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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:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c13500

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