基于结构色壳聚糖膜的双响应型食品腐败检测新技术

《Food Hydrocolloids》：Structurally colored chitosan membrane with dual-response for food spoilage detection

本文首次报道了从虾壳中提取的结构色壳聚糖膜（CSM）作为食品腐败指示剂的应用。该膜通过Bouligand结构产生结构色，无需色素或纳米材料即可对腐败产生的有机酸（pH 3时–NH2质子化）和醛类（形成C=N希夫碱）产生双响应颜色变化，在椰子水腐败检测中展现潜力，为开发安全可降解的智能包装指示剂提供了新策略。

　　

亮点

材料与试剂

黑虎虾（P. monodon）和新鲜椰子水采购自海口本地海鲜市场。盐酸（分子量：36.46，分析纯，纯度37.0%，CAS号7647-01-0）购自广州化学试剂厂。硫酸（分子量：98.08，分析纯，纯度97.4%，CAS号7664-93-9）、乙酸（分子量：60.05，分析纯，纯度≥99.5%，CAS号64-19-7）和氢氧化钠（分子量：40.00，分析纯，纯度≥96.0%，CAS号1310-73-2）均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。戊二醛（分子量：100.12，纯度25%水溶液，CAS号111-30-8）和乙醛（分子量：44.05，纯度40%水溶液，CAS号75-07-0）购自萨恩化学技术（上海）有限公司。实验用水为超纯水（电阻率18.2 MΩ·cm）。

元素分析与脱乙酰度

黑虎虾原始外壳呈黄褐色且质地坚硬（图2A），钙含量为14.69%（表1）。经过三轮脱蛋白和脱矿质处理后，获得白色柔韧的几丁质膜，其保留了原始形态轮廓（图2A）。该几丁质膜钙含量为0.02%，碳氮比（C/N）为6.81（表1），接近几丁理论碳氮比（6.86），表明蛋白质和矿物质已被有效去除。随后通过脱乙酰处理获得结构色壳聚糖膜（CSM），其钙含量进一步降至0.01%，碳氮比增至7.32（表1）。根据元素分析结果计算，CSM的脱乙酰度（DD）为83.93%，表明其分子链上存在丰富的伯氨基团（–NH₂），这些基团是CSM响应酸和醛类化合物的反应位点。

结论

总而言之，我们通过脱蛋白、脱矿质和脱乙酰三步法从虾壳中制备出具有Bouligand结构和介孔特性的虹彩壳聚糖膜（CSM）。CSM呈现左旋手性向列结构，其比表面积为0.44 m²/g，平均孔容为0.001 cm³/g，平均孔径为9.67 nm。CSM的脱乙酰度为83.93%，表明存在大量伯氨基团。凭借这些伯氨基团的化学反应性，CSM能够通过质子化作用响应酸性环境（pH 3），并通过希夫碱反应与醛类化合物结合。酸和醛的暴露会改变CSM中壳聚糖的晶体多晶型。在室温储存18小时后，CSM通过可见的颜色变化成功检测到新鲜椰子水的腐败，这种颜色变化可归因于腐败过程中积累的有机酸和醛类的协同效应。本研究首次证明了结构色CSM在食品腐败检测中的应用潜力，为开发食品腐败指示剂提供了新方法。