3D打印新鲜度监测与保鲜一体化标签的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种3D打印新鲜度监测与保鲜一体化标签的制备方法与应用。该方法包括：将海藻酸钠、卡拉胶、花青素加入纳米纤维素溶液中混匀，得到3D打印墨水；将壳聚糖溶解于乳酸溶液中，加入1

【技术实现步骤摘要】
3D打印新鲜度监测与保鲜一体化标签的制备方法与应用


[0001]本专利技术属于食品智能包装领域，具体涉及一种3D打印新鲜度监测与保鲜 一体化标签的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近来，消费者对食品安全与品质的要求越来越高，为确保食品的安全和质量， 食品智能包装的研究备受关注。传统的食品质量检测方法无法提供有关新鲜度 和食品质量的实时信息、且具有破坏性。除此之外，检测时还需要许多专业仪 器设备。因此，开发用于食品监测的智能包装系统具有巨大的市场需求。智能 包装系统可以为消费者提供有关环境状况和包装食品在供应链中各环节的有 关质量的实时定量或定性信息。尤其是基于花青素的天然pH响应可视化监测 材料由于其无损、天然无毒等优点而备受青睐。Zhang等人利用玫瑰茄花青素 制备出了具有pH响应性的智能膜用于猪肉新鲜度的可视化监测(Zhang,J.； Zou,X.；Zhai,X.；Huang,X.；Jiang,C.；Holmes,M.,Preparation of an intelligentpH film based on biodegradable polymers and roselle anthocyanins for monitoringpork freshness.Food Chem 2019,272,306
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312.)。但目前已有的基于花青素的食 品新鲜度监测材料并不具备保鲜和延长食品货架期的功能。而对于水果这种不 耐储藏的鲜食食品，单纯的新鲜度监测不能满足实际应用需要，因而迫切需要 开发一种集水果新鲜度监测与保鲜功能为一体的食品智能包装标签。
[0003]同轴3D打印技术能够精准设计和构造壳核纤维结构。因而利用同轴3D 打印实现材料内外层功能分区，从而在实现保鲜功能的同时保证新鲜度监测的 准确度，防止花青素与乙烯受体抑制剂1
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甲基环丙烯简单共混而导致相互干扰。 除此之外，1
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甲基环丙烯易挥发不稳定，而3D打印得到的具有中空微管道的 壳核纤维对1
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甲基环丙烯具有一定的包封作用，从而使1
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甲基环丙烯缓慢长时 释放以实现长效保鲜。
[0004]纳米纤维素是一种天然多糖且具有优良的剪切稀化性能，适用于作为3D 打印墨水的基质，但是纯纳米纤维素的粘弹性不足以满足3D打印要求。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种3D打印纳 米纤维素基水果新鲜度监测与保鲜一体化标签及其制备方法与应用。
[0006]本专利技术提供的3D打印纳米纤维素基水果新鲜度监测与保鲜一体化标签， 其具体为一种无毒且能够通过对包装内环境pH产生变色响应进行水果新鲜度 监测、同时释放1
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甲基环丙烯延缓水果衰败，延长水果货架期的3D打印纳米 纤维素基水果新鲜度监测与保鲜一体化标签。
[0007]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0008]本专利技术提供了一种3D打印纳米纤维素基水果新鲜度监测与保鲜一体化标 签及其制备方法和应用。所述3D打印纳米纤维素基水果新鲜度监测与保鲜一 体化标签通过同轴
3D打印技术制备，其外层采用纳米纤维素为基质，海藻酸 钠、卡拉胶为流变增强剂，花青素为pH响应变色功能组分，内层为壳聚糖、 1
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甲基环丙烯混合液。该材料以纳米纤维素为基质，通过复合天然染料花青素 和乙烯受体抑制剂1
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甲基环丙烯，实现水果新鲜度监测和保鲜双功能集成，并 利用同轴3D打印技术实现一步化批量构建，同时同轴3D打印形成的独特中 空壳核纤维结构通过物理限制作用实现1
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甲基环丙烯的缓慢持续释放。弥补了 目前食品新鲜度监测材料功能单一，不能满足实际应用需求的问题。
[0009]本专利技术提供的3D打印纳米纤维素基水果新鲜度监测与保鲜一体化标签 (即3D打印新鲜度监测与保鲜一体化标签)的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)搅拌条件下，将海藻酸钠、卡拉胶加入纳米纤维素溶液中，混合均 匀，得到混合体系(海藻酸钠、卡拉胶与纳米纤维素的混合体系)；
[0011](2)搅拌条件下，将花青素加入步骤(1)所述混合体系中，混合均匀， 灌装入打印容器中进行离心处理以消除气泡，得到混合打印墨水(纳米纤维素 与海藻酸钠、卡拉胶、花青素的混合打印墨水)；
[0012](3)在室温条件下，将壳聚糖加入纯水中，混合均匀，得到壳聚糖溶液， 然后加入乳酸(使壳聚糖充分溶解在水中)，混合均匀，得到壳聚糖乳酸溶液；
[0013](4)在搅拌条件下，往步骤(3)所述壳聚糖乳酸溶液中加入1
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甲基环丙 烯粉末，混合均匀，得到壳聚糖/1
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甲基环丙烯混合液；
[0014](5)将步骤(2)所述混合打印墨水作为外层打印材料，将步骤(4)所 述壳聚糖/1
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甲基环丙烯混合液作为内层打印材料，进行同轴3D打印，得到3D 打印产物(湿态3D打印纳米纤维素基水果新鲜度监测与保鲜一体化标签)；
[0015](6)将氯化钙和氯化钾溶于水后，搅拌至全部溶解，得到氯化钙/氯化钾 固化剂；
[0016](7)向步骤(5)所述3D打印产物的表面喷淋步骤(6)所述氯化钙/氯 化钾固化剂，进行固化处理，然后冷冻干燥，得到所述3D打印纳米纤维素基 水果新鲜度监测与保鲜一体化标签。
[0017]进一步地，步骤(1)所述纳米纤维素溶液的浓度为0.03
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0.10g/mL；所述 海藻酸钠和卡拉胶的质量比为1:0.2
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1:5；所述海藻酸钠和卡拉胶两者的总质量 与纳米纤维素溶液的质量比为1:10
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1:100。
[0018]优选地，所述海藻酸钠为海藻酸钠干粉，其纯度级别为分析纯。
[0019]优选地，所述卡拉胶为卡拉胶干粉，其纯度级别为分析纯。
[0020]进一步地，步骤(2)所述花青素与混合体系的质量比为1:500
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1:5000；离 心处理的速率为2000
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8000rpm，离心处理的时间为1
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10min。
[0021]进一步地，步骤(3)所述壳聚糖溶液的浓度为1
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10g/L；所述乳酸的体积 为壳聚糖溶液体积的0.5
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2.0％(体积分数)。
[0022]进一步地，步骤(4)所述1
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甲基环丙烯与所述壳聚糖乳酸溶液的质量比 为1:2
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1:20。
[0023]进一步地，步骤(5)所述同轴3D打印的打印压力为0.1
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0.5MPa；所述外 层打印的速率为1
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10mm/s；所述内层打印的速率为1
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5mL/h。
[0024]进一步地，步骤(6)所述氯化钙与氯化钾的质量比为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印新鲜度监测与保鲜一体化标签的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将海藻酸钠、卡拉胶加入纳米纤维素溶液中，混合均匀，得到混合体系；(2)将花青素加入步骤(1)所述混合体系中，混合均匀，离心处理以消除气泡，得到混合打印墨水；(3)将壳聚糖加入水中，混合均匀，得到壳聚糖溶液，然后加入乳酸，混合均匀，得到壳聚糖乳酸溶液；(4)往步骤(3)所述壳聚糖乳酸溶液中加入1
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甲基环丙烯粉末，混合均匀，得到壳聚糖/1
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甲基环丙烯混合液；(5)将步骤(2)所述混合打印墨水作为外层打印材料，将步骤(4)所述壳聚糖/1
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甲基环丙烯混合液作为内层打印材料，进行同轴3D打印，得到3D打印产物；(6)将氯化钙和氯化钾溶于水后得到氯化钙/氯化钾固化剂；(7)向步骤(5)所述3D打印产物的表面喷淋步骤(6)所述氯化钙/氯化钾固化剂，进行固化处理，然后冷冻干燥，得到所述3D打印新鲜度监测与保鲜一体化标签。2.根据权利要求1所述的3D打印新鲜度监测与保鲜一体化标签的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述纳米纤维素溶液的浓度为0.03
‑
0.10g/mL；所述海藻酸钠和卡拉胶的质量比为1:0.2
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1:5；所述海藻酸钠和卡拉胶两者的总质量与纳米纤维素溶液的质量比为1:10
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1:100。3.根据权利要求1所述的3D打印新鲜度监测与保鲜一体化标签的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述花青素与混合体系的质量比为1:500
‑
1:5000；离心处理的速率为2000
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8000rpm，离心处理的时间为1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小英，周微，吴正国，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：