该研究小组在《Food Packaging and Shelf Life》杂志上发表了一篇题为“微环境程序化自激活级联化学动力抗菌包装膜,具有近红外调控催化活性,用于延长食品保存”的研究性论文。本文第一作者平医亚硕士,通讯作者王建龙教授。第一作者来自西北农林科技大学。
根据统计数据,每年约有14%的全球食品在从收获到零售的供应链中丢失。微生物污染驱动的腐败和质量劣化成为主要罪魁祸首,不仅加剧经济损失和资源枯竭,还加剧了与食源性病原体相关的公共卫生风险。幸运的是,随着纳米技术的突破性发展,纳米酶技术协同整合了天然酶-模拟催化特性与纳米级结构优势。在各种纳米酶拟态中,过氧化物酶样纳米酶可以催化H2O2生成高度反应的·OH自由基导致细胞膜脂质过氧化并破坏酶活性位点,从而展现出广谱且高效的抗菌性能。然而,基于纳米酶的抗菌技术在食品保存中的转化应用仍受到四个关键障碍的限制:(i)对外源过氧化氢的依赖与大多数食品保存情景相冲突;(ii)单组分纳米酶催化效率不足以有效进行食品系统消毒;(iii)由于特定反应微环境导致的载体相容性限制;(iv)严格的安全标准使常规配方不合格。因此,理性工程化的纳米反应器集成载体矩阵成为一种战略解决方案,同时解决底物可用性限制、催化效率低效和生物相容性挑战,从而为克服纳米酶驱动食品保存技术的关键障碍奠定变革性路径。
基于以上挑战,本研究通过将氯原酸(CGA)作为酚配体与铁离子结合,精心设计了一个微环境驱动和光调控的催化纳米平台2),构造一个多功能CaO2@CAFe填充剂。这一创新被战略性地集成到精确设计的壳聚糖(CS)薄膜基质中,提供了纳米酶激活所需的微酸性微环境,开创了绿色、安全、可持续且高效的多模态协同抗菌包装范式(CCF-CS),旨在延长食品保质期。在该系统中,多功能CaO2@CAFe纳米颗粒可自发水解生成过氧化物酶样反应所需的过氧化氢底物,通过级联反应实现“底物自供”。同时,辅助轻度光热相互作用利用“热启动-ROS放大-催化增强”调控级联,通过精确协调的多模态配位机制对致病微生物产生协同热化学动力损伤。采用多种表征和分析技术验证CaO2@CAFe的成功合成并系统性研究了功能性填充剂,以及包装膜在掺入后物理化学的坚固性、抗菌效力和保存效能的提升。此外,考虑到应用领域的特殊性,CaO2@CAF的生物安全性接受了评估。