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革新食品保鮮！上海海洋大學教授研發出99.999%高效抑菌材料

文章來源：賢集網更新時間：2024-09-18 15:56:59

上海海洋大學食品學院教授謝晶、副教授丁兆陽開發出具有增強光動力性能的金屬有機框架材料，能夠在多種環境下具備高效抑菌和殺菌能力，在實際應用中滅菌率達到了99.999%，有助于系列功能材料的開發，為食品抑菌保鮮提供新型納米材料平臺。

一、研究背景與重要性

在當今食品行業中，保鮮技術的發展至關重要。食品保鮮業普遍采用光動力失活（PDI）產生活性氧滅菌的冷殺菌法，其中 Ⅱ 型活性氧對食品中的微生物滅活效果顯著。然而，這種殺菌方法的效果受到多種因素的影響，如氧氣濃度、細菌類型和自身結構等。因此，設計和改進 Ⅱ 型光動力殺菌材料成為了食品保鮮領域的關鍵問題。謝晶教授和丁兆陽副教授的研究正是針對這一關鍵問題展開，為食品保鮮提供了新的解決方案。

二、材料特性與優勢

1、高效抑菌和殺菌能力

開發出的具有增強光動力性能的金屬有機框架材料在多種環境下展現出高效的抑菌和殺菌能力，實際應用中的滅菌率高達 99.999%。這一卓越的性能源于材料的獨特結構和組成。金屬有機框架材料具有高度有序的孔隙結構，能夠有效地吸附和固定活性氧，提高其局部濃度，從而增強殺菌效果。同時，材料中的光活性成分能夠在光照下產生活性氧，對細菌進行快速滅活。

2、雙配體策略協同抗菌

采用雙配體策略研發的新型光動力金屬有機框架，充分發揮了卟啉和甘草酸銨的協同抗菌作用。卟啉具有膜破壞能力，能夠直接攻擊細菌的細胞膜，使其結構受損；而甘草酸銨則能抑制細菌膜合成，從源頭上阻止細菌的生長和繁殖。兩者結合，大大增強了材料的抗菌效果，即使在缺乏光照和氧氣的條件下，也能發揮出色的殺菌作用。

3、提高 Ⅱ 型活性氧產量

通過充分利用甘草酸銨的特性，大幅提高了 Ⅱ 型活性氧的產量。Ⅱ 型活性氧是光動力殺菌的關鍵物質，其產量的增加直接提高了殺菌效果。甘草酸銨能夠與卟啉形成穩定的復合物，增強卟啉的光吸收能力，從而提高 Ⅱ 型活性氧的產生效率。此外，材料的孔隙結構也有助于提高活性氧的擴散速度，使其能夠更快速地到達細菌表面，發揮殺菌作用。

4、無細胞毒性和金屬逸出

該新型光動力抑菌材料無細胞毒性、無金屬逸出，符合國家標準。這意味著該材料在應用于食品保鮮時，不會對人體健康造成任何危害，具有良好的生物安全性。材料的無細胞毒性主要得益于其選擇的無毒成分和合理的設計。金屬有機框架材料中的金屬離子通常被有機配體包裹，形成穩定的結構，不易逸出，從而避免了對人體細胞的毒性作用。

5、延長食品貨架期

在實際應用中，雞毛菜的貨架期被延長了 5 天以上，生鮮魚片的貨架期被延長了 3 天以上。這一顯著的效果表明，該材料能夠有效地延長食品的保鮮期，減少食品的浪費，提高食品的經濟效益。材料的保鮮作用主要通過抑制微生物的生長和繁殖來實現。同時，材料還能夠保持食品的營養成分和口感，提高食品的品質。

三、應用前景與影響

1、食品保鮮領域的應用

為食品抑菌保鮮提供了新型納米材料平臺。該材料可以廣泛應用于水果、蔬菜、水產品等多種食品的保鮮，有效抑制微生物的生長，延長食品的貨架期。這將為食品行業帶來新的發展機遇，提高食品的質量和安全性，滿足消費者對新鮮、健康食品的需求。例如，在水果保鮮中，該材料可以防止水果表面的細菌滋生，延緩水果的腐爛速度，保持水果的新鮮度和口感。在水產品保鮮中，材料可以抑制細菌的生長，減少水產品的異味和變質，延長水產品的保質期。

2、、材料科學領域的貢獻

這項研究通過最大限度地利用配體的協同效應和個體特性實現 “1+1>2”，為金屬有機框架設計的功能化提供了新方法。這一創新的設計理念將為材料科學領域的研究提供新的思路和借鑒，推動新型功能材料的開發和應用。未來，可能會有更多基于這種設計策略的高性能材料涌現，為各個領域的發展提供支持。例如，在環境治理領域，類似的材料可以用于吸附和降解污染物，凈化環境；在生物醫藥領域，材料可以作為藥物載體，實現精準治療。

3、社會和經濟效益

該研究成果的應用將帶來顯著的社會和經濟效益。在社會方面，延長食品的貨架期可以減少食品浪費，提高食品資源的利用效率，有助于解決全球糧食短缺問題。同時，安全、高效的食品保鮮技術也能夠保障人們的飲食健康，提高生活質量。在經濟效益方面，食品保鮮技術的提升可以降低食品行業的成本，提高企業的競爭力。此外，新型材料的開發和應用還將帶動相關產業的發展，創造更多的就業機會。

總之，上海海洋大學食品學院謝晶教授和丁兆陽副教授開發的具有增強光動力性能的金屬有機框架材料是一項具有重大突破的研究成果。它不僅在食品保鮮領域具有廣闊的應用前景，還為材料科學的發展做出了重要貢獻。相信在未來，這一研究成果將為人們的生活帶來更多的便利和福祉。

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