综述：结合传感技术的战略性包装机械化，用于即食鲜切水果和蔬菜的无损原位质量与安全评估

《Food Control》：Strategic Packaging Mechanization with Sensor Technologies for Non-Destructive In-Situ Quality and Safety Assessment of Ready-to-Eat Fresh-Cut Fruits and Vegetables

　　

摘要基于便利性的即食（RTE）鲜切果蔬（FCFV）需求激增，这得益于注重健康的消费者对轻松获取食物的需求。对便利性、美观性和营养完整性的大众需求不断升级，促使人们对提高 RTE 食品价值链绩效的效率和功能进行了大量的研究工作。FCFV 的易腐性因空气暴露而加剧，限制了它们的可用性和保质期。开发无防腐剂且有效的技术科学替代方案仍然是一个涉及多学科响应的艰巨问题。嵌入纳米颗粒和抗菌涂层的智能包装技术可以帮助减少腐败并延长保质期，同时将包装与先进数字技术（如传感器（RFID、生物传感器、新鲜度传感器等）、指示器（时间温度指示器、带有 pH 敏感染料的纳米乳剂涂层）、3D 食品打印、4D 食品打印、数字孪生、近红外和高光谱成像、深度卷积神经网络（DCNN）、空间计算技术、长短期记忆（LSTM）设备、客户关系管理应用平台、区块链技术）相结合，推动了供应链中的质量追溯和预测性维护。本综述重点关注 FCFV 行业的现状，强调关键挑战，以及集成包装方法与智能包装创新结合以确保质量和保质期的最新进展。

引言轻加工果蔬（MPFV）从天然状态经过洗涤、去皮、切片或包装等理化改变，但仍保持新鲜以供食用（Gomes 等人，2023）。世卫组织建议我们在日常饮食中消费新鲜水果和蔬菜（至少 400 克），以补充有益的膳食纤维、维生素、脂溶性矿物质、抗氧化剂和其他重要植物化学物质的额外需求（Singla 等人，2020）。现代久坐不动的生活方式和时间可用性有限，增加了对不健康、能量密度高、营养贫乏食品的消耗，增加了各种与非传染性疾病相关的公共卫生风险。然而，对食物成分对整体健康影响的认知导致了轻加工果蔬（MPFV）需求的增加，它们作为传统零食的便利和健康替代品。为解决基于便利性、即食、新鲜食品的多变消费者偏好而进行的创新正在推动 FCFV 市场的革命性变革。公认的健康益处、外观、口味和便利性，推动全球鲜切农产品市场以 17-19% 的复合年增长率（CAGR）增长（Banerjee，2021）。这种增长是由食品来源可追溯性和透明度的创新以及对方便营养食品需求的增加所驱动的。随着市场持续增长，FCFV 有望成为食品行业中不健康零食选项的健康基础。然而，在 RTE FCFV 中，轻加工破坏了细胞完整性，导致酶促褐变、水分流失、质地软化、微生物增殖，并降低感官和营养质量（Hasan，2019；Prakash 等人，2020）。因此，需要严格的储存和适当的处理实践，以及实时监测和质量控制，以确保它们的新鲜度和安全性，从而延长保质期和功能（Chen 等人，2018）。

在 20 世纪 90 年代早期和 2000 年代，气调包装逐渐发展，利用透气材料平衡氧气和二氧化碳水平（Fang & Wakisaka，2021）。然而，轻加工鲜切果蔬的包装已经从原始的传统阻隔概念（包含、展示和保护食品）演变为带有无损传感器的智能包装，从而提高了从农场到消费者的供应链和价值链效率，让消费者在运输过程中能够了解质量和处理条件。新鲜度指示膜以及其他人工智能（AI）技术，可以作为消费者了解储存期间包装食品状况的良好视觉线索。通常，客户依赖包装上打印的保质期（包括到期日和最佳食用日期）作为食品新鲜度的指标，然而，他们往往不知道食品内部正在发生的生化变化。由挥发性化合物释放引起的比色变化可作为食品新鲜度的指标，这是消费者在不打开包装的情况下确定质量的稳定且无损的方法（Ran 等人，2021）。例如，温度响应性聚合物如 BreatheWay? 用于解决冷链脆弱性和气体控制限制（Goransson 等人，2018）。此外，浸入了益生菌、精油等抗菌剂以及抗坏血酸、N-乙酰半胱氨酸等抗褐变添加剂的可食用涂层（藻酸盐、果胶和乳清蛋白基质等），既作为防腐剂，又作为抵御各种污染的环保屏障。最近，在苹果切片中，Elabd（2024）调查了 L. rhamnosus B-445 菌株结合藻酸盐涂层有助于抑制酵母菌计数。同样，Hashemi 等人（2021）报告称，益生菌植物乳杆菌菌株和魔芋葡甘聚糖涂层抑制了即食鲜切猕猴桃片中的真菌生长。

尽管智能包装和数字技术取得了重大进展，但它们在 RTE 果蔬中的应用仍然分散，因为大多数研究孤立地评估这些技术，限制了它们在现实世界应用中的有效性。智能包装提供消费者友好的实时新鲜度指示，而数字技术（即基于 AI 的监测和数字孪生）以及 LCA 能够实现持续的质量跟踪、预测性决策和价值链的可追溯性。因此，需要对这些物理和数字方法进行综合评估，以解决 FCFV 质量管理中的当前差距。然而，本综述的新颖之处在于其专门关注 RTE FCFV，对智能包装和新兴数字技术进行综合评估，为消费者和行业提供便利、营养和轻加工的食品，作为传统零食的健康替代品。现有研究通常孤立地关注传统包装和可食用涂层，或在更广泛的采后背景中研究，但它们在 RTE 商品中协同应用以实现质量变化的早期检测仍然有限。此外，通过与新兴数字工具、基于 IoT 的传感器和生物传感器、空间计算、深度卷积神经网络、高光谱成像、数字孪生等集成，创新智能包装技术，以监测包装农产品中的实时定性变化，通过更好的可追溯性和质量描述来建立消费者信心，同时尝试缓解可持续性目标。因此，本综述提供了一种新颖的、行业特定的方法，弥合了现有加工、保存和包装解决方案与新兴数字工具之间的技术差距，以解决 RTE FCFV 质量、安全和保质期管理中的关键差距。

部分片段文献检索策略与筛选标准使用 PubMed、Scopus、ScienceDirect 和 Google Scholar 等科学数据库进行文献检索。纳入了 2015 年至 2026 年间发表的相关研究，并使用关键词“鲜切果蔬”、“即食农产品”、“智能包装”、“活性包装”、“基于 IoT 的传感器和生物传感器”、“数字孪生”、“区块链”和“无损质量评估”进行识别。与鲜切农产品包装无关且包含足够关键词信息的研究被排除。文献计量分析主要搜索侧重于 RTE FCFV、轻加工、可食用涂层、智能包装、IoT 即数字孪生、DCNN 和其他 AI 驱动技术等，数据库包括 Scopus、Web of Science、PubMed 和 MDPI。经过仔细的关键词分离和数据相关性筛选后，结果作为 CSV 文件下载，以便在 Excel 和 VOSviewer 软件中处理。数据在 Excel 中进行了去重、筛选和格式化处理，以提取最相关的数据集在创新 FCFV 包装：工业 4.0 创新 FCFV 的包装经历了变革性的变化，这是由工业 4.0 概念驱动的。图 2 展示了食品包装材料历史转变中的创新。这一演变将物联网传感器、区块链可追溯性、空间计算机技术和 AI 驱动的动态保存等先进技术整合到包装系统中，不仅提供了可持续性，还为供应链提供了智能和响应能力（Palanisamy 等人，

当前开发新型智能和响应性包装材料的制造方法智能包装的当前制造技术采用现代和创新工具的应用，使包装更具功能性和行为性。这些制造技术标志着向更可持续、高效和智能包装解决方案的范式转变。纳米技术，包括将纳米颗粒（如氧化银和氧化钛）整合到聚合物基质中，以提高阻隔强度、机械强度、紫外稳定性，以及用于 FCFV 质量监控的 AI 和数字孪生数字孪生技术正在通过生成物理系统的虚拟副本，改变即食果蔬的包装行业和供应链管理，为价值链运营商和消费者提供包装食品质量的实时响应。在整个供应链中，这些数字副本不断更新来自嵌入式传感器的实时数据，这些传感器监测重要的质量决定因素，即温度、湿度和气体FCFV 保存中包装面临的挑战 RTE FCFV 智能包装材料方面的进展 substantially 增强了食品安全和用户便利性，尽管纳米材料的应用需要对毒性和安全问题进行彻底评估。研究表明，一些纳米材料，如二氧化钛和纳米银，可能对免疫系统和内部器官造成负面影响，增加氧化应激并损害细胞（An 等人，2021）。此外，当未来展望与结论本综述提供了对包装技术基本概念和新兴创新的最新评估，特别强调 RTE FCFV 中的材料和应用。在过去十年中，该行业经历了 tremendous 增长，并在全球市场产生了积极成果。然而，RTE FCFV 的质量、安全、保质期短、冷链供应不足以及消费者意识有限未能获得CRediT 作者贡献声明 Neha Gautam：写作 - 审查与编辑，可视化，监督，概念化。Atul Dhiman：软件，资金获取，概念化。Satish Kumar：写作 - 审查与编辑，可视化，项目管理，方法论，概念化。Kashish Chopra：写作 - 原稿，形式分析，概念化未引用参考文献 Alsufyani 和 M'sakni, 2023; An 等人，2020; Anushikha 和 Gaikwad, 2024; Ariffin 和 Rosman, 2024; D'Almeida 和 de Albuquerque, 2024; Defraeye 等人，2021; Elabd, 2019; Fang 和 Wakisaka, 2021; Falagán 和 Terry, 2018; G?ransson 等人，2018; Hasan 等人，2020; Hasanin 和 Abdelkhalek, 2024; Hisham 等人，2024; Hu 等人，2020; Jogaiah 等人，2025; Kadirvel 等人，2025; Lafortune 等人，2005; Lamani, 2023; Lindh 等人，2024; Lin 等人，2023; Mkhari 等人，2025; Moon 等人，2020; 利益冲突声明作者声明没有潜在的利益冲突。资金支持作者报告称，本文所展示的工作没有相关的资金支持。利益冲突声明代表所有作者，签署人（通讯作者）声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这可能被认为影响了本论文中报告的工作。致谢作者非常感谢 Dr. Y. S. Parmar 园艺和林业大学，Nauni, Solan (HP) 为研究提供必要的基础设施和支持。Kashish Chopra|Satish Kumar|Atul Dhiman|Neha Gautam印度旁遮普邦索朗 Nauni, HP173230, Dr. Y. S. Parmar 园艺和林业大学食品科学与技术系