基于论文摘要内容，可拟定如下专业中文标题： 硅藻土及KMnO4浸渍硅藻土/LDPE薄膜对乙烯脱除与香蕉采后品质的影响

《Food Chemistry: X》：Effect of diatomite and KMnO 4-impregnated diatomite in LDPE films on ethylene removal and postharvest quality of bananas

　　

乙烯（C₂H₄）是一种在采后水果和蔬菜中释放的植物激素气体，即使在极低浓度下也能显著影响其采后品质。本研究开发了含有KMnO₄浸渍硅藻土的低密度聚乙烯（LDPE）薄膜，用于乙烯清除。研究人员通过吹塑薄膜挤出法制备了含有原硅藻土（DA）、碱性活化硅藻土（Alk-DA）、KMnO₄、KMnO₄浸渍硅藻土（DA-KMnO₄）及KMnO₄浸渍碱性活化硅藻土（Alk-DA-KMnO₄）的LDPE复合薄膜，并对其表面形貌、热稳定性、力学性能、光学清晰度、气体阻隔性能及乙烯清除能力进行了表征。研究结果表明，碱性活化提高了硅藻土的比表面积和乙烯脱除能力。在粉末形态下，Alk-DA-KMnO₄在24小时内表现出最高的乙烯脱除能力（909.49 ± 29.98 μL/g）。将颗粒掺入LDPE后，1% Alk-DA-KMnO₄/LDPE薄膜在48小时内乙烯脱除量达到373.22 ± 13.83 μL/g，1% DA/LDPE薄膜为296.58 ± 2.07 μL/g，显著高于纯LDPE薄膜。香蕉保鲜实验表明，与纯LDPE薄膜相比，1% DA/LDPE包装可将青香蕉的货架期延长至10天，有效延缓了果皮颜色转变和果实软化，并减缓了可溶性固形物（TSS）的上升。尽管1% Alk-DA-KMnO₄/LDPE具有更高的乙烯脱除能力，但1% DA/LDPE在维持香蕉采后品质方面表现更优，这可能与其较高的气体透过率有关。本研究证实了将硅藻土基乙烯清除剂掺入LDPE薄膜用于果蔬保鲜的可行性，但仍需进一步评估其食品接触安全性和长期稳定性。

**基于硅藻土/LDPE复合薄膜的香蕉乙烯清除与保鲜性能研究解读**

**1. 研究背景与问题提出**

乙烯是果蔬采后释放的一种植物激素气体，即使在10–100 nL/L的极低浓度下，也会显著加速呼吸作用、叶绿素降解和风味变化，导致果蔬成熟与衰老进程加快，进而影响其品质和货架期。为延长果实保鲜期，减少采后损失，开发高效的乙烯清除材料至关重要。高锰酸钾（KMnO₄）被认为是目前最有效的乙烯清除剂之一，但因其毒性不能直接与食品接触，通常需负载于多孔载体材料上使用。已有研究将KMnO₄浸渍于沸石、粘土、埃洛石纳米管等多孔材料中，并进一步掺入低密度聚乙烯（LDPE）薄膜中，以制备具有乙烯清除功能的活性包装材料。然而，此类研究存在一定局限性，如载体负载量过高时颗粒团聚导致薄膜力学性能下降，以及气体阻隔性能改善效果不稳定等问题。

硅藻土是一种天然的无定形二氧化硅材料，具有高度多孔性（约80%–90%孔隙率）、大比表面积和良好的吸附潜力，且成本低廉。其表面含有硅羟基（Si-OH）基团，可吸附有机分子，但天然硅藻土表面Si-OH数量不足，通常需要酸碱活化处理以提高其吸附亲和力。截至目前，利用硅藻土作为乙烯吸附剂嵌入聚合物基体中制备活性清除薄膜，并将其应用于新鲜水果保鲜的研究尚未见报道。

本研究旨在开发新型乙烯清除材料，通过熔融共混和吹塑薄膜挤出工艺制备含有原硅藻土（DA）、碱性活化硅藻土（Alk-DA）、KMnO₄、KMnO₄浸渍硅藻土（DA-KMnO₄）以及KMnO₄浸渍碱性活化硅藻土（Alk-DA-KMnO₄）的LDPE复合薄膜，并系统表征其表面形貌、热稳定性、力学性能、光学透过性、气体阻隔性能和乙烯清除能力。同时，研究还评估了优选薄膜对香蕉采后品质（包括颜色变化、硬度、失重率和可溶性固形物）的影响，验证其在延长香蕉货架期方面的有效性。

**2. 研究使用的主要技术方法**

研究人员从泰国叻丕府商业果园采集成熟绿色期的香蕉（*Musa acuminata*）。首先，通过NaOH碱性活化制备Alk-DA，再以KMnO₄溶液浸渍获得Alk-DA-KMnO₄颗粒。采用双螺杆挤出机制备含10 wt%颗粒的母粒，再经单螺杆吹塑挤出制备含1、3、5 wt%颗粒的复合薄膜。采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）表征化学结构，扫描电子显微镜（SEM）观察颗粒分布状态，紫外-可见分光光度计测定光学透过率，热重分析仪（TGA）和差示扫描量热仪（DSC）评估热稳定性与结晶特性，万能试验机测定力学性能，气相色谱（GC-FID）测定乙烯脱除能力，氧气透过率分析仪（OTR）和水蒸气透过率分析仪（WVPR）评估气体阻隔性能。

**3. 研究结果**

**3.1 化学结构与表面形貌。** ATR-FTIR结果表明，硅藻土的特征Si-O-Si伸缩振动峰位于1093 cm^-1，KMnO₄的MnO四面体伸缩振动峰位于902和925 cm^-1，且掺入LDPE后峰位无明显位移，表明KMnO₄与硅藻土之间为物理结合而非化学相互作用。XRD与XRF分析进一步确认了KMnO₄晶体的存在，MnO含量为18.52%–18.72%。SEM观察显示，1 wt%颗粒掺入时分散较均匀，而3 wt%和5 wt%时出现明显团聚现象；含KMnO₄的薄膜团聚程度更高，这与极性KMnO₄与非极性LDPE基质间的相容性差有关。

**3.2 光学性能与热性能。** 随着颗粒含量从1 wt%增加至5 wt%，薄膜透过率逐渐下降。但1 wt% DA和1 wt% Alk-DA薄膜的透过率与纯LDPE无显著差异，保持了良好的光学透明度，有利于食品包装应用。TGA分析表明，所有薄膜均呈现单阶段热降解过程，加入硅藻土后起始降解温度从447 ℃提高至459 ℃，体现了硅藻土的隔热效应；但继续增加颗粒含量并未显著提升热稳定性，归因于团聚降低了有效接触面积。DSC分析显示，加入DA和Alk-DA可提高LDPE的结晶度（%Xc），颗粒起到成核剂作用；但5 wt%高负载量导致颗粒团聚，降低了成核效率。

**3.3 力学性能。** 薄膜的拉伸强度和断裂伸长率均随颗粒含量增加而下降。KMnO₄的掺入加剧了力学性能的劣化：1 wt% DA、1% Alk-DA、1% KMnO₄、1% DA-KMnO₄和1% Alk-DA-KMnO₄分别使拉伸强度下降23.37%、8.74%、36.01%、37.19%和28.94%，断裂伸长率下降38.85%、27.22%、40.70%、30.14%和37.68%。尽管如此，含1 wt%颗粒的DA、Alk-DA和Alk-DA-KMnO₄薄膜拉伸强度保持在15–19 MPa，仍能满足市售生鲜包装LDPE薄膜的力学要求。

**3.4 乙烯清除性能。** 在粉末形态下，Alk-DA-KMnO₄表现出最高的乙烯脱除能力，在24小时内达909.49 ± 29.98 μL/g。碱性活化显著提高了硅藻土的比表面积，从而增强了物理吸附能力。将颗粒掺入LDPE薄膜后，1 wt% Alk-DA-KMnO₄/LDPE和1 wt% DA/LDPE薄膜在48小时内分别实现了373.22 ± 13.83 μL/g和296.58 ± 2.07 μL/g的乙烯脱除量，显著高于纯LDPE薄膜。当颗粒含量增至3 wt%和5 wt%时，乙烯脱除能力反而下降，这与颗粒团聚导致的有效表面积减小和活性位点被聚合物包覆有关。

**3.5 气体阻隔性能。** 与纯LDPE相比，1% DA/LDPE的氧气透过率（OTR）显著增加了131.62%，1% Alk-DA-KMnO₄/LDPE增加了4.42%；两者的水蒸气透过率（WVPR）分别增加了16.92%和8.41%，但差异未达显著水平。硅藻土固有的亲水性（表面丰富的Si-OH基团）与疏水性LDPE基质间界面相容性差，导致界面脱粘和微孔形成，从而削弱了气体阻隔性能。

**4. 香蕉采后品质评价与讨论**

包装实验结果表明，1% DA/LDPE薄膜在延缓香蕉果皮颜色转变方面最为有效，可保持果皮绿色外观直至第10天，而对照组和纯LDPE组在第6天即出现明显黄化。1% Alk-DA-KMnO₄/LDPE薄膜处理的果实处于中间状态，呈现黄绿色（第3阶段）。在失重率方面，所有包装处理的香蕉在第10天均保持在初始重量的2%–3%范围内，而未包装对照组失重接近18%。硬度方面，纯LDPE包装的香蕉在后期软化速率最快，而1% DA/LDPE处理组在整个储存期间硬度下降最慢。可溶性固形物（TSS）方面，1% DA/LDPE包装的香蕉在第10天TSS仅为6.97% Brix，显著低于纯LDPE组的16.63% Brix。

研究人员指出，尽管1% Alk-DA-KMnO₄/LDPE表现出更高的乙烯脱除能力，但1% DA/LDPE在实际香蕉保鲜中效果更优。这可能与其较高的OTR值有关，较高的氧气透过率有利于维持果实的需氧呼吸，避免厌氧代谢引发的生理胁迫；同时较高的WVPR有助于调控包装内湿度，防止水汽凝结导致的果皮软化和腐烂。需要指出的是，本研究未直接测定包装内实际乙烯、O₂和CO₂浓度，因此上述解释仍属推测，尚需进一步实验验证。

**5. 结论**

本研究的结果部分支持了提出的假设。碱性活化提高了硅藻土（Alk-DA）的乙烯脱除能力；Alk-DA-KMnO₄在粉末和LDPE薄膜两种形态下均表现出最高的乙烯脱除性能。将颗粒掺入LDPE后，由于乙烯可及性受到限制，脱除性能有所下降。1% DA/LDPE和1% Alk-DA-KMnO₄/LDPE薄膜的乙烯脱除效率分别为296.58 ± 2.07 μL/g和373.22 ± 13.83 μL/g。在10天储存期内，1% DA/LDPE薄膜最有效地维持了香蕉的各项品质指标，表明较好的保鲜效果并非仅取决于乙烯脱除能力，还受薄膜整体性能的影响。然而，KMnO₄的氧化产物和乙烯质量平衡未被测定，长期基质稳定性、KMnO₄或Mn的迁移量及整体食品接触安全性也未评估，因此这些薄膜仍处于实验室规模阶段，尚不能视为可直接用于食品接触或商业生鲜包装的成品。