一种基于无极调色3D打印技术的肉品新鲜度指示标签的制备方法

本发明属于新鲜度检测，具体涉及一种基于无极调色3d打印技术的肉品新鲜度指示标签的制备方法。

背景技术：

1、中国是肉类生产消费的大国，随着消费水平的提高，人们对肉类新鲜度的要求越来越高。但是肉类食品在生产，运输和销售的过程中，极易受到外部环境的影响引起肉类内部轻微腐败变质，而导致肉类食品新鲜度发生变化但凭人类眼睛无法观察出来，从而产生食品安全问题影响人体健康。据研究表明引起肉类食品新鲜度下降的重要原因腐败菌。腐败菌在生长、繁殖过程中不断消耗肉类食品中的蛋白质、碳水化合物、脂肪等营养物质，会释放出硫化物、胺类等挥发性气体。传统的肉类新鲜度检测方法主要包括感官检测、理化分析、微生物检测等，这些检测方法检测结果准确率高但设备仪器大，操作复杂且耗时长，不利于在生活中进行快速检测。

2、与传统的检测方法相比，新鲜度指示标签能够通过颜色指示剂间接检测代谢产物，或利用生物传感器对代谢物进行直接检测。它以标签的形式贴在包装袋或包装容器内侧，由感应器检测包装内环境的变化，并由指示器通过标签颜色的变化表现出来，不仅能清晰直观的体现肉类食品的新鲜度，还能提供肉类食品在生产，运输和储存过程中的品质信息，进一步增强消费者的辨识度。具有体积小，反应迅速和可视化的优点。

3、其中基于天然提取物指示型标签一直是研究的热点，主要是依据从植物中提取的天然色素，如花青素、姜黄素、茜素等。它们大多具有抗氧化、抗菌等生物活性，不仅能指示肉类新鲜度，还能延缓肉类品质下降，是一种理想的新鲜度指示材料。目前利用花青素作为指示标签的应用报道也有很多，如“基于肉中挥发性生物胺的新鲜度检测智能标签研究进展”以及“基于黑果枸杞花青素的智能标签：新鲜度指示性能和机理”等文献，它们都利用某种花青素在不同的ph环境下，其分子结构也会发生变化，颜色也随之改变这一特点来制备指示标签。但该类方法在新鲜度判断方面也有一些不足，随着食品新鲜度的变化释放出来的硫化物、胺类等挥发性气体会导致肉类的酸碱度发生变化，单一的花青素在不同的ph下对食品新鲜度变化产生的气体的相响应程度不同，颜色变化不明显，会影响对新鲜度的判断。

4、因此，现有利用花青素制作食品新鲜度可视化指示标签的方法，在信号可视化读取过程会产生较大误差，容易引起食品安全问题。

技术实现思路

1、为鉴于以上问题，本发明的目的在于改善花青素指示标签新鲜度读取灵敏性差、误差大、不稳定等问题，提出一种基于无极调色3d打印技术的肉品新鲜度指示标签的制备方法。

2、本发明利用无极调色3d变色打印技术，在打印材料中加入无毒无害的花青素，使用特定的喷头结构，在出料口和废料口处固定惰性金属并连接直流电源正负极，通过电解水原理使打印材料发生电解水产生氢离子和氢氧根，使出料口处打印材料的ph发生相应的变化，导致花青素颜色改变，从而使打印的样品颜色随电压的改变呈现不同的颜色。

3、因此，通过在进料桶中添加不同原料来源的花青素，结合改变电源电压大小控制喷头处ph值变化使打印样品的颜色发生不同的变化，从而打印出不同颜色的新鲜度指示标签。随着肉类的新鲜程度发生变化，通过指示标签的颜色变化可以快速准确指示包装内肉类的新鲜程度。

4、为了实现以上技术目的，本发明采取如下方案；

5、基于无极调色3d打印技术的肉品新鲜度指示标签制备方法，具体步骤如下：

6、(1)花青素粉末的制备

7、首先将含有花青素的原料进行清洗，再经干燥、研磨、过筛后得到粉末；然后将粉末加入乙醇中，进行水浴加热浸提，浸提后再经抽滤，即可得到花青素乙醇溶液；将花青素乙醇溶液在避光条件下进行旋转蒸发浓缩(除去乙醇得到花青素浓缩液)，得到花青素浓缩液，最后再进行真空冷冻干燥，得到花青素粉末；

8、(2)打印材料的制备

9、将小麦淀粉溶于去离子水中，搅拌均匀后进行微波加热，加热后冷却至一定温度，然后再加入步骤(1)制备的花青素粉末，搅拌均匀，静置冷藏一段时间后，得到打印材料；

10、(3)打印装置

11、所述打印装置包括步进电机、联轴器、螺杆、螺纹连接件、直通螺纹插管、导料槽、机架、输料管、进料口、喷头主体、出料口、废料管道、铂片电极、铂丝电极、可编程直流电源设备、连接导线和废料出口；

12、所述的螺杆顶部通过联轴器与步进电机连接；所述的螺杆设置在导料槽内，导料槽内部为中空结构；所述导料槽的一侧连通设有直通螺纹插管，直通螺纹插管与导料槽螺纹连接；所述直通螺纹插管的另一端与输料管道连接；所述输料管道远离直通螺纹插管的一端设有进料口，用于输入打印材料；

13、所述喷头主体为倒锥形结构，记宽端为上端，窄端为下端；所述导料槽的下端与喷头主体的上端通过螺纹连接；所述导料槽的上端通过螺纹连接件与机架连接；所述机架通过螺钉固定在3d打印机运动机构上；

14、所述的喷头主体的侧壁连通有废料管道，所述的废料管道内中间位置设有铂丝电极；所述废料管道远离喷头主体的一端设有废料出口；所述喷头主体的下端设有出料口，所述的出料口内设有铂片电极；所述铂片电极为圆筒状，嵌入出料口内，形成出料通道；所述可编程直流电源设备通过连接导线分别与铂丝电极和铂片电极连接；

15、(4)新鲜度指示标签的制作

16、将步骤(2)制备的打印材料放入打印装置的导料槽内部，同时开启步进电机，螺杆在步进电机的带动下开始转动，将打印材料向下输送至喷头主体内；在螺杆的驱动下，进入喷头主体内的打印材料，一部分打印材料会经过废料管道，由废料出口输出；另一部分打印材料经过出料口挤出；在打印材料的挤出过程中，控制可编程直流电源设备的电压使打印材料中的色素变色，最终通过出料口挤出产物，即为新鲜度指示标签。

17、注：当选择的原料有n种时(n≥2)，对应的挤出产物也有n种，n种产物组合形成新鲜度指示标签。

18、优选的，步骤(1)中，所述原料包括谷物、水果、蔬菜和植物；其中原料为紫薯、紫甘蓝、玫瑰茄、黑枸杞、蓝莓、桑葚、黑米或小米中的任意2种或多种组合；所述过筛的筛网目数为60-100目；所述乙醇的浓度为50-95％，粉末和乙醇的用量关系为1g：15-20ml。

19、优选的，步骤(1)中，所述水浴加热的温度为30-50℃，浸提的时间为3-5h；所述花青素乙醇溶液的浓度为50-80mg/ml；所述旋转蒸发的温度为40-53℃，浓缩至原溶液体积的1/2-1/20时停止；所述真空冷冻干燥的条件为-40℃，24-48h。

20、优选的，步骤(2)中小麦淀粉、去离子水和花青素的用量关系为10g：30ml：0.6g。

21、优选的，步骤(2)中所述搅拌的时间均为20-30min；微波加热的温度为75-95℃，加热时间为3-6min；所述冷却至一定温度为30-45℃；所述冷藏的温度为4℃，时间为3-5h。

22、优选的，步骤(3)中所述铂片电极的厚度0.1～0.5mm，含铂量999‰；所述铂丝电极的直径0.5～1mm，含铂量999‰；所述出料口的口径范围为1～1.2mm；所述废料口的口径比出料口小0.2-0.5mm。

23、优选的，步骤(4)中所述出料口的直径为1.2mm，打印速度为2mm/s，填充率为100％。

24、优选的，步骤(4)中所述电压的取值范围为-60v～+60v；调节电压时，以1s为时间间隔，5-10v为梯度调节电压大小。

25、在打印材料的挤出过程中，即打印材料进入喷头主体内时，可编程直流电源设备提供电压通过连接导线传送给铂丝电极和铂片电极，与打印材料形成电解回路，通过电解反应引起铂丝电极和圆柱状铂片电极表面形成不同的ph环境，进而使打印材料中的色素变色，通过出料口挤出不同颜色的产品；同时，采集不同电压下挤出丝的色调h，绘制u-h关系曲线；通过控制电压u，实现打印产物的颜色控制。

26、此外，在装料过程中会产生气泡，为减少进料筒中气泡对打印阵列的影响，需要进行充分的震动和摇晃。

27、有益效果：

28、本发明使用花青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；并且同一来源的花青素在不同ph条件下的敏感度不同，不同提取来源的花青素在同一ph条件下的敏感度也不同，产生的颜色变化也不同。利用无极调色3d打印技术，使用特定喷头通过调节连接的直流电源电压来控制电解水的程度，影响出料口处打印材料ph变化，使挤出的花青素变色。利用无极调色3d打印技术，在基底膜上用不同来源的花青素一次性打印出呈现不同ph值条件下颜色阵列新鲜度指示标签，可以通过比较不同来源花青素在不同ph下颜色前后的变化来指示肉类新鲜度的变化。

29、本发明有效减小了单一花青素对肉类新鲜度变化不敏感所引起的误差，突破了现有利用花青素制作食品新鲜度可视化指示标签时信号可视化读取过程中可能产生的较大误差，实现了良好的效果；为食品质量与安全提供了一种新的检测和监测方法，具有重要的应用前景和社会价值。