ДАТЧИКИ ЦВЕТА В «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ УПАКОВКЕ» ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Датчики цвета в «интеллектуальной упаковке» пищевых продуктов

Введение Государственная политика в области развития технологий предполагает инновационный путь становления агропромышленного комплекса, связанного с проблемой сохранения качества, экологии окружающей среды и безопасности пищевых продуктов. Такое решение должно рассматриваться с позиции развития современной технологии упаковки и упаковочных систем. Постоянное совершенствование систем упаковки привело к созданию новых видов. Перспективным является создание и применение интеллектуальной упаковки, которая призвана анализировать влияние окружающей среды на состояние продукта и информировать об этом потребителя, отслеживать и контролировать изменения условий хранения, показателей качества и безопасности упакованного продукта до его реализации. Такая упаковка содержит интеллектуальные вещества – детекторы и сенсорные датчики, осуществляющие функции контроля в процессе хранения и информирования потребителя о состоянии продукта по 323 Крюк Р. B. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 2. С. 321–333 различным показателям. За рубежом и в нашей стране начинает развиваться производство экологически чистой биоразлагаемой упаковки для сохранения экосистемы мира [1–3]. Ежедневно растет желание потребителей иметь легкодоступные высококачественные продукты питания. Производство упаковки влияет на выпуск свежих продуктов и сокращение пищевых отходов за счет использования новых материалов и методов [4, 5]. Пищевая упаковка была разработана для защиты продуктов питания от тепла, света, влаги, кислорода, микроорганизмов, насекомых и пыли. Биоразлагаемые пленки для интеллектуальной упаковки пищевых продуктов – один из новых методов в этой области [6]. Большинство синтетических полимеров нефтяного происхождения, таких как полиолефины, нейлоны, полистирол и т. д., устойчивы к биологическому разложению, а их углеродные соединения не разрушаются ферментами микроорганизмов. Гидрофобность и низкая площадь поверхности полимеров, по сравнению с их высокой молекулярной массой, делают синтетические полимеры устойчивыми к воздействию ферментов микроорганизмов. Биоразлагаемые полимеры – это полимеры, разлагаемые в окружающей среде живыми организмами на натуральные продукты, такие как вода, диоксид углерода и биомасса, или ферменты [6]. Биополимеры, которые используются в упаковочной промышленности, можно разделить на четыре категории в зависимости от химической структуры: 1) белки – кукурузная шелуха, глютенин, желатин, коллаген, мясная миофибрилла, молочный казеин, сывороточные белки, молоко и т. д.; 2) полисахариды – целлюлоза и ее производные (метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза), крахмал и его производные, пектиновые соединения, хитин и хитозан, камеди (альгинат, каррагинан, ксантан и т. д.); 3) липиды – растительные и животные жиры и масла, воски, производные глицеридов; 4) полиэфиры – полимолочная кислота. Биополимеры в сочетании с синтетическими полимерами или без них используются для производства биологической упаковки. Биопакеты, изготовленные из чистых биополимеров, обладают более высокой способностью к биоразложению, чем композитные пленки, но их механическое качество ниже. Биопакеты можно разделить на съедобные и несъедобные. С ростом потребительского спроса на безопасные высококачественные свежие продукты возрастает потребность в умной упаковке на основе цветных индикаторов [7, 8]. В последние годы в европейских странах были проведены исследования в области подготовки и использования пленок для цветных индикаторов, для производства которых необходимо использовать более чувствительные красители. Натуральные красители имеют преимущества перед синтетическими химическими красителями, потому что они более чувствительны к изменениям окружающей среды [9–11]. Целью работы является обсуждение типов и функций датчиков и их применение при хранении пищевых продуктов и идентификации пищевых новинок, а также характеристики, связанные с изменением цвета пищевых пленок. Объекты и методы исследования Объектом исследования является общедоступная научная информация, поиск которой осуществлялся в базах данных PubMed от National Center for Biotechnology Information (США) и Elsevier (Scopus, ScienceDirect), на платформе Web of Science и отечественной электронной библиотеке eLibrary.ru. Глубина поиска составляла 10 лет, язык поиска – английский и русский. Результаты и их обсуждение Интеллектуальная упаковка и датчики цвета. Умная упаковка – это тип упаковки, который контролирует некоторые характеристики содержимого пищевых продуктов и предоставляет информацию производителю, розничному продавцу и потребителю в процессе хранения и передачи продуктов питания [12]. В более точном определении интеллектуальная упаковка относится к системе, которая способна создавать, получать, записывать и обмениваться данными между продуктом и потребителем. Интеллектуальные системы создают условия для увеличения срока хранения, высокого уровня безопасности и хорошего качества продукции. Примеры методов, которые зависят от интеллектуальной системы упаковки, включают индексы температуры, времени и учета газа, этикетки и радиочастоты [13]. Эти методы позволяют определять внешний вид продукта, его качество и условия хранения [14]. Чтобы разработать коммерческое применение этой технологии, работникам пищевой промышленности необходимо знать о ее преимуществах. Типы интеллектуальной упаковки включают упаковку, основанную на измерении внешних условий или на прямом измерении качества пищевых продуктов внутри упаковки [15]. Индикаторы интеллектуальной упаковки либо встраиваются в виде этикеток на упаковочные материалы, либо печатаются на самой упаковке, чтобы повысить доступность за счет мониторинга качества продукта [16]. Датчики могут использоваться для определения физических, химических или биологических переменных. Детекторы предоставляют информацию о качестве продукта в зависимости от условий 324 Kryuk R.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(2):321–333 Рисунок 1. Схема химического сенсора: e – электрический заряд; hv – кислотность; m – молекулярная масса; Т – температура Figure 1. Chemical sensor: e – electric charge; hv – acidity; m – molecular weight; T – temperature Молекулярное распознавание Молекулярное Сигналы распознавание Сигналы Молекулярное распознавание Сигналы окружающей среды и пищевых газов в помещении. Детекторы также могут быть прикреплены к закрытой поверхности пищевых продуктов, что ускоряет обнаружение метаболитов, образующихся при хранении [17]. В основе активной упаковки лежит использование внутренних свойств полимеров или размещение специальных материалов. Активный агент можно добавлять в упаковочную пленку или размещать на поверхности и внутри ее многослойной структуры. Его также можно использовать внутри небольших упаковок как этикетку или на крышке бутылок [18]. Природа активных агентов разная и включает в себя органические кислоты, ферменты, антибактериальные и противогрибковые соединения, натуральные экстракты. К наиболее важным активным системам относятся системы адсорбции кислорода, выделения и адсорбции диоксида углерода, регулирования влажности, высвобождения антиоксидантов и антимикробных препаратов, высвобождения или абсорбции ароматизирующих веществ и запахов [19]. Активная упаковка относится к упаковке, которая, помимо преимуществ традиционной упаковки, изменяет ее условия, чтобы продлить срок годности или улучшить безопасность и сенсорные свойства пищевого продукта при сохранении его качества [20]. Биосенсоры. При разработке современной интеллектуальной упаковки используют биосенсоры для обнаружения, записи и передачи информации о биологических реакциях. Биосенсоры включают биорецепторы и преобразователи. Коммерческие биосенсоры были разработаны для пищевых патогенов. Некоторые антитела связываются с рецепторами биосенсоров и обнаруживают микробные и биологические агенты в пищевых упаковках [21]. Химические сенсоры. В химическом датчике приёмник представляет собой избирательный химический материал, который способен обнаруживать присутствие, активность, состав и концентрацию химических частиц или газоаналитов [22]. Присутствие химикатов преобразовывается в сигнал. Активные и пассивные преобразователи зависят от внешнего источника питания, необходимого для измерения. Углеродные наноматериалы, такие как наночастицы, графен, нанотрубки и нановолокна, используются в химических сенсорах из-за их электрических и механических свойств с высокой удельной поверхностью [23]. На рисунке 1 представлена простая схема химических сенсоров. Датчики на основе наноматериалов используются для обнаружения патогенов, химических загрязнителей, порчи и подделки пищевых продуктов. Индикаторы. При разработке новых видов интеллектуальной упаковки приходится выбирать персонализированные индикаторы. Индикаторы – это материалы или инструменты, которые указывают на присутствие, отсутствие и концентрацию различных аналитов посредством изменения свойств. Например, изменение цвета [24]. Разработка интеллектуальной упаковочной системы с точки зрения температурно-временных показателей – уникальный метод в упаковочной технологии, т. к. потребитель может определять несоответствующую температуру пищевых продуктов [25]. Особенно индикаторы времени и температуры важны для охлажденных и замороженных пищевых продуктов, поскольку хранение, транспортировка и распространение оказывают влияние на их качество и безопасность [26]. Если пища подвергается воздействию высоких температур, то она может быстро испортиться. Идентификатор температуры и времени может быть размещен на пищевых контейнерах или отдельных упаковках в виде небольшой этикетки. Когда эти детекторы находятся в неприемлемом состоянии, происходит необратимое изменение, такое как изменение цвета [27]. Технология индикатора временной температуры используется в Великобритании [28]. Индикатор срока годности используется для измерения срока годности упаковки пищевых продуктов при определенной температуре. Эти индикаторы предоставляют информацию о времени первого открытия или первого использования продукта. Срок годности важен для многих групп продуктов, которые должны храниться при низких положительных температурных режимах. Например, соусы, кетчуп, майонез и т. д. [29]. Немаловажно использовать для вариативности визуальные индикаторы, цвет которых меняется в ответ на тепловое воздействие, а их основной механизм действия – химическая диффузия, полимеризация и ферментативные реакции. Эти индикаторы используются для защиты от несоответствующих температур во время транспортировки и хранения и являются признаком качества для производителя, поскольку подтверждают, что продукт доставляется потребителю в оптимальных условиях. 325 Крюк Р. B. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 2. С. 321–333 Система индикаторов, на которую стоит обратить внимание, – это радиочастоты (RFID), используемые для автоматического обнаружения и отслеживания продукта. В системе записи RFID индикатор получает данные из сигнала RFID, излучаемого радиоволнами, которые затем передаются на компьютер для анализа. Фрагмент RFID состоит из микрочипа, подключенного к антенне [30]. При разработке интеллектуальной упаковки основной проблемой является присутствие патогенных микроорганизмов в пище в очень низких концентрациях, которые неравномерно распределяются по продукту [31]. Поэтому необходимо использовать высокочувствительный и безопасный для продукта идентификатор яда, который находится в полном контакте с пищей. Для разработки индикатора уплотнения (утечки) упаковки используют газ. Состав газа в упаковке для пищевых продуктов изменяется в результате активности продукта или утечки извне. Это часто приводит к изменению характеристик продуктов и условий окружающей среды. Индикаторы O2 и CO2 могут использоваться для контроля качества продуктов питания как индикатор герметичности/ утечки для оценки эффективности абсорбентов кислорода. Изменение цвета индикаторов O2 и CO2 является результатом химических или ферментативных реакций и указывает на то, что в запечатанной упаковке слишком много накопленного кислорода. Основная проблема этих показателей заключается в том, что хранение упакованного продукта должно осуществляться в анаэробных условиях, поскольку он быстро портится в присутствии воздуха [32, 33]. Индикатор свежести или спелости указывает на порчу упакованных продуктов. Современные детекторы предоставляют информацию о качестве роста микробов или химических изменениях в продукте [34]. Качество микробов определяется реакциями, которые происходят между детекторами в упаковке и метаболитами роста микробов. Обнаружение химической порчи пищевых продуктов обеспечивается за счет новейших детекторов, которые разработаны на основе целевых метаболитов, связанных с микробиологической деградацией. Существует несколько типов индикаторов свежести, которые основаны на изменении цвета в ответ на микробные метаболиты, образующиеся в процессе порчи [35]. Реакцию этих индикаторов на свежесть продукта можно измерить, отслеживая изменения цвета. Цвет активного центра этих индикаторов сравнивается с эталонным цветом. Маркеры обнаруживают различные летучие соединения, такие как диацетил, амины, диоксид углерода, аммиак и сероводород, которые образуются при хранении пищевых продуктов. Также они широко используются в качестве детекторов метаболизма микробов. Изменения концентрации сероводорода или органических кислот, таких как N-бутират, L-молочная кислота, D-лактат и уксусная кислота, во время хранения используются в качестве специфических маркеров для мясных продуктов, фруктов и овощей. Соединения, образующиеся при росте микробов (углекислый газ и сероводород), и биогенные амины указывают на свежесть мяса и рыбы. Биогенные амины (путресцин, кадаверин, гистамин и др.) образуются при расщеплении белка в продуктах, содержащих амины. Поэтому они являются индикатором деградации пищевых продуктов и косвенным индикатором свежести мяса и рыбы [36, 37]. На рисунке 2 показан пример применения индикатора свежести в упаковке продуктов питания. Факторы, влияющие на порчу фруктов и овощей и работоспособность датчиков цвета. Свежие фрукты и овощи являются продуктами, для которых требуются контролируемые условия транспортировки от производства до потребления для поддержания качества и безопасности, а также увеличения срока хранения. Эти продукты относятся к живым продуктам, которые постоянно потребляют кислород и выделяют углекислый газ после сбора урожая. На послеуборочный процесс порчи влияют внутренние факторы урожая, стадия созревания, условия обработки и факторы окружающей среды. Температура является наиболее важным фактором, который можно использовать для замедления процесса порчи фруктов и овощей, поскольку она сильно влияет на процесс дыхания, выработку этилена и скорость транспирации. Повышение температуры на 10 °C увеличивает скорость дыхания в 2–3 раза. Однако некоторые культуры, такие как бананы, лимоны и манго, подвергаются физиологическому повреждению при низких температурах. Большинство изделий получает непоправимый ущерб при температуре ниже –1 °C. Поэтому для них важен контроль и мониторинг температуры на всех этапах распределения и хранения [38]. Спелые продукты – это термин, используемый для описания физиологических изменений фруктов и овощей. Процесс созревания улучшает текстуру и сенсорные свойства фруктов, делая их пригодными для употребления в пищу. Созревание фруктов и овощей увеличивает сладость (из-за разложения органических кислот и превращения крахмала в сахара), снижает прочность (из-за исчезновения набухания клеток, превращения пектинов и разрушения компонентов клеточной стенки) и усиливает вкус (из-за образования ароматических летучих соединений). Потребители могут использовать изменение цвета, чтобы выбрать спелые фрукты (например, бананы, авокадо, помидоры). Однако спелость таких фруктов, как киви и большинство видов груш визуально не определяется. Для определения спелости 326 Kryuk R.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(2):321–333 Рисунок 2. Применение индикатора свежести в пищевой упаковке: a – свежий продукт, b – 1 неделя хранения, c – 3 недели хранения, d – 4 недели хранения, e – 5 недель хранения, f – 6 недель хранения, g – 7 недель хранения, h – 8 недель хранения, i – 9 недель хранения Figure 2. Freshness indicators in food packaging: a – fresh product, b – week 1, c – week 3, d – week 4, e – weeks 5, f – week 6, g – week 7, h – week 8, i – week 9 a b c d e f этих плодов необходимы специальные индикаторы [39]. Например, упаковочная пленка ripeSenser, изготовленная из полиэтилентерефталата и разработанная для упаковки груш. Пленка включает вентиляционные отверстия, через которые выходит CO2 и лишняя влага. Датчик коррелирует с ароматическими соединениями фруктов и меняет цвет: сначала красный, а по мере созревания плодов оранжевый и желтый [40]. Покупатели могут точно выбрать понравившиеся фрукты, подобрав цвет сенсора. Условия обращения с фруктами и овощами после их уборки также важны, потому что механические повреждения от ударов, сжатия или вибрации ускоряют процесс старения. «Синяк» считается двухэтапным процессом, при котором сначала происходит механическое повреждение, а затем ферментативное разрушение ткани. Это действие может привести к быстрой ферментативной деградации полисахаридов клеточной стенки, которая проявляется на плодах в виде мягких пятен [41]. Например, механические повреждения при транспортировке, которые являются основной причиной потери качества томатов. Концентрация газов в среде продукта также играет важную роль в частоте дыхания: с уменьшением концентрации кислорода частота дыхания снижается. Двуокись углерода производит противоположный эффект, хотя это зависит от типа продукта, степени зрелости, диапазона концентраций и времени воздействия. Например, большое количество углекислого газа может повредить ткани, что приведет к учащению дыхания. Чтобы продлить срок хранения, каждый продукт требует определенной концентрации конкретного газа [42]. Если упаковка с модифицированной атмосферой обеспечивает соотношения, полученные в процессе упаковки, то они изменяются со временем из-за респираторных процессов, особенно при колебаниях температуры. Концентрация внутренних газов зависит от скорости дыхания продукта и переноса газа от упаковочной пленки к продукту. В большинстве случаев эти процессы имеют разную чувствительность к температуре. Температурные изменения вызывают g h i 327 Крюк Р. B. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 2. С. 321–333 отклонение от желаемого соотношения концентраций газа. Газопроницаемые упаковочные материалы, которые реагируют на изменения температуры, являются важным примером интеллектуальной упаковки, позволяющей компенсировать колебания температуры во время транспортировки [43]. Физические и химические повреждения овощей и фруктов вызваны повышенным дыханием и производством этилена, потерей воды и разрушением упаковки. Эти изменения повышают чувствительность продукта к разложению и вызывают накопление метаболитов, таких как этанол, молочная кислота и ацетилацетат. Поэтому для этих продуктов необходима интеллектуальная упаковка. Такие свойства, как удельная проницаемость для кислорода и углекислого газа являются параметрами, которые необходимо тщательно контролировать в упаковках, содержащих датчики цвета [44]. Индикаторы коммерческой свежести не только были разработаны как TTI, но и основаны на обнаружении летучих соединений, образующихся при порче пищевых продуктов, таких как диоксид углерода, диэтил, амины, аммиак, этанол и сероводород [45]. Интеллектуальная упаковка с индикатором pH. Индикатор pH как разновидность умной упаковки – одно из нововведений, которое постепенно расширяется. Изменение pH является важным показателем свежести и химического состояния пищевого продукта. Порча продуктов связана с изменением значений pH. Таким образом, можно установить взаимосвязь между свежестью или качеством пищевых продуктов и pH. В случае фруктов, овощей и молочных продуктов pH изменяется из-за изменений концентрации органических кислот в процессе хранения. Из-за микробного метаболизма, роста бактерий в продуктах с высоким содержанием белка (мясо, морепродукты и т. д.) и ряда биологических реакций образуются летучие соединения азота, такие как диметиламин, триметиламин, гистамин и тирамин, которые изменяют pH. Учеными были проведены исследования, посвященные разработке интеллектуальных систем упаковки в качестве визуальных индикаторов для мониторинга качества свежих продуктов питания на основе изменений pH [46]. Индикаторы pH состоят из двух частей – твердой основы и пигмента, – чувствительных к изменениям pH. Пигменты извлекаются из различных источников фруктов и овощей. Когда продукт начинает портится, pH изменяется. Это изменение является одним из показателей качества продукции. В начале процесса разложения pH изменяется, что приводит к трансформации цвета индикатора или упаковки. Таким образом, упаковка, на которой отображается pH продукта перед покупкой или употреблением, обеспечивает качество и безопасность продукта для потребителя. Многофункциональная умная упаковка обладает антиоксидантными и антимикробными свойствами и привлекает все больше внимания в области упаковки продуктов питания. В случаях, когда используются натуральные полимеры, многофункциональная упаковка может быть биоразлагаемой или съедобной. В большинстве исследований используются пленки природного происхождения, содержащие индикаторы pH. Когда происхождение каждого полимера разное и может быть модифицировано растительными пигментами, то пигменты могут быть извлечены из природных источников (фрукты и овощи) или являться синтетическими, цвет которых может изменяться при разном pH. Композитная пленка с экстрактом зеленого чая/фурцелларан/желатина как образец интеллектуальных упаковок с индикатором pH обладает антиоксидантными и антимикробными свойствами. Эта пленка показывает pH, меняет цвет в кислых и щелочных условиях, используется для умной упаковки и имеет способность предотвращать порчу упакованных пищевых продуктов. Была разработана цветная пленка на основе каррагинана с Lycium ruthenicum Murr. для интеллектуальной упаковки жидких пищевых продуктов [11]. Экстракт, использованный в этой пленке, применялся в качестве индикатора pH свежести молока. Эта пленка имеет разные цвета в различных диапазонах pH и используется в качестве индикатора pH на упаковке пищевых продуктов. Было обнаружено, что пленка подходит для демонстрации свежести продуктов. Пленки, сделанные из природного хитозана и антоцианов в качестве индикатора pH, могли показывать pH окружающей среды в кислых, нейтральных и щелочных условиях. Введение природных полифенольных соединений (таких как антоцианы) в качестве индикаторов pH, в дополнение к эластичности, придает пленке антиоксидантные и антимикробные свойства. Это указывает на многоцелевое применение этого типа пленки [47]. Антоцианы – важная группа природных пигментов после хлорофилла. Антоцианы нетоксичны и водорастворимы, содержатся в жидкости растительных клеток и отвечают за красный, синий, фиолетовый, оранжевый и розовый цвета многих фруктов, овощей и цветов. Эти пигменты принадлежат к флавоноидам. Антоцианы содержатся в виде натуральных пигментов в корнях, листьях, плодах и цветках растений, а также в кожуре яблок, груш, винограда, ежевики и слив. В природе обнаружено 17 типов антоцианов, 6 из которых важны в рационе человека. Это цианидин, дельфинидин, петунидин, пеонидин, пеларгонидин и малоидин [48]. 328 Kryuk R.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(2):321–333 Рисунок 3. Цвет пленки индикатора pH при различных значениях pH: а – индикаторы кислотности, b – индикаторы кислой среды, с – индикаторы щелочной среды Figure 3. Color of the pH indicator film at different pH values: a – indicators of acidity, b – indicators of acidic environment, c – indicators of alkaline environment a c b Антоцианы могут действовать как субстрат в реакциях потемнения. Они играют важную роль в качестве полезных и эффективных пищевых красителей в пищевой промышленности [49]. Антоцианы обладают несколькими полезными свойствами для здоровья, такими как антиоксидантные, противомикробные, противодиабетические противовоспалительные, антипролиферативные и противораковые средства и средства против ожирения. Антиоксидантная и противомикробная активность антоцианов полезна для производства активной и интеллектуальной упаковки. Антоцианы показали хороший антиоксидантный потенциал, действуя как восстановители, доноры водорода, подавители кислорода и металлы. Антимикробные механизмы антоцианов связывают с нестабильностью цитоплазматической мембраны, проницаемостью клеточной мембраны, ингибированием внеклеточных ферментов и роста микробов. Антоцианы чувствительны к изменениям pH и имеют различную химическую структуру и цвет в растворах с разным pH. Кроме того, максимальное УФ-поглощение растворов антоцианов претерпевает батохромный сдвиг из-за увеличения значения pH. Цвет раствора антоцианов зависит от их состава и источника и с повышением pH меняется с красного на желтый. Цвет антоцианов меняется в присутствии кислорода, различных ферментов и света [50]. Антоцианы хранятся в темном месте, потому что свет разрушает их структуру. Кроме того, кислород разлагает антоцианы на коричневые или бесцветные вещества. Гликозидазы как активный фермент разрушают химические связи между гликаном и гликозилом антоцианов. Некоторые катализаторы, такие как полифенолоксидазы, оксидируют антоцианы, поэтому для их стабилизации они должны состоять из алкалоидов и флавоноидов. Это делает антоцианы пригодными для использования в системе интеллектуальной упаковки. Полимерная пленка, модифицированная антоцианами, может определять pH в различных средах, отслеживая цвет. Цвет раствора антоциана отличается от цвета антоциана, заключенного в пленку. pH-чувствительные свойства пленок, богатых антоцианами, связаны с природой биополимеров. Например, крахмалистая/желатиновая пленка, pH 1 pH 2 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 pH 8 pH 9 pH 10 pH 11 pH 12 329 Крюк Р. B. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 2. С. 321–333 содержащая водные экстракты растений Gliss, более чувствительна к pH, чем пленки хитозана, модифицированные водными экстрактами этого же растения. Из-за различий в составе и содержании антоцианов pH-чувствительные свойства пленок связаны с их источником. Также на пленки влияют условия экстракции антоцианов и pH раствора для их получения. pH-чувствительные свойства пленок, содержащих спиртовые экстракты антоцианов, более выражены, чем свойства водных экстрактов. Кроме того, пленка, приготовленная при pH 3, более чувствительна к pH среде [51]. Цвет пленки каррагинана/антоциана изменяется в присутствии раствора аммиака при различной температуре. Отрицательно влияют на цвет пленок условия окружающей среды, такие как кислород, свет и температура. Цвет пленки на основе антоциана зависит от его содержания, источника и условий хранения пленки. Например, порча свинины может быть обнаружена с помощью биоразлагаемой пленки, модифицированной антоцианином, поскольку pH свинины увеличивается во время хранения и изменяется цвет пленки. Также биоразлагаемая пленка, модифицированная аноцианином, была использована для обнаружения порчи молока. В молочных продуктах во время хранения вырабатываются уксусная и молочная кислоты, а pH изменяется. Пленки с умеренным содержанием антоцианов могут показать быстрые и значительные изменения цвета в зависимости от pH. Цвет сухих пленок, богатых антоцианами, иногда отличается от цвета пленкообразующих растворов из-за постепенного испарения летучих веществ (например, соляной и уксусной кислоты) в процессе сушки. Кроме того, пленки, богатые антоцианином и смешанные с куркумином, улучшают способность контролировать свежесть продуктов. Поэтому комбинация других пигментов полезна для улучшения pH-чувствительных свойств пленок, богатых антоцианами, а также их стабильности [52]. В пленки следует включать гидрофобные соединения, чтобы предотвратить миграцию пигментов в продукт [53]. Толщина пленки является важным параметром при их изготовлении, поскольку влияет на механическую прочность, проницаемость водяного пара, светопропускание и непрозрачность пленки. Толщина пленок, богатых антоцианами, зависит от общего количества твердых веществ в ее составе. Низкое содержание антоциана может быть равномерно распределено по матрице пленки, минимизируя изменение толщины пленки и вызывая сжатие ее структуры. Напротив, высокое содержание антоцианов может нарушить внутреннюю структуру матрицы пленки и увеличить ее толщину. Кроме того, на толщину пленок влияют источник антоцианов, природа биополимеров и условия хранения пленки (относительная влажность и свет). Толщина пленки увеличивается в процессе хранения в условиях высокой относительной влажности и темноты, но уменьшается при воздействии света [54]. Водорастворимость пленок – важное свойство для упаковочных пленок нового поколения. Пленки должны иметь оптимальную водостойкость, поэтому для упаковочного материала очень важна низкая растворимость в воде. Водорастворимость пленок на основе биополимеров обычно увеличивается после добавления в них экстрактов, богатых антоцианами. С одной стороны, высокогидрофильные антоцианы могут легко взаимодействовать с молекулами воды, с другой – комбинация экстрактов, богатых антоцианами, может уменьшить взаимодействие полимерных цепей и вызвать растворение матрицы пленки в воде. Растворимость пленок в воде возрастает с увеличением содержания антоцианов. Это связано с присутствием гидрофильных антоцианов, растворяющихся в воде. Кроме того, водорастворимость пленок зависит от источника и условий экстракции антоцианов, типа биополимеров и условий приготовления пленки. Растворимость в воде пленок увеличивается за счет гликозилирования антоцианов, а снижается за счет ацилирования. Антоцианы, экстрагированные спиртом, обладают высокой растворимостью в воде при использовании для приготовления пленки, в то время как антоцианы, экстрагированные водой, имеют низкую растворимость. Если пленка, содержащая антоцианы, изготовлена при низком pH, то она будет иметь высокую растворимость [55, 56]. Выводы Интеллектуальные системы упаковки обеспечивают безопасность пищевых продуктов, информируя розничных продавцов и конечных пользователей о потенциальных проблемах с продуктами питания во время транспортировки и хранения, а также гарантируют безопасность пищевых продуктов для потребителей. Индикаторы (TTI, индикаторы свежести и индикаторы утечки) предоставляют информацию о свежести, микробиологическом качестве, безопасности, температурном статусе и сроке хранения пищевых продуктов. Датчики – это современные упаковочные системы, которые предоставляют быструю, надежную и точную информацию о безопасности и качестве пищевых продуктов и пытаются противодействовать негативным изменениям в них. Штрих-коды и теги предоставляют быструю информацию об аутентификации и отслеживании продукта, тем самым повышая эффективность и скорость распространения. Сегодня исследования сосредоточены на возобновляемых органических и натуральных материалах для использования в качестве нанокомпозитных биоматериалов в упаковке пищевых 330 Kryuk R.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(2):321–333 продуктов. Эти натуральные материалы могут решить проблемы безопасности. Интеллектуальная упаковка помогает повысить безопасность, качество, долговечность, подлинность, отслеживаемость и стабильность продуктов. Цветные полимеры на основе биоразлагаемых полимеров являются новейшим типом маркеров в пищевой упаковке, которые не загрязняют окружающую среду (поскольку они биоразлагаемы) и визуально указывают на возможную порчу пищевых продуктов. Эти цветовые индикаторы не требуют каких-либо дополнительных инструментов для индикации качества, возможной порчи и практического срока годности пищевых продуктов. Визуально, исследуя цвет индикатора, можно определить качество пищевого продукта. Использование интеллектуальной упаковки произведет революцию в упаковочном секторе и в ближайшие дни мы увидим новые подходы и инновации в упаковке пищевых продуктов. Современные датчики в интеллектуальной упаковке помогут потребителям контролировать качество и годность продуктов питания. Критерии авторства М. Г. Курбанова – руководство работой в целом. Р. В. Крюк – поиск статей в базах данных PubMed от National Center for Biotechnology Information (США), Elsevier (Scopus, ScienceDirect), на платформе Web of Science и отечественной электронной библиотеке eLibrary.ru, обработка результатов, написание рукописи статьи. А. Ю. Колбина, К. Б. Плотников, И. Б. Плотников, А. Н. Петров и М. Э. А. Хелеф – консультация в ходе написания рукописи статьи. Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.