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问题 2
为解决果蔬采后因乙烯加速成熟腐烂的问题，研究人员开展混合金属 MOF-74 嵌入 PVA 基包装薄膜的研究。制备的 G-CuZnMOF-74（Cu/Zn=2:1）吸附乙烯达 5.26 mmol/g，薄膜可维持香蕉 60% 以上硬度，提升力学和阻水性能，具环保保鲜意义。
问题 5
研究背景与意义
在全球食品供应链中，新鲜果蔬采后损耗是亟待解决的重大挑战。数据显示，近半数果蔬在抵达消费者前因腐败变质而损失，其中乙烯（C?H?）作为关键植物激素，通过加速果实呼吸代谢、促进组织软化和衰老，成为导致 climacteric 果实（如香蕉、猕猴桃、牛油果）快速变质的核心因素。传统乙烯控制方法如高锰酸钾（KMnO?）、1 - 甲基环丙烯（1-MCP）等存在湿度敏感、成本高或毒性风险，而合成高分子包装材料的不可降解性又带来环境负担。因此，开发高效、环保且无需外部激活的乙烯吸附型包装材料，对减少食品浪费、降低经济损失及推动可持续农业发展至关重要。
伊朗科学技术大学（IUST）的研究团队聚焦这一难题，开展了混合金属有机框架（MOF）嵌入生物基包装薄膜的创新性研究。相关成果发表于《Food Packaging and Shelf Life》，为果蔬保鲜领域提供了兼具功能性与环境友好性的解决方案。
关键技术方法
研究采用绿色合成策略，以乙醇和甲醇替代传统有毒溶剂（如 N,N - 二甲基甲酰胺，DMF），通过调节铜（Cu2?）与锌（Zn2?）摩尔比（1:1、2:1、3:1），快速制备混合金属 MOF-74（G-CuZnMOF-74）。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征材料结构，利用静态体积法测定乙烯吸附容量，并结合密度泛函理论（DFT）计算分析金属节点对乙烯分子的结合能（ΔEC?H?）。随后，将优化后的 MOF 材料嵌入聚乙烯醇 - 聚乙二醇（PVA-PEG）基质，通过流延成膜法制备复合包装薄膜，测试其力学性能（拉伸强度）、水蒸气透过率（WVP）及对绿香蕉的保鲜效果（硬度、重量损失、褐变指数）。
研究结果
1. 混合金属 MOF-74 的乙烯吸附性能优化
通过对比不同 Cu/Zn 比例的 MOF 样品，发现 G-CuZnMOF-74（Cu/Zn=2:1）在 25°C、110 kPa 条件下展现出 5.26 mmol/g 的乙烯吸附容量，显著高于单一金属 MOF-74（如 Cu-MOF-74 的 3.6 mmol/g）。DFT 计算表明，混合金属节点通过增强 π- 络合作用，使乙烯结合能低至 - 0.42 eV，证明双金属协同效应可优化吸附位点的电子结构，提升分子间作用力。
2. PVA 基复合薄膜的性能提升
将 G-CuZnMOF-74 以 5% 质量分数嵌入 PVA-PEG 基质后，薄膜拉伸强度从纯 PVA 的 27.82 MPa 提升至 40.66 MPa，水蒸气阻隔性能改善 23%（p<0.05）。这归因于 MOF 纳米颗粒与聚合物基质间的氢键作用和物理交联，增强了薄膜的力学网络结构，同时多孔 MOF 的填入减少了水分子扩散路径。
3. 香蕉保鲜效果验证
在 25°C 储存 20 天的实验中，含 G-CuZnMOF-74 的薄膜包装组香蕉硬度保持率超 60%，显著高于对照组（硬度损失超 80%）；重量损失率仅为 4.5%，而对照组达 12.3%；果皮褐变指数（BI）增长缓慢，表明乙烯诱导的成熟进程被有效抑制。进一步分析显示，薄膜持续吸附香蕉释放的乙烯，维持包装微环境中乙烯浓度低于 10 ppb，从而延缓呼吸跃变和品质劣化。
研究结论与讨论
本研究成功构建了 “绿色合成 MOF - 生物基薄膜 - 高效乙烯吸附” 的一体化保鲜体系。混合金属 MOF-74 通过双金属位点协同作用提升乙烯捕获能力，结合 PVA 基质的成膜性和生物相容性，制备出兼具吸附功能与机械强度的活性包装材料。该方案不仅突破了传统吸附剂的环境限制，还为 climacteric 果实的冷链外保鲜提供了新路径，有望减少因乙烯导致的每年数百亿美元果蔬损失。
值得关注的是，绿色合成工艺避免了有毒溶剂残留，符合食品接触材料的安全要求，为 MOF 在食品包装领域的商业化应用奠定了基础。未来研究可进一步探索 MOF - 聚合物界面改性、多气体协同吸附（如同时去除乙烯与挥发性有机物）及薄膜降解性能优化，推动该技术向规模化生产转化，助力 “零浪费” 食品供应链的构建。
