成果介绍
研究现状：
食品智能包装科技分为智能包装和活性包装，其中智能包装定义为监控包装内食品状况或包装内环境的平台，而活性包装指包括材料、环境和肉类成份整体系统。常见的活性包装系统有水份调节系统、乙烯清除系统、抗菌活性包装和抗氧化剂系统等。常见的智能包装类别有标示器（时间-频率指示器、新鲜度指示器）、化学传感器、生物传感器、以及数据载体（射频辨识标签和条形码标签）等等。
图1.智能和活性食品包装的分类以及特性
微流控科技是现在研究众多的智能包装之一，其中“微流控”是指将材料限制在微尺度通道（10-200μm），将流体工艺缩小到微尺度后流体的性质与其在宏观系统中有巨大不同。目前智能平台遭遇多项难题（比如：成本高、材料复杂、安全性低、缺乏可回收性等），与微流控科技相结合有望缓解部分现有技术问题。
1.微流控装置的工作原理
典型的微流控装置主要由微通道、微阀、引入元件、控制机构、微泵、反应器和混合器、分离通道、检测平台等微流控部件构成。主体平台主要由传感器和执行器按照不同的用途要求组合而成。（1）在预测前，流体样品必须进行预处理，主要借助集成自动化预处理组件来推动。常见方式有洗涤、预浓缩、萃取、堆积、过滤、细胞抽提、离心和洗脱等操作。（2）分离操作。快速分离微小颗粒在食品和物理分析中特别重要。分离操作可以分为主动方式（比如电泳、声泳和磁泳机制）、被动技术（过滤器、物理过滤）。一些常见的分离原则有：气相层析法，毛细管电泳法食品包装技术pdf，毛细管凝胶电泳法，色谱分离等科技。（3）微流控系统有多种测试方式可用于食品和物理预测，例如：光学测量法（荧光测定、间接荧光监测），(b)电化学测量（电压测试，伏安检测）等等。
2.微流控器件制造
微流控器件的制造方式多样，包括软光刻、注塑、离子刻蚀、湿法蚀刻、热压印、原位构造等。微型网络通道是微流控装置中的主要部件。通常，微通道的横截面外形为菱形、正长方、梯形或方形。目前，用于生产微流控装置的材料可分为：(a)无机材料（硅、玻璃、陶瓷等），(b)聚合物(i)热固性聚合物（聚二苯基硅氧烷(PDMS)和SU-8光刻胶材料）和(ii)热塑性聚合物（聚羟基丙烯酸丁酯、聚碳烯酸、聚苯乙烯）。
3.微流控科技在智能食品包装中的应用
现在，研究人员使用微流控方式对时间-频率指示器、临界浓度指示器、食品病原体传感器和制品质量监测器方面进行研究。在智能食品包装系统中集成微流控设施在检测包装制品的安全和品质方面具备很大潜力。
图2.微流控装置在包装制品中的应用
3.1活性食品包装
在饮料包装中加入活性材料与周边环境和制品含量相互作用，以调节食品包装的外部环境条件，从而维持食品安全和品质。常见的活性包装系统有温度控制剂、乙烯吸收剂、除氧剂、二氧化碳调节剂、抗菌剂和抗氧化剂等。最近，研究人员运用微流控纺丝技术合成出由魔芋葡甘露糖苷和银纳米颗粒构成的包装薄膜，显示出优异的抑菌活性、机械性能、热稳定性和疏水性。
3.2智能食品包装
图3.用于食品智能包装的传感器分类
3.2.1时间-温度指示器
温度是决定产品保质期的关键原因。对温度敏感的食品而言，监控整个食品供应链中的浓度差异非常重要。温度指标按照其功能分为时间-温度指标（TTI）、临界温度指标（CTI）和临界浓度/时间指标。TTI基于时间和频率差异而显示，通过食品中的电物理、微生物或酶促反应所造成相关变化来响应。研究人员生产了一种基于微流控系统的时间-频率传感装置，通过使用CAMEO切割机和热塑性薄膜压制而成。选择油酸、辛酸和癸酸作指示温度为5、15和30°C的工作流体，红色染料以提高可视化效果。结果证实，该装置在频率波动时反应灵敏。
图4.时间-频率指示器的设计和布置示意图
3.2.2食品微生物传感器
大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄真菌等致癌菌是造成食源性疾患暴发的常见病原虫。因此，及时检测食品中的微生物至关重要。食品微物理传感器应无法集成到产品包装中，在不破坏包装的状况下测试微生物质量，做到低成本、快速且灵敏。研究人员发明了一种手持式单次移液微流控装置，用于实时监测新鲜禽类包装中的鼠伤寒沙门氏菌。样品通过生物搅拌在微通道中扩散，并借助微流控传感器监测后，采用米氏散射测量技术预测，10分钟就能得出结论，具有良好的可再现性。
3.2.3食品品质属性检测器
微流控装置可用于检测食品各项特点，例如触觉参数（香味、味道、颜色、质地）和营养价值（碳水化合物、蛋白质和脂类、维生素、抗营养因子等）。最近，研究人员研发了一种用于迅速检测牛奶品质的微流控装置。研究人员将微流控平台用家用蜡打印在水果包装的外表面上，并使用聚酯薄膜密封在形状的外表面，以保护试剂免受内部污染。当滴加一滴牛奶后食品包装技术pdf，在纸中的微通道的毛细力驱动下与试剂容器进行显色反应，从而测试牛奶品质。这也因而微流控纸基探讨设备作为现在的探究焦点。
图5.牛奶盒与纸基微流控的集成平台
●创新性/应用前景
为了满足消费者意愿，需要研发快速、灵敏、便携、方便且低费用的饮料包装设备。微流控科技近年来演进逐渐，已经被研究应用于微物理、重金属、过敏原、生物毒素、农药残留等检测中。相比于原始方式，微流控科技具备测定时间短、低功率、低利润、高通量、多重测试等优势，但是因为制品基质的多样性和复杂性，微流控装备制产生本高，难以广泛应用。未来随着科技的演进，微流控设施可以与智能电脑、光学物理传感器、电子化学传感器、纳米物理传感器等相结合，提高自动化程度并同时检测多项性能。
参考文献
insmartoffoods
文章链接
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