CN110031440A - 一种气敏型荧光传感器检测设备及其在油脂类食品检测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气敏型荧光传感器检测设备及其在油脂类食品检测中的应用。依据脂肪酸类食物在氧气、金属原子和光照等作用下，生成一系列挥发性小物质，而金属卟啉具有结合小分子物质并产生特异性荧光光谱变化这一特性，将金属卟啉分子固定在反相硅胶板并用壳聚糖分子对其进行固定化处理，制成气敏性荧光传感器。通过荧光光谱技术采集反射荧光光谱图，通过人工肉眼或者模式识别等方式对荧光光谱和荧光数据进行分析，从而实现对油脂类食品新鲜度快速判别。
Description
技术领域
本发明涉及一种食品品质快速检测技术领域，具体是一种气敏型荧光传感器制备方法及其在油脂类食品新鲜度检测中的方法。
背景技术
近年来，随着人民生活质量日益提高，人民对营养、健康型食品需求日益提高，对食品质量安全标准的要求也越来越高。食品新鲜度是评价食品质量安全的一个关键性重要指标。油脂含量较高的煎炸类食品，新鲜度降低主要是脂肪酸在光、金属原子、氧气等多种环境因素作用下，产生一系列自由基类物质，通过过氧化物中间体生成小分子醛类、酸类、酮类和酯类等易挥发性小分子物质。食品新鲜度减低不仅产生不良气味物质，食用后可以引起呕吐、腹泻、腹痛和恶心等生理反应，严重时甚至会对消费者的生命健康产生威胁。煎炸类食品在食品产业中具有举足轻重的地位，因此油脂类食品信息度快速检测，显的尤为重要。
目前，油脂类食品主要通过通过国家标准中的酸价（GB5009.229—2016）和过氧化值（GB5009.227—2016），采用冷溶剂指示剂滴定法、冷溶剂自动电位滴定法和热乙醇指示剂滴定法等传统化学检测方法对油脂类食品新鲜度进行检测。上述检测方法虽然能够较为准确的获取与油脂类食品新鲜度相关的化学指标数据，但是需要对样品进行破坏性预处理，检测周期较长，需要具有一定专业背景的研究人员在具有一定检测设备的实验室中方能进行，难以满足现场检测需求中的快速和简便要求。
通过对现有快速检测技术进行检索发现，金属卟啉类物质是一种具有良好光谱性能的荧光物质，通过金属配位键方式和小分子物质进行结合，结合前后会产生特异性荧光光谱变化。这种以金属配位键为结合方式的检测方法比以物理吸附和范德华力作用的检测方法灵敏约20,000倍。因此，金属卟啉类化学物质在荧光传感器探针方面具有重要的研究价值和应用潜力。壳聚糖是一种优良的传感器包埋材料，能够将金属卟啉类荧光物质包埋在固体介质上，从而形成金属卟啉荧光传感器油脂类食品快速检测。
采用聚丙烯酸将金属卟啉类物质固定在反相硅胶板上，并通过壳聚糖分子对其进行包埋，获得荧光传感器，借此用于油脂类食物新鲜度检测，未见报道先例。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速、简便、廉价的测定油脂类食品原料或油脂类类食品成品新鲜度的气敏型荧光传感器检测设备及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种气敏型荧光传感器检测设备，包括气体罐、样本气体富集室、待测样品放置器、激发光源、气敏型荧光传感器、气体检测室、荧光检测器和数据处理系统；所述气体罐和样本气体富集室之间通过气体管道连通，待测样品放置器置于样本气体富集室之中，样本气体富集室与气体检测室之间通过通气管道连通，数据处理系统的信号输出端与激发光源的信号输入端通过数据连接线连接，激发光源的信号输出端通过入射荧光光纤与设置于气体检测室之内的气敏型荧光传感器连接，荧光检测器的信号输入端通过接收荧光光纤与气敏型荧光传感器连接，气体检测室上方还设有一用于排出废气的排气口，荧光检测器的信号输出端通过数据连接线还与数据处理系统的信号输入端连接。
优选地，所述入射荧光光纤和接收荧光光纤分别被荧光光纤固定板固定于气体检测室内。
优选地，所述气敏型荧光传感器置于气体检测室内的托板上面。
优选地，所述气敏型荧光传感器的制备方法包括如下步骤：
（1）将浓度为20%-60%丙烯酸覆盖于反相硅胶板上，将其置入密闭的玻璃器皿中，向里面通入惰性气体以驱除玻璃器皿中的空气；用紫外灯对其进行照射8-12 h，获得聚丙烯酸薄膜；通过pH值为7-10的强碱溶液和蒸馏水依次冲洗去除丙烯酸残留液，通过真空干燥去除多余的水分；
（2）将金属卟啉溶液置入反相硅胶板-聚丙烯薄膜上，室温静置2-6 h，制成反相硅胶板-聚丙烯薄膜-金属卟啉，随后用惰性气体将多余的溶剂去除干净；
（3）将壳聚糖置于醋酸或者磷酸溶液中，制成2%-10%体积的壳聚糖溶液，再将壳聚糖溶液均匀的涂抹在反相硅胶板-聚丙烯薄膜-金属卟啉上制成金属卟啉型气敏荧光传感器，并用惰性气体将其进行吹干处理。
优选地，所述气体罐载有不能和待测样本及气敏型荧光传感器发生氧化、还原作用的惰性气体。
优选地，所述待测样本放置器的材质为玻璃。
优选地，所述激发光源为提供单色光的激光光源或LED灯光源。
优选地，所述入射荧光光纤和接收荧光光纤由石英材料构成。
一种上述气敏型荧光传感器检测设备在油脂类食品检测中的应用，包括以下步骤：
S1、气体罐提供载气通过气体管道进入样品气体富集室；
S2、待测样品放置器置于样本气体富集室中，待测样本在样本气体富集室中富集完成后通过通气管道进入气体检测室中；
S3、数据处理系统通过数据连接线对激发光源进行控制，激发光源产生的激发光通过入射荧光光纤进入到气敏型荧光传感器中，气敏型荧光传感器和待测样本气体结合后被激发光激发生成的发射光谱通过接收荧光光纤进入到荧光检测器中，排气口将气体检测室中的废气排出，荧光检测器将光谱信号转换成数字信号并通过数据连接线传输到数据处理系统上；
S4、将所采集到的待测样本荧光光谱信息和具有不同新鲜的标准品荧光光谱信息进行比对，通过肉眼识别的方式直接判定待测样本新鲜度状况；或者将待测样本荧光光谱信息代入到已建好的数学模型中，通过模式识别方法对待测样本进行智能快速判别。
本发明的有益效果在于：
此方法在借助荧光检测设备和数据处理系统条件下，可以通过人工方式直接获取待测油脂类食物样本新鲜度，也可以借助神经网络、支持向量机等模式识别方法对油脂类食品新鲜度进行智能判别。
此方法不需要对样品进行破坏性和繁琐的预处理，检测周期和成本较低，可快速、简便、廉价的实现对油脂类食品，特别是处理易挥发性油脂类食品新鲜度的检测。
附图说明
图1气敏型荧光传感器检测设备示意图；
图2气敏型荧光传感器制备示意图；
图3金属卟啉类气敏荧光传感器分子检测示意图；
图4花生油不同新鲜度荧光光谱图；
图5新鲜期和变质期油脂食品SVM分类模型图。
附图标识：1-气体罐，2-气体管道，3-样本气体富集室，4-待测样本放置器，5-通气管道，6-数据连接线，7-激发光源，8-入射荧光光纤，9-荧光光纤固定板，10-气敏型荧光传感器，11-托板，12-接收荧光光纤，13-气体检测室，14-排气口，15-荧光检测器，16-数据处理系统。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
实施例1 制备气敏型荧光传感器
如图2所示，气敏型荧光传感器的制备方法包括以下步骤：
（1）将浓度为20%-60%丙烯酸通过移液器覆盖于反相硅胶板上，将其置入密闭的玻璃器皿中，向里面通入氮气以驱除玻璃器皿中的空气。用紫外灯对其进行照射8-12 h，获得聚丙烯酸薄膜。通过pH值为7-10的氢氧化钠溶液和蒸馏水去除丙烯酸残留液，通过真空干燥去除多余的水分。
（2）将金属卟啉溶液用移液器置入反相硅胶板-聚丙烯薄膜上，室温静置2-6 h，制成反相硅胶板-聚丙烯薄膜-金属卟啉，随后用氮气将多余的溶剂去除干净。
（3）将壳聚糖置于醋酸或者磷酸溶液中，制成2%-10%体积的壳聚糖溶液，通过移液器将壳聚糖溶液均匀的涂抹在反相硅胶板-聚丙烯薄膜-金属卟啉上制成金属卟啉型气敏荧光传感器（检测原理如图3所示），并用氮气将其进行吹干处理。
实施例2 制备气敏型荧光传感器检测设备
设备结构：
如图1所示，一种气敏型荧光传感器检测设备，包括气体罐1、样本气体富集室3、待测样品放置器4、激发光源7、气敏型荧光传感器10、气体检测室13、荧光检测器15和数据处理系统16。气体罐1和样本气体富集室3之间通过气体管道2连通，待测样品放置器4置于样本气体富集室3之中，样本气体富集室3与气体检测室13之间通过通气管道5连通，数据处理系统16的信号输出端与激发光源7的信号输入端通过数据连接线6连接，激发光源7的信号输出端通过入射荧光光纤8与设置于气体检测室13之内的气敏型荧光传感器10连接，荧光检测器15的信号输入端通过接收荧光光纤12与气敏型荧光传感器10连接，气体检测室13上方还设有一用于排出废气的排气口14，荧光检测器15的信号输出端通过数据连接线6还与数据处理系统16的信号输入端连接。
其中，气体瓶1里面主要载有氮气、氦气等惰性气体不能够和待测样本及气敏型荧光传感器发生氧化、还原作用；待测样本放置器4主要由玻璃等不能够与待测样品发生作用的物质制成；数据处理系统16是装有操作界面的Windows系统组成；激发光源7主要由激光光源或LED灯光源提供单色光；入射荧光光纤8和接收荧光光纤12主要由石英等材料构成，分别被荧光光纤固定板9固定于气体检测室13内；气敏型荧光传感器10置于气体检测室13内的托板11上面；荧光检测器15主要是可采集荧光发射光谱和将光谱信息转换成数字信息的荧光检测器组成。
设备原理：
气体罐1提供载气通过气体管道2进入样品气体富集室3，待测样品放置器4置于样本气体富集室3中，待测样本在样本气体富集室3中富集完成后通过通气管道5进入气体检测室13中，数据处理系统16通过数据连接线6对激发光源7进行控制，激发光源7产生的激发光通过入射荧光光纤8进入到气敏型荧光传感器10中，荧光传感器10和待测样本气体结合后被激发光激发生成的发射光谱通过接收荧光光纤12进入到荧光检测器15中，排气口14将气体检测室13中的废气排出，荧光检测器15将光谱信号转换成数字信号并通过数据线6传输到数据处理系统16上。
实施例3 气敏型荧光传感器检测设备在油脂类食品新鲜度快速检测中的应用
（1）将待测油脂类食品（如花生油）置于样本气体富集室3中，放置5-10分钟进行气体富集，打开气体罐1阀门控制氮气或者氦气等载气的流速输送至样本气体富集室3，载气将待测样本气体分子运载至气体检测室13中。
（2）打开数据处理系统16中的操作界面，对激发光源7和荧光检测器15进行控制。将气敏型荧光传感器10置入气体检测室13中，采集气敏型荧光传感器10与待测样本气体反应前后荧光光谱信息，并将荧光光谱信号转换成数字信号。
（3）将所采集到的待测样本荧光光谱信息和具有不同新鲜的标准品荧光光谱信息（如图4所示）进行比对，通过肉眼识别的方式直接判定待测样本新鲜度状况。或者将待测样本荧光光谱信息代入到已建好的数学模型（如图5所示）中，通过神经网络、支持向量机等模式识别方法对待测样本进行智能快速判别。
此方法在借助荧光检测设备和数据处理系统条件下，可以通过人工方式直接获取待测油脂类食物样本新鲜度，也可以借助神经网络、支持向量机等模式识别方法对油脂类食品新鲜度进行智能判别。
此方法不需要对样品进行破坏性和繁琐的预处理，检测周期和成本较低，可快速、简便、廉价的实现对油脂类食品，特别是处理易挥发性油脂类食品新鲜度的检测。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种气敏型荧光传感器检测设备，其特征在于：包括气体罐（1）、样本气体富集室（3）、待测样品放置器（4）、激发光源（7）、气敏型荧光传感器（10）、气体检测室（13）、荧光检测器（15）和数据处理系统（16）；所述气体罐（1）和样本气体富集室（3）之间通过气体管道（2）连通，待测样品放置器（4）置于样本气体富集室（3）之中，样本气体富集室（3）与气体检测室（13）之间通过通气管道（5）连通，数据处理系统（16）的信号输出端与激发光源（7）的信号输入端通过数据连接线（6）连接，激发光源（7）的信号输出端通过入射荧光光纤（8）与设置于气体检测室（13）之内的气敏型荧光传感器（10）连接，荧光检测器（15）的信号输入端通过接收荧光光纤（12）与气敏型荧光传感器（10）连接，气体检测室（13）上方还设有一用于排出废气的排气口（14），荧光检测器（15）的信号输出端通过数据连接线（6）还与数据处理系统（16）的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种气敏型荧光传感器检测设备，其特征在于：所述入射荧光光纤（8）和接收荧光光纤（12）分别被荧光光纤固定板（9）固定于气体检测室（13）内。
3.根据权利要求1所述的一种气敏型荧光传感器检测设备，其特征在于：所述气敏型荧光传感器（10）置于气体检测室（13）内的托板（11）上面。
4.根据权利要求1所述的一种气敏型荧光传感器检测设备，其特征在于，所述气敏型荧光传感器（10）的制备方法包括如下步骤：
（1）将浓度为20%-60%丙烯酸覆盖于反相硅胶板上，将其置入密闭的玻璃器皿中，向里面通入惰性气体以驱除玻璃器皿中的空气；用紫外灯对其进行照射8-12 h，获得聚丙烯酸薄膜；通过pH值为7-10的强碱溶液和蒸馏水依次冲洗去除丙烯酸残留液，通过真空干燥去除多余的水分；
（2）将金属卟啉溶液置入反相硅胶板-聚丙烯薄膜上，室温静置2-6 h，制成反相硅胶板-聚丙烯薄膜-金属卟啉，随后用惰性气体将多余的溶剂去除干净；
（3）将壳聚糖置于醋酸或者磷酸溶液中，制成2%-10%体积的壳聚糖溶液，再将壳聚糖溶液均匀的涂抹在反相硅胶板-聚丙烯薄膜-金属卟啉上制成金属卟啉型气敏荧光传感器，并用惰性气体将其进行吹干处理。
5.根据权利要求1所述的一种气敏型荧光传感器检测设备，其特征在于：所述气体罐（1）载有不能和待测样本及气敏型荧光传感器发生氧化、还原作用的惰性气体。
6.根据权利要求1所述的一种气敏型荧光传感器检测设备，其特征在于：所述待测样本放置器（4）的材质为玻璃。
7.根据权利要求1所述的一种气敏型荧光传感器检测设备，其特征在于：所述激发光源（7）为提供单色光的激光光源或LED灯光源。
8.根据权利要求1所述的一种气敏型荧光传感器检测设备，其特征在于：所述入射荧光光纤（8）和接收荧光光纤（12）由石英材料构成。
9.一种如权利要求1~8任一项所述气敏型荧光传感器检测设备在油脂类食品检测中的应用，包括以下步骤：
S1、气体罐（1）提供载气通过气体管道（2）进入样品气体富集室（3）；
S2、待测样品放置器（4）置于样本气体富集室（3）中，待测样本在样本气体富集室（3）中富集完成后通过通气管道（5）进入气体检测室（13）中；
S3、数据处理系统（16）通过数据连接线（6）对激发光源（7）进行控制，激发光源（7）产生的激发光通过入射荧光光纤（8）进入到气敏型荧光传感器（10）中，气敏型荧光传感器（10）和待测样本气体结合后被激发光激发生成的发射光谱通过接收荧光光纤（12）进入到荧光检测器（15）中，排气口（14）将气体检测室中的废气排出，荧光检测器（15）将光谱信号转换成数字信号并通过数据连接线（6）传输到数据处理系统（16）上；
S4、将所采集到的待测样本荧光光谱信息和具有不同新鲜的标准品荧光光谱信息进行比对，通过肉眼识别的方式直接判定待测样本新鲜度状况；或者将待测样本荧光光谱信息代入到已建好的数学模型中，通过模式识别方法对待测样本进行智能快速判别。
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