一種固態(tài)酶型時間-溫度指示器的制造方法
【專利摘要】一種固態(tài)酶型時間?溫度指示器，它利用糖化酶與淀粉的水解反應(yīng)，以碘液作為指示劑，通過顏色變化來顯示時間和溫度的累積效應(yīng)，從而達(dá)到指示儲存及運(yùn)輸過程中時間及溫度的目的；淀粉與碘溶液混合變色后烘干粉碎然后與乳化劑溶液、糖化酶微膠囊混合形成糊狀物，將其涂布到紙板上后干燥形成變色底層，配制瓊脂溶液冷卻后形成一定形狀的蓋板備用；將底層與蓋板結(jié)合，即可激活指示器。本指示器顯色效果明顯，成本較低，使用方便。
【專利說明】
一種固態(tài)酶型時間-溫度指示器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及時間-溫度指示技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種底物涂布并用瓊脂凝膠蓋 板激活反應(yīng)來指示時間溫度的指示器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到食品要依賴于冷藏鏈來延長其保質(zhì)期的重 要性，所有的易腐農(nóng)產(chǎn)品從采購、加工、儲運(yùn)、銷售到消費(fèi)，均須依賴于冷藏鏈以保證質(zhì)量， 減少損耗。他們的品質(zhì)不僅取決于自身因素，還包括所處環(huán)境的影響，尤其是溫度。因此為 了保證食品品質(zhì)，冷藏鏈具有溫度要求，即"不高于原則"，從生產(chǎn)者到消費(fèi)者之間各環(huán)節(jié)的 溫度都不高于設(shè)定溫度。由于在管理中出現(xiàn)的一些人為及環(huán)境因素，使得其離開加工環(huán)節(jié) 后的變質(zhì)速率大大超過它的微環(huán)境，且從生產(chǎn)到分配、貯藏和消費(fèi)整個過程，食品包括一些 藥品的品質(zhì)和它的貨架期在很大程度上取決于它的溫度歷程。為保證食品品質(zhì)、減少損耗， 對需要在低溫環(huán)境中流通的食品進(jìn)行溫度和貨架期的實(shí)時監(jiān)測是非常必要的。由此，時間_ 溫度指示劑（time temperature indicator/integrator，簡稱TTI)的誕生解決了上述難 題。TTI采用機(jī)械、化學(xué)、生物等多種不可逆變化原理制成，通過變形、顏色等視覺效果呈現(xiàn)， 以監(jiān)控產(chǎn)品所經(jīng)溫度歷程并及時預(yù)測其剩余貨架期。
[0003] 目前我國還沒有比較成熟的商業(yè)用TTI，科研機(jī)構(gòu)對于TTI的研究相對外國較少， 主要集中在包括電子型TTI、微生物型TTI和酶型TTI。谷雪蓮等研究的一種電子型TTI可以 準(zhǔn)確地全程記錄溫度和貨架期，當(dāng)牛乳剩余貨架期少于1 d時，會發(fā)出了聲音報(bào)警，可滿足 實(shí)際應(yīng)用需要。在微生物型TTI方面，孫媛媛研究開發(fā)了一種成膜型微生物型新鮮度指示卡 可以用于反映和監(jiān)測豬肉的新鮮度和貨架期。在酶型方面，吳秋明等應(yīng)用脲酶開發(fā)貨架壽 命知識體系；田秋實(shí)等[研究了一種基于蛋白酶反應(yīng)為基礎(chǔ)的酶變型TTI;堿性脂肪酶型TTI 是通過反應(yīng)體系的pH的變化來指示時間和溫度的累積效應(yīng)而制成的指示器;葛蕾等對于以 酪氨酸酶為基礎(chǔ)的時間溫度指示系統(tǒng)的初步研究;蔡華偉、任發(fā)政等進(jìn)行了對淀粉酶型TTI 的研制。
[0004] 國外溫度-時間指示卡已經(jīng)在食品和藥業(yè)中使用多年。到目前為止有關(guān)時間一溫 度指示卡的國際專利已經(jīng)有上百個，其中美國專利居多。在二十世紀(jì)70年代初，美國政府考 慮過要求在某些產(chǎn)品中使用TTI，使TTI的研究開發(fā)成為一個熱點(diǎn)。按工作原理這些指示卡 可以劃分為機(jī)械型、化學(xué)型、酶型、微生物型、聚合物型、電子化學(xué)型、擴(kuò)散型等。但由于食品 生產(chǎn)商要考慮價格、可靠性和適用性等因素，因此，只有較少的TTI能夠適用于市場，主要包 括擴(kuò)散型、聚合反應(yīng)型、酶型和微生物型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本
【申請人】提供了一種固態(tài)酶型時間-溫度指示器。 本指示器顯色效果明顯，成本較低，使用方便。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 暫略。
[0008] 本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：
[0009] 本時間-溫度指示器主要利用淀粉與糖化酶的水解反應(yīng)，以碘液作為指示劑，通過 顏色變化來顯示時間和溫度的累積效應(yīng)，從而達(dá)到指示儲存及運(yùn)輸過程中時間及溫度的目 的。本指示器采用涂布的方式將變色淀粉與酶預(yù)先涂在紙上，涂布干燥后形成的指示器易 保存，待使用時利用瓊脂水凝膠進(jìn)行激活，操作方便。本指示器反應(yīng)穩(wěn)定，變色明顯，激活簡 單，成本較低，易于實(shí)際生產(chǎn)。
【附圖說明】
[001 0]圖1、圖3、圖5分別為實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3制備的時間-溫度指示器在4°C、15 °C、25°C、37°C下的色差值隨時間的變化趨勢；
[0011 ]圖2、圖4、圖6分別為實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3制備的時間-溫度指示器的lnk7T 4關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0013] 實(shí)施例1:
[0014] (1)變色淀粉的制備:取10g可溶性淀粉，加入5ml 0. lmo 1/L的碘溶液，混合均勻后 放入54°C烘箱內(nèi)干燥，最終含水量低于2 %，用粉碎機(jī)粉碎，得到變色淀粉。
[0015] (2)糖化酶的微膠囊化:取0.75g殼聚糖，溶于100ml 0.5%乙酸溶液，再加入2.22g 氯化鈣，得到殼聚糖混合溶液備用。取2g海藻酸鈉，配制2%海藻酸鈉溶液，冷去后加入O.lg 固體糖化酶，用注射器滴入殼聚糖混合溶液中，將得到的膠珠放入37°C烘箱中干燥后粉碎。
[0016] (3)瓊脂蓋板的制備:取3g瓊脂粉，配制3%的瓊脂溶液，趁熱倒入一定形狀的容器 中，冷卻減固后放入冰箱備用。
[0017] (4)指示器的制作:配制3%海藻酸鈉溶液，取15g加入5g變色淀粉，以及0.05g微膠 囊后的酶，混合均勻后利用涂布器在紙上涂布lOOum的變色底層。將變色底層與瓊脂蓋板結(jié) 合即可激活指示器。指示器使用自粘薄膜密封，防止水分損失。
[0018] 實(shí)施例2:
[0019] (1)變色淀粉的制備:取10g可溶性淀粉，加入7ml 0. lmol/L的碘溶液，混合均勻后 放入54°C烘箱內(nèi)干燥，最終含水量低于2 %，用粉碎機(jī)粉碎，得到變色淀粉。
[0020] (2)糖化酶的微膠囊化:取0.75g殼聚糖，溶于100ml 0.5 %乙酸溶液，再加入2.22g 氯化鈣，得到殼聚糖混合溶液備用。取2g海藻酸鈉，配制2%海藻酸鈉溶液，冷去后加入O.lg 固體糖化酶，用注射器滴入殼聚糖混合溶液中，將得到的膠珠放入37°C烘箱中干燥后粉碎。
[0021] (3)瓊脂蓋板的制備:取3g瓊脂粉，配制3%的瓊脂溶液，趁熱倒入一定形狀的容器 中，冷卻減固后放入冰箱備用。
[0022] (4)指示器的制作:配制3%海藻酸鈉溶液，取16g加入4g變色淀粉，以及0.03g微膠 囊后的酶，混合均勻后利用涂布器在紙上涂布lOOum的變色底層。將變色底層與瓊脂蓋板結(jié) 合即可激活指示器。指示器使用自粘薄膜密封，防止水分損失。
[0023] 實(shí)施例3:
[0024] (1)變色淀粉的制備:取lOg可溶性淀粉，加入10ml 0. lmol/L的碘溶液，混合均勻 后放入54°C烘箱內(nèi)干燥，最終含水量低于2 %，用粉碎機(jī)粉碎，得到變色淀粉。
[0025] (2)糖化酶的微膠囊化:取0.75g殼聚糖，溶于100ml 0.5 %乙酸溶液，再加入2.22g 氯化鈣，得到殼聚糖混合溶液備用。取2g海藻酸鈉，配制2%海藻酸鈉溶液，冷去后加入O.lg 固體糖化酶，用注射器滴入殼聚糖混合溶液中，將得到的膠珠放入37°C烘箱中干燥后粉碎。 [0026] (3)瓊脂蓋板的制備:取3g瓊脂粉，配制3%的瓊脂溶液，趁熱倒入一定形狀的容器 中，冷卻減固后放入冰箱備用。
[0027] (4)指示器的制作:配制3%海藻酸鈉溶液，取17g加入3g變色淀粉，以及O.Olg微膠 囊后的酶，混合均勻后利用涂布器在紙上涂布lOOum的變色底層。將變色底層與瓊脂蓋板結(jié) 合即可激活指示器。指示器使用自粘薄膜密封，防止水分損失。
[0028] 測試?yán)?:
[0029] 按實(shí)施例1的制作方法制作四組時間-溫度指示器分別置于4°C，15°C，25°C，37°C 溫度下進(jìn)行恒溫試驗(yàn)，定時用色差計(jì)測定指示器色差值。色差值隨時間的變化趨勢如圖1所 不。
[0030] 由圖1可以看出，隨著溫度的升高反應(yīng)速度加快，且反應(yīng)的變化趨勢呈指數(shù)函數(shù)的 形式，對圖1的曲線進(jìn)行指數(shù)函數(shù)的擬合，得到反應(yīng)速率k和擬合曲線的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表 1〇
[0031] 表1不同溫度下的擬合曲線參數(shù)及Ink值
[0033] 酶催化反應(yīng)中溫度對反應(yīng)速率的影響遵循Arrhenius公式：lnk = lnko-Ea/RT以 Ink對1 /T作圖得到一條曲線，如圖2，由直線的斜率可求得活化能為Ea = 80.62kJ/mo 1。根據(jù) 引起食品質(zhì)量下降的主要反應(yīng)的活化能，見表2?？梢耘袛喑鲈摃r間-溫度指示器可以應(yīng)用 于因脂肪氧化而造成的食品質(zhì)量損失。
[0034] 表2引起食品質(zhì)量下降的主要反應(yīng)的活化能
[0036] 按實(shí)施例2的制作方法制作四組時間-溫度指示器分別置于4°C，15°C，25°C溫度下 進(jìn)行恒溫試驗(yàn)，定時用色差計(jì)測定指示器色差值。色差值隨時間的變化趨勢如圖3所示。
[0037] 由圖3可以看出，隨著溫度的升高反應(yīng)速度加快，且反應(yīng)的變化趨勢呈指數(shù)函數(shù)的 形式，對圖3的曲線進(jìn)行指數(shù)函數(shù)的擬合，得到反應(yīng)速率k和擬合曲線的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表 3〇
[0038] 表3不同溫度下的擬合曲線參數(shù)及Ink值
[0040] 酶催化反應(yīng)中溫度對反應(yīng)速率的影響遵循Arrhenius公式：lnk = lnko-Ea/RT以 Ink對1 /T作圖得到一條曲線，如圖4，由直線的斜率可求得活化能為Ea = 106.74kJ/mo 1。 [0041 ]按實(shí)施例3的制作方法制作四組時間-溫度指示器分別置于4°C，15°C，25°C，37°C 溫度下進(jìn)行恒溫試驗(yàn)，定時用色差計(jì)測定指示器色差值。色差值隨時間的變化趨勢如圖5所 不。
[0042] 由圖5可以看出，隨著溫度的升高反應(yīng)速度加快，且反應(yīng)的變化趨勢呈指數(shù)函數(shù)的 形式，對圖5的曲線進(jìn)行指數(shù)函數(shù)的擬合，得到反應(yīng)速率k和擬合曲線的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表 4〇
[0043] 表4不同溫度下的擬合曲線參數(shù)及Ink值
[0045] 酶催化反應(yīng)中溫度對反應(yīng)速率的影響遵循Arrhenius公式：lnk = lnk〇-Ea/RT以 Ink對1 /T作圖得到一條曲線，如圖6，由直線的斜率可求得活化能為Ea = 112.54kJ/mo 1。
[0046] 測試?yán)?
[0047] TTI應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品時，必須確保它與所指示的產(chǎn)品活化能Ea相同或相近。 Taoukis等人在2001年提出產(chǎn)品與TTI的活化能之差小于25kJ/mol時，TTI可以較為準(zhǔn)確的 指示該產(chǎn)品，表2列出了食品質(zhì)量損失的典型活化能，可以知道實(shí)施例1可以用于脂肪氧化 類的食品，如冷鮮肉。冷鮮肉在運(yùn)輸和搬運(yùn)的過程中可能會出現(xiàn)冷鏈中的情況，此時由于高 于冷藏溫度，肉的腐敗速度會加快，TTI可以隨著溫度的升高產(chǎn)生相應(yīng)的顏色變化，以此來 指示冷鮮肉的貨架期。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種固態(tài)酶型時間-溫度指示器的制作，其特征在于:可溶性淀粉與碘液混合變色后 烘干粉碎得到變色淀粉，然后與乳化劑溶液、糖化酶微膠囊混合形成糊狀物，將其涂布到紙 板上后干燥形成變色底層，配制瓊脂溶液冷卻后形成任意形狀的蓋板備用；將底層與蓋板 結(jié)合，即可激活指示器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)酶型時間-溫度指示器，其特征在于:所述淀粉與碘液的 混合時，淀粉的質(zhì)量濃度為50~70%，碘液的質(zhì)量濃度為30~50%，并放于烘箱內(nèi)，烘干粉 碎，烘箱溫度小于淀粉的糊化溫度56°C。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)酶型時間-溫度指示器，其特征在于:所述糖化酶的酶活 為50000U/g~100000U/g。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)酶型時間-溫度指示器，其特征在于:所述乳化劑包括羧 甲基纖維素、海藻酸鈉或明膠中的至少一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)酶型時間-溫度指示器，其特征在于:所述糖化酶微膠囊 的制備方法為:將殼聚糖溶于乙酸溶液，再加入氯化鈣，得到殼聚糖混合溶液備用;配制壁 材溶液，冷卻后加入固體糖化酶，用注射器滴入殼聚糖混合溶液中，將得到的膠珠放入小于 40 °C烘箱中干燥后粉碎;所用糖化酶微膠囊的壁材包括海藻酸鈉、殼聚糖、乙基纖維素的至 少一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)酶型時間-溫度指示器，其特征在于:所述烘干粉碎后的 變色淀粉與糖化酶微膠囊及乳化劑進(jìn)行均勻混合，變色淀粉的質(zhì)量濃度為15~30 %，糖化 酶微膠囊的質(zhì)量濃度為0.05~0.3%，乳化劑的質(zhì)量濃度為1~3%，溶劑為水。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)酶型時間-溫度指示器，其特征在于:所述瓊脂溶液的質(zhì) 量濃度為2~4%。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)酶型時間-溫度指示器，其特征在于:所述糊狀物涂布厚 度為40~150um，瓊脂蓋板厚度為1~4mm〇9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)酶型時間-溫度指示器，其特征在于:變色淀粉、乳化劑溶 液、糖化酶微膠囊混合形成糊狀物后涂布成變色底層，將變色底層與瓊脂溶液蓋板分別存 放，待使用時，將底層與蓋板結(jié)合，即可激活指示器。
【文檔編號】G01N21/25GK105865653SQ201610168594
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】錢靜, 唐園圓, 孟晶晶
【申請人】江南大學(xué)