水果在储运过程中容易发生呼吸代谢增强、酶促反应及微生物繁殖，并产生有机酸、含硫挥发物等多种挥发性有机物（VOCs）。这些物质会逐渐积累于包装顶空，可作为反映果实新鲜度和腐败程度的重要信号。因此，开发能够对腐败挥发物作出灵敏响应，并实现无损、实时和可视化监测的智能包装材料，对于延长货架期、减少食品浪费和保障消费安全具有重要意义。
荧光碳点因发光性能可调、制备简单、成本较低及毒性相对较小，在食品新鲜度监测领域受到关注。但传统碳点直接加入包装膜后，往往存在湿度环境下荧光稳定性不足、易从聚合物基体中迁移，以及单一颜色或强度变化不易准确识别等问题。相比之下，红光碳点（R-CDs）具有较长发射波长和较低背景干扰，在复杂食品包装环境中更具视觉识别优势。
基于此，该研究引入镨基金属有机框架（Pr-MOF）作为R-CDs的吸附载体和荧光调控平台，通过静电作用及配位结构增强碳点的固定、稳定性和响应能力，并构建R-CDs@Pr-MOF复合材料。进一步采用静电纺丝技术，将其引入PVDF/PVP二元聚合物基体，利用多孔纤维结构提升挥发性物质扩散和传感位点接触效率。研究重点评估该复合薄膜的荧光传感、水稳定性、力学性能及颜料迁移阻力，并结合移动终端构建数字化识别体系，为包装水果新鲜度的无损、可视化和智能监测提供新的材料与技术路径。
成果介绍
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随着果切和预包装水果消费增加，如何在不开封包装的情况下快速判断新鲜度，成为智能包装的重要研究方向。水果在储藏过程中会经历呼吸代谢、酶促反应和微生物活动，并释放有机酸、含硫化合物等挥发性物质。传统包装主要承担阻隔和保护功能，而智能包装则希望把这些“看不见”的品质变化转化成可读取的光学信号。近日，江苏大学郭志明教授团队开发了一种基于红光碳点（R-CDs）@镨基金属有机框架（Pr-MOF）的荧光智能电纺膜，并以预包装榴莲为模型验证其新鲜度监测能力。
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碳点具有制备简单、成本较低、发光性能可调等特点，但直接用于包装膜仍存在几个现实问题：在潮湿、复杂的食品包装环境中稳定性容易下降，碳点可能从聚合物中迁移，同时单一颜色或荧光强度的变化也容易受到光照和拍摄条件干扰。为改善这些不足，研究人员首先制备R-CDs，再利用静电作用将其固定到Pr-MOF表面及孔隙中。Pr-MOF既充当碳点的“固定支架”，又参与荧光调控，从而形成R-CDs@Pr-MOF复合纳米材料。随后，研究团队将其加入PVDF/PVP二元聚合物体系，通过静电纺丝制成具有多孔纤维结构的智能膜。
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材料表征显示，R-CDs平均粒径约为4.2 nm，可较均匀地负载于Pr-MOF。复合后，MOF原有晶体结构基本保持完整，同时R-CDs与Pr-MOF之间形成静电作用，并进一步与聚合物基体产生氢键和配位相互作用。这些结构变化带来了较明显的材料性能提升。R-CDs单独加入会增加薄膜亲水性，而Pr-MOF能够一定程度上弥补这一问题；最终复合膜的水接触角达到125.62°，显示出较好的疏水性。其拉伸强度约为0.261 MPa，断裂伸长率达到33.66%，同时热稳定性得到增强，特征温度升至156.47 ℃。此外，MOF的引入还能降低R-CDs从包装膜中的迁移，提高薄膜的紫外—可见光阻隔能力和长期颜色稳定性。
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在传感方面，这种薄膜能够对pH变化以及硫化氢等含硫挥发物产生荧光响应。特别是在254 nm和365 nm紫外光激发下，R-CDs@Pr-MOF表现出比单独R-CDs更加丰富的颜色变化和更宽的响应范围，为传统单一荧光信号增加了多通道识别能力。这一点对于榴莲尤其具有针对性，因为榴莲成熟和品质下降过程中会产生乙硫醇、二乙基二硫醚、二乙基三硫醚等多种含硫挥发物，这些物质能够作为反映其储藏状态的重要信号。
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研究人员进一步将该智能膜置于鲜切榴莲包装内部，在4 ℃条件下储藏，并同步测定失重率、维生素C、硬度、可溶性固形物、色泽、挥发性物质和菌落总数等指标。随着储藏时间延长，榴莲失重率由初期的0.71%升至第5天的2.38%，维生素C和硬度持续下降，可溶性固形物先升后降；电子鼻也捕捉到含硫挥发物相关信号的明显变化。菌落总数结果显示，第4天已接近不可接受状态，第5天出现明显腐败。
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为了让这些荧光变化真正“读得出来”，研究团队还开发了“RGB-UJS”手机应用，对薄膜图像中的RGB及SRGB参数进行数字化分析。结果发现，R-CDs@Pr-MOF膜的SRGB值与榴莲多项品质指标具有良好相关性，其中在365 nm激发条件下，与榴莲表面L值建立的最佳模型决定系数达到R²=0.9924，相对标准偏差为1.91%。手机拍摄薄膜后，APP即可结合预设模型判断样品处于“Fresh”还是“Spoiled”状态，实现从肉眼观察向数字化判别的进一步升级。
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总体来看，这项研究把碳点荧光响应、MOF固定与增敏、电纺膜结构以及手机数字识别进行了集成，在提高膜材料稳定性、力学性能和抗迁移能力的同时，实现了对包装水果品质变化的无损监测。研究也指出，目前该体系仍依赖365 nm紫外光激发，未来若能进一步发展自然光下可直接识别的比色—荧光双模式标签，并降低对外部光源的依赖，将更有利于智能包装在冷链、零售和家庭消费场景中的应用。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.181893
