一种耦合分子印迹聚合物的纳米色敏传感器制备方法及其用于食品品质评价的用途

本发明属于食品质量安全检测领域，具体涉及一种基于分子印迹聚合物的纳米色敏传感器制备方法及其用于食品品质评价的用途。

背景技术：

1、肉和肉制品富含丰富的营养成分，其在加工、贮藏等过程中极易受到微生物的污染，从而引起腐败变质。肉类在腐败过程中，蛋白质、脂肪和碳水化合物会发生分解，并产生三甲胺、二甲胺和氨气等挥发性胺类物质，其总量在其腐败过程中，其颜色、质地、气味和滋味等特征对食品品质有很大影响。三甲胺是一种特殊的挥发性有机化合物(vocs)，存在于水产动物及其制品和肉与肉制品中，是挥发性盐基氮(tvb-n)的典型成分，而且其含量的变化与这些食品的品质变化密切相关。

2、现有的检测方法主要是液相色谱-质谱联用技术(lc-ms)及气相色谱-质谱联用技术(gc-ms)，但这些检测方法的需要对样品进行比较复杂的前处理，即需要对三甲胺(tma)进行分离富集和衍生化后才能进行检测。然而，衍生化也会造成背景信号，并且产生一定的干扰峰，从而对灵敏度和准确度都有一定的影响。另外，lc-ms、gc-ms都是大型仪器，费用昂贵且需要专业人员进行复杂操作。

3、因此，开发快速、高灵敏、选择性和稳定性俱佳的气敏传感器对食品中的新鲜度品质评价具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明主要提供了一种耦合分子印迹聚合物的纳米色敏传感器制备方法，并基于所制备的纳米色敏传感器用于食品品质评价的用途，解决了现有技术中存在检测过程复杂、结果主观性强和灵敏度较低的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明首先提供一种分子印迹聚合物的纳米色敏传感器的制备方法，具体包含以下步骤：

4、步骤一，fe-mil-88nh2纳米材料的制备：

5、称取一定量的2-氨基对苯二甲基和fecl3·6h2o溶解于在dmf中，得到混合溶液；随后，将乙酸与混合溶液混合，搅拌均匀置于反应釜中进行反应，反应后冷却至室温，离心分离得到固体产物(晶体)，用无水乙醇洗涤(将晶体上的多余反应物洗去)，最后将洗涤后的沉淀干燥至恒重，得到金属有机骨架材料，记为fe-mil-88nh2；

6、步骤二，fe-mil-88nh2@mips纳米材料的制备：

7、将三甲胺溶液、α-甲基丙烯酸(maa)、金属有机骨架材料(fe-mil-88nh2)和甲醇按照一定比例混合，在搅拌一段时间后，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯(egdma)和偶氮二异丁氰(aibn)，继续搅拌直至乳化，然后用氮气吹扫乳液除去氧气，所得混合溶液置于恒温水浴锅中，在搅拌条件下加热反应后得到聚合物，将聚合物离心收集产物，经干燥得到棕色粉末产物，最后，用甲醇和乙酸的混合液索氏抽提洗脱除去产物中的模板分子三甲胺(tma)，将索氏抽提后的产物烘干即得到分子印迹聚合物，记为fe-mil-88nh2@mips；

8、步骤三，fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器的制备：

9、首先配制色敏溶液和fe-mil-88nh2@mips分散液；将步骤一制备的fe-mil-88nh2@mips纳米材料加入乙醇中得到fe-mil-88nh2@mips分散液；所述色敏溶液为包含ph指示剂的乙醇溶液；

10、然后将色敏溶液和fe-mil-88nh2@mips分散液按照一定比例混合，得到混合溶液；并在混合溶液中加入聚乙二醇-300，经摇床震荡处理后得到fe-mil-88nh2@mips纳米色敏材料；最后，取fe-mil-88nh2@mips纳米色敏材料固定于基板上，制成fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器；并将所制得的纳米色敏传感器保存于密封袋中备用；

11、优选的，步骤一种所述2-氨基对苯二甲基、fecl3·6h2o、dmf和乙酸的用量关系为0.252g：0.374g：15ml：200μl，所述混合后搅拌的时长为20min，反应釜中进行反应的温度为120℃，反应的时长为4h，离心的条件为转速10000r/min下离心10min，冷却的时长为8-12h；洗涤的次数为3-5次，干燥条件为70℃下6-8h。

12、优选的，步骤二中所述三甲胺溶液、α-甲基丙烯酸(maa)、金属有机骨架材料(fe-mil-88nh2)、甲醇、egdma和aibn的用量关系为30μl：80μl：0.2g：20ml：3ml：200mg，其中三甲胺溶液的浓度为30wt.％；

13、所述搅拌一段时间为30min，继续搅拌直至乳化的时长为20min，氮气吹扫的时长为15min，加热反应的温度为70℃，反应时间为12-16h；离心的条件为：转速10000r/min下离心10min；甲醇和乙酸形成的混合液的体积比为9:1，索氏抽提的温度为115℃，时间为24h。

14、优选的，步骤三中所述色敏溶液配制x种，x为正整数，x种色敏溶液由ph指示剂和乙醇组成；其中色敏溶液中ph指示剂和乙醇的用量比为20mg:10ml；；

15、优选的，步骤三中所述色敏溶液和fe-mil-88nh2@mips分散液的浓度均为2mg/ml；所述色敏溶液和fe-mil-88nh2@mips分散液按照体积比2：1的比例混合；所述聚乙二醇-300的添加量为混合溶液体积的20％；

16、所述ph指示剂包括溴百里酚蓝、溴甲酚绿、溴甲酚紫、溴酚蓝、甲基红、氯酚红、中性红、碱性品红、间甲酚紫；

17、优选的，步骤三中所述摇床震荡的时长300min，转速为180r/min；所述fe-mil-88nh2@mips纳米色敏材料固定于基板上的用量为1-1.5μl；所述基板包括硅胶板、pvdf膜。

18、基于本发明所制备的基于分子印迹聚合物的纳米色敏传感器应用于食品品质评价的用途，步骤如下：

19、(1)食品品质评价模型的建立：

20、s1、选择样本，样本不同品质等级所对应的挥发性气味物质不同，不同的挥发性气味物质会使得fe-mil-88nh2@mips染料纳米色敏传感器产生不同的颜色变化；所述样本包括肉类食物、农产品、水产品；所述不同品质等级包括样本的新鲜度等级或不同的感官品质等级；

21、s2、首先用相机获取fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器反应前的图像；随后将样本置于反应容器中，并将fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器与样本存放在同一密闭反应容器内，使色敏传感器和样本的挥发性气味物质充分反应一段时间；反应后使用相机获取反应后纳米色敏传感器的图像，并将获得的图像保存于计算机中；利用计算机定位反应前后图像色敏单元的位置，提取其颜色特征，并将反应前后各色敏单元的灰度均值作差，得到灰度均值的差值即为色敏单元的特征变量；

22、将全部样本所包含的特征变量组合后得到特征矩阵，以特征矩阵作为输入、检测样本的品质等级作为输出构建食品品质评价的随机森林(rf)模型，即为食品品质评价模型；

23、(2)食品品质的快速评价：

24、将待测样本按照(1)所述方法进行反应，获取特征变量；然后将待测样本的特征变量带入(1)中所构建的rf模型，即可获得待测样本的品质信息，实现食品品质的快速评价。

25、优选的，步骤(1)的s2中样本为农产品时，其用量为2-5g，样本为水产品时，其用量为10-15g；所述fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器的检测时长为10-20min；所述fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器固定在反应容器的顶端。

26、优选的，步骤(1)的s2中特征变量的提取步骤如下：利用计算机定位纳米传感器每个色敏单元的位置；将相机获取反应前后纳米传感器的图像分解为r通道、g通道和b通道灰度图像；将反应前后各敏感单元的灰度均值做差，即△r＝ra-rb，△g＝ga-gb，△b＝ba-bb，其中下标a为反应后的值，b为反应前的值；并按照计算欧氏距离；△r、△g、△b和ed为一个色敏单元的特征变量，x个色敏单元获得了y个特征变量，其中y＝4x。

27、优选的，步骤(1)的s2中所有用于构建食品品质评价模型的样本数选择为n个，其中包含n个品质等级，每个等级m个样本，即n＝n*m。所述n为不小于2的正整数，m与n均为正整数。

28、优选的，步骤(1)的s2中食品品质评价模型的建立步骤如下：特征矩阵记为s，s为n*y，其中n是样品数，y是x个色敏单元包含的特征变量；以特征变量矩阵s作为输入值，样本对应品质等级矩阵t为输出值构建食品品质评价的rf模型；

29、

30、优选的，步骤(2)中食品品质的快速评价步骤如下：按照步骤(1)所述的方法获取m个待测样本的y个特征变量，组成特征变量矩阵r，r为m*y矩阵；调用步骤(1)中构建的rf评价模型，将特征矩阵r作为输入值，输出值q分别对应m个待测样本对应的品质等级信息，实现食品品质的快速评价；

31、

32、本发明公开了以下技术效果：

33、(1)本发明公开了一种基于fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器的制备方法及其用于食品品质的快速评价方法，主要重点突破fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器的可控制备难题，实现了耦合分子印迹聚合物的纳米色敏传感器制备，并利用纳米色敏传感器通过获取食品挥发性成分信息实现食品品质快速评价。

34、(2)本发明通过配位作用使色敏材料与食品中的挥发性成分发生反应，生成配合物，进一步改变了色敏材料的分子结构，引起色敏材料颜色的变化。

35、(3)本发明通过fe-mil-88nh2耦合色敏材料(ph指示剂)制备fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器，其中fe-mil-88nh2@mips表面含有特应性识别目标物的孔洞，可以通过与挥发性物质形成配合物实现挥发性物质的吸附，进而提高了检测的灵敏度。

36、(4)本发明建立的食品品质快速评价的随机森林(rf)模型，其以fe-mil-88nh2@mips纳米色敏传感器采集的信号值为输入，以食品的特征性成分含量为输出建立食品品质的评价模型，具有良好的通用性，提高品质评价效率，对食品品质的评价具有重要意义。