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陕西科技大学天然食品高分子团队：ZeinNFs中动态网络价键的后热处理自改性：制备高效环保乙烯吸附剂近日，陕西科技大学食品科学与工程学院天然食品高分子团队范鑫*副教授等人在ACS Sustainable Chemistry &Engineering(1区，IF：7.1)发表了题为“Self-Modification of Dynamic Network Valence Bonds in ZeinNFs via
Post-Heat Treatment:Preparation of an Efficient and
Environmentally Friendly Ethylene Adsorbent”的研究论文。该文章通过(1)方法创新—分子对接理论结合实验结果，阐明了玉米醇溶蛋白与乙烯分子的互作机制；(2)机制创新−研究温度对玉米醇溶蛋白基纳米纤维膜(zeinNFs)的宏观形貌和蛋白结构的影响。该研究制备了一种具有高效乙烯吸附性能的复合纳米纤维膜。将其应用于水果保鲜的包装，可显著地延长水果货架期。本研究得到了国家自然科学基金(No. 32272380)、陕西省重点研发计划(No.2024NC-YBXM-140)等项目资助。
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全球农产品如水果损耗率高达40%-50%，造成了巨大的经济损失。过量的乙烯积累是导致水果保质期缩短的主要因素。然而目前应用的传统乙烯调节方法。存在成本高、重金属残留、易损坏、易解吸等问题。蛋白基纳米材料因其绿色可降解和高比表面积而成为最有前景的气体吸附材料之一。然而，这些材料的性能易受温度变化的影响，但具体影响机制尚不明晰。基于上述问题，本研究通过理论模拟结合实验，研究了热处理(40℃，0-9h)对玉米醇溶蛋白纳米纤维动态网络价键及其乙烯吸附性能的影响。研究发现，随着热处理时间增加到9 h，zeinNFs直径减小42.11%，玉米醇溶蛋白的结构舒展，总巯基含量增加13.03%，疏水性能显著提升，乙烯吸附效率提高至7.05±0.05mg/m3/h。此外，以呼吸跃变形水果-太婆梨为例，放置有zeinNF-9膜的太婆梨失重率最低、果皮硬度和果肉硬度最高，有效延长了水果货架期。本研究结果为不同热处理条件下zeinNFs的动态网络价键与其性质之间的演化机制和相互作用提供了新的视角。本研究所制备的zeinNF-9是一种高效、环保的乙烯吸附材料，其在果蔬保鲜领域具有巨大的实际应用前景。图 1.热处理前后ZeinNFs：(a)SEM图像；(b)纤维曲率；(c)纸巾基底与zeinNFs之间粘附相互作用；(d)单根纤维形貌变化；(e)纳米纤维直径
图2.(a)ZeinNFs的红外光谱；(b) ZeinNFs的二级结构；(c)玉米醇溶蛋白三维结构；(d)拉式图；(e)玉米醇溶蛋白与乙烯非共价结合位点总览；(f)玉米醇溶蛋白与乙烯的结合位点1(非共价结合)；(g)玉米醇溶蛋白与乙烯的结合位点2(非共价结合)；(h)玉米醇溶蛋白与乙烯的结合位点3(非共价结合)；(i)玉米醇溶蛋白与乙烯的结合位点4(非共价结合)；(j)玉米醇溶蛋白与乙烯的结合位点5(非共价结合)
图3.热处理前后ZeinNFs(a)总巯基含量；(b)玉米醇溶蛋白一级和二级结构的变化示意图；(c)玉米醇溶蛋白与乙烯的共价结合位点；(d)乙烯吸附效率
图4.热处理40℃前后(a) ZeinNFs的静态水接触角；(b)ZeinNFs的太婆梨失重率；(c)ZeinNFs的太婆梨表皮硬度；(d)ZeinNFs的太婆梨果肉硬度；(e)ZeinNFs的太婆梨外观照片
创新型/应用前景
本研究引入了两项创新：（1）方法创新——将分子对接理论与具体实验结果相结合，阐明玉米醇溶蛋白与乙烯之间的相互作用机制；（2）机制创新-通过研究温度如何影响玉米醇溶蛋白纳米纤维（zeinNFs）的宏观形态和微观蛋白质结构。本研究的结果为不同热处理条件下玉米醇溶蛋白NF的动态网络价键与性质之间的演化机制和相互作用提供了新的视角。本研究所制备的玉米醇溶蛋白基纳米纤维(ZeinNF-9)不仅可以高效吸附乙烯，还具有良好的疏水性能，在水果保鲜领域具有光明的应用前景。本研究成果还可与物流公司进行合作，为物流过程提供切实可行的水果保鲜方案，并尝试进行规模化生产。除此之外，还可向空气污染物吸附等环境、材料领域推广应用。综上，本研究对促进果农增收、物流收益，带动经济发展具有深远意义。https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c06066
范鑫，工学博士、副教授、硕士生导师。陕西省食品科学技术学会理事，入选陕西省科协青年人才托举计划、陕西省高校优秀青年人才。2019年作为青年拔尖人才引进陕西科技大学。主要从事生物基纳米材料微纳结构调控及其在食品领域的功能化应用研究。担任《食品工业科技》、《食品研究与开发》等学术期刊青年编委、《Polymers》客座编辑及多个国内外知名学术期刊审稿专家。近五年主持国家自然科学基金面上/青年项目、陕西省重点研发计划、陕西省教育厅服务地方专项等十余项，发表SCI论文30余篇，授权发明专利4项，参编著作3部。赵菁华，女，陕西科技大学硕士研究生在读。目前主要研究方向为动态环境中降聚玉米醇溶蛋白基纳米纤维乙烯吸附性能退化机理及其微纳结构优化研究。曾获研究生国家奖学金、一等研究生奖学金等荣誉奖励。在ACSSustainable Chemistry &Engineering(1区，TOP)发表论文2篇，其中1篇被选评为补充封面文章。
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