CN108279076A - 一种基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器(CTI)，涉及到微胶囊缓释结构，pH值控制和显色反应三个方面内容。本发明中的CTI可以通过改变微胶囊的结构来控制微胶囊缓释作用，从而控制CTI显色时间，是一种显色时间可控的新型临界温度指示器。

Description

一种基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器

技术领域

本发明涉及的是一种基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器指示器(CTI)，这种指示器可以通过改变微胶囊壁材的材料种类和结构来控制指示器的变色时间，通过改变保护层相变石蜡的相变温度来控制指示器的变色温度。该临界温度指示器变色时间准确，变色温度精确，可以应用于从低温冷藏保险到常温条件下需要温度指示的食品药品等温度敏感型产品的保鲜和保存应用。

背景技术

随着人们物质生活水平的提高，人们对食品的品质安全提出了更高的要求。通常所见的包装外部标签上的保质期(即公开货架寿命)，是指商品存储期间仍然安全，保留所需消费属性和品质的时期。很多国家颁布规定要求食品的包装上应有一个适当的持久性指示来表示商品货架期的终点。现行的保质期一般有两种：一种是“使用”日期，表明此日期前易腐食品对人类健康仍然是安全的。另一种是食用的最佳日期，这表明此日期前如果将食品保存在推荐的条件下，食品将保留其特定的营养属性。

传统的过期标记方法都无法确定产品在流通过程中是否经历了高温。食品货架期主要受内在因素(如酶促反应、新陈代谢、化学反应等)和外部因素(微生物污染、环境条件如温湿度、包装等)变化的影响。其中大多依赖于温度，所以温度是影响食品质量安全和货架期至关重要的因素。产品到达消费者手中时已经经历了多种不同的运输储存条件和设备，如果在这些环节中温度没有得到适当控制，食品的品质就有可能因为各种细菌的繁殖而降低，带来安全隐患。

作为一种新颖的智能包装技术，温度指示器解决了这个问题。它可以通过不可逆的变化来监视、记录和直接显示产品在整个供应链中的温度变化。指示器的诞生使生产商和消费者能够快速判断食品的温度历程。作为一个良好的临界温度指示器，它既可以方便消费者判断产品是否经历过高温，也可以完成对冷链的监控，还可以改善物流环节，从而避免不必要的浪费。

临界温度指示器(Critical Temperature Indicator,CTI)只给出一个温度值和一个时间值，即能表明商品陈列温度是否高于(或低于)设定临界温度，并指示出食品已经处于高于(或低于)临界温度的时间，如果时间过长则会引起食品品质或安全性的改变。可见，这种指示器包含了一个时间量(几分钟直至几个小时)。其表现形式可以是指示的颜色变化，只有在食品温度超过临界温度的时间达到设定的时间时，才会有所指示。

CN103748445A公开了一种临界温度指示器。这种临界温度指示器基于扩散作用，在环境温度达到或超过指示器判定温度时，指示器基材上的有色涂料开始扩散，经过复杂的结构设计，使得消费者能够在特定时间和特定位置观察到显色，达到温度指示的效果。

US7232253B2公开了一种扩散型临界温度指示器。相对于普通的扩散性指示器，该指示器添加了一个激活程序，可以通过挤压的主动过程激活指示器，经过激活，指示器才能在需判定温度条件下起到变色指示作用。这种激活程序允许该临界温度指示器在未激活状态下常温放置。

CN102326061A公开了一种精密临界温度指示器及其控制方法。所述精密临界温度指示器包括展开材料构件、阻挡边界层和温度传感器。阻挡边界层可以实现精密临界温度指示器不需要在使用产品前将产品冷却到临界温度之下的效果，展开材料构件可以破坏组隔层，起到连接扩散通道的作用，同时开启温度传感器，温度传感器则感应温度，最终判定临界温度。

这些临界温度指示器一般都基于渗透和扩散作用，而渗透和扩散作用需要一定尺度的介质材料，因此此类临界温度指示器一般尺寸较大，其应用具有一定的局限性。并且此类扩散型温度指示器为了达到较好的判定效果，需要多重层叠结构来实现，其结构复杂，不易工业化生产。

微胶囊是一种具有核壳结构微纳米尺度的球状颗粒，核即芯材材料，壳是壁材材料。壁材材料一方面可以保护芯材材料，达到阻隔的效果；另一方面，在阻隔的同时，可以调节壁材的结构，通过包括改变壁材材料，改变壁材制备方法来实现芯材的缓释效果。而这种缓释作用则可以应用在临界温度指示器中：将关键性判定显色物质作为芯材，具备可调节功能的材料作为壁材，制备成微胶囊。在所处环境条件达到判定温度时，微胶囊缓释过程开始，等释放出的芯材达到一定浓度时，引发质变，导致显色物质变色，达到判定目的。

目前有一些应用于缓释方面的微胶囊专利，CN106281676A公开了一种微胶囊缓释香精。该微胶囊缓释香精包括纳米芯材、香精及包衣材料，香精填充于纳米芯材的多孔结构内，壁材材料将填充有香精的纳米芯材包裹后形成微胶囊缓释香精。该微胶囊缓释香精选用的纳米材料为多孔树脂或者是纳米二氧化硅介孔材料，具有一定的吸附功能，经过壁材材料的包裹形成具有缓释功能的香精微胶囊，制备方法简单，留香时间较长。

CN104367489A公开了一种缓释型微胶囊及其在抗敏面霜中的应用。该缓释型微胶囊为一种核壳结构的球形微胶囊,其中壁材包括聚乙二醇，芯材包括吸附有抗敏活性成分的多孔淀粉，在4h内具有缓慢释放的效果。将这种缓释型微胶囊添加到抗敏面霜中,可以使抗敏面霜具有持久缓释的抗敏效果,有效地延长了对过敏皮肤的抚慰作用。

上述专利中的微胶囊内含高吸附性介孔材料，可以长时间持续的缓慢释放芯材材料的目的，而应用于临界时间温度指示器中的微胶囊除了具有缓释功能之外，还需实现缓释可控的效果，即需要控制在一定时间内芯材释放量。这种效果可以通过改变壁材材料和结构来实现。

发明内容

本发明有益效果

本发明涉及的是一种基于微胶囊缓释作用的CTI指示器，这种CTI指示器可以通过改变微胶囊壁材材料的种类和壁材结构来控制CTI指示器的变色时间；通过改变保护层相变石蜡的相变温度来控制CTI指示器的变色温度，相变石蜡相变温度范围为0-35℃的任意数值；该CTI指示器变色时间准确，变色温度精确，可以应用于从低温冷藏保险到常温条件下需要温度指示的食品药品等温度敏感型产品的保鲜和保存应用。

所述微胶囊缓释作用的CTI指示器，其特征在于包括变色层、微胶囊、保护层；所述变色层中存在第一反应物、pH指示剂和增稠剂，所述微胶囊中存在第二反应物，所述保护层能在设定温度以上融化，使得微胶囊与变色层中与第一反应物接触。

所述第二反应物在设定温度之上，经过设定时间后，从微胶囊中缓释出足够的量与第一反应物反应，导致pH指示剂发生变色，以此方式指示温度变化。

本发明中的CTI指示器可在所需的时刻，通过一定方法激活，CTI指示器会在所需温度值和可控时间范围内变色，判定临界温度。

所述的微胶囊壁材选自下述材料中的任意一种或几种的组合：脲醛树脂、蜜胺树脂、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚脲、聚氨酯、聚酯、酚醛树脂、β-环状糊精、大豆分离蛋白、明胶、阿拉伯树胶、海藻酸钙。

所述的微胶囊芯材选自下述材料中的任意一种或几种组合：戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、橄榄油、棕榈酸、油酸、亚油酸、丁二酸、丙烯酸、邻苯二甲酸、草酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、磷酸、聚丙烯酸。

所述的第一反应物为碱性溶液，选自下述碱性溶液中任意一种或几种组合：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水、复合碱溶液。

所述的pH指示剂，选自下述材料中任意一种或几种组合：甲基红、甲基橙、石蕊、酚酞、百里酚蓝、溴百里酚蓝、甲酚红、中性红。

所述的保护层为石蜡，选自下述材料中任意一种：正十四烷、正十五烷、正十六烷、相变石蜡。

所述的增稠剂选自下述材料中任意一种或几种组合：高吸水性树脂、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、明胶、海藻酸钠、阿拉伯胶、黄原胶、琼脂。

本发明的有益效果：

通过改变微胶囊壁材材料和结构，实现芯材材料的可控缓释，对工程应用具有重要的实际意义；相变石蜡的相变温度可调，可以在满足不同临界温度的要求。

微胶囊在指示器中可达到微米级分散，分散均匀度高，可实现CTI指示器的整体显色，相对于扩散型CTI指示器，显色对比效果更好。

附图说明

附图1是本发明实施例1的临界温度指示器结构示意图，其中1为第一反应物氢氧化钠溶液，2为溴百里酚蓝酚红混合pH指示剂，3为羧甲基纤维素钠增稠剂，4为正十四烷，5为以辛酸为芯材、聚甲基丙烯酸甲酯为壁材的缓释型微胶囊。

具体实施方式

为了进一步的说明本发明的临界温度指示器，下面结合具体实施例进行更详细的说明。

实施例1

配置一定浓度的第一反应物氢氧化钠溶液，滴入一定量溴百里酚蓝酚红混合pH指示剂，搅拌均匀，溶液体系显示为紫红色。取一定量羧甲基纤维素钠作为增稠剂添加入上述溶液中，搅拌均匀后作为变色层备用。以第二反应物辛酸为芯材，聚甲基丙烯酸甲酯为壁材，制备缓释型微胶囊，将制备好的微胶囊与正十四烷混合均匀作为保护层备用。在零度环境中，将变色层与保护层按照附图中的结构整合在一起，外部用PE膜封装后放入-20℃中冷冻，然后在0℃下保存。

使用时，将CTI直接放置于应用环境中，环境温度超过4℃时，在一定时间后，CTI由紫红色变为黄色。

实施例2

配置一定浓度的第一反应物氢氧化钠溶液，滴入一定量溴百里酚蓝酚红混合pH指示剂，搅拌均匀，溶液体系显示为紫红色。取一定量羧甲基纤维素钠作为增稠剂添加入上述溶液中，搅拌均匀后作为变色层备用。以第二反应物辛酸为芯材，聚甲基丙烯酸甲酯为壁材，制备缓释型微胶囊，将制备好的微胶囊与正十四烷混合均匀作为保护层备用。在零度环境中，将变色层与保护层按照附图中的结构整合在一起，外部用PE膜封装后放入-20℃中冷冻，然后在0℃下保存。

使用时，将CTI直接放置于应用环境中，环境温度超过4℃时，在一定时间后，CTI由紫红色变为黄色。

实施例3

配置一定浓度的第一反应物氢氧化钾溶液，滴入一定量甲基红pH指示剂，搅拌均匀，溶液体系显示为红色。取一定量羟乙基纤维素作为增稠剂添加入上述溶液中，搅拌均匀后作为变色层备用。以第二反应物己酸为芯材，脲醛树脂为壁材，制备缓释型微胶囊，将制备好的微胶囊与相变石蜡混合均匀作为保护层备用。在零度环境中，将变色层与保护层按照附图中的结构整合在一起，外部用PE膜封装后放入-20℃中冷冻，然后在0℃下保存。

使用时，将CTI直接放置于应用环境中，环境温度超过3℃时，在一定时间后，CTI由红色变为黄色。

实施例4

配置一定浓度的第一反应物氢氧化钠溶液，滴入一定量溴百里酚蓝酚红混合pH指示剂，搅拌均匀，溶液体系显示为紫红色。取一定量高吸水性树脂作为增稠剂添加入上述溶液中，搅拌均匀后作为变色层备用。以第二反应物癸酸为芯材，β-环状糊精为壁材，制备缓释型微胶囊，将制备好的微胶囊与相变石蜡混合均匀作为保护层备用。在零度环境中，将变色层与保护层按照附图中的结构整合在一起，外部用PE膜封装后放入-20℃中冷冻，然后在0℃下保存。

使用时，将CTI直接放置于应用环境中，等环境温度超过6℃时，在一定时间后，CTI由紫红色变为黄色。

实施例5

配置一定浓度的第一反应物复合碱溶液，滴入一定量溴百里酚蓝酚红混合pH指示剂，搅拌均匀，溶液体系显示为紫红色。取一定量高吸水性树脂作为增稠剂添加入上述溶液中，搅拌均匀后作为变色层备用。以第二反应物庚酸为芯材，明胶-阿拉伯树胶为壁材，制备缓释型微胶囊，将制备好的微胶囊与正十五烷混合均匀作为保护层备用。在零度环境中，将变色层与保护层按照附图中的结构整合在一起，外部用PE膜封装后放入-20℃中冷冻，然后在0℃下保存。

使用时，将CTI直接放置于应用环境中，环境温度超过10℃时，在一定时间后，CTI由紫红色变为无色透明。

Claims (8)

1.一种基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器，其特征在于：包括变色层、微胶囊、保护层；所述变色层中存在第一反应物、pH指示剂和增稠剂，所述微胶囊包括壁材和芯材两部分，其中芯材为第二反应物，所述保护层能在设定温度以上融化，使得微胶囊与变色层中第一反应物接触；

所述的第二反应物在设定温度之上，经过设定时间后，从微胶囊中缓释出足够的量与第一反应物反应，导致pH指示剂发生变色，以此方式指示温度变化；

所述的临界温度指示器，可在所需的时刻，通过一定方法激活，指示器会在所需温度值和可控时间范围内变色，判定临界温度。

2.根据权利要求1所述的基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器，其特征在于：可在所需的时刻，通过一定方法激活，指示器会在所需温度值和可控时间范围内变色，判定临界温度。

3.根据权利要求1或2所述的基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器，其特征在于：所述芯材即第二反应物选自下述材料中的任意一种或几种组合：戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、橄榄油、棕榈酸、油酸、亚油酸、丁二酸、丙烯酸、邻苯二甲酸、草酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、磷酸、聚丙烯酸。

4.根据权利要求1或2所述的基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器，其特征在于：所述微胶囊的微胶囊壁材选自下述材料任意一种或几种的组合：脲醛树脂、蜜胺树脂、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚脲、聚氨酯、聚酯、酚醛树脂、β-环状糊精、大豆分离蛋白、明胶、阿拉伯树胶、海藻酸钙。

5.根据权利要求1或2所述的基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器，其特征在于：所述的第一反应物为碱性溶液，选自下述碱性溶液中任意一种或几种组合：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水、复合碱溶液。

6.根据权利要求1或2所述的基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器，其特征在于：所述的pH指示剂，选自下述材料中任意一种或几种组合：甲基红、甲基橙、石蕊、酚酞、百里酚蓝、溴百里酚蓝、甲酚红、中性红。

7.根据权利要求1或2所述的基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器，其特征在于：所述的保护层为石蜡，选自下述材料中任意一种：正十四烷、正十五烷、正十六烷、相变石蜡。

8.根据权利要求1或2所述的基于微胶囊缓释作用的临界温度指示器，其特征在于：所述的增稠剂选自下述材料中任意一种或几种组合：高吸水性树脂、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、明胶、海藻酸钠、阿拉伯胶、黄原胶、琼脂。