江南大学谢云飞、复旦大学赵天聪等AM：金属-多酚多级竞争配位系统用于肉类新鲜度的比色监测

食品变质和浪费对人类健康及社会稳定构成了严重威胁。根据世界卫生组织（WHO）的统计，全球每年约有6亿人因食用受到细菌、病毒、寄生虫和化学物质污染的食品而患病，导致超过40万人死亡。同时，约三分之一的食品在供应链中遭到损失或浪费。其中，过度谨慎的食品保质期常常导致大量仍可安全食用的食品被过早丢弃。肉类作为人类饮食的重要组成部分，其易腐败性和复杂的贮藏环境使得安全分析面临诸多挑战，因此，实时有效地监测肉类新鲜度显得尤为重要。

挥发性盐基氮（TVB-N）是动物产品中蛋白质降解所产生的碱性氮化物，被广泛认为是监测肉类食品新鲜度的关键指标。TVB-N的检测方法包括化学滴定、色谱法和电化学检测。然而，这些方法的复杂性、专业性以及对环境的影响已不再符合当前的发展趋势。目前，新兴的光学传感器，特别是高灵敏度、智能化的比色传感器阵列（CSA），正受到广泛关注。CSA模仿哺乳动物的嗅觉系统，通过颜色变化直接提供食品新鲜度的视觉评估。现有的高灵敏CSA传感器通常依赖于化学染料，这可能带来潜在的毒性风险。此外，化学染料的变色机制通常表现为单级、狭窄且单调的变化，同时易受到温度和湿度等外部因素的影响。

金属-多酚网络（MPN）通过pH诱导的多价配位键，能够快速且简单地涂覆在各种界面上，已在材料科学、药物传递和组织工程等领域得到了广泛应用。MPN能够根据配位离子的价态、pH值和竞争配体类型展现出丰富的颜色变化，这一特性在CSA的应用中具有极大的潜力。然而，MPN中配位环境的复杂性要求在颜色变化、设备构建以及数据统计与分析等方面进行系统性的工程研究。

基于此，江南大学谢云飞教授团队联合复旦大学赵天聪研究员首次提出了金属-多酚与胺类物质的多级竞争配位显色机理，用于智能检测肉类新鲜度。与传统比色材料的响应机制不同，该系统利用金属-多酚-胺之间的多级竞争配位反应快速驱动多样化的颜色变化，实现了对胺类物质的高灵敏度、特异性、稳定性和广范围检测。从而实时监测牛肉、鸡肉、鱼和虾的新鲜度，并有效追踪牛肉在反复冻融和频繁开关冰箱复杂环境变化过程中的新鲜度。此外，该机理赋予了简单快速获取大量有效数据的能力，可以有效结合卷积神经网络（CNN）技术，开发肉类新鲜度智能检测平台，肉类新鲜度整体准确率高达99.83%。这种创新颜色响应机制以及安全、廉价易得的比色材料，有望在生鲜食品智能包装、冷链物流实时监测和零售终端品质管控等领域展现出广阔的应用。该研究以题为“Metal-polyphenol multistage competitive coordination system for colorimetric monitoring meat freshness”的论文发表在最新一期《Advanced Materials》上。

【金属-多酚网络比色传感器阵列】

这项工作中首先发现观察到金属-多酚体系在胺类物质识别与单纯pH变化响应中的差异性现象。基于此发现，通过UV-vis、Raman、FT-IR、XPS、EA-IRMS以及Fs-TA等多维表征手段，结合密度泛函理论（DFT）计算，首次阐明了金属-多酚-胺类物质的多级竞争配位显色机理。基于此机理，成功构建了金属-多酚网络比色传感器阵列（MPN-CSA），实现了肉类新鲜度的高灵敏智能监测。MPN-CSA材料体系具有灵敏度高、准确性好、稳定性优异、成本效益突出且环境友好等特点，其模块化设计更支持多样化功能组合。这一创新性研究成果不仅为肉类新鲜度智能监测提供了新的技术方案，更有望推动食品安全监控领域的科技进步，对保障食品质量和减少资源浪费具有重要的实践意义。

图文摘要

图文赏析

图1.金属-多酚-胺多级竞争配位显色机理的推导和理化表征

图2.理论计算联合飞秒瞬态吸收光谱验证金属-多酚-胺多级竞争配位显色机理

图3.MPN-CSA制备示意图及对五种典型胺类物质的比色响应

图4.MPN-CSA实时监测四种常见肉类4℃贮藏下新鲜度状态

图5.结合CNN技术智能判断肉类新鲜度及搭建MPN-CSA肉类新鲜度智能监测平台

图6.MPN-CSA稳定性、特异性、LCA及对反复冻融/频繁开关冰箱下牛肉新鲜度的监测

总结：作者阐明了金属-多酚系统与胺类物质之间的多级竞争配位显色机理，并据此构建了一款金属-多酚网络比色传感阵列（MPN-CSA），具有优异的灵敏性、稳定性、特异性、经济环境效应等优势，可以实时监测肉类新鲜度。这种创新颜色响应机制以及安全、廉价易得的比色材料，有望在后续新型智能肉类新鲜度监测研究领域中实际应用。

第一作者介绍

成军，中共党员，江南大学食品学院2022级博士研究生。中国检验检测学会青年科技工作者委员会委员，安徽省“青年专家”（博士）科技助农服务团团员。博士期间主要从事食品新鲜度智能监测材料与食品安全检测研究。以第一作者在Adv. Mater.、J. Hazard. Mater.、Int. J. Biol. Macromol.等期刊发表论文5篇，申请专利7项，授权2项。主持省级研究生科研创新计划项目2项，作为项目骨干参与“十四五”国家重点研发计划课题、国家自然科学基金和江苏省重点研发计划现代农业项目等多项国家/省部级基金项目。在国内外学术会议口头汇报5次，获海南大学优秀研究生毕业生、优秀研究生干部等荣誉。

通讯作者介绍

谢云飞，江南大学食品学院教授、副院长、博士生导师，“食品安全国际合作联合实验室”副主任。国家级青年人才计划入选者，中国工程前沿杰出青年学者，江苏省“双创博士”，无锡市优秀教育工作者，无锡市“五四青年奖章”获得者，中国检验检测学会青年科技工作者委员会副主任委员，江苏省科协第十届委员会委员，江苏省食品科学技术学会理事、江苏省高等学校科学技术协会科普联展工作委员会主任等。主要从事食品安全与质量控制方面的研究，主持国家重点研发计划课题、国家重大仪器科学设备开发项目课题等国家级项目8项，企业横向项目20余项。发表SCI文章200余篇，其中以第一/通讯作者在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Anal. Chem.、Food Chem.、J. Agr. Food Chem.、Chem. Eng. J.、Biosens. Bioelectron.等国际著名学术期刊发表论文80余篇；授权国际专利2项、国家发明专利50余项；获中国商业联合会科学技术奖特等奖等科技奖励5项。

赵天聪，复旦大学先进材料实验室青年研究员，博士生导师，入选国家级青年人才支持计划、中国化学会青年托举人才工程计划和上海市启明星培育计划扬帆专项等。2016年和2021年分别获得复旦大学化学系、复旦大学先进材料实验室理学学士、理学博士学位，博士导师为赵东元院士。2021年至2023年在复旦大学先进材料实验室赵东元院士团队从事博士后研究，于2023年入职复旦大学，主要从事新型介观介孔材料设计合成及其生物医学应用研究。以一作/通讯作者在在包括Nat. Chem.、Nat. Rev. Mater.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、P. Natl. Acad. Sci. Usa.等高水平期刊上发文30余篇，论文总被引2500余次。

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202503246

来源：高分子科学前沿

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