豆腐保鲜智能包装：先进材料及迈向一体化AI驱动系统途径的全面综述

《Food Chemistry》：Intelligent packaging for tofu preservation: a comprehensive review of advanced materials and pathways toward integrated AI-driven systems

　　

摘要

豆腐是一种极易腐败且日益普及的全球性主食，在智能包装方面的研究关注却十分有限。本文系统梳理了近期进展，涵盖从分子腐败机制到前瞻性集成AI驱动系统的各个方面。文章分析了两大支柱：先进材料——从控释系统发展为刺激响应系统——突出了豆腐专用智能包装的发展方向；以及传感技术——包括视觉指示器和嵌入式传感器——记录了失效模式和基质干扰。讨论最终得出一个AI赋能系统的概念框架，并指出目前尚无针对豆腐的完全集成实施方案。文章指出了集成差距、硬件限制以及缺乏豆腐专用数据集等问题。此外，还评估了物联网和区块链技术在整个供应链中的连接性和信任度。最后，综合分析了技术、经济、法规和环保等方面的主要商业化挑战，并提出了一项协同设计研究议程。本文为下一代智能包装提供了路线图，旨在提高豆腐及其他易腐食品的保质期、安全性和供应链效率。

章节摘要

引言：豆腐保鲜的挑战与向智能包装的范式转变

豆腐是一种以大豆为基础的传统食品，因其优质的植物蛋白而备受推崇，却面临着一个关键的矛盾。尽管预计到2032年全球市场规模将超过58.2亿美元（Report Prime, 2026），但其极易腐败的特性仍未得到充分解决。即使通过冷链系统配送，传统被动包装结合静态的"最佳食用日期"也无法解决豆腐特有的腐败动态，导致大量的产后损失和食品安全风险（

豆腐腐败的分子机制与包装系统的功能需求

合理的智能包装设计始于对豆腐腐败的机制理解，这决定了下一代保鲜系统的功能需求。

先进包装材料：从功能组分到智能响应系统

豆腐保鲜需要超越被动屏障的主动干预。本节沿复杂性连续谱回顾了各类材料：单功能组分、多功能复合材料以及智能响应系统。表2a、表2b和表3总结了它们的组成、机制、功能以及跨系统基准指标，包括保质期、成本、可扩展性、迁移安全性和量化性能。

智能传感与指示技术：连接物理与数字领域

以下描述的传感器具有双重功能：作为独立指示器提供即时读数，以及作为第5节所述AI框架中的感知层。几种传感原理与第3节中涉及的刺激响应材料存在重叠。例如，花青素的pH响应变色（第4.1.1节）与OSA/CMCS席夫碱膜的nisin释放触发机制（第3.3.2节）并行。类似地，荧光MOF对生物胺的检测（第

豆腐保鲜的智能包装：迈向集成AI驱动系统的结构化框架

目前尚无已发表的研究在豆腐生产中实施了完全集成的AI驱动系统。以下框架作为概念蓝图，基于相关食品系统中已验证的组件，并明确指出每层的集成差距（图5）。

集成架构建立在第3节和第4节讨论的材料和传感器基础上。感知层（第5.1节）部署了比色法（第4.1节）、荧光（第4.1.2节）、电化学（第

综合总结、挑战与未来之路

讨论从分子腐败机制演进至AI驱动的智能包装。然而，距离商业化仍有显著差距——这一差距并非由单一缺失技术所造成，而是技术、法规和可持续性挑战的共同结果。本节评估了这些障碍，提出了一项协同设计路线图，并将豆腐置于智能包装转型的背景下进行定位（图6A）。

结论：展望豆腐保鲜的智能与可持续未来

本综述研究了豆腐保鲜的智能包装，重点关注活性材料、传感技术和AI集成。得出了三项关键发现。首先，比色pH指示剂和阻抗传感器最具近期商业化前景，两者均兼容R2R打印，提供了可扩展的制造途径。基于MOS的NH₃传感器需要进一步完善，以缓解湿度引起的漂移和交叉敏感性。其次，商业化面临

CRediT作者贡献声明

Haotong Zang：撰写初稿、项目主管、调查研究、形式分析、数据整理。 Hong Lu：审阅与编辑、撰写初稿、监督指导、资源获取、资金筹措、形式分析、概念构思。 Siyuan Zhao：可视化、软件、数据整理。 Yongping Peng：可视化、调查研究、数据整理。 Yuxin Zhao：可视化。 Yan Wang：监督指导、资源获取。 Kurban Magomedov：监督指导、概念构思。 Hongge Jia：

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究由黑龙江省自然科学基金资助（项目编号：LH2023E126）。

Haotong Zang|Hong Lu|Siyuan Zhao|Yongping Peng|Yuxin Zhao|Yan Wang|Kurban Magomedov|Hongge Jia