲜是高质量蛋白质和必需微量营养素的主要来源。因此，食品供应链中的消费者和利益相关者始终要求新鲜、安全且高质量的海鲜产品（Abedi-Firoozjah等人，2023年；Zhang等人，2023年；Cojocaru等人，2022年）。然而，海鲜的高度易腐性加速了其感官质量和微生物安全的恶化，导致产品浪费、保质期缩短和对冷链物流的依赖增加。这些挑战凸显了迫切需要可靠、可扩展和实时的新鲜度监测策略（Hallaji & Ranjbar，2026年；Laorenza等人，2022年；Rodrigues等人，2021年）。

海鲜变质是一个复杂的微生物、酶和化学反应过程，可以将原始成分转化为挥发性和非挥发性物质。海鲜的主要成分是蛋白质（氮化合物），包括三甲胺（TMA）和氨，这些物质随着微生物代谢的进行而积累。这些氮副产物的积累会导致pH值显著变化和化学变化，从而影响风味、质地和外观（Liu等人，2026年；Yang等人，2023年）。总挥发性碱性氮（TVB-N）是衡量海鲜变质最常用的指标之一，它代表了变质过程中产生的挥发性胺类和其他氮碱性化合物的浓度，与感官质量的下降和潜在的安全风险密切相关（Liu等人，2026年；Moosavi-Nasab等人，2021年）。已经开发出多种分析技术来检测海鲜变质化合物，包括比色传感阵列、质子转移反应质谱法（PRT-MS）、基于荧光的探针、气相色谱质谱法（GC-MS）、吹扫捕集分析、吸收光谱法、圆二色光谱法。虽然这些方法具有高灵敏度和分析准确性，但通常需要复杂的仪器、实验室分析和受过培训的人员，因此不适用于快速的现场新鲜度评估（Noushija等人，2025年）。最近在合成pH响应染料方面的进展，尤其是在海鲜行业，突显了利用微生物活动、胺类/TVB-N积累与pH值变化之间关系的潜力。这种方法为开发非破坏性新鲜度指示剂提供了良好基础，为传统分析技术提供了替代方案（Xia等人，2025年）。然而，这些方法无法在购买或消费时向消费者提供关于海鲜质量的实时信息。这一局限性推动了新鲜度指示剂技术的发展，使其能够在分销过程中及消费前实现简单、快速和实时的视觉监测。基于pH值的新鲜度指示剂比传统方法更方便、成本更低、节省时间，因为它使零售商能够评估包装产品的实时新鲜度（Liu等人，2026年；Roy & Rhim，2021年）（图1）。然而，天然染料因其在包装中的生物活性和抗氧化特性而受到欢迎（K?stekli等人，2026年；Priyadarshi等人，2021年；Roy等人，2022年）。然而，天然染料在商业包装中存在许多局限性，如原料多样性、批次间一致性差、颜色变化缓慢、颜色调色板有限以及在真实储存条件下难以实现持久、快速和可重复的响应（Marappan等人，2026年；Magnaghi等人，2020年）。历史上，由于其卓越的环境稳定性、精确的pH响应性和鲜艳的颜色对比度，合成染料一直是智能包装中用于海鲜新鲜度指示的主要选择。这些特性使合成染剂在各种储存、运输和零售展示条件下提供更清晰、可靠和可重复的新鲜度指示（Ding等人，2025年；Moosavi-Nasab等人，2021年；Priyadarshi等人，2021年；Ranjan等人，2026年）。这些系统可以精确设计，以在狭窄的pH或氧化还原窗口内响应，并易于集成到聚合物基质中，同时具备可控的分散性和耐光性。对于海鲜而言，这种稳健性尤其重要，因为快速可靠的新鲜度信号对于安全和经济效率至关重要。当前的挑战包括在真实环境中实现良好性能、防止染料渗出和迁移，并确保法规合规性和消费者安全（Kumaravel等人，2025年；Yang等人，2023年）。其中，合成染料的关键问题是染料向包装食品中的迁移，这会影响法规合规性和消费者安全。关于染料渗出和迁移的研究强调了需要强有力的固定策略和屏障层，以减少染料向食品基质的迁移，特别是在开放路径或透水界面情况下（Abedi-Firoozjah等人，2023年；Ingale等人，2025年；Noushija等人，2025年；Shen等人，2026年）。

本文专门探讨了基于合成染料的智能包装系统在海鲜新鲜度监测中的应用，这一领域在现有文献中尚未得到充分研究。与以往广泛讨论的智能包装、基于挥发性氮化合物的指示剂或主要基于天然色素的比色新鲜度传感器（Ma等人，2021年；Abedi-Firoozjah等人，2023年；Luo等人，2022年；Zhai等人，2025年）不同，本研究对这些系统进行了比较和应用导向的评估。本文分类了用于海鲜监测的主要合成染料，并解释了它们的传感机制，特别关注单染料系统和多染料系统之间的差异，包括最新的颜色区分和变质阶段识别进展。评估了聚合物基质组成、薄膜结构、制造技术和染料-基质相互作用对所得指示剂的物理化学、光学、机械和传感性能的影响。最后，本文还讨论了用于智能包装的合成染料的法规状态和安全评估要求，包括迁移限制、暴露考虑因素以及直接和间接接触食品的应用区分。本文重点比较了基于溴百里酚蓝及相关pH响应指示剂的代表性系统，这些系统被整合到生物聚合物薄膜、合成聚合物基质、多层结构和其他兼容海鲜的包装格式中。因此，本文不仅仅提供了智能包装或比色新鲜度指示剂的概述，而是将传感化学、材料工程、海鲜变质化学、环境因素和法规合规性结合在一起，以评估基于合成染料的新鲜度指示剂的技术成熟度和未来发展。

部分内容概述
- **用于海鲜新鲜度监测的合成染料**
海鲜易腐，使用合成染料有助于低成本评估其新鲜度。未来的研究将解释合成染料的作用机制、常见的合成染料以及具有环境交叉敏感性的不同系统。

- **基于合成染料的智能包装开发及其性能**
基于合成染料的智能包装是通过结合不同的聚合物基质及其制造技术制备的，本文还探讨了影响这些系统性能的因素。

- **不同鱼类中的合成染料应用**
合成染料已在各种鱼类中得到了广泛评估，因为不同鱼类具有独特的变质特性。其中，鲑鱼最为著名且价值较高，但由于其高水分和蛋白质含量，其易腐性更强（Zhu等人，2021年）。例如，在Oduse等人（2025年）的研究中，使用PR和BCP染料制成的pH敏感染条在25°C和5°C下对加拿大三文鱼片进行了测试。

- **面临的挑战**
基于pH值的智能比色系统在海鲜新鲜度监测方面具有巨大潜力，但仍面临染料安全性、迁移、环境干扰、验证、可扩展性、成本和可持续性等方面的重大挑战（Zhang等人，2022年）。未来的发展可能依赖于更安全的传感材料、多重化和数字解释的指示剂，以及与整个海鲜供应链的主动和互联包装系统的整合。

- **未来展望**
未来的智能海鲜包装可能会超越单一的比色标签，采用多重传感器平台，同时跟踪总体新鲜度（如TVB-N、pH值）和与食品安全相关的分析物（如组胺和其他生物胺类）（Shao等人，2024年）。将时间-温度指示器（TTI）和其他物理传感器集成到同一包装中，可以提供整个供应链中存储历史和产品状况的更全面信息。

- **结论**
基于pH值的比色指示剂和更广泛的智能包装技术代表了提升海鲜新鲜度监测和减少浪费的重要机会，与传统方法相比，它们提供了更直接和动态的质量信息。然而，当前系统受到合成染料安全性和迁移、环境交叉敏感性、有限的真实环境验证、法规复杂性、制造成本和消费者理解问题的限制。

作者贡献声明
Prashant Anil Pawase：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源管理
Ankita Thakur：撰写——初稿、软件开发、方法论、调查、数据分析
Swarup Roy：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督、概念设计
Hari Krishnan：撰写——初稿、调查、数据管理

未引用参考文献
Alamdari等人，2020年；Cao等人，2024年；Devarayan等人，2021年；Ezati等人，2019年；Ezati等人，2019年；Gong等人，2022年；Huang等人，2014年；Jyoti等人，2025年；Kilin?等人，2022年；Liu等人，2025年；Marappan等人，2025年；Morsy等人，2015年；Murugesan和Li，2026年；Riahi等人，2024年；Shen等人，2025年；Shi等人，2024年；Teixeira-Costa和Andrade，2021年；Wang等人，2021年；Xu等人，2025年；Yang等人，2022年；Yu等人，2019年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2022年

利益冲突声明
作者声明本文不存在任何利益冲突。

致谢
作者感谢其所在机构的支持。