食品在儲存和運輸過程中，受溫度、濕度以及微生物活動等因素影響，容易發(fā)生變質(zhì)。尤其是富含蛋白質(zhì)和脂肪的食品，如牛肉、蝦和魚，變質(zhì)過程中會產(chǎn)生揮發(fā)性胺類和硫醇等有害物質(zhì)，不僅影響食品品質(zhì)，還可能引發(fā)食源性疾病。因此，開發(fā)一種能夠?qū)崟r監(jiān)測食品新鮮度的技術(shù)顯得尤為重要。
該智能標(biāo)簽的核心在于其獨特的復(fù)合基底和改良的MOF指示劑。研究團隊選擇了海藻酸鈉（SA）和細菌納米纖維素（BNC）作為復(fù)合基底材料。海藻酸鈉具有高透明度、良好的生物相容性和可生物降解性，而細菌納米纖維素則以其卓越的拉伸強度、大比表面積和良好的熱穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用于智能標(biāo)簽領(lǐng)域。通過將這兩種材料復(fù)合，標(biāo)簽的物理化學(xué)性能得到了顯著提升。
圖1:智能標(biāo)簽外觀及微觀結(jié)構(gòu)（SEM/AFM），顯示復(fù)合基底相容性與顆粒分布。
此外，研究團隊還引入了改良的茜素絡(luò)合物（AC@MOF）作為指示劑。茜素是一種從茜草根中提取的天然染料，能夠在不同pH值下呈現(xiàn)不同的顏色變化。通過將其與MOF（UiO-66-NH2）結(jié)合，不僅增強了染料的水溶性，還賦予了標(biāo)簽熒光響應(yīng)能力，使其在pH值變化時能夠同時呈現(xiàn)顏色和熒光的雙重變化，極大地提高了標(biāo)簽對食品新鮮度變化的敏感性。
圖2:標(biāo)簽在不同 pH 下的顏色（黃→深紅）和熒光（藍→紫→深藍）變化，驗證高敏感性。
實驗結(jié)果顯示，這種智能標(biāo)簽在pH值2到11的范圍內(nèi)表現(xiàn)出雙模態(tài)的顏色變化：顏色從黃色變?yōu)樯罴t色，熒光從淺藍色變?yōu)樽仙?，再變?yōu)樯钏{色。其RGB顏色強度與pH值之間呈現(xiàn)出極強的線性相關(guān)性（顏色變化R2=0.9906，熒光變化R2=0.9808），表明該標(biāo)簽對pH變化具有極高的靈敏度。
圖3:標(biāo)簽物理化學(xué)性能（強度、疏水性、熱穩(wěn)定性等），復(fù)合基底提升綜合性能。
在機械性能方面，復(fù)合基底的引入顯著提高了標(biāo)簽的拉伸強度（TS）和斷裂伸長率（EAB），分別達到36.7 MPa和45.7%。同時，標(biāo)簽的水蒸氣透過率（WVP）降低至1.228×10?1? g·cm?1·s?1·Pa?1，接觸角（WCA）增加至64.548°，這表明標(biāo)簽具有良好的防水性能和穩(wěn)定性。
圖4:標(biāo)簽監(jiān)測不同溫度下食品（魚 / 蝦 / 牛肉）新鮮度，顏色變化反映腐敗程度。
研究團隊將這種智能標(biāo)簽應(yīng)用于監(jiān)測牛肉、蝦和魚的新鮮度。實驗結(jié)果顯示，在25℃下儲存4小時后，標(biāo)簽的顏色和熒光發(fā)生了顯著變化，表明食品已經(jīng)開始變質(zhì)。而在4℃下儲存時，標(biāo)簽的顏色變化則相對緩慢，需要2天左右才能觀察到明顯變化。當(dāng)溫度降低至-20℃時，標(biāo)簽的顏色和熒光幾乎保持不變，說明食品在低溫下能夠保持較長時間的新鮮度。
圖5:標(biāo)簽顏色參數(shù)與食品 TVB-N 含量線性相關(guān)（R 2 >0.98），精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)新鮮度。
此外，通過檢測食品中的揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）含量，研究團隊進一步驗證了智能標(biāo)簽的監(jiān)測效果。TVB-N含量是衡量食品新鮮度的重要指標(biāo)，當(dāng)其含量低于15 mg/100 g時，食品被認(rèn)為是新鮮的；當(dāng)含量在15到25 mg/100 g之間時，食品處于次新鮮狀態(tài)；而當(dāng)含量超過25 mg/100 g時，則表明食品已經(jīng)變質(zhì)。實驗結(jié)果表明，智能標(biāo)簽的顏色變化與食品的TVB-N含量變化高度一致，能夠準(zhǔn)確反映食品的新鮮度。
這項研究開發(fā)的基于MOF的pH響應(yīng)型智能標(biāo)簽為食品新鮮度監(jiān)測提供了一種創(chuàng)新且有效的解決方案。其雙模態(tài)的顏色和熒光變化、高靈敏度以及良好的機械性能和穩(wěn)定性，使其在實際應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻：Li, X., Du, X., Ding, Z., & Xie, J. (2025). MOF-based pH-responsive Smart Labels Enhanced by Sodium Alginate Composite with Bacterial Nanocellulose for Food Freshness Monitoring. Food and Bioprocess Technology. DOI: 10.1007/s11947-025-03826-5.
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~徐禮龍。
