- 江南大學(xué)謝云飛、復(fù)旦大學(xué)趙天聰?shù)華M：金屬-多酚多級(jí)競爭配位系統(tǒng)用于肉類新鮮度的比色監(jiān)測
- 發(fā)布日期：2025-04-09
食品變質(zhì)和浪費(fèi)對(duì)人類健康及社會(huì)穩(wěn)定構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的統(tǒng)計(jì)，全球每年約有6億人因食用受到細(xì)菌、病毒、寄生蟲和化學(xué)物質(zhì)污染的食品而患病，導(dǎo)致超過40萬人死亡。同時(shí)，約三分之一的食品在供應(yīng)鏈中遭到損失或浪費(fèi)。其中，過度謹(jǐn)慎的食品保質(zhì)期常常導(dǎo)致大量仍可安全食用的食品被過早丟棄。肉類作為人類飲食的重要組成部分，其易腐敗性和復(fù)雜的貯藏環(huán)境使得安全分析面臨諸多挑戰(zhàn)，因此，實(shí)時(shí)有效地監(jiān)測肉類新鮮度顯得尤為重要。
揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）是動(dòng)物產(chǎn)品中蛋白質(zhì)降解所產(chǎn)生的堿性氮化物，被廣泛認(rèn)為是監(jiān)測肉類食品新鮮度的關(guān)鍵指標(biāo)。TVB-N的檢測方法包括化學(xué)滴定、色譜法和電化學(xué)檢測。然而，這些方法的復(fù)雜性、專業(yè)性以及對(duì)環(huán)境的影響已不再符合當(dāng)前的發(fā)展趨勢。目前，新興的光學(xué)傳感器，特別是高靈敏度、智能化的比色傳感器陣列（CSA），正受到廣泛關(guān)注。CSA模仿哺乳動(dòng)物的嗅覺系統(tǒng)，通過顏色變化直接提供食品新鮮度的視覺評(píng)估。現(xiàn)有的高靈敏CSA傳感器通常依賴于化學(xué)染料，這可能帶來潛在的毒性風(fēng)險(xiǎn)。此外，化學(xué)染料的變色機(jī)制通常表現(xiàn)為單級(jí)、狹窄且單調(diào)的變化，同時(shí)易受到溫度和濕度等外部因素的影響。
金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)（MPN）通過pH誘導(dǎo)的多價(jià)配位鍵，能夠快速且簡單地涂覆在各種界面上，已在材料科學(xué)、藥物傳遞和組織工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。MPN能夠根據(jù)配位離子的價(jià)態(tài)、pH值和競爭配體類型展現(xiàn)出豐富的顏色變化，這一特性在CSA的應(yīng)用中具有極大的潛力。然而，MPN中配位環(huán)境的復(fù)雜性要求在顏色變化、設(shè)備構(gòu)建以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析等方面進(jìn)行系統(tǒng)性的工程研究。
基于此，江南大學(xué)謝云飛教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)趙天聰研究員首次提出了金屬-多酚與胺類物質(zhì)的多級(jí)競爭配位顯色機(jī)理，用于智能檢測肉類新鮮度。與傳統(tǒng)比色材料的響應(yīng)機(jī)制不同，該系統(tǒng)利用金屬-多酚-胺之間的多級(jí)競爭配位反應(yīng)快速驅(qū)動(dòng)多樣化的顏色變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)胺類物質(zhì)的高靈敏度、特異性、穩(wěn)定性和廣范圍檢測。從而實(shí)時(shí)監(jiān)測牛肉、雞肉、魚和蝦的新鮮度，并有效追蹤牛肉在反復(fù)凍融循環(huán)及復(fù)雜儲(chǔ)運(yùn)條件下的新鮮度變化。此外，該機(jī)理賦予了簡單快速獲取大量有效數(shù)據(jù)的能力，可以有效結(jié)合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）技術(shù)，開發(fā)肉類新鮮度智能檢測平臺(tái)，肉類新鮮度整體準(zhǔn)確率高達(dá)99.83%。這種創(chuàng)新顏色響應(yīng)機(jī)制以及安全、廉價(jià)易得的比色材料，有望在生鮮食品智能包裝、冷鏈物流實(shí)時(shí)監(jiān)測和零售終端品質(zhì)管控等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用。該研究以題為“Metal-polyphenol multistage competitive coordination system for colorimetric monitoring meat freshness”的論文發(fā)表在最新一期《Advanced Materials》上。
