综述：金属有机框架作为下一代果蔬采后保鲜平台：气体调控、抗菌控制、生物活性物质释放及智能监测

《Postharvest Biology and Technology》：Metal–organic frameworks as next-generation preservation platforms for postharvest fruits and vegetables: Gas regulation, antimicrobial control, bioactive delivery, and intelligent monitoring

　　• 通过文献计量学分析了MOF协同保存在水果和蔬菜（F&Vs）上的进展。• 概述了MOF的分类、设计、合成和参数控制。• 阐述了MOF协同保存的保存机制。• 介绍了MOF协同保存在F&Vs上的应用进展。• 讨论了MOF协同保存的优势和挑战。

1. 引言
水果和蔬菜（F&Vs）是健康人类饮食的重要组成部分，提供丰富的营养素，如维生素和膳食纤维，同时也是农业经济发展的关键支柱。随着农业生产、采后物流和保存技术的进步，全球F&Vs的消费量持续增加，消费者对新鲜度、营养保留和安全性的需求也在提升（Mahajan等，2017）。然而，采后损失仍然是一个重大挑战，因为这些易腐商品容易受到微生物污染、呼吸代谢加速和机械损伤的影响而变质。每年，大约30%的全球F&Vs产量因这些原因而损失（Youssef和El-Sayed，2018）。例如，欧盟家庭每年丢弃170亿公斤的新鲜农产品，平均每人35.3公斤，占家庭消费量的29%，而在发展中国家的加工和运输过程中的损失超过40%（Anand和Barua，2022；De Laurentiis等，2018）。因此，开发安全、环保和高效的保存技术和包装材料已成为采后研究的紧迫优先事项（Fu等，2023）。
金属有机框架（MOFs），也称为多孔协调聚合物（PCPs），是通过金属离子或簇与有机配体之间的协调键构建的三维多孔晶体材料（X. Li等，2023）。它们的内在特性包括超高的比表面积（1000–10,000 m2/g）、可调的孔结构、永久的孔隙性和显著的结构灵活性（Sharanyakanth和Radhakrishnan，2020）。这些特性使MOFs在气体吸附/解吸以及生物活性剂的封装和控释方面具有出色的能力，为其在气体储存、催化、生物医学及相关领域的广泛应用奠定了基础（Zhou等，2025）。在采后保存的背景下，MOFs的多孔结构能够有效吸附乙烯和其他加速成熟的挥发物，从而调节F&Vs的呼吸代谢。同时，MOFs可以封装抗菌和抗氧化剂以实现持续释放，有效延缓变质（J. Yang等，2025）。关于MOFs用于食品保存的研究经历了几个发展阶段。最初开发用于气体储存和催化，MOFs逐渐被应用于食品包装领域，包括气体清除、活性成分封装和传感平台（Sharanyakanth和Radhakrishnan，2020）。早期研究证实了使用多孔协调聚合物调节顶空气体的可行性，显示出对延缓采后衰老至关重要的有效乙烯和水分吸附能力。这些初步研究从概念验证实验发展到系统评估生物相容性和保存效果，最终建立了园艺应用的设计基础。2016年，MOF Technologies与Decco Worldwide Post-Harvest Holdings合作，将“Trupick”商业化——第一个基于MOF的乙烯吸附包装系统，通过储存和控释1-甲基环丙烯（1-MCP）来减缓成熟过程，这是MOFs在园艺保存方面工业转化的一个关键里程碑（Fu等，2023）。在这一商业突破之后，研究进一步多样化，涵盖了将MOF粉末直接掺入包装基质、制造用于调节顶空气体的小袋和条带、通过生物聚合物集成开发可食用涂层，以及构建能够实时监测新鲜度的智能薄膜（Fu等，2023；L. Yang等，2026）。这种多功能性反映了MOF结构对不同保存场景的适应性，从乙烯清除和抗菌释放到响应湿度的生物活性剂控释（L. Yang等，2026）。尽管如此，一些固有的限制仍阻碍了其广泛采用。金属离子和有机配体的潜在毒性是一个主要问题，因为传统框架经常使用重金属或石油衍生的连接剂，可能会影响食品安全（Ettlinger等，2022；Sharanyakanth和Radhakrishnan，2020）。此外，MOFs对目标气体分子的选择性，特别是对结构相似的类似物如乙烷的选择性，需要进一步改进以提高分离效率（Fu等，2023）。大规模生产也带来了额外的挑战，因为传统的溶剂热合成方法成本较高、反应周期较长，批次间一致性有限，而将MOFs集成到大规模工业包装制造中在技术上尚不成熟（Fu等，2023；L. Yang等，2026）。这些限制共同强调了继续研究绿色合成途径、选择生物相容性组分和成本效益高的制造过程的必要性，以促进基于MOF的协同保存系统的商业化。此外，MOFs可以与天然生物聚合物结合，增强包装材料的机械强度、阻隔性能和抗菌效果。例如，ZIF-67通过Co2?介导的细菌细胞膜破坏显示出强烈的抗菌活性，其生物相容性可以通过金属-酚类协调表面工程进一步提高（M. J. Khan等，2025）。总体而言，基于MOF的协同保存策略作为下一代采后F&Vs保存技术具有巨大潜力。

在上述背景下，本综述系统地概述了基于MOF的协同技术在采后F&Vs保存方面的研究进展。本文的组织结构如下：（1）基于MOF的材料在F&V包装和保存中的文献计量学分析；（2）MOF的分类、设计原则、合成方法和参数优化；（3）MOF介导的保存的核心机制，包括气体气氛调节、抗菌活性、抗氧化能力和活性物质释放；（4）MOF协同技术的具体应用，涵盖控制气氛保存、抗菌和疾病预防、功能性包装构建和集成质量监测；（5）对优势、固有挑战及相应对策的批判性评估；（6）未来的发展方向。最终，本综述旨在阐明MOF材料在采后质量控制中的机制作用，为高性能、环保的基于MOF的保存材料及协同技术的发展提供理论基础，有助于减少全球F&Vs的采后损失，并推动园艺保存行业的可持续发展。

2. 简要文献计量学分析
系统性综述本质上依赖于定性评估，这可能会引入解释偏差。相比之下，文献计量学分析采用定量方法来减少这种主观性（C. Wang等，2024）。本研究从Web of Science Core Collection中检索了文献数据，包括Science Citation Index Expanded（SCI-EXPANDED，1991–至今）和社会科学引用索引（SSCI，2001–至今）。使用布尔运算符（AND、OR）、通配符和字段标签来识别包含标题、摘要、关键词和作者关键词的文档。具体的搜索字符串如下：("金属–有机框架" OR "金属–有机框架" OR "MOF" OR "MOFs") AND ("水果" OR "蔬菜") AND ("保存" OR "包装")。文献搜索于2026年4月25日进行，共得到1301篇出版物。为了精炼数据集，应用了预定义的纳入和排除标准：（i）出版年份限制在2015–2025年，以确保主题相关性；（ii）仅选择英文文档以保持一致性和可访问性；（iii）仅包括经过同行评审的研究文章以维护科学严谨性。这些过滤程序将数据集减少到1012条记录。然而，全面的全文筛选结果显示，只有74篇出版物完全符合F&V保存中MOF应用的研究范围，表明虽然MOFs在该领域受到了研究关注，但尚未得到广泛采用。根据H. Shi等建立的方法框架，随后使用VOSviewer软件对选定的1012篇出版物进行了关键词分析，纳入标准为至少出现3次（H. Shi等，2025）。如图1(a)所示，从2015年到2020年，MOF在水果或蔬菜中的应用处于起步阶段，每年出版物数量较少，介于7篇到43篇之间，平均每年约29篇。这一时期反映了MOF在采后园艺应用方面的初步探索性研究，与2016年Trupick的商业化相吻合。2021年出现了一个明显的转折点，标志着快速发展的开始：出版物数量从2021年的71篇增加到2025年的269篇，五年内增长了约3.8倍。这一趋势表明，在MOFs初步获得工业验证后，全球学术界对其保存技术的兴趣显著增强。机构生产力分析（图1(b)）显示，中国科学院（52篇出版物）和塔布里兹医科大学（30篇出版物）是主要贡献者，其次是CNRS（法国）、塔布里兹大学（伊朗）和中国农业科学院（24篇出版物）。值得注意的是，中国机构占据了前十名中的七个位置，反映了中国在先进食品保存材料方面的战略重点。国际协作通过来自伊朗、法国、韩国和塞浦路斯的机构的参与得以体现。

3. MOF的分类、设计、合成和参数控制
MOFs是一种多孔晶体材料，具有可调的孔结构和多功能性。MOFs的技术范式包括四个相互关联的维度：结构设计、高效合成、性能调节和应用形式的多样化。在采后F&Vs保存的背景下，优化基于MOF的技术需要在结构功能和生物相容性之间找到适当的平衡。通过合理设计金属中心和配体组合（图3(a)）、审慎选择合成路径以及精确调节晶体参数，可以有针对性地增强核心功能，包括气体吸附和活性成分封装。下载：下载高分辨率图像（759KB）下载：下载全尺寸图像图3. MOFs的结构和组成（a）、合成方法（b）以及影响因素（c）（SEM图像改编自（Chowdhury等人，2010年；Guo等人，2010年；Jiao等人，2019年；Seoane等人，2015年；F. Wang等人，2013年）。3.1. MOFs的分类MOFs的分类可以根据拓扑结构、金属中心种类、配体化学性质或预定应用来划分。迄今为止，已实验合成超过125,000种MOF框架，另有数百万种结构是通过计算预测得到的（Thomas Michael Pruyn等人，2025年）。如图4所示，MOF材料通常根据其结构特征和最初开发机构进行分类，包括但不限于以下类别：沸石咪唑框架（ZIFs）、多孔配位网络（PCNs）、拉瓦锡研究所材料（MIL系列）、香港科技大学系列（HKUST-1）等（J. Yang等人，2025年）。下载：下载高分辨率图像（976KB）下载：下载全尺寸图像图4. 几种典型的MOF晶体结构，包括ZIF（Phan等人，2010年）、PCN（Inokuma & Fujita，2014年）、MIL（K. Xiao等人，2023年）、HKUST-1（Kabir等人，2025年）、UIO（X. Yan & Lin，2025年）、IRMOF（Mai & Liu，2019年）和CD-MOFs（Z. Hu等人，2021年）。其中，ZIFs由四面体金属离子（如Zn2?和Co2?）和基于咪唑的配体构成，具有类似沸石的拓扑结构（Kouser等人，2022年）。它们具有高比表面积、可调孔径和优异的化学稳定性。值得注意的是，ZIF-67和ZIF-8通过释放金属离子表现出显著的抗菌活性（M. J. Khan等人，2025年）。特别是ZIF-8，由于锌和咪唑配体的营养价值，具有良好的生物相容性和水解稳定性；此外，其在室温下的水相合成使其成为气体分离和活性成分封装的经济高效选择（Sharanyakanth和Radhakrishnan，2020年；J. Yang等人，2025年）。PCNs是由金属离子或簇通过配位键自组装形成的周期性三维框架，包含相互连接的立方八面体纳米多孔笼子（Feng等人，2014年）。它们表现出高热稳定性和催化多功能性，尽管生物相容性取决于所使用的具体金属中心。其可调孔径使其能够筛选分子并封装活性成分，适用于装载和控制释放不同分子量的防腐剂，包括精油和抗氧化剂（D. Wang等人，2024年）。MIL型MOFs通过金属离子与二羧酸配体的配位形成坚固的网络，表现出高热稳定性和催化活性（Yuan等人，2018年）。MIL-101(Cr)和MIL-53(Fe)具有优异的水稳定性和可逆的吸附-解吸循环特性；然而，基于铬的变体引发了毒理学问题，而铁和铝的类似物则提供了更好的安全性能（Sharanyakanth和Radhakrishnan，2020年）。HKUST-1是一种由二铜桨轮簇和三聚酸构成的三维多孔MOF，具有高比表面积、开放的Cu2?位点和规则的孔结构。它对乙烯等气体有很强的吸附能力，并具有中等的抗菌性能。其高表面积和与乙烯的独特π复合体有利于吸附；然而，基于铜的细胞毒性风险和中等的水解稳定性限制了其在食品接触应用中的使用（J. Yang等人，2025年）。改良的HKUST-1复合材料已被用于包装材料中，以实现乙烯吸附、保持颜色和硬度、延缓脂质氧化并延长香蕉的保质期（Nian等人，2023年）。传统MOFs的潜在细胞毒性限制了它们在食品相关应用中的使用，从而激发了对生物相容性替代品的深入研究。在这些替代品中，基于环糊精（CDs）的MOFs是最受研究的类别。环糊精是由葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接而成的环状寡糖，根据聚合度分为α-CD、β-CD和γ-CD（Szejtli，1998年）。随着葡萄糖吡喃糖单元数量的增加，α-CD、β-CD和γ-CD的腔体直径分别扩大到0.57、0.78和0.95纳米（Cid-Samamed等人，2022年）。天然环糊精通常以1:1、1:2、2:1或2:2的化学计量比与客体分子形成包合物，这大大限制了其封装能力。例如，通过环糊精与碱金属离子的配合作用形成的γ-CD-MOFs具有可食用性、高孔隙率和优异的生物相容性。它们能够通过分子识别机制有效封装天然防腐剂，包括精油和抗氧化剂，同时具备乙烯吸附能力（Karadurmu?等人，2021年）。比较研究进一步表明，百里酚在γ-CD-MOFs中的嵌入效果最佳，释放速率低于α-或β-CD-MOFs，从而延长了防腐效果（Z. Li等人，2022年）。这些特性使CD-MOFs，尤其是γ-CD-MOFs，成为果蔬菜保鲜最有前途的架构之一。3.2. MOFs的合成MOFs的合成方法已经发展成多种多样化的方法，大致根据能源来源、反应条件和产物形态进行分类，如图3(b)系统所示：溶剂热合成、扩散合成、微波辅助合成、声化学合成、电化学合成和机械化学合成（Fu等人，2023年）。合成方法的工业适用性需要同时考虑。溶剂热合成仍然是最广泛采用的方案，适用于多种MOF家族。该方法操作简便，产物结晶度高。通过调节反应条件（如配体结构和温度），可以控制MOFs的表面性质，适合大规模制备各种MOFs，如HKUST-1和ZIF系列（D’Arras等人，2014年）。但该方法需要高温、有机溶剂和较长的反应时间，从而增加了资本和运营成本（Fu等人，2023年）。微波辅助合成利用微波辐射快速提升反应系统的温度，通过分子振荡加速配位反应。它具有反应效率高、能耗低和产物粒度均匀的优点（Klinowski等人，2011年）。然而，不同设备平台之间的重复性是标准化放大的一大瓶颈（Sharanyakanth和Radhakrishnan，2020年）。超声波辅助方法利用声空化迅速产生分散良好的纳米晶体，具有产品颗粒均匀、分散性好等优点，但大规模生产还处于初级阶段，且需要降低噪音危害（K. Yu等人，2021年）；电化学合成通过电极反应控制金属离子的释放和配位反应，能够连续制备MOF薄膜，具有产物固含量高和易于工业放大的优点，但阴极反应工程仍需进一步成熟（Fu等人，2023年；Xie等人，2017年）。机械化学和室温搅拌方法消除了溶剂消耗并减少了能量输入，提高了经济可行性，但产物纯度和结晶度通常低于溶剂热方法（Sharanyakanth和Radhakrishnan，2020年）。对于食品接触应用，绿色合成路径要求使用低毒性的金属、可生物降解的配体和水介质，以满足法规安全标准并促进商业化应用。3.3. MOFs的参数控制MOFs的晶体尺寸和形态属性直接决定了其孔隙可及性、功能效果和加工性能。MOFs的形成受结晶动力学的控制，包括两个关键阶段：成核和晶体生长。最终形态特性主要由成核密度和晶体生长动力学之间的动态相互作用决定。较高的成核密度抑制晶体生长，产生较小的颗粒，而较低的成核密度促进了较大晶体的形成（Z. Wang等人，2026年）。调节这一平衡需要多参数协调，如图3(c)所示，核心影响因素包括金属来源和配体、能量输入方式、温度、溶剂、pH值和添加剂（?uczak等人，2023年）。其中，(1)金属来源和配体。金属离子的类型、浓度和反离子决定了成核效率和晶体稳定性（Bai等人，2016年；Rajkumar等人，2019年），而配体结构、取代基和摩尔比则决定了晶体拓扑和孔结构（Pacheco-Fernández等人，2019年）。对于食品相关应用，选择标准至关重要：金属中心应优先考虑生物相容性离子，如Mg2?、Ca2?、Fe3?、Al3?、Zr??，同时避免高毒性的重金属；有机配体应成本低廉且易于生物降解，以减少多步合成过程中产生的环境风险，例如富马酸、琥珀酸和环糊精。(2)温度。温度显著影响成核动力学和离子扩散速率，从而控制晶体形态。较低温度有利于形成高比表面积的结构，而较高温度则促进快速成核和表面平滑。通过两步热策略（先低温成核再高温生长或相反顺序）可以实现精确的尺寸控制。例如，通过低温成核结合高温生长可获得形态均匀的MIL-53(Al)纳米晶体（Hermes等人，2007年）。(3)溶剂。溶剂不仅作为反应介质，还经常参与框架的组装。它们的极性和配位亲和力影响金属-配体的溶解度和反应性。常见的溶剂系统包括二甲基甲酰胺（DMF）、乙基甲酰胺（DEF）、二甲基亚砜（DMSO）、1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、水和乙醇，通常以混合物形式使用（?uczak等人，2023年）。溶剂的选择显著影响形态，ZIF-67在甲醇中呈花朵状结构，但在溶剂体积增加时转变为多层片状（Y. Xiao等人，2020年）。溶剂极性、氢键能力和金属配位的相互作用决定了晶体尺寸，例如Cu-BTC在水-乙醇-DMF系统中依次形成带状、八面体和球形（Ameloot等人，2011年；Gascon等人，2008年）。(4)pH值。pH值调节配体的质子化和金属离子的水解，从而调节配位动力学和晶体生长方向（Sharanyakanth和Radhakrishnan，2020年）。碱性条件加速成核，产生小颗粒或纳米级晶体，而酸性环境抑制成核并促进形成大而规则的晶体（?uczak等人，2023年）。通过平衡酸碱调节可以实现精确的形态控制；例如，在Cu-NDC-DABCO系统中，结合醋酸和吡啶的使用可实现纳米棒、纳米片和纳米立方体之间的可逆转换（Pham等人，2012年）。(5)添加剂。聚合物、调节剂和封端剂吸附在特定晶体面上，异向抑制生长，从而实现有针对性的形态调控（Chalati等人，2011年；Cravillon等人，2011年）。调节剂精确调节晶体尺寸，而封端剂防止过度生长，便于制备纳米级颗粒。MOFs的功能特性在很大程度上取决于结构设计和合成协议的协同优化。总体目标是获得高孔隙率、定向功能性和环境兼容性的材料，通过合理调节金属中心、有机配体和制备参数，以满足采后果蔬保存的实际需求。MOFs的结构设计本质上涉及对金属中心和有机配体的审慎选择和组合，其摩尔比和空间配置直接影响最终的晶体拓扑、孔结构和活性位点分布（Yaghi等人，2003年）。虽然大多数MOFs本质上是微孔的（孔径<2 nm），但介孔（2–50 nm）和宏观孔（>50 nm）变体特别适合作为催化剂和药物递送载体（Jiao等人，2019年）。从绿色分析化学（GAC）的角度来看，应优先选择低毒性的金属来源，如Mg、Ca、Fe、Al、Zr，以及易于生物降解的有机配体，包括羧酸和咪唑环糊精，以最小化环境影响并减少合成相关的潜在生物危害（Rajkumar等人，2019年）。此外，对于涉及包装薄膜的应用，还需考虑MOFs的工程性能，如基质兼容性、机械稳定性和在聚合物基质中的分散性。人工智能（AI）的快速发展正在逐步改变MOF研究。Situ等人开发了基于双变压器的深度学习（DL）框架，使用MOFid作为语言输入来预测MOFs的物理化学性质和H?吸附性能（Situ等人，2025年）。该DL模型显著提高了可访问表面积、孔隙率和孔体积的预测精度，在测试集上的R2值超过0.99。这项研究强调了语言模型在简化MOF性质预测方面的巨大潜力，为未来MOF开发中的AI加速结构设计和性能预测提供了范例。4. MOF协同F&V保存技术机制4.1. 气体环境调节机制采后果蔬的新鲜度严重依赖于关键气体（如乙烯、氧气和二氧化碳）的浓度平衡，以及温度和湿度稳定性。MOFs通过结构特异性吸附和可控释放实现了对保存微环境的精确调节（Gon?alves和Oliveira，2023年）。MOFs的气体调节能力源于其独特的结构特性：首先，有机连接剂与无机金属中心之间的配位作用赋予了结构灵活性，通过修改金属原子和配体来实现多维度定制，以满足不同的气体储存需求；其次，三维模块化结构能够封装小分子簇，同时阻止不需要的客体物种进入，从而防止储存气体的分解（J. Yang等人，2025年）。它们较高的比表面积和多孔活性位点通过化学吸附或物理吸附途径促进了目标气体的有效分离和吸附（Y. Xu等人，2021年）。MOFs的调节机制具有气体选择性：(1)乙烯调节：乙烯是控制水果和蔬菜生长和成熟的关键植物激素。然而，过多的乙烯积累会加速采后品质的下降（B. Hu等人，2019年）。因此，开发高效的乙烯吸附剂至关重要。这些系统依靠物理吸附、化学吸附和光催化吸附来降低包装环境中的乙烯浓度，从而延缓成熟过程并延长保质期。MOFs因其高表面积、可调孔径和可设计的功能性而成为乙烯管理的有效策略（H. Zhang等人，2026年）。某些MOFs，如单壁镍-有机框架，还能够安全地储存和按需释放乙烯，实现对成熟过程的控制（Y. Li等人，2021年）。如图5所示，Sen等人报道了一种基于钴的软质多孔MOF晶体，其框架内具有半不稳定的交联结构，对乙烯表现出独特的门控开启行为，能够选择性吸附乙烷（Sen等人，2017年）。下载：下载高分辨率图片（577KB）下载：下载全尺寸图片图5. 基于钴的MOFs的结构单元（a），乙烯结合位点通道（b），以及乙烯分子引起的“门开启”可逆结构转变（c）（Sen等人，2017年）。(2)氧气和二氧化碳平衡：采后的水果和蔬菜保持活跃的呼吸作用；MAP（methyl paraben）通常通过降低环境中的氧气含量来延缓衰老，以维持微弱的需氧呼吸（H. Shi等人，2025年）。MOF协同保鲜技术利用可调的孔径尺寸和易功能化的配体，这些配体可以掺入聚合物基包装膜中。通过调节对氧气和二氧化碳的透过性和选择性，这些系统在包装环境中建立两种气体之间的平衡，最终达到与传统MAP相似的保鲜效果。氧气调节的目标是维持水果和蔬菜中需氧呼吸和脂质过氧化之间的最佳平衡。氧气不足会诱导厌氧呼吸，导致营养物质的降解（Y. Qin等人，2025年），而过多的氧气则会触发应激代谢并通过细胞内信号传导和膜脂质过氧化加速衰老（Gill和Tuteja，2010年；Mittler，2017年）。基于MOF的材料通过其化学多样性、可调结构和热力学稳定性来调节储存过程中的氧气吸收（Kalangadan等人，2025年）。MOFs的可调孔径大小使其能够选择性地捕获氧气，大孔适合高氧气需求的水果和蔬菜，小孔适合低氧气需求的水果和蔬菜（Sultana等人，2022年）。这些特性可以根据储存温度、压力和气体-框架相互作用进一步优化。一般来说，氮位点的引入可以提高二氧化碳的吸附能力，而开放的金属位点可以改善氧气的吸附性能（J. Yang等人，2025年）。(3)湿度稳定性：MOFs可以吸附包装顶空间中的残留水分和氧气，从而抑制氧化变质和微生物繁殖。某些耐水MOFs如MIL-101在多次吸附-解吸循环后仍保持吸附能力，并且可以在环境条件下再生（Shilpa等人，2024年）。需要注意的是，MOFs的吸附能力在不同气体之间存在显著差异，并受框架拓扑、膜基质组成和储存条件的影响（Ji等人，2025年）。4.2. 抗菌机制单一组分的MOFs通常表现出有限或可忽略的天然抗菌活性，需要与互补的抗菌剂结合，通过多模式协同机制实现广谱、高效抑菌效果。(1)金属离子释放：MOFs中的金属离子作为核心抗菌成分，通过电荷中和破坏细菌细胞膜。阳离子金属离子与细菌膜上的阴离子表面电荷结合，增加膜通透性并引发细胞质泄漏，最终导致细菌失活（J. Yang等人，2025年）。抗菌机制具有金属选择性：如图6(a)所示，Ag?通过蛋白质通道或细胞壁孔进入细胞质，同时破坏细胞壁完整性并与细菌蛋白质、肽聚糖和DNA中的功能团（–OH，–COO?）相互作用，从而抑制关键生物过程，包括细胞呼吸和酶活性。这种广谱效果适用于细菌和真菌（N. Chen等人，2024年；N Arul Manikandan等人，2023年）。Cu2?从开放的金属位点释放后，被细菌内化并作为氧化剂或改变跨膜电位，导致细菌失活（N. Li等人，2024年）。此外，Cu2?催化活性氧（ROS）的生成，破坏细菌膜完整性和蛋白质功能，对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌都表现出较强的活性（Kerdsiri等人，2026年）。Zn2?与细菌蛋白质和核酸中的–SH、–NH和–COOH基团相互作用，引发酶活性抑制和结构损伤。同时，Zn2?促进ROS积累并增强脂质过氧化，协同破坏膜稳定性和抑制细菌繁殖（Z. Liu等人，2026年；Tang等人，2026年）。下载：下载高分辨率图片（608KB）下载：下载全尺寸图片图6. MOF中金属离子释放的抗菌机制示意图（a，改编自(M. J. Khan等人，2025年）以及CS/ZIF-67-Cu的酶活性机制和抗菌机制（b）（X. Xu等人，2025年）。(2)抗菌化合物的封装：MOFs的多孔结构为各种抗菌剂提供了保护性载体，包括植物精油、植物提取物、酚类、烯烃、有机酸、醇类、醛类和细菌素如纳辛。这种封装策略解决了它们对温度、湿度、光照等环境压力的内在脆弱性，并克服了由疏水性引起的分散限制（Ji等人，2025年）。同时，MOFs调节生物活性剂的释放动力学，通过持续或刺激响应的释放机制延长抗菌效果（L. Yu等人，2024年）。总之，天然抗菌物质引发氧化应激反应并加剧膜损伤；金属离子通过ROS积累和脂质过氧化破坏膜完整性；生物活性植物化学物质干扰DNA复制和ATP合成。这三方面的协同作用逐渐破坏细菌黏附、生物膜形成和能量代谢，最终导致不可逆的结构损伤和抑菌效果（Ananthi等人，2025年；Tang等人，2026年）。(3)纳米酶介导的抗菌活性：纳米酶是具有酶模拟催化性质的纳米材料，与传统抗生素相比，它们引起细菌抗性的可能性较小（Mei等人，2021年）。基于MOF的纳米酶的抗菌效果主要来自其金属纳米簇，主要是模拟天然金属酶催化功能的过渡金属复合物（Cheng Weng等人，2023年）。利用其结构可设计性、开放通道框架和丰富的催化位点，MOF衍生的纳米酶被设计成能够模拟多种酶活性，包括过氧化物酶（POD）、氧化酶（OXD）、乳糖酶和各种水解酶（Peng等人，2026年）。如图6(b)所示，主要机制涉及过量ROS的产生与细胞内还原剂的消耗，从而破坏微生物的氧化还原平衡。这种失衡引发氧化应激，对细胞成分（如膜、蛋白质和DNA）造成损害，最终导致微生物细胞死亡。(4)纳米粒子介导的协同作用：金属纳米粒子（Ag?、Cu2?）和非金属纳米粒子（碳点）具有强大的抗菌活性；然而，它们容易聚集，导致催化性能下降和生物相容性受损（Rezaei Somee等人，2018年）。MOFs作为纳米粒子的分散基质，使活性物质均匀分布，并通过制造复合材料（如Ag?/Cu-BTC）减轻聚集（Desai等人，2020年）。除了其天然的酶模拟功能外，基于MOF的纳米酶还通过过氧化氢分解催化生成丰富的羟基自由基，有效杀菌（Hu等人，2020年）。在酸性条件下（pH < 7），纳米复合材料发生降解，释放金属离子和封装的天然抗菌剂，从而表现出强大的抗菌活性。潜在机制包括破坏生物膜、膜损伤、ROS生成、DNA和脂质的氧化损伤、代谢紊乱和细胞质泄漏（M. J. Khan等人，2025年）。4.3. 环境压力保护机制下一代基于MOF的协同保鲜技术通过针对环境压力的保护机制来减轻品质下降并延长保质期，包括抗氧化调节、紫外线（UV）屏蔽和湿度屏障增强。(1)抗氧化活性：采后的水果和蔬菜暴露在环境中容易发生氧化反应，导致营养物质降解、风味损失和潜在有毒化合物的形成（Rozo等人，2024年）。抗氧化剂具有反应性功能基团、共轭双键、芳香环和酚羟基，它们可以捐赠氢原子来中和自由基，从而中断或延缓氧化链反应（He等人，2025年）。然而，直接将其掺入包装基质会损害化学稳定性。MOFs作为保护性抗氧化剂载体，其多孔结构提供了与外部环境的物理隔离，从而增强稳定性。同时，MOFs实现可控的释放动力学，维持长期的抗氧化效果（J. Zhang等人，2026年）。(2)紫外线抵抗：紫外线辐射会在水果和蔬菜中引发光化学反应，导致颜色、质地和营养价值的下降（Tripathi等人，2024年）。MOF复合包装膜可以通过内在结构属性或通过封装紫外线吸收剂来阻挡紫外线穿透，从而减轻光氧化损伤并延长保质期（N. Chen等人，2024年）。(3)湿度屏障增强：水分是微生物繁殖的关键因素；有效限制水蒸气传输可以抑制微生物生长并延长保质期（Shilpa等人，2024年）。尽管食品级多糖基包装膜具有环境兼容性，但其显著的亲水性会损害保鲜效果。通过在MOF合成过程中使用这些多糖并引入金属离子，材料的疏水性显著增强，表现为水接触角的增加和水蒸气渗透性的降低，从而有效阻碍水分迁移并抑制细菌和真菌的繁殖（Y. Wang等人，2026年）。4.4. 生物活性剂的携带和稳定性MOF辅助的果蔬保鲜通常需要加入多种生物活性剂，包括植物提取物、精油、多酚和天然色素。然而，这些化合物由于其固有的物理化学不稳定性，在操作条件下容易挥发、降解和化学变化（Z. Yang等人，2022年）。MOFs的多孔结构和丰富的功能基团使其成为生物活性剂的有效载体，便于高效封装、稳定和精确控制抗菌剂、抗氧化剂和检测底物的释放。MOFs较高的比表面积和可调孔径通过多种相互作用方式（包括氢键、主客体相互作用、静电力和非共价结合）实现生物活性化合物的有效隔离。它们的广阔空间空位可以与有机结构单元结合，同时可以通过化学配位或有机连接剂功能化引入荧光检测探针（Song等人，2024年；Zhuang等人，2023年），从而制备用于食品安全监测的材料。MOFs的结构特性是装载能力的主要决定因素。一般来说，较高的比表面积和孔隙率与装载效率呈正相关；然而，阳离子金属中心可能会由于静电排斥而阻碍相同电荷活性剂的封装（J. Yang等人，2025年）。环糊精修饰的MOFs具有两亲性，能够同时与疏水性和亲水性生物活性剂相互作用。这种修饰不仅通过功能团相互作用促进吸附，还提高了疏水性物质的溶解度和生物利用率，从而拓宽了它们在控释系统中的应用范围（L. Yu等人，2024年）。4.5. 水果和蔬菜质量的智能监测和响应机制MOFs利用其可调结构和独特的光学响应性，可以设计成智能监测系统，实现实时品质监控和采后水果和蔬菜的响应性保鲜。MOFs作为荧光探针和电化学传感器的多功能支架。通过引入特定的识别基序，它们能够精确检测腐败标志物，包括生物胺、乙醇、乙酸乙酯、乙醛和乙烯、农药残留物以及病原微生物（Jabbarpour等人，2025年）。典型应用包括用于敏感检测生物胺的双发射MOF探针、用于快速识别食品borne病原体的MOF衍生纳米酶电化学传感器，以及用于超痕量农药残留量检测的荧光MOF传感器（X. Chen等人，2023年）。目前用于水果和蔬菜质量监测的主要机制基于储存过程中的生理和微生物变化，其中代谢过程产生酸性挥发性物质，特别是二氧化碳。CO?的溶解产生碳酸，随后分解为H?和HCO??。pH敏感色素的质子化会引发光谱变化，在可见光或荧光条件下表现为颜色变化，从而提供产品新鲜度的间接指标（Karaca等人，2023年）。目前用于新鲜度监测的pH敏感指示剂包括合成酸-碱指示剂和天然植物色素，如花青素、茜素、姜黄素、甜菜红素和叶绿素衍生物。合成指标具有快速的颜色响应、成熟的技术基础以及优异的饱和度和对比度，并增强了光热稳定性；然而，它们在食品接触应用中的安全性评估仍不充分（Z. Zhang等人，2025年）。相比之下，天然色素存在类似的局限性，包括光降解、热不稳定性和长期稳定性差，需要通过与适当的载体基质结合携带互补配体来稳定，以克服这些内在缺陷。MOFs因其高比表面积、丰富的氧空位、成分和结构适应性、出色的荧光性能以及强大的电化学活性而特别适合这一目的。特别是它们的高度自由度自组装能力，使得可以合理地整合多种功能基团，并方便地用pH响应性基团进行功能化，从而有助于开发出耐用、稳定的品质指示标签，用于监测水果和蔬菜的新鲜度（Ji等人，2025年）。与传统的仅监测质量变化并根据预定时间表释放封装活性物质的保鲜包装不同，新型多功能包装系统能够在储存过程中对质量下降做出响应并执行智能控制的释放，已成为一个突出的研究前沿。响应型多功能包装大致分为被动式和主动式两种模式。被动式响应系统对储存产品生理和微生物代谢引起的环境变化做出反应，而主动式响应系统则引入独立于产品自身变化的外部刺激触发机制来实施有针对性的保鲜干预。被动响应主要来源于水果和蔬菜的呼吸活动和与腐败相关的微生物代谢，这会导致包装内部空间内的湿度、pH值和气体成分波动。通过合理配制基于MOF的包装材料，可以设计出具有定制湿度敏感性、酸碱响应性或特定气体选择性的复合薄膜。当储存过程中达到预定阈值时，这些刺激会触发封装生物活性物质的释放动力学。如图7所示，不同的响应机制取决于具体的敏感性类型。

**图7.** (a) EVOH湿度响应释放机制示意图（J. Zhang等人，2026年），(b) TCDM/ZPS膜中百里酚的湿度响应释放机制（W. Yu等人，2025年），(c) Cur-HKUST-1@CMS/PVA中姜黄素的湿度响应释放机制（Liang等人，2022年），(d) UiO-66-COOH@PC/Pectinase的合成方法及果胶酶响应释放和保鲜机制（J. Li等人，2025年），(e) (Bi, Ni) - 双金属MOF的光响应抗菌机制示意图（Z. Yu等人，2026年）。

湿度是水果和蔬菜细胞水分平衡和呼吸状态的最直接指标，与热或光子刺激相比，它提供了更好的实时响应性和可逆性。如图7(a)、(b)和(c)所示，对于湿度响应型主动包装，通常使用具有优异成膜能力和气体阻隔性能的材料作为响应触发剂，包括乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）（J. Zhang等人，2026年）、β-环糊精（β-CD）（Nong等人，2025年）和羧甲基淀粉-聚乙烯醇（CMS–PVA）复合材料（Liang等人，2022年）。这些触发剂的可逆水合-脱水行为主要由动态氢键网络控制，实现了对膨胀和扩散路径的精确调节。同时，还结合了具有抗菌或抗氧化功能的生物活性剂。MOFs通过提供高孔隙率和可调的孔表面化学性质，空间限制并稳定了这些活性负载。湿度响应触发剂、生物活性载荷和MOF基质的集成增强了复合响应系统的稳定性，实现了受控的湿度触发释放。

除了湿度响应外，被动响应包装还包括双重触发机制，如湿度与pH值的组合、湿度与氧气敏感性的结合，以及专门的酶响应系统（C. Li等人，2025年；L. Yang等人，2026年）。如图7(d)所示，在酶响应型保鲜系统中，病原体在侵入宿主时分泌降解细胞壁的酶，以促进组织穿透。活性成分的释放是由表面涂层或载体基质的酶促降解触发的（Abdelrahman等人，2021年）。利用病原体分泌的酶作为激活信号可以提高投放精度，确保生物活性剂主要在感染部位释放，同时最小化非目标部位的释放。

主动响应系统主要旨在应对在次优储存条件下的质量下降，对外部刺激如光、温度、磁场和机械振动作出响应。光响应型水果和蔬菜包装体现了这一范例，如图7(e)所示，其内在机制涉及在特定光照条件下的光催化反应，其中含有特定金属簇的MOF结构会产生H?O?、ROS及相关氧化物质。这些物质会导致微生物膜氧化、生物膜结构破坏、蛋白质泄漏，最终使微生物失活，从而实现抗菌和保鲜效果（Z. Yu等人，2026年）。

**4.6. 与其他保鲜技术的协同机制**
MOFs的多功能特性使其能够与已建立的保鲜方法（如冷藏、MAP和生物保鲜）协同集成，从而通过多维机制提高保鲜效果。这种协同作用从根本上涉及不同技术的互补部署：与冷藏结合可以进一步减轻冷害和衰老；融入MAP可以精确调节包装内的气体组成并优化气体平衡（Z. Qin等人，2025年）；与生物保鲜策略结合允许MOF介导生物活性剂的封装，延长其功能寿命；而将基于MOF的保鲜材料与传感功能相结合，则可以开发出能够实时监测产品质量并根据指标波动自动执行保鲜干预的智能包装系统（A. Khan等人，2025年；Z. Qin等人，2025年）。由于本综述特别关注基于MOF的水果和蔬菜保鲜技术，鉴于其他替代保鲜方法的广泛性，对这些互补方法的进一步阐述超出了本讨论的范围。

**5. MOF协同水果和蔬菜保鲜技术的应用进展**
凭借其可调的结构、高孔隙率和多功能协同特性，MOF材料在水果和蔬菜采后保鲜领域得到了显著发展，从单一功能发展到下一代多模态、智能和工程导向的系统，如表1所示。

**表1. 基于MOF的水果和蔬菜协同抗菌保鲜应用**
| 抗菌机制 | 基于MOF的协同材料 | MOF骨架 | 活性物质 | 载体 | 抗菌性能 | 对水果或蔬菜的影响 | 参考文献 |
|------|-----------------|---------|--------|--------|--------------|----------|-----------|
| 金属离子释放抗菌 | β-CD-Cu@CMC | β-CD-Cu-MOF | β-CD-Cu@CMC | 对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均有效，持续7天 | 将残留乙烯从30%降低到26.27%，并在120分钟内显著延缓香蕉成熟 | Kerdsiri等人，2026年 |
| CS-PVA-(Bi,Ni)-MOF | (Bi, Ni) - MOF | | | 在60分钟内对耐抗生素的大肠杆菌和耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌均有效 | 表现出优异的抗菌性能，在实际阳光下有效延缓草莓软化并保持风味质量 | Z. Yu等人，2026年 |
| Ag-MOFs/CMFP | | | | 对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均超过99.9% | 将樱桃番茄和桃子的保质期延长超过10天 | N. Chen等人，2024年 |
| 药物装载抗菌 | γ-CD-MOF/Ter | | | 特丁烯-4-醇在整段培养期间表现出100%的抑制效果 | 显著降低了草莓的自然衰减速率，减少了重量损失，提高了硬度，TSS值无显著变化 | L. Yu等人，2024年 |
| 十八烷基琥珀酸酐 - γ-环糊精 - MOFs (OCMs) | | | | 对灰葡萄孢、意大利青霉菌和指状青霉菌的抑制率达到80%-90%，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率超过98% | 该薄膜能有效吸收香蕉、桃子、梨、橙子和鳄梨释放的内源性乙烯，抑制微生物污染，并显著延长水果的保质期 | L. Yang, Kong, Bai等人，2026年 |
| 瓜尔胶-INN-CGE | | | | 复合膜对革兰氏阴性大肠杆菌的抑制面积为1.5厘米，对金黄色葡萄球菌的抑制面积为1.8厘米 | 有效抑制微生物增殖，减少水分损失，并显著将草莓的保质期延长至11天 | Ananthi等人，2025年 |
| 纳米酶活性抗菌 | CS-MOF-Pt | | | 在800 μg/mL浓度下，MOF-Pt2对金黄色葡萄球菌的抑制率约为77.9% | 将蓝莓和樱桃的保质期延长4-6天，外观良好，重量和多酚损失最小 | Y. Shi等人，2026年 |
| CNF@Ce-MOFC | | | | 喷雾涂层对E. coli O157: H7、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抑制率分别为90.46%、86.91%和82.9% | 由于其优异的抗菌性能和额外的保护作用，将香蕉和芒果的保质期延长至12天 | Huang等人，2023年 |
| CS/ZIF-67-Cu | | | | CS/ZIF-67-Cu在50 μg/mL浓度下几乎完全抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，并在≥1.25 mg/mL浓度下对灰葡萄孢有显著抑制效果 | 有效抑制樱桃番茄表面的微生物增殖，并显著延长其保质期 | X. Xu等人，2025年 |
| 湿度响应释放抗菌化合物 | CMC/1% PVP@Cu-BTC/CEO/LPC | | | 活性薄膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出良好的抗菌活性 | 处理后的芒果水分损失减少了23.2%，硬度增加了103.1%，在25℃下保持整体新鲜质量12天 | K. Yu等人，2025年 |
| CQDs@Cu MOF-EVOH/C | | | | 碳量子点（CQDs）复合材料在金黄色葡萄球菌上产生的抑制区域最广，分别为34.0毫米、13.6毫米和15.4毫米 | 显著减少了生菜的褐变，并在16天内保持了视觉和营养质量 | J. Zhang等人，2026年 |
| β-CD-MOF@carvacrol-Zein | | | | Carvacrol和Zein协同作用 | 在21℃下将草莓的保质期延长至7天 | Nong等人，2025年 |
| 光响应释放抗菌化合物 | CDs@ZIF-8/polycaprolactone/ethyl cellulose | | | 显示出7.63 log10 CFU/mL的抗菌效果 | 将草莓的保质期从6天延长至12天 | Ti等人，2025年 |
| Carvacrol@PCN-224 /Polycarbonate/Chitosan (CV@PCN-224/PCL/CS) | | | 显示出良好的协同抗菌效果 | 保持新鲜切苹果的颜色，持续抑制氧化褐变并维持质地质量 | Deng等人，2024年 |
| pH响应释放抗菌化合物 | ZIF-8-NH2@trans-2-hexenal/Anthocyanins /CNF | | | 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别为7.63 log10 CFU/mL和7.27 log10 CFU/mL | 将草莓的保质期从6天延长至12天 | Ti等人，2025年 |
| pH/酶双重响应释放抗菌化合物 | CAR@ZIF-8/TOCNF/Pec | | | CAR@ZIF-8纳米颗粒和TEMPO-氧化纤维素协同作用 | 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别超过99%和77.66%±4.19% | 保持接种了真菌的覆盆子和芒果的新鲜度5天和7天 | Min等人，2024年 |
| LA@Cu-MOF | | | α-硫辛酸（LA） | 对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和灰葡萄孢的抑制率分别为100%、92.8%和92.0% | 至少保持桃子、葡萄和蓝莓的外观和质量指标6天 | Men等人，2025年 |

**5.1. 气体环境调节**
MOFs通过高效吸附/脱附关键气体以及对环境刺激的响应能力，动态调节水果和蔬菜的保鲜微环境，同时承担质量监测功能。单一组分的MOF材料具有内在的乙烯吸附能力，如图8所示。例如，通过声化学方法合成的可食用γ-CD-MOF-K具有人字形腔体结构，其乙烯吸附能力为56±0.67%（w/w），有效清除包装内部空间的乙烯并延缓猕猴桃的成熟（S. Li等人，2023年）。单壁镍-有机框架在273 K和1 bar压力下表现出224 cm3/g的乙烯吸附能力，并具有显著的抗氧化能力，能够持续去除来自水果和蔬菜的乙烯，使香蕉在30天内不腐烂（Y. Li等人，2021年）。夏等人（2026年）的研究指出，单一组分MOFs对乙烯的选择性通常较为有限，但这种能力通常可以通过表面修饰、功能化或多金属簇掺杂来增强。HKUST-1被嵌入壳聚糖-四氢季铵盐-明胶基质中，用于制造高性能的HPCGF包装膜。乙烯优先与MOFs中的C和O位点结合，其次是H和Cu位点，表现出89.05 cm3/g STP的物理吸附容量，该膜能够保持香蕉的颜色和硬度，并延缓脂质氧化（Nian等人，2023年）。绿色合成的混合金属MOF-74（G-CuZnMOF-74，Cu/Zn比例为2:1）在25°C和110 kPa下的乙烯吸附容量达到了5.26 mmol/g（Kazemi等人，2025年）。引入额外的活性基团可以显著提高原始MOFs的乙烯吸附能力。在环境湿度调节方面，李英等开发了一种基于食品级维生素C连接体的绿色、生物相容性的ZnVc（夏等人，2026年）。这种结构通过多种氢键相互作用提供了强大的选择性客体结合能力，既能高效吸附乙烯，又能吸附水果储存过程中产生的水蒸气，从而调节环境湿度并减缓腐败进程。

5.2 微生物控制
MOFs可以通过多种抗菌机制有效抑制食品中的病原体，包括释放金属离子、加载额外的抗菌剂、光催化和纳米酶活性，这些机制可以通过喷雾涂层和基于纸张的包装系统等多种应用形式实现。表1总结了MOF在水果和蔬菜防腐中的最新应用实例。

在活性金属离子的抗菌释放方面，金属簇除了作为MOFs的结构组成部分外，还可以增加生物膜的通透性，破坏膜完整性，并诱导细胞质渗漏（详见第4.2节）。与大多数微生物控制策略一样，基于金属离子的抗菌方法需要载体基质来生成适合工业应用的形式，如包装膜和涂层。例如，陈宁等人通过一种简单的原位方法合成了Ag-MOF/CMFP复合材料，将羧甲基滤纸与Ag-MOF结合（陈等人，2024年）。这种复合材料使99.9%的细菌失活，将樱桃番茄和桃的保质期延长了10天以上。Zn@MOF对铜绿假单胞菌、灰葡萄孢菌和铜绿假单胞菌的抗菌率分别为74.38%、60.44%和57.62%，而对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率超过99.9%（杨亮等人，2026年）。然而，单纯依赖MOF金属离子的抗菌活性来应对采后储存期间的微生物繁殖是有限的。在大多数情况下，必须加载额外的抗菌剂以增强对特定微生物的效力。各种天然抗菌化合物常被作为生物活性载荷，其中百里酚和香芹酚是最常用的。这种选择可能源于它们作为天然物质的高生物安全性、强大的广谱抗菌活性、明确的的作用机制、与MOF封装和控释要求的良好分子兼容性，以及适度的挥发性，这些特性使得它们在水果和蔬菜防腐中能够持续发挥抗菌效果（Min等人，2021年；Nong等人，2025年）。此外，外源性生物活性载荷与MOF金属离子之间存在协同抗菌效应。例如，ZIF-67@TA/CNF纳米复合材料与单独使用ZIF-67或单宁酸相比，显著增强了细菌生物膜的清除能力，定量分析证实了钴离子与单宁酸之间的协同抗菌作用（M. J. Khan等人，2025年）。

在利用MOFs开发抗菌纳米酶方面，史一义等人构建了MOF-R纳米酶，并系统评估了多种金属离子（包括锆、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钌、银、铈、铂和钨）的氧化还原模拟行为。其中，MOF-Pt表现出最强的氧化还原模拟活性（史一义等人，2026年）。特别是MOF-Pt?，它能够螯合铂离子，表现出优异的催化性能。抗菌测试显示，100 μg·mL?1·MOF-Pt?几乎完全清除了金黄色葡萄球菌，通过生成大量的O?•?来氧化生物分子并破坏细菌生物膜（周彩玉等人，2024年）。黄伦杰等人通过羧甲基纤维素纳米纤维接枝（CNF@Ce-MOF）开发了一种模拟酶的金属-有机框架，该框架同时表现出强大的氧化酶模拟和腺苷三磷酸酶（ATPase）模拟活性。该系统有效地灭活了三种典型的食源性病原体，包括大肠杆菌O157:H7、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），纳米酶介导的杀菌效力达到了90.46%（黄伦杰等人，2023年）。

5.3 包装材料的制备和性能优化
MOFs通常以微晶粉末的形式存在；直接应用往往会导致晶体降解和功能丧失。因此，它们通常与生物聚合物结合使用，以制造功能性防腐包装膜，以满足多样的采后保存需求。基于MOFs的典型包装形式包括纳米纤维膜、复合涂层和基于纸张的涂层。这种复合包装结构具有显著优势：MOF的功能基团与生物聚合物链（包括羧甲基纤维素（CMC）、纳米纤维素、壳聚糖、明胶、聚乙烯醇和海藻酸钠）之间的界面相互作用促进了更密集的聚合物网络的形成，显著提高了复合材料的机械强度。同时，MOFs赋予薄膜气体吸附、抗菌和抗氧化功能，还实现了实时新鲜度监测和农药残留检测。

目前制造基于MOFs的食品包装膜的方法可以系统地归类为浸涂、原位合成、逐层自组装（LBL）、电纺和喷雾干燥（Ji等人，2025年）。此外，基于MOFs的包装膜制备采用了多种策略来优化生物聚合物的性能，包括化学 modifications（交联、接枝共聚）、物理 modifications（填料掺入、层压复合形成）、低熔点溶剂的应用、辐照诱导的 modification和酶处理，从而获得更适合食品包装应用的生物聚合物（张志等人，2024年）。就特定的薄膜性能属性而言：水果和蔬菜对光、水分、氧气和二氧化碳等环境因素敏感。MOF复合膜可以有选择地调节这些因素的渗透性，精确匹配采后保存的气体平衡要求，同时确保抗菌保护和防止腐败（Ji等人，2025年）。就机械性能而言，包装膜的拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EB）直接影响运输和处理过程中的机械损伤防护。MOFs的加入显著提高了薄膜的机械性能，增强了吸收和分散外部力量（如冲击、压缩和振动）的能力，从而减少了产品损坏和结构损伤（张志等人，2025年）。

5.4 智能可控释放生物活性剂
MOFs凭借其高负载能力和响应性释放特性，解决了天然生物活性剂的多个 limitations，包括稳定性差、水溶性有限和挥发性过高。这些特性使得在特定环境条件下实现响应性保存成为可能。智能响应性可控释放系统利用环境湿度、气体浓度和光照作为调节触发因素，结合多种敏感元素、MOFs和生物活性载荷，实现条件特定的结构转变，如孔隙塌陷或膨胀，最终实现封装活性剂的智能可控释放。

在响应性保存包装研究中，湿度触发可控释放受到了最多的关注。例如，β-CD MOF/zein复合膜（BCCZ）实现了湿度调节的香芹酚释放，在100%相对湿度下释放96.3%，而在43%相对湿度下仅释放12.0%，7天内有效抑制了金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和灰葡萄孢菌，将草莓的保质期延长至21°C下的7天（Nong等人，2025年）。装载姜黄素的HKUST-1@CMS/PVA复合材料在水刺激下显著提高了姜黄素的释放率，从25.11%增加到58.32%，显示出协同的抗菌和抗氧化效果，将龙果和鳄梨的保质期延长了至少4天（Liang等人，2022年）。含有百里酚的CD-MOF（TCDM）被整合进果胶（PEC）/海藻酸钠（SA）基质中，并借助zein的帮助制备成thymol-CD-MOF/zein-PEC-SA（TCDM/ZPS）聚合物膜（Yu等人，2025年）。表征结果显示，zein-PEC/SA（ZPS）能够在亲水性多糖基质中稳定存在，并在336小时内实现持续释放。在pH和酶响应性方面，负载在ZIF-8/TOCNF载体上的香芹酚（CAR），在pH 5.0或果胶酶（1.0 mg/mL）刺激下，168小时后释放率超过86%，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和黑曲霉具有显著的抑制作用（Min等人，2024年）。该系统还抑制了覆盆子和芒果中的真菌孢子传播。果胶酶响应性的UiO-66-COOH@PC/Pec系统通过氢键作用实现高水平的壬基 cinnamon 酯（PC）负载（235 mg·g?1），在酶刺激下9小时内释放率达到95%，将草莓的保质期在25°C下延长至5天，同时具有优异的水溶性和微小的毒性（李俊等人，2025年）。除了开关响应系统外，MOF材料在长期可控释放中也发挥了重要作用。例如，负载百里酚的γ-CD-MOF表现出符合Ritger–Peppas模型的释放动力学，可控释放持续时间为35天。最低释放率出现在50°C和75%相对湿度条件下。15天储存后，樱桃番茄的重量损失仅为5.17%，腐败指数极小（Z. Li等人，2022年）。

5.5 质量监测和监控-保存多功能包装
MOFs利用其独特的光学响应性，可以制造荧光和比色传感器，实现农药残留和农产品新鲜度的实时原位监测。将这些传感功能与保存功能结合，形成了集成的“监测-保存”模式。在农药残留检测方面，MOF材料主要被用于制造荧光传感器。一种甲硫氨酸修饰的AgNP@Fe-BTC荧光传感器通过AgNP的释放来调节荧光强度，实现对芬硫磷（FNT）的痕量检测，检测范围为2–95 nM，检测限为1.9 nM，适用于水和果汁基质（Jabbarpour等人，2025年）。基于锆的MOF（BUT-17）利用荧光淬灭原理检测类似二噁英的污染物，检测限低至27–57 ppb，显示了在食品包装安全监测中的潜力（Wang等人，2019年）。针对采后水果和蔬菜的质量预测模型主要是基于储存期间产生的特征性呼吸气体、质地属性和营养指数以及与腐败相关的微生物代谢。通过利用MOFs的光学响应性，包括荧光和比色转变，制造并整合了质量传感组件到包装中，实现实时新鲜度监测。例如，像Eu-MOF和Co-MOF这样的发光MOFs可以与pH指示剂和二氧化碳响应性基团结合，将产品呼吸产生的代谢产物浓度转换为可量化的颜色或荧光强度变化，从而间接指示新鲜度（张志等人，2025年；Z. Zhang等人，2025年）。用于可视化产品新鲜度的比色薄膜是特别有效的平台。负载酚红的Co-MOF/溴百里酚蓝–CMC-Na复合膜表现出对二氧化碳的响应性颜色变化，总色差（ΔE）与新鲜切水果的硬度和总可溶性固形物（TSS）线性相关（R2 ≥ 0.9781）（Z. Zhang等人，2024年）。Zn-MOF@T-R/卡拉胶–聚乙烯醇智能薄膜对pH变化表现出明显的比色响应，能够追踪菠萝汁的质量变化，同时完全抑制病原菌的繁殖（A. Khan等人，2025年）。ABTS自由基中和率达到79.3%，将新鲜切菠萝的保质期延长至12天。

大多数水果和蔬菜新鲜度监测系统依赖于CO?和储存过程中产生的酸性挥发气体引起的pH变化，从而实现酸-碱颜色反应。张震鹏等人通过酰胺偶联合成了Eu-BDC-NH?荧光（MOF-Flu）纳米填料，随后将MOF-Flu和微晶纤维素（MCC）纳米材料嵌入CMC-Na基质中，制备了性能提升的包装膜（Z. Zhang等人，2025年）。开发的指示材料在多种酸性和碱性条件以及醋酸蒸汽环境中表现出良好的pH响应特性，能够准确且无损地监测水果的新鲜度动态。随后，研究团队使用基于铕的MOFs作为荧光背景信号，氨基和羟基修饰的Eu-MOFs作为pH响应信号（Z. Zhang等人，2025年）。MOF纳米材料被嵌入CMC-Na/SA混合基质中，制备了对二氧化碳响应的包装膜，在不同的pH条件和醋酸蒸汽系统中表现出显著的pH响应性和优异的传感精度。此外，还开发了针对乙醇作为腐败指标的智能监测材料。ZIF-8经过拓扑转变生成富氧空位的ZnO，随后制备了CuO–ZnO p–n异质结（CuO–ZnO-Vo），建立了从ZnO到CuO的内部电场（Y. Wang等人，2026年）。这种内置场的独特载流子调节能力显著提高了传感灵敏度。基于CuO–ZnO-Vo的传感器对20 ppm乙醇的响应幅度为8.5，响应/恢复动力学为11/16秒，能够实时追踪储存葡萄的挥发性排放物的新鲜度。与传统包装相比，智能监测-保存集成包装能够在整个供应链中同时存储食品并指示腐败。最近，兼具产品质量监测能力和基于实时指标波动自主执行保存干预的智能监测-保存集成包装已成为采后保存研究的前沿领域。与独立的保存包装相比，监测-保存复合系统通常需要集成天然发色指示剂（花青素、姜黄素、茜素）或合成色素（百里酚蓝、甲基橙、溴酚蓝、甲基红）。MOFs（金属有机框架）由于其极高的比表面积、可调的孔隙率、良好的聚合物兼容性以及可定制的功能性，非常适合开发智能监控-保鲜包装。例如，如图9(a)所示，利用花青素和ZIF-8-NH?将反-2-己烯醛（E2H）固定在一个基于纤维素的高灵敏度凝胶膜（CMEH）上，该膜在热-冷双阶段干燥条件下制备，兼具监控和保鲜功能（Tang等人，2026年）。CMEH中的显色试剂对挥发性酸性和碱性物质具有稳定且高度敏感的捕获能力，尤其是对碱性挥发物，检测限为1 mM。此外，通过ZIF-8-NH?和E2H的联合作用，该凝胶膜还表现出优异的抗菌和抗氧化活性。食品验证实验确认了其对蓝莓和猪肉的有效保鲜和敏感监控效果。Ajahar Khan等人使用对苯二甲酸和azulrol作为双配体制备了功能化的Zn-MOFs，并将其应用于活性和智能包装（Zn-MOF@T-R）（A. Khan等人，2025年）。如图9(b)所示，通过引入卡拉胶/聚乙烯醇二元混合物与Zn-MOF@T-R，制备了智能包装膜（C-P）。这类复合膜具有优异的抗菌、抗氧化和抗紫外线性能。另外，C-P/Zn-MOF@T-R膜对乙酸和pH变化表现出显著的比色响应，能够有效监测菠萝汁的质量变化。作为活性包装系统，C-P/Zn-MOF@T-R膜可将新鲜切下的菠萝的保质期延长至4°C下的12天，同时监测储存过程中的质量变化。

在综述的MOF复合系统中，不同材料的保鲜效果、抗菌能力和实际应用性存在显著差异。就保鲜时间而言，基于CD-MOF的薄膜表现出最明显的延长效果，能使樱桃番茄的保质期延长至21天，草莓的质量可维持5-8天（W. Liu等人，2025年；Y. Wang等人，2026年）；ZIF-8复合材料可将草莓的储存期延长至12天，葡萄和蓝莓的保质期延长5-6天（Ti等人，2025年；Z. Wang等人，2026年；H. Zhang等人，2026年）；基于HKUST-1的系统通过吸收乙烯可将香蕉的质量保持约7天（Ti等人，2025年；Z. Wang等人，2026年；H. Zhang等人，2026年）。UiO-66涂层的效果相对温和，可将草莓的保质期延长至2-5天（J. Li等人，2025年）。在抗菌性能方面，所有含有抗菌金属的MOFs都具有出色的抗菌能力（第5.2节有详细讨论）。其中，Ag-MOF和ZIF-67复合材料的抗菌效果最佳，细菌灭活率分别达到99.9%和99.63%，但其应用主要限于樱桃番茄和草莓（N. Chen等人，2024年）。相比之下，Cu-BTC和(Bi,Ni)双金属MOFs具有中等的抗菌活性，并能适应多种水果，包括芒果、葡萄和蓝莓（K. Yu等人，2025年；Z. Yu等人，2026年）。其他由金属簇（如Ce、Co和Zr）合成的MOFs也能对常见的革兰氏阴性和阳性细菌达到超过90%的杀灭率（Han等人，2025年；M. J. Khan等人，2025年；J. Li等人，2024年；Min等人，2021年）。这些材料对特定水果和蔬菜的特异性与其作用机制密切相关。例如，吸收乙烯的MOFs（如HKUST-1、MOF-74和γ-CD-MOF）对香蕉、芒果和桃子等呼吸跃变型水果特别有效；而响应湿度的系统（如ZIF-8/Thy@ZIF-8和CD-MOF复合材料）则适用于表面积与体积比高的浆果类水果（Huang等人，2023年；Kazemi等人，2025年；S. Li等人，2023年；Nian等人，2023年）。智能MOF-Flu和Co-MOF变体（如Eu-BDC-NH2）结合显色物质（如花青素和溴酚蓝）可以通过比色或荧光反应实时监测新鲜切水果的新鲜度，进一步扩展了基于MOF的食品包装材料的应用范围（Tang等人，2026年；Z. Zhang等人，2025年；Z. Zhang等人，2024年）。

这些系统之间的成本差异主要由金属中心种类和合成复杂性决定。ZIF-8和CD-MOF制剂是最经济可行的选择，因为它们使用低成本的锌或钾前体，并且可以在室温下用水合成。基于银和锆的系统（如Ag-MOFs、UiO-66）成本较高，限制了大规模应用。基于铜的框架（如HKUST-1和Cu-BTC）处于中等成本层级，但存在细胞毒性问题，需要额外的安全性评估。半数以上的研究采用室温搅拌和超声波辅助的方法，这些方法由于能耗低、溶剂需求少和操作简单，具有最大的放大潜力。尽管溶热合成能获得更好的晶体质量，但需要高温、有机溶剂和高压釜设备，因此增加了资本支出和环境合规成本。多步制造工艺（如在纤维素纳米纤维上原位生长MOF后再进行聚合物基质浇铸）会导致批次间差异和加工时间延长，阻碍了连续生产。此外，一些报道的系统依赖于实验室规模的蒸汽扩散或电纺技术，产量有限，这凸显了从实验室概念验证到工业应用之间的持续差距（W. Liu等人，2025年；Z. Qin等人，2024年）。因此，从定制的复合设计过渡到标准化商业产品需要简化的合成工艺、严格的质量控制指标以及符合食品接触法规的毒性评估。

MOF基食品和蔬菜保鲜技术的优势在于其结构功能、保鲜机制、环境适应性、经济可行性和智能可升级性等多方面的综合优势。作为下一代食品和蔬菜保鲜策略的关键组成部分，这项技术超越了传统方法的单一功能限制，符合绿色食品产业的发展趋势（如图10所示）。其核心优势可系统归纳为：（1）结构和功能的可调性；（2）多模式协同保鲜；（3）环境可持续性；（4）可扩展性；（5）与AI的智能升级能力。例如，图11展示了利用SynMOF数据库中的全面数据集开发和训练多个机器学习模型，以准确预测MOF合成条件的方法（Ding等人，2026年）。

这些技术在从基础研究到工业应用的过程中面临着多方面的挑战，包括毒理学安全性、可扩展生产、技术适配性及标准化等。为解决这些关键瓶颈，需要在材料设计优化、工艺创新、机制阐明和系统集成方面取得战略突破，以推动技术向精准化、绿色化和工业化方向发展。高性能MOFs通常依赖于稀有金属或定制的有机配体，大规模制备所需的原材料成本远高于传统包装材料。(iii) 工业化加工技术不成熟。MOFs主要以微晶粉末的形式存在，与生物聚合物结合的复合材料加工技术缺乏可扩展的适应方案。高效的合成工艺（如连续流生产）仍处于探索阶段（Rubio-Martinez等人，2014年）。主要策略是促进大规模生产和成本优化，通过工艺创新和原材料多样化来降低工业化障碍。首先，开发高效的绿色合成方法：应利用微波和声化学辅助方法缩短反应周期，并推广连续流生产技术以提高批次间的一致性（Rubio-Martinez等人，2014年）。其次，低成本替代原材料：利用农业废弃物（如壳聚糖、果胶）制成的生物聚合物作为配体或复合基材，以减少材料成本。第三，简化后处理工艺：通过原位合成和一步法制备MOF-聚合物复合材料，减少分离和纯化步骤，提高生产效率。

6.3. 前景
下一代基于MOF的食品和蔬菜（F&V）保鲜技术的发展将重点关注从“材料创新-技术突破-数据库建立-工业应用”全产业链的改进。首先是材料创新。未来的研究将侧重于开发低成本、可生物降解的基于MOF的复合材料，通过多组分协同作用实现抗菌、抗氧化、气体调节和智能检测等综合性能。同时，促进MOFs与天然生物聚合物的深度整合，以提高生物相容性和环境适应性，并降低工业化成本。其次是实现技术突破。智能响应技术将朝着高灵敏度、高特异性和定量检测能力方向发展。通过MOFs的结构修饰和功能化，实现快速的原位定量检测腐败生物标志物和农药残留。此外，将开发集成型保鲜设备，结合人工智能技术，实现气体调节、可控生物活性释放和智能检测功能，构建闭环的“感知-响应-调节”系统。基础研究也非常重要，需要深入研究MOFs与农产品代谢和微生物之间的相互作用机制，阐明金属离子释放、可控生物活性释放和气体吸附的协同途径。根据品种特性和储存要求，建立个性化保鲜数据库，为定制基于MOF的保鲜材料提供理论基础。所有实验室研究最终都旨在实现工业化转化。将加快MOF协同保鲜技术的试点规模和工业生产，优化生产工艺和设备以确保批次间的稳定性供应。推动行业标准和安全法规的建立，为技术商业化提供监管基础。通过 academia-industry-research 协作和市场拓展，扩大基于MOF的保鲜材料在F&V和新鲜农产品领域的应用范围，最终实现减少食物浪费和确保食品安全的核心目标。

7. 结论
作为下一代采后F&V保鲜的先进工具，MOFs在结构设计和合成策略方面取得了显著进展。绿色制备途径和低毒性成分筛选使得开发出与食品相容的MOFs成为可能，例如CD-MOFs，这些材料广泛应用于功能薄膜、喷雾涂层和智能传感平台。从机制上看，MOFs凭借其协同作用优于传统的单一模式保鲜系统，包括气体微环境调节、广谱抗菌活性、抗氧化防御、可控生物活性化合物释放和实时新鲜度监测。这些综合效果延缓了F&V的成熟和衰老，抑制了微生物腐烂，减轻了氧化损伤，形成了全面的保鲜屏障。在实际应用中，基于MOF的材料在乙烯吸附、抗菌包装和智能监测方面表现出优异性能，具有结构与功能可调性、环保性和响应刺激性的突出优势。然而，仍存在一些挑战，如生物安全性验证、高生产成本和不足的工业标准。未来在材料创新和工业化应用方面的进展将构建一个完整的“设计-机制-应用”体系，为减少全球采后新鲜食品损失提供有力解决方案。

致谢
作者贡献声明：
Arun S. Mujumdar：撰写 - 审稿与编辑、方法学、实验研究
Min Zhang：撰写 - 审稿与编辑、监督、资源管理、方法学、实验研究
Hao Shi：撰写 - 原初稿撰写、方法学、数据分析
Luming Rui：撰写 - 审稿与编辑、资源管理、实验研究