谁将在电力之战中笑到最后？

指示剂（器）可定义为一种物质，指示另一种物质的存在、缺失或浓度，或反映两种或多种物质之间的反应程度或特征变化，特别是颜色。与传感器不同，指示器没有敏感元件和转换元件，通过直接的视觉变化来传递信息。指示剂有多种形式。

1．整体指标剂

另一种替代方法是建立无损检测肉品质量的方法，即使用非侵入性的指示剂系统。这种系统通常通过目视比色变化或与标准参考相比较来提供定性或半定量信息。大多数指标都是为了测试包装完整性而开发的。最常见的塑料软包装的破损原因是密封泄漏问题。在整个分销链上，与包装结合在一起的泄漏指示器或传感器（如可视化的或光化学的）是保证包装完整性，帮助消费者识别包装是否破损的一种手段。对肉类产品气调包装的包装完整性研究建立了泄漏的大小与相关产品质量恶化的关系。标准的（破坏性）包装完整性和泄漏测试方法不仅费力而且只能够测试有限的包装。现有的无损检测系统还有其他的缺点，例如，需要专用的设备、采样速度缓慢、无法检测由于病原体渗透而引起的泄漏。

对完整性检测的研究主要集中在气调包装产品的可视化氧指示器（以前讨论过的氧传感器也适用于完整性测试）。除了新鲜肉类的高氧含量气调包装（主要是为了增强颜色）外，许多食品包装的气体含量在0%～2%。在这种情况下，泄漏通常会导致氧浓度的显著增加。许多可视化氧指示器已经申请了专利，主要是使用了氧化还原染料。这种装置已经用于碎牛排和肉比萨气调包装的泄漏测试，测试结果是可靠的。这种装置的缺点是高灵敏度（氧浓度低至0.1%所产生的颜色变化意味着许多指标容易受到气调包装中残余氧的影响）和可逆性（不是希望的性能，由于泄漏引起增加的氧气被随后的微生物生长所消耗）。这些装置很少被商业化。有一种专门为食物的气调包装而设计的指示剂系统，除了有氧气敏感的染料外，还有氧气吸收成分，体现了在一个包装系统中同时可以具有活性和智能。在线无损包装检漏系统如果在成本和可靠性方面取得进步的话，在商业上的应用前景非常广阔。

2．新鲜度指示剂

智能包装系统可能直接提供关于肉制品质量的信息，也可能是间接提供（如包装内氧浓度的变化可能通过建立的某些相关指标反映出产品质量恶化）。新鲜度指示剂通过反映食品中微生物生长或化学变化来直接提供产品质量信息。微生物质量可通过包装内的指示剂与微生物生长代谢产物之间的反应来确定。迄今为止，用于新鲜度检测的智能包装指示剂的实用性非常有限。尽管如此，基于质量指示代谢物指示的新鲜度指示剂的开发还是很有潜力的。通过改进检测在食品存储和食品腐败过程中生化变化的方法来为开发基于伴随着微生物引起变质的目标代谢产物的新鲜度指示剂打下基础。

肉类产品中，指示剂代谢物的构成是不同的，要取决于产品类型、相关腐败菌群、储存条件和包装系统之间的相互作用。储存过程中有机酸的浓度变化（如正丁酸、左旋乳酸、乙酸）为大量的肉类产品提供了潜在的指示剂代谢产物。基于pH 指示剂的颜色变化可作为这些微生物代谢产物的指标。

乙醇（如乳酸和乙酸）是乳酸菌发酵代谢的重要指标。腌泡鸡肉的厌氧气调包装中，乙醇浓度可以作为储存时间长短的依据。

生物胺（如组胺、腐胺、尸胺和酪胺）是与肉类产品腐烂变质密切相关的指示剂。鉴于与这些化合物有关的毒理学问题及其对感官质量的影响，开发有效的胺类指示剂将是有益的，并且有商业发展潜力。美国一家公司开发的FreshTag®色度指标标签可以与挥发性胺（鱼类和海鲜产品的储存过程中产生的）进行反应。

许多情况下，在微生物生长过程中产生的二氧化碳能够表明食品质量的恶化。在气调包装的肉类产品中含有高浓度二氧化碳（通常为20%～80%），要通过二氧化碳含量变化指示微生物生长是有困难的。在其他肉类包装系统中，应用pH 染料指示剂可能是更好的选择。

硫化氢是一种具有强烈异味和低阈值的半胱氨酸分解产物，它是由许多细菌在肉和家禽的腐败过程中产生的。当与肌红蛋白结合时，会形成一种绿色的色素。这种色素的形成为开发针对未腌制肉鸡块的基于肌红蛋白和固化琼脂糖的新鲜度指标创造了条件。这种指示剂不受氮气或二氧化碳存在的影响，具有很好的市场潜力。

基于广谱颜色变化的新鲜度指示剂存在许多缺点，需要在大规模商业应用前得到解决。缺乏特异性意味着产品在没有任何显著的感官变化或质量恶化的情况下，也可能出现指示剂的颜色变化。某些目标代谢物的存在并不一定意味着质量差。需要在目标代谢物、产品类型、感官质量和安全性之间建立更精确的相关性。假阴性可能会阻碍食品生产者采用指示剂，除非实际的腐败变质情况可以得到明确具体的保证。

3．时间-温度指示器

在智能包装解决方案中，时间-温度指示器或集成器预计在未来几年中将有非常快的销售增长。时间-温度指示器或集成器被定义为用来显示可测量的温度随时间变化情况的装置，反映了与它连接的全部或部分食品温度变化的历史。时间-温度指示器的工作原理是基于机械、化学、电化学、酶或微生物的改变，通常用可见的机械变形、颜色产生或者颜色改变来作为响应。这种可见的响应反映出了时间-温度指示器所处包装环境中储存温度的累计值。根据时间-温度指示器的反应机制，可分为两类：部分温度指示器和全程温度指示器。部分温度指示器只有在温度超过了某个阈值时才响应，表明产品已曝露在足以引起产品质量或安全性变化的温度中；全程温度指示器反映出产品整个生命周期中温度的连续变化情况。因此，这种指示器一般用于一个产品的研究和商业开发。

时间-温度指示器基本上被设计成小标签或标牌，记录易腐产品从生产出来一直到零售店或最终消费者整个过程中温度随时间的变化情况。应用在肉类和家禽产品中，对整个冷链的监测、微生物的安全和质量控制至关重要，具有巨大的市场潜力。

一个有效的时间-温度指示器，其基本要求是能够持续而清晰地显示，在温度变化时呈现不可逆反应的特性。理想的情况下，时间-温度指示器应该是成本低，体积小，可靠，并且易于集成到食品包装，有一个很长的保质期和不受除温度外其他外界条件的影响。同时，时间-温度指示器也应该具有灵活的温度范围，结实不易损坏，没有毒性或安全隐患，以明确的方式传递信息。

大量的各类时间-温度指示器已开发出来并获得专利，其原理与应用如前面所述。目前，市场上的时间-温度指示器包括一些基于扩散、酶和聚合物的系统。所有这些都提供了在肉类和家禽产品中广泛应用的市场潜力。

基于扩散的时间-温度指示器以美国3M 公司的Monitor Mark®为代表（图1-5）。这种指示器是一种不可逆的指示器，依赖于着色脂肪酸酯沿高品质吸水纸的多孔芯的扩散。可测量的响应是看由原点向外扩散的距离。时间-温度指示器可测定的温度和响应的有效范围取决于酯的类型和浓度。(www.xing528.com)

图12　舟山五端柔性直流输电示范工程

图1-5　Monitor Mark®时间-温度指示器

另一种基于扩散的时间-温度指示器也是3M 公司生产的Freshness Check®。采用一种能够迁移到漫反射光的多孔基质的黏弹性材料，其扩散速度取决于温度。这将导致多孔基质的光透射率的逐渐变化，并提供视觉上的变化响应。

基于酶的时间-温度指示器如瑞典一家公司生产的VITSAB® 指示器，是基于控制的酶水解脂质基体材料的pH 颜色变化诱导原理。这种指示器由两个间隔的区域组成，其中一个间隔区域由含脂肪分解酶的溶液构成，另一个间隔区域有脂质基体材料悬浮在水介质和pH 指示剂混合液中。可以使用不同的酶-基体材料组合来反映产品和温度的关系。这种指示器只要通过两个间隔区域密封的机械性撕裂就可以激活。撕裂可以是人工撕裂，也可以通过在线自动撕裂。基体材料水解的液滴滴在pH指示剂中，颜色从深绿色变到亮黄色。颜色变化的评价可以对比五个色标点的颜色。CheckPoint®标签是新开发的基于酶的时间-温度指示器。这种标签应用在家禽和牛肉制品包装上，为用户提供更直接和更好的主观反映（图1-6）。

图13　舟山五端柔性直流输电示范工程换流站阀厅

从“高压直流输电”回到日常生活中，虽然交流插座无处不在，但仔细观察就可以发现，现在的很多IT产品和家电是使用直流电的。手机、笔记本电脑有个适配器，就是为了把交流电转换成直流电。冰箱、洗衣机、空调为了有更好的性能，纷纷把变频直流电机当作卖点。如今连“特斯拉”牌的电动汽车，用的也是由电池供应的直流电。

同时，太阳能、风能等清洁能源也逐渐走进我们的生活，这些可再生能源在并网前，有的比如光伏发电发的就是直流电，其他的发电形式也普遍会先转换成直流电，再转换回交流电，由此才能让电网更高效地得到利用。城市的大充电宝“储能电站”电池里，流动的还是直流电。

看到这里，可能有人会问，既然如此，如果省去交流转换的环节，直接从直流电源传输到直流负荷岂不是更高效？

对！直流配电网技术便这样应运而生。但这早已不再是影片中爱迪生所处年代的直流电网。

现在的直流配电网依靠新技术、新方法，不仅能解决叫爱迪生头疼的电压难变换、故障难处理的问题，还能实现电网的灵活控制，完美应对直流源—网—荷—储之间的能量交互。

说到这儿，诸君是不是觉得，新技术加持下的直流输电、配电、用电系统已经大有可为，甚至有赶超交流电系统的趋势呢？谁能笑到最后还不一定呢！

以浙江省为例，目前浙江省已建成以“两交两直”特高压电网为核心的骨干网架，在“十四五”规划期间还将有第三、第四个特高压直流入浙工程。

直流异军突起，交流百年发展，技术、经济和需求才是检验它们的硬道理。目前“交流”和“直流”在世界最大的中国电网中各取所长，各司其职的模式已受到了各界的认同，就像巨轮只有依靠深水港才能平稳进出，道路只有连接起高速公路和乡间小道才能真正做到“想去哪，就去哪”，也正如影片结尾爱迪生感慨着“围墙论”时，威斯汀豪斯说：“根本不盖围墙，院子就会变成两倍大！”

19世纪至今，电力系统已经经历了诞生之初的直流电网，在种种原因下胜出的交流电网，重新崛起的直流技术……而当下的交直流之战也已不是纯粹的商业战争，更是为了能源互联网形态下的多元融合高弹性电网建设，进一步降低用电成本，提升效能，促使电网向更高的承载力，更好的互动性、自愈性发展的技术尝试与碰撞。“交直流”将一起为电网贡献更多安全高效的可能。

在知识爆炸的21世纪里，未来电力发展走向何方？留给我们的想象空间是无限的。而当它真正降临之时，相信我们也能像面对着新型白炽灯时的爱迪生那样沉醉其中，并知道世界将会从此不同。

（国网浙江省电力有限公司电力科学研究院）