2023/9/22 15:14:32 阅读：118 发布者：
大家好，今天为大家分享一篇于今年年发表在Food Hydrocolloids的文献，题目为“Gelatin/carrageenan-based smart packaging film integrated with Cu-metal organic framework for freshness monitoring and shelf-life extension of shrimp”。本文采用铜金属有机骨架(Cu-MOF)和红甘蓝花青素，制备了一种基于明胶/卡拉胶(Gel/Car)的抗菌ph响应智能薄膜。虾的新鲜度监测试验表明，薄膜的颜色发生了定性和定量的变化(红度a值从24.5降低到3.7)。明胶/卡拉胶基多功能薄膜与铜金属有机框架相结合，有望帮助在消费前可视化食物变化，延长加工食品的保质期，并显着减少食物浪费问题。本文的通讯作者是Jong-Whan Rhim 。
背景介绍
食品包装行业通过使用创新的食品包装技术大幅增长，以满足食品制造商和消费者的需求，这些制造商希望最大限度地减少食品的污染和损失，并安全地供应食品，而消费者则希望获得安全、方便和高质量的食品。根据食物浪费指数，每年有超过17%的食物浪费被丢弃，占全球气体排放量的10%。食品包装和储存不当是造成食品浪费的原因之一。因此，科学家和决策者必须制定政策和方法来应对这一严峻的全球形势。在这方面，智能包装系统在食品包装行业越来越受到关注，以适应消费者的期望、偏好和环境修复。智能包装方法可以提高食品安全，并提供有关包装食品质量和状况的信息。为了在整个供应链中延长食品的保质期，正在制定积极的包装策略，添加功能活性纳米填料和生物活性成分，如精油、天然植物提取物、抗菌剂和自由基清除剂。此外，智能食品包装系统使用各种方法来监控从食品工厂到最终用户的实时储存条件和质量。因此，利用包装材料、食品、内部和外部环境因素以及顾客之间的有效联系，开发了一个智能食品包装系统。
设计原理
Cu-MOF的合成及花青素的提取
使用溶胶-光热方法合成了基于铜TPA的MOF（Cu-MOF）。为此，将148mg Cu（CO2CH3）2和184mg TPA溶于40mL甲醇和DMF（1∶1v/v）的溶液中，超声处理5分钟，并加入聚四氟乙烯衬里的高压釜反应器中。将反应器加热至120℃持续24小时以合成Cu-MOF。将蓝色晶体颗粒离心，用乙醇彻底洗涤三次，并在70℃的真空烘箱中干燥得到Cu-MOF粉末。使用传统的固液提取法从红甘蓝（RC）中提取花青素。RC用蒸馏水清洗并切成小块，然后于空气烘箱中在40℃下干燥。为了稳定着色色素，将50克RC粉碎并浸泡在500毫升含有2毫升HCl的80%C2H5OH中。提取过程将在24小时内执行两次，在4℃获得花青素。将花青素溶液离心并过滤以消除杂质。收集上清液并使用旋转蒸发仪浓缩。提取的花青素命名为RCA。
明胶/卡拉胶智能包装薄膜的制备
采用溶液浇注法制备了明胶/卡拉胶智能包装薄膜。为了制备明胶/卡拉胶溶液，将两种聚合物分别溶解，即2% (w/v)明胶在80°C恒定搅拌下溶解在蒸馏水(100mL)中30分钟，2%(w/v)卡拉胶溶解在100mL蒸馏水中，在85°C剧烈搅拌50分钟。将溶液混合物以1:1的比例不断搅拌，并加入甘油(占明胶/卡拉胶混合物的30%)作为增塑剂。为了制备添加MOF的薄膜溶液，首先将不同浓度(1%和3%的聚合物混合物)的Cu-MOF悬浮在20mL蒸馏水中，在50°C下机械搅拌1小时，然后超声处理15分钟以脱气并产生均匀分散。在制备的混合溶液中加入一定量的Cu-MOF(质量分数为1%和3%)和提取的RCA溶液10mL，在50°C下搅拌2h。将薄膜溶液浇铸在特氟龙涂层的玻璃板(24厘米×30厘米)上，并在25°C下干燥2天。干燥后，将薄膜在湿度调节器(50%相对湿度和25°C)中调整至少48小时，然后再进行进一步测试。根据Cu-MOF浓度，将制备的薄膜分别命名为Gel/Car(对照)、Gel/Car@MOF1和Gel/Car@MOF3。
图1 Cu-MOF和Gel/Car@MOF智能包装薄膜的制备工艺。RCA溶液在不同pH下的颜色变化
数据介绍
图2 (a，b)FE-SEM图像，(b)FT-IR谱和(d)XRD衍射图，(e，f)自由基清除效力和(g)CuMOF颗粒的抗微生物潜力
图3（a–c）Gel/Car基薄膜的表面FE-SEM图像、（d）XPS全测量光谱和（e–i）C1s, S 2p, N1s,和Cu 2p的去卷积光谱
图4 (a)在28°C贮存24小时期间，确定虾类样本新鲜度和(b，c)明胶/卡拉胶智能包装薄膜颜色值的实际视图的变化
为了监测虾的新鲜度，明胶/卡拉胶@MOF在没有直接接触的情况下，将薄膜附着在装有活虾样品的包装容器内部（图4a），并在28℃下观察到颜色变化，持续24小时。每12小时，记录膜的视觉变化，为了进行比较，使用纯明胶/卡拉胶膜作为对照。
随着时间的推移，Gel/Car@MOF1和Gel/Car@MOF3薄膜最初的红色渐渐变成了绿色，因为样品在储存过程中开始降解。颜色值的定量测定揭示了与显影胶片相对应的显著颜色变化(图4b和c)。贮藏24h后，随着pH值和TVB-N值的升高，膜的a值急剧下降，b值上升，膜变绿。A值从34.6降至4.7，从24.5降至3.7，而Gel/Car@MOF1和Gel/Car@MOF3胶片的b值分别从11.2升至15.4和6.7升至11.7。这些颜色值定量地证实了测试薄膜从最初的红色到绿色的转变。存储期间胶片的颜色差异(ΔE)大于5，表明即使是非熟练的专家组成员也可以观察到颜色变化。此外，基本化学品如TVB-N气体的产生，食物降解过程中的pH变化以及与Gel/Car@MOF基薄膜的可能相互作用都促成了图4a-c所示的颜色变化。
图5 (a)在摄氏4度贮存21天期间，以凝胶/凝胶薄膜包装的虾的实际视野、(b) pH 值、(c) TVC 和(d)红度值的变化
新鲜的虾被包裹在凝胶/汽车为基础的薄膜，并在4°C下储存21天，pH值，TVC(总活力计数)和颜色值的变化每隔一周进行一次调查，结果如图5所示。如图5a 所示，在保存期间，用整齐的Gel/Car膜包裹的虾显示出从最初的灰色逐渐变成红色的明显变化，但是在同一期间，用Gel/Car/MOF膜包裹的虾延迟变色。如图5b和c所示，用整齐的凝胶/汽车膜包裹的虾在储存7天后显示pH6.6和TVC 8 log CFU/mL，表明它们已经变质和不可食用。相比之下，使用Gel/Car@MOF1和Gel/Car@MOF3薄膜包装的虾保持完整，没有颜色变化长达2周的储存(图5a，d)，表明货架寿命延长。有趣的是，21天后，胶卷的颜色从红色变成了绿色，证实了虾已经开始腐烂。因此，消费者可以在不打开包装的情况下，通过胶片颜色的变化实时检查包装产品的质量。
总结
将Cu-MOF和花青素混合在明胶/卡拉胶基质中，制备了一种理化性能得到改善的多功能活性智能膜。SEM、FTIR和XPS分析表明，Cu-MOF和RCA与凝胶/汽车基体具有良好的相容性。Cu-MOF具有优异的抗菌、抗氧化和紫外线阻隔性能，赋予复合膜功能并改善机械性能。添加RCA的薄膜使虾的颜色从红色变为绿黄色，同时发生化学变化（pH和TVB-N含量），直观地展示了包装虾在28℃24小时储存期间的质量变化。膜中的Cu-MOF延长了包装虾的保质期并提高了品质。特别地，添加了3wt%Cu-MOF的膜（Gel/Car@MOF3)表现出优异的pH反应性、抗氧化性、改善的紫外线防护和抗菌性能，以保持包装食品的质量和安全性，从而延长食品的保质期。明胶/卡拉胶基多功能薄膜与铜金属有机骨架相结合，在活性和智能食品包装应用方面具有很高的潜力
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109180
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