食品包装功能化应用的“新宠”——金属有机框架材料（MOFs）

随着全球人口的增长和生活水平的提高，食品安全和保鲜成为人们日益关注的问题。食品包装作为保障食品安全的重要手段，主要功能是保护食品免受外界环境的影响，延长食品的保质期，确保食品安全。尽管食品包装的传统的食品包装材料如塑料、纸张等虽然在一定程度上满足了这些需求，但是在抗菌、抗氧化等方面依然存在局限性。

金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）因其独特的物理和化学性质，在食品包装领域展现出巨大的应用潜力。MOFs作为一种新型的多孔材料，具有高比表面积、可调节的孔径和丰富的表面活性位点，能够有效解决传统包装材料的不足，提高食品包装的综合性能。因此，研究MOFs在食品包装中的应用具有重要的意义和价值。本期，我们将系统地介绍MOFs在食品包装中的功能化应用及其研究进展，旨在为相关领域的研究人员和从业人员提供参考。

金属有机框架材料概述

1、定义与分类

金属有机框架材料（MOFs）是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键连接而成的多孔晶体材料。根据金属离子和有机配体的不同，MOFs可以分为不同的类型，例如ZIFs（Zeolitic Imidazolate Frameworks）、MILs（Materials of Institut Lavoisier）和UiO（University of Oslo）等。这些不同类型的MOFs在结构和性质上各有特点，适用于不同的应用场景。

2、结构特点与性质

MOFs的最大特点是其高度有序的多孔结构和高比表面积。这种结构使得MOFs具有优异的吸附性能，能够有效地吸附气体分子、水分和其他小分子。此外，MOFs还具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以通过改变金属离子和有机配体的种类来调控其孔径和表面性质，从而实现功能化应用。这些特性使MOFs在气体储存、催化、分离和传感等领域展现出广泛的应用前景。

金属有机框架材料在食品包装中的功能

1、增强功能

MOFs的加入可以大大提高纯生物聚合物薄膜的机械性能、耐水性和阻隔性能。这些增强性能有助于提高食品包装的整体质量，延长食品的保质期。

2、释放活性化合物

MOFs可以封装多种生物活性化合物，这些化合物可以在食品保存过程中释放出来，起到抗氧化、抗菌等作用，从而延缓食品变质。

3、指示因子

基于MOFs的功能性薄膜可以用于实时监测食品的新鲜度。例如，MOFs可以与某些化学物质反应，产生颜色变化，从而直观地指示食品是否新鲜。

4、阻隔氧气和水分

MOFs的多孔结构和高比表面积使其能够吸附和阻挡氧气和水分分子，从而可以有效防止食品中的氧化反应和潮湿引起的变质。

5、抗菌性能

MOFs可以通过释放金属离子或有机配体，破坏微生物的细胞膜，从而可以有效抑制细菌和真菌的生长，达到杀菌效果，提高食品的安全性。

金属有机框架材料在食品包装中的应用

1、抗菌剂

食品在储存和运输过程中容易受到微生物的污染，导致食品变质和安全隐患。MOFs因其独特的结构和性质，被广泛研究用于食品包装中的抗菌剂。研究表明，MOFs可以通过释放金属离子、生成活性氧物种（ROS）等方式抑制细菌的生长和繁殖。例如，ZIF-8和ZIF-67等MOFs已被证实对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等多种致病菌具有显著的抗菌效果。此外，MOFs还可以与其他抗菌剂如银纳米粒子、壳聚糖等复合，进一步提高其抗菌性能。

2、氧清除剂

氧气是导致食品氧化变质的主要因素之一。MOFs作为一种高效的氧清除剂，可以通过吸附和反应的方式去除包装内的氧气，从而延长食品的保质期。研究表明，MOFs中的金属离子可以与氧气发生反应，生成稳定的氧化物，从而达到清除氧气的效果。例如，Fe-MOF-74和Cu-BTC等MOFs已被成功应用于食品包装中，显著降低了包装内的氧气浓度，延长了食品的货架寿命。此外，有研究发现凝胶珠（TTO-HKUST-1@ALG）可通过维持活性氧代谢的平衡，有效地提高细胞膜的完整性，且通过抑制细胞壁降解酶的活性，能够延缓细胞壁结构的降解和鲜切菠萝的软化。

3、乙烯清除剂

乙烯是一种植物激素，能够促进水果和蔬菜的成熟和衰老。在食品储存过程中，乙烯的积累会导致食品过早成熟和腐烂。MOFs作为一种高效的乙烯清除剂，可以通过吸附和催化分解的方式去除包装内的乙烯，从而延长食品的保鲜期。研究表明，MOFs中的金属离子和有机配体可以与乙烯发生反应，生成稳定的产物，从而达到清除乙烯的效果。例如，MIL-101（Cr）和HKUST-1等MOFs已被成功应用于水果和蔬菜的保鲜包装中，显著延长了其保鲜期。

近年来，MOFs在食品包装中的应用研究取得了显著进展。例如，有研究将ZIF-8与壳聚糖复合，制备了一种具有优异抗菌性能的食品包装膜，显著提高了食品的保质期。此外，也有研究将Fe-MOF-74与聚乳酸复合，制备了一种具有高效氧清除能力的食品包装材料，显著降低了包装内的氧气浓度。值得注意的是，有些研究将MOFs与智能传感器结合，能够实现了食品包装的智能化，且能够实时监测食品的品质变化，有助于及时发现潜在的安全隐患。

随着材料科学和食品科学的不断发展，MOFs在食品包装中的应用前景广阔。未来的研究方向主要包括：

1）开发低成本、高性能的MOFs制备方法，降低其应用成本；

2）提高MOFs的稳定性和机械强度，使其更好地适应食品包装环境；

3）评估MOFs在食品包装中的安全性，确保其不会对食品造成污染；

4）探索MOFs与其他功能材料的复合，实现多功能化的食品包装材料；

5）结合智能传感器技术，实现食品包装的智能化，提高食品安全和保鲜效果。

总结

总的来说，金属有机框架材料（MOFs）因其独特的物理和化学性质，在食品包装中展现出了巨大的应用潜力。通过作为抗菌剂、氧清除剂以及乙烯清除剂，MOFs能够显著提高食品包装的综合性能，延长食品的保质期，确保食品安全。尽管目前仍然面临一些问题和挑战，但随着研究的不断深入和技术的进步，MOFs在食品包装中的应用前景广阔，有望成为未来食品包装材料的重要发展方向！

作者简介：

辛夷，主要从事食品安全、食品包装与加工管理工作。