CN115931992B - 一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法及其应用,所述制备方法为将可食用天然高分子材料、天然色素、交联剂混合制备成胶液;将热成胶液倒入模具中反应后起模获得柔性水凝胶传感基底,在柔性水凝胶传感基底表面均匀旋涂一层上述热成胶液,将平行的柔性电极的一端半包埋在旋涂的表面成胶液中,待成胶液完全成胶粘接柔性电极,制备得到柔性电子材料。本发明制备的柔性电子材料能够在电压作用下实现颜色变化,并能以颜色变化为标准检测肉类的pH。此外,这种柔性电子材料检测肉类新鲜度操作门槛较低,不依赖精密的仪器设备,制备材料无毒、无害、具有良好的生物相容性,可实现肉类新鲜度的快速、无损可视化检测。
Description
技术领域
本发明属于肉类质量检测领域,涉及一种肉类新鲜度检测的方法,特别涉及一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法及其应用。
背景技术
肉类口味鲜美,富含人体所需的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质,是人类膳食结构的重要组成部分。肉的腐败变质不仅会使其营养价值丧失,口感变差;而且会产生有毒物质,严重危害人的身体健康,导致食品安全事故的发生。因此,肉类新鲜度检测对维护消费者的切身利益以及促进肉类产业健康发展具有重要的意义。现有的检测技术主要可以分为有损检测和无损检测两大类。有损检测是通过对肉类样本进行破坏性实验来获取肉类的品质属性,这种方法难以满足大批量检测以及市场流通的需求。相比有损检测,无损检测技术备受研究者青睐。随着科技的进步,电子鼻、电子舌、机器视觉、高光谱等技术都已应用到肉类的无损检测中。这些技术通过先进的仪器设备可以对肉类实现精确快速的检测,然而其检测成本较高。此外,还存在依赖专业操作人员、检测操作复杂的问题。因此,开发一种操作简单、经济实惠的肉类新鲜度无损检测方法,对于降低检测门槛,提高检测的普适性具有重要的意义。
柔性电子技术是一种将电子元器件封装在柔性基板中实现对外界刺激感应并通过响应信号展示的一种技术。柔性电子材料以其可拉伸、粘附性高、便携易操作等特点,成为了可穿戴设备、医疗器械、疾病监测等领域最广泛使用的材料之一。尤其在检测领域,柔性电子材料正发挥着越来越重要的作用,如环境检测和人体健康检测等领域。然而,柔性电子材料在肉类新鲜度检测领域的应用少有报道。。
发明目的
发明内容:针对现有技术存在的问题,本发明提供一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法,本发明制备的柔性电子材料,制备工艺简单,操作门槛较低,解决现有肉类新鲜度检测流程复杂,操作专业性较高的问题。此外,本发明还将柔性电子材料应用于检测肉类新鲜度中。
技术方案:为了实现上述目的,本发明所述一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)柔性水凝胶传感基底的制备步骤:将可食用天然高分子材料与天然色素通过加热搅拌溶解并混合交联剂制备成胶液;其中,所述成胶液配制液采用pH缓冲液,为水凝胶基底提供电解质,电压刺激下可以发生电解水反应改变局部pH产生变色现象;将热成胶液倒入模具中利用交联反应形成网络结构稳定的水凝胶,起模获得柔性水凝胶传感基底;
(2)柔性电子材料的构建:在柔性水凝胶传感基底表面均匀旋涂一层步骤(1)的热成胶液,将两个平行的柔性电极的一端半包埋在旋涂的表面成胶液中,待成胶液完全成胶粘接柔性电极,制备得到柔性电子材料。本发明可以通过给柔性电极通电刺激柔性水凝胶传感基底,从而实现柔性电子材料发生颜色变化;本发明通过电压刺激水凝胶基底实现颜色变化,并以梯度电压实现色差调控,为不同pH可视化检测提供基础。
其中,步骤(1)中所述可食用天然高分子材料可选用明胶、胶原、多糖等无毒、无害可食用材料中的任意一种或者多种,浓度为70-140mg/mL;天然色素可选用姜黄素或花青素等无毒、无害pH敏感型植物色素中的任意一种或者多种,浓度为0.5-1.5mg/mL。
其中,步骤(1)中制备成胶液采用pH缓冲液,pH缓冲液可选用柠檬酸、柠檬酸钠,磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等无毒、可提供电解质离子的pH缓冲对制备,所述pH缓冲液浓度为0.1-0.5mol/L。其中,步骤(1)中所述交联剂选用谷氨酰胺转移酶(Tg酶)、过氧化酶(POD酶)、多酚氧化酶(PPO酶)等食品级交联剂中的任意一种或者多种,浓度为30-70mg/mL,所述的交联成胶利用交联剂诱导天然高分子材料发生交联反应制备不可逆的三维网络结构水凝胶。
其中,步骤(1)中所述成胶液在40-60℃高温环境下倒入制备材料无毒的模板中。进一步地,所述的成胶液的制备是将在加热搅拌下充分混合后的热溶液倒入模板中。
其中,步骤(2)中在柔性水凝胶传感基底表面均匀旋涂一层0.05-0.25mm的热成胶液,待成胶液完全凝固,将柔性电极半包埋粘接。
其中,步骤(2)中柔性电极为铂丝、金丝或者银丝等无毒无害的惰性电极中的任意一种或者多种,其直径为0.1-0.5mm,并可通弯折方法对电极形状进行图案化设计,如“S”形、星形、方框形等。
其中,步骤(2)中的梯度电压为2.5-4.0V,通电时间为1-5min。颜色变化是通过电解水改变柔性水凝胶传感基底的局部pH时使天然色素发生颜色变化。
作为优选,所述旋涂的成胶液厚度为0.1mm,电极的直径为0.2mm,成胶液开始时为液体,随着时间增长会交联成胶,将电极半包埋粘接。
本发明所述的可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法所制备的柔性电子材料在检测肉类新鲜度中的应用。
进一步地,所述应用为:将柔性电子材料贴于肉表面,肉类的组织液会渗透到柔性水凝胶传感基底中,柔性水凝胶传感基底实现与新鲜和腐败的肉类pH值实时同步。柔性电极接通直流电源,在合适的电压和通电时间下新鲜肉的组织液浸润的柔性电子材料不发生颜色变化,腐败肉的组织液浸润的柔性电子材料发生明显颜色变化,以颜色变化区分肉类的新鲜度。具体是如由黄色变化后为红色;或者从红色到紫色再到蓝色。
其中,所述接通直流电源的电压为直流电压,电压为2.5-4.5V,通电时间为30-70s。
进一步地,应用中所述的直流电源为直流稳压电源、干电池、柔性电池等直流供电设备。
本发明将柔性电子材料与肉类新鲜度检测结合,引入柔性水凝胶基底,柔性电极等材料,通过电压刺激,以明显的颜色区分检测肉类新鲜度。本发明制备的柔性电子材料以较低的操作门槛,解决现有检测方法步骤繁琐,专业性高的问题。
本发明中选用的姜黄素是pH响应色素,在不同的pH区间会表现出颜色变化,但是在肉类新鲜和腐败的pH区间颜色变化并不明显。如图1所示,本发明通过明胶封装姜黄素制备柔性水凝胶基底,缓冲液提供导电离子,并且选用惰性电极作为柔性电极,在电压刺激下发生电解水的反应但不产生副反应,改变水凝胶基底的局部pH,使其发生颜色变化。通过调节刺激电压和通电时间,实现姜黄素凝胶在肉类新鲜和腐败pH区间的颜色区分度,并以明显的颜色差别实现对肉类新鲜度可视化检测。
本发明制备的柔性电子材料具有良好的贴附性,可附着于肉类表面作为新鲜度检测的基石,柔性电子材料贴合于肉类的表面,肉类的组织液会渗透到柔性水凝胶传感基底中实现pH值实时同步。柔性电极接通直流电源,在合适的电压和通电时间下,与新鲜肉类结合的柔性电子材料不发生颜色变化,与腐败肉类结合的发生明显颜色变化,实现肉类的新鲜度的可视化检测。本发明的柔性电子材料的优异的检测响应性能和其简易的操作手段为低门槛检测肉类新鲜度提供新思路。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)相对于传统肉类新鲜度检测方法,本发明制备用于检测肉类新鲜度的柔性电子材料无毒、无害、生物相容性好,并具备良好的柔韧性。基于如姜黄素由黄到红的颜色变化,可实现肉类新鲜度的无损、可视化检测。
(2)本发明制备的柔性水凝胶基底的原料成本低、易获得,制作工艺简单。结合铂电极构建出的柔性电子材料,电刺激下颜色变化明显,pH检测性能良好。本发明首次将具有电致变色性能的柔性电子材料应用于肉类新鲜度检测领域。
(3)采用本发明方法制备得到的柔性电子材料在保证良好的柔韧性的同时还具备良好的贴附性,可贴附于肉上实现实时物质传输检测肉类新鲜度,并且检测操作门槛较低,不需要复杂的仪器设备,可实现对肉类新鲜度的快速、便捷检测。
附图说明
图1为本发明的柔性电子材料变色示意图;
图2为水凝胶基底的pH响应性(pH 4-11);
图3为柔性水凝胶传感基底制备流程图;
图4为20-140mg/mL明胶,梯度20mg/mL,30mg/mL Tg酶第8min成胶效果(从左往右明胶浓度依次增加);
图5为10-70mg/mL Tg酶,梯度10mg/mL,100mg/mL明胶第8min成胶效果(从左往右Tg酶浓度依次增加);
图6为0.5mg/mL-3.5mg/mL姜黄素,梯度0.5mg/mL,100mg/mL明胶,30mg/mL Tg酶制作凝胶(从左往右姜黄素浓度依次增加);
图7为柔性电子材料组装图;
图8为柔性电子材料电致变色图,其中(a)柔性电子材料电致变色示意图,(b)不同电压(2.5-4.0V)下色差与通电时间的实物图,(c)不同电压(2.5-4.0V)连续通电的电致变色关系图,(d)柔性电子材料图案化;
图9为1.0-2.5V电压刺激pH 5.8和pH6.6柔性电子材料的色差图,其中(a)1.0V,(b)1.5V,(c)2.0V,(d)2.5V;
图10为3.0-4.5V电压刺激pH5.8和pH 6.6柔性电子材料的色差图,其中(a)3.0V,(b)3.5V,(c)4.0V,(d)4.5V;
图11为用于肉类组织液新鲜度检测图,其中,(a)3.0V电压电刺激新鲜鸡肉组织液浸泡0.1mol/L pH 5.8缓冲液制备的柔性水凝胶基底,(b)3.0V电压电刺激腐败鸡肉组织液浸泡0.1mol/L pH 5.8缓冲液制备的柔性水凝胶基底,(c)为3.0V电压电刺激新鲜/腐败鸡肉汁液浸泡0.1mol/L pH 5.8缓冲液制备的柔性水凝胶基底色差图;
图12为用于肉类组织液新鲜度检测图,其中,(a)3.0V电压电刺激新鲜鸡肉组织液浸泡0.5mol/L pH5.8缓冲液制备的柔性水凝胶基底,(b)3.0V电压电刺激腐败鸡肉组织液浸泡0.5mol/L pH5.8缓冲液制备的柔性水凝胶基底,(c)为3.0V电压电刺激新鲜/腐败鸡肉汁液浸泡0.5mol/L pH5.8缓冲液制备的柔性水凝胶基底色差图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例中所使用的原料和试剂等都是市售可得。
其中,明胶、姜黄素、谷氨酰胺转移酶(Tg酶)均市售可得,谷氨酰胺转移酶(Tg酶)购于上海吉至生化科技有限公司,货号AT9482-500g(100U/g)。
实施例1
姜黄素的柔性水凝胶基底可用于环境的pH可视化检测的验证
配制0.1mol/L柠檬酸,0.1mol/L柠檬酸钠,0.1mol/L碳酸氢钠和0.1mol/L碳酸钠溶液作为pH液原液,通过混合、滴定并测量pH的步骤配制pH 4-pH 11的标准液以备使用,其中pH 4-pH 8的标准液由0.1mol/L柠檬酸和0.1mol/L柠檬酸钠制备,pH 9-pH 11的标准液由0.1mol/L碳酸氢钠和0.1mol/L碳酸钠溶液配置。取姜黄素0.02g和2g明胶混合溶于10mL水,经50℃和600r/min磁力搅拌12h获得成胶液,并与0.6g Tg酶溶于10mL的水溶液混合。倒入10mm×10mm×8mm的模板,静置2h,然后取模,将水凝胶基底分别置于上述不同pH的溶液中,利用pH计测量浸泡液量微小的pH变化,并调整到所需的pH。观察不同pH液中的颜色变化。
将制备的水凝胶基底置于不同pH环境中,如图2所示,酸性条件下,姜黄素分子结构未发生变化,凝胶呈黄色。在pH 4-pH 9环境中水凝胶基底颜色未有明显的差别。pH值增加到10时,姜黄素随着溶液中OH-增多,改变姜黄素分子结构,促进姜黄素分子的电离,水凝胶基底发生明显的颜色变化,水凝胶由黄色变为呈橙色,并发生红色的姜黄素色素分子扩散。实验表明,水凝胶基底具有良好的pH响应性,人眼可明显区分颜色变化。pH增加到11时,水凝胶基底的颜色呈红棕色。因此,基于姜黄素的柔性水凝胶基底可用于环境的pH可视化检测。
实施例2
柔性水凝胶传感基底的制备:
以含0.1mol/L的柠檬酸溶液和0.1mol/L柠檬酸钠溶液作为pH缓冲液原液,并配制pH 7的缓冲液作为柔性水凝胶传感基底的配制液。如图3所示,将明胶与姜黄素在50℃600r/min磁力搅拌环境下12h溶解在配制液中并将热溶液快速混合Tg酶溶液制备成胶液。成胶液中的明胶浓度为100mg/mL,Tg酶浓度为30mg/mL,姜黄素浓度为1mg/mL。取300uL热成胶液倒入10mm×10mm×8mm的方形模板后通过交联成胶形成网络结构稳定的柔性水凝胶,经取模获得10mm×10mm×3mm方块状柔性水凝胶传感基底。
在制备过程中,通过调整成胶原料或交联剂的浓度获得不同成胶特性的水凝胶,交联成胶温度为50℃。如图4所示,为本实施例中仅调节明胶浓度得到不同成胶特性的水凝胶,可以观察到成胶特性随明胶浓度的变化,成胶液出现稀液态、挂壁现象、充分成胶三种状态。控制明胶浓度为20-140mg/mL,梯度20mg/mL,姜黄素浓度为1mg/mL,Tg酶浓度为30mg/mL,其他因素不变,在第8min处,20mg/mL、40mg/mL明胶浓度的混合液呈稀液态,成胶情况较差,60mg/mL的混合液出现挂壁现象,在80mg/mL的明胶浓度已经充分凝固,但此时强度还较低,不易操作。若明胶浓度较高,成胶过快在倒模过程中会出现粘度增大的现象,不利于实验操作,造成原料浪费。综合考虑到水凝胶基底的方便快速制备和节约原材料的因素,选择100mg/mL的明胶作为制备浓度。图5为本实施例中调节Tg酶浓度得到不同交联成胶特性的水凝胶,控制Tg酶浓度为10-70mg/mL,梯度10mg/mL,明胶浓度为100mg/mL,姜黄素浓度为1mg/mL,其他因素不变,在第8min处。由图5可见,10mg/mL的Tg酶浓度混合液已经出现少许挂壁现象,随着酶浓度增加,交联反应随之增强,酶浓度到达30mg/mL时,混合液已经充分成胶,超过30mg/mL时在倒模过程中会使粘度增大,导致水凝胶凝固成胶过快,不利于倒模操作。图6为本实施例中控制姜黄素浓度为0.5-3.5mg/mL的水凝胶,梯度0.5mg/mL,其他因素不变,由于姜黄素有着难溶于水的性质,较高浓度的姜黄素溶液会产生颗粒聚集,姜黄素颗粒的分散不均匀会影响视觉判断,在姜黄素浓度为1mg/mL时姜黄素可充分分散为细微颗粒。因此,综合考虑到水凝胶基底的快速制备,操作的简便性和节约原材料的因素,选择100mg/mL明胶,30mg/mL Tg酶,1mg/mL的姜黄素作为快速制备柔性传感基底的材料配比。
由于柔性水凝胶传感基底的成胶特性和成胶时间受原料浓度的影响,因此可以在水凝胶制备过程中,通过调控成胶原料和交联剂浓度实现柔性水凝胶传感基底的简单快速制备。
实施例3
柔性电子材料的制备和电致变色性能
如图7所示,将实施例2制备的柔性水凝胶传感基底表面涂一层热成胶液(表面涂抹均匀厚度为0.1mm),并将两根平行的0.2mm直径的柔性铂丝电极的一端半包埋在成胶液中,电极包埋的长度为1cm,与凝胶方块的边长一致,待成胶液凝固时将电极凝固粘接与柔性水凝胶传感基底结合为整体制备柔性电子材料。将制备得到的柔性电子材料中的铂电极另一端分别接入电源的正负极,对柔性电子材料进行电致变色性能测试。如图8(a)所示,在电压刺激下,铂电极附近发生电解水的电化学反应引起局部pH升高使柔性电子材料发生电致变色反应。图8(b)和图8(c)给出了关于电压大小与柔电子材料电致变色色差的关系。在2.5V电压刺激下,通电1min时色差值达到7.9,水凝胶基底可以在铂电极负极处产生肉眼可见的电致变色反应。随着通电时间的增加,电致变色反应效果明显。通电5min时色差值高达31.2。由此证明通过改变对水凝胶基底的施加电压刺激的时间,可以有效改变电致变色反应程度和变色效果。在对水凝胶基底通电电压为3.0V-4.0V时,通电时间20s内均可以实现肉眼可见的变色反应。电压为2.5V时反应剧烈程度相对平缓,色差值平稳增长。电压在3.0V及以上时,初始通电时颜色变化相对剧烈,随着通电时间的增长,颜色的变化趋于平稳。通电电压为3.5V和4.0V时色差值的变化趋于一致。可以发现,增大刺激电压和通电时间,柔性电子材料的电致变色程度和色差值随之增大,通过调控刺激电压可以实现柔性电子材料电致变色效果高度可控。本实验说明柔性电子材料可以实现电致变色反应,并且色差值随着通电电压和通电时长改变而改变。
此外,柔性电子材料通过设计柔性铂电极的结构还可以实现图案化电致变色性能,将具有图案结构的柔性铂电极与柔性水凝胶传感基底组装构建图案化柔性电子材料。如图8(d)所示,通过弯折制作出平行的“S”形,五角星形和方框形图案的铂电极,并平行粘接在柔性水凝胶基底表面。接着施加3.0V电压,通电时长3min,进行电致变色实验,观察到图案化柔性电子材料的电致变色效果,不因电极形状的变化而改变。结果表明,柔性电子材料的这种能力为其定制化设计提供新思路和方法。
以上结果证实了采用本发明方法制备的柔性电子材料具有稳定且高度可控的电致变色性能,可在电传感方面发挥较大的应用潜力。同时本实施例中采用pH 7缓冲液可以提供电解质离子使水凝胶基底发生电解水反应改变水凝胶基底局部pH产生颜色变化,证明电致变色反应的可行性。
实施例4
柔性电子材料对肉类新鲜和腐败pH检测性能测试
基于实施例2和3的柔性电子材料制备方法。以含0.1mol/L的柠檬酸和0.1mol/L柠檬酸钠作为pH缓冲液原液,调节其pH 5.8和pH 6.6,分别利用pH 5.8和pH 6.6的缓冲液作为柔性水凝胶传感基底制备的配制液模拟肉类新鲜和腐败的pH环境,并将其与柔性电极粘接制备柔性电子材料。为了使柔性电子材料具有pH检测性能以实现肉类新鲜度的检测,利用梯度电压对新鲜和腐败肉类pH的柔性电子材料进行电致变色性能测试,以颜色变化为标准检测pH。
施加1.0-4.5V的电压,梯度为0.5V通电80s测试其pH检测性能。如图9,在1.0V,1.5V,2.0V电压下通电80s,pH 5.8的柔性材料色差值为0.23,0.41,0.55,均未达到人眼可识别的程度,pH 6.6的柔性电子材料在电刺激80s时色差值分别为0.31,0.48,0.87也未达到肉眼可辨别的色差。当通电电压达到2.5V时pH 6.6的柔性电子材料在通电10s时有轻微的颜色变化,此时色差值为1.54。随着通电时长的延续,变色区域扩大,变色程度增加,在80s时色差值达到9.11,可以明显的观察到颜色变化,而pH 5.8的柔性电子材料未发生肉眼可见的颜色变化,利用颜色变化实现pH的可视化检测。如图10,当通电电压达到3.0V,pH5.8的水凝胶基底出现肉眼可见的电致变色反应,在第80s色差值达到16.11。随着通电电压的增大,电致变色反应剧烈程度增加,3.5V,4.0V,4.5V电压刺激下80s的色差分别达到23.58,25.71,30.55。pH 6.6的水凝胶基底在3.5V,4.0V,4.5V电压刺激下80s的色差分别达到27.86,30.82,31.87,颜色可识别程度相比同样电压刺激下pH 5.8的传感材料更强。实验表明,本发明制备的材料可以通过电压调控以颜色区分检测肉类新鲜和腐败的pH,其中随着通电电压的增大pH 5.8和pH 6.6的柔性电子材料的电致变色程度和色差都随之增大,但是在3V及以上电压的情况下,pH 5.8和pH 6.6都产生明显颜色变化,这将无法区分,所以可以选用2.5V,以区分新鲜腐败肉类。但是在实际的应用中,由于肉类组织液稀释了缓冲液离子浓度,因此通过提高电压(2.5V至3V)和离子浓度(0.1mol/L至0.5mol/L)来使其变色,保持实际应用的区分度,可以有效实现可视化判断(详见实施例5)。本发明柔性电子材料的这种能力降低了肉类新鲜度的门槛,并为快速、无损、可视化检测铺平道路。
实施例5
将柔性电子材料贴于肉表面,肉类的组织液会渗透到柔性水凝胶传感基底中,柔性水凝胶传感基底实现与新鲜和腐败的肉类pH值实时同步。柔性电极接通直流电源,在合适的电压和通电时间下新鲜肉的组织液浸润的柔性电子材料不发生颜色变化,腐败肉的组织液浸润的柔性电子材料发生明显颜色变化,以颜色变化区分肉类的新鲜度。
为了方便检测,直接配制肉类新鲜和腐败组织液环境,将柔性电子材浸泡在肉类组织液中,进行检测,具体过程如下:
(1)肉类新鲜和腐败组织液环境构建:将新鲜鸡胸肉放置在纱布中,挤压出鸡肉中的组织液,并用烧杯收集,获得新鲜鸡胸肉组织液。取鸡新鲜胸肉组织液在室温环境开口放置,使其腐败,并待pH到达6.6,获得腐败鸡胸肉组织液。
(2)采用实施例2和3的方法制备柔性电子材料,为了缓解肉类组织液稀释柔性水凝胶传感基底中的导电离子浓度,导致电化学反应发生缓慢,不产生电致变色反应,在检测过程中采用提高缓冲液配制液浓度和调节通电电压的方法实现肉类新鲜度可视化检测。其中选用0.1mol/L的柠檬酸和0.1mol/L的柠檬酸钠、以及0.5mol/L的柠檬酸和0.5mol/L柠檬酸钠作为pH缓冲液原液,配制0.1mol/L(以柠檬酸根计)和0.5mol/L(以柠檬酸根计)的pH5.8的缓冲液制备柔性水凝胶基底。将柔性电子材料分别浸泡在步骤(1)中的新鲜和腐败的鸡胸肉组织液中12h,模拟新鲜和腐败的肉类环境。取出后轻放于载玻片上,将柔性铂电极未包埋的一端分别接入直流稳压电源的正负极。
(3)肉类组织液新鲜度检测:如图11所示,利用直流稳压电源施加3.0V电压通电70s在新鲜和腐败组织液环境下的0.1mol/L缓冲液制备的柔性水凝胶基底均未发生肉眼可见的颜色变化,这是由于肉类组织液稀释柔性水凝胶传感基底中的导电离子浓度,导致电化学反应发生缓慢,未有肉眼可见的颜色变化。如图12所示,利用直流稳压电源施加3.0V电压刺激新鲜和腐败组织液浸泡的0.5mol/L缓冲液制备的柔性传感材料。通电30s时,新鲜组织液浸泡下的柔性电子材料未有明显颜色变化,色差值为0.92,而腐败组织液浸泡下柔性电子材料的色差值为5.99,可以实现肉眼可区分的颜色变化。电压刺激的时间增长至70s,新鲜组织液环境下的色差值为1.32,并未产生颜色变化,而腐败组织液环境下的色差值为9.99,颜色区分更加明显。可以利用颜色变化实现肉类组织液的新鲜度检测,实现新鲜度可视化检测。此外,本实施例通过提高缓冲液浓度增加了导电离子浓度实现新鲜组织液浸泡不变色,腐败组织液浸泡变色,即改变离子浓度实现检测。缓冲液赋予柔性传感材料pH环境,0.1mol/L缓冲液制备的柔性传感材料在合适的电压下可实现柔性传感材料自身pH可视化检测。但实际检测中肉类中的组织液会稀释水凝胶中导电离子的浓度,在同样的电压和通电时间情况,0.1mol/L缓冲液制备的柔性传感材料电化学反应发生缓慢,未有明显的颜色变化,提高电压至3V,提高离子浓度至0.5mol/L可实现可视化检测。
实施例6
实施例6与实施例2的制备方法相同,不同之处在于:可食用天然高分子材料为胶原浓度为100mg/mL;天然色素为花青素,浓度为0.5mg/mL;制备成胶液采用pH缓冲液选用磷酸二氢钠和磷酸氢二钠水溶液,pH缓冲液浓度为0.5mol/L;交联剂选用过氧化酶浓度为70mg/mL;成胶液在60℃的温度环境下倒入制备材料无毒的模板中。
实施例7
实施例7与实施例3的制备方法相同,不同之处在于:柔性电极为银丝电极,直径约0.1mm;柔性水凝胶传感基底表面均匀旋涂一层约0.05mm的热成胶液,待成胶液完全凝固,将柔性电极半包埋粘接。
Claims (7)
1.一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)柔性水凝胶传感基底的制备步骤:将可食用天然高分子材料与天然色素通过加热搅拌溶解并混合交联剂制备成胶液;将热成胶液倒入模具中反应后起模获得柔性水凝胶传感基底;
(2)柔性电子材料的构建:在柔性水凝胶传感基底表面均匀旋涂一层步骤(1)的热成胶液,将平行的柔性电极的一端半包埋在旋涂的表面成胶液中,待成胶液完全成胶粘接柔性电极,制备得到柔性电子材料;
步骤(1)中所述可食用天然高分子材料为胶原或者多糖中的任意一种或者多种,浓度为70-140 mg/mL;天然色素为姜黄素或花青素中的任意一种或者多种,浓度为0.5-1.5 mg/mL;
步骤(1)中所述交联剂为食品级交联剂,选用谷氨酰胺转移酶、过氧化酶、多酚氧化酶中的任意一种或者多种,浓度为30-70 mg/mL。
2.根据权利要求1所述的可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述可食用天然高分子材料为明胶。
3.根据权利要求1所述的可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中制备成胶液采用pH缓冲液,pH缓冲液选用柠檬酸、柠檬酸钠,磷酸二氢钠、磷酸氢二钠水溶液中的任意一种或者多种,所述pH缓冲液浓度为0.1-0.5 mol/L。
4.根据权利要求1所述的可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述成胶液在40-60℃的温度环境下倒入制备材料无毒的模板中。
5.根据权利要求1所述的可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中在柔性水凝胶传感基底表面均匀旋涂一层0.05-0.25mm的热成胶液,待成胶液完全凝固,将柔性电极半包埋粘接。
6.根据权利要求1所述的可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中柔性电极为铂丝、金丝或者银丝电极中的任意一种或者多种。
7.一种权利要求1所述的可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法所制备的柔性电子材料在检测肉类新鲜度中的应用;所述应用为:将柔性电子材料贴于肉表面,肉类的组织液会渗透到柔性水凝胶传感基底中实现pH值实时同步,柔性电极接通直流电源,在合适的电压和通电时间下新鲜肉的组织液浸润的柔性电子材料不发生颜色变化,腐败肉的组织液浸润的柔性电子材料发生明显颜色变化,以颜色变化区分肉类的新鲜度;所述接通直流电源的电压为直流电压,电压为2.5-4.5 V,通电时间为30-70 s。
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