江苏大学考研，江苏大学考研录取分数线2023
鱼肉富含蛋白质，容易被微生物污染而引发食品安全问题。比色型pH指示膜（智能包装的一种）无需破坏包装，只需利用指示剂随食物及其微环境pH值的变化而改变颜色的特点，就可以让消费者迅速区分新鲜和变质的食物，对于减少食物浪费具有重要意义。然而，很多基于天然色素的pH指示膜的灵敏度不高，限制了这类指示剂及指示膜的应用。
江苏大学食品与生物工程学院的石 彤，胡慧玲，高瑞昌*等利用明胶和Fe2＋这两种物质增强指示膜的显色效果和灵敏度，并采用静电纺丝技术制备以蓝莓花青素为指示剂，以玉米醇溶蛋白为基质的含有乌鳢鱼皮明胶/Fe2＋的高灵敏度纳米纤维指示膜，以鲢鱼鱼肉新鲜度监测为例验证该指示膜的有效性和灵敏性。
1 指示膜的pH敏感性
8 种静电纺丝指示膜： 未添加明胶和Fe 2+ 的指示膜记为F 0-0 ，仅添加明胶的指示膜记为F 1-0 ，仅添加Fe 2+ 的指示膜根据Fe 2+ 的质量浓度（0.01、0.04、0.07 mg/mL）分别记为F 0-1 、F 0-4 、F 0-7 ，既添加明胶又添加Fe 2+ 的指示膜根据Fe 2+ 质量浓度（0.01、0.04、0.07 mg/mL）分别记为F 1-1 、 F1-4 、F 1-7 。
8 种指示膜浸泡在不同pH值（7～13）溶液中的颜色变化如图1所示。随着pH值的增加，指示膜先由红色变为紫红色，然后再变成紫灰色，最后变成灰黑色。与花青素的结构变化相对应：甲醇假碱和黄烊盐阳离子逐渐转变成醌式碱和阴离子醌式碱。此外，pH值从8增加到9时，F 1-4 和F 1-7 最先发生了比较明显的颜色变化。而其他大部分指示膜在pH 10时才发生较明显的颜色变化。据报道，铁（亚铁）离子和花青素可以形成有色螯合物。当铁（亚铁）离子含量较低时，花青素上的酚羟基取代基与铁（亚铁）离子发生部分配位，导致部分粉色显色反应，而当铁（亚铁）离子的数量增加到一定程度时，铁（亚铁）-花青素螯合物的数量增加，进一步使溶液的颜色变为紫色甚至蓝色。同时，明胶中含有生色团和助色基团，在一定程度上会影响指示膜的显色。此外，pH值增加至12～13时，花青素容易从指示膜中扩散出来，即溶液碱性很强时，容易破坏指示膜的玉米醇溶蛋白基质，使花青素容易扩散至溶液中，与玉米醇溶蛋白易溶于高碱性溶液的结论是一致的。
2 指示膜对氨气的敏感性
暴露于10 mmol/L的氨水上方的指示膜F 0-0 、F 0-4 、F 1-0 和F 1-4 所产生的色差值（ΔE）的变化曲线如图2A所示。随着暴露于氨水上方的时间延长，指示膜ΔE趋于稳定，表明随着时间的延长，指示膜的颜色逐渐趋于稳定。暴露时间不超过6 min时，F 1-0 和F 1-4 的ΔE迅速增加，继续暴露于氨水上方后，ΔE基本稳定在20左右，表明在6 min时，F 1-0 和F 1-4 的颜色变化基本达到极限，颜色不再有明显的变化。而F 0-0 的ΔE则在6 min之后继续增加，需要暴露在氨水上方更长时间才能使得颜色趋于稳定，且ΔE趋于稳定所需的时间依次为F 1-0 /F 1-4 ＜F 0-4 ＜F 0-0 ，即F 1-0 和F 1-4 在暴露时间更短、氨气量更少的情况下就能使颜色变化趋于稳定，说明添加了明胶/Fe 2＋ 的指示膜F 1-0 和F 1-4 对氨气的响应灵敏度更高。
3 指示膜中花青素的释放情况
指示膜（F 0-0 、F 0-4 、F 1-0 和F 1-4 ）中花青素在水中的释放情况如图2B所示。指示膜浸泡6 h之后花青素的溶出率仍保持在25%以下，说明本研究制备指示膜中的花青素不容易渗透至所监测的食品上，可能是因为指示膜的成膜基质是疏水性的玉米醇溶蛋白。此外，浸泡1 h时指示膜中花青素表现出突释的现象，可能是由于指示膜表面及靠近表面的花青素更容易从膜中释放出来。F 1-0 和F 1-4 浸泡6 h后花青素溶出量较F 0-0 和F 0-4 小，说明大分子明胶对于花青素的溶出具有抑制作用，可能与花青素及铁-花青素螯合物与明胶之间的相互作用有关。
4 鱼肉腐败过程中TVB-N含量和pH值变化
由图3可知，在4 ℃和25 ℃贮藏条件下，鱼肉的pH值均为先下降后上升，且TVB-N含量在贮藏前阶段缓慢增加，随后急剧增加。GB 2733—2015《食品安全国家标准 鲜、冻动物性水产品》规定，淡水鱼的TVB-N含量≤20 mg/100 g时被认为是可接受的。从图3A中可以看出，贮藏在4 ℃的鲢鱼鱼肉第9天左右的TVB-N含量稍大于20 mg/100 g，说明此时鱼肉已经腐败，不宜食用。随着贮藏时间的继续，TVB-N含量急剧增加，贮藏12 d后鱼肉完全腐败。25 ℃下贮藏24 h鲢鱼鱼肉的TVB-N含量接近规定的可接受值，说明此时鱼肉即将腐败，贮藏48～60 h之后，鲢鱼鱼肉完全腐败（图3B）。由于低温不利于微生物的繁殖，所以贮藏在4 ℃的鱼肉完全腐败所需的时间较长。
5 指示膜监测鱼肉新鲜度时颜色响应
由图4可知，指示膜用于监测贮藏在4 ℃下的鱼肉新鲜度时，随着贮藏时间的延长，指示膜的颜色从紫红色变为灰紫色，最后变为灰棕色。本实验鲢鱼肉在4 ℃条件下贮藏9 d之后，TVB-N含量开始超过规定值，表明鱼肉在贮藏9 d后腐败变质，此时指示膜（F 0-0 、F 0-1 、F 0-4 和F 0-7 ）由深灰紫色变为浅灰紫色，而指示膜（F 1-0 、F 1-1 、F 1-4 和F 1-7 ）则由灰紫色变为灰（绿）色。而鲢鱼肉在25 ℃条件下贮藏约24 h之后，TVB-N含量开始超过限值，即鱼肉在贮藏24 h后腐败变质，此时指示膜F 0-0 、F 0-1 、F 1-0 由紫红色变为棕红色，F 0-4 和F 1-1 由深紫灰色变为灰棕色，F 0-7 由深紫灰色变为灰紫色，F 1-4 和F 1-7 则由灰棕色变成灰色。且指示膜在监测新鲜鱼肉（0 d/0 h）时的颜色和监测完全腐败鱼肉（12 d（4 ℃）/48 h（25 ℃））时的颜色变化最明显。鱼肉贮藏过程中产生的生物胺会使pH值增加，从而使指示膜的颜色发生上述变化，说明本研究制备的指示膜可用于鱼肉新鲜度监测。此外，体系内的TVB-N含量增加使微环境pH值增加的同时，会导致指示膜红色逐渐褪去，与图5所示的代表红绿度的颜色参数a*值的减小趋势是一致的，且a*值越大（指示膜红色越明显）说明鱼肉越新鲜。当指示膜监测贮藏于4 ℃时的鱼肉新鲜度时，含明胶/Fe 2＋ 的指示膜（F 0-7 、F 1-1 、F 1-4 和F 1-7 ）在初始时a*值的减小速度更快，指示膜红色褪去更快，说明这些指示膜的氨反应灵敏度较高。
一般来说，当颜色差异值ΔE大于5时，肉眼能够观察到两种颜色之间的差异。鱼肉新鲜度监测过程中，指示膜在相邻时间点的颜色差异情况如表1所示。由于4 ℃和25 ℃贮藏的鱼肉分别在9 d和24 h后TVB-N含量超过限值，不宜食用，所以指示膜在9 d和36 h两个时间点的ΔE需要足够大，从而确保可以通过肉眼辨别出颜色的差异情况。从表1可以看出，添加了明胶和Fe2＋的指示膜ΔE较大，说明添加了明胶和Fe2＋之后的指示膜显示出的颜色变化更易于被肉眼观察到，有利于区分新鲜和腐败的鱼肉。
6 颜色响应与TVB-N含量相关性分析
本研究对指示膜的颜色响应参数和TVB-N含量进行了线性拟合，从表2可以看出，指示膜应用于监测贮藏在4 ℃的鱼肉新鲜度时，除了F1-0和F1-7之外，其余指示膜的颜色响应情况P和TVB-N含量之间均存在较好的线性关系。其中，F1-1和F1-4颜色响应情况P和TVB-N含量之间显示出非常强的线性相关性（R2分别为0.999 1和0.983 3），但是F1-7则显示出相关性较差的线性关系。说明明胶添加量为1 g/100 mL时，若Fe2＋添加量为0.01 mg/mL和0.04 mg/mL，指示膜的颜色响应情况与鱼肉新鲜度指标TVB-N含量之间存在高度一致性，而继续增加Fe2＋质量浓度至0.07 mg/mL时，由于氨反应灵敏度过高使得线性相关性降低。同样，指示膜应用于监测贮藏在25 ℃的鱼肉新鲜度时，所有指示膜的颜色响应情况P和TVB-N含量之间均存在较好的线性关系。其中F0-7、F1-1和F1-4颜色响应情况P和TVB-N含量之间显示出非常强的线性相关性（R2分别为0.987 6、0.983 3和0.981 7），说明仅添加Fe2＋（0.07 mg/mL）或既添加明胶（1 g/100 mL）又添加Fe2＋（0.01、0.04 mg/mL）时，指示膜的颜色响应情况与鱼肉新鲜度指标TVB-N含量之间存在高度一致性，而明胶添加量为1 g/100 mL时，继续增加Fe2＋添加量至0.07 mg/mL，由于氨反应灵敏度过高使得线性相关性降低。线性拟合结果表明，在监测鱼肉新鲜度的过程中，可以根据指示膜的颜色响应情况P科学地推算出TVB-N含量，从而判断鱼肉的新鲜程度。同时也可以通过TVB-N含量的限值推算出所对应的颜色响应P的限值，进而根据P的限值判断鱼肉新鲜程度。以4 ℃下监测鱼肉新鲜度的指示膜F1-1为例，当TVB-N含量为20 mg/100 g时，根据拟合方程y＝0.085x+11.406，颜色响应P所对应的鱼肉可食用限值为101.11。因此，4 ℃条件下，指示膜的（L*+a*+b*+R+G+B）/a*值超过101.11时，所监测的淡水鱼已腐败变质，不能食用。表明指示膜颜色响应参数P能够指示鱼肉的新鲜度，并能对可食用和不宜食用鱼肉进行鉴别。
7 明胶、Fe2＋、花青素相互作用分析
Zeta电位分析
由图6可知，不同pH值的蓝莓花青素溶液的带有部分净负电荷，且Zeta电位绝对值小于5，可能是花青素在不同的pH值条件下不稳定所导致。当pH值从3增加至9时，明胶的Zeta电位由正值转为负值，且在pH 5和pH 7之间存在净电荷为零的点，说明本实验所提取的乌鳢鱼皮明胶的等电点在5～7之间。在花青素存在下，明胶的Zeta电位绝对值增加，说明花青素的存在使得明胶溶液的稳定性增加。花青素对蛋白质溶液的表面电荷特性和稳定性有一定的影响，这可能是花青素的添加引起静电屏蔽现象导致的。在Fe2＋存在条件下，花青素溶液和明胶溶液的Zeta电位变化均不大，可能是Fe2＋含量较低所致。而花青素、明胶和Fe2＋共同存在时，与两两复合时相比，Zeta电位绝对值增加，说明三者之间可能存在相互作用且所形成复合物的稳定性增加。
驱动力分析
为了研究花青素、明胶和Fe 2＋ 之间的氢键、二硫键和疏水相互作用，采用不同添加量的尿 素、二硫苏糖醇（DTT）和十二烷基硫酸钠（ SDS）处理含蓝莓花青素和明胶的悬浊液（S11）和含蓝莓花青素、明胶和Fe2＋的悬浊液（S12）。 从图7中可以看出，加入尿素时，S11和S12的浊度下降得最多，说明花青素、明胶和Fe2＋之间的主要是氢键相互作用，而疏水相互作用和二硫键则占比少。且不同pH值条件下，添加Fe2＋之后的混合液（S12）在添加尿素和SDS之后浊度下降率减小。说明添加Fe2＋之后，混合液中不同物质之间的氢键数量和疏水相互作用减少。猜想可能是Fe2＋既会和明胶形成基态配合物，又会和花青素形成螯合物，减少了花青素和明胶的结合，从而使二者相互作用所形成的氢键数量减少。
添加明胶和Fe2＋的指示膜具有良好的氨反应灵敏性、花青素保护特性及颜色响应特性。而根据添加明胶和Fe2＋之后蓝莓花青素溶液的紫外-可见吸收光谱的吸收峰强度和位置发生变化及Zeta电位发生变化可知三者存在相互作用，而驱动力分析结果表明三者主要存在氢键相互作用。三者可能的主要相互作用机理如图8所示。
结 论
本研究制备以蓝莓花青素为指示剂、以玉米醇溶蛋白为基质的含明胶和Fe2＋指示膜具有对pH值和氨的高灵敏性，可应用于鱼肉的新鲜度监测。含有适量明胶和Fe2＋的指示膜监测鱼肉新鲜度时呈现的颜色响应特性P（（L*+a*+b*+R+G+B）/a*）与鱼肉新鲜度指标TVB-N含量之间存在较强的相关性（R2＞0.98）。明胶/Fe2＋与花青素的相互作用影响了指示膜的颜色，使指示膜在监测腐败鱼肉时表现出与新鲜鱼肉较大的颜色差异（ΔE），因此对腐败鱼肉的监测具有很高的灵敏性。花青素、明胶和Fe2＋之间主要通过氢键相互作用，创造了独特的微环境，增加了花青素对pH值的灵敏性。本研究通过将一些特殊物质与色素结合，可为开发智能食品包装和各种食品保鲜指标提供新的思路。
作者简介
通信作者：
高瑞昌，江苏大学食品与生物工程学院教授，博士生导师，国家现代农业产业技术体系岗位科学家，原国家自然科学基金委生命科学学部食品科学学科项目主任，江苏省“六大人才高峰”高层次人才，江苏大学“青年教师骨干学术带头人”，江苏大学食品生物工程与智能装备方向带头人，中国食品科技学会青年委员会委员，中国生物工程学会食品生物技术委员会委员，江苏长江珍稀鱼类标准化委员会委员，美国马萨诸塞大学阿默斯特分校访问学者，《食品科学》编委，《肉类研究》编委。
研究领域主要为水产品加工与副产物综合利用、食品风味化学和食品营养等，主持国家自然科学基金和国家现代农业产业技术体系专项等各类项目20余项。以第1作者或通讯作者在国内外期刊发表论文60余篇，其中被SCI和EI收录50余篇，主编“十二五”高等学校通用规划教材《食品化学》1部，参编其他高等学校通用教材5部；授权国家发明专利10项，申请国家发明专利22项，申请PCT专利3项；获江苏省科技进步奖、中国食品科学技术学会科技进步奖、中国轻工业联合会科技进步奖、教育部高等学校科学研究优秀成果奖等省部级和市厅级奖励7项。
第一作者：
石彤，江苏大学食品与生物工程学院实验师，硕士生导师，2021年6月取得江苏大学工学博士学位，研究方向为食品蛋白质化学与综合利用。获评2022年江苏省优秀博士学位论文，主持在研国家自然科学基金青年项目1项、江苏省自然科学基金青年项目1项和中国博士后科学基金面上项目1项，参与其他省部级及以上项目6 项。在《Food Hydrocolloids》, 《Food Chemistry》, 《Food Research International》等国际期刊发表学术论文10篇（SCI一区5篇，EI 1篇），并参与发表国内外论文10余篇；担任《Food Research International》、《Frontiers in Nutrition》等国际学术期刊审稿人；申请国际发明专利和中国发明专利10余项（已授权3项）。
本文《高灵敏度指示膜对鱼肉新鲜度的监测及其机理分析》来源于《食品科学》2023年44卷第13期150-158页，作者：石 彤，胡慧玲，熊治渝，王 林，袁 丽，高瑞昌*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220803-033。点击下方 阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑；中国农业大学食品科学与营养工程学院 崔芯文；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。
为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家肉类加工工程技术研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，贵州大学、贵阳学院共同主办，贵州医科大学、清华大学深圳国际研究生院、河南省大鲵保护与发展协会、国家市场监管重点实验室（特殊食品监管技术）支持协办，中国食品杂志社《肉类研究》杂志、《乳业科学与技术》杂志、《Food Science of Animal Products》承办，钛和中谱检测技术（厦门）有限公司、贵州油研纯香生态粮油科技有限公司、岛津企业管理(中国)有限公司、四川安好众泰科技有限公司、贵州成义烧坊酒业股份有限公司、贵州黔醉酒业（集团）有限公司、黔东南民生食品有限公司、贵州普安红茶业（集团）有限公司等企业赞助的“2023年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”即将于2023年10月28-29日在贵州贵阳召开。
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