三文鱼是一种高度腐败的食物，快速有效地检测包装三文鱼的新鲜度至关重要。可膨胀的水凝胶微针（MN）贴片可在几分钟甚至几秒钟从组织液中提取生物分子，也可从食品样品中提取目标分析物，直接接触传感器提供实时、快速、准确的信息，对消费者判断肉类的新鲜度有重要意义。
江南大学食品科学与技术国家重点实验室使用溴百里酚蓝（BTB）和甲基丙烯酰化丝素蛋白（SilMA）（BTB/SilMA@MN贴片）制成pH响应比色微针（MN）贴片，用于检测三文鱼腐败。MN的针尖可以穿透食物保鲜膜并插入鱼中，直接提取组织液，并将提取的液体输送到背衬层进行彩色显示。MN贴片的颜色从黄色变为黄绿色，最终变为绿色，表明三文鱼三个新鲜度（新鲜-中度新鲜-腐败）。三文鱼新鲜度的变化可以通过肉眼识别快速确定，也可在智能手机上以无损方式进行分析，使消费者能够轻松可靠地估计食品质量。相关论文研究成果以“Silk fibroin-based colorimetric microneedle patch for rapid detection of spoilage in packaged salmon samples”为题于2022年11月13日发表在《Food Chemistry》上。
图1 用于视觉监测三文鱼新鲜度的BTB/SilMA@MN贴片的制备和应用示意图
为了穿透具有足够机械强度的包装，制备并测试了不同SilMA浓度（5-10%，w/v）的MN贴片。机械强度随着SilMA浓度的增加（5-7%）而增加，然后随着SilMA含量的进一步增加（8-10%）而降低。贴片中每根针的可耐受力在0.50 N以上。SilMA含量为7%的MN贴片针尖可以承受1.59 N的最高力，在这种条件下制备的针尖足够坚固，可以穿透食物保鲜膜而不会破裂。结果表明，7 % SilMA浓度制备的BTB/SilMA@MN贴片在机械强度方面表现最佳。
为了呈现出色的颜色响应性能，进一步测试了不同SilMA浓度的MN贴片的吸水性。随着SilMA浓度从5%增加到10%，BTB/SilMA@MN贴片的吸水能力先增加后降低，SilMA浓度为7%时，吸水能力达到最高，MN贴片的吸水率在6 min内完成，8 min后趋于稳定。因此，具有7% SilMA浓度的MN贴片可以在6-8分钟内快速提取流体进行采样。
图2 SilMA的MN针尖的性能展示
为了优化BTB/SilMA@MN贴片背衬层中BTB浓度，制备了不同BTB浓度（0.02 %-0.05 %，w/v）的SilMA水凝胶，并暴露于不同pH值（5.2-8.0）的缓冲溶液中。负载BTB的水凝胶在pH 5.2-6.2时呈亮黄色，在pH 6.4-7.4时呈浅绿色，在pH 7.6-8.0时呈深绿色。水凝胶的色差取决于BTB浓度。从负载BTB的水凝胶的颜色参数（RGB值）与pH之间的线性关系得出，负载0.04% BTB的水凝胶线性方程的最大斜率，颜色变化最明显。
图3 含有BTB的水凝胶的颜色随pH值变化。
为测试BTB/SilMA@MN贴片对三文鱼新鲜度的快速检测，在第10天将贴片粘贴在0°C和4°C储存的三文鱼上，并每隔2 min记录一次颜色变化。对于在0°C和4°C储存的三文鱼，彩色图片的RGB信号在前6 min明显增加，并在8-20 min范围内稳定，表明MN贴片可以在8 min时完全从三文鱼样品中提取液体，可以快速检测样品新鲜度/变质的颜色变化。粘贴在4°C储存的鲑鱼上的MN贴片的颜色最初是黄色的，表明三文鱼为新鲜。MN贴片颜色在第3-4天变成深黄色，在第5-6天变成黄绿色，这个阶段三文鱼是中等新鲜的。最后，颜色在第7天变成绿色，绿色持续到第10天，代表三文鱼变质和不可食用。此外，第0-8天储存在0°C的三文鱼上的MN贴片块的颜色保持黄色，并在第9-10天逐渐变为浅绿色，表明鲑鱼在0°C下储存长达8天。与此同时，我们讨论了pH，TVB-N和其他一些性质在贮藏期间的变化。结果表明，BTB/SilMA@MN贴片可作为指示鲑鱼腐败变质的便捷比色传感器。
图4 用于检测三文鱼储存期间新鲜度的MN贴片的颜色变化
图5（a）三文鱼在0℃和4℃储存10天期间的pH变化。（b）三文鱼在0℃和4℃储存10天时的TVB-N值
图6显示BTB/SilMA@MN贴片彩色图片计算的RGB值与三文鱼样品TVB-N值的相关性、线性模型以及相关系数（R2)。储存10天的MN贴片的RGB值与三文鱼的TVB-N值之间存在很强的正相关关系。结果证明了BTB/SilMA@MN贴片对TVB-N升高引起的pH变化的比色传感能力，说明BTB/SilMA@MN贴片可以作为间接检测TVB-N和包装三文鱼腐败的比色传感器。
图6 在4℃下储存0、2、4、6、8、10天的包装三文鱼，其RGB信号与TVB-N值的线性关系
综上，本文使用BTB作为显色染料和SilMA作为水凝胶基质的比色BTB/SilMA@MN贴片，用于检测三文鱼腐败。开发的BTB/SilMA@MN贴片表现出高机械强度和吸水性，可以轻松穿透食品保鲜膜，并在8分钟内将内部食物液体输送到背衬层。BTB/SilMA@MN贴片的颜色变化取决于鲑鱼在贮藏过程中TVB-N增加引起的pH值变化。三文鱼新鲜度的三个阶段（新鲜-中等新鲜-变质）可以清楚地与BTB / SilMA@MN贴片的不同颜色变化区分开。所制备的BTB/SilMA@MN贴片，能够以手机作为检测器，以无损的方式快速检测包装三文鱼的腐败情况，在食品安全应用中显示出巨大的应用潜力。
文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.135039
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