CN118050356A - 一种多孔聚合物微针贴片的制备方法及其在注水肉检测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔聚合物微针贴片的制备方法及其在注水肉检测中的应用，属于食品检测技术领域。包括以下步骤：在加热条件下，将致孔剂PEG溶于2‑甲氧基乙醇溶液中，得到溶液A；将甲基丙烯酸缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯三种溶液混合，得到溶液B。将溶液A和溶液B混合，加入光引发剂，混匀，浇铸在模具上，负压除泡，紫外光固化。成型后将贴片除去致孔剂，干燥后得到多孔聚合物微针贴片；在指示试剂中浸泡后的滤纸黏附于微针贴片的背面，干燥，制得多孔聚合物微针贴片。本发明的制备方法制得的微针贴片能深入肉的内部快速提取组织液，适合于注水肉的简单、快速检测。
Description
技术领域
本发明涉及食品检测技术领域，具体涉及一种可变色多孔聚合物微针贴片的制备方法及其在肉类注水检测中的应用。
背景技术
随着经济和社会的发展，人们在日常饮食中对肉类的需求量越来越大。在我国的日常饮食中，猪肉的需求量非常大，猪肉的营养价值非常丰富，包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质和维生素等，其中，蛋白质是猪肉的主要成分，可以促进人体的发育；猪肉中还含有大量的微量元素，特别是锌和铁，能够提高身体的免疫能力、预防贫血。虽然市场的监管体制不断完善，但是仍有许多商贩为了利益，在宰杀前给动物灌大量的水，使其体内充满水分，直至其自然孔流出水时再进行宰杀，以增加重量。肉类注水之后破坏了动物体内的水平衡，再加上注水水质不卫生等原因，极易导致微生物污染、造成肉类的腐败，进而威胁消费者的健康。因此，肉类注水的测定对于消费者所购买食用的食品是安全和营养的十分重要。
当前，检测肉类是否注水的方法大多都需要使用仪器来完成。在国家标准中，检测畜禽肉水分限量的方法是干燥法，包括直接干燥法和红外干燥法，其原理都是通过去除肉中的水，再用干燥前后的质量差来计算出水分含量。在实验室中，还有低场核磁共振技术、光谱技术、电阻抗技术等来测定水分含量，这些技术虽然能够很准确的测定出肉类中的水分含量，但是他们都需要一定的前处理工作、需要专业人员的操作，并且都不能离开实验室进行现场的检测。随着比色技术的发展，人们发明了利用变色的试纸条来检测注水肉，其中最常见的变色试剂是氯化钴，无水氯化钴是蓝色的，当遇水之后，试纸条的颜色从蓝色变成粉色，我们可以根据粉色变化的程度来判断水分含量的多少。但是采用氯化钴变色试纸条通过判断粉色的饱和度并不是准确的，另外变色试纸条只能够贴在肉的表面，并不能快速提取肉中的液体，会造成信息延迟。所以要发展能够进行现场快速检测的缩短信息延迟的指示器材。
多孔微针贴片是微针贴片中的一大类，多孔微针具有大量随机分布的孔隙，有利于微针针尖的快速润湿和通过毛细现象取样。多孔微针贴片具有良好的生物相容性和无毒性，使得其成为研究热点。
目前，微针贴片大多应用在生物领域，特别是药物输送、血糖水平监测和胰岛素的传送、疫苗，在食品领域的应用还较少且主要是检测食品的新鲜度。因此，如何开发具有简单技术微针贴片应用在食品安全检测领域具有潜在的价值。
发明内容
针对现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种可变色多孔微针贴片的制备方法及其应用。本发明的微针贴片可作为检测肉类是否注水的指示器，更简单、更快速的检测市售肉类是否有注水。本发明的目的通过下述技术方案实现：
本发明的第一个方面，是提供一种可变色多孔聚合物微针贴片的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，配置致孔原液：将致孔剂PEG溶于2-甲氧基乙醇溶液中，得到溶液A；
步骤2，制备单体原液：将甲基丙烯酸缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯三种溶液混合，得到溶液B，储藏备用于-15℃～-20℃，使用前加热到室温；
步骤3，固化成型：将所述溶液A和所述溶液B混合后加入光引发剂，混匀，将制得多孔聚合物溶液浇铸在模具上，负压除泡后，隔氧条件下紫外光固化，成型后将贴片从模具内取出，将其放在甲醇与水的混合液中加热，除去致孔剂，干燥；
步骤4，在指示试剂中浸泡后的滤纸黏附于步骤3得到的微针贴片的背面，干燥，制得所述多孔聚合物微针贴片；所述指示试剂为质量分数10％的氯化钴溶液和2mg/mL的柠檬黄溶液按照体积比1：2混合。
在一种实施方式中，所述步骤1中，溶液配置条件为加热至50～60℃；所述致孔剂PEG的添加量为0.6 -0.7g，2-甲氧基乙醇溶液的添加量为3-3.5g。
在一种实施方式中，所述步骤1中加热使致孔剂PEG溶解的温度是50度。
在一种实施方式中，所述步骤2中，试剂的加入量分别为：甲基丙烯酸缩水甘油酯1mL、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.523mL、三乙二醇二甲基丙烯酸酯1.57mL。
在一种实施方式中，所述步骤3中，光引发剂为1-羟环己基苯酮，加入量为0.1g；所述步骤3中，紫外光波长为365nm，照1-1.5小时。优选光照时间为1小时。
在一种实施方式中，所述步骤3中，甲醇与水的混合液的配比为甲醇和水的体积比为1：1，所述加热时间为12-15小时，加热的温度是60℃。
在一种实施方式中，所述步骤3中将适量多孔聚合物微针溶液浇铸在微针模具中，所述多孔聚合物微针溶液的加入量是在400～500μL。
在一种实施方式中，使用的模具为PDMS模具，针尖高度为1500μm，底部直径为550μm，针尖距离1200μm，数量阵列为8*8颗，贴片尺寸为12*12mm，凹槽深度为2mm。
在一种实施方式中，所述步骤3中，负压除泡具体操作为：使用真空干燥箱的温度为：室温—35℃，抽真空1.0MPa，保压3分钟，重复该操作3-5次。
在一种实施方式中，所述步骤3中，隔绝氧气的条件是将模具放在充满氮气的环境中。
在一种实施方式中，所述步骤4中浸泡的时间为20-25分钟。
在一种实施方式中，所述方法包括如下步骤：
制备致孔原液：在50度的加热条件下，将0.6g致孔剂PEG溶于3g 2-甲氧基乙醇溶液中，得到溶液A；
制备单体原液：将1mL甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.523mL三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和1.57mL三乙二醇二甲基丙烯酸酯三种溶液混合，得到溶液B。混合后使用前在-15℃下保存，使用前在37℃水浴中加热到室温；
制备多孔聚合物微针贴片：将所述溶液A和所述溶液B混合，混合后加入0.1g光引发剂，混匀，制得多孔聚合物微针贴片溶液。将400～500μL所述的溶液浇铸在模具上，再将其在室温—35℃，抽真空1.0MPa，保压3分钟，重复该操作3-5次，进行几次负压除泡，在充满氮气的条件下，在365nm波长的条件下紫外光照1小时进行固化。成型后将贴片从模具内取出，将其放在甲醇和水由体积比1：1混合制成的溶液中在60度条件下加热12小时，除去致孔剂，干燥后得到多孔聚合物微针贴片；
本发明的第二个目的在于提供一种可变色多孔聚合物微针贴片，采用上述任一项所述的制备方法制备而成。
本发明的第三个目的在于提供一种上述多孔聚合物微针贴片的应用，所述多孔聚合物微针贴片用于注水肉类检测。
在一种实施方式中，应用在猪肉的注水情况检测时，将所述多孔聚合物微针贴片贴于猪肉表面，根据多孔聚合物微针贴片颜色变化判断猪肉注水情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明多孔聚合物微针贴片采用了多孔聚合物微针贴片提取肉类中组织液，针尖部分有较好的力学性能且可以通过孔的毛细作用吸水，能够快速提取肉类中的组织液。
2.本发明的遇水变色试剂选择的是氯化钴和柠檬黄的混合溶液，单一的氯化钴溶液变色时间比较久且同一时间在不同水分含量中的区分度不大，为了使颜色区分更加明显，在氯化钴溶液中加入了柠檬黄溶液，使原本由蓝变粉的指示变化变成由绿变黄且缩短了变色的时间、在不同水分含量中有了区分度。我们分别对氯化钴溶液的浓度、柠檬黄溶液的浓度以及两者之间混合的体积比进行了优化，最后选择的最佳实验条件为：质量分数10％氯化钴溶液、2mg/mL的柠檬黄溶液，二者以体积比1：2混合使用。
3.本发明利用智能手机收集贴片的颜色信息，通过将颜色变化转变为RGB信息，从而可以通过智能方法容易的获得肉类是否注水及注水量多少的情况。
4.本发明制备的可变色多孔聚合物微针贴片易于制备，制备过程无污染，应用范围广泛，可用于工业化生产。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片的外观形貌图。
图2为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片变色区域的外观形貌图。
图3为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片的针尖部分形貌图。
图4为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片的针尖部分扫描电镜图。
图5为实施例1制备的优化氯化钴溶液与柠檬黄溶液的体积比在不同水分含量的明胶水凝胶中的显色情况图。
图6为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片检测注水猪里脊肉的颜色变化图。
图7为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片检测注水猪里脊肉的色差分析图。
图8为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片检测注水猪前腿肉的颜色变化图。
图9为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片检测注水猪前腿肉的色差分析图。
图10为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片检测注水猪夹心肉的颜色变化图。
图11为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片检测注水猪夹心肉的色差分析图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中所采用的试剂来源除了另有特殊规定的以外，均可以通过市售方式购买得到。
实施例1制备多孔聚合物微针贴片：
(1)制备致孔原液：在50度的加热条件下，将0.6g致孔剂PEG溶于3g 2-甲氧基乙醇溶液中，得到溶液A；
(2)制备单体原液：将1mL甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.523mL三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和1.57mL三乙二醇二甲基丙烯酸酯三种溶液混合，得到溶液B。混合后使用前在-15℃下保存，使用前在37℃水浴中加热到室温；
(3)制备多孔聚合物微针贴片：将所述溶液A和所述溶液B混合，混合后加入0.1g光引发剂，混匀，制得多孔聚合物微针贴片溶液。将400～500μL所述的溶液浇铸在模具上，再将其在室温—35℃，抽真空1.0MPa，保压3分钟，重复该操作3-5次，进行几次负压除泡，在充满氮气的条件下，在365nm波长的条件下紫外光照1小时进行固化。成型后将贴片从模具内取出，将其放在甲醇和水由体积比1：1混合制成的溶液中在60度条件下加热12小时，除去致孔剂，干燥后得到多孔聚合物微针贴片；
(4)将滤纸裁成微针贴片的大小，在质量分数10％的氯化钴和2mg/mL的柠檬黄以1：
2体积均匀混合后的指示液中浸泡20分钟后黏附于微针贴片的背面，干燥，制得变色多孔聚合物微针贴片。
实施例2多孔聚合物微针贴片的测试
(1)对本实施例制备的可变色多孔聚合物微针贴片进行表观形貌的拍摄，测试的方法为：用镊子将微针贴片夹取，在适当的光线和背景下，使用手机对其进行拍摄，图1为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片的外观形貌图。图2为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片变色区域的外观形貌图。
(2)对本实施例制备的可变色多孔聚合物微针贴片进行针尖形貌的拍摄，测试的方法为：使用体视显微镜拍摄其针尖形貌，在体视显微镜上设定好放大倍数，将微针贴片放置在适当的光线和角度下，对其进行拍摄，图3为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片的针尖部分形貌图。图4为实施例1制备的多孔聚合物微针贴片的针尖部分扫描电镜图。
(3)对本实施例制备的可变色水凝胶微针贴片进行力学性能测试，测试的方法为：利用质构仪，选用P/25探头；参数设置：测定模式和选项为TPA，测前速率1mm/s，当传感器接触到尖端时开始测力；测中速率0.2mm/s，当其发生50％的应变时测力结束，经过几次重复实验可以得出平均多孔聚合物微针贴片针尖承受力可达46.70N。
实施例3多孔聚合物微针贴片使用的具体情况1
用实例1制备的[质量分数10％氯化钴溶液+2mg/mL柠檬黄溶液/V:V-1:2—MNs]多孔聚合物微针贴片进行检测猪肉中的注水情况。多孔聚合物微针贴片一开始的颜色是浅绿色，随着水分的不断向上传输，贴片的颜色逐渐变成黄色。选择猪的里脊肉作为检测对象，将肉分为五组，注水量为0％、5％、10％、15％、18％，由于肉中水分含量不同，贴片针尖部分毛细吸水的速率也不同，故可以在同一时间内有不同的吸水量，所以在不同水分含量的肉上面的贴片会显示不同的颜色。在三分钟的时候，可以明显看到不同的水分含量对应的微针贴片的颜色不同，如图6为实施例1制备的可变色多孔聚合物微针贴片检测注水猪里脊肉的颜色变化图所示。此外，我们还对其进行了色差分析，结果如图7为实施例1制备的可变色多孔聚合物微针贴片检测注水猪里脊肉的色差分析图。
实施例4多孔聚合物微针贴片使用的具体情况2
用实例1制备的[质量分数10％氯化钴溶液+2mg/mL柠檬黄溶液/V:V-1:2—MNs]多孔聚合物微针贴片进行检测猪肉中的注水情况。选择猪的前腿肉作为检测对象，将肉分为五组，注水量为0％、5％、10％、15％、18％，由于不同组肉中水分含量不同，贴片针尖部分毛细吸水的速率也不同，故可以在同一时间内有不同的吸水量，所以在不同水分含量的肉上面的贴片会显示不同的颜色。在三分钟的时候，可以明显看到不同的水分含量对应的微针贴片的颜色不同，如图8为实施例1制备的可变色多孔聚合物微针贴片检测注水猪前腿肉的颜色变化图，如图9为实施例1制备的可变色多孔聚合物微针贴片检测注水猪前腿肉的色差分析图。
实施例5多孔聚合物微针贴片使用的具体情况3
用实例1制备的[质量分数10％氯化钴溶液+2mg/mL柠檬黄溶液/V:V-1:2—MNs]多孔聚合物微针贴片进行检测猪肉中的注水情况。选择猪的夹心肉作为检测对象，操作步骤与实施例3一样。图10为实施例1制备的可变色多孔聚合物微针贴片检测注水猪前腿肉的颜色变化图，图11为实施例1制备的可变色多孔聚合物微针贴片检测注水猪前腿肉的色差分析图。
可以理解的是，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种多孔聚合物微针贴片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，配置致孔原液：将致孔剂PEG溶于2-甲氧基乙醇溶液中，得到溶液A；
步骤2，制备单体原液：将甲基丙烯酸缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯三种溶液混合，得到溶液B，储藏备用于-15℃—-20℃，使用前加热到室温；
步骤3，固化成型：将所述溶液A和所述溶液B混合后加入光引发剂，混匀，将制得多孔聚合物溶液浇铸在模具上，负压除泡后，隔氧条件下紫外光固化，成型后将贴片从模具内取出，将其放在甲醇与水的混合液中加热，除去致孔剂，干燥；
步骤4，在指示试剂中浸泡后的滤纸黏附于步骤3得到的微针贴片的背面，干燥，制得所述多孔聚合物微针贴片；所述指示试剂为质量分数10％的氯化钴溶液和2mg/mL的柠檬黄溶液按照体积比1：2混合。
2.根据权利要求1所述的多孔聚合物微针贴片的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，溶液配置条件为加热至50～60℃；所述致孔剂PEG的添加量为0.6-0.7g，2-甲氧基乙醇溶液的添加量为3-3.5g。
3.根据权利要求1所述的多孔聚合物微针贴片的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，试剂的加入量分别为：甲基丙烯酸缩水甘油酯1mL、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.523mL、三乙二醇二甲基丙烯酸酯1.57mL。
4.根据权利要求1所述的多孔聚合物微针贴片的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，光引发剂为1-羟环己基苯酮，加入量为0.1g；所述步骤3中，紫外光波长为365nm，照1-1.5小时。
5.根据权利要求1所述的多孔聚合物微针贴片的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，甲醇与水的混合液的配比为甲醇和水的体积比为1：1，所述加热时间为12-15小时。
6.根据权利要求1所述的多孔聚合物微针贴片的制备方法，其特征在于，所述步骤4中浸泡的时间为20-25分钟。
7.一种可变色多孔聚合物微针贴片，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备而成。
8.一种如权利要求7所述的多孔聚合物微针贴片的应用，其特征在于，所述多孔聚合物微针贴片用于注水肉类检测。
9.根据权利要求8所述的一种多孔聚合物微针贴片的应用，其特征在于，应用在猪肉的注水情况检测时，将所述多孔聚合物微针贴片贴于猪肉表面，根据多孔聚合物微针贴片颜色变化判断猪肉注水情况。
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