《Food Research International》：Multifunctional bioinspired starch-agar/co-MOFs films regulated by tannic acid with enhanced ammonia sensitivity and antimicrobial activity for intelligent food packaging
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时间：2026年08月19日来源：Food Research International 8.8
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•单宁酸 (TA) 调节 Co-MOFs 配位以实现灵敏的氨气传感。•该比色薄膜显示出快速的氨气响应，检出限 (LOD) 低至 0.183 ppm。•密度泛函理论 (DFT) 揭示 TA 增强的 Lewis 酸性促进了氨气吸附。•薄膜颜色变化与人工神经网络 (ANN) 模型结
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单宁酸 (TA) 调节 Co-MOFs 配位以实现灵敏的氨气传感。
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该比色薄膜显示出快速的氨气响应，检出限 (LOD) 低至 0.183 ppm。
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密度泛函理论 (DFT) 揭示 TA 增强的 Lewis 酸性促进了氨气吸附。
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薄膜颜色变化与人工神经网络 (ANN) 模型结合用于监测海鲜新鲜度。
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可回收、生物相容的薄膜支持可持续智能包装。
引言
食品质量在分销和储存过程中的劣化仍然是现代食品系统中的一个持久挑战，导致了巨大的经济损失和食品安全风险 (Mafe et al., 2024)。在富含蛋白质的食品（如海鲜）中，微生物分解产生挥发性含氮化合物（如氨气和生物胺），其浓度随着腐败过程的进展而显著增加 (Feng et al., 2023; Tang et al., 2023)。这些代谢产物不仅降低了感官质量，而且在高水平摄入时还会造成潜在的健康危害，对有效的监测技术提出了严格要求。传统的分析方法，如挥发性盐基氮 (TVB-N) 测定和微生物计数，提供了准确的评估，但本质上具有破坏性、费力，且不适合包装系统内的实时监测 (Gao et al., 2024)。这一差距激发了对智能包装材料的深入研究，这些材料能够迅速、非破坏性地提供视觉上可访问的食品新鲜度指示。同时，日益增长的环境问题以及对传统塑料日益严格的法规加速了可再生包装系统的开发。生物聚合物，包括多糖、蛋白质及其复合材料，由于其可再生性、生物相容性和固有的成膜能力，已成为有前途的候选材料 (Chen et al., 2022)。
其中，淀粉作为一种食品级多糖，因其含量高、成本效益好以及能够形成连续、透明且具有良好的氧气阻隔性能的薄膜而备受关注 (Kang et al., 2025)。然而，原淀粉薄膜通常表现出耐湿性差、机械强度低以及在潮湿环境中不稳定，所有这些都限制了它们在食品包装中的实际应用 (Liang et al., 2024)。为了克服这些限制，淀粉通常与其他亲水胶体（如琼脂）结合，形成复合网络，其中分子间相互作用（如氢键和链缠结）增强了结构完整性和功能可靠性 (Li et al., 2024)。因此，聚合物网络的合理设计，具有可控的结构 - 功能关系，是推进可生物降解包装材料的关键。将功能添加剂纳入聚合物基体已成为赋予活性和智能功能的主要策略。天然比色指示剂，包括花青素、姜黄素和茜素，已被嵌入聚合物薄膜中，以实现与食品新鲜度相关的 pH 响应性或挥发性胺响应性颜色变化 (Li et al., 2022; Yang et al., 2023)。尽管具有吸引力，但此类染料基系统往往遇到重大缺点：染料在光照和高温下的不稳定性、储存期间的浸出，以及对细微变质变化辨别能力的有限性，这降低了实际应用中的可靠性 (Teymouri et al., 2025)。
金属有机框架 (MOFs) 最近因可调孔隙率、高比表面积和选择性吸附能力而在食品科学中受到关注 (Mohseni-Shahri et al., 2025; Qin et al., 2025)。其中，钴基 MOFs (Co-MOFs) 通过挥发性 NH3 分子与 Co2+ 离子之间的配位，对氨气表现出直接的比色响应，这使得灵敏且快速的检测不依赖于间接的 pH 变化 (Li et al., 2025a; Hu et al., 2025)。此外，Co-MOFs 具有内在的抗菌活性，这是抑制腐败生物和增强食品安全的重要功能 (Jiang et al., 2024)。然而，将 MOFs 直接掺入聚合物薄膜中面临着重大挑战，包括颗粒团聚、聚合物网络破坏和机械性能受损，这些必须克服以实现实用的多功能包装系统。仿生材料化学显示出通过引入能够增强聚合物网络和调节功能行为的分子调节剂来解决这些问题的潜力 (Chen et al., 2022)。单宁酸 (TA) 是一种富含邻苯二酚和焦没食子酸结构单元的天然多酚，通过氢键和多齿配位，分别对多糖和过渡金属离子表现出强烈的亲和力 (Xu et al., 2023; Zhang et al., 2016)。在聚合物体系中，TA 可以通过非共价相互作用增强网络凝聚力、机械韧性和环境稳定性，同时其金属螯合能力提供了调节 MOFs 内金属离子电子环境的手段 (Hou et al., 2025)。尽管具有这些理想属性，但 TA 与 MOFs 在基于聚合物的薄膜中的系统整合用于智能食品包装尚未被完全理解，特别是在同时实现快速新鲜度检测、机械鲁棒性和抗菌功能方面。
在本研究中，我们构建了一种基于淀粉/琼脂的智能薄膜，其中 TA 虽然是一种广泛使用的天然多酚，但其应用超越了作为多酚添加剂的传统角色。通过与 Co-MOFs 的协同配位相互作用，TA 调节了 Co2+ 离子位点的局部配位和电子环境，从而促进了氨气吸附向可辨别比色信号的转化。这种调节有助于降低氨气检出限，并在暴露于氨气后产生不可逆的比色特征，从而增强了薄膜比色指示的可靠性，并减少了实际应用中共中因颜色误读误导消费者的风险。此外，使用 DFT 计算提供了关于配位相互作用在增强 Co2+ 离子相关位点和 NH3 之间相互作用中的作用的机理见解。所开发的薄膜还整合了抗菌活性、良好的细胞相容性和可回收潜力，展示了 TA 作为具有多种功能的单一薄膜添加剂的潜力。最后，海鲜新鲜度监测实验进一步验证了该设计的实际应用价值。
