基于HPMC/ZA双膜体系的pH响应型荧光/可见光双模式传感膜及其在食品新鲜度实时监测中的应用

为解决传统食品包装无法实时监测新鲜度的问题，研究人员开发了一种基于羟丙基甲基纤维素（HPMC）和海藻酸锌（ZA）的双层pH响应膜，集成荧光素异硫氰酸酯（FITC）和火龙果皮提取物（DE），实现了0-1000 ppm氨气的荧光线性检测（R2=0.9895）及500-5000 ppm的可见比色响应。该研究为食品供应链提供了非破坏性、双模式实时监测方案。

　　

在食品安全问题日益受到关注的今天，传统包装仅能提供静态的生产日期信息，无法反映食品在流通过程中的实时质量变化。肉类等易腐食品在腐败过程中会产生挥发性氨类物质，导致pH值升高，但现有检测技术往往需要复杂仪器或仅支持单一信号输出，难以满足供应链各环节的快速监测需求。针对这一技术瓶颈，研究人员开发了一种创新性的智能包装材料。

这项研究由国内团队完成，通过将荧光素异硫氰酸酯（FITC，一种具有高荧光效率的有机染料）与火龙果皮提取物（DE，富含pH敏感型花青素）共同整合到羟丙基甲基纤维素（HPMC）/海藻酸锌（ZA）双膜体系中，构建了具有双重信号输出的智能传感平台。研究成果发表在《Food Hydrocolloids》上，为解决食品新鲜度实时监测难题提供了新思路。

研究主要采用以下关键技术：1）通过溶剂浇铸法制备HPMC/ZA双层膜；2）利用紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪分析光学特性；3）采用扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征材料结构；4）通过抗菌实验评估对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果；5）以猪肉为模型进行实际应用验证。

材料表征结果
FITC在pH 2-12范围内表现出从淡黄色到黄绿色的可见光变色，以及在365 nm紫外光下荧光强度增强6倍的特性。DE的加入使薄膜在500-5000 ppm氨气范围内产生明显的红/蓝（R/B）和红/绿（R/G）比值变化，相关系数达0.96以上。

薄膜性能分析
双层结构使水接触角提升至98.5°，显著优于单层膜。热重分析显示分解温度达280°C，表明良好的热稳定性。对S. aureus和E. coli的抑菌圈直径分别为12.3 mm和10.8 mm，证实抗菌功能。

实际应用验证
在25°C储存的猪肉实验中，薄膜在第4天出现明显颜色变化；5°C冷藏条件下则在第2天即可通过荧光增强检测到早期腐败。两种信号模式相互验证，降低了误判风险。

该研究的创新性在于：1）首次将FITC的荧光信号与DE的比色信号整合于同一传感平台，实现双模式交叉验证；2）通过HPMC/ZA双层设计有效阻隔水分干扰，解决了湿度环境下信号漂移的行业难题；3）利用农业废弃物（火龙果皮）开发功能性成分，符合可持续发展理念。这种智能包装技术不仅适用于肉类监测，其模块化设计还可拓展至海鲜、乳制品等其他易腐食品的 freshness monitoring 领域，为构建智能化食品供应链提供了关键技术支撑。