一种通过色度测量技术增强且具有高度pH响应性的智能薄膜，使用1-丁基-3-甲基咪唑氯化物作为调节剂，用于监测草鱼的新鲜度

《Dyes and Pigments》：A colormetry-enhanced and highly pH-responsive smart film using 1-butyl-3-methylimidazolium chloride as tuner for monitoring grass carp freshness

本研究开发了一种新型离子液体增敏显色膜，通过整合红甘蓝花青素提取物、黄原胶和马铃薯淀粉等材料，结合离子液体BmimCl的增色特性，显著提升膜对氨浓度变化的敏感性和机械性能，实现草 carp实时新鲜度监测，为智能包装提供新方法。

　　本研究旨在开发一种创新的比色薄膜，用于实时检测草鱼的新鲜度。该薄膜由红甘蓝花青素提取物（RCAE）、香豆素（FA）、结冷胶（GG）和马铃薯淀粉（PS）组成的复合基质中加入1-丁基-3-甲基咪唑氯化物（BmimCl）制成。这种薄膜能够根据环境中的pH值变化和氨浓度波动产生显著的颜色变化，从而实现对草鱼新鲜度的直观判断。研究团队通过系统分析薄膜成型溶液的流变特性、机械性能、疏水性、不透明度、结构表征、灵敏度和颜色稳定性，揭示了BmimCl在提升薄膜性能方面的重要作用。

在研究过程中，团队发现加入BmimCl后，薄膜的柔韧性得到了显著增强，其断裂伸长率（EAB）从20.34%提升至28.36%。同时，薄膜表面变得更加光滑和致密，表面粗糙度由1.7微米降至1.2微米。这些改善表明BmimCl不仅有助于提升薄膜的物理性能，还能够优化其表面结构，使其更适合用于食品监测。通过X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析，研究人员发现薄膜的峰强度发生了变化，这暗示了BmimCl与薄膜基质之间形成了氢键，从而改变了材料的分子结构和相互作用方式。

研究团队特别关注了GGPS-R-FA-B4薄膜在不同pH环境下的颜色变化表现。这种薄膜在不同pH值下呈现出显著的颜色变化，从红色变为紫色、蓝色，最终变为绿色或黄色。这种颜色变化不仅具有良好的视觉识别效果，还能有效反映鱼体的品质变化。在实际应用中，该薄膜对环境中的氨浓度变化表现出高度的敏感性，使其能够准确区分草鱼的新鲜、次新鲜和腐败状态。这种灵敏性和颜色稳定性为食品新鲜度监测提供了一种新的技术手段。

草鱼作为一种常见的食用鱼类，其易腐性导致在消费阶段常常出现损耗问题。为了确保食品安全并减少食物浪费，开发快速、准确的实时监测技术至关重要。在鱼类腐败过程中，脂类和蛋白质的降解会产生含氮气体，如二甲胺、氨和三甲胺，这些气体的积累会改变包装环境中的pH值，进而影响鱼类的新鲜度。因此，通过检测包装环境的pH值，可以间接判断鱼类的新鲜程度。智能包装技术能够通过视觉观察来监测食品的新鲜度变化，其中pH响应型指示薄膜是一种重要的应用形式，它能够通过颜色变化来反映环境pH值的变化。

目前，天然聚合物如淀粉、蛋白质和花青素因其环保性和安全性，被广泛用于智能薄膜的制备。结冷胶是一种具有延展性和稳定性的材料，但其基质薄膜的机械性能需要通过与其他碳氢化合物如淀粉的混合来优化。马铃薯淀粉具有良好的成膜能力，是适合的成膜基质之一。此外，马铃薯淀粉薄膜还具有优异的透明度和阻隔性能，使其在食品包装领域具有广泛的应用前景。花青素的化学结构在不同pH环境下会发生变化，从而导致其颜色从红色变为蓝色、绿色，最终变为黄色。这种颜色变化与花青素中醌类生物碱的转化和香豆素的形成有关，受到羟基和甲氧基数量的影响。

红甘蓝花青素提取物因其广泛的可获得性和在不同pH环境下显著的颜色变化，被认为是制作pH指示薄膜的理想材料。花青素由两个苯环和一个吡喃环组成，含有多个羟基和甲氧基。这些取代基的数量和位置会显著影响花青素的颜色和性能。当环境pH值升高时，红甘蓝花青素会从红色的类黄酮阳离子转化为紫色和蓝色的醌类碱基，最终转变为黄色的香豆素。这种颜色变化不仅能够直观反映环境pH值的变化，还能有效监测鱼体的品质变化。

然而，花青素容易受到环境因素的影响，这可能会限制其在食品指示中的应用效果。在之前的研究中，研究人员发现通过花青素与香豆素之间的静电、疏水和氢键相互作用，可以增强花青素的颜色强度和稳定性，并通过实验确定了香豆素的最佳添加量。但研究也发现，在某些pH值相似的环境中，花青素的颜色变化并不显著，这使得在实际应用中难以区分新鲜和次新鲜的鱼类。

离子液体是一种由两性有机离子组成的化合物，通常由有机阳离子和有时由阴离子组成，具有独特的物理和化学性质，如低熔点、非挥发性和高热稳定性。离子液体能够与目标分子进行静电和氢键相互作用，从而诱导结构变化和能量转移。研究表明，离子液体能够引起氰基染料分子吸收光谱的紫移或红移。1-丁基-3-甲基咪唑氯化物（BmimCl）是一种具有高热稳定性的离子液体，可以作为薄膜的增塑剂。此外，BmimCl还被证明能够作为调节剂，改变pH响应型色素的颜色变化特性。

在本研究中，团队构建了一种以红甘蓝花青素为指示剂，结冷胶和马铃薯淀粉为成膜基质的薄膜，用于监测草鱼的新鲜度。为了增强花青素在碱性环境下的颜色响应能力，研究团队加入了适量的BmimCl，以调节花青素的颜色范围。通过对薄膜成型溶液的流变特性、机械性能、疏水性、不透明度、结构表征、灵敏度和颜色稳定性的系统分析，团队揭示了BmimCl在提升薄膜性能方面的重要作用。此外，为了评估薄膜在草鱼新鲜度监测中的适用性，研究团队还测量了在4°C下储存8天的草鱼的品质变化，并分析了这些变化与薄膜颜色之间的相关性。

通过这一研究，团队为非破坏性监测食品新鲜度提供了一种有效的技术手段。这种比色薄膜不仅能够实时反映鱼类的新鲜度变化，还能在不损害鱼体的情况下进行检测，具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步优化薄膜的配方和结构，以提高其在不同环境下的稳定性和灵敏度，使其更适用于更广泛的食品监测需求。此外，研究团队还可以探索其他类型的离子液体和天然指示剂，以开发更多功能性的智能薄膜，为食品安全和可持续发展做出贡献。