食品の鮮度を「光って知らせる」スマートセンサーを開発 ー色と蛍光の二重シグナルで食品の鮮度を見える化ー

2026-10-22 九州大学

九州大学大学院農学研究院の田中史彦教授、田中良奈准教授らの研究グループは、食品の鮮度を色と蛍光の二つのシグナルで表示する生分解性スマート包装フィルムを開発した。牛乳由来タンパク質のカゼインを基材とし、黒大豆種皮由来のアントシアニンと金属有機構造体ZIF-67を組み合わせることで、食品の腐敗に伴って発生するアンモニアなどの揮発性塩基性化合物に応答する機能を実現した。通常の光の下ではフィルムの色が変化し、紫外線照射下では蛍光を発するため、従来の色変化だけを利用する方式に比べ、腐敗初期の鮮度変化を検知しやすい。冷蔵羊肉を用いた試験では、保存6日目頃から明瞭な蛍光が確認されたほか、抗菌性と抗酸化性も示した。また、土壌や海水中での分解性も確認され、環境負荷の低減が期待される。本技術は、食品流通時の品質管理、食品安全の向上、食品ロス削減に貢献する新しい包装技術である。

食品の鮮度を「光って知らせる」スマートセンサーを開発 ー色と蛍光の二重シグナルで食品の鮮度を見える化ー

本研究で開発した包装フィルムは、食品腐敗時に発生するアンモニアなどの揮発性成分を検知し、通常光下では色変化、紫外線照射下では蛍光発光によって鮮度を表示する。従来の色変化型包装よりも高い視認性と判別性を備え、食品流通や品質管理における新たな鮮度モニタリング技術として期待される。

<関連情報>

ピリジン修飾アントシアニンとZIF-67を用いたカゼインベースのデュアルモードスマートフィルムによる羊肉の鮮度リアルタイムモニタリング A casein-based dual-mode smart film enabled by pyridine-modified anthocyanins and ZIF-67 for real-time mutton freshness monitoring

Xirui Yan, Fanze Meng, Jiao Zeng, Zhangbin Liu, Anqi Liu, Xinrui Mao, Reshaka Kavindi Malawara Arachchige, Francis Ngwane Nkede, Mohammad Hamayoon Wardak, Amna Bibi, Tran Thi Van, Fumina Tanaka, Fumihiko Tanaka
Chemical Engineering Journal  Available online: 29 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.181346

Highlights

  • A casein-based dual-mode smart film was developed for chilled mutton.
  • Hybrid anthocyanin–ZIF-67 fillers endow the film with structural and functional synergy.
  • The film enabled dual-mode freshness indication by color and fluorescence.
  • The active film delayed spoilage through antioxidant and antibacterial effects.
  • Built-in degradability improves the sustainability of smart food-packaging materials.

Abstract

In this study, a casein (CAS)-based dual-mode smart film was developed by incorporating pyridine-modified black soybean seed coat anthocyanins (mBSSC) and ZIF-67 for real-time freshness monitoring and preservation of chilled mutton. The mBSSC/ZIF-67 hybrid was uniformly dispersed within the CAS matrix, producing a compact structure with good integrity and satisfactory mechanical performance. Among the formulations, CAS/mBSSC/Z2 provided the best balance between functional performance and material economy. Compared with neat CAS, mBSSC/ZIF-67 reduced water vapor permeability from 12.4 × 10−11 to 6.2 × 10−11 (g·m−1s−1m2·Pa−1) while improving water resistance, antioxidant capacity, and antibacterial activity. During refrigerated storage, the optimized film enabled dual-mode monitoring through visible color evolution under ambient light and fluorescence activation under 365 nm ultraviolet (UV) irradiation, with fluorescence “turn-on” occurring at approximately Day 6. The colorimetric mode enables convenient routine observation, whereas the high-contrast fluorescence mode facilitates detection in low-light or dark environments and can provide rapid confirmatory screening using a portable UV source. CAS/mBSSC/Z2 also retarded mutton spoilage, delaying time required for total volatile basic nitrogen (TVB-N) to reach 15 mg/100 g until approximately Day 10 and limiting the final microbial load to 8.8 log CFU/g, compared with 12.6 log CFU/g in the Z1 group. Furthermore, the films showed substantial disintegration and mass loss under the tested soil-burial and seawater conditions. These findings identify the film as a multifunctional platform integrating barrier enhancement, preservation, and complementary colorimetric-fluorescence sensing.

1202農芸化学
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