编辑推荐：
为解决易腐农产品因微生物导致货架期短的问题，研究人员开展基于 UiO-66@PEG 包封百里酚的 CS/PVA 抗菌膜研究。发现 PEG 涂层可抑制百里酚蒸发并缓释，该膜对大肠杆菌抑菌圈达 16 mm，为食品包装提供新策略。
食品变质是全球食品行业面临的一大难题，尤其是新鲜农产品，因天然存在的微生物污染，常常在短时间内腐败变质。传统化学防腐剂虽能抑制微生物生长，但可能带来安全隐患，消费者对天然、环保的食品保鲜技术需求日益迫切。植物精油如百里酚（Thymol）作为天然抗菌剂，具有高效抑菌活性且被美国食品药品监督管理局列为 GRAS 物质，但其高挥发性、化学不稳定性和低水溶性限制了在食品包装中的直接应用。如何将百里酚有效封装并实现可控释放，成为提升其在食品包装中应用价值的关键科学问题。
为攻克这一难题，研究人员开展了基于金属有机框架（MOFs）的百里酚封装及抗菌包装膜开发研究。金属有机框架是由金属离子节点与有机配体连接而成的晶态材料，具有规则孔道结构、大比表面积和可设计性等优点，在药物递送、缓释领域展现出潜力。其中，锆基 MOF（UiO-66）因高稳定性、低毒性及良好的生物相容性，成为理想的纳米载体。然而，UiO-66 的长期水稳定性及负载物的热释放控制仍需优化，研究人员引入聚乙二醇（PEG）对 UiO-66 表面进行修饰，旨在通过 PEG 的亲水涂层改善百里酚的热稳定性和释放行为，并将其与壳聚糖（CS）/ 聚乙烯醇（PVA）复合制备抗菌膜，拓展其在食品保鲜中的应用。该研究成果发表在《Food Chemistry》。
研究人员采用溶剂热法合成 UiO-66，通过超声负载百里酚后，用不同分子量的 PEG（PEG200、PEG600、PEG400、PEG2000）进行表面包覆，再通过溶剂浇铸法将负载百里酚的 UiO-66（TUiO-66）掺入 CS/PVA 基质中制备抗菌膜。研究中运用 X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等技术对材料结构和热稳定性进行表征，并通过透析袋释放实验、抑菌圈实验和肉汤培养法评估百里酚的释放行为和抗菌活性。
3.1 UiO-66 及 UiO-66-PEG 的表征
N?吸附等温线显示 UiO-66 比表面积为 1140 m2/g，证实其微孔结构。XRD 结果表明，PEG 修饰未破坏 UiO-66 的特征衍射峰（2θ 为 7.20°、8.34°、25.53°），仅因 PEG 在晶体表面聚集导致峰强度变化，说明 UiO-66 主结构保持完整。FTIR 光谱中，552 cm?1 处的 Zr-O 键、1578 和 1392 cm?1 处的 - COO?伸缩振动峰均清晰可见，PEG 信号与 UiO-66 振动峰部分重叠，进一步验证修饰成功且未干扰框架结构。
3.2 MOFs 的 SEM 和 TEM 图像
SEM 和 TEM 显示，UiO-66 及 UiO-66-PEG2000 均为约 200 nm 的规则八面体纳米颗粒，PEG2000 修饰后颗粒表面略平滑且聚集度增加，表明 PEG 在 UiO-66 表面形成无定形涂层，与 XRD 和 TGA 结果一致。负载百里酚后晶体结构未改变，说明封装过程未破坏 MOF 结构。
3.3 热分析
TGA 结果显示，TUiO-66 在 120-230°C 因百里酚蒸发出现质量损失，负载量约 10%。PEG 修饰样品在 270°C 出现 PEG 降解导致的质量损失，其中 PEG2000 修饰的 TUiO-66（TUiO-66-PEG2000）在 270-350°C 的质量损失对应更高的百里酚负载量（11.8%），且 PEG2000 涂层有效抑制百里酚在 270°C 前的蒸发，证实其热稳定性提升。长期储存实验表明，PEG 涂层可稳定维持百里酚缓释超过 1 个月。
3.4 抗菌膜的表征
SEM 显示 UiO-66 在 CS/PVA 膜中均匀分布，保留八面体结构，EDS 证实 Zr 和 O 元素均匀分散。XRD 显示复合膜中存在 UiO-66 特征峰，表明膜制备过程未破坏 MOF 晶体结构，CS/PVA 基质与 UiO-66 相容性良好。
3.5 释放行为
在 PBS 缓冲液（pH 7.4）中，TUiO-66-PEG2000 的百里酚释放速率显著慢于未修饰样品，48 h 后保留率为 12.3±0.6%（TUiO-66 为 5.1±0.2%）。动力学模型拟合显示，TUiO-66 释放遵循 Fickian 扩散（n=0.43），而 TUiO-66-PEG2000 因 PEG 涂层作用，释放机制为扩散与聚合物松弛的综合作用（n=0.60），且初始释放速率降低，实现更均匀的缓释效果。
3.6 抗菌活性
肉汤培养实验显示，UiO-66 和 UiO-66-PEG2000 本身无抑菌活性，而 TUiO-66 和 TUiO-66-PEG2000 因释放百里酚可完全抑制大肠杆菌生长。抑菌圈实验表明，CS/PVA 膜因壳聚糖的抗菌性产生约 13 mm 抑菌圈，负载百里酚的复合膜抑菌圈扩大至 16 mm，证实百里酚的有效释放及其与壳聚糖的协同抗菌作用。
本研究成功开发了 PEG 修饰 UiO-66 负载百里酚的 CS/PVA 抗菌膜，通过 PEG 涂层显著提升百里酚的热稳定性和缓释性能，同时利用 UiO-66 的高载量和 CS/PVA 基质的相容性，实现了对大肠杆菌的高效抑制。该体系为植物精油在食品包装中的应用提供了新范式，有望减少化学防腐剂使用，延长食品货架期，推动天然、可持续食品保鲜技术的发展。研究结果不仅拓展了 MOFs 在食品领域的应用场景，也为其他易挥发活性成分的封装提供了通用策略，具有重要的科学意义和产业应用价值。
