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廣西大學林寶鳳教授團隊 ACS AMI：由ZIF-8引發的具有乙烯吸附性能的表面成型水凝膠薄膜用于保存易腐水果

2024-10-22 來源：高分子科技

新鮮水果的保存總是具有挑戰性的，乙烯是影響采后水果品質惡化的主要原因之一。通常，乙烯的去除可以通過氧化和吸附兩種方式：乙烯氧化依賴于強氧化劑、光催化劑或昂貴復雜的設備等，而乙烯吸附則是使用具有高比表面積的多孔材料，使其更為可行。此外，水果還極易受到微生物的感染導致霉變和腐爛。因此，開發一種簡單、有效的策略控制微生物和乙烯以延長易腐水果的貨架期是必需的。

近日，林寶鳳教授團隊構建了一種MOF@ polysaccharides 的表面成型策略，以ZIF-8作為“紐扣”，使羧甲基淀粉（CMS）和羧甲基殼聚糖（CMCS）快速交聯，從而在水果表面形成均勻致密的水凝膠膜。特別地，通過原位生長法將ZIF-8錨定在CMS上，然后與CMCS快速交聯，在果皮形成具有多功能性的保護屏障。實驗結果表明，通過浸漬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）保護層，從而有效延緩采后水果在儲藏期間的脫水、衰老、微生物感染和其他品質惡化問題。抗菌實驗結果表明，ZIF-8@CC對金黃色葡萄球菌（S.aureus）和大腸桿菌（E.coli）均具有較強的抑制性，其最小抑菌濃度（MIC）分別為2 mg / mL（S.aureus）和 4 mg / mL（S.aureus），而最小殺菌濃度（MBC）分別為4 mg / mL（S.aureus）和 8 mg / mL（S.aureus）。此外，本研究通過動態分子模擬研究ZIF-8的乙烯吸附性能，研究結果表明，ZIF-8對乙烯的吸附行為是自發進行的，主要源于分子內相互作用力。此外，在香蕉儲藏實驗中，ZIF-8@CC包覆的香蕉具有更低的乙烯釋放量，與空白組的香蕉對比減少了近57.3%的乙烯量，表明ZIF-8@CC具有良好的乙烯吸附性能。綜合緊貼果皮的效果、出色的抗菌性能、乙烯吸附性能等多樣的性能，ZIF-8@CC對更年期水果香蕉（14天）和非更年期水果草莓（12天）都展示了令人滿意的超長保鮮性能。重要的是，在水果表面的ZIF-8@CC可以被輕易移除，水降解實驗和斑馬魚實驗結果表明ZIF-8@CC的可水洗性、環境友好性和無污染性。因此，該MOF@polysaccharides的策略在食品包裝領域展示了巨大的應用潛力。

圖1. a）ZIF-8@CC在水果保鮮中的應用示意圖；b）不同材料的光學顯微鏡圖像；c）在不同水果表面形成的ZIF-8@CC的AFM圖像。

圖2. a）ZIF-8@CC的乙烯吸附示意圖；b）GCMC模擬的乙烯主要吸附位點；c）100 ps MD 模擬ZIF-8對乙烯的吸附；d）系統的勢能；e）ZIF-8@CC在常溫常壓下的乙烯密度分布。

圖3. a）不同濃度的ZIF-8@CC的濁度法照片；b）不同濃度的ZIF-8@CC的濁度法的吸光度值；c）不同濃度ZIF-8@CC的殺菌活性；d）不同濃度的ZIF-8@CC處理后瓊脂板上存活細菌的照片。

圖4. 為期12天的草莓保鮮實驗：a）數碼照片；b）果皮細胞壁的微觀形態；c）失重率變化；d）pH值變化。為期14天的香蕉保鮮實驗：e）數碼照片；f）乙烯釋放值；g）失重率變化；h）硬度變化。

該工作以“Surface Molding Hydrogel Film Initiated by ZIF-8 with Ethylene Adsorption Performance for Preserving Perishable Fruits”為題發表于《ACS Applied Materials & Interfaces》。論文的通訊作者為廣西大學化學化工學院林寶鳳教授，共同作者為2022級碩士研究生趙文忻和2022級博士研究生梁蕓通。該研究得到國家自然科學基金（22175045）和廣西自然科學基金重點項目（2021GXNSFDA220005）的資助。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c13500

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（責任編輯：xu）

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