IF=11!江苏大学郭志明教授课题组Top期刊成果:鲜切水果新鲜度的Co-MOF可视化实时原位监测薄膜
Food Hydrocolloids
●近日,江苏大学郭志明教授课题组在国际Top期刊《Food Hydrocolloids》(Q1,IF2023=11.0)上发表了题为“Enhanced composite Co-MOF-derived sodium carboxymethyl cellulose visual films for real-time and in situ monitoring fresh-cut apple freshness”的研究论文。该研究第一作者为江苏大学食品与生物工程学院博士研究生张浙鹏,通讯作者为江苏大学食品与生物工程学院郭志明教授,瑞典乌普萨拉大学的Hesham R. El-Seedi教授、阿根廷布宜诺斯艾利斯大学的Stella M. Alzamora院士和Paula L. Gómez教授也参与了论文的研究工作。该研究揭示了多功能纳米Co-MOF填料在食品智能包装领域中的创新应用,获国家重点研发计划国际合作项目(2023YFE0107100)等资助。
鲜切水果市场已成为便捷食品行业新风口新赛道,市场规模将近3万亿元。随着生活节奏加快和营养健康消费重视,即食、便捷、营养的鲜切水果消费占比快速增长。对整果进行清洗、去皮、去核、冷藏等操作后包装组合售卖,保留了其营养成分、独特风味及新鲜度,通过连续化、规模化生产加工实现降本增效。鲜切水果因其营养丰富和组织损伤易受到细菌、真菌、和病菌的侵染,导致产品质量的显著下降,表现为果肉褐变和呼吸速率加剧,也加速了产品新鲜度的降低。水果新鲜度和营养价值也是消费者在选购果切产品时最关注的因素。因此,研发一种成本效益高、非侵入式的可视化监测技术,用于评估鲜切水果的新鲜度是非常迫切的。
天然生物类聚合材料因其可再生、易获得、低成本和优异的加工特性,在智能食品包装中得到了广泛关注。近年来,纳米复合材料在聚合物基材上的集成或嵌入以提高包装材料的性能引起了重视。本研究通过制备负载酚红(PR)或溴百里酚蓝(BTB)的不规则球形钴基金属有机框架(Co-MOF),得到纳米复合材料Co-MOF/PR和Co-MOF/BTB。然后,将该材料均匀混入羧甲基纤维素钠(CMC-Na)基底中,制备了CO2响应包装材料(CMC-Na/PR/Co-MOF和CMC-Na/BTB/Co-MOF),实现了鲜切水果新鲜度的实时、原位可视化监测。
本文探讨了添加Co-MOF后CMC-Na基薄膜表现出优异的防水性、时间-温度稳定性和力学性能。值得注意的是,Co-MOF基复合膜表现出增强的紫外-可见光阻隔性、染料的抗迁移性能和热稳定性。最后,Co-MOF基薄膜的总色差值(ΔE)与鲜切富士苹果的硬度和总可溶性固形物(TSS)分别存在显著的线性响应(R2=0.9923和0.9781)。研究结果表明,含多功能MOF纳米填料的CMC-Na基复合膜作为可视化监测手段具有巨大应用潜力。
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成果介绍
研究亮点
● 通过溶剂热和阴离子交换原理成功合成了Co-BTC MOF
● MOF独特的颜色和吸附性能改善了染料的颜色分级
● 多功能Co-MOF填料增强了薄膜的物理性能
● CMC-Na基薄膜的ΔE与FH和TSS表现出较强的相关性
研究结论
证实了Co-MOF的成功制备以及MOF与两种染料(PR或BTB)的相互作用。
Co-MOF/PR和Co-MOF/BTB复合物与CMC-Na中的三维网络链之间的氢键和静电相互作用未使薄膜原始内部发生结构损伤。
Co-MOF填料还改善了CMC-Na包装膜的防潮性、热稳定性、染料的抗迁移性能以及紫外可见光阻隔性。
建立了薄膜ΔE与FH(R2=0.9923)和TSS(R2=0.9769)的线性相关性,为实时监测鲜切苹果鲜度提供了实用方法。
图文赏析
方案. (a) Co-BTC MOF的合成方案,(b) Co-MOF与PR和BTB的交互示意图,(c) CMC-Na基复合膜的制备工艺,(d)增强效果,(e) CO2响应,(f)包装试验
图2. Co-MOF、Co-MOF/PR和Co-MOF/BTB的表征和颜色响应
图3. CMC-Na薄膜的表征和性能测试
图4. 薄膜颜色响应和苹果鲜切测试
图5. 薄膜的包装测试及其ΔE与FH和TSS的相关性
参考文献
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110475
专家/团队介绍
郭志明,博士,现为江苏大学食品与生物工程学院教授、博士生导师,专注于食品品质安全的分子光谱快速无损感知技术与智能加工装备研究。入选农业农村部首批“神农青年英才”和江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师等,也是全国高校黄大年式教师团队“食品无损检测与智能加工装备教师团队”骨干和国家现代农业(苹果)产业技术体系智能检测与分级岗位团队骨干。兼任江苏省食品科学与技术学会理事兼副秘书长、中国食品科学技术学会果蔬加工技术分会理事、中国农业机械学会农副产品加工机械分会副秘书长、中国苹果产业协会理事等。近年主持了国家重点研发计划(项目、课题和任务)、国家自然科学基金(面上和青年)、江苏省重点研发计划、江苏省产学研合作项目等国家/省部级项目近20项。申请专利60余件,已授权发明专利38件,登记软著8件;发表SCI检索论文80余篇,其中ESI高被引论文6篇。研究成果获教育部自然科学二等奖、江苏省科学技术一等奖和中国商业联合会科技进步特等奖等。
张浙鹏,江苏大学2023级博士研究生,主要研究方向包括食品智能包装技术、食品可视化无损检测技术、纳米MOF材料在食品中的应用等,目前以第一作者在Food Hydrocolloids和Food Chemistry等国际期刊发表论文4篇,申请发明专利1件。
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