基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签及制备方法与用途

1.本发明涉及一种肉品检测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签及制备方法与用途。


背景技术：

2.肉品新鲜度指示标签能够直接提供肉品中微生物生长情况和化学变化的相关信息，可使肉品货架期动态化，协助消费者对肉品在货架期期间可能出现的问题做出准确判断。因此，肉品新鲜度指示标签的开发受到越来越多研究人员的重视。但是，目前开发的肉品新鲜度指示标签多采用指示剂，容易出现活性不稳定的现象，并且在使用时可能发生指示剂迁移，对肉品造成污染；同时由于该类指示标签通常需要利用高级材料和比较复杂的专业化技术，会大幅度增加包装成本。基于此，丞待建立方法简单、成本低、安全性高的新型指示标签制备技术，能够快速高效地评价肉品的新鲜度。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
4.本发明还有一个目的是提供一种基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签，其能够快速、灵敏的评价猪肉的新鲜程度，且具有简单、成本低、稳定性好、安全高效的优点。
5.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签，其中，所述指示标签由静电纺丝纳米纤维制成的纳米指示标签，其中，所述纳米指示标签的组成材料包括：10％聚乙烯醇(pva)溶液、5％～25％葡萄籽花青素溶液以及纳米银颗粒(agnps)溶液。
6.优选的是，所述纳米指示标签的组成材料包括：5-15体积份数的10％聚乙烯醇(pva)溶液、1-5体积份数的5％～25％葡萄籽花青素溶液以及0.3-1体积份数的纳米银颗粒(agnps)溶液。
7.优选的是，所述纳米指示标签为厚度为0.1-0.2mm的静电纺丝膜。
8.优选的是，所述纳米指示标签的厚度为0.16-0.18mm；形状为圆形或方形。
9.本发明还提供了所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签的制备方法，其包括以下步骤：
10.步骤一，制备聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液，量取5～15体积份数的10％pva纺丝液加入1～5体积份数的5％～25％的葡萄籽花青素溶液，以及0.3～1体积份数的-纳米银颗粒(agnps)溶液，混合均匀即得；
11.步骤二，制备纳米指示标签，用5ml注射器吸取所述步骤一制备聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液，安装金属针头，将其放入静电纺丝仪进行静电纺丝并制膜，将制得的静电纺丝膜放于30℃恒温烘箱烘至恒重。
12.优选的是，静电纺丝时，纺丝电压20～25kv；进料速度0.5ml/h；喷丝头到接收板的接收距离15cm；空间温度为25℃。
13.优选的是，所述10％聚乙烯醇(pva)溶液通过以下方法制备：
14.按照重量比1:10，称取并混合聚乙烯醇(pva)和超纯水，之后于75℃水浴中，磁力搅拌6h，使其完全溶解，即得。
15.优选的是，所述5％～25％的葡萄籽花青素溶液通过以下方法制备：
16.称取5-25重量份的葡萄籽花青素，加入5～25重量份的无水乙醇和95～75重量份的超纯水，搅拌2h，超声30min，即得。
17.优选的是，所述制备方法还包括：将烘干后的静电纺丝膜裁剪成直径为1cm的圆形或面积为4cm
2-6cm2的方形。
18.本发明提供了所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签用于肉品新鲜度评价的方法，其包括：将新鲜的畜禽肉分割成块状，大小为50g，放置于包装盒中，置于10
±
1℃恒温箱中贮藏，将所述纳米指示标签固定在包装盒内壁，分别记录其在0h、24h、48h、72h的颜色变化。所述新鲜的畜禽肉例如为猪肉，所述纳米指示标签的起始颜色为浅粉色，第1天后变为红色，根据ph和tvb-n含量的分析结果，可以判断此时猪肉处于新鲜阶段；第2天变为棕红色，此时猪肉为次级新鲜；第3天标签颜色变为灰色，经分析此时ph值为6.8，tvb-n含量达到30.63mg/100g，此时猪肉散发异味，处于腐败阶段。
19.本发明至少包括以下有益效果：本发明所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签以安全性高、可降解的聚乙烯醇(pva)作为基底材料，添加纳米银颗粒(agnps)和花青素，利用纳米银颗粒(agnps)生物安全性和抑菌性，同时协同花青素ph敏感性和变色灵敏度高，借助静电纺丝技术制备具有抑菌性能同时实时监测肉品新鲜度的静电纺丝膜，用于制备新鲜度的纳米指示标签。本发明利用聚乙烯醇(pva)-纳米银(agnps)胶束有效维持了花青素结构的稳定性；进一步提高了所述纳米指示标签的稳定性。所述纳米指示标签中花青素稳定程度高、颜色变化明显，结构简单、成本低、稳定性好、安全高效，能够快速、灵敏的评价畜禽肉尤其是猪肉的新鲜程度。本发明所述纳米指示标签在传统的静电纺丝液中加入了纳米银颗粒(agnps)和葡萄籽花青素溶液，二者与聚乙烯醇(pva)发生作用，增加了静电纺丝液的稳定性。尤其是葡萄籽花青素溶液的加入，增加了所述纳米指示标签的敏感度，同时也使得制备的静电纺丝膜热稳定性大大提高。
20.本发明所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签的制备方法步骤简单、成本低、安全性高，能够快速高效地制备用于评价肉品的新鲜度的纳米指示标签。将所述纳米指示标签用于肉品新鲜度检测时，具有快速、直观、准确等优点。
21.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
22.图1为本发明其中一个实施例所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签的电镜图；
23.图2为本发明其中三个实施例中所述纳米指示标签的红外光谱图；
24.图3为本发明其中三个实施例中所述纳米指示标签的xrd光谱图；
25.图4为本发明其中三个实施例中所述纳米指示标签的tg图；
26.图5为本发明其中三个实施例中所述纳米指示标签的tga图；
27.图6a为本发明其中一个实施例所述聚乙烯醇(pva)指示标签的水接触角示意图；
28.图6b为本发明其中一个实施例所述聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)指示标签的水接触角示意图；
29.图6c为本发明其中一个实施例所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签的水接触角示意图；
30.图7为本发明其中一个实施例所述制备方法中的三种纺丝液的流变图；
31.图8a为本发明其中一个实施例中花青素纺丝液的紫外吸收光谱图；
32.图8b为本发明其中一个实施例中室温及自然光照下放置4天后的聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素的紫外吸收光谱图；
33.图8c为本发明其中一个实施例中室温及自然光照下放置4天后的聚乙烯醇(pva)-花青素的紫外吸收光谱图；
34.图9a为本发明其中一个实施例所述制备方法中的聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液的透射电镜图；
35.图9b为本发明其中一个实施例所述制备方法中的聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液的粒径分析图；
36.图10为本发明其中一个实施例所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签用于监测猪肉新鲜度时的ph和tvb-n含量变化曲线图；
37.图11为本发明其中一个实施例所述纳米指示标签的色差变化曲线图；
38.图12为本发明其中一个实施例所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签的颜色变化指示图。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
40.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
41.如图1所示，本发明提供一种基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签，其中，所述纳米指示标签由静电纺丝纳米纤维制成，所述纳米指示标签的组成材料包括：10％聚乙烯醇(pva)溶液、5％～25％葡萄籽花青素溶液以及纳米银颗粒(agnps)溶液。从图1中可以看出，所述静电纺丝纳米纤维的表面呈现蓬松的纤维状且粗细均匀，由此，将静电纺丝仪的参数设置达到理想状态，即可以电纺成膜。
42.在其中一个实施例中，所述纳米指示标签的组成材料包括：5-15体积份数的10％聚乙烯醇(pva)溶液、1-5体积份数的5％～25％葡萄籽花青素溶液以及0.3-1体积份数的纳米银颗粒(agnps)溶液。
43.在其中一个实施例中，仅选用10％聚乙烯醇(pva)纺丝液加入静电纺丝仪中，制备静电纺丝膜。
44.在其中一个实施例中，选用10％聚乙烯醇(pva)纺丝液和纳米银颗粒(agnps)溶液加入静电纺丝仪中，制备静电纺丝膜。
45.本发明进一步对所述纳米指示标签的形貌、结构和性能进行表征，结果如下。
46.1，本发明使用nicolet is50r仪器(thermo nicolet ltd.，vernon hills，il，usa)分析指示标签的组成。光谱分辨率为2cm-1，在500-4000cm-1的波数范围内扫描32次。获得各实施例所述静电纺丝膜的红外光谱图(如图2所示)，图中曲线a、b、c分别为聚乙烯醇(pva)、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素的红外光谱图。由图可知，3270cm-1处为o-h的伸缩振动峰，1326cm-1处为ch-oh的弯曲振动峰，1077cm-1处为c-o基团的伸缩振动峰。纳米银颗粒(agnps)-纳米银颗粒(agnps)在1413cm-1处的吸收峰为n-h基团的弯曲振动峰。通过比较发现，加入纳米银颗粒(agnps)后没有出现其他峰，结合tem说明纳米银颗粒(agnps)与纳米银颗粒(agnps)具有很好的生物相容性。花青素的加入使得纳米银颗粒(agnps)-纳米银颗粒(agnps)-花青素曲线各标志峰的强度增强，指示标签的力学性能有所改变，这可能是花青素芳香环结构发生了邻位取代引起的，也说明花青素与纳米银颗粒(agnps)、纳米银颗粒(agnps)具有良好的相容性。
47.2，本发明通过x射线衍射分析仪(bruker daltonic inc，germany)分析各实施例所述纳米指示标签的晶形结构，将指示标签裁剪为直径1cm的圆形，固定在样品槽上。参数设置：扫描范围2θ＝5～85
°
，扫描电压20kv，扫描电流5ma，扫描速率4
°
/min，步宽为0.02
°
。结果见图3，其示出了各实施例所述纳米指示标签的xrd光谱图，图3中，曲线a、b、c分别为聚乙烯醇(pva)、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)的xrd谱图，在图中共出现2θ＝37.94
°
、64.84
°
、77.87
°
、82.08
°
4个显著的衍射峰，依次与ag晶系的(111)、(220)、(311)、(222)晶面相对应(参照jcpds卡no.040783)，纳米银颗粒(agnps)加入后聚乙烯醇(pva)的晶体结构受到影响，2θ＝77.87
°
的衍射峰强度降低，结晶度下降；由曲线b可见，添加花青素后2θ＝82.08
°
的衍射峰未出现，说明纳米银颗粒(agnps)与聚乙烯醇(pva)、花青素相结合，指示标签晶体结构发生变化。
48.3，本发明运用热重分析仪(tg/dta7200，usa)对各实施例所述纳米指示标签的热稳定性进行分析，称取10
±
0.1mg的指示标签放入坩埚中，n2流速为50ml/min，热重分析仪的测试温度为0℃～600℃，升温速度10℃/min。结果见图4和图5。图中a、b、c分别代表聚乙烯醇(pva)静电纺丝膜、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)静电纺丝膜、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素静电纺丝膜的相关曲线。电纺膜的热分解分为三个阶段，聚乙烯醇(pva)静电纺丝膜、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)静电纺丝膜、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素静电纺丝膜3种指示标签的第一个分解阶段分别在25～261.28℃、25～261.4℃、25～299.85℃，图4示出了各实施例所述纳米指示标签的热重分析(tg)图，如图4所示，3种膜都呈现少量的质量损失(失重＜10％)，主要是由于膜中残留的乙醇、水分等小分子蒸发引起的，此阶段聚乙烯醇(pva)静电纺丝膜的内部分子结构不会受影响；第二阶段是热分解的主要阶段，结果见图5；此阶段包含3种膜的中点温度和失重速率的最高峰，对应温度分别为280.72℃、278.95℃、332.61℃，添加花青素的指示膜热分解温度明显升高；第三阶段为热分解的终止阶段，3种膜的终止温度分别为299.98℃、296.41℃、365.39℃，此阶段显示添加花青素的指示膜终止温度明显升高，说明花青素对指示膜的热稳定性具有增强作用。
49.4，本发明利用静态水接触角仪(dsa100s，usa)进行测量，采用悬滴法，将约5μl的水滴滴于纤维膜的表面，室温下测试，60s内读取数据，测试结果取水滴刚接触指示标签表
面时形成的角度。结果见图6a、6b、6c，其中，图6a示出了聚乙烯醇(pva)制备的指示标签的水接触角测试图；图6b示出了聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)制备的纳米指示标签的水接触角测试图；图6c示出了聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素制备的纳米指示标签的水接触角测试图。由图5a、5b、5c可知，聚乙烯醇(pva)指示标签的接触角为89
°±1°
，聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)指示标签的接触角为79
°±1°
，说明这两种指示膜具有较好的表面亲水性，纳米银颗粒(agnps)的加入增加了聚乙烯醇(pva)的亲水性能，结合sem图可知，添加纳米银颗粒(agnps)后电纺膜纤维直径增加，粗细均匀度下降，电纺膜的亲水性能提高，但是正常猪肉中水分含量均值为74.43
±
1.47％，亲水性良好的电纺膜稳定性相对较差。当添加花青素后，聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素的接触角为102
°±1°
，说明花青素的加入使指示膜表面的疏水性增强，具有较好的稳定性。
50.5，本发明采用高级旋转流变仪(mcr302，austria)对聚乙烯醇(pva)纺丝液、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)纺丝液、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液-花青素纺丝液分别进行流变学表征，测试条件为25
±
1℃，10％剪切应力，剪切速率范围为1-100s-1。选取剪切速率为1s-1时的零剪切粘度作为体系平均粘度。结果见图7，其示出了各实施例三种纺丝液的流变图。溶液的粘度对静电纺丝纤维的尺寸和形态都有重要的影响。过低的粘度不能形成纤维，而过高的粘度会导致共混液无法喷出纺织。因此静电纺丝共混液的粘度对纺丝的效果起决定性作用，如图7所示，三种纺丝液的粘度均随剪切速率的升高而逐渐降低，纳米银颗粒(agnps)和花青素的加入使纺丝液中聚合物含量增加，使纺丝液粘度增大。为后续静电纺丝膜的制备奠定基础。
51.6，本发明对花青素电纺膜、聚乙烯醇(pva)-花青素电纺膜、聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)电纺膜进行紫外分析，结果如图8a、8b、8c所示。花青素的结构易受热、ph、氧气、光照、金属离子等环境因素的影响，从而限制其应用范围。图8a为花青素电纺膜的紫外吸收光谱图，其峰值位于530nm左右。在ph＝3～9缓冲体系中，花青素色泽鲜艳，差异性明显。图8b为室温及自然光照下放置4天后的聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)电纺膜的紫外吸收光谱图。与图8a相比，此时花青素的含量略有下降，色泽鲜艳度也有一些降低。由图8c可见，放置4天后pva-花青素溶液中花青素的含量大幅下降，颜色褪去，同时在ph＝4～7的缓冲体系中可观察到菌丝生成。由此可以表明，聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)胶束能有效保持花青素的结构稳定性，并提高了纺丝液的抑菌性，维持了花青素色泽的稳定性。
52.在其中一个实施例中，所述纳米指示标签为厚度为0.1-0.2mm的静电纺丝膜。
53.在其中一个实施例中，所述纳米指示标签的厚度为0.16-0.18mm；形状为圆形或方形。本发明选择厚度为0.16-0.18mm的静电纺丝膜，相较于普通静电纺丝膜厚度增加，以便于提高其稳定性。将所述纳米指示标签剪成直径1cm的圆形或者2*2cm的正方形，便于粘贴在包装盒的内侧，用于检测肉品新鲜度。
54.本发明还提供了所述基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签的制备方法，其包括以下步骤：
55.步骤一，制备聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液，量取5～15体积份数的10％pva纺丝液加入1～5体积份数的5％～25％的葡萄籽花青素溶液，以及0.3～1体积份数的-纳米银颗粒(agnps)溶液，混合均匀即得；
56.步骤二，制备纳米指示标签，用5ml注射器吸取所述步骤一制备聚乙烯醇(pva)-纳
米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液，安装金属针头，将其放入静电纺丝仪进行静电纺丝并制膜，将制得的静电纺丝膜放于30℃恒温烘箱烘至恒重。相比于传统的制备方法，本发明所述制备方法，步骤简单，只需要按照比例混合所需溶液，然后按照本发明特定参数设置静电纺丝仪进行工作即可。由此制备的指示标签具有简单、成本低、稳定性好、安全高效的优点。所述纳米指示标签能够快速、灵敏的评价畜禽肉尤其是猪肉的新鲜程度。
57.在其中一个实施例中，静电纺丝时，纺丝电压20～25kv；进料速度0.5ml/h；喷丝头到接收板的接收距离15cm；空间温度为25℃。
58.在其中一个实施例中，所述10％聚乙烯醇(pva)溶液通过以下方法制备：
59.按照重量比1:10，称取并混合聚乙烯醇(pva)和超纯水，之后于75℃水浴中，磁力搅拌6h，使其完全溶解，即得。
60.在其中一个实施例中，所述5％～25％的葡萄籽花青素溶液通过以下方法制备：
61.称取5-25重量份的葡萄籽花青素，加入5～25重量份的无水乙醇和95～75重量份的超纯水，搅拌2h，超声30min，即得。
62.在其中一个实施例中，所述制备方法还包括：将烘干后的静电纺丝膜裁剪成直径为1cm的圆形或面积为4cm
2-6cm2的方形。
63.本发明使用高分辨率透射电子显微镜(hitachi h-7650，japan)对聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液进行表征。取适量的纺丝液超声，将纺丝液滴加到200目的超薄碳支持膜上，使用红外照射干燥后，将其固定至样品台，对样品形貌进行观察。结果见图9a和图9b。图9a示出了聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液透射电镜图，图9b示出了聚乙烯醇(pva)-纳米银颗粒(agnps)-花青素纺丝液粒径图，结合两个图中可以看出，纳米银颗粒(agnps)呈圆球形，平均粒径大小为42.5nm，纺丝液中纳米银颗粒(agnps)未出现聚集现象，说明超声2h后，纳米银颗粒(agnps)均匀的分散于纺丝液中。
64.本发明提供了基于静电纺丝技术的肉品新鲜度指示标签用于肉品新鲜度评价的方法，其包括：将新鲜的畜禽肉分割成块状，大小为50g，放置于包装盒中，置于10
±
1℃恒温箱中贮藏，将所述纳米指示标签固定在包装盒内壁，分别记录其在0h、24h、48h、72h的颜色变化。所述新鲜的畜禽肉例如为猪肉，如图10-12所示，所述纳米指示标签的起始颜色为浅粉色，第1天后变为红色，根据ph和tvb-n含量的分析结果，可以判断此时猪肉处于新鲜阶段；第2天变为棕红色，此时猪肉为次级新鲜；第3天标签颜色变为灰色，经分析此时ph值为6.8，tvb-n含量达到30.63mg/100g，此时猪肉散发异味，处于腐败阶段。
65.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。