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MOF复合纳米纤维食品保鲜膜的研究进展

7月27日

随着消费者对高品质、新鲜果蔬需求的不断提升,果蔬采后保鲜已成为食品产业链中的重要挑战。然而,蓝莓等浆果类水果由于果皮薄、水分含量高以及营养物质丰富,在采后储藏和运输过程中极易受到微生物侵染,导致腐败以及营养品质下降,严重影响产品货架期和经济价值。传统塑料包装材料虽成本低、强度高,但其不可降解特性造成了严重环境负担。因此,开发兼具绿色环保、抗菌防腐以及活性成分长效释放能力的新型食品包装材料,已成为当前食品保鲜领域的重要研究方向。

浙江大学吴迪教授团队以可降解聚合物聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)为纤维基体,引入金属有机框架材料(MOFs)作为天然活性物质百里香酚(THY)的纳米载体,通过微流控吹纺(MBS)技术制备功能化纳米纤维膜,实现活性成分的高效负载以及长达200小时的近线性持续释放,为绿色果蔬保鲜包装提供了新的技术方案。相关研究成果发表于《Food Packaging and Shelf Life》上。


研究团队首先制备了两种不同结构的纳米金属有机框架材料Mg-MOF和UiO-67,并利用其多孔结构实现对THY分子的高效封装。扫描电子显微镜结果显示,负载THY后,两种MOF材料仍保持原有晶体结构,同时比表面积均有所下降,表明THY成功进入MOF孔道内部。其中,Mg-MOF表现出较高的THY负载能力,负载率达到72.38%。FTIR、XRD以及XPS分析进一步证明,THY与MOF之间形成了稳定相互作用,同时未破坏载体框架结构。热重分析结果表明,MOF有效降低了THY的挥发损失,提高了其热稳定性,为后续构建持续释放型活性包装体系提供了基础。


THY@Mg-MOF和THY@UiO-67纳米颗粒的形貌表征及性能分析

研究团队采用MBS技术,将THY@Mg-MOF和THY@UiO-67分别引入PBAT溶液中,成功制备了THY@Mg-MOF/PBAT(T@MP)和THY@UiO-67/PBAT(T@UP)复合纳米纤维膜。扫描电镜结果显示,所得复合膜均形成了均匀的纳米纤维网络结构,MOF颗粒能够较好分散于PBAT纤维体系中。此外,MOF的引入进一步增强了复合膜表面疏水性能,使其水接触角提升至133°以上,有利于降低包装环境中的水分影响,提高材料在果蔬储藏过程中的应用稳定性。


THY@MOF/PBAT复合纳米纤维膜的形貌表征及性能分析

为解决THY直接应用过程中存在的快速挥发和初始突释问题,研究团队利用“MOF孔道限域+PBAT纳米纤维网络阻隔”的双重调控策略,实现了THY的持续释放。实验结果表明,两种THY@MOF/PBAT复合膜均表现出明显缓释特征,并在200 h释放过程中保持接近线性的释放趋势,有效避免了传统活性包装材料中短时间内活性成分大量释放的问题。


纳米颗粒的负载率、THY缓释性能以及纳米纤维膜的THY缓释性能

为了验证复合纳米纤维膜的实际应用能力,研究团队开展了体外抗菌实验以及蓝莓保鲜实验。结果显示,所有THY@MOF/PBAT复合膜均表现出良好的抗菌能力。在蓝莓接种灰葡萄孢和储藏实验中,T@MP-2膜能够有效抑制灰霉菌侵染,减少果实腐烂和品质下降。在25 ℃储藏14 d后,采用T@MP-2纳米纤维保鲜垫处理的蓝莓腐烂率仅为2.22%,同时保持较低失重率、较好的果实硬度以及较高花青素含量,花青素损失仅约4.4%。此外,该复合膜还表现出良好的生物降解性能和细胞相容性,满足绿色食品包装材料的发展需求。


THY@MOF/PBAT纳米纤维膜的蓝莓保鲜应用效果

上述研究首次利用微流控吹纺技术构建PBAT基MOF复合纳米纤维膜,通过纳米载体封装和纤维网络调控实现天然抗菌剂的长效缓释,并在蓝莓保鲜中展现出优异效果。该成果为开发绿色高效的食品保鲜活性包装材料提供了新的策略,也拓宽了PBAT基纳米纤维复合材料在农业产品保鲜领域的应用发展。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2026.101779

(来源:易丝帮)

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