导读
南京农业大学郑永华教授在化工领域顶刊《Chemical Engineering Journal》发表研究论文《Nanocellulose-based gel film active packaging with integrated highly sensitive monitoring and preservation》。研究创新性采用"冷热交替干燥法"，以纳米纤维素为基质，负载氨基修饰ZIF-8锚定的反式-2-己烯醛与花青素显色剂，构建兼具高灵敏度监测与高效保鲜功能的智能活性包装膜。该包装膜不仅实现了活性物质的可控缓释和对腐败挥发物的超灵敏检测，还在蓝莓、猪肉等多种食品体系中验证了优异的保鲜效果与实时质量指示能力，为多功能食品智能包装开发开辟了新方向。
成果介绍
随着消费者对食品安全与品质感知要求的不断提升，传统食品包装已难以满足现代供应链中保鲜与腐败检测的双重需求。现有活性包装与智能包装研究普遍存在活性成分稳定性不足、释放行为不可控、保鲜与可视化检测功能融合度差等关键问题。本研究另辟蹊径，以可再生纳米纤维素为骨架，依托MOF材料的多孔结构与天然活性物质的功能特性，通过冷热交替干燥工艺精准调控膜的微观结构，成功构建了集高效保鲜、智能指示、可控释放于一体的多功能凝胶膜包装材料，为食品智能包装领域提供了全新的技术范式。
团队首先通过一步法合成氨基修饰的ZIF-8（ZIF-8-NH₂），利用席夫碱反应将天然抗菌物质反式-2-己烯醛（E2H）共价锚定于MOF表面，有效解决了E2H易挥发、稳定性差的难题。体外释放实验表明，ZIF-8-NH₂@E2H中E2H的释放速率显著减缓，168小时累积释放率约为80%，而游离E2H在24小时内释放率即接近90%，实现了活性物质的长效缓释。随后，研究团队将ZIF-8-NH₂@E2H复合抗菌剂、花青素pH指示剂与纳米纤维素基质共混，创新性采用"冷热交替干燥法"制备凝胶膜：加热阶段促进组分聚集与初始网络形成，冷却阶段冰晶生长调控内部孔道结构，冷冻干燥后冰晶升华留下多孔空间。通过优化预干燥时间，获得的CMEH-8凝胶膜具有均匀有序的三维多孔网络结构，比表面积达72 m²/g，既为功能组分提供了充足的负载空间，又显著增强了气体分子的传输与响应性能。
研究深入阐释了凝胶膜的双重功能机制。保鲜层面，ZIF-8-NH₂的尖锐表面造成细胞膜物理损伤，缓慢释放的锌离子干扰细菌关键酶活性与DNA复制，E2H则通过诱导氧化应激、破坏细胞膜完整性进一步强化杀菌效果，三者协同实现对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等食源性致病菌以及交链孢霉、根霉等真菌的广谱抑制，同时兼具优异的抗氧化活性。监测层面，高度多孔的三维网络为腐败挥发物提供了丰富的吸附位点，显著提升了花青素对酸性/碱性气体的响应灵敏度，对碱性挥发物的检测限低至1 mM，且颜色变化梯度明显，可直观反映食品腐败进程。此外，凝胶膜还展现出优异的机械性能，50次压缩循环后最大压缩力仅下降8.3%，同时具备良好的耐水性、水汽透过性与土壤可降解性，120天降解率超90%，符合可持续发展要求。
实际应用验证结果显示，该凝胶膜在多种食品体系中均表现出色。在20°C蓝莓贮藏实验中，CMEH组有效抑制呼吸强度上升，延缓果实硬度下降与营养成分流失，保持良好的外观品质与风味特征，货架期显著延长；膜颜色随贮藏时间从深紫渐变为粉红，与蓝莓品质下降趋势高度一致。在4°C猪肉保鲜实验中，CMEH组将TVB-N值控制在国标限值内长达15天，较对照组延长食用期约10天，同时有效抑制脂肪氧化与微生物增殖，重量损失率控制在1.5%以内；膜颜色随腐败进程从亮紫转变为蓝绿色，ΔE值与TVB-N、菌落总数呈强正相关（R²分别达0.9928和0.9515），可准确指示肉品新鲜度。
整体而言，这款纳米纤维素基凝胶膜制备工艺绿色简单、功能集成度高、适用范围广，兼具长效保鲜与智能监测双重功能，综合性能远超传统包装材料。该成果不仅为蓝莓、猪肉等易腐食品提供了高效、可视化的保鲜解决方案，也为纳米纤维素基多功能食品包装材料的设计与开发提供了重要的理论支撑与实践指导，在活性包装与智能新鲜度监测领域展现出广阔的应用前景。
图文鉴赏
Scheme 1. Preparation process of composite nanocellulose-based gel film and its application in the preservation and color change performance of blueberries and pork.
Fig. 2. Schematic diagram of the antibacterial mechanism of antimicrobial agents (A), SEM images of E. coli and S. aureus after different treatments (B), membrane permeability test of E. coli through ONPG method (C), protein leakage (D), RNA leakage (E), lipid peroxidation (F), anti-biofilm activity (G).
Fig. 7. The apparent diagram of the influence of different groups (CN, CM, CME and CMEH) on the quality of pork under 4 change (B), quality changes of pork during storage: weight loss rate (C), TBA (D), TVB-N (E), pH(F), TVC (G).
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175594
