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加州大学戴维斯分校孙刚、王鲁昕教授团队AFM：食品级可降解抗菌制冷剂

高分子科技

2022-04-06

导读：一种基于明胶水凝胶的新型冷冻介质，具有良好的耐用性、与普通冰块相当的吸热能力，以及可重复利用、抗微生物生长、可降解堆肥等特点...

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冰在食品保鲜中有重要的应用。然而在食物储存、运输等过程中，冰块的融化导致的融水蔓延容易引起食物的交叉污染，从而影响消费者健康、引起食物浪费。此外，医药、运输等行业对冰及类似吸热材料也有巨大的需求；解决融水问题对保证产品的安全与质量也至关重要。因此，在不引入塑料包装、保持优良的保冷效果的前提下的情况下解决融水引起的交叉污染问题具有重大意义。

加州大学戴维斯分校（UC Davis）孙刚与王鲁昕团队在此方向的系列研究中报道了一种基于明胶水凝胶的新型冷冻介质。在最新研究中，这种新型冰块（JICs）具有良好的耐用性、与普通冰块相当的吸热能力，以及可重复利用、抗微生物生长、可降解堆肥等特点。研究人员通过结合物理交联与基于一种维生素K衍生物（亚硫酸氢钠甲萘醌，MSB）的光交联方法提升了JICs的力学性能以增强其耐用性，并通过MSB的光活性实现了稳定的抑制微生物生长的功能。该研究以《Novel Robust, Reusable, Microbial-Resistant, and Compostable Protein-Based Cooling Media》为题发表在Advanced Functional Materials上。该文章的第一作者为UC Davis生物系统工程博生生邹佳晗，通讯作者为食品科学与技术学院王鲁昕教授及生物与农业工程系孙刚教授。

图1. JICs制备-使用-降解的示意图及机理

图2. MSB引发JICs光交联的机理分析与实验验证

本文对基于MSB的光化学交联进行了理论计算；在光交联后，明胶的分子量及其溶液黏度均有显著增加（图2）。实验显示，JICs在合适的物理与化学交联处理后，力学性能获得了大幅提升（图3）。在模拟实际条件的10轮冷冻-化冻实验中，联合交联处理的JICs均维持了优良的吸热能力与力学性能及稳定的宏观与微观结构（图4），且能在光照下持续生成多种氧化性物质，并由此对常见致病性真菌及细菌产生广泛的抑制（图5）。此外，番茄育苗实验显示MSB的添加并未影响JICsb被土壤降解能力（图5）。