[科普中国]-临界温度指示剂

时间-温度指示剂的研究应用概况

时间-温度指示剂（TTIs）是一种简单便宜的装置，作为包装的一部分，它可呈现出易于测量且与时间及温度相关的变化，这种变化通常表现为机械形变或者是颜色变化，能够反映出被指示产品的全部或部分温度历史。目前TTIs已经应用到食品、医药产品（如疫苗、血清）、烟草、宠物食品、化妆品、电子产品等领域中。

1985年Singh和Wells将I-Point指示剂用于冷冻汉堡中，结果显示汉堡的TBA值、感官质量与指示剂的响应值之间有线性关系，当储藏温度为12℃时，其显著相关。1988年Wells和Singh用I-Point和Lifelines Freshness Monitor指示检测番茄、莴苣、掺有干果的糕饼及UHT奶在不同温度下储藏的品质变化，结果显示番茄的硬度和颜色与I-Point2340型及Lifelines Freshness Monitor 57型2种指示剂的响应值显著相关；在5℃和10℃的温度下，莴苣的感官质量比I-Point2340型指示剂晚1个星期到达终点，可以用这种指示剂提醒储藏销售人员注意那些接近储藏终点的莴苣；掺有干果的糕饼与所用指示剂的响应值没有相关性；UHT杀菌奶的椰子味及白度与Lifelines Freshness Monitor 11、21型指示剂的响应值之间呈显著相关。这些结果说明只要选择合适的模型，商业指示剂可以应用于很多易腐和半易腐食品中。1989年Cherng和Zall用相同的TTIs监控牛奶在运输销售过程中的品质变化，得到良好效果。1991年Shellhammer和Singh将I-Point4014型和4021型指示剂用于监测农家干酪的化学和微生物指标，结果表明I-Point4014型指示剂的响应值与农家干酪的化学和微生物指标的变化有很好的相关性。另外，经过测试可以应用TTI的产品还有冰激凌、冷却即食色拉、冷冻腊肠、冷却橙汁、巴氏杀菌奶油、冷冻草莓、冷冻汉堡、冰冻牛肉、冷鲜大马哈鱼等。从1972年开始，国外的研究人员设计了一些基于不同原理的TTIs，并申请了多项专利。TTIs能够改善食品的品质，减少食品浪费，给予消费者更真实的品质保证。

而我国关于时间-温度指示剂的研究还刚起步，还需要做大量的研究工作。宁鹏等人研制的碱性脂肪酶型时间温度指示剂，根据色度学上CIE，即国际照明委员会推荐的颜色空间和色度计测定的反应体系颜色参数值，判断确定反应时间和反应温度的累计效应。蔡华伟等人研制的淀粉酶型时间温度指示剂，其特征是利用淀粉酶与淀粉的水解反应，以碘为指示剂，通过颜色变化显示温度的积累效应，从而达到指示存放时间和温度的目的。但这2种酶型时间温度指示剂监测环境温度的范围具有局限性1。

时间-温度指示剂的原理扩散型TTIs扩散型指示器是根据物质的扩散特性而设计的。物质的扩散速度与温度相关，温度越高，扩散速度越大。早期，世界卫生组织用这种TTI监控冷冻疫苗的船运。它的原理是蓝色酯质染料在细绳上的扩散，其温度指示范围和响应期取决于酯质的类型，例如丁基硬脂酸（熔点12℃）、二甲基邻苯二甲酸盐（熔点-1.1℃）、辛酸辛酯（熔点-17℃）。当环境温度低于酯质的熔点时，TTIs没有响应；当环境温度高于酯质熔点时，TTIs才开始有响应。这种指示剂活化以前在低温下可以保存很长时间。

酶型TTIs酶反应型指示器实质上是一类pH值指示器，它测量的是酶催化的脂类底物水解释放的质子H+。质子释放速率与温度有关，温度越高，其释放速率越快，通过颜色的改变，可以推测出食品的剩余货架期。VITSAB时间-温度指示剂是一种酶法指示剂，是I-Point时间-温度指示剂的后续产品。这种指示剂的工作原理是：脂质底物在受控条件下的酶促水解导致pH降低，pH值的变化引起酸碱指示剂颜色的变化。在激活前，这种指示剂呈2个独立的小塑料袋结构，一个装有脂肪酶（如胰脂肪酶）的水溶液，另一个则装有脂质底物和pH指示剂，其中脂质酶作用底物吸附在聚氯乙烯粉末上，悬浮于水相中。底物包括甘油三己酸酯、三花葵苷、三丁酸甘油酯、多种多价醇酯化物和有机酸。通过机械方式将2个原本独立的袋隔断破坏，这时酶和底物便混合在一起，即可激活指示剂。通过酶与作用底物种类和浓度的不同组合，可以设计出指示剂的温度范围及反应寿命。反应的窗口周围印有反应开始和终止的参考颜色，便于更加直观地辨认和评价颜色的变化。颜色的连续变化也可以用仪器进行测量。这种酶型指示剂活化以前，在4℃下可以储藏1年半的时间。使用起来比较方便，既可以固定在包装密封上，也可以安放在货架内的包装袋之间或散装箱内。

聚合物型TTIs聚合反应型指示器是基于乙炔单体的聚合反应而设计的。其反应方程可表示为：聚合反应随着温度的升高而加速，从而导致指示器颜色更快地变深。通过加聚反应之后，最终的聚合物颜色相当深。指示器由2个圆环组成。聚合物包含在小的内圆环里；外环是暗色的，作为内环颜色的比较色。随着温度升高和反应时间的增加，内环颜色逐渐变深。当内环颜色变化到比外环颜色更深时，建议消费者停止食用。

时间-温度指示剂的分类目前一般采用Taoukis的分类方法，它将TTI按用途分为3类：临界温度指示剂（Critical Temperature Indicators，CTIs）、临界温度-时间指示（Critical Temperature Time Indicators，CTTIs）和时间-温度指示（Time-Temperature Indicator，TTIs）。

临界温度指示剂临界温度指示剂（Critical Temperature Indicators，CTIs）只给出一个温度值和一个时间值，即能表明商品陈列温度是否高于（或低于）设定临界温度，并指示出食品已经处于高于（或低于）临界温度的时间，如果时间过长则会引起了食品品质或安全性的改变。可见，这种指示剂包含了一个时间量（几分钟直至几个小时）；CTIs适于当发生相变时就会出现不可逆的质构劣化（例如冻结产品的解冻或新鲜或冷却产品的冻结）的产品，它还适用于在高于临界温度后就会造成重要蛋白质发生变性的产品。其表现形式可以是指示的颜色变化，只有在食品温度超过临界温度的时间达到设定的时间时，才会有所指示。

临界温度-时间指示剂CTTIs能指示存放在高于参考临界温度的时间-温度累积效应。这种效应可被转换为临界温度下的等价存放时间。CTTIs可用于指示在冷链中断后高于临界温度的情况下，产品品质变化与时间有关的一类产品。例如高于临界温度时微生物的生长和酶反应的进行。一般扩散的TTIs都属于CTTIs。

时间-温度指示剂TTIs标示的是在产品储藏销售周期中连续的时间响应。它以一个指标表述全部的时间-温度历史纪录，可用于指示流通过程中的“平均”温度，还可以反映由于连续温度变化所造成食品质量损失的反应，通常所说的“TTIs”就是特指这种类的指示剂。扩散型TTI中的酯质熔化温度等于临界温度时可作为CTTIs使用，而当酯质熔化温度低干食品贮藏温度时则可作为TTI使用2。