CN106404761A - 静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡的方法 - Google Patents

静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡的方法 Download PDF

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Abstract

静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡的方法，涉及纳米科学领域和食品检测领域。肉类新鲜程度的检测可以根据一些指示化合物的变化来判断，常用的指示化合物有挥发性盐基氮和CO2等。可以利用指示型化合物的颜色变化来检测肉类储存过程中产生的挥发性盐基氮和CO2等的含量，以此作为衡量肉类新鲜程度的标准，这种方法称为理化指标检测。本发明将静电纺丝法与肉类新鲜度理化指标检测的方法巧妙的结合在一起，与其他制备方法相比较，纳米尺度的纤维膜使其具有大的比表面积，将指示剂加入到纺丝液中制成纳米纤维膜，有利于指示剂的均匀分散，增加检测的灵敏性和稳定性；操作简单，实用性强。

Description

静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡的方法
技术领域
本发明涉及纳米科学领域和食品检测领域，是一种利用静电纺丝的方法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡的方法。
背景技术
近年来，随着人民生活水平的提高和食品安全事件的频发，食品安全问题受到了越来越多的关注，消费者对于经营者的信心逐渐下降。肉制品是人民生活中最常见的食品，肉制品安全问题越发受到消费者的关注。
肉制品从屠宰到餐桌的流通过程中会存在许多环节，有屠宰、包装、运输、储存、零售等，肉制品的高消费量和快速流通的特点，使其质量安全在监管中的难度变大。肉类的变质是一个复杂的生物化学变化，伴随着各种生物化学成分指标复杂的变化。在肉类腐败过程中，蛋白质会分解成氨基酸，氨基酸在细菌的作用下又最终会分解成挥发性含氮的气体，如NH3等，另外肉类自身腐败过程中也会产生会CO2等。长期食用将会影响我们的身体健康。因此肉类的新鲜度检测关系到大多数人的“健康饮食”问题。
肉类新鲜度现有检测方法主要有感官检测、微生物检测和理化指标检测。感官检测虽然不需要仪器设备和先进的技术,但是检测结果完全取决于检测员的主观判断和经验，准确性不高。国家标准GB/T5009.44-2003肉与肉制品卫生标准分析方法规定了微生物检测和理化指标检测(即挥发性盐基氮检测)的标准方法，这两种虽然可以准确的检测出肉类的新鲜度，但是整个检测过程繁琐费时且必须在实验室中进行，不能满足肉类进实时、快速检测的要求。
肉品腐败过程中，由于酶和细菌作用，肉中蛋白质分解而产生氨及胺类等碱性含氮物质，此类物质与腐败时同时产生的有机酸结合，形成挥发性含氮化合物积聚在肉制品包装中，随着腐败的进程而逐渐增加，肉制品包装中的挥发性盐基氮的含量升高，借助于理化指标检验方法，在肉类的包装上加入对挥发性盐基氮具有指示作用的物质，可以对肉制品包装中挥发性盐基氮含量的监控，从而对肉制品的新鲜程度进行实时监测。
酸碱指示剂染料是一类结构较复杂的有机弱酸或有机弱碱，它们在溶液中能部分电离成指示剂的离子和氢离子或者氢氧根离子，并且由于结构上的变化，它们的分子和离子具有不同的颜色，因而在pH不同的溶液中呈现不同的颜色。肉制品腐败过程中，包装内挥发性盐基氮含量的变化会使pH值发生相应的变化，因此在包装中加入酸碱指示剂染料可以通过观察指示剂染料颜色的变化来判断肉制品腐败的程度。
现有技术是将酸碱指示剂溶液通过涂布的手法附着在吸水滤纸上，将带有酸碱指示作用的滤纸制成指示卡加入到肉制品包装中来检测肉制品的新鲜程度，此种方法虽然可以较准确地检测出肉制品的新鲜程度，但是存在酸碱指示剂的用量大、溶剂易挥发、指示剂在滤纸中不稳定的问题。
发明内容
为解决现有技术存在的酸碱指示剂的用量大、溶剂易挥发、指示剂在滤纸中不稳定等问题，本发明一种提出利用静电纺丝技术来制备高敏感性、高稳定性的肉类新鲜度检测指示卡。所述技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种掺杂对对挥发性盐基氮(TVB-N)等碱性气体或者CO2等酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜，所述的对挥发性盐基氮(TVB-N)碱性气体或者酸性气体敏感响应的物质为酸碱指示剂染料，所述的聚合物为聚乳酸(PLA)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)等可纺聚合物中的一种或几种，优选聚乳酸(PLA)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。
具体地，作为优选，所述的酸碱指示剂染料选自甲基红、溴百里酚蓝(溴麝香草酚蓝)、溴甲酚紫、溴甲酚绿中一种或者两种。
具体地，作为优选，所述的对CO2等酸性气体有敏感响应的酸碱指示剂染料选自甲基红和溴百里酚蓝(溴麝香草酚蓝)，所述的对挥发性盐基氮(TVB-N)等碱性气体有敏感响应的酸碱指示剂染料选自溴甲酚紫或/和溴甲酚绿。
具体地，作为优选，甲基红与溴百里酚蓝的质量比为1:1～1:10。溴甲酚紫与溴甲酚绿的质量比为1:0～1:1。
具体地，作为优选，所述的聚合物选自包括聚乳酸(PLA)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)中的一种或者两种。
所述的酸性气体包括HCl、Cl2、H2S、SO2、CO2等中的一种或几种，所述的碱性气体包括NH3，N2H4等中的一种或几种。
具体地，作为优选，所述的聚合物为质量比在1:1-1:5的聚乳酸和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP),所述的聚合物溶液中所用的溶剂选自包括乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二氯甲烷等中的至少一种。
具体地，作为优选，所述的酸碱指示剂染料与聚合物的质量比为1:100-1:10。
一种上述聚合物膜作为高敏感型肉类新鲜度检测纤维膜的应用，将肉类置于封闭系统中用于检测肉类的腐败。
(1)将聚合物溶于有机溶剂中，磁力搅拌至溶解，得到混合均匀的聚合物溶液；将酸碱指示剂溶于有机溶剂，配成酸碱指示剂溶液；
(2)制备酸碱指示剂纺丝液:称取一定质量的酸碱指示剂溶液加入到上述聚合物溶液中，搅拌至完全溶解，得到掺杂酸碱指示剂的纺丝液；
(3)制备酸碱指示剂纳米纤维膜：利用上述掺杂酸碱指示剂的纺丝液进行静电纺丝并制膜，用无纺布或者铝箔接收，得到掺杂酸碱指示剂的纳米纤维膜。
制备酸碱指示卡：将纺好的纳米纤维膜进行冷压或者热压处理，得到有支撑强度的膜，再将膜裁剪，粘贴到带有比色功能的卡上。
有机溶剂优选为二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇、二氯甲烷等，所述的聚合物浓度在10％～15％之间，聚合物与酸碱指示剂的质量比可在10:1～100:1之间。
纺丝电压15～20kV；喷丝头到接收板的距离为10-15cm；推进速度为0.5-1mL/h；温度在30℃-40℃；湿度在35％-45％之间。
聚乳酸有良好的生物相容性，无毒和可降解性并且是静电纺丝的常用聚合物，因此可以将聚乳酸静电纺丝得到的膜用于食品的实时监测包装中，但是由于聚乳酸具有疏水性，因此影响了监测膜的敏感性，因此，我们将亲水性较好的无毒的聚乙烯吡咯烷酮引入纺丝用的前躯体溶液中，将质量比为1:1的聚乳酸和聚乙烯吡咯烷酮溶于纺丝用的溶剂中，配成均一的纺丝液，经静电纺丝得到的纤维膜具有一定的亲水性，敏感性明显提高。
本发明通过静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡，该指示卡主体包括掺杂酸碱指示化合物的纳米纤维膜和比色对照卡，纳米纤维膜具有比表面积大、形状稳定等，利用纳米纤维膜作为酸碱指示化合物的载体，可以使挥发性气体能与酸碱指示化合物很好地接触，提高了纤维膜的指示敏感性。将纳米纤维膜与比色对照卡组合形成高敏感型肉类新鲜度检测指示卡，该指示卡可以置入到肉类包装中且可以通过颜色的变化对肉类腐败过程中产生的挥发性气体进行检测，从而对肉类的新鲜程度进行检测，该指示卡检测肉类新鲜程度具有方法简单，实时有效等优点。
肉类新鲜程度的检测可以根据一些指示化合物的变化来判断，常用的指示化合物有挥发性盐基氮和CO2等。可以利用指示型化合物的颜色变化来检测肉类储存过程中产生的挥发性盐基氮和CO2等的含量，以此作为衡量肉类新鲜程度的标准，这种方法称为理化指标检测。本发明将静电纺丝法与肉类新鲜度理化指标检测的方法巧妙的结合在一起，与其他制备方法相比较，纳米尺度的纤维膜使其具有大的比表面积，将指示剂加入到纺丝液中制成纳米纤维膜，有利于指示剂的均匀分散，增加检测的灵敏性和稳定性；操作简单，实用性强。
附图说明
为了更清楚的说明本实施例中的技术方案，下面将实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域内的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡的流程示意图；
图2是本发明静电纺丝法制备的高敏感型肉类新鲜度检测指示卡的过程示意图；
图3是本发明静电纺丝法制备的掺杂酸碱指示化合物的纳米纤维膜实物图电子照片；
图4是本发明静电纺丝法制备的掺杂酸碱指示化合物的纳米纤维膜的扫描电子显微镜图；
图5是本发明静电纺丝法制备掺杂酸碱指示化合物的纳米纤维膜浸入到去离子水和碱性溶液中的实物图电子照片(左边：去离子水；右边颜色：碱性溶液)；
图6是静电纺丝法制备的高敏感型肉类新鲜度检测指示卡(中间部分放置静电纺丝法制备的纳米纤维膜)；
图7是静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡置入肉类包装中的实物电子照片(肉类新鲜时:指示卡显示黄色)；
图8是静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡置入肉类包装中的实物电子照片(肉类变质后时:指示卡显示紫色)；
图9实施例2纳米纤维膜的实物电子照片图；
图10是实施例2纳米纤维膜的表面微观形貌；
图11实施例2裁剪成两部分的静电纺丝所制备的纳米纤维膜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种通过静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡，该指示卡主体包括掺杂酸碱指示化合物的纳米纤维膜和比色对照卡，纳米纤维膜的制备过程如附图1所示:
步骤101：将溴甲酚紫溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌至完全,得到酸碱指示剂化合物溶液。将质量比为1:1的聚乳酸和聚乙烯吡咯烷酮溶解于有机溶剂(二氯甲烷:N,N-二甲基甲酰胺(DMF)＝6:1)中配成质量分数为10％的聚合物纺丝原液。
步骤102:取适量酸碱指示剂溶液加入到聚合物纺丝原液中，是酸碱指示剂与聚合物总质量之比为1:19，搅拌至混合均匀，得到掺杂酸碱指示剂的纺丝液。
步骤103：静电纺丝得到掺杂有酸碱指示剂的纳米纤维膜，并且与比色卡组装形成肉类新鲜度指示卡。
静电纺丝的具体过程如附图2所示，纺丝电压在15-20kV,推进速度在1mL/h,接收距离:10-15cm。纳米纤维膜的实物电子照片如附图3所示，经过静电纺丝制备而成的纳米纤维膜在空气环境中呈现均匀的黄色。纳米纤维膜的表面微观形貌如附图4所示。纳米纤维形态均一，纤维表面光滑，无蛛丝结构，直径在300-400nm之间，属于纳米级结构。纳米纤维膜柔性好，可裁剪，对pH有着较高的敏感性。
将静电纺丝所制备的纳米纤维膜裁剪成如附图5所示的两部分，在左侧部分滴入去离子水，在右侧滴加pH＝8的氢氧化钠溶液，两边颜色变化如附图5所示:在中性的去离子水中，纤维膜仍呈现黄色，在碱性溶液中呈现紫色。
上述实施例制备的高敏感型肉类新鲜度检测指示卡，在肉类腐败过程中，随着挥发性盐基氮含量的升高，肉类呈现碱性，为了更直观地进行分辨，我们将纤维膜固定在指示卡上，如附图6所示：该指示卡主体包括掺杂酸碱指示化合物的纳米纤维膜和比色对照卡，如附图7,8所示，将指示卡放置在肉类包装中，当肉类较新鲜时，指示卡中间的纤维膜呈现黄色，当肉类开始变质后(从冰箱中取出，放置在30℃的环境中4h)，纤维膜呈现紫色。表明指示卡对肉类的新鲜度有很好的指示作用。
实施例2
步骤101：将质量比为6:5的甲基红和溴百里酚蓝溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌至完全,得到酸碱指示剂化合物溶液。将聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中配成质量分数为8％的聚合物纺丝原液。
步骤102:取适量酸碱指示剂溶液加入到聚合物纺丝原液中，使酸碱指示剂与聚合物总质量之比为1:19，搅拌至混合均匀，得到掺杂酸碱指示剂的纺丝液。
步骤103：静电纺丝得到掺杂有酸碱指示剂的纳米纤维膜。
静电纺丝的具体过程如附图2所示，纺丝电压在10-15kV,推进速度在1mL/h,接收距离:10-15cm。纳米纤维膜的实物电子照片如附图9所示，经过静电纺丝制备而成的纳米纤维膜在空气环境中呈现均匀的粉红色。纳米纤维膜的表面微观形貌如附图10所示。纳米纤维形态均一，纤维表面光滑，无蛛丝结构，直径在200-300nm之间，属于纳米级结构。纳米纤维膜柔性好，可裁剪，对pH有着较高的敏感性。
将静电纺丝所制备的纳米纤维膜裁剪成如附图11所示的两部分，在左侧部分滴入去离子水，在右侧滴加pH＝3的盐酸溶液，两边颜色变化如附图5所示:在中性的去离子水中，纤维膜仍呈现粉红色，在酸性性溶液中呈现深红色。
综上所述，本发明实施例提供了一种通过静电纺丝法制备高敏感型肉类新鲜度检测指示卡，该指示卡主体包括掺杂酸碱指示化合物的纳米纤维膜和比色对照卡，指示卡对pH具有较高的敏感性，对肉类变质过程中产生的碱性气体或者酸性气体具有良好的指示作用，适用于肉类的智能包装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜，其特征在于，所述的对碱性气体或者酸性气体有敏感响应的物质为酸碱指示剂染料，所述的聚合物为聚乳酸(PLA)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)可纺聚合物中的一种或几种；所述的酸碱指示剂染料选自甲基红、溴百里酚蓝(溴麝香草酚蓝)、溴甲酚紫、溴甲酚绿中一种或者两种。
2.按照权利要求1所述的一种掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜，其特征在于，所述的对酸性气体有敏感响应的酸碱指示剂染料选自甲基红和溴百里酚蓝(溴麝香草酚蓝)，所述的对碱性气体有敏感响应的酸碱指示剂染料选自溴甲酚紫或/和溴甲酚绿。
3.按照权利要求2所述的一种掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜，其特征在于，甲基红和溴百里酚蓝的质量比为1:1～1:10；溴甲酚紫与溴甲酚绿的质量比为1:0-1:1。
4.按照权利要求1所述的一种掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜，其特征在于，所述的聚合物为质量比为1:1的聚乳酸(PLA)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。
5.按照权利要求1所述的一种掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜，其特征在于，所述的酸性气体包括HCl、Cl2、H2S、SO2、CO2中的一种或几种，所述的碱性气体包括NH3，N2H4中的一种或几种。
6.按照权利要求1所述的一种掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜，其特征在于，所述的酸碱指示剂染料与聚合物的质量比为1:100-1:10。
7.按照权利要求1-6任一项所述的掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜作为高敏感型肉类新鲜度检测纤维膜的应用，将肉类和纤维膜置于封闭系统中用于检测肉类的腐败。
8.制备权利要求1-6任一项所述的掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚合物溶于有机溶剂中，磁力搅拌至溶解，得到混合均匀的聚合物溶液；将酸碱指示剂溶于有机溶剂，配成酸碱指示剂溶液；
(2)制备酸碱指示剂纺丝液:称取一定质量的酸碱指示剂溶液加入到上述聚合物溶液中，搅拌至完全溶解，得到掺杂酸碱指示剂的纺丝液；
(3)制备酸碱指示剂纳米纤维膜：利用上述掺杂酸碱指示剂的纺丝液进行静电纺丝并制膜，用无纺布或者铝箔接收，得到掺杂酸碱指示剂的纳米纤维膜。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于，有机溶剂优选为二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇、二氯甲烷，所述的聚合物浓度在10％～15％之间；纺丝电压15～20kV；喷丝头到接收板的距离为10-15cm；推进速度为0.5-1mL/h；温度在30℃-40℃；湿度在35％-45％之间。
10.利用权利要求1-6任一项所述的掺杂对碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜制备酸碱指示卡膜的方法：将纺好的掺杂对对挥发性盐基氮(TVB-N)碱性气体或者酸性气体有敏感响应物质的聚合物膜进行冷压或者热压处理，得到有支撑强度的膜，再将膜裁剪，粘贴到带有比色功能的卡上。
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