广西大学林宝凤教授团队 ACS AMI：由ZIF-8引发的具有乙烯吸附性能的表面成型水凝胶薄膜用于保存易腐水果

2024-10-22 来源：高分子科技

新鲜水果的保存总是具有挑战性的，乙烯是影响采后水果品质恶化的主要原因之一。通常，乙烯的去除可以通过氧化和吸附两种方式：乙烯氧化依赖于强氧化剂、光催化剂或昂贵复杂的设备等，而乙烯吸附则是使用具有高比表面积的多孔材料，使其更为可行。此外，水果还极易受到微生物的感染导致霉变和腐烂。因此，开发一种简单、有效的策略控制微生物和乙烯以延长易腐水果的货架期是必需的。

近日，林宝凤教授团队构建了一种MOF@ polysaccharides 的表面成型策略，以ZIF-8作为“纽扣”，使羧甲基淀粉（CMS）和羧甲基壳聚糖（CMCS）快速交联，从而在水果表面形成均匀致密的水凝胶膜。特别地，通过原位生长法将ZIF-8锚定在CMS上，然后与CMCS快速交联，在果皮形成具有多功能性的保护屏障。实验结果表明，通过浸渍法可以在不同水果表面形成具有不同粗糙度的ZIF-8@CC（Ra range：102 – 180 nm）保护层，从而有效延缓采后水果在储藏期间的脱水、衰老、微生物感染和其他品质恶化问题。抗菌实验结果表明，ZIF-8@CC对金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E.coli）均具有较强的抑制性，其最小抑菌浓度（MIC）分别为2 mg / mL（S.aureus）和 4 mg / mL（S.aureus），而最小杀菌浓度（MBC）分别为4 mg / mL（S.aureus）和 8 mg / mL（S.aureus）。此外，本研究通过动态分子模拟研究ZIF-8的乙烯吸附性能，研究结果表明，ZIF-8对乙烯的吸附行为是自发进行的，主要源于分子内相互作用力。此外，在香蕉储藏实验中，ZIF-8@CC包覆的香蕉具有更低的乙烯释放量，与空白组的香蕉对比减少了近57.3%的乙烯量，表明ZIF-8@CC具有良好的乙烯吸附性能。综合紧贴果皮的效果、出色的抗菌性能、乙烯吸附性能等多样的性能，ZIF-8@CC对更年期水果香蕉（14天）和非更年期水果草莓（12天）都展示了令人满意的超长保鲜性能。重要的是，在水果表面的ZIF-8@CC可以被轻易移除，水降解实验和斑马鱼实验结果表明ZIF-8@CC的可水洗性、环境友好性和无污染性。因此，该MOF@polysaccharides的策略在食品包装领域展示了巨大的应用潜力。

图1. a）ZIF-8@CC在水果保鲜中的应用示意图；b）不同材料的光学显微镜图像；c）在不同水果表面形成的ZIF-8@CC的AFM图像。

图2. a）ZIF-8@CC的乙烯吸附示意图；b）GCMC模拟的乙烯主要吸附位点；c）100 ps MD 模拟ZIF-8对乙烯的吸附；d）系统的势能；e）ZIF-8@CC在常温常压下的乙烯密度分布。

图3. a）不同浓度的ZIF-8@CC的浊度法照片；b）不同浓度的ZIF-8@CC的浊度法的吸光度值；c）不同浓度ZIF-8@CC的杀菌活性；d）不同浓度的ZIF-8@CC处理后琼脂板上存活细菌的照片。

图4. 为期12天的草莓保鲜实验：a）数码照片；b）果皮细胞壁的微观形态；c）失重率变化；d）pH值变化。为期14天的香蕉保鲜实验：e）数码照片；f）乙烯释放值；g）失重率变化；h）硬度变化。

该工作以“Surface Molding Hydrogel Film Initiated by ZIF-8 with Ethylene Adsorption Performance for Preserving Perishable Fruits”为题发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》。论文的通讯作者为广西大学化学化工学院林宝凤教授，共同作者为2022级硕士研究生赵文忻和2022级博士研究生梁芸通。该研究得到国家自然科学基金（22175045）和广西自然科学基金重点项目（2021GXNSFDA220005）的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c13500

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（责任编辑：xu）

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