综述:荧光水凝胶作为智能食品包装材料:用于监测肉类和水产品新鲜度的智能指示剂

《Food Control》:Fluorescent hydrogels as intelligent food packaging: An intelligent indicator for monitoring of meat and aquatic products freshness

【字体: 时间:2026年02月04日 来源:Food Control 6.3

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  荧光水凝胶在肉类及水产品新鲜度监测中的应用研究综述,系统梳理了化学指标(生物胺、硫化氢等)及荧光水凝胶构建方法,对比了不同策略的优劣,总结了其在实时监测中的创新进展,并探讨了智能食品包装材料的未来发展方向。

  
欧阳敏|林秦璐|周丽仪
中南林业科技大学食品科学与工程学院,中国湖南省长沙市410004

摘要

智能水凝胶作为包装材料,在实时监测食品新鲜度方面发挥着重要作用。本文综述了荧光水凝胶在食品新鲜度检测中的最新应用,旨在开发新的智能指标并扩展其在食品包装中的应用。首先,我们全面介绍了用于评估肉类和水产品新鲜度的化学指标。其次,介绍了不同类型荧光水凝胶的制备方法,并比较了各种制备策略的优势和局限性。此外,还总结了荧光水凝胶在监测食品新鲜度方面的最新进展,特别关注其在肉类和水产品中的应用。最后,探讨了当前荧光水凝胶在监测肉类和水产品新鲜度方面的潜力和局限性。

引言

肉类和水产品富含高质量的蛋白质、必需脂肪、维生素和矿物质,在日常饮食中起着重要作用(Bohrer, 2017; Zhang et al., 2010)。然而,这些产品含有较高的水分和柔软的肌肉组织,这使得它们在储存过程中容易受到内部酶、外部微生物以及各种环境因素的影响(Dave & Ghaly, 2011; Luo et al., 2021)。在微生物生长和酶的共同作用下,食品会发生变质,并产生有害物质(Zhang et al., 2025)。食品变质的机制主要包括酶促反应、脂质氧化、蛋白质氧化和微生物增殖等过程(Bekhit et al., 2021)。通过氧化和酶促反应产生的有机硫化物、有机酸、醛类、挥发性胺类、生物胺(BAs)和核苷酸代谢物会导致食品变质(Papuc et al., 2017; Pereira et al., 2021)。目前,BAs、硫化氢、挥发性胺类、pH值和水分含量可以作为评估食品新鲜度的指标。因此,可以通过监测这些降解产物来评估食品的新鲜度。肉类和水产品的质量指标包括新鲜度、风味、嫩度、保水性和营养成分,其中新鲜度是最重要的因素之一(Wu et al., 2019)。目前,食品新鲜度的评估方法包括感官评价、物理和化学分析以及微生物检测(López-Pedrouso et al., 2023)。感官评价需要评估人员具备丰富的经验,因为这一任务很大程度上依赖于个人的感知和判断。然而,操作者的主观性使得评估结果难以量化,并且常常受到个人偏见的影响,增加了结果的不确定性(Fu et al., 2019; Zhai et al., 2019)。用于评估肉类和水产品的主要物理和化学诊断指标包括总挥发性碱性氮(TVB-N)、过氧化物值、三甲胺、硫代巴比妥酸(TBA)和K值(Elmasry et al., 2012)。然而,化学分析通常较为复杂且耗时较长,导致检测周期延长。尽管微生物检测方法通过规范的实验程序具有较高的准确性和可靠性,但它也存在一定的局限性(Cheng & Sun, 2015)。这种检测方法具有破坏性、耗时较长,并且需要较高的技术水平。因此,开发快速且无损的检测方法来评估肉类和水产品的新鲜度对食品安全具有重要意义。
近年来,由于荧光传感技术具有高灵敏度、优异的选择性、快速响应速度和可视化监测能力,其在环境监测、食品安全和生物成像领域得到了广泛应用(Wei et al., 2024)。荧光水凝胶是一类新型聚合物材料,具有三维交联网络,由荧光物质与聚合物水凝胶之间的共价或非共价相互作用形成,具有优异的光学调控性能(Li, Wang et al., 2024; Su et al., 2020; Wei et al., 2021)。荧光水凝胶具有独特的功能特性:首先,它们可以结合荧光物质作为发光信号成分,从而能够感知和响应特定的目标分析物(Lustig et al., 2017)。通过监测荧光发射颜色或强度的变化,这些水凝胶可以定量检测目标分析物的含量和浓度。其次,它们作为荧光传感系统的固体支撑基底,提高了系统的稳定性,并提供了最佳的反应条件和检测空间(Ikeda et al., 2011)。通过物理掺杂、化学接枝和自由基共聚等方法,研究人员成功制备出了具有优异特性的柔性荧光水凝胶,可用于监测食品的新鲜度(Cui et al., 2023; Yang et al., 2021; Zhao et al., 2024)。这些研究展示了荧光水凝胶在食品新鲜度监测应用中的巨大潜力。
荧光水凝胶在食品新鲜度监测中的应用是一个快速兴起和发展中的子领域。许多优秀的综述文章总结了该领域的最新进展(Duan et al., 2023; Johnson et al., 2019; Luo et al., 2022; Shao et al., 2021)。迄今为止,尚未有全面概述荧光水凝胶在各种现场食品新鲜度监测传感器制造中的应用。因此,我们试图提供一个全面的概述,涵盖荧光水凝胶技术在肉类和水产品新鲜度评估方面的最新进展(图1)。首先,介绍了用于评估肉类和水产品新鲜度的化学分析指标及其变质原理。同时,总结了荧光水凝胶的设计和制备方法。最后,讨论了基于不同类型荧光水凝胶监测肉类和水产品新鲜度的应用,并对未来前景和挑战进行了展望。本文旨在激发创新概念,鼓励新的研究举措,并吸引更多对该领域感兴趣的学者参与研究。

章节片段

评估食品新鲜度的化学指标

用于评估肉类新鲜度的化学分析指标是评估肉类和水产品新鲜度的重要依据。目前用于评估肉类和水产品新鲜度的化学指标包括BAs、挥发性胺类、硫化氢和三磷酸腺苷(ATP)的降解产物(图2)。这些物质与肉类和水产品的变质直接相关,可作为监测食品新鲜度的指标。

荧光水凝胶在肉类和水产品新鲜度监测中的应用

荧光水凝胶是一种三维交联的亲水性聚合物荧光材料,具有可控的发光性能。水凝胶的亲水基团容易与水分子结合并将其封装在网络结构中,而疏水基团在水中会膨胀。水凝胶已广泛应用于组织工程支架、药物输送系统、食品安全等领域

结论与未来展望

本文综述了专门用于监测肉类和水产品新鲜度的荧光水凝胶领域的最新进展。凭借其独特的三维网络结构、优异的荧光性能、显著的降解性和对刺激的敏感响应,荧光水凝胶已成为食品新鲜度监测的理想材料。

作者贡献声明

林秦璐:数据整理。周丽仪:撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。欧阳敏:撰写——初稿、数据整理

未引用的参考文献

Li et al., 2024c; Liu et al., 2025a; Liu et al., 2025b.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

数据可用性

数据可应要求提供

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国湖南省自然科学基金(项目编号2023JJ30988)的支持。
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