一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法及其应用

本发明属于肉类质量检测领域，涉及一种肉类新鲜度检测的方法，特别涉及一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、肉类口味鲜美，富含人体所需的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质，是人类膳食结构的重要组成部分。肉的腐败变质不仅会使其营养价值丧失，口感变差；而且会产生有毒物质，严重危害人的身体健康，导致食品安全事故的发生。因此，肉类新鲜度检测对维护消费者的切身利益以及促进肉类产业健康发展具有重要的意义。现有的检测技术主要可以分为有损检测和无损检测两大类。有损检测是通过对肉类样本进行破坏性实验来获取肉类的品质属性，这种方法难以满足大批量检测以及市场流通的需求。相比有损检测，无损检测技术备受研究者青睐。随着科技的进步，电子鼻、电子舌、机器视觉、高光谱等技术都已应用到肉类的无损检测中。这些技术通过先进的仪器设备可以对肉类实现精确快速的检测，然而其检测成本较高。此外，还存在依赖专业操作人员、检测操作复杂的问题。因此，开发一种操作简单、经济实惠的肉类新鲜度无损检测方法，对于降低检测门槛，提高检测的普适性具有重要的意义。

2、柔性电子技术是一种将电子元器件封装在柔性基板中实现对外界刺激感应并通过响应信号展示的一种技术。柔性电子材料以其可拉伸、粘附性高、便携易操作等特点，成为了可穿戴设备、医疗器械、疾病监测等领域最广泛使用的材料之一。尤其在检测领域，柔性电子材料正发挥着越来越重要的作用，如环境检测和人体健康检测等领域。然而，柔性电子材料在肉类新鲜度检测领域的应用少有报道。。

3、发明目的

技术实现思路

0、
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法，本发明制备的柔性电子材料，制备工艺简单，操作门槛较低，解决现有肉类新鲜度检测流程复杂，操作专业性较高的问题。此外，本发明还将柔性电子材料应用于检测肉类新鲜度中。

1、技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法，包括以下步骤：

2、(1)柔性水凝胶传感基底的制备步骤：将可食用天然高分子材料与天然色素通过加热搅拌溶解并混合交联剂制备成胶液；其中，所述成胶液配制液采用ph缓冲液，为水凝胶基底提供电解质，电压刺激下可以发生电解水反应改变局部ph产生变色现象；将热成胶液倒入模具中利用交联反应形成网络结构稳定的水凝胶，起模获得柔性水凝胶传感基底；

3、(2)柔性电子材料的构建：在柔性水凝胶传感基底表面均匀旋涂一层步骤(1)的热成胶液，将两个平行的柔性电极的一端半包埋在旋涂的表面成胶液中，待成胶液完全成胶粘接柔性电极，制备得到柔性电子材料。本发明可以通过给柔性电极通电刺激柔性水凝胶传感基底，从而实现柔性电子材料发生颜色变化；本发明通过电压刺激水凝胶基底实现颜色变化，并以梯度电压实现色差调控，为不同ph可视化检测提供基础。

4、其中，步骤(1)中所述可食用天然高分子材料可选用明胶、胶原、多糖等无毒、无害可食用材料中的任意一种或者多种，浓度为70-140mg/ml；天然色素可选用姜黄素或花青素等无毒、无害ph敏感型植物色素中的任意一种或者多种，浓度为0.5-1.5mg/ml。

5、其中，步骤(1)中制备成胶液采用ph缓冲液，ph缓冲液可选用柠檬酸、柠檬酸钠，磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等无毒、可提供电解质离子的ph缓冲对制备，所述ph缓冲液浓度为0.1-0.5mol/l。其中，步骤(1)中所述交联剂选用谷氨酰胺转移酶(tg酶)、过氧化酶(pod酶)、多酚氧化酶(ppo酶)等食品级交联剂中的任意一种或者多种，浓度为30-70mg/ml，所述的交联成胶利用交联剂诱导天然高分子材料发生交联反应制备不可逆的三维网络结构水凝胶。

6、其中，步骤(1)中所述成胶液在40-60℃高温环境下倒入制备材料无毒的模板中。进一步地，所述的成胶液的制备是将在加热搅拌下充分混合后的热溶液倒入模板中。

7、其中，步骤(2)中在柔性水凝胶传感基底表面均匀旋涂一层0.05-0.25mm的热成胶液，待成胶液完全凝固，将柔性电极半包埋粘接。

8、其中，步骤(2)中柔性电极为铂丝、金丝或者银丝等无毒无害的惰性电极中的任意一种或者多种，其直径为0.1-0.5mm，并可通弯折方法对电极形状进行图案化设计，如“s”形、星形、方框形等。

9、其中，步骤(2)中的梯度电压为2.5-4.0v，通电时间为1-5min。颜色变化是通过电解水改变柔性水凝胶传感基底的局部ph时使天然色素发生颜色变化。

10、作为优选，所述旋涂的成胶液厚度为0.1mm，电极的直径为0.2mm，成胶液开始时为液体，随着时间增长会交联成胶，将电极半包埋粘接。

11、本发明所述的可用于肉类新鲜度检测的柔性电子材料的制备方法所制备的柔性电子材料在检测肉类新鲜度中的应用。

12、进一步地，所述应用为：将柔性电子材料贴于肉表面，肉类的组织液会渗透到柔性水凝胶传感基底中，柔性水凝胶传感基底实现与新鲜和腐败的肉类ph值实时同步。柔性电极接通直流电源，在合适的电压和通电时间下新鲜肉的组织液浸润的柔性电子材料不发生颜色变化，腐败肉的组织液浸润的柔性电子材料发生明显颜色变化，以颜色变化区分肉类的新鲜度。具体是如由黄色变化后为红色；或者从红色到紫色再到蓝色。

13、其中，所述接通直流电源的电压为直流电压，电压为2.5-4.5v，通电时间为30-70s。

14、进一步地，应用中所述的直流电源为直流稳压电源、干电池、柔性电池等直流供电设备。

15、本发明将柔性电子材料与肉类新鲜度检测结合，引入柔性水凝胶基底，柔性电极等材料，通过电压刺激，以明显的颜色区分检测肉类新鲜度。本发明制备的柔性电子材料以较低的操作门槛，解决现有检测方法步骤繁琐，专业性高的问题。

16、本发明中选用的姜黄素是ph响应色素，在不同的ph区间会表现出颜色变化，但是在肉类新鲜和腐败的ph区间颜色变化并不明显。如图1所示，本发明通过明胶封装姜黄素制备柔性水凝胶基底，缓冲液提供导电离子，并且选用惰性电极作为柔性电极，在电压刺激下发生电解水的反应但不产生副反应，改变水凝胶基底的局部ph，使其发生颜色变化。通过调节刺激电压和通电时间，实现姜黄素凝胶在肉类新鲜和腐败ph区间的颜色区分度，并以明显的颜色差别实现对肉类新鲜度可视化检测。

17、本发明制备的柔性电子材料具有良好的贴附性，可附着于肉类表面作为新鲜度检测的基石，柔性电子材料贴合于肉类的表面，肉类的组织液会渗透到柔性水凝胶传感基底中实现ph值实时同步。柔性电极接通直流电源，在合适的电压和通电时间下，与新鲜肉类结合的柔性电子材料不发生颜色变化，与腐败肉类结合的发生明显颜色变化，实现肉类的新鲜度的可视化检测。本发明的柔性电子材料的优异的检测响应性能和其简易的操作手段为低门槛检测肉类新鲜度提供新思路。

18、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

19、(1)相对于传统肉类新鲜度检测方法，本发明制备用于检测肉类新鲜度的柔性电子材料无毒、无害、生物相容性好，并具备良好的柔韧性。基于如姜黄素由黄到红的颜色变化，可实现肉类新鲜度的无损、可视化检测。

20、(2)本发明制备的柔性水凝胶基底的原料成本低、易获得，制作工艺简单。结合铂电极构建出的柔性电子材料，电刺激下颜色变化明显，ph检测性能良好。本发明首次将具有电致变色性能的柔性电子材料应用于肉类新鲜度检测领域。

21、(3)采用本发明方法制备得到的柔性电子材料在保证良好的柔韧性的同时还具备良好的贴附性，可贴附于肉上实现实时物质传输检测肉类新鲜度，并且检测操作门槛较低，不需要复杂的仪器设备，可实现对肉类新鲜度的快速、便捷检测。