CN113789173B - 指示食物新鲜度的食用菌基荧光碳量子点的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种指示食物新鲜度的食用菌基荧光碳量子点的制备方法及应用，属于食物新鲜度检测技术领域。本发明的荧光碳量子点是以金针菇为原料经破壁机研磨制备成溶液，然后微波加热、离心、过滤、冻干制备而成。本发明所制备的荧光碳量子点所需原料单一，制备方法简单，耗费成本低，耗时短，操作更为简单，且制备的荧光碳量子点具有很好的响应效果，荧光指示信号指示灵敏，且可以大批量的制备，将其制备成指示食物新鲜度的可视化标签，能够有效地实现海鲜类以及肉类新鲜度的可视化检测。

Description

指示食物新鲜度的食用菌基荧光碳量子点的制备方法及应用
技术领域
本发明属于食物新鲜度检测技术领域，具体涉及一种指示食物新鲜度的食用菌基荧光碳量子点的制备方法及应用。
背景技术
食品安全与人们的健康息息相关，是十分重要的，需引起人们的关注。食品在储存、加工的过程中由于储存环境不达标或者是操作不规范，会影响海鲜以及肉类食品的新鲜程度，并且会逐渐产生腐败变质，形成生物胺，过量摄入生物胺会引起头痛、腹部绞痛、呕吐等不良生理反应，从而影响人体健康，尤其是对于敏感人群。
碳量子点是一种粒径小于10nm的球形碳纳米材料。碳量子点具有多种优异的特性，如独特的荧光特性、良好的水溶性、较高稳定性和低毒性，因此受到研究者们的关注，并且从传感、生物成像、药物传递、抑菌、光催化等多个研究领域都展现出潜在的应用前景。研究人员可以根据碳量子点的荧光，从而实现对不同物质进行定位，定性或者是定量分析。并且可以根据荧光强度的变化从而进行可视化的检测。
常规的肉类食品新鲜度检测方法如：感官检测法、细菌学检验法、生物化学检验法等，这些方法都存在着一定问题，如检测步骤比较繁琐，对技术人员要求较高，耗费时间长且破坏样品等。因此开发一种快速、方便、可靠的检测食品新鲜度的方法是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种指示食物新鲜度的食用菌基荧光碳量子点的制备方法及应用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种荧光碳量子点的制备方法，步骤如下：
(1)将金针菇和水按比例放入破壁机中研磨，制备成均匀的溶液；
(2)将步骤(1)制备的溶液进行微波加热，微波功率为350～700W，加热时间为3～5min；
(3)微波加热完成后，冷却至室温，进行离心，去除不可溶的大颗粒物质；
(4)利用0.22μm的滤膜将离心获得的上清液进行过滤，将过滤后的上清液冷冻干燥成粉末；
(5)向冻干粉中加水复溶，即得荧光碳量子点。
上述的荧光碳量子点的制备方法中，所述步骤(1)中金针菇的使用量为0.5～3g；水的添加量为10～15mL，在实际生产过程中，可以根据生产规模按上述比例调整用量。
上述的荧光碳量子点的制备方法中，所述步骤(3)中的离心为转速为8000～12000rpm，时间为20～40min。
上述的荧光碳量子点的制备方法中，所述步骤(4)的冷冻干燥为先在-80℃冰箱里进行预冷冻，预冷冻6h后进行冻干，冻干温度为-80～-60℃；冷冻干燥的时间48～72h。
上述方法制备的荧光量子点可用于指示食物新鲜度。
一种指示食物新鲜度的可视化标签，将滤纸浸泡于上述的荧光量子点溶液中，使滤纸充分浸润后，捞出，晾干即得指示食物新鲜度的可视化标签；所述浸泡时间为30s～1min。
在一个具体的实施例中，所述荧光量子点溶液的浓度为0.5mg/mL。
一种指示食物新鲜度的方法，将上述的指示食物新鲜度的可视化标签与待检测的食物密封在一起，且指示食物新鲜度的可视化标签与待检测的食物不直接接触；一段时间后，在紫外灯下检测指示食物新鲜度的可视化标签的荧光强度，荧光强度越弱，表示挥发性盐基氮的含量越高，食物越不新鲜。
上述指示食物新鲜度的方法适用于腐败产生挥发性盐基氮的食物，例如海鲜类、肉类。
本发明技术方案的优点：
本发明所制备的荧光碳量子点，具有十分优异的荧光特性，生物相容性好，低毒性，并且制备过程当中所需的原料十分的简单，通过金针菇这一种单一的原料即可在短时间制备得到，与化学物质为原料制备的检测探针以及仪器检测相比，首先其原料十分的简单易得，并且其所需的成本更低，不需要进行任何修饰，响应时间短，操作简单，并且具有很好的响应效果，荧光指示信号指示灵敏，能够有效地实现海鲜以及肉类新鲜度的可视化检测。
采用本发明制备的可视化标签用于指示食物新鲜度可以克服现有传统检测方法检测步骤比较繁琐，对技术人员要求较高，耗费时间长且破坏样品等缺点。本发明的新鲜度可视化指示标签，能够实现实时的、可视化的监测，在海鲜以及肉类的运输、储藏、加工和销售环节中的新鲜度变化情况，保障海鲜以及肉类食品的品质与安全，从而保障消费者的安全。
附图说明
图1为实施例1的荧光碳量子点溶液的透射电镜图，比例尺为5nm；
图2为实施例1的荧光碳量子点溶液的粒径分布图；
图3为实施例1的荧光碳量子点溶液的红外光谱图；
图4为实施例1的荧光碳量子点溶液X射线光电子能谱；
图5为实施例1的荧光碳量子点溶液荧光寿命图谱；
图6为实施例1的荧光碳量子点在不同激发条件的发射光谱图；
图7为实施例1的荧光碳量子点溶液在日光灯和紫外灯下的图片(左侧为日光灯，右侧为紫外灯)；
图8为实施例1的荧光碳量子点溶液在储存1～6天的荧光稳定性的图片；
图9为实施例1的荧光碳量子点溶液在紫外灯下照射0～8000s后的荧光稳定性的图片；
图10为实施例1的荧光碳量子点溶液在不同浓度0～2M盐溶液中的荧光稳定性的图片；
图11为实施例1的荧光碳量子点溶液在浓度为2mM的不同金属离子以及有机物溶液中的荧光稳定性的图片；
图12为实施例1的荧光碳量子点溶液在不同pH环境中的荧光强度的图片；
图13为实施例1的荧光碳量子点溶液在pH 3和11反复调节pH值后的荧光强度变化的图片；
图14为实施例1的荧光碳量子点溶液在pH 3和11的荧光强度变化的图片；
图15为实施例1的荧光碳量子点溶液在不同浓氨气环境中孵化20min后的荧光强度图片；
图16为实施例1的荧光碳量子点溶液以及在不同浓度氨气环境中孵化20min后在紫外灯下的荧光图片；
图17为实施例6制备的指示食物新鲜度的可视化标签在碱处理前后紫外灯下的荧光图片(左侧为碱处理后，右侧为碱处理前)。
图18为实施例7中海鲜或者肉类存在情况下室温储存1～3天后在日光以及紫外灯下的图片(第一排为紫外灯，第二排为日光灯)；
图19为实施例7中海鲜或者肉类存在情况下4℃储存1～3天后在日光以及紫外灯下的图片(第一排为紫外灯，第二排为日光灯)。
具体实施方式
在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
一种荧光碳量子点的制备方法，步骤如下：
将金针菇用水进行冲洗，去除表面杂质，随后将1g金针菇和15mL水利用破壁机进行研磨，60赫兹，研磨200s，制备成均匀一致的溶液，没有明显的大颗粒物质存在为止，随后放置在玻璃烧杯中，于微波炉中进行加热，微波炉的功率为350W，加热时间为3min；加热完成后的溶液自然冷却至室温，进行离心，转速为10000rpm，离心20min，去除其中的不可溶的大颗粒物质，并再次利用0.22μm的滤膜进行过滤，最后将过滤好的澄清的上清液在-80℃冰箱里进行预冷冻，冷冻6h后进行冻干，冻干温度为-80～-60℃；冷冻干燥的时间48～72h。冻干结束后即可得到干燥的粉末，将粉末称量质量后，溶于水，制备成0.5mg/mL的均匀的荧光碳量子点溶液。
实施例2荧光碳量子点溶液的性能检测
对实施例1制备的碳量子点溶液进行投射电镜检测，结果如图1所示，实施例1方法制备的荧光碳量子点呈球形，均匀分散，粒径分布在1.6-2.6nm之间(图2)，通过红外图谱对其表面官能团进行了分析，如图3所示在碳量子点表面存在着氨基，羧基和羟基，这些丰富的官能团赋予了碳量子点良好的水溶性，通过X射线光电子能谱(图4)分析发现，碳量子点主要包含C、N、O三种元素，其含量分别为62.91％、20.03％、16.20％，进一步的证明了红外的结果。随后对碳量子点溶液的荧光寿命(图5)进行了测定，其荧光寿命为13.26ns。检测荧光碳量子点在不同激发条件的发射光谱图如图6所示，其最适激发波长为450nm，最适发射波长为525nm；且制备的荧光碳量子点溶液在日光灯下为澄清的橙色溶液，在紫外灯下呈明亮的绿色荧光(图7)。
实施例3荧光碳量子点溶液的稳定性检测
将实施例1制备好的荧光碳量子点溶液放置在室温下储存1-6天，记录其每天在最适激发波长下的荧光强度变化，如图8可以发现，荧光碳量子点具有很好地稳定性，荧光强度随着储存时间的增加没有发生明显的改变。
将实施例1制备好的荧光碳量子点溶液置于365nm的紫外灯下进行长时间的照射，结果如图9所示，随着照射时间的增加，其荧光强度也没有出现明显的变化。
将实施例1制备好的荧光碳量子点溶液进行耐盐性测试，配置不同浓度(0-2M)的氯化钠溶液，称取同等质量的碳量子点粉末，加入不同浓度的氯化钠溶液配置成终浓度为0.5mg/mL的碳量子点溶液，混合均匀，静置5min在最适波长下测定其荧光强度。
将实施例1制备好的荧光碳量子点溶液进行金属离子和有机物干扰测试，配置浓度为2mM的金属离子以及有机物的溶液备用，其中金属离子溶液为Ca2+、Cd2+、Co2+、Cu2+、Eu3 +、Fe2+、Fe3+、Hg2+、K+、Mg2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+；有机物溶液为：多巴胺、甘氨酸、蔗糖、D-半胱氨酸、D-葡萄糖、L-丙氨酸、L-精氨酸、L-半胱氨酸、L-酪氨酸；称取同等质量的碳量子点粉末，加入上述不同的金属离子和有机物溶液，碳量子点终浓度为0.5mg/mL的溶液，混合均匀，静置5min在最适波长下测定其荧光强度；并以未加金属离子和有机物的荧光碳量子点溶液(CDs)作为对照。
结果显示，实施例1制备好的荧光碳量子点溶液具有很好地耐盐性(图10)以及不易受外界环境的影响(图11)，在2.0M的盐溶液以及2.0mM的金属离子和有机物水溶液中荧光碳量子点的荧光维持在相对平稳的水平上。因此该荧光碳量子点具有很好的稳定性和耐光漂白性，能够长时间的储存，并且不易受外界环境的影响，具有更为广泛的应用范围。
实施例4荧光碳量子点溶液的酸碱指示性
配置0.5M的氢氧化钠溶液：首先称取2.0g的氢氧化钠于烧杯中，加入10mL的蒸馏水进行溶解，并转移到100mL的容量瓶中，随后用蒸馏水多次溶解烧杯中剩余的氢氧化钠并转移到容量瓶中，随后向容量瓶中加蒸馏水至刻度线，混合均匀，即得到0.5M的氢氧化钠溶液。
配置0.5M的盐酸溶液：量取1.18mL的盐酸溶液于烧杯中，加入适量的蒸馏水并转移到100mL的容量瓶中，随后用蒸馏水多次清洗烧杯并转移到容量瓶中，随后向容量瓶中加蒸馏水至刻度线，混合均匀，即得到0.5M的盐酸溶液。
用配置好的氢氧化钠和盐酸溶液调节实施例1荧光碳量子点溶液的pH值从2-13，并测定其荧光强度，结果如图12所示，从图12可以发现，在酸性条件下碳量子点的荧光强度处于相对稳定的状态，当pH值调节到8以后，随着pH值的上升，荧光强度呈现下降的趋势，并且荧光强度和pH值具有很好地线性关系，R2为0.9954。当向pH值为3的荧光碳量子点水溶液中滴加0.5M的氢氧化钠，调节其pH值为11后荧光被有效猝灭，当向猝灭后的荧光碳量子点溶液中滴加0.5M的盐酸，调节其pH值为3后荧光重新恢复，并多次重复了上述过程，恢复后的荧光强度只有轻微的变化，可以重复利用(图13)。在紫外灯下，检测pH值为3和pH值为11时的荧光强度，荧光碳量子点也呈现出十分明显的变化(图14)。
实施例5荧光碳量子点溶液对氨气浓度的指示效果
制备一个密闭的环境，利用氨气检测仪对密闭环境中的氨气浓度进行检测，并将5mL实施例1制备的荧光碳量子点溶液放置在该密闭环境中20min后，测定其荧光强度，如图15所示，可以发现随着氨气浓度的增加，荧光强度与之呈线性关系呈现下降的趋势，线性关系为：y＝-2.46x+1032.8，并且其R2达到了0.9973，检测限达到了0.22μg/mL，在紫外灯下也有明显的荧光强度变化(图16)，图16中从左到右依次为：氨气浓度为0的荧光碳量子点的发光强度、氨气浓度为10-50μg/mL的荧光碳量子点的发光强度。
实施例6
一种指示食物新鲜度的可视化标签，制备可视化标签的方法为：将滤纸剪成5×3cm尺寸的矩形，并浸泡在实施例1配置好的荧光碳量子点溶液中，浸泡30s后捞出，自然风干后在紫外灯下观察滤纸的荧光亮度，具有十分明亮的绿色荧光，随后将具有明亮绿色荧光的滤纸浸泡在1M的氢氧化钠溶液中30s，捞出，晾干，365nm紫外灯下滤纸的绿色荧光会被猝灭(图17)。
实施例7
一种指示食物新鲜度的方法，将实施例6制备的指示食物新鲜度的可视化标签与待检测的食物密封在一起，且指示食物新鲜度的可视化标签与待检测的食物不直接接触；一段时间后，在紫外灯下检测指示食物新鲜度的可视化标签的荧光强度，荧光强度越弱，表示挥发性盐基氮的含量越高，食物越不新鲜。
用于海鲜以及肉类新鲜度的检测：将实施例6制备好的可视化标签放置在特定的容器中来隔绝与海鲜和肉类的接触，随后在包装中放入海鲜以及肉类进行密封，将海鲜以及肉类放置在室温下以及4℃冰箱里进行储存，并且，每天观察指示标签以及海鲜和肉类的变化，通过手机进行记录，同时记录在紫外灯下的指示标签的荧光变化，同时也使用手机进行记录，并将每天的变化分别记录在图18和图19中。室温下储存的海鲜以及肉类，在储存一天后就展现出了明显的肉眼可见的变化，虾的颜色由原本的青灰色逐渐有红色部分的出现，猪肉表面则由原本的鲜红色转变成了偏紫红色的颜色，并产生了一定的异味，在紫外灯下，指示标签的荧光颜色从明亮的绿色荧光变成了墨绿色，荧光亮度明显减弱，并测定了其挥发性盐基氮的含量均大于15mg/100g，小于30mg/100g。第3天的时候，虾以及猪肉有了更为明显的变化，表面产生了粘液，虾的颜色由原本的青灰色变成了红色，猪肉表面则由原本的鲜红色转变成了紫红色，在色泽以及气味上都产生了明显的变化，紫外灯下可视化指示标签的荧光明显被猝灭，无明显荧光，测定其挥发性盐基氮的含量均大于30mg/100g。在4℃冰箱储存的虾以及猪肉则无明显的色泽变化，也没有产生明显的异味，在紫外灯下，可视化指示标签有着细微的变化，荧光强度在逐渐减弱，其挥发性盐基氮的含量也有着一定的增加。
由于海鲜和肉类在储存过程中产生的生物胺如尸胺、腐胺等都是呈碱性的，可以改变可视化标签的pH值，从而导致可视化标签的荧光变化，由此实现海鲜以及肉类新鲜度的可视化检测。而且，通过可视化标签可以实现海鲜以及肉类新鲜度的可视化检测，并且十分的安全，不会对食品产生污染，通过荧光可以有效的反应每个阶段的新鲜度的变化。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种荧光碳量子点，其特征在于，用于指示食物新鲜度，所述的食物为海鲜类、肉类中的至少一种；所述荧光碳量子点的制备方法如下：
（1）将金针菇和水按比例放入破壁机中研磨，制备成均匀的溶液；
（2）将步骤（1）制备的溶液进行微波加热，微波功率为350～700 W，加热时间为3～5min；
（3）微波加热完成后，冷却至室温，进行离心，去除不可溶的大颗粒物质；
（4）利用0.22 µm的滤膜将离心获得的上清液进行过滤，将过滤后的上清液冷冻干燥成粉末；
（5）向冻干粉中加水复溶，即得荧光碳量子点。
2.根据权利要求1所述的荧光碳量子点，其特征在于，所述步骤（1）中金针菇的使用量为0.5～3g；水的添加量为10～15mL。
3.根据权利要求1所述的荧光碳量子点，其特征在于，所述步骤（3）中的离心为转速为8000～12000 rpm，时间为20～40 min。
4.根据权利要求1所述的荧光碳量子点，其特征在于，所述步骤（4）的冷冻干燥为先在-80℃冰箱里进行预冷冻，预冷冻6h后进行冻干，冻干温度为-80～-60℃；冷冻干燥的时间48～72h。
5.一种指示食物新鲜度的可视化标签，其特征在于，将滤纸浸泡于权利要求1-4任一项所述荧光碳量子点的溶液中，使滤纸充分浸润后，捞出，晾干即得指示食物新鲜度的可视化标签；所述的食物为海鲜类、肉类中的至少一种。
6.根据权利要求5所述指示食物新鲜度的可视化标签，其特征在于，浸泡时间为30 s～1 min。
7.根据权利要求5所述指示食物新鲜度的可视化标签，其特征在于，所述荧光碳量子点的溶液的浓度为0.5 mg/mL。
8.一种指示食物新鲜度的方法，其特征在于，将权利要求5所述的指示食物新鲜度的可视化标签与待检测的食物密封在一起，且指示食物新鲜度的可视化标签与待检测的食物不直接接触；一段时间后，在紫外灯下检测指示食物新鲜度的可视化标签的荧光强度，荧光强度越弱，表示挥发性盐基氮的含量越高，食物越不新鲜；所述的食物为海鲜类、肉类中的至少一种。
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CN111830022A (zh) * 2020-07-29 2020-10-27 河北科技大学 一种肉类新鲜度指示阵列、其制备方法及应用

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