隨著全球人口的增長和生活水平的提高，食品安全和保鮮成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。食品包裝作為保障食品安全的重要手段，主要功能是保護(hù)食品免受外界環(huán)境的影響，延長食品的保質(zhì)期，確保食品安全。盡管食品包裝的傳統(tǒng)的食品包裝材料如塑料、紙張等雖然在一定程度上滿足了這些需求，但是在抗菌、抗氧化等方面依然存在局限性。

金屬有機(jī)框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在食品包裝領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。MOFs作為一種新型的多孔材料，具有高比表面積、可調(diào)節(jié)的孔徑和豐富的表面活性位點(diǎn)，能夠有效解決傳統(tǒng)包裝材料的不足，提高食品包裝的綜合性能。因此，研究MOFs在食品包裝中的應(yīng)用具有重要的意義和價(jià)值。本期，我們將系統(tǒng)地介紹MOFs在食品包裝中的功能化應(yīng)用及其研究進(jìn)展，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和從業(yè)人員提供參考。

金屬有機(jī)框架材料概述

1、定義與分類

金屬有機(jī)框架材料（MOFs）是由金屬離子或金屬簇與有機(jī)配體通過配位鍵連接而成的多孔晶體材料。根據(jù)金屬離子和有機(jī)配體的不同，MOFs可以分為不同的類型，例如ZIFs（Zeolitic Imidazolate Frameworks）、MILs（Materials of Institut Lavoisier）和UiO（University of Oslo）等。這些不同類型的MOFs在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上各有特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場景。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)

MOFs的最大特點(diǎn)是其高度有序的多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積。這種結(jié)構(gòu)使得MOFs具有優(yōu)異的吸附性能，能夠有效地吸附氣體分子、水分和其他小分子。此外，MOFs還具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以通過改變金屬離子和有機(jī)配體的種類來調(diào)控其孔徑和表面性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)功能化應(yīng)用。這些特性使MOFs在氣體儲(chǔ)存、催化、分離和傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。

金屬有機(jī)框架材料在食品包裝中的功能

1、增強(qiáng)功能

MOFs的加入可以大大提高純生物聚合物薄膜的機(jī)械性能、耐水性和阻隔性能。這些增強(qiáng)性能有助于提高食品包裝的整體質(zhì)量，延長食品的保質(zhì)期。

2、釋放活性化合物

MOFs可以封裝多種生物活性化合物，這些化合物可以在食品保存過程中釋放出來，起到抗氧化、抗菌等作用，從而延緩食品變質(zhì)。

3、指示因子

基于MOFs的功能性薄膜可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)食品的新鮮度。例如，MOFs可以與某些化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，產(chǎn)生顏色變化，從而直觀地指示食品是否新鮮。

4、阻隔氧氣和水分

MOFs的多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積使其能夠吸附和阻擋氧氣和水分分子，從而可以有效防止食品中的氧化反應(yīng)和潮濕引起的變質(zhì)。

5、抗菌性能

MOFs可以通過釋放金屬離子或有機(jī)配體，破壞微生物的細(xì)胞膜，從而可以有效抑制細(xì)菌和真菌的生長，達(dá)到殺菌效果，提高食品的安全性。

金屬有機(jī)框架材料在食品包裝中的應(yīng)用

1、抗菌劑

食品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中容易受到微生物的污染，導(dǎo)致食品變質(zhì)和安全隱患。MOFs因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，被廣泛研究用于食品包裝中的抗菌劑。研究表明，MOFs可以通過釋放金屬離子、生成活性氧物種（ROS）等方式抑制細(xì)菌的生長和繁殖。例如，ZIF-8和ZIF-67等MOFs已被證實(shí)對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等多種致病菌具有顯著的抗菌效果。此外，MOFs還可以與其他抗菌劑如銀納米粒子、殼聚糖等復(fù)合，進(jìn)一步提高其抗菌性能。

2、氧清除劑

氧氣是導(dǎo)致食品氧化變質(zhì)的主要因素之一。MOFs作為一種高效的氧清除劑，可以通過吸附和反應(yīng)的方式去除包裝內(nèi)的氧氣，從而延長食品的保質(zhì)期。研究表明，MOFs中的金屬離子可以與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成穩(wěn)定的氧化物，從而達(dá)到清除氧氣的效果。例如，Fe-MOF-74和Cu-BTC等MOFs已被成功應(yīng)用于食品包裝中，顯著降低了包裝內(nèi)的氧氣濃度，延長了食品的貨架壽命。此外，有研究發(fā)現(xiàn)凝膠珠（TTO-HKUST-1@ALG）可通過維持活性氧代謝的平衡，有效地提高細(xì)胞膜的完整性，且通過抑制細(xì)胞壁降解酶的活性，能夠延緩細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的降解和鮮切菠蘿的軟化。

3、乙烯清除劑

乙烯是一種植物激素，能夠促進(jìn)水果和蔬菜的成熟和衰老。在食品儲(chǔ)存過程中，乙烯的積累會(huì)導(dǎo)致食品過早成熟和腐爛。MOFs作為一種高效的乙烯清除劑，可以通過吸附和催化分解的方式去除包裝內(nèi)的乙烯，從而延長食品的保鮮期。研究表明，MOFs中的金屬離子和有機(jī)配體可以與乙烯發(fā)生反應(yīng)，生成穩(wěn)定的產(chǎn)物，從而達(dá)到清除乙烯的效果。例如，MIL-101（Cr）和HKUST-1等MOFs已被成功應(yīng)用于水果和蔬菜的保鮮包裝中，顯著延長了其保鮮期。

近年來，MOFs在食品包裝中的應(yīng)用研究取得了顯著進(jìn)展。例如，有研究將ZIF-8與殼聚糖復(fù)合，制備了一種具有優(yōu)異抗菌性能的食品包裝膜，顯著提高了食品的保質(zhì)期。此外，也有研究將Fe-MOF-74與聚乳酸復(fù)合，制備了一種具有高效氧清除能力的食品包裝材料，顯著降低了包裝內(nèi)的氧氣濃度。值得注意的是，有些研究將MOFs與智能傳感器結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)了食品包裝的智能化，且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)食品的品質(zhì)變化，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。

隨著材料科學(xué)和食品科學(xué)的不斷發(fā)展，MOFs在食品包裝中的應(yīng)用前景廣闊。未來的研究方向主要包括：

1）開發(fā)低成本、高性能的MOFs制備方法，降低其應(yīng)用成本；

2）提高MOFs的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，使其更好地適應(yīng)食品包裝環(huán)境；

3）評(píng)估MOFs在食品包裝中的安全性，確保其不會(huì)對(duì)食品造成污染；

4）探索MOFs與其他功能材料的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)多功能化的食品包裝材料；

5）結(jié)合智能傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)食品包裝的智能化，提高食品安全和保鮮效果。

總結(jié)

總的來說，金屬有機(jī)框架材料（MOFs）因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在食品包裝中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。通過作為抗菌劑、氧清除劑以及乙烯清除劑，MOFs能夠顯著提高食品包裝的綜合性能，延長食品的保質(zhì)期，確保食品安全。盡管目前仍然面臨一些問題和挑戰(zhàn)，但隨著研究的不斷深入和技術(shù)的進(jìn)步，MOFs在食品包裝中的應(yīng)用前景廣闊，有望成為未來食品包裝材料的重要發(fā)展方向！

作者簡介：

辛夷，主要從事食品安全、食品包裝與加工管理工作。