CEJ：绿色环保的纤维素基智能包装材料用于实时视觉检测食品新鲜度

以下文章来源于食品放大镜 ，作者文献解读

大连工业大学王海松教授/李冬梅教授/杜健副教授：绿色环保的纤维素基智能包装材料用于实时视觉检测食品新鲜度

近日，大连工业大学生物基纤维材料与化学品团队王海松教授、杜健副教授和食品学院李冬梅教授合作在国际顶级学术期刊《Chemical Engineering Journal》（Q1，IF：15.1）上发表题为“Eco-friendly and intelligent cellulosic fibers-based packaging system for real-time visual detection of food freshness”的研究论文，大连工业大学20级硕士研究生赵亚丽和22级博士研究生李超为共同第一作者。

研究背景

近年来，随着经济的发展和人们消费水平的提高，食品质量问题越来越受到人们的关注。绿色智能包装系统通常由生物聚合物基质和传感指示剂组成。羧甲基纤维素钠是一种阴离子多糖，由于其无毒、透明、成膜性好、可生物降解、对湿度敏感等特性，在智能包装领域作为基质得到了广泛的应用。天然花青素是一种安全、无毒、无害的水溶性pH感色素，具有活性抗氧化、抗癌和较广的变色性能。然而，基于羧甲基纤维素钠的智能包装薄膜的实际应用受到两个方面的限制。一方面，复合膜较差的物理性能(如机械性能)限制了复合膜的使用寿命。另一方面，由于花青素和羧甲基纤维素钠的高度亲水性，花青素容易从基质内部迁移到膜表面，导致智能包装系统失效。为了解决这个问题，通常采用的方法是微胶囊化，在这种方法中，天然染料被牢牢地固定在材料内部。迄今为止，已经提出了几种包封生物活性化合物的配方策略，如凝聚核心胶束、微颗粒、纳米颗粒和脂质体，然而这些方法往往需要复杂的加工技术。因此，迫切需要一种简单便捷的策略来制备结构稳定的智能包装功能材料。

成果介绍

研究创新地利用简单的层层组装技术在纤维素纸上构建了一种包埋花青素的壳聚糖/羧甲基纤维素凝聚体，花青素分子被牢固地锚定在凝聚体内部。在蒸馏水中，花青素的累积释放量降至19.42%。相比于初始滤纸的拉伸强度（9.51 MPa），最优比色纸的拉强度显著提高到55.68 MPa。此外，致密的双层结构使优化的比色纸在折叠至少1000次后仍具有优异的结构稳定性。组装的比色纸对pH/湿度具有双重响应，可用于实时监测猪肉和水果的新鲜度。智能传感器技术与食品科学的融合，将使未来的食品行业呈现出绿色、高效、智能、精准、多元化的商业模式。

图文导读

图1 层层自主装策略制备纤维素基智能包装材料及形貌表征

图2 制备纤维素基智能包装材料基本表征

图3 花青素释放性能

图4 纤维素智能包装材料检测水果新鲜度

结论

采用简单便捷的层层组装策略成功制备了一种结构稳定的新型pH/湿度双敏感智能包装纸。由于带正电的壳聚糖和带负电的羧甲基纤维素钠之间的静电相互作用，抑制了CS/CMC凝聚体中花青素的释放。与原始滤纸相比，合成的(CS/CMC-Anth)4的阻气性能、拉伸机械强度和疏水性均有显著提高。此外，在持续折叠至少1000次后，它也显示出优异的结构稳定性。作为比色纸，最优(CS/CMC-Anth)4纸对水果和猪肉的颜色反应都是肉眼可见的，在实时监测水果和猪肉的新鲜度方面显示出很大的潜力。本研究为食品包装领域中减少ph感应生物活性物质迁移和提高结构稳定性的智能包装系统的设计提供了一个新的视角。此外，这种双层纸还可以作为灵活的智能标签，用于实时监控食品供应链中鲜肉、水果等易腐食品的新鲜度。

本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和兴辽英才计划基金的资助。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146013

转自：“NANO学术”微信公众号

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