一种检测饮品粘度的荧光探针及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种检测饮品粘度的荧光探针及其制备方法和应用。所述荧光探针为2‑(2‑(7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑基)乙烯基)‑1，3，3‑三甲基‑3H‑吲哚鎓。该探针含有双吸电基团——溴代苯并咪唑和吲哚鎓，以及供电基团甲氧基苯基，由此形成的“A‑A‑D”结构的分子具备吸电性偏高的大极性有利于探针在饮品的大极性水相环境中具有良好的分散性，甲氧基苯基的自由旋转特性有利于探针敏感地响应粘度的变化。该探针制备简单，适合大规模生产和使用，且对粘度具有特异性的响应，适用于对饮品的粘度检测。

权利要求

1.一种检测饮品粘度的荧光探针，其特征在于，所述荧光探针为2‑(2‑(7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑基)乙烯基)‑1，3，3‑三甲基‑3H‑吲哚鎓，具有如下结构式：

2.一种权利要求1所述的检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，其特征在于，合成路线如下：

3.根据权利要求2所述的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛和1，2，3，3‑四甲基‑3H‑吲哚鎓溶于无水乙醇中，在加热下搅拌反应；反应结束后，降至室温，分离提纯，得到所述荧光探针。

4.根据权利要求3所述的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述

7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛和1，2，3，3‑四甲基‑3H‑吲哚鎓的摩尔比为1∶(1‑1.5)。

5.根据权利要求3所述的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述

7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛与无水乙醇的摩尔体积比为1mmol∶(6‑12)mL。

6.根据权利要求3所述的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述在加热下搅拌反应的加热温度为70‑90℃。

7.根据权利要求3所述的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述在加热下搅拌反应的时间为12‑16h。

8.根据权利要求3所述的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述分离纯化的方法为硅胶层析。

9.根据权利要求8所述的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述硅胶柱层析的洗脱剂为二氯甲烷/甲醇。

10.权利要求1所述的一种检测饮品粘度的荧光探针在饮品粘度检测中的应用。

说明书

一种检测饮品粘度的荧光探针及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于检测分析技术领域，具体涉及一种检测饮品粘度的荧光探针及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 饮品生产加工过程中往往需要添加一定量的食品添加剂来维持饮品的储存稳定性和口感。例如在果汁饮料的生产过程中，由于原料中含有一定比例的果肉微粒、蛋白质、多糖等大分子物质，非常容易产生凝聚沉降现象，影响储藏稳定性，并影响饮料的口感和风味等。为了维持饮料在贮藏期间的稳定性及长期口感，需要添加增稠剂对其进行增粘，以防饮料中的大分子和颗粒物凝聚沉淀。目前，常用的增稠剂有黄原胶、果胶、羧甲基纤维素钠等，根据各自的增稠特性选择合适的添加剂用于不同种类的饮品极为重要。

[0003] 目前广泛用于检测粘度的仪器有球滴粘度计、活塞粘度计和旋转粘度计，使用这些方法检测粘度存在过程繁琐、数据后处理复杂等问题，而且这些仪器的灵敏度和检测结果的精确度很大程度上取决于操作人员的技能，因而检测精确度难以得到保障。荧光探针分析技术具有灵敏度高、操作便捷快速的优势，广泛应用于生化分析、荧光示踪等领域。荧光探针制备过程简单易行，化学结构上也方便修饰和改进，可以根据不同的需求进行探针的设计。因此荧光探针在饮品粘度检测方面展示出显著的优势和巨大的应用前景。

[0004] 粘度作为一种常见的检测指标广泛用于各种食物及工业产品检测等过程。例如专利CN 112611680 A《一种液体粘度检测装置》提出了一种液体粘度检测装置，该装置由可调节水平底座、LED背光光源、气泡发生装置、溶液收集槽、高速摄像机等部分组成，通过控制检测装置对待测溶液液滴和溶液中气泡生成过程进行视频采集，然后经过数据处理得到待测液体的粘度。虽然该装置可检测工业场景中的粘度，但是其设备制造复杂、成本高、操作过程繁琐，难以便捷快速地用于饮品粘度的检测。专利CN 108997195 A《一种定位脂滴的双光子粘度探针及其制备方法和应用》制备了一种由苯甲醛和9‑乙基咔唑通过单键连接而成的用于脂滴小极性环境粘度检测的荧光探针，该探针使用乙基取代的咔唑，增加了分子的脂溶性，且整个分子的吸电子基团仅有醛基，探针分子的极性小，因此难以在极性大的水相环境中具有良好的分散性，限制了其在饮品粘度的检测中的应用。又如专利CN 113620998 A《一种环金属钌配合物脂滴粘度探针及其制备方法和应用》以邻菲罗啉‑5，6‑二酮和肉桂醛通过迈克尔加成反应制备出邻菲罗啉肉桂醛，然后加入三氯化钌制备了一种环金属钌配合物用于脂滴粘度检测，该粘度探针具有钌配合物形成的大平面芳环结构，整个分子的脂溶性好、平面性高，分子的整体极性小，因此难以在大极性的水相环境中良好分散，限制了其在饮品的粘度检测中的应用，而且探针的制备过程较为复杂。

[0005] 尽管应用于工业领域和生物化学分析领域的粘度检测的荧光探针已经取得了一定的发展，但是在饮品粘度的检测领域，还很少有将荧光探针分析技术应用于其中。在饮品的生产过程中，只需要极少量的荧光探针和饮品样品就能进行高效便捷的粘度检测。因此，开发出一种合成简单、灵敏度高、在饮品的大极性水相环境中具有良好分散性的荧光探针对于饮品的品质监控有重要的意义。

发明内容

[0006] 为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明的首要目的在于提供一种用于饮品粘度检测的荧光探针，其具有双吸电基团和供电基团，分子具备吸电性偏高的大极性，能够在饮品的大极性水相环境中具有良好的分散性，且探针中的供电基团甲氧基苯基的自由旋转特性有利于探针敏感地响应粘度的变化。

[0007] 本发明的另一目的在于提供上述荧光探针的制备方法，制备方法简单高效。

[0008] 本发明的再一目的是提供上述荧光探针在饮品粘度检测中的应用。

[0009] 本发明的目的通过以下技术方案实现：

[0010] 本发明提供的一种检测饮品粘度的荧光探针(简称Cy‑MPIP)，其分子式为+[C27H25BrN3O] ，相对分子质量为486.12，化学名称为2‑(2‑(7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑基)乙烯基)‑1，3，3‑三甲基‑3H‑吲哚鎓，结构式如下：

[0011]

[0012] 本发明提供的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，合成路线如下：

[0013]

[0014] 本发明提供的一种检测饮品粘度的荧光探针的制备方法，包括如下步骤：

[0015] 将7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛和1，2，3，3‑四甲基‑3H‑吲哚鎓溶于无水乙醇中，在加热下搅拌反应；反应结束后，降至室温，分离提纯，得到所述荧光探针。

[0016] 优选地，所述7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛和1，2，3，3‑四甲基‑3H‑吲哚鎓的摩尔比为1∶(1‑1.5)。

[0017] 优选地，所述7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛与无水乙醇的摩尔体积比为1mmol∶(6‑12)mL。

[0018] 优选地，所述在加热下搅拌反应的加热温度为70‑90℃。

[0019] 优选地，所述在加热下搅拌反应的时间为12‑16h。

[0020] 优选地，所述分离纯化的方法为硅胶层析。

[0021] 优选地，所述硅胶柱层析的洗脱剂为二氯甲烷/甲醇。

[0022] 本发明技术方案的构思如下：首先，该荧光探针含有双吸电基团——溴代苯并咪唑和吲哚鎓，供电基团为甲氧基苯基，由此形成的“A‑A‑D”(吸电基团‑吸电基团‑供电基团)结构，使得整个荧光探针化合物分子具备吸电性偏高的大极性，为此有利于探针在饮品的大极性水相环境中具有良好的分散性，避免探针分子在饮品的大极性水相环境中絮凝或沉降。其次，荧光探针的供电基团甲氧基苯基通过单键和吸电基团连接，使得探针在低粘度溶液中通过自由旋转的方式将激发态能量耗散因而荧光微弱，随着溶液粘度的增大，甲氧基苯基的自由旋转受到限制，非辐射跃迁被规避，探针通过辐射跃迁的方式将激发态能量耗散，从而发出荧光。因此该探针适用于饮品粘度检测。

[0023] 本发明还提供了上述一种荧光探针在饮品粘度检测中的应用。

[0024] 与现有技术相比，本发明提供的荧光探针具有如下突出优点：

[0025] (1)本发明荧光探针含有双吸电基团——溴代苯并咪唑和吲哚鎓，以及供电基团甲氧基苯基，形成的“A‑A‑D”结构的分子具备吸电性偏高的大极性有利于探针在饮品的大极性水相环境中具有良好的分散性。

[0026] (2)本发明荧光探针对粘度具有特异性的响应，且对于粘度的响应灵敏度高，随着环境粘度的增加，供电基团甲氧基苯基的自由旋转受到限制，荧光强度随之增加，通过荧光强度的变化可表征粘度的变化。

[0027] (3)本发明荧光探针的选择性高，只有粘度变化才能引起荧光强度的改变，其它检测干扰物对荧光强度没有明显的影响。

[0028] (4)本发明荧光探针化学稳定性高，结构简单，制造成本低。且制备过程简单，反应条件温和，适合大规模生产和使用。

附图说明

[0029] 图1为本发明的分子荧光探针Cy‑MPIP的合成路线图。

[0030] 图2为实施例1制备的荧光探针Cy‑MPIP核磁共振氢谱图。

[0031] 图3为实施例1制备的荧光探针Cy‑MPIP的质谱图。

[0032] 图4为实施例4中荧光探针Cy‑MPIP在不同体积比例的丙三醇/甲醇混合溶液中对粘度变化响应的荧光光谱图。

[0033] 图5为实施例4中荧光探针Cy‑MPIP在570nm处的荧光强度与粘度的对数函数线性拟合图。

[0034] 图6为实施例5中荧光探针Cy‑MPIP的选择性检测的荧光强度图。

[0035] 图7为实施例6中荧光探针Cy‑MPIP对饮品增稠剂黄原胶的不同质量浓度的水溶液的粘度响应荧光光谱图。

具体实施方式

[0036] 以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器末注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。

[0037] 本发明所述用于饮品粘度检测的分子荧光探针Cy‑MPIP的合成路线如图1所示。

[0038] 实施例1

[0039] 取132.0mg(0.4mmol)的7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛和104.5mg(0.6mmol)的1，2，3，3‑四甲基‑3H‑吲哚鎓溶于4.8mL无水乙醇中，得到混合溶液，搅拌并加热至90℃下反应16h。反应结束后，降至室温，旋蒸除去溶剂，得到的固体经硅胶柱层析纯化(所用的洗脱剂为二氯甲烷/甲醇，V/V＝50∶1)，得到荧光探针Cy‑MPIP 116.7mg(产率：60％)。

[0040] 利用核磁共振氢谱对其进行表征，1H NMR(500MHz，DMSO)δ9.47(s，1H)，8.33(d，J＝16.1Hz，1H)，7.88(dd，J＝12.5，5.5Hz，2H)，7.83‑7.78(m，2H)，7.78‑7.73(m，2H)，7.63‑7.56(m，2H)，7.54(d，J＝7.4Hz，1H)，7.20(d，J＝8.8Hz，2H)，3.88(s，3H)，3.85(s，3H)，1.72(s，6H)。该荧光探针化合物的核磁共振氢谱图如图2所示。再通过高分辨质谱对其进一步的+
验证：HR‑MS(ESI，m/z)：理论计算分子质荷比[C27H25BrN3O]：486.1176，实际分子质荷比为：
+
486.1176。质谱图如图3所示，图3中可见质荷比主峰m/z[C27H25BrN3O] 486.1176和一些同位素峰。通过上述核磁和质谱的分析可以确定本实施例所合成的产物为2‑(2‑(7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑基)乙烯基)‑1，3，3‑三甲基‑3H‑吲哚鎓。

[0041] 实施例2

[0042] 取165.0mg(0.5mmol)的7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛和87.1mg(0.5mmol)的1，2，3，3‑四甲基‑3H‑吲哚碘化鎓溶于3.0mL无水乙醇中，得到混合溶液，搅拌并加热至70℃反应12h。反应结束后，降至室温，旋蒸除去溶剂，得到的固体经硅胶柱层析纯化(所用的洗脱剂为二氯甲烷/甲醇，V/V一50∶1)，得到荧光探针Cy‑MPIP 128.8mg(产率：53％)。

[0043] 本实施例得到的荧光探针的表征结果与实施例1中的表征结果是相同的。

[0044] 实施例3

[0045] 取330.0mg(1.0mmol)的7‑溴‑2‑(4‑甲氧基苯基)咪唑并[1，2‑a]吡啶‑3‑甲醛和209.0mg(1.2mmol)的1，2，3，3‑四甲基‑3H‑吲哚鎓溶于10.0mL无水乙醇中，得到混合溶液，搅拌并加热至80℃反应14h。反应结束后，降至室温，旋蒸除去溶剂，得到的固体经硅胶柱层析纯化(所用的洗脱剂为二氯甲烷/甲醇，V/V＝50∶1)，得到荧光探针Cy‑MPIP 272.2mg(产率：56％)。

[0046] 本实施例得到的荧光探针的表征结果与实施例1中的表征结果是相同的。

[0047] 实施例4

[0048] 荧光探针Cy‑MPIP对粘度响应测试

[0049] 将实施例1制备的荧光探针Cy‑MPIP溶于不同体积比例的丙三醇/甲醇的混合溶液中进行粘度响应测试。荧光探针的浓度保持为10μM，保持测试总体积为3.0mL，以波长490nm为激发波长，通过改变丙三醇的体积分数来改变体系的粘度。分别测试了丙三醇体积百分比为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％混合溶液中的粘度响应荧光光谱。在室温下，这十组测试体系的粘度分别为2.0cP、2.4cP、3.2cP、9.8cP、16.1cP、35cP、81cP、242cP、351cP、656cP，得到的荧光光谱图如图4所示，以570nm处的荧光强度的对数与粘度的对数作图如图5所示。从图4中可以看出，溶液的荧光强度随着溶液中丙三醇体积分数的增加而逐渐增强(即粘度逐渐增大)，当丙三醇体积分数达到99％时，荧光强度达到最大值，对比10％丙三醇溶液体系，其荧光强度增加了40倍左右，说明荧光探针Cy‑MPIP对粘度变化的响应明显。同时，从图5中可以看出，该荧光探针对粘度的敏感性较好，其荧光强度的log值和溶液粘度的log值呈现较好的线性关系，即随着粘度的增加，其荧光强度也逐渐增加，通过Forster‑Hoffmann公式计算可得其敏感度为0.5923，在570nm处的荧光强度与粘度之间的对数函数为logI570＝0.9498+0.5923logη，在570nm处的荧光强度的对数值与粘度的对数值满足较好的线性关系，说明荧光探针Cy‑MPIP对粘度具有良好的敏感性。上述测试结果表明，本发明的分子荧光探针Cy‑MPIP对粘度有较好的响应效果，并且可以实现通过荧光强度的变化来表征粘度的变化，适合用于饮品粘度的检测。

[0050] 实施例5

[0051] 荧光探针Cy‑MPIP的选择性测试

[0052] 取实施例1中制备的荧光探针Cy‑MPIP溶于甲醇中，配制成探针浓度为1mM的探针母液。一些被检测物包括NaCl、CaCl2、MgSO4、AlCl3、ZnCl2、FeCl3、NaNO3、K2CO3、Na2SO3、GSH(谷胱甘肽)、Cys(半胱氨酸)、Hcy(高半胱氨酸)、Arg(精氨酸)、Gly(甘氨酸)、磷酸氢二钠、脱水柠檬酸钠均溶于去离子水中，得到相应的溶液(粘度值均小于2cP)。取30uL的探针母液添加到2.97mL丙三醇中配制得到丙三醇(含1％甲醇)测试样(粘度值为656cP)。同样取相同剂量的探针母液分别添加到上述各被检测物的溶液中(保持甲醇体积百分比为1％)，同时以只添加了该荧光探针的水溶液(含1％甲醇，粘度值约为1 cP)作为对照组；测试时保持荧光探针Cy‑MPIP的浓度在不同待测样中均为10μM，各检测物的浓度均为100μM，同时各测试样中的甲醇的体积百分比均为1％，各组测试样的总体积保持为3mL。测定各组测试样在570nm处的荧光强度，绘制测试结果的柱状图，结果如图6所示。从图6中可以看出，荧光探针Cy‑MPIP在各种无机盐(NaCl、CaCl2、MgSO4、AlCl3、ZnCl2、FeCl3、NaNO3、K2CO3、Na2SO3)、氨基酸(GSH、Cys、Hcy、Arg、Gly)和食品添加剂(磷酸氢二钠、脱水柠檬酸钠)存在下荧光强度没有明显变化，只有在粘稠的丙三醇溶液(含1％甲醇)中才能观察到荧光强度的明显增强，说明该荧光探针Cy‑MPIP对于粘度的选择性响应效果较好，只有粘度变化才能引起荧光强度的改变。而且该荧光探针化学稳定性高，对多种阴离子、阳离子和氨基酸表现出惰性，适合用于饮品中含有多种生物成分的大极性水相溶液环境，上述成分不会对荧光信号产生干扰。

[0053] 实施例6

[0054] 荧光探针Cy‑MPIP对饮品增稠剂黄原胶的不同质量浓度的水溶液的粘度响应测试[0055] 取一定质量的荧光探针Cy‑MPIP溶于甲醇，配制成浓度为1mM的探针母液。测试时将上述探针母液分别添加到含有不同质量浓度的黄原胶水溶液中，控制荧光探针的浓度为10μM，测试样中甲醇的体积百分比均为1％，每组测试样的总体积为3mL。测试在室温下进行，设置激发波长为490nm，所测得的荧光强度随黄原胶质量浓度的变化规律如图7所示。当黄原胶的质量浓度为1g/L、3g/L、4g/L时，粘度分别为20cP、81cP、126cP，随着黄原胶质量浓度提高，溶液从流体状变成半果冻状，可以充分体现出不同增稠剂添加量的饮品中的增粘过程。从图7中可以看出，在上述变化过程中，荧光强度随着黄原胶质量浓度的增加而上升，表明本发明的荧光探针Cy‑MPIP能够充分感知液体粘度的变化，进而通过荧光信号的变化来反馈溶液从流体状到半果冻状的变化过程，这对于饮品的粘度这一物理指标的检测具有重要意义。荧光探针Cy‑MPIP在不同浓度的黄原胶水溶液中均表现出良好的分散性(观察不到絮凝或沉析现象)，表明探针分子在饮品的大极性环境中具有良好的分散性。且黄原胶水溶液的粘度增大，探针的荧光强度增强。探针的良好的分散性和粘度变化响应的敏感性得益于探针分子的A‑A‑D大极性分子构型，可以避免因分子之间的聚集使得荧光强度测量结果的准确性变低的影响。

[0056] 以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。