IF=15.1！江苏大学郭志明教授团队食品顶刊重要综述：多功能金属有机骨架(MOFs)的纳米填料在食品包装的创新

学术 2024-11-09 09:55 湖北

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多功能金属有机骨架(MOFs)的纳米填料在食品包装中的应用

导读

2024年11月，江苏大学郭志明教授课题组在国际Top期刊《Trends in Food Science & Technology》（Q1，IF=15.1）上发表了题为“Development of multifunctional metal-organic frameworks (MOFs)-based nanofiller materials in food packaging: A comprehensive review”的综述论文。该研究第一作者为江苏大学食品与生物工程学院博士研究生张浙鹏，通讯作者为江苏大学食品与生物工程学院郭志明教授，利兹大学Lijing Ke教授、北京市农林科学院智能装备技术研究中心李江波研究员、麦地那公立大学Hesham R. El-Seedi教授也参与了论文的研究工作。本研究全面分析了多功能纳米MOF填料在食品包装领域中的综合作用，该研究获国家重点研发计划项目（2022YFD2100604）和国家自然科学基金面上项目（32472431, 32301690）等资助。

食品包装对于防控可能损害食品完整性和安全性的化学、物理和生物危害至关重要。合成聚合物具有良好力学性能和化学稳定性等特点是，满足产品保护、密封和遏制的基本要求。近年，可生物降解的天然可再生聚合物替代石油基化合物已成为研究工作的重点。但与传统包装材料相比，生物聚合物研究的现状与其实际应用之间仍然存在相当大的差距，这主要归因于其高生产成本和有限的延展性。因此，有必要增强可生物降解包装材料的机械和阻隔性能，以保护食品免受含有水分和机械危害的外部大气的影响。通过实施旨在提高生物聚合物性能的各种策略，包括化学改性（交联和接枝共聚）、物理改性（填料掺入和层压复合材料形成）、利用深共熔溶剂、辐照诱导和生物酶处理来提高生物聚合物的性能，使其更适用于食品包装，同时保留其环境保护和可持续性属性。

MOF的多功能特性可用于增强食品供应链的各个发展阶段。MOF作为一种增强剂，可通过增加薄膜结构内的曲折等新因素来改变包装薄膜的综合物理性能（如机械性能、耐水性、阻隔性能和热性能）。这些属性使聚合物基质更加多样化，促进了先进封装创新的发展。许多基于MOF的薄膜材料具有紫外线阻隔能力、增强的氧阻隔性能、降低的水蒸气渗透性、卓越的热稳定性和更高的机械强度。但在原始聚合物基质中通常很难实现这些功能。另一方面，MOFs的腔体结构可以选择性地吸附和解吸氧气、二氧化碳和乙烯等气体。这种能力使MOF纳米颗粒能够调节包装环境中的气体成分，从而延长食品的保质期。此外，通过降低包装气氛中的氧气浓度，基于MOF的包装系统可以减慢氧化反应，从而延缓腐败过程。因MOF可以响应pH、温度、湿度或气体浓度的变化，可作为监测智能包装材料中食品新鲜度的指示性因素。本文全面概述了MOF纳米材料在食品包装领域的最新进展，并讨论了基于MOF的食品包装薄膜的机械性能、耐水性、阻隔性能、热稳定性以及抗菌和抗氧化特性。还强调了与MOF作为食品包装中的指示功能因子和载体的使用有关的最新研究进展，以及基于MOF的薄膜在活性和智能食品包装中的实际应用。最后，强调了MOF材料在包装应用中的毒性作用，并提供了全面评估以及减轻潜在风险的策略。

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综述亮点

MOF的理化特性适用于开发多功能包装材料
MOF增强了薄膜的机械、紫外线防护和阻隔性能
综述了由MOF开发的抗菌和抗氧化包装材料
MOF的发光特性有助于监测食品新鲜度
MOF作为载体提高了生物活性化合物在活性包装中的稳定性

综述结论

MOF在食品包装领域具有潜在技术优势，可确保食品的质量和安全。MOF的多功能特性可用于增强食品供应链的各个发展阶段。
MOF作为一种增强剂，可以通过增加薄膜结构内的曲折等新因素来改变包装薄膜的综合物理性能（如机械性能、耐水性、阻隔性能和热性能）。这些属性使聚合物基质更加多样化，促进了先进封装创新的发展。许多基于MOF的薄膜材料具有紫外线阻隔能力、增强的氧阻隔性能、降低的水蒸气渗透性、卓越的热稳定性和更高的机械强度。
复合薄膜中掺入的MOF的抗菌和抗氧化特性的发展，以及气调工程性能的改善，使包装能够去除或抑制能够导致食品变质的物质。
MOF作为监测智能包装材料中食品新鲜度的指示性因素，可以被设计为响应pH、温度、湿度或气体浓度的变化。

图文赏析

摘要图

图1. MOF合成策略和MOF基薄膜的合成方法总结

图2. MOFs基薄膜在果蔬保藏中的应用场景和机理

图3. MOFs基薄膜在监测食品腐败中的应用场景和可视化机理

图S1. MOF常见的四种发光策略

郭志明

郭志明，博士，现为江苏大学食品与生物工程学院教授、博士生导师，专注于食品品质安全的分子光谱快速无损感知技术与智能加工装备研究。入选“神农青年英才”和江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师等，也是全国高校黄大年式教师团队“食品无损检测与智能加工装备教师团队”骨干和国家现代农业(苹果)产业技术体系智能检测与分级岗位团队骨干。兼任江苏省食品科学与技术学会理事兼副秘书长、中国食品科学技术学会果蔬加工技术分会理事、中国农业机械学会农副产品加工机械分会副秘书长、中国苹果产业协会理事等。近年主持了国家重点研发计划（项目1、课题1和任务2）、国家自然科学基金（面上2和青年1）、江苏省重点研发计划、江苏省产学研合作项目等国家/省部级项目近20项。申请专利60余件，已授权发明专利38件，登记软著8件；第一/通讯作者发表SCI检索论文60余篇，其中ESI高被引论文6篇。研究成果获教育部自然科学二等奖、江苏省科学技术一等奖和中国商业联合会科技进步特等奖等。

张浙鹏

张浙鹏，江苏大学2023级博士研究生，主要研究方向包括食品智能包装技术、食品可视化无损检测技术、纳米MOF材料在食品中的应用等，目前以第一作者的身份在Trends in Food Science & Technology，Food Hydrocolloids，Food Chemistry等国际刊物发表论文5篇，申请专利一项，PCT一项，并主持2024年江苏省研究生科研实践创新项目一项。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.tifs.2024.104771

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