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兰州理工大学任海伟教授团队：兼具缓冲/抗菌功效的 BC/MOF 复合气凝胶定向构筑及其对鲜食葡萄的保鲜效果
发布时间：
2026-02-22
来源：
科学私享
为解决鲜食葡萄采后贮藏运输中机械损伤与微生物侵染问题，兰州理工大学任海伟教授团队以疏水改性细菌纤维素（BC）气凝胶为基底，原位生长MOF（ZIF-8）构建协同体系，制备出兼具缓冲与抗菌功能的可降解BC/MOF复合气凝胶，破解现有包装材料难以满足葡萄多重保鲜性能的痛点。ZIF-8中Zn²⁺与硅烷醇功能化BC表面羟基配位，赋予材料优良力学性能，最大抗压强度669.41kPa；15天保鲜试验表明，其包装葡萄失重率仅1.3%，且可缓解生物胁迫导致的细胞膜脂质过氧化损伤，调控LOX、POD酶活性。该气凝胶可显著抑制灰葡萄孢菌（B. cinerea）等腐败微生物，结合三维网络结构的物理防护，形成抗菌-缓冲双重保鲜机制，实现高效保鲜，为果蔬保鲜包装及多功能气凝胶协同设计提供新思路。
DOI：https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2026.111995
文章导读
一、研究背景与目标
l 问题：鲜食葡萄产后储运易受机械损伤与微生物侵染，储运损失约达20%以上；现有保鲜包装存在明显局限——石油基材料难降解、生物基气凝胶缺乏抗菌性、单一抗菌包装无缓冲能力，均无法满足葡萄综合保鲜需求。
l 核心科学问题：构建兼具多重功能的复合气凝胶，实现葡萄产后协同保鲜，契合绿色包装发展趋势。
二、研究设计与技术路线
l BC/MOF复合气凝胶原位合成：将MTMS改性BC气凝胶浸入ZIF-8反应溶液，实现ZIF-8在BC网络中均匀分散，借助配位作用形成稳固复合结构。
l 性能与保鲜机制研究：表征复合气凝胶理化性能；对葡萄通过常温储存实验评价保鲜效果，阐明双重保鲜机制与环境相容性
三、核心研究结果
l 结构与性能表征：SEM显示ZIF-8均匀负载于BC孔隙中，维持多孔特性；BC/MOF气凝胶80%应变下最大抗压强度达669.41 kPa，紫外透过率低至23.85%，疏水性能与热稳定性显著提升，满足葡萄保鲜需求。
l 抗菌性能：BC/MOF复合气凝胶对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌灰葡萄孢菌具有良好的抑制作用。
l 葡萄保鲜效果：BC/MOF气凝胶在常温下可将葡萄保鲜期延长至15天；可抑制PPO、LOX活性及MDA积累，稳定果实营养与风味，缓解生物胁迫导致的细胞膜脂质过氧化损伤。
l 生物降解性：土壤掩埋90天后，BC/MOF气凝胶降解率超90%，环境相容性优良。
四、保鲜机制与学术创新
1. 协同保鲜机制
依托“物理缓冲+抗菌抑菌”协同作用：气凝胶三维网络缓解葡萄储运中的机械损伤，ZIF-8实现广谱抗菌，疏水与紫外屏蔽性能调控果实储存微环境，延缓果实劣变，形成双重保鲜机制。
2. 学术创新点
l 原位生长策略有效解决复合气凝胶中ZIF-8负载不均的关键问题；
l 集成缓冲、抗菌、紫外屏蔽、可降解四大功能，突破传统包装单一性能局限；
l 葡萄保鲜效果优异，为果蔬产后保鲜提供新型技术路径。
五、研究意义与应用前景
研究突破生物基气凝胶功能单一的局限，采用MOF与生物基材料协同应用理论，为果蔬保鲜包装绿色化、功能化发展提供技术支撑。该材料可适配多种果蔬保鲜，有望替代传统石油基包装材料，契合“双碳”目标，应用前景广阔。
图文赏析
示意图1. BC/MOF复合气凝胶的制备及其在葡萄保鲜中的应用
第一作者：杜嘉仪
杜嘉仪，兰州理工大学2024级生物工程专业硕士研究生。主要研究方向为生物基纳米材料的开发及在果蔬采后机制调控中的研究，以第一作者在中科院一区TOP期刊发表文章1篇，参与发明专利1项，曾获研究生国家奖学金等荣誉。
通讯作者：杨伟霞
杨伟霞，兰州理工大学生命科学与工程学院副教授，硕士生导师。主要开展基于纳米材料对食品中危害因子的去除研究，构建对食品中危害因子具有高亲和性的安全纳米吸附剂，开发基于纳米材料的食品安全技术。参与国家自然科学基金面上项目1项，陕西省重点研发计划项目1项，国家自然科学基金地区科学基金项目1项。以第一作者在Chemical Engineering Journal，Journal of Hazardous Materials，Food Control等期刊发表文章5篇，参与发表论文10余篇。
通讯作者：任海伟
任海伟，男，博士，教授（三级），博士生导师，兰州理工大学生命科学与工程学院院长，甘肃省食药资源开发与生物制造行业技术中心主任，甘肃省领军人才，首批陇原青年英才，陇原青年创新创业人才，第十五批“西部之光访问学者”，中国科学院“西部青年学者”，甘肃省青年教师成才奖获得者，甘肃省高等学校创新创业教育名师，甘肃省创新创业教育示范专业负责人，甘肃省省级教学团队负责人，甘肃省科技特派员，甘肃省科普专家，金城首席科普专家。兼任中国治沙暨沙业学会文冠果及木本油料专业委员会副主任委员，中国食用菌协会羊肚菌产业分会副主任委员，《食品工业科技》《食品研究与开发》等期刊编委，《Green Carbon》《农业工程学报》青年编委等。主要从事地理标志农产品资源深度开发与功能评价、新型绿色智能（活性）食品包装材料、生物质生化转化与生物能源、浓香型白酒酿造微生物代谢工程等研究，主持完成国家自然科学基金、中国博士后科学基金（特别和一等面上）、甘肃省自然科学基金重点项目、甘肃省重点研发计划项目等20余项，发表学术论文120余篇，其中SCI/EI收录50余篇，授权发明专利16件，授权实用新型专利和软件著作权40余件，获中国商业联合会科技进步一等奖、甘肃省科技进步二等奖等奖励12项。作为负责人完成甘肃省教学成果培育项目3项，荣获甘肃省教学成果二等奖和甘肃省高校教师教学创新大赛二等奖各1项，荣获学校“教学名师”“师德标兵”“教学优秀奖”“红柳优秀导师”等荣誉。
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