一种基于天然色素的食品气味可视化传感器的制作方法

摘要

本发明公开一种基于天然色素的食品气味可视化传感器的制作方法，先在黑米、映山红、桃花和紫薯四种原料中分别加入50~95%酒精溶液或3~7%的柠檬酸溶剂并在60℃~80℃的水浴锅中浸泡，明显褪色后过滤并浓缩成含水率为60%~80%的四种色素浓缩液，再用水、0.5~5%的柠檬酸溶液和3~10%的碳酸氢钠溶液分别将四种色素的pH值调至4、5、6、7、8、10，用色差计检测并用LAB色空间法分析每种色素在六个不同pH值条件下的色差，选取在弱酸性、中性、弱碱性条件下AB值变化明显的色素作为气体敏感材料；最后用气体敏感材料固定在基底平板材料上，干燥后得到可视化传感器阵列；本发明使用天然色素作为气体敏感材料，无毒无害，不会对人体健康产生危害。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气味可视化传感器的制作方法；特指将天然色素作为气体敏感材料的食品气味可视化传感器的制作方法。

背景技术

食品气味是判断食品质量和新鲜度的一个重要指标，由于食品气味大多无色肉眼不可见且不易收集，很难进行定性、定量分析。食品气味通常具有酸碱性且易挥发，因此可利用这两样特性制作气味可视化传感器。目前已有的气味可视化传感器是根据特定气体敏感材料与待检测气体反应前后的颜色变化对待测气体进行定性定量分析。专利号为ZL200710024695.7、名称为“色敏气体传感器阵列的制作方法”中的气体敏感材料一般为卟啉类化合物和疏水性的pH指示剂，这些气体敏感材料虽然有较高的灵敏性，但由于其具有化学毒性，不适宜直接用于食品分析，更不能与食品接触。

天然色素与传统气体敏感材料相比具有较突出的优点，成本极低，提取方法简单易行，色素含量大，可再生无污染等，而且相当部分的天然色素具有化学活性，在不同pH值环境下色差值有明显的变化，因此可利用天然色素作为气体敏感材料制作食品气味可视化传感器。

发明内容

本发明的目的是为克服传统的气体敏感材料不适用于食品分析的不足，提出一种基于天然色素的食品气味可视化传感器的制作方法，将不同pH灵敏的天然色素作为气体敏感材料制作无毒无害的食品气味可视化传感器。

本发明基于天然色素的食品气味可视化传感器的制作方法按照如下步骤进行：

（1）天然色素的提取

先将选取的黑米、映山红、桃花和紫薯四种原料洗净晾干后磨碎，分别在每种原料中加入50~95%酒精溶液或3~7%的柠檬酸溶剂，每种原料和溶剂的质量比均为1：10~1:5，再分别将每种原料和溶剂在60℃~80℃的水浴锅中浸泡24~30小时，待原料明显褪色后过滤出萃取液，然后将萃取液蒸发浓缩成含水率为60%~80%浓缩液，分别得到黑米色素、映山红色素、桃花色素和紫薯色素；

（2）基于色差计分析的气体敏感材料选取

用水、0.5~5%的柠檬酸溶液和3~10%的碳酸氢钠溶液分别将黑米色素、映山红色素、桃花色素和紫薯色素的pH值调至4、5、6、7、8、10六个不同的pH值以模拟食品气味的酸碱性，使用色差计检测并采用LAB色空间法分析每种色素在六个不同pH值条件下的色差值，选取在弱酸性、中性、弱碱性条件下AB值变化明显的色素作为气体敏感材料； 

（3）可视化传感器的制作

用微量取样器提取所述气体敏感材料，并将所述气体敏感材料固定在基底平板材料上，干燥后得到可视化传感器阵列。

本发明的有益效果：本发明使用天然色素作为气味可视化传感器的气体敏感材料，无毒无害不会对人体健康产生危害。为食品质量与安全提供了一种新的检测和监测方法。

附图说明

图1（a）和图1（b）是对猪肉变质气味检测时本发明传感器阵列在反应前的镜图：

图2（a）和图2（b）是对猪肉变质气味检测时本发明传感器阵列在反应后的镜图。

具体实施方式

本发明以黑米、映山红、桃花、紫薯为原材料，使用无毒无害提取方法提取天然色素，基于色差计分析这四种色素在弱酸性和弱碱性条件下色差值变化的情况选择气体敏感材料，最后将气体敏感材料溶液固定在基底材料上制成可视化传感器阵列，具体是：

选用黑米、映山红、桃花和紫薯这四种原料提取天然色素，先将选取的黑米、映山红、桃花和紫薯四种原料洗净晾干后磨碎，分别在每种原料中加入50~95%酒精溶液或3~7%的柠檬酸溶液作为溶剂，每种原料和溶剂的质量比均为1：10~1:5，再分别将每种原料和溶剂在60℃~80℃的水浴锅中浸泡24~30小时，待原料明显褪色后用定性滤纸过滤出萃取液，然后将萃取液用旋转蒸发仪蒸发浓缩，蒸发浓缩成含水率为60%~80%浓缩液，分别得到黑米色素、映山红色素、桃花色素和紫薯色素。其中色素提取溶剂的选择很重要，由于天然色素作为食品检测的气体敏感材料，所以提取色素的溶剂应具备天然色素在其中有较好的溶解性且无毒无害的性质。这四种色素均溶于极性溶剂，因此选用水、酒精、柠檬酸等作为提取色素的溶剂。

对所得到的黑米色素、映山红色素、桃花色素和紫薯色素，用水、0.5~5%的柠檬酸溶液和3~10%的碳酸氢钠溶液分别将其调至4、5、6、7、8、10这六个不同梯度的pH值，以模拟食品气味的酸碱性。再使用色差计检测各个pH值色素的色差，并分别分析四种色素在不同pH值条件下的色差值，色差分析方法采用LAB色空间法。LAB色空间法是以L值表示颜色的明度；A值表示红绿程度，A值正值表示红的程度，A值负值表示绿的程度；B值表示黄蓝程度：B值正值表示黄的程度，B值负值表示蓝的程度。选取在弱酸性、中性、弱碱性条件下AB值变化较明显的色素作为气体敏感材料，完成基于色差计分析的气体敏感材料选取。

用微量取样器提取气体敏感材料固定在基底平板材料上，干燥后得到可视化传感器阵列。这里的基底平板材料可以是反相C₂型硅胶平板、二氧化钛粉末沉积板、聚四氟乙烯平板或乙烯平板等用于固定气体色敏材料的平板。 

    以下提供本发明的1个实施例以进一步阐述本发明。

实施例

采用以下方法提取黑米色素、映山红色素、桃花色素和紫薯色素这四种天然色素：1、黑米色素提取过程：使用家用榨汁机将黑米粉碎，过40目筛，准确称取20克过筛后黑米样品和200毫升80%乙醇水溶液放入三角瓶中，在80℃的水浴锅中静置2小时后取出。2映山红色素提取过程：将摘取的映山红花瓣清洗沥干后，称取3克花瓣，用研钵捣烂和240毫升80%乙醇溶液一起放入三角瓶中，在60℃水浴锅中浸提2小时。3桃花色素提取过程：将采摘的桃花瓣，清洗沥干，称取20克用研钵捣碎，和200毫升80%的乙醇溶液放入三角瓶中，在30℃水浴锅中浸提2小时。4紫薯色素提取过程：取20g紫薯洗净，切成丁状放入组织匀浆机中捣碎，得到浆液状溶液，用量筒量取20毫升紫薯捣碎液，倒入三角瓶中，再加入200毫升5%的柠檬酸，摇匀，置于60℃恒温水浴锅中浸提2小时。待四种原料明显褪色后，用直径15cm的定性滤纸过滤出这四种萃取液，用旋转蒸发仪将萃取液蒸发浓缩，浓缩至含水率为60%~80%，此时刚提取出的未经调节pH值的四种色素的pH值均在3~4范围内。得到浓缩的黑米色素、桃花色素、映山红色素和紫薯色素。

用DC-P3型全自动测色色差计分析不同pH值色素的性质：首先使用酸度计（型号：PHS-3TC，上海）检测浓缩后色素的pH值，用1%的柠檬酸溶液和5%的碳酸氢钠溶液将每种色素分别调节至pH=4、pH=5、pH=6、pH=7、pH=8、pH=10，六个不同的目标pH值。当酸度计测得的色素当前pH值大于目标pH值时加入适量的1%的柠檬酸溶液调节至目标pH值；当酸度计测得的色素当前pH值小于目标pH值时加入适量的5%的碳酸氢钠溶液调节至目标pH值。色差计开机遇热30min后，用标准白瓷板调零、调白，将每种色素在六种不同pH值条件下的溶液样品按顺序倒入比色皿中，依次检测样品溶液的色差值。观测黑米色素、映山红色素、桃花色素、紫薯色素在pH=4、5、6、7、8、10时AB色差值的变化情况如下：黑米色素在pH值为弱酸性至中性时色差值在红黄值范围内红度值高于黄度值，表现出红色，但当pH值由中性变为弱碱性时色差值的黄度值急剧上升超过红度值，表现出黄色；映山红色素在pH值为弱酸性至中性时色差值一直在红度值和黄度值范围内，表现出紫红色，由中性至弱碱性时黄度值急剧上升，且由红度值变为绿度值，处在黄度值和绿度值范围内，表现出黄绿色；桃花色素在六种pH值条件下色差值均在红度值和黄度值范围，pH值由弱酸性至中性时色差值变化不大，中性至弱碱性时红度值和黄度值均急剧上升；紫薯色素在pH值为弱酸性至中性条件时色差值在红度值和蓝度值范围内，表现出深紫红色，中性至弱碱性条件下色差值在黄度值和绿度值范围内，黄度值较高，表现出黄色。根据色差计的分析，这四种色素在弱酸性和弱碱性条件下AB值变化均很明显，因此这四种色素均可作为气体敏感材料。

 基于这四种色素由色差计分析得出的结果，用微量取样器100mm×0.8mm毛细管取1μL浓缩好的pH=3~4弱酸性条件下的四种气体敏感材料溶液固定在两块基底材料反相C₂型硅胶平板上，干燥后制成可视化传感器阵列。  

将制成的可视化传感器阵列对猪肉变质产生的气味进行检测，以检测猪肉变质情况如下：将在相同条件制作两个完全一样的可视化传感器阵列做对照，然后新鲜猪肉放在烧杯中，在烧杯上覆盖扎有小孔的保鲜膜再将其中一块可视化传感器阵列放置在保鲜膜上（固定有气体敏感材料的一面朝向烧杯），另一块可视化传感器阵列放置在空烧杯上做空白（固定有气体敏感材料的一面朝向烧杯），放置六天后观察色素变化情况。刚制成的传感器阵列如1图（a）（b）所示，第一排气体敏感材料从左往右依次为桃花色素、映山红色素；第二排气体敏感材料从左往右依次为紫薯色素、黑米色素。将两个烧杯在25℃密闭环境中放置六天后观察变化现象，如图2（a）所示的可视化传感器阵列为放置在空烧杯上六天后的现象，图2（b）所示的可视化传感器阵列为放置在装有猪肉的烧杯上六天后的现象。六天后的猪肉肌肉无光泽，脂肪灰绿色，外表粘手，新切面发粘，指压后的凹陷不能恢复，留有明显痕迹，有臭味，肉汤混浊，有黄色絮状物，脂肪极少浮于表面，有臭味，已属于变质肉。

图2（a）和图1（a）相比传感器阵列上的色敏材料颜色变化不大，第一排左起桃花色素黄绿色，映山红色素浅紫色；第二排左起紫薯色素红色，黑米色素深紫红色。由图2（b）可明显看出放在装有猪肉的烧杯上的传感器阵列的气体敏感材料均有不同程度的变化，第一排左起桃花色素由图1（b）的淡黄色变为图2（b）近似于白色的棕色，映山红色素由浅紫色变为近似于浅黄绿色；第二排左起紫薯由图1（b）红色变为图2（b）近似与白色，黑米由图1（b）深紫红色变为图2（b）浅黄色。这些变化和色差计测得的色素在不同pH值下AB值的变化相同，说明基于色差计选择气体敏感材料的方法是可靠的，该传感器是可行性。