上海海洋大學：研究pH傳感器以監測易腐食品新鮮度

對食品的需求日益增加，引發了對食品安全問題的關注。食品容易受到各種安全隱患的影響，既有溫度、濕度和重金屬等外部因素，也有微生物引起的破壞正常新陳代謝的內部因素。在評估食品質量時，特別是對于肉類、海鮮、水果和蔬菜等易腐食品來說，新鮮度是需要考慮的一個重要屬性。食品發生變質時，在微生物的作用下，會產生H2S、HCHO、生物胺、含氮化合物、有害酸等酸、堿性物質。已經開發了多種方法來檢測這些物質，包括高效液相色譜法（high-performance liquid chromatography，HPLC）、液相色譜-串聯質譜法（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS）和酶聯免疫吸附測定法（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）。然而，這些方法通常依賴大型設備并且可能需要預處理。通過開發新的傳感技術，可以克服這些限制，使食品安全評估更加便捷。當脂質逐漸分解時，氨和胺等化合物會積聚并蒸發到周圍的空氣中，這會導致水產品本身及其包裝的pH值發生變化。因此，監測食品的pH值或食品包裝內空氣的pH值對于確保產品新鮮度至關重要。基于比色和熒光檢測的方法已成為解決這些挑戰的一種有前途的方法。

在食品pH值檢測領域，研究人員廣泛利用天然色素和合成染料來開發酸堿指示劑。此外，其中一些指標已成功集成到新型智能食品包裝中，提供食品質量的無損實時監控。特別是天然顏料，由于其無毒或低毒，確保安全，比染料具有顯著的優勢。其中，茜素（C14H8O4），作為一種蒽醌化合物，隨著酸度水平向堿性方向移動，顯示出從黃色到紅色的顏色變化，已被用作酸堿指示劑用于食品中pH值檢測，甚至已應用于智能包裝薄膜中。但茜素有一定的局限性，它是脂溶性色素，不溶于水，難以對水溶液的pH值產生反應。而茜素絡合酮則可以彌補這一缺陷，它是一種茜素與亞氨基二乙酸反應生成的黃棕色結晶粉末，易溶于堿性水溶液。在酸性水溶液中，茜素絡合酮的溶解度有所降低，但仍能滿足檢測需要。

與更準確的比色傳感器相比，熒光傳感器成本低、操作簡單且便于攜帶。因此，它們已成為檢測食品中各種化學物質的有力工具。然而，大多數傳感器響應速度慢、靈敏度低、特異性差。此外，一些傳感器只能感測溶液中的pH值，限制了它們在實時食品檢測中的適用性。對于食品新鮮度的現場評估，非常需要開發具有優異靈敏度、快速響應和便攜性的pH值熒光傳感器。金屬有機框架（metal-organic frameworks，MOF）是一種具有三維結構特征的多孔晶體材料，由金屬離子或簇與有機配體自組裝而成，由于其的優勢，它們在近幾十年來引起了極大的關注。這些優點包括高比表面積、骨架結構豐富、優異的結晶度和活性。技術的快速發展促進MOF與無損光譜的集成，為食品安全分析提供了一種快速、經濟高效且便攜式的工具。其中，熒光MOFs已成為一種有前景的化學傳感器，它可以很容易地引入熒光，并在結構和功能成分以及多種檢測機制方面具有多種優勢。然而，大多數熒光MOF在水性體系中不穩定，特別是在緩沖溶液中。一些MOF傳感器的熒光強度和pH值之間相關性較差。因此，需要開發易于合成、穩定且準確的基于MOF的熒光pH值傳感器，以用于食品安全的實際應用。UiO-66-NH2作為UiO-66家族成員，具有比表面積大、孔徑均勻、易于功能化、穩定性良好等優點，其與適配體、酶等的結合已廣泛應用于食品領域安全性。因此，作為檢測食品新鮮度的載體，也是可靠、安全的。此外，作為一種穩定的MOF，UiO-66-NH2在酸性和堿性條件下都能保持穩定的化學結構。

上海海洋大學食品學院、上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心、上海海洋大學水產品高質化利用與貯運重點實驗室（部省共建）、臨港新片區海洋生物醫藥科技創新型平臺的Du Xiaoyu等開發了一種用于水溶液pH值檢測的新型雙模式響應傳感器。選擇低成本的茜素絡合酮作為比色指示劑形成比色傳感器，并引入易于合成的UiO-66-NH2提供熒光以提高傳感器的準確度。

來源：傳感器專家網