藻酸盐-环糊精杂化气泡水凝胶：乙烯气体封装与储存的创新材料

为解决水果催熟过程中乙烯气体释放不可控导致果实过熟的问题，研究人员开发了一种新型藻酸盐-环糊精(SA-CD)杂化气泡水凝胶。该研究通过将乙烯气体封装于SA与α/β-环糊精(α/β-CD)构建的气泡系统中，并进一步固化为水凝胶，显著提升了气体储存稳定性。实验表明，α-CD气泡系统具有最高乙烯负载量(0.88 mL/gcarrier)，而水凝胶化后虽负载量降低至0.18-0.31 mL/gcarrier，但28天内可保留70-80%气体，为水果精准催熟提供了新型载体。

　　

在水果采后产业链中，如何精准控制乙烯气体释放始终是行业痛点。传统催熟方法如乙烯熏蒸或乙烯利喷洒常导致果实"一夜间熟透"，造成巨大经济损失。据统计，全球每年因水果过熟导致的损耗高达总产量的30%。这一现象背后，是现有乙烯载体存在稳定性差（如V型淀粉）、负载量低（环糊精仅2.9% w/w）或成本高昂（MOFs合成复杂）等缺陷。

河南工业大学食品科学与工程学院的研究团队另辟蹊径，从气泡物理化学特性入手，创新性地将藻酸盐(SA)与环糊精(CD)杂化，构建了具有"气泡-水凝胶"双重特性的新型载体。这项发表于《Food Research International》的研究，通过将气体封装学与食品材料学交叉融合，为可控释放气体载体设计提供了全新思路。

研究采用气泡尺寸分析、气体负载量测定和长期稳定性测试等方法。关键创新在于：先通过高速剪切乳化制备乙烯气泡系统，再以Ca²⁺交联固化为水凝胶。实验设置SA、α-CD、β-CD及其复合体系共5组对照，采用气相色谱定量气体负载量，并通过显微观察追踪气泡结构演变。

材料特性揭示
α-CD气泡系统展现出0.88 mL/g_carrier的最高乙烯负载量，显微观察显示其气泡尺寸最小（约50μm）。但纯气泡系统60小时内气体逃逸超50%，电镜证实气泡壁崩塌是主因。

水凝胶化转型
通过Ca²⁺交联形成的三维网络结构，虽使负载量降至0.18-0.31 mL/g_carrier（机械应力导致气泡合并），但28天室温储存后仍保留70-80%气体，显著优于传统载体。研究人员发现，水凝胶外层薄膜和界面水分子层共同构成了气体扩散屏障。

分子机制解析
α-CD的锥形空腔（0.57nm直径）与乙烯分子（0.42nm）尺寸匹配度优于β-CD（0.78nm），这是负载量差异的结构基础。SA分子中的古洛糖醛酸区块与Ca²⁺形成"蛋盒"结构，为气泡提供机械支撑。

这项研究实现了三大突破：首次将气泡结构引入食品气体载体设计；创建了"气泡-水凝胶"杂化系统；阐明了CD空腔尺寸与气体分子的适配规律。相比传统MOFs材料，该水凝胶成本降低80%以上，且完全符合食品级安全标准。目前团队正与大型果园合作开展芒果催熟试验，初步数据显示可将乙烯作用时间延长3-5倍。

研究同时揭示了未来优化方向：通过微流控技术精确控制气泡单分散性，或采用双交联策略进一步提升机械强度。这项成果不仅适用于水果产业，在医疗气体缓释、农业熏蒸剂控释等领域同样具有广阔前景。