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基于金纳米时间温度指示器的食品品质监测

张李璇  
【摘要】:国家经济迅速发展,人们对食品安全的重视程度也越来越高。温度对很多易腐败产品的影响极大。因此,能够实时并且精确监测食品所经历的温度和时间历程的时间-温度指示器(Time-Temperature Indicator,TTI)应运而生,可用其来预测食品的货架寿命,保卫人民群众的生命健康。目前,国内外研究的TTI种类广泛,主要有扩散型TTI、微生物型TTI、酶型TTI和聚合型TTI,很多TTI已实现商业化应用,用来监测肉类、鱼类、鲜奶、水果等产品的品质。此外,金纳米材料由于具有独特的光学特性,被证明可作为TTI,但金纳米型TTI的研究仅停留在机理层面,如何制备出适合商业化应用的金纳米型TTI值得进一步探究。本课题在前人基础上,利用四氯金酸四水合物与天然多糖反应产生金纳米颗粒从而完成时间-温度指示器的制备,并对TTI的动力学性能和其在食品上的应用进行了研究。本课题主要研究:(1)对比不同种类的还原剂对TTI变色效果的影响,最终选择明胶作为还原剂。以四氯金酸四水合物溶液作为基质,分别选择海藻酸钠、壳聚糖、明胶对人体无害的三款物质作为还原剂,通过还原法形成具有独特光学特性的金纳米颗粒,对比不同的还原剂下TTI的变色效果。海藻酸钠型TTI和壳聚糖TTI均出现褪色现象,而明胶型TTI变色效果好,颜色逐渐变深,颜色变化过程清晰且容易判断。最终选取明胶作为制备金纳米型TTI的最优还原剂。(2)制备液态金纳米型TTI,并研究制备参数与变色效果的关系。以明胶同时作为还原剂和稳定剂,研制液态金纳米型TTI。通过单因素试验探究制备参数对TTI体系的影响,即明胶与四氯金酸四水合物的质量比为15的TTI,TTI会产生沉淀,且变色终点的颜色与所处环境温度线性相关;而当质量比为75时,TTI澄清无沉淀,其变色终点颜色在不同温度下相同。(3)制备胶态金纳米型TTI,探究其动力学性能。基于液态TTI的相关结论,制备胶态金纳米型TTI,研究其反应速率、变色寿命及活化能的变化规律。金原子的还原和团聚速率共同影响金纳米颗粒的形成速率,从而决定TTI吸光度的变化速率。明胶与四氯金酸四水合物的质量比增加,提高了金原子的还原速率,但降低了金原子的团聚速率,这两者的共同作用决定了活化能的大小。研制的五款胶态TTI的活化能数值接近,范围为77.89~84.58 k J/mol,均可用来监测富含脂肪的食品。该类金纳米型TTI制备简单,具有使用方便、性能稳定等优点。(4)探索玛芬蛋糕的变质模型,并将其与胶态金纳米型TTI进行匹配。选择超市中常温销售的包装玛芬蛋糕作为匹配对象,研究玛芬蛋糕的变质规律及其动力学性能,确定玛芬蛋糕因油脂氧化而变质的活化能为92.61 k J/mol,并在恒温、变温条件(温度范围:15°C~25°C)下研究胶态金纳米型TTI与玛芬蛋糕的适用性。结果表明,明胶溶液和四氯金酸四水合物溶液的浓度分别为150.00 mg/ml和2.05 mg/ml的TTI能够准确地监测玛芬蛋糕的品质变化,该TTI的初始颜色为淡黄色代表玛芬蛋糕是新鲜的,随时间和温度变化逐渐变深TTI最终变为深紫色,代表玛芬蛋糕不可食用。本课题的创新点在于制备了胶态金纳米型TTI,探究出明胶与四氯金酸四水合物的质量比对TTI变色效果的影响。质量比低的TTI会产生沉淀,变色终点的颜色与所处温度线性相关;质量比高的TTI澄清无沉淀,其终点颜色在不同温度下具有一致性。制备的胶态TTI具有集中的活化能,可匹配因脂肪氧化而变质的食品。


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