《Food Research International》：Fabrication and characterization of ethyl cellulose/Zein-based multifunctional composite film integrated with cinnamaldehyde-loaded Mg-gallic acid-MOF for pork preservation
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新型CA@Mg-GA-MOF/EC/Zein复合薄膜通过纳米复合增强力学性能（拉伸强度55.75MPa），兼具高效抗菌（抑菌率99.73%）、抗氧化（DPPH清除率59.70%）及缓释特性，显著延长猪肉货架期7天。
孙梦楚|张成龙|尹西超|唐洪进
安徽工业大学生物与食品工程学院，中国芜湖241000
摘要
随着基于石油的塑料对环境影响的加剧，天然多糖-蛋白质复合薄膜作为食品包装的环保材料展现了巨大的潜力。然而，将生物活性金属有机框架（MOFs）与玉米醇溶蛋白（Zein）基基质结合以开发多功能活性包装的研究仍不够充分。本研究通过将肉桂醛（CA）封装在镁-没食子酸-MOF（Mg-GA-MOF）中，并将其掺入乙基纤维素（EC）/Zein基质中，制备了一种新型复合薄膜，用于猪肉保鲜。优化后的CA@Mg-GA-MOF/EC/Zein-4%薄膜厚度为0.14毫米，表现出优异的机械性能，包括55.75兆帕的拉伸强度和5.46%的断裂伸长率。该薄膜的水蒸气透过率低，仅为5.87×10^-7克·米^-1·秒^-1·帕^-1。此外，该薄膜具有强抗菌活性，对大肠杆菌（Escherichia coli）的抑制率高达99.73%，对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抑制率为89.26%，同时具有显著的抗氧化性能，DPPH和ABTS清除率分别为59.70%和49.71%。此外，该复合薄膜还表现出CA和GA的缓释特性以及优异的生物相容性。组分间的非共价相互作用有助于提高薄膜的功能性能。在猪肉保鲜试验中，该复合薄膜有效延缓了微生物生长、蛋白质降解和脂质氧化。根据总活菌数安全限（6 log CFU/g，GB 4789.2–2016），与对照组相比，该薄膜使猪肉的保质期延长了7天。本研究首次使用Mg-GA-MOF在EC/Zein薄膜中共同输送CA和GA，为高性能活性食品包装提供了一种新策略。
引言
新鲜猪肉的保鲜面临微生物污染和脂质氧化的严重挑战，导致品质显著下降和食品安全问题（Zhang等人，2023年）。因此，开发能够同时抑制微生物生长和氧化变质的活性包装材料至关重要。像玉米醇溶蛋白这样的可生物降解聚合物由于其成膜能力、疏水性和公认安全（GRAS） status，成为石油基塑料的环保替代品（Li、Zhang、Chen、Li和Tang，2023年）。然而，纯玉米醇溶蛋白薄膜本身的脆性和中等阻隔性能限制了其单独应用（Yang等人，2025年）。为了克服这些限制，采用了纳米复合策略，例如与乙基纤维素（EC）等多糖混合或掺入功能性纳米填料（Liu、Qin、Jiang、Chen和Zhang，2022年）。例如，Geng等人开发了一种载有姜黄素的ZIF-8/壳聚糖/玉米醇溶蛋白薄膜，具有增强的阻隔和抗菌性能，用于水果保鲜（Geng等人，2023年）。类似地，其他研究将多酚或精油整合到生物聚合物基质中，以赋予抗氧化和抗菌功能（Hendy等人，2025年；Li、Wang、Chen、Sun和Tang，2025年）。尽管取得了这些进展，但在设计结合强机械增强性和多种天然活性化合物（如抗菌剂和抗氧化剂）的程序化、持续释放的基于玉米醇溶蛋白的复合材料方面仍存在显著差距。
金属有机框架（MOFs）具有高孔隙率和可调的化学性质，是挥发性或不稳定生物活性化合物的理想载体，可以保护这些化合物并实现可控释放（Su、Su、Xing和Tan，2024年）。没食子酸（GA）是一种强效抗氧化剂，可用于与金属离子（如Mg^2+）构建生物活性MOFs，这些金属离子本身也能提供代谢益处（Lian等人，2024年）。肉桂醛（CA）是一种广谱抗菌醛，但由于其挥发性和易降解性，在包装应用中效果有限（Yan等人，2018年）。将CA封装在MOF中可以稳定它并调节其释放。目前关于Bio-MOFs/Zein作为活性食品包装材料的制备和应用的研究仍然有限。尽管已经分别研究了基于GA的MOFs和CA输送系统，但设计一种单一MOF（Mg-GA-MOF）在EC/Zein基质中共同输送GA（作为结构配体和抗氧化剂）和CA（作为负载的抗菌剂）代表了多功能活性包装的新方法，而且之前尚未研究Bio-MOFs对基于玉米醇溶蛋白的复合薄膜功能性能的影响。
因此，本研究旨在制备并表征一种新型的CA@Mg-GA-MOF/EC/Zein复合薄膜，并评估其在猪肉保鲜中的功能性能（方案1）。具体来说，我们提出以下假设：（i）CA@Mg-GA-MOF纳米颗粒的掺入将通过纳米结构增强和界面相互作用，显著提高EC/Zein薄膜的机械强度和水蒸气阻隔性能；（ii）Mg-GA-MOF将通过CA和GA的可控释放，赋予持续的抗氧化和抗菌活性，从而有效延长猪肉的保质期。CA@Mg-GA-MOF/EC/Zein薄膜是通过将不同量的CA@Mg-GA-MOF纳米颗粒与EC/Zein基质混合制备的。使用Zetasizer、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）等技术评估了它们的微观结构和功能性能。通过DPPH/ABTS自由基清除试验和针对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌测试评估了抗氧化和抗菌活性。还通过细胞毒性、溶血和急性毒性试验评估了生物安全性。此外，还在猪肉保鲜试验中测试了该薄膜作为活性食品包装的有效性。本研究旨在提出一种设计基于玉米醇溶蛋白的活性食品包装的新方法，并为减少塑料污染同时保证肉类质量提供理论支持。除了猪肉保鲜，所开发薄膜的基本设计原理——一种结合了生物活性MOF的生物聚合物基质，用于双重活性剂的输送——具有包装多种对氧气和水分敏感的食品的潜力，包括其他肉类、家禽、奶酪和坚果，为提高食品质量和安全性提供了一种多功能策略。
材料与试剂
玉米醇溶蛋白从Sigma-Aldrich Chemical Company（美国密苏里州圣路易斯）购买（产品编号Z3625，来源于玉米）。EC（密度：1.14克/毫升，25°C；折射率n20/D 1.47，E809013）、甘油（纯度≥99.0%，G810575）和没食子酸（纯度≥99.0%，G823163）从Macklin Biochemical Co., Ltd.（中国天津）获得。肉桂醛（天然，纯度≥98%，C822622）、氯化镁（纯度≥99.0%，M813763）、戊二醛（50%水溶液）、2,2-二苯基-1-皮克里尔肼（DPPH，纯度≥97%，D141336）也来自同一公司。
CA@Mg-GA-MOF和CA@Mg-GA-MOF的制备
CA@Mg-GA-MOF/EC/Zein复合薄膜采用超声波辅助的浇铸方法制备（图1a-e）。DLS分析显示，Mg-GA-MOF和CA@Mg-GA-MOF的粒径分别为5–10微米，粒径分布指数（PDI）为0.43±0.4和0.35±0.5，Zeta电位分别为-42.13±1.88 mV和-37.45±0.86 mV。降低的PDI表明在加载CA后颗粒分散更加均匀，而略低的绝对Zeta电位表明通过非共价作用形成了复合体。
结论
本研究成功开发了一种用于猪肉保鲜的新型活性包装材料——CA@Mg-GA-MOF/EC/Zein复合薄膜。关键创新在于首次使用Mg-GA-MOF共同输送CA和GA，并将其整合到EC/Zein基质中。这种设计通过纳米结构增强和活性化合物的可控释放，协同提高了薄膜的整体性能。结果表明，CA@Mg-GA-MOF的掺入显著改善了...
作者贡献声明
孙梦楚：撰写——原始草案，数据验证。张成龙：软件操作，数据管理。尹西超：方法设计，数据管理。唐洪进：撰写——审稿与编辑，监督，资源提供。
未引用的参考文献
吴等人，2024年
杨等人，2025年
杨等人，2025年
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
伦理声明
所有动物实验均遵循皖南医学院制定的实验室动物护理和使用指南，并获得了皖南医学院动物福利与伦理委员会的批准（批准编号：WNMC-AWE-2025454）。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：82204246）、安徽省教育厅高等教育机构优秀青年自然科学研究项目（编号：2023AH030017）和安徽省青年人才项目的资助。
