CN115165870A - 一种南美白对虾新鲜度指示比色膜及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种南美白对虾新鲜度指示比色膜的制备，其特征在于比色膜通过以下步骤得到：S1获取杨梅渣粉末：收取杨梅废弃物，榨汁取杨梅渣，将杨梅渣进行冷冻干燥，研磨成粉末状；S2提取杨梅渣花青素：称取适量杨梅渣粉，用50%的酸化乙醇提取杨梅渣花青素溶液，滤液经过抽滤处理后，再蒸发去除酒精与大部分水，最后经冷冻干燥获得杨梅渣花青素提取物；S3制备比色膜：在杨梅渣花青素提取物水溶液中添加成膜物质，得到成膜溶液，将成膜溶液进行成膜处理，得到比色膜。基于普鲁兰多糖/海藻酸钠和杨梅渣花青素的比色薄膜在虾鲜度监测和智能包装方面具有很大的应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于食品监测技术领域，具体涉及一种南美白对虾新鲜度指示比色膜及其制备方法、应用。
背景技术
食品的新鲜度下降过程常伴随着pH值的改变，例如富含蛋白质的水产品在运输和贮藏期间易氧化腐败，产生挥发性胺类物质，导致包装中的pH值升高；而水果蔬菜由于不同的微生物(乳酸菌、酵母菌和霉菌等)引起变质腐败，产生乙醇、芳香化合物、有机酸、酮和乙醛等代谢产物，导致包装环境的pH值降低。食品新鲜度指示膜可根据包装环境内部pH值的变化发生颜色改变，对食品新鲜度的指示具有非常大的意义。
基质是比色膜的重要组成部分，石油基塑料包装存在污染环境、资源不可再生等劣势，因此新型包装考虑包装材料的安全性与可降解性能，另一方面，比色膜的形态是智能包装的的一个重要特性，理想的智能包装系统应在储存过程中保持形态完整且可以灵敏显示食物的品质状态。含花青素的智能包装系统变色原理是由于挥发性氨扩散到薄膜基质中并与薄膜中的水分结合形成NH3·H2O，其进一步水解为NH4 +和OH-，导致包装环境呈碱性，从而改变花青素的结构，引起颜色变化。普鲁兰多糖与海藻酸钠都是亲水性材料，更容易捕捉储存空间中的水分与挥发性气体，使得显色更加灵敏。普鲁兰多糖膜具有优良的成膜性，生物可相容性，具有较高的透明度，是极佳的成膜材料，普鲁兰多糖为中性多糖，可以通过氢键作用与花青素结合，对花青素的颜色影响较小。海藻酸钠是一种从海带或者海藻中提取的天然多糖，是一种常见的阴离子多糖，分子链中含有大量的羟基和羧基，具有良好的成膜性和生物相容性，可以通过静电相互作用以及氢键作用与花青素结合，将花青素固定在成膜基质中，但是单纯的海藻酸钠基膜具有很强的亲水性，在高湿环境中容易发生溶胀破裂等现象，限制了其在食品包装中的应用，通常会添加其他物质对海藻酸钠膜的性质进行改善。普鲁兰多糖与海藻酸钠复配构成成膜材料，由于电荷和氢键的存在，可以改善和增强复合材料的性质，而且花青素也可以被固定在复合膜中，防止花青素的迁移，增加复合膜的灵敏度和应用范围。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明设计提供一种南美白对虾新鲜度指示比色膜及其制备方法、应用的技术方案。
本发明具体通过以下技术方案实现：
本发明第一方面提供了一种南美白对虾新鲜度指示比色膜的制备，该比色膜通过以下步骤得到：
S1获取杨梅渣粉末：收取杨梅废弃物，榨汁取杨梅渣，将杨梅渣进行冷冻干燥，研磨成粉末状；
S2提取杨梅渣花青素：称取适量杨梅渣粉，用酸化乙醇提取杨梅渣花青素溶液，溶液经过抽滤处理后，蒸发去除酒精与大部分水，最后经冷冻干燥获得杨梅渣花青素提取物；
S3制备比色膜：杨梅渣花青素提取物水溶液中添加成膜物质，得到成膜溶液，将成膜溶液进行成膜处理，得到比色膜。
进一步，所述步骤S1中，冷冻干燥时间为48h。
进一步，所述步骤S2中，提取抽滤处理包括以下步骤：
S21配置提取液：按95%乙醇：0.1 mol/L柠檬酸：蒸馏水=4：1：3配置得到酸化乙醇，杨梅渣粉与酸化乙醇的料液比1：16；
S22将S21配置的提取液在温度40℃，超声功率400 W的条件下超声15min，然后在温度40℃的水浴锅中浸提35min，平行三组，抽滤，得滤液A；
S23滤渣二次提取，在温度40℃，超声功率400 W的条件下超声7.5min，然后在温度40℃的水浴锅中浸提17.5min，得滤液B；
S24合并滤液A和滤液B。
进一步，所述步骤S3中，制备成膜溶液包括以下步骤：
S31配制质量比为2%～6%的杨梅渣花青素提取物水溶液，加入浓度比为0.4%甘油，最后将2g成膜物质分别溶解于100mL杨梅渣花青素提取物水溶液中；
S32在300rpm转速下搅拌至溶液澄清透明。
进一步，所述步骤S31中成膜物质包括普鲁兰多糖和海藻酸钠，且普鲁兰多糖：海藻酸钠为2:3，此比例的成膜物质能在水环境中保持良好形态，又对氨气具有较高的灵敏度。
进一步，所述步骤S3中的成膜处理为：取成膜溶液倒入塑料皿中，在25℃，50%相对湿度条件下干燥48小时，获取比色膜。
本发明第二方面提供了一种通过上述制备方法得到的南美白对虾新鲜度指示比色膜。
本发明第三方面提供了南美白对虾新鲜度指示比色膜作为南美白对虾新鲜度监测的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的比色膜，天然安全无毒，对pH值敏感，普鲁兰多糖/海藻酸钠和杨梅渣花青素的比色膜在南美白对虾鲜度监测和智能包装方面具有很大的应用潜力，随着虾的新鲜程度降低，比色膜会发生相对应的颜色变化，指示该包装中的虾的新鲜度。
附图说明
图1不同基质比色膜浸水后形态图与氨气的敏感性；
图2比色膜的横断面扫描电镜图与水接触角值照片；
图3比色膜透光率；红外光谱图；X射线衍射图谱；
图4比色膜热重分析图谱；
图5比色膜稳定性色差图；
图6比色膜储存0，20，40，60天对氨气的敏感性图；
图7比色膜监测4℃南美白对虾6天的变化；
图8比色膜在4℃下监测南美白对虾颜色参数变化及南美白对虾在储存过程中pH值与TVB-N值的变化。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
（一）实施例
一种南美白对虾新鲜度指示比色膜，所述比色膜通过以下步骤得到：
S1获取杨梅渣粉末：收取杨梅废弃物，榨汁取杨梅渣，将杨梅渣进行冷冻干燥48h，研磨成粉末状；
S2提取杨梅渣花青素：称取适量杨梅渣粉，用酸化乙醇提取杨梅渣花青素，料液比为1：16，滤液经过抽滤处理后，再利用旋转蒸发仪去除酒精与大部分水，最后经冷冻干燥获得杨梅渣花青素提取物；
具体的，提取抽滤处理包括以下步骤：
S21配置提取液：按95%乙醇：0.1 mol/L柠檬酸：蒸馏水=4：1：3配置得到酸化乙醇，杨梅渣粉与酸化乙醇的料液比1：16；
S22将S21配置的提取液在温度40℃，超声功率400 W的条件下超声15min，然后在温度40℃的水浴锅中浸提35min，平行三组，抽滤，得滤液A；
S23滤渣二次提取，在温度40℃，超声功率400 W的条件下超声7.5min，然后在温度40℃的水浴锅中浸提17.5min，得滤液B；S24合并滤液A和滤液B；
S3制备比色膜：首先以添加成膜物质为基础，分别配制0%，2%，4%，6%的杨梅渣花青素提取物（W/W）水溶液，再加入0.4%甘油（W/V），按照每100mL上述不同浓度的杨梅渣花青素提取物水溶液中加入0.8g普鲁兰多糖和1.2g海藻酸钠，在300rpm转速下搅拌至溶液澄清透明，获取四份成膜溶液，取成膜溶液倒入塑料皿中，在25℃，50%相对湿度条件下干燥48小时，获取四份比色膜。
（二）实施例中四种不同浓度的杨梅渣花青素提取物水溶液获取比色膜的性能测试方法如下：
（1）膜的截面形貌：采用扫描电子显微镜在4000倍的放大倍数下观察膜的横截面形貌，测试前将膜在液氮中淬断，并进行真空溅射喷金处理。
（2）膜的透光率：用紫外分可见光光度计测定膜的透光率：将膜裁剪成矩形（10mm×30mm），放置在紫外可见分光光度计测试槽的石英比色皿中，在200nm-800nm的波长范围内进行扫描，使用空的比色皿作为参照。
（3）FTIR光谱：采用衰减全反射模式的红外光谱仪测定膜、普鲁兰多糖粉末、海藻酸钠粉末和杨梅渣花青素提取物粉末的红外光谱图，在4000cm-1-650 cm-1的波长范围内，每分钟对样品进行32次扫描，分辨率为4cm-1。
（4）XRD图谱：采用具有Cu-Kα辐射的X-射线衍射仪对膜、普鲁兰多糖粉末、海藻酸钠粉末和杨梅渣花青素提取物粉末的结晶性能进行了测试，光谱强度为2θ = 5°-50°，扫描速率为2º/min。
（5）膜的热稳定性：采用热重分析仪测定膜的热稳定性：称取约4 mg的膜样品于石英坩埚中，测定30°C-700℃膜的重量损失，升温速率设置为10℃/min。
膜的稳定性测试：用手持CR-400色差仪测量膜的L*（明度）、a*（红绿度）和b*（蓝黄度）。总色差（ΔE）按下式计算:
式中，L*、a*、b*为膜的颜色参数；L 0 *、a 0 *、b 0 *为标准白板的颜色参数；
将指示膜放置在标准白板上，用数码相机记录指示膜的颜色，用手持CR-400色差仪测量颜色参数（L*，a*和b*），根据上述公式计算总色差（ΔE）。
（6）膜的厚度和机械性能：用测厚规（精度为0.001mm）测量膜的厚度，随机取膜上的10个点进行测量。膜的机械性能用电子拉伸试验机测定了膜的拉伸强度和断裂伸长率，将膜裁剪成矩形（20 mm×70 mm），固定在拉力机的两个夹具间，夹紧距离设定为40 mm，拉伸速度设定为50 mm/min。每种膜重复测定6次。
膜的水分含量：通过将膜在105℃烘箱中干燥至恒重测定膜的干燥前质量和干燥后质量，计算水分含量，计算公式如下：
式中m和M分别为膜的干燥前质量和干燥后质量。
（7）膜的水接触角：采用光学接触角测定仪测量膜表面的水接触角：将膜裁剪成矩形（20 mm×50 mm），紧密贴于载玻片，将一滴10 μL的超纯水滴在膜表面，由高速摄像机记录瞬时液滴照片，选取拉普拉斯杨方程拟合液滴剖面数据，每种膜重复测定6次。
（8）膜的水蒸气透过系数（Water vapor permeability, WVP）：将称量瓶放置在烘箱中，105℃下干燥至恒重，并放入10 g变色硅胶，然后选择表面均匀、无孔洞的膜，测量膜的厚度后，将膜覆盖在称量瓶口，然后用液体石蜡和橡皮筋密封，称重；将称重后的称量瓶放入含有蒸馏水（100%相对湿度）的干燥器中；在室温条件下，每隔24 h取出称取重量，连续6天。水蒸气透过系数计算公式如下：
式中，WVP-水蒸气透过系数，Δm-相同时间内称量瓶的增重，g；d-膜的厚度，mm；A-膜的渗透面积，m2；Δt-测定时间间隔，s；ΔP-膜两侧的水蒸气压差，Pa。
（9）溶胀指数：将比色膜切成直径2cm的圆形，在风干条件下称重，然后浸入去离子水中30秒，用滤纸擦去多余水分，称重。溶胀指数计算如下：
m 和 M 分别是吸水前后比色膜的质量。
（10）比色膜对挥发性氨的变色敏感性（比色膜对挥发性氨灵敏度的测定）：将比色膜（30 mm×40 mm）暴露于0.8M的氨水溶液中24 min，氨水溶液与膜之间的距离为1 cm，每2min用数码相机记录颜色，并用手持CR-400色差仪测定膜的颜色参数（R、G和B），计算膜对挥发性氨的灵敏度。
式中R i 、G i 、B i 和R f 、G f 、B f 分别为膜的初始值和测量值。
（11）用比色膜对南美对虾新鲜度进行监测：将比色膜固定在装有三只新鲜南美白对虾的塑料皿的顶部，用封口膜密封好，在4°C条件下保存6d；每天测定南美白对虾的挥发性盐基氮含量和pH值，建立比色膜颜色变化与南美白对虾的挥发性盐基氮含量相关性；同时，用相机拍摄比色膜的颜色。
（三）分析结果
为筛选指示膜载体，通过研究多种材料得出如下结论：以壳聚糖作为指示膜载体，由于壳聚糖本身具有较强的疏水性，在应用过程中指示膜表现出较低的灵敏度；玉米醇溶蛋白本身呈现黄色，在应用过程中掩盖了花青素的变色；大豆分离蛋白需在碱性条件下溶解，导致指示膜在应用过程中颜色变化不明显；以羧甲基纤维素钠为指示膜载体，指示膜在应用过程中容易破损，不能保持完整的形态；普鲁兰多糖与海藻酸钠复配构成成膜材料，由于电荷和氢键的存在，可以改善和增强复合材料的性质，最终选择以普鲁兰多糖与海藻酸钠作为智能指示膜的载体。分别配置2%(w/v)的普鲁兰多糖溶液与2%(w/v)的海藻酸钠溶液，其中溶剂中花青素含量为成膜基质的4%（w/w）。将两种溶液按照1:0、4:1、3:2、1:1、2:3、1:4与0:1的比例混合，制备7种比色膜，分别命名为PS1-0、PS4-1、PS3-2、PS1-1、PS2-3、PS1-4与PS0-1。
结合图1，不同的比色膜在水中浸泡30S后，PS3-2，PS1-1，与PS2-3能够较好的保持比色膜的形态，因为普鲁兰多糖与海藻酸钠在复配的过程中生成了分子间的氢键，分子间的交联使得比色膜的内部结构更加紧密，具有更好的形态保持能力。不同比色膜对氨气表现出不同的敏感性，其中PS2:3具有最高的氨气敏感性。在所有基质中，因PS2-3既能在水环境中保持良好形态，又对氨气具有较高的灵敏度，因此选择PS2-3为比色膜的载体进行下一步研究。
对花青素含量不同的比色膜进行实验，其中PSA0表示不添加杨梅渣花青素，PSA2添加2%的杨梅渣花青素，PSA4为添加4%的杨梅渣花青素，PSA6为添加6%的杨梅渣花青素。
结合图2，SEM的结果表明，杨梅渣花青素与成膜基质具有良好的相容性，截面光滑平整，随着杨梅渣花青素提取物含量增加，薄膜截面逐渐粗糙，水接触角值先降低后变大，降低是由于花青素的添加略微破坏了薄膜原本的结构，增加是由于花青素的添加增加了薄膜的粗糙程度。
结合图3，比色膜的透光率表明，在520 nm处有特征吸收峰，花青素成功的结合到比色膜上并保留花青素的本身的性质；比色膜的FT-IR光谱表明，杨梅渣花青素被成功地固定在成膜基质上；XRD的结果表明，杨梅渣花青素加入对薄膜的结晶程度没有影响，是因为薄膜的三级和内部结构没有被破坏。结合图4，花青素的加入提高了膜的热稳定性能。结合图5，比色膜在储存过程中具有很高的稳定性能。结合图6，比色膜对氨气均具有较高的敏感性，随着花青素的增多，敏感性随之增加。
对各组比色薄膜进行物理及机械性质检测，其检物理性质测结果如表1所示。
表 
比色薄膜的物理性质
花青素的加入，对膜的抗拉强度无显著影响( p>0.05)，抗拉强度、水分含量、溶胀指数和水蒸气透过率增大，这主要和花青素的亲水性有关。
结合图7，图8，通过对比结果，结合颜色参数对照，南美白对虾TVB-N值小于10mg/100g时，PSA4与PSA6呈现粉红色；当南美白对虾TVB-N值在10mg/100g-25mg/100g时，PSA4与PSA6呈现蓝色；当南美白对虾TVB-N值大于28mg/100g时，PSA4与PSA6呈现黄绿色，此时南美白对虾变得腐败；PS A2在指示过程中，没有发生红色-蓝色-黄绿色的颜色变化，因此不能有效的指示南美白对虾的新鲜程度。比色膜对虾的腐败具有很好的指示作用，且可见颜色变化与上述化学指标测定的腐败程度一致。
基于普鲁兰多糖/海藻酸钠和杨梅渣花青素的比色膜在虾鲜度监测和智能包装方面具有很大的应用潜力，且为天然花青素指示膜在食品货架期监测中的应用提供参考。
Claims (8)
1.一种南美白对虾新鲜度指示比色膜的制备方法，其特征在于比色膜通过以下步骤得到：
S1获取杨梅渣粉末：收取杨梅废弃物，榨汁取杨梅渣，将杨梅渣进行冷冻干燥，研磨成粉末状；
S2提取杨梅渣花青素：称取适量杨梅渣粉，用酸化乙醇提取杨梅渣花青素溶液，溶液经过抽滤处理后，蒸发去除酒精与大部分水，最后经冷冻干燥获得杨梅渣花青素提取物；
S3制备比色膜：杨梅渣花青素提取物水溶液中添加成膜物质，得到成膜溶液，将成膜溶液进行成膜处理，得到比色膜。
2.根据权利要求1所述的一种南美白对虾新鲜度指示比色膜的制备方法，其特征在于所述步骤S1中，冷冻干燥时间为48h。
3.根据权利要求1所述的一种南美白对虾新鲜度指示比色膜的制备方法，其特征在于所述步骤S2中，提取抽滤处理包括以下步骤：
S21配置提取液：按95%乙醇：0.1 mol/L柠檬酸：蒸馏水=4：1：3配置得到酸化乙醇，杨梅渣粉与酸化乙醇的料液比1：16；
S22将S21配置的提取液在温度40℃，超声功率400 W的条件下超声15min，然后在温度40℃的水浴锅中浸提35min，平行三组，抽滤，得滤液A；
S23滤渣二次提取，在温度40℃，超声功率400 W的条件下超声7.5min，然后在温度40℃的水浴锅中浸提17.5min，得滤液B；
S24合并滤液A和滤液B。
4.根据权利要求1所述的一种南美白对虾新鲜度指示比色膜的制备方法，其特征在于所述步骤S3中，制备成膜溶液包括以下步骤：
S31配制质量比为2%～6%的杨梅渣花青素提取物水溶液，加入浓度比为0.4%甘油，最后将2g成膜物质分别溶解于100mL杨梅渣花青素提取物水溶液中；
S32在300rpm转速下搅拌至溶液澄清透明。
5.根据权利要求4所述的一种南美白对虾新鲜度指示比色膜的制备方法，其特征在于所述步骤S31中成膜物质包括普鲁兰多糖和海藻酸钠，且普鲁兰多糖：海藻酸钠为2:3。
6.根据权利要求1所述的一种南美白对虾新鲜度指示比色膜的制备方法，其特征在于所述步骤S3中的成膜处理为：取成膜溶液倒入塑料皿中，在25℃，50%相对湿度条件下干燥48小时，获取比色膜。
7.通过权利要求1-6任一制备方法得到的南美白对虾新鲜度指示比色膜。
8.如权利要求7所述的南美白对虾新鲜度指示比色膜作为南美白对虾新鲜度监测的应用。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115558140A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-03 | 扬州大学 | 一种基于不同热处理紫薯粉制备新鲜度指示膜的方法 |
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2022
- 2022-08-01 CN CN202210914425.8A patent/CN115165870A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN115558140A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-03 | 扬州大学 | 一种基于不同热处理紫薯粉制备新鲜度指示膜的方法 |
| CN115558140B (zh) * | 2022-10-12 | 2023-08-18 | 扬州大学 | 一种基于不同热处理紫薯粉制备新鲜度指示膜的方法 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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