自然由来色素を用いた自己修復型スマート鮮度センサー材料を開発ー食品の鮮度を色で可視化、IoT対応包装として食品ロス削減に期待ー

2026-06-30 九州大学

九州大学大学院農学研究院の研究グループは、天然色素アントシアニンを利用した自己修復型スマート鮮度センサー材料を開発した。アントシアニンは食品の腐敗に伴うpH変化で色が変化するが、光や温度に弱いという課題があった。本研究では、アントシアニンを金属有機構造体(MOF)に固定化することで安定性を大幅に向上させ、さらにセルロース由来の自己修復性ハイドロゲルへ組み込むことで、損傷後も機械的強度とセンシング機能を回復できるスマート材料を実現した。この材料は食品から発生するアンモニアやpH変化に応じて連続的に色が変化し、豚肉の保存試験では色の変化がpHや揮発性塩基窒素(TVB-N)などの鮮度指標と高い相関を示した。これにより、食品の鮮度を目視で容易に判定できることが確認された。本技術は、安全性と耐久性を兼ね備えた次世代スマート包装材料として、食品ロス削減や品質管理の高度化に貢献するほか、IoTと連携したリアルタイム鮮度管理への応用も期待される。

自然由来色素を用いた自己修復型スマート鮮度センサー材料を開発ー食品の鮮度を色で可視化、IoT対応包装として食品ロス削減に期待ー
自己修復型スマートハイドロゲルとpHで変わる食品鮮度リアルタイム可視化センサー (出典:Meng et al., Chemical Engineering Journal (2026), CC BY 4.0)

<関連情報>

食品の保存と鮮度モニタリングのための、アントシアニン固定化金属有機構造体を組み込んだ自己修復性セルロース系ハイドロゲルスマートパッケージ Self-healing cellulose-based hydrogel smart packaging embedded with anthocyanin-immobilized metal–organic frameworks for food preservation and freshness monitoring

Fanze Meng, Xirui Yan, Shinobu Yasuo, Tiantian Ma, Jiao Zeng, Donghui Luo, Tran Thi Van, Reshaka Kavindi Malawara Arachchige, Laras Putri Wigati, Phuong Thi Hang Nguyen, Ata Aditya Wardana, Fumina Tanaka, Fumihiko Tanaka
Chemical Engineering Journal  Available online: 28 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176764

Highlights

  • Anthocyanin-Immobilized UiO66-NH2 stabilizes color and reinforces hydrogel strength.
  • Dynamic hydrogen bonds and borate ester linkages enable rapid self-healing.
  • Hydrogel shows antibacterial antioxidant activity and high cell viability.
  • Ammonia responsive color change allows real time pork quality monitoring.
  • Color difference correlates with freshness indices and extends shelf life by 12 h.

Abstract

Free anthocyanins are highly susceptible to environmental degradation, which limits their application in intelligent food-packaging materials. In this study, anthocyanins were immobilized onto UiO66-NH2 and further incorporated into a cellulose nanofiber/poly (vinyl alcohol)/borax matrix via a one-step method to fabricate a self-healing hydrogel for pork freshness monitoring. Microstructural and physicochemical analyses suggested the successful formation of Ant@UiO66-NH2, in which anthocyanin immobilization was mediated by hydrogen bonding, π-π interactions, and weak coordination, thereby facilitating its stable incorporation into the hydrogel network. UiO66-NH2 also improved anthocyanin stability, while the self-healing behavior mainly originated from dynamic borate-diol linkages and reversible intermolecular interactions. With increasing Ant@UiO66-NH2 content, the tensile strength of the hydrogel increased by up to 53.12% compared with the control, while cell viability remained above 98%, indicating good cytocompatibility. The resulting hydrogels exhibited distinct pH- and ammonia-responsive color changes. During pork storage at 20 °C, the optimized hydrogel extended shelf life by approximately 12 h relative to the control. Moreover, the ΔE value of CPBA@U200 showed strong correlations with pork pH, total volatile basic nitrogen, and total viable counts (R2 > 0.90). Combined with CIE color-space quantification, CPBA@U100 exhibited improved color discrimination compared with the unmodified CPBA hydrogel, allowing for continuous monitoring of pork freshness throughout storage. Overall, this study provides an effective strategy for constructing multifunctional smart hydrogels with integrated self-healing, stabilization, and freshness-sensing properties.

1202農芸化学
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