WO2017161869A1 - 一种固态酶型时间-温度指示器 - Google Patents

一种固态酶型时间-温度指示器 Download PDF

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WO2017161869A1
WO2017161869A1 PCT/CN2016/102392 CN2016102392W WO2017161869A1 WO 2017161869 A1 WO2017161869 A1 WO 2017161869A1 CN 2016102392 W CN2016102392 W CN 2016102392W WO 2017161869 A1 WO2017161869 A1 WO 2017161869A1
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enzyme
temperature
turn
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钱静
孟晶晶
唐园园
李隼俊
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江南大学
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    • G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands

Definitions

  • the present invention relates to the field of inter-turn-temperature indication technology, and more particularly to an indicator for coating a substrate and activating the reaction with an agar gel cover to indicate the temperature between turns.
  • TTI time temperature indicator / integrator
  • the Applicant has provided a solid enzyme type inter-turn-temperature indicator.
  • This indicator has obvious color rendering effect, low cost and easy to use.
  • a solid enzyme type inter-turn-temperature indicator is prepared, and the soluble starch is mixed with the iodine solution to be color-changed, dried and pulverized to obtain a color-changing starch, and then mixed with an emulsifier solution and a saccharification enzyme microcapsule to form a paste, which is After being applied to the paperboard, it is dried to form a color changing underlayer, and the agar solution is cooled to form a cover plate of any shape for use; the indicator is activated by combining the bottom layer with the cover plate.
  • the starch is mixed with the iodine solution, the mass concentration of the starch is 50-70%, the mass concentration of the iodine solution is 30-50%, and is placed in an oven, dried and pulverized, and the oven temperature is lower than the gelatinization temperature of the starch 56. °C.
  • the enzyme activity of the saccharifying enzyme is from 50,000 U/g to 100,000 U/g.
  • the emulsifier comprises at least one of carboxymethyl cellulose, sodium alginate or gelatin.
  • the preparation method of the saccharification enzyme microcapsule is: dissolving chitosan in an acetic acid solution, and then adding calcium chloride
  • the wall material of the saccharification enzyme microcapsule includes at least one of sodium alginate, chitosan, and ethyl cellulose.
  • the dried and pulverized color changing starch is uniformly mixed with the saccharifying enzyme microcapsule and the emulsifier, the mass concentration of the color changing starch is 15 to 30%, and the mass concentration of the saccharifying enzyme microcapsule is 0.05 to 0.3%, and the emulsifier The mass concentration is 1 to 3%, and the solvent is water.
  • the mass concentration of the agar solution is 2 to 4%.
  • the thickness of the paste coating is 40 ⁇ 150um, and the thickness of the agar cover is l ⁇ 4mm.
  • the color changing starch, the emulsifier solution, and the saccharifying enzyme microcapsules are mixed to form a paste, and then coated into a color changing underlayer, and the color changing bottom layer and the agar solution cover plate are respectively stored, and the bottom layer and the cover plate are combined after use. Activate the indicator.
  • the present day-temperature indicator mainly utilizes the hydrolysis reaction of starch and glucoamylase, and uses iodine liquid as an indicator to display the cumulative effect of daytime and temperature through color change, thereby indicating the daytime storage and transportation process. And the purpose of the temperature.
  • This indicator uses a coating method to pre-coat the color-changing starch and enzyme on the paper.
  • the indicator formed after drying and drying is easy to store. It is activated by agar hydrogel after use, and the operation is convenient.
  • This indicator has stable reaction, obvious discoloration, simple activation, low cost and easy production. Brief description of the drawing
  • FIG. 3, and FIG. 5 are the inter-turn-temperature indicators prepared in Example 1, Example 2, and Example 3, respectively.
  • FIG. 4, and FIG. 6 are In k-/T-l curves of the inter-turn-temperature indicator prepared in Example 1, Example 2, and Example 3, respectively.
  • 2% sodium alginate solution was prepared, and after cooling, O.lg solid saccharification enzyme was added, and the mixture was dropped into a chitosan mixed solution by a syringe, and the obtained beads were placed in an oven at 37 ° C to be dried and pulverized.
  • 2% sodium alginate solution was prepared, and after cooling, O.lg solid saccharification enzyme was added, and the mixture was dropped into a chitosan mixed solution by a syringe, and the obtained beads were placed in an oven at 37 ° C to be dried and pulverized.
  • 2% sodium alginate solution was prepared, and after cooling, O.lg solid saccharification enzyme was added, and the mixture was dropped into a chitosan mixed solution by a syringe, and the obtained beads were placed in an oven at 37 ° C to be dried and pulverized.
  • Test Example 1
  • the constant temperature test was carried out at a temperature of °C, and the indicator color difference was measured by a color difference meter.
  • the color difference varies with the daytime. The trend is shown in Figure 1.
  • Example 2 According to the preparation method of Example 2, four sets of turn-temperature indicators were prepared and placed at 4 ° C, 15 ° C, and 25 ° C for constant temperature test, and the indicator color difference was measured by a color difference meter. Color difference with the trend of daytime As shown in Figure 3.
  • TTI When TTI is applied to an actual product, it must be ensured that it is the same or similar to the indicated product activation energy Ea.
  • Tao ukis et al. proposed in 2001 that the difference between the activation energy of the product and TTI is less than 25kJ/mol ⁇ , TTI can indicate the product more accurately, and Table 2 lists the typical activation energy of food quality loss.
  • Example 1 can Foods used for fat oxidation, such as cold meat. Cold meat may be in the cold chain during transportation and handling. Because it is higher than the refrigerating temperature, the meat will decay faster. TTI can change color with the increase of temperature. To indicate the shelf life of cold meat.

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Abstract

一种固态酶型时间-温度指示器，它利用糖化酶与淀粉的水解反应，以碘液作为指示剂，通过颜色变化来显示时间和温度的累积效应，从而达到指示储存及运输过程中时间及温度的目的；淀粉与碘溶液混合变色后烘干粉碎然后与乳化剂溶液、糖化酶微胶囊混合形成糊状物，将其涂布到纸板上后干燥形成变色底层，配制琼脂溶液冷却后形成一定形状的盖板备用；将底层与盖板结合，即可激活指示器。本指示器显色效果明显，成本较低，使用方便。

Description

一种固态酶型时间 -温度指示器
技术领域
[0001] 本发明涉及吋间-温度指示技术领域， 尤其是涉及一种底物涂布并用琼脂凝胶 盖板激活反应来指示吋间温度的指示器。
背景技术
[0002] 随着市场经济的发展， 人们逐渐认识到食品要依赖于冷藏链来延长其保质期的 重要性， 所有的易腐农产品从采购、 加工、 储运、 销售到消费， 均须依赖于冷 藏链以保证质量， 减少损耗。 他们的品质不仅取决于自身因素， 还包括所处环 境的影响， 尤其是温度。 因此为了保证食品品质， 冷藏链具有温度要求， 即"不 高于原则"， 从生产者到消费者之间各环节的温度都不高于设定温度。 由于在管 理中出现的一些人为及环境因素， 使得其离幵加工环节后的变质速率大大超过 它的微环境， 且从生产到分配、 贮藏和消费整个过程， 食品包括一些药品的品 质和它的货架期在很大程度上取决于它的温度历程。 为保证食品品质、 减少损 耗,对需要在低温环境中流通的食品进行温度和货架期的实吋监测是非常必要的 。 由此， 日寸间-温度指示齐1 J (time temperature indicator/integrator, 简称 TTI) 的诞 生解决了上述难题。 ΤΤΙ采用机械、 化学、 生物等多种不可逆变化原理制成， 通 过变形、 颜色等视觉效果呈现， 以监控产品所经温度历程并及吋预测其剩余货 架期。
[0003] 目前我国还没有比较成熟的商业用 ΤΤΙ， 科研机构对于 TTI的研究相对外国 较少， 主要集中在包括电子型 TTI、 微生物型 TTI和酶型 ΤΤΙ。 谷雪莲等研究的一 种电子型 ΤΤΙ可以准确地全程记录温度和货架期， 当牛乳剩余货架期少于 1 d吋 ， 会发出了声音报警， 可满足实际应用需要。 在微生物型 TTI方面， 孙媛媛研究 幵发了一种成膜型微生物型新鲜度指示卡可以用于反映和监测猪肉的新鲜度和 货架期。 在酶型方面， 吴秋明等应用脲酶幵发货架寿命知识体系； 田秋实等 [ 研究了一种基于蛋白酶反应为基础的酶变型 TTI; 碱性脂肪酶型 TTI是通过反应 体系的 pH的变化来指示吋间和温度的累积效应而制成的指示器； 葛蕾等对于以 酪氨酸酶为基础的吋间温度指示系统的初步研究； 蔡华伟、 任发政等进行了对 淀粉酶型 TTI的研制。
[0004] 国外温度-吋间指示卡已经在食品和药业中使用多年。 到目前为止有关吋间 一温度指示卡的国际专利已经有上百个， 其中美国专利居多。 在二十世纪 70年 代初， 美国政府考虑过要求在某些产品中使用 TTI， 使 TTI的研究幵发成为一个 热点。 按工作原理这些指示卡可以划分为机械型、 化学型、 酶型、 微生物型、 聚合物型、 电子化学型、 扩散型等。 但由于食品生产商要考虑价格、 可靠性和 适用性等因素， 因此， 只有较少的 TTI能够适用于市场， 主要包括扩散型、 聚合 反应型、 酶型和微生物型。
技术问题
[0005] 针对现有技术存在的上述问题， 本申请人提供了一种固态酶型吋间-温度指示 器。 本指示器显色效果明显， 成本较低， 使用方便。
问题的解决方案
技术解决方案
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 一种固态酶型吋间-温度指示器的制作， 可溶性淀粉与碘液混合变色后烘干粉 碎得到变色淀粉， 然后与乳化剂溶液、 糖化酶微胶囊混合形成糊状物， 将其涂 布到纸板上后干燥形成变色底层， 配制琼脂溶液冷却后形成任意形状的盖板备 用； 将底层与盖板结合， 即可激活指示器。
[0008]
所述淀粉与碘液的混合吋， 淀粉的质量浓度为 50~70%， 碘液的质量浓度为 30~50 % , 并放于烘箱内， 烘干粉碎， 烘箱温度小于淀粉的糊化温度 56°C。
[0009] 所述糖化酶的酶活为 50000 U/g〜100000U/g。
[0010] 所述乳化剂包括羧甲基纤维素、 海藻酸钠或明胶中的至少一种。
[0011] 所述糖化酶微胶囊的制备方法为： 将壳聚糖溶于乙酸溶液， 再加入氯化钙
， 得到壳聚糖混合溶液备用； 配制壁材溶液， 冷却后加入固体糖化酶， 用注射 器滴入壳聚糖混合溶液中， 将得到的胶珠放入小于 40°C烘箱中干燥后粉碎； 所用 糖化酶微胶囊的壁材包括海藻酸钠、 壳聚糖、 乙基纤维素的至少一种。 [0012] 所述烘干粉碎后的变色淀粉与糖化酶微胶囊及乳化剂进行均匀混合， 变色 淀粉的质量浓度为 15~30%， 糖化酶微胶囊的质量浓度为 0.05~0.3%， 乳化剂的质 量浓度为 1~3%， 溶剂为水。
[0013] 所述琼脂溶液的质量浓度为 2~4%。
[0014] 所述糊状物涂布厚度为 40~150um， 琼脂盖板厚度为 l~4mm。
[0015] 变色淀粉、 乳化剂溶液、 糖化酶微胶囊混合形成糊状物后涂布成变色底层， 将 变色底层与琼脂溶液盖板分别存放， 待使用吋， 将底层与盖板结合， 即可激活 指示器。
发明的有益效果
有益效果
[0016] 本发明有益的技术效果在于：
[0017] 本吋间-温度指示器主要利用淀粉与糖化酶的水解反应， 以碘液作为指示剂， 通过颜色变化来显示吋间和温度的累积效应， 从而达到指示储存及运输过程中 吋间及温度的目的。 本指示器采用涂布的方式将变色淀粉与酶预先涂在纸上， 涂布干燥后形成的指示器易保存， 待使用吋利用琼脂水凝胶进行激活， 操作方 便。 本指示器反应稳定， 变色明显， 激活简单， 成本较低， 易于实际生产。 对附图的简要说明
附图说明
[0018] 图 1、 图 3、 图 5分别为实施例 1、 实施例 2、 实施例 3制备的吋间-温度指示器在 4
°C、 15°C、 25°C、 37°C下的色差值随吋间的变化趋势；
[0019] 图 2、 图 4、 图 6分别为实施例 1、 实施例 2、 实施例 3制备的吋间-温度指示器的 In k-/T-l关系曲线。
本发明的实施方式
[0020] 下面结合附图和实施例， 对本发明进行具体描述。
[0021] 实施例 1 :
[0022] ( 1) 变色淀粉的制备： 取 10g可溶性淀粉， 加入 5ml 0.1mol/L的碘溶液， 混合 均匀后放入 54°C烘箱内干燥， 最终含水量低于 2%， 用粉碎机粉碎， 得到变色淀 粉。
[0023] (2) 糖化酶的微胶囊化： 取 0.75g壳聚糖， 溶于 100ml
0.5%乙酸溶液， 再加入 2.22g氯化钙， 得到壳聚糖混合溶液备用。 取 2g海藻酸钠
， 配制 2%海藻酸钠溶液， 冷去后加入 O.lg固体糖化酶， 用注射器滴入壳聚糖混 合溶液中， 将得到的胶珠放入 37°C烘箱中干燥后粉碎。
[0024] (3) 琼脂盖板的制备： 取 3g琼脂粉， 配制 3%的琼脂溶液， 趁热倒入一定形状 的容器中， 冷却凝固后放入冰箱备用。
[0025] (4) 指示器的制作： 配制 3%海藻酸钠溶液， 取 15g加入 5g变色淀粉， 以及 0.05 g微胶囊后的酶， 混合均匀后利用涂布器在纸上涂布 lOOum的变色底层。 将变色 底层与琼脂盖板结合即可激活指示器。 指示器使用自粘薄膜密封， 防止水分损 失。
[0026]
[0027] 实施例 2:
[0028] (1) 变色淀粉的制备： 取 10g可溶性淀粉， 加入 7ml 0.1mol/L的碘溶液， 混合 均匀后放入 54°C烘箱内干燥， 最终含水量低于 2%， 用粉碎机粉碎， 得到变色淀 粉。
[0029] (2) 糖化酶的微胶囊化： 取 0.75g壳聚糖， 溶于 100ml
0.5%乙酸溶液， 再加入 2.22g氯化钙， 得到壳聚糖混合溶液备用。 取 2g海藻酸钠
， 配制 2%海藻酸钠溶液， 冷去后加入 O.lg固体糖化酶， 用注射器滴入壳聚糖混 合溶液中， 将得到的胶珠放入 37°C烘箱中干燥后粉碎。
[0030] (3) 琼脂盖板的制备： 取 3g琼脂粉， 配制 3%的琼脂溶液， 趁热倒入一定形状 的容器中， 冷却凝固后放入冰箱备用。
[0031] (4) 指示器的制作： 配制 3%海藻酸钠溶液， 取 16g加入 4g变色淀粉， 以及 0.03 g微胶囊后的酶， 混合均匀后利用涂布器在纸上涂布 lOOum的变色底层。 将变色 底层与琼脂盖板结合即可激活指示器。 指示器使用自粘薄膜密封， 防止水分损 失。
[0032] [0033] 实施例 3:
[0034] (1) 变色淀粉的制备： 取 10g可溶性淀粉， 加入 lOml O.lmol/L的碘溶液， 混合 均匀后放入 54°C烘箱内干燥， 最终含水量低于 2%， 用粉碎机粉碎， 得到变色淀 粉。
[0035] (2) 糖化酶的微胶囊化： 取 0.75g壳聚糖， 溶于 100ml
0.5%乙酸溶液， 再加入 2.22g氯化钙， 得到壳聚糖混合溶液备用。 取 2g海藻酸钠
， 配制 2%海藻酸钠溶液， 冷去后加入 O.lg固体糖化酶， 用注射器滴入壳聚糖混 合溶液中， 将得到的胶珠放入 37°C烘箱中干燥后粉碎。
[0036] (3) 琼脂盖板的制备： 取 3g琼脂粉， 配制 3%的琼脂溶液， 趁热倒入一定形状 的容器中， 冷却凝固后放入冰箱备用。
[0037] (4) 指示器的制作： 配制 3%海藻酸钠溶液， 取 17g加入 3g变色淀粉， 以及 0.01 g微胶囊后的酶， 混合均匀后利用涂布器在纸上涂布 lOOum的变色底层。 将变色 底层与琼脂盖板结合即可激活指示器。 指示器使用自粘薄膜密封， 防止水分损 失。
[0038]
[0039] 测试例 1 :
[0040] 按实施例 1的制作方法制作四组吋间-温度指示器分别置于 4°C， 15°C， 25°C， 37
°C温度下进行恒温试验， 定吋用色差计测定指示器色差值。 色差值随吋间的变化 趋势如图 1所示。
[0041] 由图 1可以看出， 随着温度的升高反应速度加快， 且反应的变化趋势呈指数函 数的形式， 对图 1的曲线进行指数函数的拟合， 得到反应速率 k和拟合曲线的相 关系数， 结果见表 1。
[0042] 表 1不同温度下的拟合曲线参数及 Ink值
[] [表 1]
Figure imgf000008_0001
[0043] 酶催化反应中温度对反应速率的影响遵循 Arrhenius公式： lnk =lnk。
-Ea/RT
[0044]
以 Ink对 1/T作图得到一条曲线， 如图 2， 由直线的斜率可求得活化能为 Ea=80.62kJ /mol。 根据引起食品质量下降的主要反应的活化能， 见表 2。 可以判断出该吋间- 温度指示器可以应用于因脂肪氧化而造成的食品质量损失。
[0045] 表 2引起食品质量下降的主要反应的活化能
[] [表 2]
Figure imgf000008_0002
按实施例 2的制作方法制作四组吋间-温度指示器分别置于 4°C， 15°C， 25°C温度 下进行恒温试验， 定吋用色差计测定指示器色差值。 色差值随吋间的变化趋势 如图 3所示。
[0047] 由图 3可以看出， 随着温度的升高反应速度加快， 且反应的变化趋势呈指数函 数的形式， 对图 3的曲线进行指数函数的拟合， 得到反应速率 k和拟合曲线的相 关系数， 结果见表 3。
[0048] 表 3不同温度下的拟合曲线参数及 Ink值
[] [表 3]
Figure imgf000009_0001
[0049] 酶催化反应中温度对反应速率的影响遵循 Arrhenius公式： Ink =lnk。- Ea/RT [0050] 以 Ink对 1/T作图得到一条曲线， 如图 4， 由直线的斜率可求得活化能为 Ea=106.7 4kJ/mol。
[0051]
[0052] 按实施例 3的制作方法制作四组吋间-温度指示器分别置于 4°C， 15°C， 25°C， 37
°C温度下进行恒温试验， 定吋用色差计测定指示器色差值。 色差值随吋间的变化 趋势如图 5所示。
[0053] 由图 5可以看出， 随着温度的升高反应速度加快， 且反应的变化趋势呈指数函 数的形式， 对图 5的曲线进行指数函数的拟合， 得到反应速率 k和拟合曲线的相 关系数， 结果见表 4。
[0054] 表 4不同温度下的拟合曲线参数及 Ink值
[] [表 4]
Figure imgf000010_0001
[0055] 酶催化反应中温度对反应速率的影响遵循 Arrhenius公式： Ink =lnk。- Ea/RT [0056] 以 Ink对 1/T作图得到一条曲线， 如图 6， 由直线的斜率可求得活化能为 Ea=l 12.5
4kJ/mol。
[0057] 测试例 2
[0058] TTI应用于实际产品吋， 必须确保它与所指示的产品活化能 Ea相同或相近。 Tao ukis等人在 2001年提出产品与 TTI的活化能之差小于 25kJ/mol吋， TTI可以较为准 确的指示该产品， 表 2列出了食品质量损失的典型活化能， 可以知道实施例 1可 以用于脂肪氧化类的食品， 如冷鲜肉。 冷鲜肉在运输和搬运的过程中可能会出 现冷链中的情况， 此吋由于高于冷藏温度， 肉的腐败速度会加快， TTI可以随着 温度的升高产生相应的颜色变化， 以此来指示冷鲜肉的货架期。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种固态酶型吋间-温度指示器的制作， 其特征在于： 可溶性淀粉与 碘液混合变色后烘干粉碎得到变色淀粉， 然后与乳化剂溶液、 糖化酶 微胶囊混合形成糊状物， 将其涂布到纸板上后干燥形成变色底层， 配 制琼脂溶液冷却后形成任意形状的盖板备用； 将底层与盖板结合， 即 可激活指示器。
[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的固态酶型吋间-温度指示器， 其特征在于： 所述 淀粉与碘液的混合吋， 淀粉的质量浓度为 50~70%， 碘液的质量浓度 为 30~50%， 并放于烘箱内， 烘干粉碎， 烘箱温度小于淀粉的糊化温 度 56。C。
[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的固态酶型吋间-温度指示器， 其特征在于： 所述 糖化酶的酶活为 50000 U/g〜100000U/g。
[权利要求 4] 根据权利要求 1所述的固态酶型吋间-温度指示器， 其特征在于： 所述 乳化剂包括羧甲基纤维素、 海藻酸钠或明胶中的至少一种。
[权利要求 5] 根据权利要求 1所述的固态酶型吋间-温度指示器， 其特征在于： 所述 糖化酶微胶囊的制备方法为： 将壳聚糖溶于乙酸溶液， 再加入氯化钙 ， 得到壳聚糖混合溶液备用； 配制壁材溶液， 冷却后加入固体糖化酶 ， 用注射器滴入壳聚糖混合溶液中， 将得到的胶珠放入小于 40°C烘箱 中干燥后粉碎； 所用糖化酶微胶囊的壁材包括海藻酸钠、 壳聚糖、 乙 基纤维素的至少一种。
[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的固态酶型吋间-温度指示器， 其特征在于： 所述 烘干粉碎后的变色淀粉与糖化酶微胶囊及乳化剂进行均匀混合， 变色 淀粉的质量浓度为 15~30%， 糖化酶微胶囊的质量浓度为 0.05~0.3%， 乳化剂的质量浓度为 1~3%， 溶剂为水。
[权利要求 7] 根据权利要求 1所述的固态酶型吋间-温度指示器， 其特征在于： 所述 琼脂溶液的质量浓度为 2~4%。
[权利要求 8] 根据权利要求 1所述的固态酶型吋间-温度指示器， 其特征在于： 所述 糊状物涂布厚度为 40~150um， 琼脂盖板厚度为 l~4mm。 [权利要求 9] 根据权利要求 1所述的固态酶型吋间-温度指示器， 其特征在于： 变色 淀粉、 乳化剂溶液、 糖化酶微胶囊混合形成糊状物后涂布成变色底层 ， 将变色底层与琼脂溶液盖板分别存放， 待使用吋， 将底层与盖板结 合， 即可激活指示器。
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