CN117782412B - 压力指示剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了压力指示剂及其应用，所述压力指示剂包括：花色苷，所述花色苷溶解于磷酸缓冲液中。本发明的压力指示剂可用于指示压力，结果准确，安全易获得，应用范围广，本发明的压力指示器，应用场景灵活，制作成本低，本发明的压力检测方法，检测结果准确可信，检测手段简单易实现，检测成本低，检测设备要求低。
Description
技术领域
本发明涉及压力指示的技术领域，特别涉及食品非热加工领域的压力指示，具体涉及压力指示剂及其应用。
背景技术
花色苷是植物中的天然色素，来源广泛且提取工艺成熟，是一种天然指示剂。花色苷会随pH变化，发生结构转变，从而导致颜色发生变化。在强酸性条件下，花色苷主要以红色的黄烊盐离子形式存在，稳定性较好；随着pH增加，无色结构和紫色结构的醌式碱结构逐渐形成，花色苷红色减退、紫色增加；在中性条件下，花色苷主要呈紫色，但易于降解和转化形成无色结构。因此，在中性条件下，花色苷的颜色稳定性差，没有文献报道将该条件下花色苷作为指示剂的应用。
食品非热加工技术发展迅速，主要通过高压系统实现常温杀菌、提取、钝酶等处理改善食品品质，最大程度保留食品中的营养物质，可用于开发营养价值更高、风味品质更自然的食品，受到广泛关注。在高压处理中，机械压力表通常用于指示压力，但是存在设备成本高、检测手段不灵活等技术问题。为了确保高压处理达到实际所需压力水平，促进食品非热加工技术发展，仍需开发简单易行的压力指示技术。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题至少之一。为此，本发明提出了压力指示剂及其应用，本发明压力指示剂可用于指示压力，结果准确，安全易获得，应用范围广，本发明的压力指示器，应用场景灵活，制作成本低，本发明的压力检测方法，检测结果准确可信，检测手段简单易实现，检测成本低，检测设备要求低。
需要声明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：
发明人在考察花色苷在不同缓冲液中、不同高压处理条件下的颜色变化时意外发现，在磷酸缓冲液中，花色苷的颜色变化与高压处理的压力大小、处理时长呈现相关性。经大量分析确定，基于高压处理前后花色苷磷酸缓冲液在550 nm条件下的吸光度比值和高压处理时间，可确定高压处理的压力大小。由此，发明人惊喜地发现，利用花色苷磷酸缓冲液，可灵活便捷地检测高压处理或高压设备实际达到的压力水平，检测结果准确可信，检测手段灵活，检测成本低，设备要求低，应用范围广。
因此，在本发明的第一方面，本发明提出了一种压力指示剂。根据本发明的实施例，所述压力指示剂包括：花色苷；磷酸缓冲液；所述花色苷溶解于所述磷酸缓冲液中。根据本发明实施例的压力指示剂，可用于指示压力，结果准确，安全易获得，应用范围广。
示例性地，本发明的指示剂可用于，包括不限于：指示环境压力，开发压力指示产品，开发压力检测方法。
发明人在研究中意外发现，在磷酸缓冲液中，花色苷对不同的压力大小，尤其是超高压处理条件下的压强大小反应敏感，区分度好，可基于花色苷磷酸缓冲液高压处理前后花色苷的最大吸光值变化确定压力大小。由此，根据本发明实施例的压力指示剂可用于指示压力，基于吸光度变化确定压力大小，结果准确。
根据本发明的实施例，上述压力指示剂可以具有下列附加技术特征：
根据本发明的实施例，所述磷酸缓冲液的pH为6.5～7.5，浓度为10～200 mM。发明人经过大量实验摸索，确定该较佳pH，由此，进一步提高指示结果准确性。
根据本发明的实施例，所述花色苷的浓度为0.005 mM～5 mM。发明人经过大量实验摸索，确定该较佳浓度，由此，进一步提高指示结果准确性。
根据本发明的实施例，所述磷酸缓冲液的pH为7.0，浓度为20 mM；基于所述磷酸缓冲液的体积，所述花色苷的浓度为0.05 mM。
根据本发明的实施例，所述花色苷为花色苷单体。
根据本发明的实施例，所述花色苷单体为矢车菊-3-葡萄糖苷。
根据本发明的实施例，基于所述磷酸缓冲液的体积，所述矢车菊-3-葡萄糖苷的浓度为0.025～0.1 mM。在本发明的一些具体的实施方案中，所述矢车菊-3-葡萄糖苷的浓度为0.05 mM。
在本发明的第二方面，本发明提出了花色苷在指示环境压力中的应用。根据本发明的实施例，所述花色苷溶解于磷酸缓冲液中。
根据本发明的实施例，所述磷酸缓冲液的pH为6.5～7.5，浓度为10～200 mM；基于所述磷酸缓冲液的体积，所述花色苷的浓度为0.005 mM～5 mM。
根据本发明的实施例，所述磷酸缓冲液的pH为7.0，浓度为20 mM；基于所述磷酸缓冲液的体积，所述花色苷的浓度为0.05 mM。
根据本发明的实施例，所述花色苷为花色苷单体。
根据本发明的实施例，所述花色苷单体为矢车菊-3-葡萄糖苷；基于所述磷酸缓冲液的体积，所述矢车菊-3-葡萄糖苷的浓度为0.025～0.1mM。
本领域技术人员能够理解的是，前面针对压力指示剂所描述的特征和优点，同样适用于该应用，在此不再赘述。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种压力指示器。根据本发明的实施例，所述压力指示器包括：前述压力指示剂。根据本发明实施例的压力指示器制作成本低，应用场景灵活，可用于不同高压系统或高压设备中实际压强高低的指示。
根据本发明的实施例，所述指示器指示的压力指示范围为0.01 MPa～1000 MPa。根据本发明实施例的压力指示剂在该压力范围内，能准确指示压力。
示例性地，所述压力指示器适用于，包括不限于，以下应用场景：常温下100～1000MPa加压杀菌处理的压力指示，常温下100～1000MPa天然产物有效成分提取处理的压力指示，常温下高压钝酶处理的压力指示等。
示例性地，可以将前述压力指示剂密封于耐高压处理容器中，由此得到压力指示器。将该压力指示器与待高压处理样品共同置于高压系统或高压设备中进行高压处理。由此，通过该压力指示器中指示剂的吸光度变化，指示上述高压系统或高压设备在高压处理中实际达到的压力水平。
示例性地，前述压力指示器还包括比色部件。该比色部件用于指示经高压处理后的前述压力指示剂的颜色变化。
在本发明的第四方面，本发明提出了一种检测压力的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将前述压力指示剂进行高压处理，检测所述高压处理前后所述压力指示剂的吸光度比值，基于所述吸光度比值和所述高压处理的时间，确定所述高压处理的压力。根据本发明实施例的检测压力的方法，检测结果准确可信，检测手段简单易实现，检测成本低，检测设备要求低，应用范围广。
能够理解的是，所述压力指示剂的吸光度为所述压力指示剂在可见光最大吸收波长下的吸光度。在pH 7.0下，花色苷溶液的可见光最大吸收波长为550 nm。由此，在本发明的一些具体的实施方案中，所述压力指示剂的吸光度为所述压力指示剂在550 nm的吸光度。
根据本发明的实施例，所述高压处理的压力为0.01 MPa～1000 MPa。根据本发明实施例的方法在该压力范围内，检测结果准确。
在本发明的一些具体的实施方案中，所述压力为100～1000MPa。根据本发明实施例的方法在该压力范围内，能准确检测高压系统或高压设备中实际达到的压力水平。
根据本发明的实施例，所述高压处理的温度为20～40℃，时间为5～30min。根据本发明实施例的方法在该高压处理温度和处理时间内，检测结果准确。
根据本发明的实施例，基于公式I，确定所述高压处理的压力，
所述公式I为：；
其中，
B和C为通过公式Ⅱ确定的已知数，所述公式Ⅱ为：
；
a和b为通过公式Ⅲ确定的已知数，所述公式Ⅲ为：
；
其中，所述公式I、公式Ⅱ、公式Ⅲ中，
P为高压处理的压力；
A为高压处理前后，所述压力指示剂在550 nm下的吸光度比值；
t为高压处理时间；
k为所述高压处理的压力条件下，所述压力指示剂的吸光度降低速率；
e为自然常数。
由此，基于本发明实施例的压力指示剂在高压处理前后的吸光度比值和高压处理的时间，可确定高压系统或高压设备中实际达到的压力水平。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例1中溶解于不同缓冲液中的矢车菊-3-葡萄糖苷在不同高压处理条件下的颜色变化考察结果图，其中，（A）为溶解于磷酸缓冲液（pH为7.0）中的矢车菊-3-葡萄糖苷在不同高压处理条件下的颜色变化考察结果图，（B）为溶解于MOPS缓冲液（pH为7.0）中的矢车菊-3-葡萄糖苷在不同高压处理条件下的颜色变化考察结果图；
图2为本发明实施例1中溶解于磷酸缓冲液中的矢车菊-3-葡萄糖苷在不同高压处理压力条件下的吸光度降低速率变化曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本文中，术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。
在本文中，术语“任选地”、“任选的”或“任选”通常是指随后所述的事件或状况可以但未必发生，并且该描述包括其中发生该事件或状况的情况，以及其中未发生该事件或状况的情况。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
发明人考察了矢车菊-3-葡萄糖苷（C3G）在不同缓冲液中、不同高压处理条件下的颜色变化，意外发现，矢车菊-3-葡萄糖苷（C3G）在磷酸缓冲液中，其颜色变化与高压处理的压力大小、处理时长呈现相关性。由此，花色苷磷酸溶液可以作为高压处理的指示剂，广泛用于食品加工或药品生产等涉及高压、超高压处理或需要高压或超高压作业环境的领域。具体的考察过程如下：
（1）在pH ≈ 2的盐酸中配置5 mM的C3G溶液，分别用20 mM pH 7.0的磷酸缓冲液、pH 7 MOPS缓冲液中稀释至0.05 mM。
（2）将上述0.05 mM的C3G溶液分装于高压处理袋中并用封口机进行密封，然后将含有C3G溶液的高压处理袋放入超高压处理仓（英国Stansted）中，分别设置高压处理条件为温度25℃，压力100、300、500 MPa，保压时间1、5、10、15、20 min。
高压处理完成后取出不同压力、保压时间条件下的C3G样品溶液。未经高压处理的C3G样品溶液为对照组。
（3）已知在pH 7.0下C3G溶液的可见光最大吸收波长为550 nm。取1mL高压处理前的C3G样品加入一次性塑料比色皿中，使用紫外-可见光分光光度计测定550 nm下的吸光度（A0）；按上述步骤测定高压处理后C3G样品在550 nm下的吸光度（AP），从而得到C3G的颜色变化。其中，溶解于20 mM pH 7.0的磷酸缓冲液中的C3G，在不同高压处理条件下的颜色变化如图1（A）所示；溶解于pH 7.0的MOPS缓冲液中的C3G，在不同高压处理条件下的颜色变化如图1（B）所示。
结果显示：在高压处理下，随时间延长，C3G的AP数值下降速率增加，说明褪色速率逐渐增大，与溶于pH 7.0的MOPS缓冲液中的C3G样品溶液相比，溶解于磷酸缓冲液中的C3G样品溶液对不同的压力处理，颜色变化敏感。
进一步地，发明人进一步针对溶解于磷酸缓冲液中的C3G样品溶液，将不同压力下C3G的AP/A0（A）和压力处理时间（t，min）通过一级动力学方程（1）拟合，得到不同压力下的吸光度降低速率（k，min-1）。
其中，
A为高压力处理前后C3G样品溶液在550 nm下的吸光度比值AP/A0，A0为高压处理前C3G样品溶液在550 nm下的吸光度，Ap为高压处理后C3G样品溶液在550 nm下的吸光度；
B和C为经线性拟合确定的参数；
e为自然常数；
k为吸光度降低速率，单位为min-1；
t为高压处理时间，单位min。
方程（1）拟合结果为：A=0.937，B为0.937， C为0.0625，R2= 0.999。
进一步地，发明人将吸光度降低速率（k，min-1）取对数后与压力（P，MPa）通过方程（2）进行线性拟合，得到两者的关系式。
其中，
k为吸光度降低速率，单位为min-1；
P为高压处理的压力，单位为MPa；
a和b为经线性拟合确定的参数。
方程（2）拟合结果为：，a为0.004168，b为﹣2.131，R2=0.999（图2）。
方程（2）拟合结果显示，吸光度降低速率k的对数值lg(k)与高压处理的压力值P呈线性相关。
由此，基于方程（1）和方程（2）的拟合结果，可得到高压处理前后C3G的AP/A0（A）、高压处理时间与高压处理的压力P的关系式（3）。
其中，
参数A为高压力处理前后C3G样品溶液在550 nm下的吸光度比值AP/A0，A0为高压处理前C3G样品溶液在550 nm下的吸光度，Ap为高压处理后C3G样品溶液在550 nm下的吸光度；
参数B、C、a和b为方程（1）、方程（2）拟合确定的已知参数；
参数t为高压处理时间，单位min。
将方程（1）、方程（2）拟合确定的已知参数B、C、a和b代入关系式（3），得到关系式（4）。
由此，C3G溶液经过高压处理后，测得其A0、AP吸光值，计算得到A值，记录高压处理时间t，将A值和t值代入关系式（4），确定高压处理的实际压力大小。
上述结果显示：溶解于磷酸缓冲液中的花色苷溶液，对压力变化敏感，基于高压处理前后该花色苷溶液的吸光度比值和高压处理的时间，可准确确定高压处理的压力。
综上所述，花色苷磷酸缓冲液可作为压力指示剂，在高压灭菌、超高压处理、高压二氧化碳处理等压力处理技术中，用于指示设备或待处理样品实际达到的压力水平。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种检测压力的方法，其特征在于，包括：
将压力指示剂进行高压处理，检测所述高压处理前后所述压力指示剂的吸光度比值，基于所述吸光度比值和所述高压处理的时间，确定所述高压处理的压力；
基于公式I，确定所述高压处理的压力，
所述公式I为：；
其中，
B和C为通过公式Ⅱ确定的已知数，所述公式Ⅱ为：；
a和b为通过公式Ⅲ确定的已知数，所述公式Ⅲ为：；
其中，所述公式I、公式Ⅱ、公式Ⅲ中，
P为高压处理的压力；
A为高压处理前后，所述压力指示剂在550 nm下的吸光度比值；
t为高压处理时间；
k为所述高压处理的压力条件下，所述压力指示剂的吸光度降低速率；
e为自然常数；
所述压力指示剂包括：
花色苷；
磷酸缓冲液；
所述花色苷溶解于所述磷酸缓冲液中。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷酸缓冲液的pH为6.5～7.5，浓度为10～200 mM；基于所述磷酸缓冲液的体积，所述花色苷的浓度为0.005 mM～5 mM。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磷酸缓冲液的pH为7.0，浓度为20mM；基于所述磷酸缓冲液的体积，所述花色苷的浓度为0.05 mM。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述花色苷为花色苷单体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述花色苷单体为矢车菊-3-葡萄糖苷；基于所述磷酸缓冲液的体积，所述矢车菊-3-葡萄糖苷的浓度为0.025～0.1mM。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压处理的压力为0.01 MPa～1000MPa；所述高压处理的温度为20～40℃，时间为5～30min。
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