室温下δ-MnO2催化降解乙烯及其在"巫山李"采后保鲜中的应用研究

为解决采后水果乙烯介导的品质劣变问题，研究人员通过异丙醇还原法（MnO2-iso）和氯化铵水热法（MnO2-NH4Cl）合成两种δ-MnO2催化剂，发现MnO2-iso因表面缺陷、Mn3+和活性氧（ROS）优势，在8小时内实现66.9%乙烯降解率，较MnO2-NH4Cl（46.1%）显著提升。应用于"巫山李"保鲜时，复合标签可降低28.5%乙烯产量，延缓呼吸峰2天，延长货架期3-5天，为水果采后保鲜提供新型环保催化方案。

　　

在水果采后保鲜领域，乙烯作为植物激素犹如一把"双刃剑"——虽然参与果实成熟过程，但过量积累会导致质地软化、风味劣变等不可逆损害。以重庆特色农产品"巫山李"（Prunus salicina 'Wushan Plum'）为例，这种典型的呼吸跃变型果实采后损失率可达10%-80%，严重制约产业发展。传统乙烯去除方法如高锰酸钾（KMnO₄）氧化虽有效但污染环境，贵金属催化剂（如Pt/Ag）成本高昂，亟需开发高效环保的替代方案。

西南大学食品科学学院的研究人员将目光投向具有独特二维层状结构的δ-MnO₂。这种过渡金属氧化物以其丰富的表面活性氧（ROS）和可调控的锰价态著称，此前在甲醛（HCHO）降解中表现优异，但在乙烯催化领域尚未见报道。团队通过异丙醇还原法和氯化铵水热法分别制备MnO₂-iso和MnO₂-NH₄Cl催化剂，系统评估其室温乙烯降解性能及保鲜应用潜力，相关成果发表在《Food Chemistry》。

研究采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积分析（BET）和X射线光电子能谱（XPS）等表征技术，结合乙烯降解动力学实验和水果品质监测。结果显示：MnO₂-iso表面呈现纳米片交错形成的多孔结构，其Mn³⁺/Mn⁴⁺比值（0.83）显著高于MnO₂-NH₄Cl（0.56），且氧空位浓度高出1.7倍。这些特性使其在100 ppm乙烯环境中8小时降解效率达66.9%，较对照组提升44.7%。

当应用于"巫山李"保鲜时，装载催化剂的复合标签展现出多重效益：

1. 乙烯调控：至第12天，MnO₂-iso和MnO₂-NH₄Cl组分别降低乙烯产量28.5%和20.3%
2. 呼吸抑制：推迟呼吸高峰出现2天，降低峰值强度15.8%
3. 品质维持：有效延缓硬度下降（第12天保持2.31 kg/cm²）、可溶性固形物（TSS）损失减少23.4%
4. 货架期延长：在25℃下将商品保质期从对照组的9天延长至12-14天

机制研究表明，催化剂表面氧空位（O_V）吸附的H₂O和O₂可转化为超氧阴离子（O₂^-）和羟基自由基（·OH），这些活性氧物种将乙烯氧化为CO₂和H₂O，而反应生成的水分子又能再生催化位点，形成可持续循环。

该研究首次证实δ-MnO₂在室温乙烯降解中的卓越性能，其创新性体现在：

1. 通过合成方法调控获得高活性MnO₂-iso，成本仅为贵金属催化剂的1/50
2. 开发可集成于包装的复合标签技术，实现催化剂的工程化应用
3. 为呼吸跃变型水果采后保鲜提供"去乙烯-控呼吸-保品质"的协同解决方案

这项工作不仅拓展了过渡金属氧化物在农业领域的应用场景，更为开发绿色、低能耗的采后保鲜技术提供了理论依据和实践范式。未来研究可进一步优化催化剂在高温高湿环境下的稳定性，并探索其在其他易腐农产品保鲜中的普适性。