基于明胶/Fe2+高灵敏度的食品新鲜度指示型纳米纤维膜的制备及应用的初步研究

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近年来人们对于食品质量安全的关注越来越高,促进了食品新鲜度监测智能包装的快速发展。相对于耗时且操作繁琐的传统检测方法和需要借助专业仪器且数据处理复杂的快速无损检测方法,比色型p H指示膜无需破坏包装,只需利用指示剂随食物及其微环境p H值的变化而改变颜色,就可以使消费者迅速地区分新鲜和变质的食物,对于减少食物浪费具有重要意义。然而,很多基于天然色素的p H指示膜的灵敏度不高,并且许多天然指示剂在不同p H条件下色差不明显,限制了这类指示剂及指示膜的应用。本研究重点针对蓝莓花青素在不同p H条件下变色不明显的问题,通过添加明胶/Fe2+制备了p H敏感性增强的电纺纳米纤维指示膜并将其应用于牛奶和鱼肉的新鲜度监测。主要研究内容和结果如下:1、含有鱼皮明胶和Fe2+的指示型电纺膜的制备及表征采用静电纺丝技术制备了以玉米醇溶蛋白为基质,以蓝莓花青素为指示剂的纳米纤维膜,并根据膜的微观形貌和酸显色特性优选出玉米醇溶蛋白和花青素浓度。在此基础上,制备了含有明胶和Fe2+的纳米纤维指示膜,并利用扫描电子显微镜(Scanning electronic microscopy,SEM)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared,FT-IR)及X射线衍射(X-ray diffractometer,XRD)等技术对其进行了表征。结果表明,玉米醇溶蛋白和花青素浓度分别为30%和5%时,膜的微观形貌较好且酸显色特性最优,而明胶和Fe2+的添加改变了指示膜的微观形貌。指示膜相对于单纯花青素的红外光谱的特征峰在3200-3600 cm-1处发生了偏移,且衍射峰的强度减小,表明花青素和成膜底物(玉米醇溶蛋白、明胶和Fe2+)之间存在氢键等相互作用。2、指示型电纺膜应用于牛奶新鲜度监测及明胶/Fe2+与花青素相互作用初探制备了含明胶和Fe2+的指示膜,并根据Fe2+含量对p H敏感性的影响优化了Fe2+的浓度。测定了F0-0(不含明胶和Fe2+)、F1-0(含明胶1%(w/v))、F0-7(含Fe2+0.07 mg/m L)和F1-7(既含明胶1%(w/v)又含Fe2+0.07 mg/m L)的p H(3-7)敏感性并将其应用于牛奶新鲜度监测。同时,通过测定含蓝莓花青素、明胶和Fe2+混合液的紫外-可见光谱和驱动力分析了三者之间的潜在相互作用。结果表明,Fe2+浓度为0.07 mg/m L时,指示膜在相邻两个p H(3-7)之间的颜色差异较大,且指示膜的p H(3-7)敏感性为F1-7>F0-7>F1-0/F0-0。将指示膜(F0-0、F1-0、F0-7和F1-7)应用于牛奶新鲜度监测时,F0-7和F1-7在不同新鲜度的牛奶中浸泡后呈现的颜色变化更容易被辨别,且F0-7和F1-7的颜色参数(L*、a*、R、G、B)均对牛奶的储藏时间/p H/酸度表现出较强的线性响应。此外,F1-7的颜色参数(L*、a*、R、G、B)与牛奶储藏时间/p H值/酸度的相关系数普遍大于F0-7的。明胶、Fe2+和蓝莓花青素可能通过氢键等发生相互作用,使紫外-可见光谱的吸收峰发生红移,并增加了吸收峰的强度,最终影响了指示膜的颜色响应特性。3、指示型电纺膜应用于鱼肉新鲜度监测研究通过静电纺丝技术制备了指示膜F0-0、F0-1、F0-4、F0-7(Fe2+分别为0、0.01、0.04、0.07 mg/m L)和F1-0、F1-1、F1-4、F1-7(明胶1%(w/v)且Fe2+分别为0、0.01、0.04、0.07 mg/m L),测定了这些指示膜从中性到碱性p H(7-13)条件时颜色响应特性和对氨的响应,并探索了应用于鱼肉新鲜度监测的可能性。结果表明,F1-4和F1-7的p H敏感性较强,且添加了明胶和Fe2+的指示膜对氨的反应灵敏度更高。添加了适量明胶和Fe2+的指示膜应用于鱼肉新鲜度监测时色差较大,显示出的颜色变化更易于被肉眼辨别。此外,F0-7、F1-1和F1-4颜色响应情况P(L*+a*+b*+R+G+B)/a*)和挥发性盐基氮(TVB-N)含量之间显示出相对更强的线性相关性,即可根据颜色响应更加准确地推算出鱼肉的TVB-N含量。因此,本研究所制备的含明胶和Fe2+的指示膜具有氨敏感性好、颜色响应显著等优点,可用于实时监测水产品新鲜度,拓宽了该指示膜的应用范围。
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