一种用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物及其制备和应用
阅读说明：本技术 一种用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物及其制备和应用 (Fluorescent compound for detecting viscosity of wine beverage and preparation and application thereof ) 是由 徐灵峰 刘利民 隋岩 韩润林 吴魁 黄伟 黄春芳 黄艳蓉 孙立和 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物及其制备和应用,该荧光化合物具有如下结构：本发明制备的荧光化合物本身具有AIE特性,且能够在溶液粘度变大的情况下,使得原来处于激发态的电子通过辐射跃迁的方式返回基态,进而释放出荧光信号,使得粘度检测可视化,更加便捷、高效、快速、原位的检测酒类饮品中粘度的变化,对食品安全监测起到了一定的作用。(The invention discloses a fluorescent compound for detecting the viscosity of wine drinks, and a preparation method and an application thereof, wherein the fluorescent compound has the following structure: the fluorescent compound prepared by the invention has AIE characteristics, and can make electrons in an original excited state return to a ground state in a radiation transition mode under the condition that the solution viscosity is increased, so that a fluorescent signal is released, the viscosity detection is visualized, the viscosity change in the alcoholic beverage can be detected more conveniently, efficiently, quickly and in situ, and the food safety monitoring is realizedThe function of the medicine is determined.)
技术领域
本发明涉及食品安全监测技术领域，特别是涉及一种用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物及其制备和应用。
背景技术
酒，是一种通过使用粮食、水果等含淀粉或糖的物质发酵制成的含乙醇的饮料，其具有悠久的酿造历史和不断创新的酿造工艺，已经衍生出诸多种类的酒类饮品，包含：啤酒、葡萄酒、白酒、黄酒等种类，甚至一些药酒也被开发出来用于保健和辅助治疗。作为一种广泛存在的饮品，其在大众生活当中扮演着极为重要的角色，可应用于多种场合。但是，作为一种发酵食品，其在平时贮存的过程中极其容易变质，特别是暴露在空气中的低酒精度的啤酒、葡萄酒、果酒等，不断地和空气中的氧气进行反应，促使酒类饮品的快速氧化和衰败，同时空气中的一些醋酸菌等菌种也会进入酒类饮品中，造成饮品酸败，导致酒类饮品最终走向变质。另外，在生产、贮存、运输、零售等过程中，温度控制不佳，均会造成酒类饮品变质。这种变质不仅给酒类工业造成极大的损失，而且也对消费者造成不必要的经济损失，甚至变质的酒类饮品会对人们的健康造成极大的伤害。然而，在酒类饮品的变质过程中，其粘度随着变质程度的增加一般出现增大的现象。
黏性，流体抵抗变形或阻止相邻流体层产生相对运动的性质，其大小为粘度，作为一种物理指标，在酒类饮品中和口感、醇厚度等表观感受存在着深刻的内在联系。而在酒类饮品的变质过程中，一般会造成酒类粘度的变化，这种变化过程通过可视化的方式展现出来，将极大的为食品安全监测提供重要的保障。在分析检测领域，荧光技术具有响应灵敏度高、操作快捷方便、且制备比较简单易行，同时，检测效果佳，在诸多领域存在着应用，但是，针对粘度这一物理指标，大多数荧光化合物都是应用在生物领域，特别是针对细胞内部分微区粘度变化的检测。且目前所制备的荧光化合物大多制备过程复杂，原料价格高昂，且最终产率有限，几乎都只能用在生物等微量环境中，不适合用于工业中的大批量制备，同时，因其本身化学结构上存在大量疏水性芳香共轭结构，容易导致ACQ效应，不利于荧光的释放。
因此，亟待开发一种能够快速、高效地检测酒类饮品粘度的荧光化合物，甚至能够可视化的检测酒类饮品变质程度，以促进食品安全监测技术的发展。
发明内容
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酒类饮品粘度检测的荧光化合物，该荧光化合物分子中有多个可自由旋转的芳香环等结构、对溶剂环境粘度敏感且具备聚集诱导发光（AIE）效应。
本发明的另一目的在于提供上述荧光化合物的制备方法。
本发明的再一目的是提供上述荧光化合物在酒类饮品粘度检测中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物，所述荧光化合物为4'-(((4-甲氧基苯基)亚氨基)甲基)-N,N-二苯基-[1,1'-联苯]-4-胺，简称为MIMDBA，分子式为C32H26N2O，分子量为454.20，具体结构式如下所示：
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本发明提供了上述用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛溶于乙醇中，超声搅拌均匀，得到溶液1；
（2）将4-甲氧基苯胺溶于乙醇中，超声搅拌均匀，得到溶液2；
（3）将溶液1和溶液2混合，搅拌均匀，加热反应，之后沉淀纯化，得到深黄色粉末，即所述用于酒类饮品质量检测的荧光化合物。
制备的反应方程式如下所示：
优选地，步骤（1）中所述的4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛和步骤（2）中所述的4-甲氧基苯胺的摩尔比为1:(1-20)。
优选地，步骤（1）中所述的4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛的质量浓度为1M-10M；步骤（2）中所述的4-甲氧基苯胺的质量浓度为1M-100M。
优选地，步骤（3）中所述的加热温度为25 °C-78 °C，所述加热反应的时间为1 h-48 h。
优选地，步骤（3）中所述的沉淀纯化步骤包括：去除反应溶剂后，不断地用乙醇洗涤并静置沉淀2-3次，真空干燥即可。
本发明还提供了上述荧光化合物在酒类饮品粘度检测中的应用，属于食品安全监测技术领域，所述酒类饮品可以为啤酒、红酒或果酒等。
本发明提供的荧光化合物用于酒类饮品粘度检测时，先将荧光化合物制备成单分子分散溶液，得到测试母液；进行测试时，抽取一定剂量的测试母液并将其滴入酒类饮品中，控制最终所述荧光化合物的物质的量浓度为1-20μM；所述粘度检测的环境是通过调配丙三醇和乙醇的体积比例构建而成；所述酒类粘度检测是将该荧光化合物母液滴加到不同的酒类饮品中，包含啤酒、红酒、果酒。
本发明提供的所述荧光化合物4'-(((4-甲氧基苯基)亚氨基)甲基)-N,N-二苯基-[1,1'-联苯]-4-胺，分子式为C32H26N2O，相对分子量为454.20。该荧光化合物MIMDBA为深黄色固体粉末，易溶于二氯甲烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等溶剂。该荧光化合物呈粉末状，光稳定性良好，化学稳定性较好，无毒，且适合长期贮存。同时，该荧光化合物MIMDBA其中含有多个可以自由旋转的芳香环等结构，其在粘度较低的溶液中可以自由旋转，激发态能量通过机械运动的方式耗散掉，荧光比较微弱，但是，随着溶液粘度的增加，其自由旋转受到限制，被光激发后的激发态能量无法通过机械运动的方式耗散，转而通过辐射跃迁的方式返回基态，进而释放出荧光信号，因此可作为感知溶液环境粘度的分子工具；另外，其具有AIE特性，不会在聚集的状态下导致荧光淬灭，避免了对荧光信号释放的负面效应。该荧光化合物MIMDBA在365 nm的激发波长下，在516 nm波长附近发射出强烈荧光，可用于酒类饮品粘度变化的检测。具体机理示意图如图1中所示。
本发明提供了一种可以用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物（MIMDBA），该荧光化合物MIMDBA可以随着粘度的增加，荧光强度逐渐增强，实现原位、灵敏、高效的“turn-on”型信号释放和可视化检测。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
1）本发明提供的荧光化合物（MIMDBA），其中含有多个可以自由旋转的芳香环等结构，可以充分感知溶液粘度的变化，对于酒类饮品的变质程度可以有效的检测，为酒类饮品的质量安全控制提供有效参考；
2）本发明提供的荧光化合物（MIMDBA）具有聚集诱导发光（AIE）特性，能够在高浓度下使用，在聚集状态下不会导致荧光淬灭，可以避免大共轭结构的有机荧光分子在聚集状态下导致荧光淬灭的负面效应；
3）本发明提供的荧光化合物（MIMDBA）发光强烈，Stokes位移达到196 nm，抗干扰性良好，光稳定性和化学结构稳定性较好，适合用于酒类饮品中复杂的溶液环境；
4）本发明提供的荧光化合物（MIMDBA）采用简单的一步法制备，简单、高效、高产率、且过程绿色（只使用乙醇作为过程反应溶剂），适合大规模工业化生产，化工流程方便设计，后处理简单方便，原料易得且价格便宜。
附图说明
图1为本发明提供的荧光化合物（MIMDBA）应用于检测酒类饮品粘度变化的机理示意图；
图2为实施例1中所得荧光化合物4'-(((4-甲氧基苯基)亚氨基)甲基)-N,N-二苯基-[1,1'-联苯]-4-胺的核磁共振氢谱图；
图3为实施例1中所得荧光化合物4'-(((4-甲氧基苯基)亚氨基)甲基)-N,N-二苯基-[1,1'-联苯]-4-胺的质谱图；
图4为实施例4中所述MIMDBA在不同体积比例的四氢呋喃/水混合溶液中的荧光光谱图；
图5为实施例4中MIMDBA在516 nm处在不同体积比例的四氢呋喃/水混合溶液中的荧光强度变化图；
图6为实施例4中MIMDBA在不同比例的丙三醇/乙醇混合溶液中的对粘度响应的荧光光谱图；
图7为实施例4中MIMDBA在516 nm处的荧光强度对数函数和粘度对数函数的线性关系图；
图8为实施例4中MIMDBA在不同溶剂中的荧光强度柱状图；
图9为实施例5中MIMDBA在不同酒类饮品中荧光强度和粘度随时间（变质程度）的变化图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明具体的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
以下实施例制备用于检测酒类粘度的荧光化合物的化学反应式如下所示：
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实施例1
一种用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将349 mg的4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛溶于乙醇中，超声搅拌均匀，控制4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛的浓度为1 M，得到溶液1；
（2）将123 mg的4-甲氧基苯胺溶于乙醇中，超声搅拌均匀，控制4-甲氧基苯胺的浓度为1 M，得到溶液2；
（3）将溶液1和溶液2混合，搅拌均匀，加热至25 °C反应48 h，之后去除反应溶剂，不断地用乙醇洗涤并静置沉淀2-3次，真空干燥得到深黄色粉末（354.28 mg，产率78%），即得荧光化合物（MIMDBA）。
通过核磁共振氢谱对该产物进行表征，1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.53 (s,1H), 7.98 (d, J = 7.3 Hz, 2H), 7.70 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.56 (d, J = 8.6 Hz,2H), 7.36-7.29 (m, 6H), 7.17 (d, J = 8.5 Hz, 6H), 7.08 (t, J = 7.3 Hz, 2H),6.97 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 3.87 (s, 3H)，其中，化学位移位于8.53 ppm处对应的是席夫碱上的质子峰，化学位移位于7.98 ppm、7.70 ppm及7.56 ppm处对应的是靠近席夫碱上苯环上的质子峰，化学位移7.36-7.08 ppm处对应的是三苯胺上的质子特征峰，化学位移6.97 ppm处对应的是靠近甲基醚附近的苯环上的质子特征峰，化学位移3.87 ppm处对应的是甲基醚上甲基的质子特征峰。其核磁共振氢谱图如附图2所示。另外，通过质谱验证了其分子质量，得到MS (ESI): m/z 454.2055[M+H]+，如附图3所示。通过核磁和质谱的分析可以确定所合成的目标产物为目标荧光化合物4'-(((4-甲氧基苯基)亚氨基)甲基)-N,N-二苯基-[1,1'-联苯]-4-胺，分子式为C32H26N2O。
实施例2
一种用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将349 mg的4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛溶于乙醇中，超声搅拌均匀，控制4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛的浓度为5 M，得到溶液1；
（2）将1230 mg的4-甲氧基苯胺溶于乙醇中，超声搅拌均匀，控制4-甲氧基苯胺的浓度为50 M，得到溶液2；
（3）将溶液1和溶液2混合，搅拌均匀，加热至50 °C反应24 h，之后去除反应溶剂，不断地用乙醇洗涤并静置沉淀2-3次，真空干燥得到深黄色粉末（376.99 mg，产率为83%），即得荧光化合物（MIMDBA）。
本实施例中所得荧光化合物MIMDBA的表征结果和实施例1中表征的结果是相同的，可参照附图2和附图3。
实施例3
一种用于酒类饮品粘度检测的荧光化合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将349 mg的4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛溶于乙醇中，超声搅拌均匀，控制4'-(二苯胺基)-[1,1'-联苯]-4-甲醛的浓度为10 M，得到溶液1；
（2）将2460 mg的4-甲氧基苯胺溶于乙醇中，超声搅拌均匀，控制4-甲氧基苯胺的浓度为100 M，得到溶液2；
（3）将溶液1和溶液2混合，搅拌均匀，加热至78 °C反应1 h，之后去除反应溶剂，不断地用乙醇洗涤并静置沉淀2-3次，真空干燥得到深黄色粉末（404.25 mg，产率为89%），即得荧光化合物（MIMDBA）。
本实施例中所得荧光化合物MIMDBA的表征结果和实施例1中表征的结果是相同的，可参照附图2和附图3。
实施例4
荧光化合物（MIMDBA）的光学性能测试。
（1）MIMDBA荧光化合物的聚集诱导发光特性测试：
将0.91 mg的荧光化合物4'-(((4-甲氧基苯基)亚氨基)甲基)-N,N-二苯基-[1,1'-联苯]-4-胺（MIMDBA，实施例1中制备所得）溶于四氢呋喃中，配制成1 mM的待测试母液。测试时稀释荧光化合物至10 μM，测试体系总体积保持3 mL，并将其滴加到不同四氢呋喃/水体积分数（0%-90%）的溶液中，测试是在室温下进行，设置激发波长为365 nm，所测光谱如附图4所示，具体的荧光强度随水体积分数的变化规律如附图5所示。从附图4和附图5中可以看出，在水体积分数低于50%的溶液体系中，溶液的荧光比较微弱，说明MIMDBA在四氢呋喃中能够充分溶解，使得激发态能量能够通过机械的自由旋转耗散掉，因此荧光比较微弱。但是，当水体积分数逐渐增加，荧光强度逐渐增强，尤其是当水体积分数达到90%时，荧光强度达到最大值，说明随着水体积分数的增加，该荧光化合物MIMDBA在溶液中溶解度逐渐降低，进而容易产生聚集，会打开激发态电子辐射跃迁回基态的通道，进而释放出荧光，这充分体现了聚集诱导发光现象的特点。
（2）MIMDBA荧光化合物对溶液粘度的响应测试：
将不同体积的丙三醇添加到甲醇中，其中测试体系中丙三醇的体积分数控制在10%-99%，控制总体积为3 mL，测试是在室温下进行，设置激发波长为365 nm，测试的荧光光强随粘度的变化规律如图6所示。一般地，甲醇的粘度仅为0.6 cP（25 °C），而丙三醇的粘度高达945.0 cP（25 °C），从附图6中可以看出，当溶液中的甲醇体积分数较高，即在丙三醇的体积分数仅有10%的溶液体系中，荧光强度较低，而随着丙三醇的体积分数逐渐增加，即溶液体系的粘度逐渐上升，荧光强度也逐渐增加，特别是当丙三醇的体积分数增加到99%时，在516 nm处的荧光强度达到最大值，相比含有10%体积分数丙三醇的溶液体系，其荧光强度显著上升，增加了25倍。另外，粘度的对数函数和荧光强度的对数函数的线性关系如7所示，可以看出，516 nm处的荧光强度的log值和粘度的log值呈现出较好的线性关系，即随着粘度的增加，其荧光强度也明显上升，可以通过Forster-Hoffman方程计算得到其粘度敏感系数为0.50，拟合可决系数为0.99。由该测试结果可知，本发明所制备的荧光化合物可对粘度有较好的响应，适合用于酒类粘度变化的检测。
（3）MIMDBA荧光化合物在不同溶剂体系中的荧光测试：
配制一系列不同极性溶剂（包括：丙三醇、丙酮、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲苯、乙酸乙酯、乙腈、甲醇）的测试体系来验证MIMDBA的溶剂稳定性，设置激发波长为365 nm，测试的相关荧光强度图如附图8所示。一般地，在室温（25 °C）下，除了丙三醇的粘度比较大，上述不同极性的溶剂的粘度值均在0.3 cP-2.0 cP范围内，该荧光化合物MIMDBA在粘度相近但极性不同的溶剂氛围中均表现出较低荧光强度，相比之下，在粘度较大的丙三醇溶剂氛围中，其荧光强度显著上升。该结果说明，该荧光化合物MIMDBA的溶剂稳定性较好，能够广泛应用于溶剂氛围较为复杂的酒类饮料中，且对粘度响应的效果比较显著，适用于复杂溶剂氛围的酒类饮料中对粘度进行检测的实际场景。
实施例5
荧光化合物（MIMDBA）在酒类饮品中的粘度检测：
具体是将该荧光化合物滴加到三种酒类饮品（包含：啤酒、红酒、果酒）中，控制总的测试体积为3 mL，荧光化合物物质的量浓度为10 μM，然后分别测试上述三种酒类饮品放置在空气中0天、2天、5天的粘度，测试是在室温下进行，设置激发波长为365 nm，测试的荧光强度和粘度变化如附图9所示。一般地，刚启封的啤酒、红酒和果酒的粘度都较低，接近于1.0 cP，但是开封后的这三种酒在空气中极易变质，并且随着放置天数的增加，其粘度显著上升，相应的，荧光强度也逐渐增加，可见，该荧光化合物MIMDBA能够针对酒类饮品粘度的变化产生荧光信号上的变化，即能够有效的检测酒类饮品的粘度变化。
本发明提供了一种荧光化合物4'-(((4-甲氧基苯基)亚氨基)甲基)-N,N-二苯基-[1,1'-联苯]-4-胺（MIMDBA），其能够对酒类饮品粘度的变化进行检测，该探针分子本身具有AIE特性，且能够在溶液粘度变大的情况下，使得原来处于激发态的电子通过辐射跃迁的方式返回基态，进而释放出荧光信号，使得粘度检测可视化，更加便捷、高效、快速、原位的检测酒类饮品中粘度的变化，对食品安全起到了一定的监测作用。上述测试结果表明，该荧光化合物制备简单、产率高、过程绿色，且溶剂稳定性良好，对酒类饮品粘度的检测效果佳，在365 nm的紫外灯照射下，荧光强度随着粘度的增加而增强，说明该荧光化合物可以用于酒类饮品粘度的检测，具体可应用于酒类饮品变质程度的检测。
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