近日，大连工业大学食品学院、海洋食品加工与安全控制全国重点实验室侯红漫课题组在《Food Chemistry》（Q1，IF=8.5）发表题为“A pH-responsive fluorescent film with the smartphone-assistance for real-time and visual detection of food freshness"的研究性论文。毕景然副教授为通讯作者，硕士研究生穆露为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金青年科学基金项目（32102050），国家重点研发项目(2022YFD2100500)和辽宁省教育厅高校基本科研项目(LJK MZ20220875)的资助。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0308814624032230
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研究背景
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不断增长的全球人口，对食品安全的需求以及消费者生活方式的演变，推动了对创新包装的需求。传统的包装方法通常提供静态的信息，如生产日期和保质期。然而，这些静态信息无法实时传达在食物新鲜度方面的动态变化。这对于消费者判断食品新鲜度，具有局限性。智能包装通过监控包装食品在运输、储存和销售过程中的实时新鲜度，解决了这一问题。这不仅提高了食品的质量和安全性，也符合消费者对食品安全的期望，并满足包装行业的创新需求。我们开发了一种用来监测食品新鲜度的智能荧光膜。HPMC和KC通过氢键结合，形成稳定的三维网络。然后将有机FITC分子和无机NH2-CAO分子共价结合到HPMC-KC分子上，通过络合反应形成HPMC-KC-FITC-NH2-CAO (H-K-F-N) 智能膜。FITC赋予智能膜独特的pH响应性，NH2-CAO有效缓解了聚集诱导淬灭(ACQ)现象，增强了荧光稳定性。此外，食品新鲜度指标和智能膜的荧光强度之间的关系用多个数学模型进行了论证，最终利用智能荧光膜开发了智能手机辅助荧光传感平台。总的来说，这种策略可以作为一种高准确、便携和可视化的食品新鲜度检测方法的途径。
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研究内容
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我们制备了一种智能pH响应型羟丙基甲基纤维素-κ-卡拉胶-异硫氰酸荧光素-NH2-CaAl2O4 (H-K-F-N) 荧光膜。利用异硫氰酸荧光素染料的pH依赖行为和铝酸钙磷光体的发光特性的协同优势，该膜在2.0-12.0的宽pH范围内表现出独特的强pH响应荧光，具有优秀的线性关系(相关系数，R2 = 0.9993)。此外，H-K-F-N荧光膜作为一种智能传感器，可以分别基于偏最小二乘回归模型和支持向量机回归模型，通过荧光强度来预测总挥发性盐基氮和总活菌数。利用荧光图像的数字信号和食品新鲜度指标之间的关系，开发了一个智能手机辅助系统。这些结果表明，H-K-F-N薄膜在智能食品包装和食品安全监控方面具有广阔的应用前景。
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图文赏析
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图1：H-K-F-N膜的荧光机理
图2：（a）H-K-F荧光膜的合成示意图及其在可见光和紫外光下的照片。H-K-F荧光膜的 (b) X-射线衍射图，(c) 傅立叶变换红外光谱，(d) 紫外吸收和 (e) 荧光发射光谱。
图3：（a）H-K-N和H-K-F-N荧光膜的合成示意图。H-K-N荧光膜的 (b) X-射线衍射图，(c) 傅立叶变换红外光谱和 (h) 荧光发射光谱。H-K-F-N荧光膜的 (e) X-射线衍射图，(f) 傅立叶变换红外光谱，(i) 荧光发射光谱和 (j) 紫外吸收光谱。(d)和(g) 分别为H-K-N和 H-K-F-N荧光膜在可见光和紫外光下的照片。
图4：(a)和(b)分别为 H-K-F40:1和H-K-F-N 5:5荧光膜在不同pH值(从左至右pH = 12.0-2.0)的PBS缓冲溶液中在可见光和紫外光下的照片。(c)和(d)分别为 H-K-F 40:1和H-K-F-N 5:5荧光膜在不同pH条件下的荧光发射光谱。H-K-F40:1荧光膜的pH ((e) 2.0-12.0和(f) 4.0-12.0)与荧光强度的响应关系。(g) H-K-F-N5:5荧光膜的pH(2.0-12.0)和荧光强度之间的响应关系。
图4：（a）H-K-F-N5:5荧光膜在可见光和紫外光下监测虾和猪肉新鲜度的照片。(b)在虾和猪肉储存期间H-K-F-N5:5荧光膜的荧光强度。虾和猪肉在4 ℃下14天的 (c) pH，(d) TVC和 (e) TVB-N实测值和预测值。
图4：（a）通过智能手机将荧光图像转换成颜色和新鲜度指数信息的示意图。在虾和猪肉新鲜度监测的实际应用中，(b) 颜色信息(S/L)和TVB-N之间的关系。(c)颜色信息(S+L)和TVC之间的关系。
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作者简介
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第一作者简介：
穆露
大连工业大学食品学院2022级硕士研究生，导师毕景然副教授。曾荣获大连工业大学二等、三等奖学金，主要研究方向：用于食品新鲜度监测的包装材料的制备与性质研究。以第一作者在Food Chemistry 期刊发表SCI论文1篇，申请中国发明专利1件。
通讯作者简介：
毕景然
大连工业大学食品学院、海洋食品加工与安全控制全国重点实验室副教授，主要从事食品保鲜方向的研究工作。2021年获辽宁省普通高等学校教师教学大赛二等奖，多次带领学生荣获省级科创比赛奖励。先后主持国家自然科学基金青年基金等多项国家级、省级项目。以第一/通讯作者在ACS AMI、Carbohyd. Polym.、J. Agr. Food Chem.及Food Chem.等食品类TOP期刊发表SCI学术论文30余篇，ESI高被引用论文1篇；以第一发明人申请中国发明专利7件，授权3件。现担任辽宁省食品科学技术学会理事、辽宁省免疫学会疫苗和免疫健康分会委员、MDPI 客座编辑。
图文/穆露 毕景然
排版/ 段晓敏
责编/赵几融
审核/温成荣
