一种双功能荧光传感器及制备方法、食品变色标签与应用

本发明涉及食品工程，尤其涉及一种双功能荧光传感器及制备方法、食品变色标签与应用。

背景技术：

1、食物的新鲜度对公共卫生至关重要，食用变质的食物会导致严重的生理疾病。随着食品的全球流通日益普遍，由于在储存和运输过程中酶的反应和微生物的污染，导致食品变质成为食品工业中最重要的问题之一。在食物腐败变质的过程中，各种挥发性代谢物从食物中释放出来，从而改变食品周围的酸碱度，即ph值。按照ph值的升高与降低，代谢物可分为两大类，其中一类涉及糖酵解的发生，它释放出酸性化合物，如乳酸，使得食物的ph值降低。另一类是由细菌代谢氨基酸脱羧生成挥发性生物胺，导致食物的ph值增加。因此，ph值的变化与食品的新鲜度息息相关。

2、近年来，荧光传感器因其高灵敏度、无创、实时和现场方式而受到越来越多的关注。在食品分析中，荧光传感器方法作为一种简单、低成本、无损和实时的检测方法已被广泛用于食品质量的鉴定。到目前为止，已经报道了多种用于监测食品新鲜度的ph响应荧光传感器。然而，这些传感器仅以单响应模式检测食物的ph值变化，因此其使用受到限制。

3、因此，现有技术仍有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双功能荧光传感器及制备方法、食品变色标签与应用，旨在解决现有传感器仅能以单响应模式检测食物的ph值变化的问题。

2、最佳ph响应传感器应具有区分酸性和碱性释放物的双响应功能模式，即能够通过两个不同的荧光信号同时监测食品变质过程中的酸性和碱性释放物，以评估食品腐败变质过程中产生的酸性和碱性释放物的水平。

3、具体地，本发明的技术方案如下：

4、本发明的第一方面，提供一种双功能荧光传感器，所述双功能荧光传感器为3-羟基-2-(4-(4-甲基哌嗪-1-基)苯基)-4h-苯并色酮，简称hmb，所述hmb的结构式为：

5、本发明的双功能荧光传感器具有独特的甲基哌嗪结构，即拥有两个pka值，因而能够在较低的ph范围内发出绿色荧光，在较高的ph范围内发出红色荧光，实现对酸性和碱性释放物进行同步追踪检测。

6、本发明的第二方面，提供一种本发明所述的双功能荧光传感器的制备方法，其中，包括步骤：

7、将1-(3-羟基萘-2-基)乙酮、4-(4-甲基哌嗪-1-基)苯甲醛和四氢吡咯溶于极性溶剂中，搅拌14～20h，得到混合溶液；

8、向所述混合溶液中加入无机碱和过氧化氢，搅拌12～18h后，经纯化处理，得到所述双功能荧光传感器；

9、上述反应路线如下所示：

10、

11、可选地，所述1-(3-羟基萘-2-基)乙酮与所述4-(4-甲基哌嗪-1-基)苯甲醛的摩尔比为1：2～5，如1：2、1：3、1：4、1：5等。

12、可选地，所述极性溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇中的一种。

13、可选地，所述向所述混合溶液中加入无机碱和过氧化氢，搅拌12～18h后，经纯化处理，得到所述双功能荧光传感器的步骤，具体包括：

14、在冰水浴中，向所述混合溶液中加入无机碱和过氧化氢，持续搅拌30～90min(如30min、50min、70min、90min等)，去除所述冰水浴转为室温搅拌，在室温下搅拌12～18h，得到反应后体系；

15、用酸调节所述反应后体系至中性，经抽滤、洗涤、重结晶，得到所述双功能荧光传感器。

16、可选地，所述无机碱选自氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。

17、可选地，所述酸选自盐酸。

18、本发明的第三方面，提供一种食品变色标签，其中，所述食品变色标签包括玻璃纤维纸和结合在所述玻璃纤维纸上的本发明所述的双功能荧光传感器。

19、基于本发明所述双功能荧光传感器的食品变色标签，可以内置于食物透明包装袋，从而对食物的变质过程实施非破坏性的检测。

20、本发明的第四方面，提供一种本发明所述的食品变色标签的制备方法，其中，包括步骤：

21、将所述双功能荧光传感器溶于有机溶剂中，得到双功能荧光传感器溶液；

22、将玻璃纤维纸浸泡于所述双功能荧光传感器溶液中1～3h(如1h、2h、3h等)，取出后烘干，得到所述食品变色标签。

23、基于双功能荧光传感器制备的食品变色标签，可以内置于食物透明包装袋，从而对食物的变质过程实施非破坏性的检测。

24、可选地，所述双功能荧光传感器与玻璃纤维纸的重量比为1:10～1000，如1:10、1:50、1:100、1:200、1:300、1:500、1:700、1:1000等。

25、可选地，所述双功能荧光传感器溶液的浓度为0.01～1mm，如0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.5mm、1mm等。

26、可选地，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、乙醇中的一种。

27、可选地，所述有机溶剂的体积为1～10ml。

28、本发明的第五方面，提供一种本发明所述的食品变色标签在检测食品腐败过程中产生的酸性释放物和碱性释放物中的应用。

29、本发明的第六方面，提供一种本发明所述的食品变色标签在评价食品腐败变质过程中的应用。

30、本发明食品变色标签可以用于检测食品腐败过程中产生的酸性释放物(如乳酸气体)和碱性释放物(如有机胺气体)，具体检测步骤包括：将所述食品变色标签封装于食品透明包装膜的内表面，用手持式紫外灯照射，手机拍摄记录荧光颜色并读取其rgb值；当r/g值为1.2±0.1时，说明食品没有产生酸性和碱性释放物；当r/g值小于1.1时，表明食品中产生了酸性释放物；当r/g值大于1.3时，表明食品中产生了碱性释放物。

31、其中，所述rgb值指的是颜色值，r为红色，g为绿色。

32、本发明的食品变色标签可以用于检测食品腐败过程中产生的酸性和碱性释放物，所述食品变色标签在酸性环境中发出绿色荧光，在碱性环境中发出红色荧光，能够对食物腐败过程中产生的酸性和碱性代谢物进行同步检测。

33、本发明具有以下有益效果：

34、(1)本发明的双功能荧光传感器，通过引入甲基哌嗪作为ph识别基团，使得所述双功能荧光传感器能同时快速检测酸性和碱性释放物，以评估食品腐败变质过程中产生的有机胺、乳酸等释放物的水平。

35、(2)本发明的双功能荧光传感器制备的食品变色标签，在酸性环境中发出绿色荧光，在碱性环境中发出红色荧光，能够对食物变质过程中产生的酸性和碱性代谢物进行同步检测，用于评价食品的变质过程。

技术特征：

1.一种双功能荧光传感器，其特征在于，所述双功能荧光传感器为3-羟基-2-(4-(4-甲基哌嗪-1-基)苯基)-4h-苯并色酮，简称hmb，所述hmb的结构式为：

2.一种如权利要求1所述的双功能荧光传感器的制备方法，其特征在于，包括步骤：

3.根据权利要求2所述的双功能荧光传感器的制备方法，其特征在于，所述1-(3-羟基萘-2-基)乙酮与所述4-(4-甲基哌嗪-1-基)苯甲醛的摩尔比为1：2～1：5；

4.根据权利要求2所述的双功能荧光传感器的制备方法，其特征在于，所述向所述混合溶液中加入无机碱和过氧化氢，搅拌12～18h后，经纯化处理，得到所述双功能荧光传感器的步骤，具体包括：

5.根据权利要求4所述的双功能荧光传感器的制备方法，其特征在于，所述无机碱选自氢氧化钾、氢氧化钠中的一种；

6.一种食品变色标签，其特征在于，所述食品变色标签包括玻璃纤维纸和结合在所述玻璃纤维纸上的如权利要求1所述的双功能荧光传感器。

7.一种如权利要求6所述的食品变色标签的制备方法，其特征在于，包括步骤：

8.根据权利要求7所述的食品变色标签的制备方法，其特征在于，所述双功能荧光传感器与玻璃纤维纸的重量比为1:10～1000；

9.一种如权利要求6所述的食品变色标签在检测食品腐败过程中产生的酸性释放物和碱性释放物中的应用。

10.一种如权利要求6所述的食品变色标签在评价食品腐败变质过程中的应用。

技术总结
本发明公开一种双功能荧光传感器及制备方法、食品变色标签与应用。该双功能荧光传感器为3‑羟基‑2‑(4‑(4‑甲基哌嗪‑1‑基)苯基)‑4H‑苯并色酮，简写为HMB，所述HMB的结构式为：本发明的双功能荧光传感器具有独特的甲基哌嗪结构，能同时快速检测酸性和碱性释放物，以评估食品腐败变质过程中产生的有机胺、乳酸等释放物的水平。基于本发明的双功能荧光传感器制备的食品变色标签，在酸性环境中发出绿色荧光，在碱性环境中发出红色荧光，能够对食物变质过程中产生的酸性和碱性代谢物进行同步检测，用于评价食品的变质过程。

技术研发人员：刘斌,赵雨田
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19