液体食品(如果汁)的安全性和质量对消费者和食品工业至关重要[[1], [2], [3]]。在储存和分销过程中,这些饮料会经历复杂的物理化学变化,包括酶反应、微生物生长和非酶促褐变,这些都可能直接影响其流变特性[[4], [5], [6]]。粘度作为一种关键的流变参数,是产品一致性、稳定性和整体质量的重要指标[[7], [8], [9]]。粘度的动态变化可以在出现可见变化之前就预示退化过程,如变质或不希望的相分离。因此,开发能够实时监测粘度变化的方法对于主动的质量控制和保质期预测至关重要。
传统的粘度测定方法,如旋转式、毛细管式、落球式和振动式粘度计,在宏观尺度测量方面仍为行业标准[[10], [11], [12], [13], [14], [15]]。然而,这些技术通常需要较大的样品体积,往往具有破坏性,并且只能提供离线的离散测量结果。它们通常不适合在产品的自然环境或小型密封容器内连续、原位地监测动态变化[[16]]。这一限制造成了显著的技术空白,突显了需要创新传感策略的紧迫性,以实现复杂食品基质中粘度的非侵入式、实时追踪。
荧光探针因其高灵敏度、快速检测能力和潜在的实时、非侵入式分析能力,在从生物医学成像到环境监测等多个领域已成为多用途的分析工具[[17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26]]。其中,一类被称为荧光分子转子的探针在微粘度传感方面受到了广泛关注[[27], [28], [29], [30], [31]]。它们的发光对局部粘度环境非常敏感,因为在高粘度介质中分子内旋转受限会抑制非辐射衰减,从而导致强烈的“开启”荧光响应。这种独特机制使得能够在分子尺度上绘制粘度图谱。虽然这类粘度响应探针在生物系统中的开发和应用取得了显著进展,但在食品科学中的应用仍然有限。将这项技术应用于复杂的食品基质面临诸多挑战。现有的分子转子通常存在诸如水溶性差、受到食品成分(如离子、色素或蛋白质)干扰,以及在食品相关粘度范围内的灵敏度或选择性不足等问题[[32], [33], [34], [35]]。因此,迫切需要合理设计新的、坚固的荧光探针,以克服这些障碍,并在真实的食品分析环境中可靠地运行。
为了解决这一需求,我们基于巴比妥酸受体核心设计了两种新型的粘度敏感荧光探针BA-NEt和BA-NMe(方案1A)。本研究系统地讨论了它们的光物理性质、选择性和对粘度的定量响应。我们证明了它们在储存过程中实时监测实际水果饮料(李子和龙眼汁)动态粘度变化方面的成功应用(方案1B)。探针的荧光信号与传统的宏观粘度测量结果高度相关,提供了一种简单、灵敏且快速的方法,用于实时评估液体食品的质量。这项工作为在食品科学和安全监测中使用荧光分子转子作为先进分析工具开辟了新的途径。