基于MOF的pH响应型智能标签：食品新鲜度监测的新突破
发布时间：2025-04-28 浏览次数：30 分享：
食品在储存和运输过程中，受温度、湿度以及微生物活动等因素影响，容易发生变质。尤其是富含蛋白质和脂肪的食品，如牛肉、虾和鱼，变质过程中会产生挥发性胺类和硫醇等有害物质，不仅影响食品品质，还可能引发食源性疾病。因此，开发一种能够实时监测食品新鲜度的技术显得尤为重要。
该智能标签的核心在于其独特的复合基底和改良的MOF指示剂。研究团队选择了海藻酸钠（SA）和细菌纳米纤维素（BNC）作为复合基底材料。海藻酸钠具有高透明度、良好的生物相容性和可生物降解性，而细菌纳米纤维素则以其卓越的拉伸强度、大比表面积和良好的热稳定性而被广泛应用于智能标签领域。通过将这两种材料复合，标签的物理化学性能得到了显著提升。
图1:智能标签外观及微观结构（SEM/AFM），显示复合基底相容性与颗粒分布。
此外，研究团队还引入了改良的茜素络合物（AC@MOF）作为指示剂。茜素是一种从茜草根中提取的天然染料，能够在不同pH值下呈现不同的颜色变化。通过将其与MOF（UiO-66-NH2）结合，不仅增强了染料的水溶性，还赋予了标签荧光响应能力，使其在pH值变化时能够同时呈现颜色和荧光的双重变化，极大地提高了标签对食品新鲜度变化的敏感性。
图2:标签在不同 pH 下的颜色（黄→深红）和荧光（蓝→紫→深蓝）变化，验证高敏感性。
实验结果显示，这种智能标签在pH值2到11的范围内表现出双模态的颜色变化：颜色从黄色变为深红色，荧光从浅蓝色变为紫色，再变为深蓝色。其RGB颜色强度与pH值之间呈现出极强的线性相关性（颜色变化R²=0.9906，荧光变化R²=0.9808），表明该标签对pH变化具有极高的灵敏度。
图3:标签物理化学性能（强度、疏水性、热稳定性等），复合基底提升综合性能。
在机械性能方面，复合基底的引入显著提高了标签的拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EAB），分别达到36.7 MPa和45.7%。同时，标签的水蒸气透过率（WVP）降低至1.228×10⁻¹⁰ g·cm⁻¹·s⁻¹·Pa⁻¹，接触角（WCA）增加至64.548°，这表明标签具有良好的防水性能和稳定性。
图4:标签监测不同温度下食品（鱼 / 虾 / 牛肉）新鲜度，颜色变化反映腐败程度。
研究团队将这种智能标签应用于监测牛肉、虾和鱼的新鲜度。实验结果显示，在25℃下储存4小时后，标签的颜色和荧光发生了显著变化，表明食品已经开始变质。而在4℃下储存时，标签的颜色变化则相对缓慢，需要2天左右才能观察到明显变化。当温度降低至-20℃时，标签的颜色和荧光几乎保持不变，说明食品在低温下能够保持较长时间的新鲜度。
图5:标签颜色参数与食品 TVB-N 含量线性相关（R 2 >0.98），精准关联新鲜度。
此外，通过检测食品中的挥发性盐基氮（TVB-N）含量，研究团队进一步验证了智能标签的监测效果。TVB-N含量是衡量食品新鲜度的重要指标，当其含量低于15 mg/100 g时，食品被认为是新鲜的；当含量在15到25 mg/100 g之间时，食品处于次新鲜状态；而当含量超过25 mg/100 g时，则表明食品已经变质。实验结果表明，智能标签的颜色变化与食品的TVB-N含量变化高度一致，能够准确反映食品的新鲜度。
这项研究开发的基于MOF的pH响应型智能标签为食品新鲜度监测提供了一种创新且有效的解决方案。其双模态的颜色和荧光变化、高灵敏度以及良好的机械性能和稳定性，使其在实际应用中具有广阔的应用前景。
参考文献：Li, X., Du, X., Ding, Z., & Xie, J. (2025). MOF-based pH-responsive Smart Labels Enhanced by Sodium Alginate Composite with Bacterial Nanocellulose for Food Freshness Monitoring. Food and Bioprocess Technology. DOI: 10.1007/s11947-025-03826-5.
来源：微生物安全与健康网，作者~徐礼龙。
