从生物基废弃物中制备的花青素-酚类双层pH响应纸张传感器，用于监测鸡胸肉的新鲜度

《Food Analytical Methods》：Anthocyanin–Phenolic Double-Layer pH-Responsive Paper Sensors Derived from Bio-Based Waste for Chicken Breast Freshness Monitoring

　　

摘要

食品的质量与安全问题促使人们关注可用于实时 freshness monitoring（实时新鲜度监测）的智能包装技术。花青素（Anthocyanins，简称ATC）是一种有前景的 pH 敏感指示剂；然而，由于其较差的环境稳定性，限制了其应用范围。具有紫外线吸收特性的酚类化合物可以提高包装的稳定性和性能。本研究利用食品加工副产物——黑米糠（Black Rice Bran，简称 BRB）中的花青素以及咖啡渣（Ex-SEG，简称 ex-SCG）中的酚类化合物，开发出一种耐用、环保且对 pH 值敏感的纸张，以实现实时比色法检测食品腐败情况。ex-SCG 中的酚类化合物作为共色素，在碱性条件下增强了纸张的颜色变化能力（即 bathochromic shift 和 hyperchromic response），从而提高了氨气的检测效果。首先将 BRB提取物涂覆在纸张上，随后再按照不同比例添加 ex-SCG 和聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，简称 PVA）的混合物进行涂层处理。最终获得的最佳双层结构（比例为 2:5 的 ex-SCG/PVA，简称 B-SP）对 UVA 和 UVB 的阻隔效率分别达到了 99.62% 和 99.99%。在 1–4 小时的紫外线照射下，B-SP 的颜色差异（ΔE）保持稳定，绝对变化仅为 0.14。辐照后，B-SP 仍能保持其对 pH 值的响应性颜色变化及对氨气的敏感性，并能在 2 分钟内快速作出反应。当将其应用于新鲜鸡胸肉时，B-SP 从第三天起就能有效检测出食品腐败现象，其颜色变化与 pH 值、总挥发性碱性氮（Total Volatile Basic Nitrogen，简称 TVB-N）以及总菌落计数（Total Viable Count，简称 TVC）之间存在良好相关性。ΔE 值与 pH 值之间（R2 = 0.963）、以及 ΔE 值与 TVB-N 之间（R2 = 0.958）均观察到显著的非线性关系。这些研究结果表明，基于农业废弃物的双层纸张有望成为实现实时食品新鲜度监测的可持续工具。

图形摘要

食品的质量与安全问题促使人们关注可用于实时 freshness monitoring 的智能包装技术。花青素（Anthocyanins，简称 ATC）是一种有前景的 pH 敏感指示剂；然而，由于其较差的环境稳定性，限制了其应用范围。具有紫外线吸收特性的酚类化合物可以提高包装的稳定性和性能。本研究利用食品加工副产物——黑米糠（Black Rice Bran，简称 BRB）中的花青素以及咖啡渣（Ex-SEG，简称 ex-SCG）中的酚类化合物，开发出一种耐用、环保且对 pH 值敏感的纸张，以实现实时比色法检测食品腐败情况。ex-SCG 中的酚类化合物作为共色素，在碱性条件下增强了纸张的颜色变化能力（即 bathochromic shift 和 hyperchromic response），从而提高了氨气的检测效果。首先将 BRB提取物涂覆在纸张上，随后再按照不同比例添加 ex-SCG 和聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，简称 PVA）的混合物进行涂层处理。最终获得的最佳双层结构（比例为 2:5 的 ex-SCG/PVA，简称 B-SP）对 UVA 和 UVB 的阻隔效率分别达到了 99.62% 和 99.99%。在 1–4 小时的紫外线照射下，B-SP 的颜色差异（ΔE）保持稳定，绝对变化仅为 0.14。辐照后，B-SP 仍能保持其对 pH 值的响应性颜色变化及对氨气的敏感性，并能在 2 分钟内快速作出反应。当将其应用于新鲜鸡胸肉时，B-SP 从第三天起就能有效检测出食品腐败现象，其颜色变化与 pH 值、总挥发性碱性氮（Total Volatile Basic Nitrogen，简称 TVB-N）以及总菌落计数（Total Viable Count，简称 TVC）之间存在良好相关性。ΔE 值与 pH 值之间（R2 = 0.963）、以及 ΔE 值与 TVB-N 之间（R2 = 0.958）均观察到显著的非线性关系。这些研究结果表明，基于农业废弃物的双层纸张有望成为实现实时食品新鲜度监测的可持续工具。

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