在食品的整个流通过程中，除了自身影响因素外，食品的质量和安全与外部环境因素密切相关，其中温度又是导致食物腐败最不可预测的因素。时间-温度指示剂（TTI）作为一种具有显示作用的智能标签，能通过化学反应或者物理变化在时间和温度上的累积效应，监控和记录食品从生产、运输到销售各环节的温度历史，动态显示食品的剩余保质期，为食品生产者、物流管理者以及消费者提供准确检测和评估食品品质的方法。

　　根据反应原理和指示方法的不同，TTI通常分为扩散型、聚合物型和酶型等。 其中，酶型TTI易于控制且性能稳定、成本低廉，具有更高的准确性和适用性。 基于固 定化酶技术对酶进行固定化，再利用酶促反应构建而成的固态酶型TTI成为 一 个新的研究方向。

　　河南牧业经济学院的胡晓波，王 麟 * 和李小娟 利用淀粉酶中氨基酸残基与铜离子之间的相互作用，对淀粉酶进行固定化，制备淀粉酶@Cu无机杂化纳米花，研究淀粉酶质量浓度对纳米花形貌结构的影响，筛选出花形最好纳米花，并测试纳米花中淀粉酶的生物活性及保存稳定性。然后以可溶性淀粉为底物，碘液为指示剂，改变淀粉酶@Cu纳米花的用量，制备出6种配方的淀粉酶纳米花型TTI，观察其在不同温度下的颜色变化过程，确定吸光度随时间变化的动力学参数，计算出TTI的活化能。根据TTI与食品匹配原则，确定该系列TTI活化能指示范围，以期为实时监控食品的质量变化提供参考。

　　蛋白质-无机杂化纳米花是一种新型固定化酶材料，实验中利用淀粉酶和硫酸铜制备了淀粉酶-无机杂化纳米花NF-1、NF-2、NF-3、NF-4、NF-5和NF-6，用扫描电镜对其形貌进行表征。从图1可知，在制备纳米花过程中，溶液中淀粉酶质量浓度较低时，得到的纳米花NF-1、NF-2和NF-3花状结构不完整，存在大量碎片，这是因为淀粉酶质量浓度较低时，溶液中晶体成核位点较少，影响晶体生长；纳米花NF-4和NF-5出现完整的花状结构，但形貌不统一，仍有碎片存在；淀粉酶质量浓度增大到0.5 mg/mL时，溶液中存在大量成核位点，纳米花NF-6中没有碎片存在，只有完整的花状结构。以上结果说明在形成纳米花过程中，淀粉酶质量浓度直接影响纳米花的形貌结构，实验选用NF-6进行下步研究。

　　利用红外光谱仪测定纳米花NF-6的红外吸收光谱，如图3所示。NF-6在600～500 cm-1和1 100～940 cm-1出现强吸收峰，这是P—O振动和O—P＝O弯曲造成，证明纳米花中含有磷酸基团；在1 600～1 400 cm-1出现酰胺键的特征吸收峰，在3 000～2 800 cm-1出现—CH2—和—CH3伸缩振动吸收峰，在3 500 cm-1处出现O—H强的宽吸收峰，说明纳米花中含有淀粉酶。

　　通过热重分析研究淀粉酶@Cu杂化纳米花中淀粉酶含量，如图4所示。从纳米花的热失重曲线.58%，即纳米花中结晶水质量分数为6.06%，淀粉酶质量分数为19.58%，而Cu3(PO4)2仍作为无机组分存在于纳米花中。

　　将天然淀粉酶的活性定义为100%，可计算出NF-6的相对活性为342%，说明淀粉酶固定化后其活性提高到3.42 倍，这主要是因为纳米花比表面积大，能增大酶与底物之间的传质，提高酶的生物活性。

　　从图5可知，随着放置时间的延长，天然淀粉酶和纳米花中淀粉酶相对活性逐渐减低，但纳米花中淀粉酶相对活性降低速度较慢。7 d后，天然淀粉酶的相对活性为21.5%，而纳米花中淀粉酶相对活性为187%，明显高于天然淀粉酶活性。这是因为纳米花结构能够保护淀粉酶，使其保存稳定性提高，失活速度减慢。

　　以上结果说明淀粉酶能与硫酸铜之间相互作用，形成淀粉酶@Cu纳米花材料，该材料能显著提高淀粉酶的生物活性及保存稳定性，使其更稳定，降低淀粉酶的使用成本。

　　从图6a可知，淀粉质量浓度越大，起始吸光度就越大，但5个质量浓度下吸光度的降低速度基本一致，先快后慢慢趋于平稳。随着淀粉酶不断水解淀粉，溶液最终趋于无色透明，吸光度趋近于0。其中淀粉质量浓度为40 g/L时，其初始吸光度与50 g/L相差不大，但明显大于其他质量浓度，为后续的吸光度降低提供了空间，即整个过程中吸光度的变化幅度会比较大。从图6b可知，随着碘质量浓度的增加，起始吸光度明显增加，反应时间变长。当碘液质量浓度为0.5、0.75 g/L和1.0 g/L时，TTI体系吸光度降低到0时所需时间分别约为72、96 h和120 h；当碘液质量浓度达到1.25 g/L和1.5 g/L时，5 d后TTI体系仍有颜色，吸光度较高，不利于观察TTI颜色变化。时间已达到所需的6 d。综合考虑，将该TTI中的淀粉质量浓度确定为40 g/L，碘液质量浓度确定为1.0 g/L。

　　从图7可知，6种配方的TTI在放置过程中溶液颜色产生从深蓝色-蓝色-浅蓝色-无色的明显变化，且温度越高，变色速度越快。TTI的颜色与食品质量正相关 ，当TTI呈现深蓝色时，此时食品比较新鲜，可以放心食用；当TTI褪色成无色时，此时食品已发生腐败变质，不能再食用。

　　吸光度随时间变化的曲线所示。由此得到淀粉酶纳米花型TTI在不同温度条件下的反应速率k，如表1所示。

　　根据表1中不同温度条件下相应的lnk值，绘制lnk与1/T的关系曲线所示。利用Origin软件对各曲线进行线性拟合，得到拟合方程，根据Arrhenius方程可以求得各自的活化能E a 和指前因子k 0 ，如表2所示。

　　由拟合参数可以看出，ln k 和1/ T 的相关性 R 2 在0.93以上，线种配方的TTI活化能分别为14.84、21.00、28.85、33.03、32.55 kJ/mol和32.83 kJ/mol。根据TTI与食品匹配原则，当TTI活化能与食品腐败活化能相差25 kJ/mol时，该TTI便可应用于该产品 。因此6种配方的TTI可以指示的产品活化能范围分别为0～39、0～46、3～53、8～58、7～57 kJ/mol和7～57 kJ/mol，适用于监测由扩散控制、酶反应、脂肪氧化等原因 引起腐败变质的食品质量变化。

　　基于酶与金属离子间的相互作用，成功制备了淀粉酶@Cu纳米花，其中淀粉酶质量浓度为0.5 mg/L，纳米花的形貌结构最完整，该纳米花能显著提高淀粉酶的生物活性和保存稳定性。选用可溶性淀粉溶液为底物，碘液为指示剂，加入淀粉酶@Cu纳米花，制备出6种配方的淀粉酶纳米花型TTI，观察了TTI由深蓝色到无色的变化过程，研究了不同温度下TTI的吸光度随时间的变化曲线。通过动力学参数研究，计算出6种TTI的活化能分别是14.84、21.00、28.85、33.03、32.55 kJ/mol和32.83 kJ/mol，适用于监测由扩散控制、酶反应、脂肪氧化等原因引起腐败变质的食品质量变化。

　　2000年获得西北农林科技大学食品机械专业学士学位，2010年获得河南科技大学机械工程专业硕士学位，2018年获国家留学基金委资助在新加坡南洋理工大学访学。目前主要从事食品工程与智能包装方面教学和科研工作。先后主持或参加国家自然科学基金、河南省重大科技专项、河南省科技攻关项目、河南省高等教育研究与实践项目和河南省校区合作项目等10余项；获河南省科技进步三等奖1 项，河南省教学成果一等奖2 项、二等奖1 项；发表学术论文50余篇，编写教材10余部，授权国家发明专利5 项；被评为河南省教育厅青年骨干教师、河南省教育系统优秀教师。

　　2017年获得南开大学高分子化学与物理专业博士学位，2020年在郑州大学和双汇集团进行博士后研究。目前主要从事食品智能包装与食品保鲜包装方面的教学和科研工作，主持国家自然科学基金、中国博士后面上项目、河南省科技攻关项目等项目，发表论文20余篇，其中SCI索引8 篇。

　　本文《淀粉酶纳米花型时间-温度指示剂的制备及性能分析》来源于《食品科学》2022年43卷22期60-67页，作者：胡晓波, 王麟*, 李小娟。DOI:10.7506/spkx1206-075。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

　　Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

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