文章导读

包装在食品 (尤其是功能性食品) 的储存过程中提供了针对环境、化学和物理因素的保护，因此包装对保持食品质量有重要作用。在功能性食品中，食品包装应遮光，以保证营养成分和产品颜色不变质，并防止活性成分降解。其中，影响食品 (包括功能性食品) 保质期的最重要因素是太阳辐射 (包括紫外线、可见光和红外线辐射) 带来的各种降解和氧化反应。然而，就太阳辐射对成品的影响而言，当前的产品包装还没有优化。

太阳辐射在被物质 (食品、功能性食品) 吸收时才会与物质产生相互作用。反射或透射光的生物和化学效应几乎为零。因此，决定食品光稳定性的重要因素是确定其吸收光辐射的程度和范围。基于此，来自波兰西里西亚医科大学的科研人员以研究论文的形式在 Foods 期刊发表了文章，该研究的目的是开发一种可量化食品与太阳辐射相互作用的方法。这将有助于优化和选择包装，从而保护产品免受其特定吸收光谱范围的影响。

研究内容

巧克力是一种相对不稳定的食物，在阳光下暴露极易降解。因此，作者以巧克力为例，试图开发一种评估太阳辐射对食品影响的新方法。本研究共测试了 14 种不同的巧克力 (表1)。作者在分析巧克力光滑表面的同时，也对尺寸至少为 20×20×16 mm、重量为 11.6~12.3 g 的巧克力立方体进行了测试。作者选择了具有不同可可含量的所有类型的巧克力 (黑巧克力、牛奶巧克力、甜点巧克力)，包括不含蔗糖的巧克力和富含矿物质/维生素的巧克力。通过使用美国圣地亚哥表面光学公司的 SOC 410 太阳能 DHR 反射仪来测试巧克力的反射率，确定了总的方向反射率 (图1)。SOC 410 Solar 配备了定向半球反射率 (Directional Hemispherical Reflectance, DHR) 测量头，可测量 60° 角表面的综合表面反射率，并可测量 335~2500 nm 光谱范围内的七个离散波段。此外，因为作者在本研究中使用反射计发射辐射，其发射 (在各个光谱范围的波长和强度上) 相当于太阳辐射，为太阳辐射确定了一个巧克力发射率比。为了准确地确定环境和给定材料 (物体) 表面之间的热传递能力，作者还识别了其发射率。

表1. 经制造商声明含有可可含量的测试巧克力。

图1. 巧克力定向反射率测量的概念图。

对于食品 (功能性食品) 来说，物体最大程度吸收的光谱范围对食品危害最大。因此，对于食品的给定光谱范围，反射率越低，就越需要针对该范围的有效保护；包装应消除这一范围的辐射。研究结果表明，根据波长范围的不同，巧克力的反射率值差异显著 (p≤0.001)。巧克力反射率的最低值出现在波长 335~380 nm、400~540 nm、480~600 nm 和 1700~2500 nm (图2)。最高反射值出现在 700~1100 nm 和 1000~1700 nm 的波长范围内。

图2. 不同波长范围的巧克力反射率值。*表示 p≤0.05。

其中，受试巧克力的可可含量范围为 30%~85%，中位数为 60% (表2)。巧克力的亮度范围为 43.0~71.1，中间值为 53.7。研究结果表明，巧克力的可可含量和亮度之间存在显著的统计相关性 (图3)。可可含量越低，巧克力的颜色越亮 (R=-0.82，p≤0.001)。

表2. 巧克力的亮度和巧克力中的可可含量。

图3. 巧克力亮度与巧克力中可可含量的相关性。相应颜色的原点代表棕色黑巧克力、蓝色牛奶巧克力、白色甜点巧克力、黄色维密尼拉巧克力。

研究结果表明，巧克力的反射率很大程度上取决于巧克力的亮度 (图4)。巧克力越亮，反射率越高。从 400~1700 nm 的所有波长范围都显示出颜色和反射率之间存在高度显著和非常强的相关性 (R≥0.80，p≤0.001)。

图4. 不同波长范围内巧克力亮度和反射率之间的相关性：(a) 335~380 nm；(b) 400~540 nm；(c) 480~600 nm；(d) 590~720 nm；(e) 700~1000 nm；(f) 1000~1700 nm；(g) 1700~2500 nm。NS 表示相关性不显著。

此外，巧克力中较高的可可含量会降低某些波长范围的反射率 (图5)。可可含量和反射率的最强相关性出现在 400~540 nm (R=0.56，p=0.036)、700~1100 nm (R=0.58，p=0.031) 和 1000~1700 nm (R=0.58，p=0.029)。可可含量与 480~600nm 波长处反射率的相关性接近统计学显著水平，但未达到统计学显著水平 (R=0.52，p=0.054)。在 335~380 nm、590~720 nm 和 1700~2500 nm 的波长下，可可含量和反射率之间没有显著的关系。

图5. 巧克力中可可含量与不同波长范围反射率之间的相关性：(a) 335~380 nm；(b) 400~540 nm；(c) 480~600 nm；(d) 590~720 nm；(e) 700~1000 nm；(f) 1000~1700 nm；(g) 1700~2500 nm。NS 表示相关性不显著。

研究总结

本研究介绍了使用定向半球反射的新方法来测量食品以及包括巧克力在内的功能性食品的总反射。通过评估与食品对辐射的最大吸收相对应的光谱范围有助于优化包装选择，包装应保护产品不受食品吸收最强的光谱范围的影响 (其反射率最低)。使用定向反射比分光光度法评估食品的光谱特性有许多优点：其不仅可对研究的辐射范围内不透明的样品进行反射率分析，同时能以更接近太阳辐射实际入射条件的方式与物体相互作用，且光斑 (孔径) 更大，因而也更能够有效地反映真实情况。

原文出自 Foods 期刊

Błoński, B.; Wilczyński, S.; Hartman-Petrycka, M.; Michalecki, Ł. The Use of Hemispherical Directional Reflectance to Evaluate the Interaction of Food Products with Radiation in the Solar Spectrum. Foods 2022, 11, 1974.

Foods 期刊介绍

主编：Arun K. Bhunia, Purdue University, USA

期刊主题涵盖食品研究相关各方面。目前已被 Scopus、SCIE (Web of Science)、PubMed 等数据库收录。

2021 Impact Factor：5.561

2021 CiteScore：4.1

Time to First Decision：15 Days

Time to Publication：35 Days