《Food Research International》：Effect of orange peel carbon dot immobilized titanium-based metal–organic framework on buckwheat starch/chitosan films and their preservation performance for grapes
编辑推荐：
•OPCDs 被固定到 Ti-MOF 上形成混合纳米填料 (OPCD@Ti-MOF)。•将 OPCD@Ti-MOF 以不同浓度掺入荞麦淀粉 - 壳聚糖 (BS/CH) 薄膜中。•观察到 BS/CH 薄膜的机械强度、疏水性和紫外线阻隔性能得到增强。•实现了强抗氧化和抗菌活性。•
- •
OPCDs 被固定到 Ti-MOF 上形成混合纳米填料 (OPCD@Ti-MOF)。
- •
将 OPCD@Ti-MOF 以不同浓度掺入荞麦淀粉 - 壳聚糖 (BS/CH) 薄膜中。
- •
观察到 BS/CH 薄膜的机械强度、疏水性和紫外线阻隔性能得到增强。
- •
实现了强抗氧化和抗菌活性。
- •
发现该薄膜具有可生物降解性和无毒性。
引言
包装主动保护其内容物免受可能损害其质量和安全性的外部影响，起到至关重要的守护者作用 (Kruijf 等，2002)。由于成本低廉、强度高、便携、适应性强、重量轻、保护性能好且制造速度快，塑料在包装行业得到广泛应用 (Garavito 等，2024)。塑料部件不可生物降解，对自然世界和人类健康构成重大威胁。替代生物聚合物最近作为包装材料取代塑料而受到欢迎 (Bansal 等，2023)。由于可生物降解薄膜和涂层的形成，生物聚合物从科学领域获得了大量关注 (Dirpan 等，2023)。
荞麦 (Fagopyrum esculentum) 是一种假谷物，是一种具有较高直链淀粉浓度的独特类型淀粉 (BS)；它为薄膜制造提供了坚固的起始材料 (Zhu, 2016)。然而，与其他淀粉一样，BS 由于其亲水性和拉伸强度降低而存在几个缺点 (Wan Yusof 等，2024)。为了在薄膜中诱导一定的疏水性，在当前实验中创建了混合薄膜。壳聚糖 (CH) 是一种天然多糖，由海洋食品工业中甲壳号的脱乙酰化产生，用于制造基于多糖的复合薄膜 (Liu 等，2022)。Ren 等 (2017) 发现淀粉 - 壳聚糖复合薄膜表现出卓越的抗菌性能和优越的紫外 - 可见光屏障特性 (Ren 等，2017)。作为生物活性功能材料，精油 (Lee 等，2019)、天然粘土 (Riahi, Khan, Rhim 等，2024) 和天然植物提取物 (Mir 等，2018) 已被广泛添加到包装材料中，以保持食品质量。在我们之前的研究中，咖喱叶精油及其包合物被作为生物活性成分掺入 BS/CH 复合薄膜中。发现这些薄膜在室温和冷藏条件下都能成功保存青葡萄 (Bansal, Sharma 等，2025; Bansal, Singh 等，2025)。
如今，纳米技术在提升材料性能、耐久性和物理特性以用于包装方面的关键作用吸引了大量关注 [Bansal, Singh, Sharma 等，2024]。金属有机框架 (MOFs) 是具有多种用途的材料，具有结晶多孔特性，由有机配体和过渡金属离子的自组装形成 (Riahi, Khan, Rhim 等，2024)。最近，各种 MOF 颗粒已被用作食品包装材料中的活性填料，如 UiO-66-NH? (Xu 等，2023)、Cr-MOF (Khezerlou 等，2023)、环糊精 (Jiang 等，2023) 和 ZIF-8 (Riahi, Hong 等，2023)。含钛纳米颗粒作为添加剂在食品和食品交换组件中的应用已获得美国食品药品监督管理局 (US Food and Drug Administration) 批准 (Zheng 等，2024)。此外，基于 Ti 的纳米颗粒促进活性氧 (ROS) 的产生，如超氧化物 (O?•?)、羟基 (HO•) 和氢过氧化物 (HOO•) (Zheng 等，2024)。普遍认为，这些通过氧化微生物膜的 PUFA 磷脂含量表现出巨大的抗菌能力，从而抑制微生物生长 (Khan, Ezati, & Rhim, 2023)。因此，本研究选择了基于 Ti 的 MOF 进行应用。
然而，表面功能化方法可以提高 MOFs 的功能特性，提供适用于食品包装的活性材料。由天然资源制成的绿色碳点 (尺寸 <10 nm) 由于其简化的合成过程、强大的抗氧化和抗菌特性以及卓越的荧光特性，目前是食品包装研究的热门话题 (Hong 等，2024; Moradi 等，2023)。为了增强 Ti-MOF 的功能行为，在本研究中选择了 CD 用于固定化在 Ti-MOF 表面 (CD@Ti-MOF)。在这项工作中，特别选择基于钛的 MOFs，因为它们提供了许多理想的活性食品包装应用益处 (Chen 等，2025)。Ti-MOF 是包装系统的安全选项，因为含钛材料已被批准用于食品接触操作 (Zuo 等，2024)。此外，在适当条件下，Ti-MOF 可以产生活性氧，赋予其固有的抗菌活性，而无需大量抗菌化学物质 (Xie 等，2022)。由于橙皮易于获得且具有成本效益，被用作 CD 制造 (OPCDs) 的前体。由于这些小粒径和紧密的杂结构，这些 OPCDs 可以与表面官能团结合或渗透 MOF 孔隙 (Yan 等，2022)。此外，MOF 纳米晶体由于其无机 - 有机杂化性质，与聚合物基质表现出极好的相容性 (Huang 等，2024)。Riahi, Khan, Shin 等 (2024) 开发了碳点功能化 Fe-MOF 增强的琼脂/明胶薄膜，具有增强的抗氧化、抗菌和紫外线屏蔽性能。因此，观察 Ti-Mof 和 OPCD 的结合如何影响 BS/CH 薄膜的特性将很有趣。预计将 OPCDs@Ti-MOF 添加到生物聚合物基质中将改善复合薄膜的机械性能、荧光特性以及抗菌和抗氧化性能，并将施加紫外线屏蔽影响。
尽管碳点、MOFs 和基于淀粉/壳聚糖的复合薄膜已分别被探索用于食品包装应用，但包括集成碳点固定化 Ti-MOF 纳米结构到 BS/CH 基质中的研究仍然缺乏。本研究旨在合成、表征并将 OPCD 掺杂的基于 Ti 的 MOF 纳米结构 (OPCD@Ti-MOF) 结合到 BS/CH 混合基质中，以开发一种独特的包装技术。据我们所知，目前文献中尚未研究过 OPCDs 和 Ti-MOF 复合材料掺入荞麦淀粉/壳聚糖生物聚合物基质中的影响。合成后，将使用理化测试、机械完整性、气体阻隔性、抗菌性、抗氧化性、细胞毒性、可生物降解性、热稳定性和颜色稳定性来彻底表征薄膜。绿色葡萄包装试验也被用于检查基于 BS/CH (淀粉/壳聚糖) 的复合薄膜在食品包装行业应用的可行性。
章节摘要
材料与方法
荞麦粒，kuttu giri (Fagopyrum esculentum) 购自印度昌迪加尔 26 区的谷物市场。从中分子量的壳聚糖 (脱乙酰度：90%)，重量平均分子量 (Mw) 约为 250 kDa，对应于供应商报告的范围 190–310 kDa，获得自 Sigma-Aldrich (MO, USA)。D-山梨醇 (纯度 >99.5%)、甘油 (纯度 >99.5%)、DPPH (1,1-二苯基 -2-苦基肼)、2,2′-连氮双 (3-乙基
透射电子显微镜 (TEM)
图 3 显示了 OPCDs、Ti-MOF 和 OPCD@Ti-MOF 的 TEM 图片。OPCDs 的有效合成通过橙皮的水热碳化得到确认，OPCDs 的 HRTEM 显微图像 (图 3A) 显示 OPCDs 为分散良好的准球形纳米颗粒，尺寸范围从 2 到 10 nm。OPCDs 呈现为小黑点，也可见一些 CD 的团聚体，这可能是由活性基团的钝化形成的，如羧基和羟基以及
结论
在当前研究中，合成了结合了 OPCD 掺杂 Ti-MOF 颗粒 (OPCD@Ti-MOF) 的基于 BS/CH 的功能薄膜。OPCD@Ti-MOF 表现出强抗菌和抗氧化性能，这些性能扩散到 BS/CH 聚合物基质中，提供合适的包装薄膜。添加 OPCD@Ti-MOF-4% (w/w) 增强了 BS/CH 薄膜的机械、气体阻隔和紫外线阻隔特性。此外，复合薄膜表现出强效的抗菌
CRediT 作者贡献声明
希曼希·班萨尔：写作 – 初稿，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。苏林德·辛格：写作 – 审查和编辑，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，概念化。苏林德·库马尔·梅赫塔：写作 – 审查和编辑，可视化，监督，软件，资源，项目管理，概念化。
未引用参考文献
Fan 等，2026
Khan, Riahi, Kim 和 Rhim, 2023
竞争利益声明
作者特此声明，关于本研究论文，无论是财务还是个人关系，他们没有任何利益冲突。
致谢
作者感谢昌迪加尔旁遮普大学为开展这项研究提供资金和协助。我们感谢印度昌迪加尔旁遮普大学的精密分析仪器设施 (SAIF) 和中央仪器实验室 (CIL) 提供必要的研究设施。
希曼希·班萨尔 | 苏林德·辛格 | 苏林德·库马尔·梅赫塔
