利用木材保留木质素制备尺寸稳定智能指示标签的方法

本发明涉及智能指示标签的制备方法，属于食品安全检测。

背景技术：

1、食品质量是影响消费者健康的关键因素。每年因变质食物导致的食源性疾病造成的生产力和经济损失重大。随着新材料和创新方法的发展，包装材料的功能水平迅速扩大，以实时检测和报告食品质量。智能指示标签通过响应各种食品质量指标向消费者传达食品质量和安全的信息，从而实现对包装食品或周围环境的实时监测。开发简单、准确、低成本且可能实现规模化推广的检测技术，以量化食品质量，减少食源性疾病的风险，推动食品工业智能化发展。

2、目前智能食品标签多采用具有ph敏感性的天然色素(花青素、类胡萝卜素、姜黄素、甜菜素)或化学指示剂(溴甲酚绿、溴甲酚紫、溴百里香酚蓝、甲基红、甲基橙等)与植物多糖、蛋白质、纤维素、壳聚糖等成膜基质共混的方法制备。一方面，天然色素的颜色和化学性质不稳定，容易受氧气、光、热和湿度的影响；而化学合成染料如果迁移到食物中可能会对人体健康造成危害。另一方面，该方法原料获取成本高，制备出的膜力学性能受湿度影响，颜色识别受透明度影响。因此，有必要寻找一种价格低廉、性能稳定且不透明的可再生材料作为基材，将化学合成染料牢固锚定在基材表面。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有的共混制备智能指示膜的方法成本高、颜色受湿度、透明度影响变化难以识别的技术问题，而提供一种利用木材保留木质素制备尺寸稳定智能指示标签的方法。

2、本发明的利用木材保留木质素制备尺寸稳定智能指示标签的方法，按以下步骤进行：

3、一、制备季铵化杨木单板(qw)：

4、a、按摩尔比1:(1～1.1)将环氧氯丙烷与三乙胺混合，再加入与三乙胺等体积的质量百分浓度为45％～55％的乙醇水溶液，置于温度为45～48℃、搅拌速度为0～400r的恒温恒速磁力搅拌水浴中反应3～3.5h，得到反应液；

5、b、将杨木单板浸泡在naoh浓度为0.1％～1.5％的碱液中润胀2～2.5h；

6、c、将润胀后的杨木单板连同碱液一同倒入反应液中，置于温度为65℃、搅拌速度为0～400r的恒温恒速磁力搅拌水浴中反应3～3.5h，取出，依次用无水乙醇和去离子水洗涤干净，冷冻干燥，得到季铵化杨木单板(qw)；

7、二、制备智能指示标签

8、a、按溴百里香酚蓝(btb)的质量浓度0.05～0.06g/l、naoh的浓度0.1～0.15mol/l将溴百里香酚蓝和naoh加入到去离子水中，混合均匀，得到染料溶液；

9、b、将季铵化杨木单板浸泡在染料溶液中，在温度为50～55℃的恒温水浴中吸附10～12h后，取出，用浓度为0.1～0.15mol/l的naoh洗去浮色，再放在去离子水中浸泡至中性，冷冻干燥，得到尺寸稳定的智能指示标签。该智能指示标签是锚定溴百里香酚蓝的杨木单板(abw)。

10、更进一步地，步骤一的b中绝干杨木单板的质量与碱液的体积的比是1g：(40～150)ml。

11、更进一步地，步骤一的c中绝干杨木单板的质量与反应液中环氧氯丙烷的体积的比是1g：(20～30)ml；绝干杨木单板的质量与碱液的体积之比是1g：(40～80)ml。

12、更进一步地，步骤二的b中吸附期间翻面，以保证吸附均匀。

13、木材是一种普遍存在的可再生资源，木材主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，具有天然的从纳米尺度到宏观尺度的独特的各向异性的分级多孔结构，巨大的比表面积和丰富的活性官能团，可开发基于可再生资源的功能材料。本发明通过一种保留木质素的温和碱处理手段对速生杨木进行季铵化改性，保留木质素，保留了木材的孔结构，可以锁色，不掉色，无污染，指示量大，通过毛细现象吸液，反应快。在保留木质素的同时，使木材表面木质素接枝上大量的季铵盐基团，能够将阴离子指示剂牢固锚定在木材表面，同时使用btb作为ph指示剂，其稳定、鲜明的颜色变化可以准确、快捷地指示食品的新鲜度。

14、本发明的智能指示标签是季铵化后的杨木单板吸附btb而形成的ph响应智能木膜。该ph智能响应材料具有以下优点：

15、本发明通过温和的碱处理润胀木材，并将季铵盐基团接枝到木质素和纤维素上，这种方法在对木质素进行季铵化改性的同时保护了木材的尺寸稳定性；再将btb吸附在木材表面和孔隙中，通过木质素和纤维素改性后带的阳离子基团和btb的阴离子基团之间的的静电相互作用将btb牢固锚定在木材表面和孔隙中。本发明制备的ph响应智能标签具有良好的ph响应性能和尺寸稳定性以及抗btb释放作用。将标签浸入不同ph值的缓冲溶液中，立即发生显著的颜色变化；标签的尺寸稳定性受季铵化影响较小；标签在去离子水中浸泡24h后无btb释放，标签在50％和95％乙醇水溶液中振荡24h后无btb释放。本发明的温和的碱处理方式，保留了木材的多孔结构，使其在应用时利用毛细现象快速吸液，提高指示反应的速度，本发明制备的ph响应智能标签对醋酸气体响应灵敏度高，且在指示牛奶新鲜度时，°t在国家标准规定的范围临界值附近，标签由蓝色变为绿色，可以快捷、准确地指示牛奶新鲜度。

16、本发明的方法是一个尽量保留木质素改性木材的方法，获得绿色、尺寸稳定、颜色变化易于识别的可指示食品新鲜度的新材料。为拓宽低质木材在其他领域的应用提供了新方法，充分利用木材的结构特点和化学特性，制备工艺简单、原料成本低。本发明的智能指示标签可用于食品检测领域。

技术特征：

1.利用木材保留木质素制备尺寸稳定智能指示标签的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的利用木材保留木质素制备尺寸稳定智能指示标签的方法，其特征在于，步骤一的b中绝干杨木单板的质量与碱液的体积的比是1g：(40～150)ml。

3.根据权利要求1或2所述的利用木材保留木质素制备尺寸稳定智能指示标签的方法，其特征在于，步骤一的c中绝干杨木单板的质量与反应液中环氧氯丙烷的体积的比是1g：(20～30)ml；绝干杨木单板的质量与碱液的体积之比是1g：(40～80)ml。

4.根据权利要求1或2所述的利用木材保留木质素制备尺寸稳定智能指示标签的方法，其特征在于，步骤二的b中吸附期间翻面，以保证吸附均匀。

技术总结利用木材保留木质素制备尺寸稳定智能指示标签的方法，本发明涉及智能指示标签的制备方法。它是要解决现有的共混制备智能指示膜的方法成本高、颜色受湿度、透明度影响变化难以识别的技术问题，本方法：环氧氯丙烷、三乙胺、乙醇混合搅拌后，得到反应液；将杨木单板浸泡在碱液中润胀后再放入反应液中反应，得到季铵化杨木单板；再将季铵化杨木单板放入染料溶液中吸附溴百里香酚蓝，再放在去离子水中浸泡至中性、冷冻干燥，得到智能指示标签。该标签对醋酸气体响应灵敏，颜色变化明显，在指示牛奶新鲜度时，°T在国家标准规定的范围临界值附近，标签由蓝色变为绿色，快捷、准确地指示牛奶新鲜度，本发明的智能指示标签可用于食品检测领域。技术研发人员：王立娟,芈聪慧,李坚受保护的技术使用者：东北林业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12