[Food Chem.]将Jaman果提取物化学改性的滤纸用于牛奶新鲜度的可视化传感

研究背景

食品质量评估是确保消费者健康和安全的关键。传统的食品包装日期如“最佳食用日期”或“保质期”无法实时反映食品质量，导致食品浪费和食品安全风险。牛奶作为易腐食品，其变质主要由乳酸菌将乳糖发酵为乳酸引起，pH值随着时间下降。这种变化使得开发一种实时监控牛奶新鲜度的简便、无毒、经济且用户友好的传感器成为一个重要挑战。

研究内容

本研究从Jaman（Syzygium cumini）果实中提取天然花青素（ACNs），并将其固定在滤纸基底上，用于开发一种pH响应的比色传感器。通过在滤纸表面涂覆壳聚糖（CH）薄膜，增强了传感器的稳定性并防止染料溶出。研究通过紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）等方法对传感器条进行表征，并在模拟牛奶变质过程中验证其性能。

可视化原理

花青素的结构对pH高度敏感，在不同的pH范围内会发生显色反应。低pH时，花青素以红色的黄烷阳离子形式存在；中性pH下为紫色的醌型碱；高pH下则形成蓝色的阴离子和黄色的查尔酮结构。这些化学结构的转变使传感器能够根据pH变化显示明显的颜色差异，从而实现对牛奶新鲜度的可视化。

研究方法

a.材料制备与提取：Jaman果实中的花青素通过乙醇-醋酸溶剂提取，经滤纸吸附和壳聚糖涂覆制备传感器条。

b.传感器表征：使用FTIR确认滤纸表面化学修饰; 通过FE-SEM观察滤纸纤维形貌变化; UV-Vis和XRD分析传感器稳定性和光学特性。

c.比色分析：通过浸泡传感器条于不同pH缓冲液和牛奶样品中，记录其RGB值变化。

d.性能测试：评估传感器条在极端pH、温度以及乳酸环境下的稳定性与重现性。

图1 全文研究内容示意图(图片来源于Elsevier)

图2 提取的花青素ACN 对不同pH值的显色响应。a.固定于滤纸中，b.溶液中(图片来源于Elsevier)

点评

有趣的点：利用天然植物提取物开发环境友好型传感器；壳聚糖涂层显著提高了传感器的耐用性和响应时间；通过pH变化引导的显色反应实现无仪器辅助的牛奶质量评估。

设计难点：确保花青素在固体基底上的稳定性和均匀性；传感器响应速度与探针溶出的平衡。

结论

研究开发的基于Jaman果提取物和壳聚糖改性的滤纸比色传感器能够通过显色变化实时监测牛奶新鲜度。传感器在牛奶变质的不同阶段表现出从紫色到淡粉色直至白色的颜色过渡，展示了其在智能包装和食品监控领域的潜在应用价值。

相关成果以"Chemically modified filter paper with Jaman fruit extract for visual sensing of milk freshness"为题发表在国际学术杂志Food Chemistry上。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.142181