一种快速响应型食品指示膜的制备方法及其应用

1.本发明属于食品包装贮藏和检测技术领域，具体涉及一种快速响应型食品指示膜的制备方法及其应用。


背景技术：

2.新鲜肉制品在运输过程中易受到微生物污染、脂肪氧化酸败、肌红蛋白变色的影响从而导致其极易发生腐坏现象，微生物能够降解蛋白等有机大分子，产生碱性含氮类挥发物等，造成包装内环境酸碱度发生变化。但对于消费者而言无法直接从外观上判断肉制品的新鲜程度，因此开发新鲜度指示功能的智能包装迫在眉睫，在新鲜肉制品的包装中通过指示剂颜色的变化判断包装内环境的酸碱度，进而指示肉制品的新鲜程度。
3.目前天然色素因安全、无毒、来源广泛、可生物降解等优点作指示物质被广泛关注，但是将花青素直接添加至成膜液中的制备方法以及选取天然色素如黑豆、黑米等作为新鲜度的响应物质都会使指示膜nh3响应时间长，监测肉制品颜色变化比较小，不能直观地反应肉制品的新鲜程度。


技术实现要素：

4.为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种快速响应型食品指示膜的制备方法及其应用，通过自组装方式得到强显色的快速响应指示膜。所述指示膜的颜色随着肉制品的新鲜程度发生变化，可以快速指示包装内肉制品的品质状态(新鲜级、次鲜级和腐败)。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种快速响应型食品指示膜的制备方法，包括以下步骤；
7.将沙蒿胶溶液与大豆分离蛋白溶液搅拌混合，得沙蒿胶-大豆分离蛋白混合溶液；向沙蒿胶-大豆分离蛋白混合溶液加入一定量的甘油搅拌一定时间得到成膜溶液，将成膜液干燥成膜，得到复合膜，裁剪适量复合膜将其浸泡到花青素溶液中，得到自组装花青素复合膜。
8.所述沙蒿胶溶液的制备方法包括：将6mg/ml沙蒿胶溶液在60℃持续搅拌至完全溶解，搅拌速率为300-500r/min，搅拌时间1h-2h。
9.所述大豆分离蛋白溶液的制备方法包括：将50mg/ml大豆分离蛋白溶液在80℃持续搅拌，搅拌速率为200-300r/min，搅拌时间30min，所述沙蒿胶溶液与大豆分离蛋白溶液体积比为1:1。
10.所述甘油的添加量为沙蒿胶和大豆分离蛋白总质量的40％，所述成膜液流延至亚克力板，置于60℃鼓风干燥箱中烘干6h。
11.所述花青素选用黑枸杞为原料提取，将花青素粉末溶于酸性乙醇溶液中，于50℃下搅拌5-10min，所述的酸性乙醇溶液由50％乙醇溶液和浓盐酸按体积比1：0.0146组成。
12.所述裁剪适量复合膜为0.3g，需要2ml黑枸杞花青素溶液。
13.所述花青素复合膜用于监测鱼肉新鲜度。
14.本发明的有益效果：
15.本发明以沙蒿胶和大豆分离蛋白为基底材料制备复合膜，均为可降解的食品包装材料，且来源广泛、成本低，符合绿色包装可持续发展的趋势。
16.本发明制备的指示膜采用自组装的制备方法，将花青素粉末溶解于酸性乙醇中，且浓盐酸与50％乙醇的体积比必须按照1：0.0146，此时制备的指示膜赋有快速响应的特性。
17.本发明中选择显色效果好的黑枸杞为原料，采用发酵法提取花青素，其颜色随ph的升高呈现出由红色
→
粉红色
→
紫色
→
深蓝色
→
墨绿色，颜色变化范围广，更有益于观察。
18.本发明制备的指示膜在监测鱼肉新鲜度时，当放置时间达到12h时，鱼肉tvb-n值为34.355mg/100g，鱼肉变质，此时指示膜颜色从深红色变成褐色，可以快速精准捕捉显鱼肉变质的信号。在测试氨气响应时，放置时间仅为20s时在不同湿度下的指示膜均由红色变为蓝灰色，并且仅用30分钟就实现了指示膜从红色
→
蓝灰色
→
深蓝色
→
深青色
→
灰色
→
褐色的变化过程，快速响应且显色范围广。
19.本发明制备工艺简单，无潜在危害，安全可靠，可快速检测肉制品的新鲜程度。
附图说明
20.图1为是实施例中指示膜的xrd谱图。
21.图2为沙蒿胶粉末、大豆分离蛋白粉末以及黑果枸杞花青素粉末的xrd谱图。
22.图3为鱼肉储藏在25℃下不同时间的tvb-n值的变化曲线以及指示膜的颜色变化。
23.图4为鱼肉储藏在4℃下不同时间的tvb-n值的变化曲线以及指示膜的颜色变化。
24.图5为鱼肉储藏在25℃下不同时间的ph值的变化曲线。
25.图6为鱼肉储藏在4℃下不同时间的ph值的变化曲线。
26.图7为33％湿度下不同时间指示膜的色度值变化图以及指示膜的颜色变化示意图。
27.图8为70％湿度下不同时间指示膜的色度值变化图以及指示膜的颜色变化示意图。
28.图9为86％湿度下不同时间指示膜的色度值变化图以及指示膜的颜色变化示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
30.实施例1
31.(1)称取0.3g沙蒿胶溶于50ml去离子水中，在60℃下持续搅拌至完全溶解，称取2.5g大豆分离蛋白于50ml去离子水中，在80℃下搅拌30min后过80目筛，将50ml沙蒿胶溶液与50ml大豆分离蛋白溶液在60℃混合10min后加入1.12g甘油，持续搅拌10min后流延至亚克力板，在60℃鼓风干燥箱中烘干，揭膜待用。
32.(2)将100ml 50％乙醇溶液与1.46ml浓盐酸混合得到酸性乙醇溶液，称取0.02g黑枸杞花青素粉末于2ml酸性乙醇溶液中在50℃下搅拌5min，得到花青素溶液。
33.(3)称取0.3g复合膜浸渍到2ml花青素溶液中，充分吸收后得到黑枸杞花青素指示膜，记为askg/spi-1％bwa。
34.实施例2：本实施例与实施例1不同的是步骤(2)中加入0.04g黑枸杞花青素粉末，其他与实施例1相同，得到的快速响应指示膜记为askg/spi-2％bwa。
35.实施例3：本实施例与实施例1不同的是步骤(2)中加入0.06g黑枸杞花青素粉末，其他与实施例1相同，得到的快速响应指示膜记为askg/spi-3％bwa。
36.实施例4：本实施例与实施例1不同的是步骤(2)中加入0.08g黑枸杞花青素粉末，其他与实施例1相同，得到的快速响应指示膜记为askg/spi-4％bwa。
37.实施例5：本实施例与实施例1不同的是步骤(2)中加入0.00g黑枸杞花青素粉末，其他与实施例1相同，得到的快速响应指示膜记为askg/spi-0％bwa。
38.对实施例制备的指示膜的xrd进行测定分析，并测试指示膜与鱼肉新鲜度的响应关系、鱼肉的tvb-n值、ph值以及氨气响应测试，得到结果如下：
39.一.xrd分析：图1是实施例中指示膜的xrd谱图，图2是沙蒿胶粉末、大豆分离蛋白粉末以及黑果枸杞花青素粉末的xrd谱图。由askg的xrd谱图可知，在18
°
左右出现较宽衍射峰为askg的特征衍射峰，在27.5
°
和34.5
°
出现较低尖锐峰，在31.8
°
出现较高尖锐峰。由spi的xrd谱图可知20
°
处的宽衍射峰为spi的特征衍射峰，是由7s和11s球蛋白构成非晶相的主要成分。由黑果枸杞花青素xrd谱图分析可知在28
°
和40.8
°
出现较低尖锐峰。由图1可知在19.2
°
出现的衍射峰为askg和spi的衍射峰重叠引起的。该结果表面askg与spi具有良好的相容性，当花青素浓度增加时，衍射峰逐渐减弱，这是因为askg、spi、甘油和花青素之间形成新的氢键。
40.二.用实施例3制备的指示膜测试与鱼肉新鲜度的响应关系，选取外观均匀、肉质干净的草鱼，取40mm
×
20mm的指示膜对其进行色度测试，将膜贴在鱼肉上放置在平皿中，用保鲜膜包裹放置在常温下观察指示膜对鱼肉新鲜度的监测。同时测定鱼肉的tvb-n值和ph值，研究指示膜在鱼肉新鲜度精准监测的应用价值。结果如表1所示。
41.表1指示膜在25℃下对鱼肉新鲜度的监测结果
42.监测时间(h)lab
△
e039.5465.226.23-344.3135.266.9030.341173.367.7812.1466.922375.801.3912.7873.70
43.从表中可以清晰地看出，随着鱼肉放置时间增加，指示膜的a值逐渐减小，表明在红绿轴上膜颜色呈现出由红色变为绿色的趋势，同时观察到b值在逐渐增加，这说明黄蓝轴上膜的颜色存在着由蓝色变为黄色的趋势。
44.用实施例3制备的指示膜测试与鱼肉新鲜度的响应关系，选取外观均匀、肉质干净的草鱼，取40mm
×
20mm的指示膜对其进行色度测试，将膜贴在鱼肉上放置在平皿中，用保鲜膜包裹放置在冰箱下观察指示膜对鱼肉新鲜度的监测。同时测定鱼肉的tvb-n值和ph值，研究指示膜在鱼肉新鲜度精准监测的应用价值。结果如表2所示。
45.表2指示膜在4℃下对鱼肉新鲜度的监测结果
46.监测时间(h)lab
△e039.5465.226.23-2451.7530.816.2736.514877.404.858.7371.307282.032.538.6575.779681.382.018.5775.8412081.621.368.4776.5114482.460.878.2177.3816883.240.667.0677.96
47.从表2中可以清晰地看出，随着鱼肉放置时间增加，指示膜的a值逐渐减小，表明在红绿轴上膜颜色呈现出由红色变为绿色的趋势，同时发现b值先增加后降低，这说明24h内黄蓝轴上膜的颜色存在着由蓝色变为黄色的趋势，超过24h以后黄蓝轴上膜的颜色存在着由黄色变为蓝色的趋势。
48.三.tvb-n值测试：图3和图4分别展示了鱼肉储藏在25℃和4℃下不同时间的tvb-n值的变化曲线以及指示膜的颜色变化。由图3可知，当放置时间为0h，初始指示膜的颜色为红色，其tvb-n值为8.325mg/100g，随着时间的增加，肉逐渐腐烂，tvb-n也随之增加。在3h时指示膜的颜色变为深红色，其tvb-n值为10.41mg/100g，此时鱼肉到达次新鲜状态。根据gb 2733-2015中的规定tvb-n值超过20mg/100g，则鱼肉变质，当放置时间到达12h时，鱼肉tvb-n为34.355mg/100g，此时指示膜颜色变为褐色，说明指示膜可以快速及时显示出鱼肉变质的信号。24h时，tvb-n值持续增加到99.8mg/100g，说明鱼肉已经完全腐败，此时指示膜颜色变为浅褐色。由图4可知，在冰箱放置的鱼肉在96h前鱼肉属于次新鲜状态，tvb-n值为13.98mg/100g，指示膜颜色从红色变为深红色，再到褐色，最后变为深褐色，当放置120h时鱼肉腐败，tvb-n值为23.18mg/100g，指示膜颜色变为棕褐色，说明指示膜在4℃也可以对鱼肉的腐烂快速响应。
49.三.ph值测试：图5和图6分别展示了鱼肉储藏在25℃和4℃下不同时间的ph值的变化曲线。鱼肉的ph值变化与微生物的生长有一定关联，由图5可知，当3h鱼肉处于次新鲜状态时，ph值为6.50，也就是鱼刚死亡后，微生物开始繁殖，引起蛋白质分解，产生碱性物质，ph值有一定上升；当储藏时间为11h时，ph值为6.44，此时鱼刚变质，这就意味着鱼肉中的糖原发生糖酵解，产生乳酸，则ph下降；而在储藏时间增加时，鱼肉中腐败菌的生命活动增强，使得鱼肉的蛋白质发生分解产生具有碱性的胺类化合物，使得ph再次上升。
50.四.指示膜nh3响应测试：由于肉制品在腐败时会产生nh3以及三甲胺等挥发性氮类化合物，为验证指示膜对挥发性气体的响应灵敏性，用实施例2制备的膜进行nh3响应测试，图7-图9分别是在33％、70％、86％湿度下不同时间指示膜的色度值变化图以及指示膜的颜色变化。由图可知在放置时间仅为20s时不同湿度下的指示膜均由红色变为蓝灰色，并且仅用30分钟就实现了指示膜从红色
→
蓝灰色
→
深蓝色
→
深青色
→
灰色
→
褐色的变化过程，这足以反映指示膜响应效果清晰，响应时间快速，显色明显。