杨向军|江胜|王书文|张慧|王月|杨沁宇|田芳|吴慧文|刘琦
中国江苏省扬州市扬州大学医学院第一临床医学院，邮编225009
**摘要**
本研究将槲皮素引入沸石咪唑框架-8（ZIF-8）中，形成ZIF-8@槲皮素纳米颗粒（ZIF-8@Que），并将其整合到由海藻酸钠（SA）和L-半胱氨酸（Cys）组成的基质中。通过溶液浇铸和钙离子（Ca2+）交联制备了水凝胶薄膜。加入15%的ZIF-8@Que显著提高了水凝胶薄膜的遮光性能。此外，其含水量和溶解率分别为81.36%和55.34%。薄膜的断裂伸长率从62.60%显著提高至78.04%，抗氧化能力也增强到了48.80%。水凝胶薄膜的抗菌活性也得到了提升，对大肠杆菌（E. coli）的对数减少值为1.47，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的对数减少值为1.06。在水果保鲜测试中，含有15% ZIF-8@Que的水凝胶薄膜延长了苹果和菠萝片的保质期。这些结果表明，负载ZIF-8@Que的水凝胶薄膜具有作为传统保鲜材料替代品的潜力。
**1. 引言**
多项研究表明，新鲜水果富含多种营养成分，对人类健康和疾病预防具有重要作用（Tsai等人，2025年）。随着COVID-19疫情的爆发，人们对健康、方便食品以及新鲜切割水果的需求日益增加（Liu、Chen、Liu等人，2025年）。然而，对于零售商来说，在保持新鲜切割水果的高品质和延长其保质期方面仍面临诸多挑战。新鲜切割的水果在包装和储存前需要清洗、去皮、切片或混合（J. Chen等人，2021年）。这些操作不仅会导致水果机械损伤，还会使其容易发生酶促褐变和微生物腐败，尤其是酵母和霉菌（Siew等人，2025年），从而大幅缩短水果的保质期，可能导致消费者不满。因此，开发一种环保的新鲜切割水果包装材料以解决这些问题变得至关重要。聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯是传统的食品包装材料，因其廉价、耐用和良好的防水性能而被广泛使用（Zhang、Cheng等人，2023年）。然而，这类包装材料也存在诸多缺点，如不透气、无抗菌性能且不可生物降解，可能对健康和环境造成不良影响（Li、Yang、Wang等人，2025年；Zhang、He等人，2025年）。因此，设计一种能够防止细菌滋生和氧化的环保新鲜切割水果包装材料已成为当务之急。
近年来，可生物降解的活性食品包装在包装领域取得了重要进展，为解决食品腐败问题提供了新的解决方案（Abookleesh等人，2026年；Zheng等人，2025年）。水凝胶薄膜作为一种高质量的食物保鲜替代品受到了广泛关注（Zhao、Yang等人，2025年）。水凝胶是一种由亲水性聚合物通过共价或非共价键连接而成的三维交联网络（Zhao、Han等人，2025年），能够吸收大量水分，从而降低食品中的水分含量并抑制导致食品腐败的微生物生长。此外，天然聚合物水凝胶具有良好的生物相容性和可生物降解性（C. Li、Yang、Zhang等人，2025年）。
海藻酸钠（SA）是一种天然存在的阴离子多糖，由β-D-甘露糖醛酸（M）和α-L-古洛糖醛酸（G）组成，具有高溶解性和优异的凝胶化性能（Du等人，2025年）。近年来，海藻酸钠水凝胶薄膜已在伤口愈合（Liu、Chen、Liu等人，2025年）、血管移植（Tang等人，2025年）、传感器设备（He等人，2025年）和食品包装（Chi等人，2025年）等多个领域得到广泛应用。然而，海藻酸钠的机械性能较低，限制了其单独使用。研究表明，加入二价阳离子可以与海藻酸钠的G或M单体形成高亲和力相互作用，从而改善其机械性能（G. Mao等人，2023年；Zhou等人，2025年）。L-半胱氨酸（Cys）是一种含硫氨基酸，具有氨基和巯基，可通过与酶促反应生成的醌类物质反应来抑制褐变过程（Bata Gouda等人，2021年），其巯基还可氧化为二硫键，进一步改善海藻酸钠水凝胶薄膜的机械性能，使其成为理想的食品包装材料。然而，关于SA和Cys水凝胶薄膜在新鲜切割水果保鲜中的应用研究仍较为有限。
槲皮素（Que）是植物界中最丰富的天然黄酮类化合物，以其抗氧化和抗菌性能而闻名（López-de-Dicastillo等人，2010年；Shen等人，2025年）。然而，槲皮素易受pH值、温度和湿度的影响而降解，从而失去其有益性质（Jasrotia等人，2025年）。因此，寻找能够提高槲皮素稳定性的吸附剂对于扩大其在食品保鲜中的应用至关重要。
近年来，金属有机框架（MOF）在食品包装领域引起了广泛关注。MOF是一种多孔纳米材料，由有机配体和金属离子相互连接而成，具有均匀的孔隙结构（Zhang、Lin等人，2024年），能够将槲皮素封装在其多孔网络中，提高其稳定性和负载能力，并实现可控或持续的释放。在MOF中，Zn-MOF的毒性低于其他金属有机框架。沸石咪唑框架-8（ZIF-8）由锌离子和2-甲基咪唑单元组成，是生物医学应用领域研究最广泛的MOF之一（Yao等人，2024年），因其高孔隙率和比表面积而被认为是理想的疏水性药物载体。
基于上述问题，本研究将负载槲皮素的ZIF-8（ZIF-8@Que）整合到海藻酸钠（SA）/L-半胱氨酸（Cys）基质中，通过溶液浇铸和钙离子（Ca2+）交联制备水凝胶薄膜，从而提升其性能。通过评估薄膜性能及其在保鲜新鲜苹果和菠萝方面的效果来验证其效果。本研究旨在为新型食品包装材料的发展提供创新途径。
**2. 材料与方法**
2.1. 材料
六水合硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）购自上海荣百生物科技有限公司（中国上海）。2-甲基咪唑（2-MI）由上海Acmec生化科技有限公司（中国上海）提供。槲皮素（Que）由桂林莱克生物科技有限公司（中国广西）提供。大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）购自宁波Testobio有限公司（中国浙江）。抗氧化剂检测试剂盒购自上海碧云天生物科技有限公司（中国上海）。红富士苹果、金钻菠萝和聚乙烯包装材料来自中国江苏省的当地市场。其他试剂和溶剂由上海医药化工试剂有限公司（中国上海）提供。所有材料均按原样使用，实验过程中始终使用去离子水。
2.2. 方法
2.2.1. ZIF-8@Que纳米颗粒的合成
ZIF-8@Que的合成方法主要参考Chen等人的微波辅助合成技术进行了调整（S. Chen、Li等人，2024年）。具体步骤如下：
- 将1.313克2-甲基咪唑（2-MI）溶解在20毫升甲醇中；
- 将0.594克六水合硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）溶解在20毫升甲醇中；
- 将槲皮素溶解在10毫升甲醇中；
- 将Zn(NO3)2·6H2O和槲皮素的甲醇溶液混合后进行超声处理10分钟；
- 再加入2-甲基咪唑甲醇溶液并继续超声处理10分钟；
- 离心后用甲醇洗涤三次，并在60°C下烘干，最终得到ZIF-8@Que纳米颗粒（未负载槲皮素的产物称为ZIF-8）。
2.2.2. ZIF-8@Que/SA/Cys/Ca2+水凝胶薄膜的制备
- 将1克海藻酸钠（SA）溶解在100毫升去离子水中，然后加入0.25克L-半胱氨酸（Cys）；
- 加入5毫升甘油以提高薄膜的柔韧性；
- 依次加入不同质量分数的ZIF-8（5%、10%和15%），持续搅拌12小时；
- 将30克成膜溶液倒入10厘米×10厘米的培养皿中，在37°C下孵育24小时；
- 将薄膜浸入1%氯化钙溶液中1小时；
- 取出后用去离子水冲洗，密封保存在4°C下。得到的薄膜分别命名为ZIF-8@Que-1、ZIF-8@Que-2和ZIF-8@Que-3；未负载ZIF-8@Que的薄膜称为SA/Cys/Ca2+。
2.3. ZIF-8@Que的表征
2.3.1. 透射电子显微镜（TEM）
使用荷兰Tecnai 12型透射电子显微镜（TEM）观察ZIF-8和ZIF-8@Que的结构，并通过能量分散光谱仪（EDS）进行元素分析。
2.3.2. UV–Vis光谱
使用Cary 5000分光光度计记录UV–Vis光谱。定性测试时，将ZIF-8@Que和ZIF-8分散在0.1 M HCl中超声处理10分钟，然后用甲醇稀释，测量200–800纳米范围内的吸光度，以甲醇中的游离槲皮素为参考。定量分析时，在372纳米处建立槲皮素的标准曲线，根据标准曲线计算样品中的槲皮素含量。计算包封效率（EE%）、负载效率（LE%）和药物载量（DLC%）。
公式如下：
(1) EE% = （包封槲皮素的质量）/ （ZIF-8@Que的质量）× 100
(2) LE% = （包封槲皮素的质量）/ （ZIF-8@Que的质量）× 100
(3) DLC% = （包封槲皮素的质量）/ （ZIF-8@Que的质量 - 未包封的ZIF-8的质量）× 100
2.3.3. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）
使用Cary 610/670分光光度计（Varian，美国）在400–4000厘米^-1波长范围内收集FTIR光谱，每个样品扫描32次。
2.3.4. X射线衍射（XRD）
使用德国Bruker公司的D8 Advance X射线衍射仪（工作电压40 kV、40 mA）测定ZIF-8、ZIF-8@Que和槲皮素（Que）的结晶性。
2.3.5. 热重分析（TGA）
使用Pyris 1 TGA热重分析仪（PerkinElmer，美国）分析ZIF-8@Que、ZIF-8和槲皮素的热稳定性。
2.3.6. X射线光电子光谱（XPS）
使用Thermo Fisher公司的ESCALAB 250Xi X射线光电子光谱仪按照标准操作程序进行XPS测量。
2.3.7. 布鲁纳-埃梅特-泰勒（BET）
使用Autosorb IQ3孔径和比表面积分析仪（Quantachrome Instruments，美国）测定ZIF-8@Que的比表面积和孔结构。
2.4. SA/Cys/ZIF-8@Que/Ca2+水凝胶薄膜的表征
2.4.1. 厚度
使用德国Helios Preisser公司的螺旋测微仪测量水凝胶薄膜的厚度，取三个不同位置的平均值。
2.4.2. 颜色
将水凝胶薄膜放置在白色反射标准板上，使用上海捷准仪器设备有限公司（CS-420）的色度计测量L值、a值和ΔE值。
2.4.3. 光学性能
使用Cary 5000分光光度计在200–800纳米波长范围内测量水凝胶薄膜的透射率。不透明度（O）根据以下公式计算：
O = A600 / D
其中D为水凝胶薄膜的厚度（毫米），A600表示600纳米处的吸光度。同时，用相机拍摄水凝胶薄膜的外观照片。
2.4.4. 防水性
首先记录水凝胶薄膜（2厘米×2厘米）的质量（m1），然后在37°C下干燥至质量稳定（m2）。水凝胶薄膜被干燥后浸入蒸馏水中，直到达到平衡状态。在此过程中，随时间测量了膨胀水凝胶的质量（m3）。24小时后，水凝胶薄膜在37°C下再次干燥，直到质量（m4）保持不变。所有三个参数——水分含量（MC）、膨胀程度（SD）和水溶性（WS）都是使用给定的公式（Yin等人，2025年）来确定的。(5)MC% = (m1 - m2) / m1 × 100 (6)SD% = (m3 - m2) / m2 × 100 (7)WS% = (m2 - m4) / m2 × 100
2.4.5. 力学性能
水凝胶薄膜（60毫米×10毫米）的拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EAB）是通过通用测试设备（CMT 2000，Shenglin Confidential Machinery Equipment Co., Ltd.，中国）在室温条件下测定的。初始夹持速度为3毫米/秒，量规长度为35毫米。
2.4.6. 动态力学分析（DMA）和交联密度
动态力学分析（DMA）是使用动态力学分析仪（TA Discovery DMA Q850，TA Instruments，美国）在拉伸模式下对各种样品进行的，方法遵循之前的报道（Hezma等人，2023年）。
交联密度（νe）是根据橡胶弹性理论计算的（Ciftbudak & Orakdogen，2023年），公式如下：
(8)νe = E′³·R·T
其中E′是在1赫兹频率下的储能模量，R是气体常数（8.314 J·mol⁻¹·K⁻¹），T是绝对温度（298.15 K）。
2.4.7. 水蒸气透过率（WVP）
水凝胶薄膜的水蒸气透过率是通过简化Sabzivari等人提出的研究方法来确定的（Sabzevari等人，2025年）。在这个实验中，向离心管中加入了5克无水氯化钙，并保持内部湿度水平为零。水凝胶薄膜用于密封管子的开口端，确保其气密且无泄漏和缺陷。离心管被放入含有饱和氯化钠溶液的干燥器中（相对湿度75%）。每24小时测量一次每个管子的质量，然后使用公式（9）来确定水蒸气的透过率。
(9)WVP = (∆m)·A·∆t·∆P
在这个公式中，∆m是水凝胶薄膜样品的重量增加（克），x表示薄膜的厚度（毫米），A表示水凝胶薄膜的面积（平方米），∆t表示两次测量之间的时间间隔（小时），∆P表示薄膜两侧的蒸汽压差（千帕）。
2.4.8. 水接触角（WCA）
使用接触角分析仪（SL200 kb，KINO Industry Co., Ltd.，美国）进行了测量。
2.4.9. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）
在水凝胶薄膜中分析了400–4000厘米⁻¹的扫描范围内的分子相互作用，分辨率为4厘米⁻¹。
2.4.10. X射线衍射（XRD）
使用X射线衍射仪在40千伏和40毫安的条件下评估了水凝胶薄膜的结晶度，2θ角度范围为5°–50°。
2.4.11. 扫描电子显微镜（SEM）
使用扫描电子显微镜（S4800II，Hitachi，日本）表征了水凝胶薄膜的微观结构。所有水凝胶薄膜都用液氮处理以获得纵向截面。使用ImageJ软件（NIH，马里兰州，美国）分析了水凝胶薄膜的孔径分布和孔隙率。
2.4.12. X射线光电子能谱（XPS）
使用X射线光电子能谱仪（ESCALAB 250Xi，Thermo Fisher，美国）根据标准操作程序对薄膜进行了XPS测量。
2.4.13. 山柰酚释放
使用之前研究中描述的方法（Zhang, Zhang等人，2024年）确定了山柰酚从薄膜样品中的释放情况，并进行了少量修改。将薄膜样品浸入含有缓冲溶液（pH = 4.0和7.0）的锥形烧瓶中。这些锥形烧瓶放置在室温下的摇动水浴中，速度保持在150转/分钟。在特定时间间隔收集上清液，并加入等体积的液体。然后测量上清液中的山柰酚浓度。使用以下公式计算从水凝胶薄膜中释放的山柰酚的累积百分比：
(10)累积释放% = Mt / M∞ × 100
在这个公式中，Mt表示时间t时释放的山柰酚量，而M∞表示时间t∞时释放的山柰酚量，此时山柰酚浓度达到稳态。
为了进一步研究山柰酚的释放动力学，选择了零级、Higuchi和Korsmeyer–Peppas模型，如下所示，基于之前文章中描述的方法（Zhang等人，2026年；Zhang, Zuo等人，2025年）：
(11)零级模型：Mt / M∞ = kt
(12)Higuchi模型：Mt / M∞ = kt¹/²
(13)Korsmeyer–Peppas模型：Mt / M∞ = tⁿ
其中Mt / M∞是时间t时山柰酚的释放百分比；k是与扩散过程相关的速率常数；n是药物释放机制的指标。
2.4.14. 抗氧化活性
2.4.14.1. ABTS测定
为了评估水凝胶薄膜的抗氧化活性，采用了Wei等人之前描述的方法（Wei等人，2025年），并进行了少量修改。通过在室温下氧化该混合物12小时来制备ABTS自由基溶液。随后使用0.2 M磷酸盐缓冲盐水（PBS）将ABTS自由基溶液稀释到所需浓度。将水凝胶薄膜浸入ABTS自由基溶液中并保持30分钟。在734纳米波长下记录吸光度，并通过公式（14）计算自由基清除率：
(14)自由基清除率(%) = (A1 - A2) / A1 × 100
其中A1表示与水凝胶薄膜相互作用前的吸光度，A2表示相互作用后的吸光度。
2.4.14.2. FRAP测定
FRAP测试根据Mirzaei的方法（Mirzaei等人，2024年）进行了少量修改。将水凝胶薄膜溶液与180微升FRAP溶液混合后孵育4分钟。记录水凝胶薄膜样品在593纳米处的紫外吸光度。
2.4.15. 抗菌活性
使用菌落形成单位（CFU）根据菌落稀释方法（H. Wang等人，2026年）确定了水凝胶薄膜的抗菌活性。将大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）培养到大约10^8 CFU/mL的细菌浓度。随后，将不同浓度的无菌ZIF-8@Que薄膜等体积放入细菌悬浮液中并孵育1小时；同时建立对照组。从每个处理组中取100微升样品，稀释后均匀涂布在新鲜的固体琼脂板上。孵育24小时以观察菌落生长。此外，我们还根据对数减少值评估了抗菌效果。
2.4.16. 细胞毒性
使用MTT测定法评估了水凝胶薄膜的体外细胞毒性，方法遵循之前的研究（G. Mao等人，2023年）。通过将水凝胶薄膜放入10毫升DMEM培养基中，在37°C下孵育12小时，然后通过0.22微米滤膜过滤进行灭菌。将100微升L929小鼠成纤维细胞接种到96孔板中，并在细胞培养箱（5% CO₂和37°C）中孵育24小时。丢弃培养基，用PBS洗涤细胞两次。向每个孔中加入100微升提取物并孵育24、48和72小时。然后加入20微升MTT溶液（0.5毫克/毫升，溶解在PBS中）并孵育4小时。接着用150微升二甲基亚砜（DMSO）替换培养基以溶解吩嗪晶体。使用微孔板读数器在490纳米波长下测量样品的吸光度。对照组由未经处理的L929细胞和等体积的培养基组成，空白组仅包含培养基。
2.4.17. 水果保鲜
2.4.17.1. 外观
为了确认SA/Cys/ZIF-8@Que./Ca²⁺水凝胶薄膜在水果保鲜中的适用性，购买了当地市场上的红富士苹果和金钻菠萝，并在4°C的室温下储存直到加工。直接将水凝胶薄膜应用于覆盖水果表面。另外设立了两个对照组：一组用聚乙烯（PE）薄膜覆盖，另一组不覆盖作为空白对照。每个组包含三个重复样本。水果切片在25°C的室温下储存六天。
2.4.17.2. 重量损失
使用比较分析来测量水凝胶薄膜在储存过程中抑制水果重量损失的有效性。在储存期间，定期测量苹果切片和菠萝切片的重量。重量损失率根据以下公式计算：
(16)重量损失% = (m0 - m1) / m0 × 100
在这个公式中，m0表示第0天的水果样品重量，m1表示储存t天后的水果样品重量（以克计）。
2.4.17.3. 硬度
使用水果硬度测试仪（Model GY-4，Shandong Huamei Analytical Instrument Co., Ltd.，中国）在25°C下测量了水果可食用部分的硬度。
2.4.17.4. 焦糖化指数（BI）
使用色度计测量新鲜切苹果的颜色。焦糖化指数（BI）作为定量指标，用于分析储存期间水果的颜色变化程度。在水果表面的五个随机点进行测量，每次测量重复三次。计算焦糖化指数的公式如下（Said & Lee，2025）：
(17)BI% = (x - 0.310.172) × 100
(18)x = a×L + 1.75L×5.645L×(a×-3.012)
2.4.17.5. PPO活性
使用PPO测定试剂盒确定PPO活性。取0.5克水果切片样品，加入提取缓冲液并在冰浴中匀浆。然后在4°C下以10,000转/分钟的速度离心10分钟。收集上清液并冷藏。依次加入试剂和样品，然后在420纳米波长下测量溶液的吸光度。
2.4.17.6. 总酚含量（TPC）
使用Folin-Ciocalteu（FC）方法根据之前的研究（Siew等人，2025年）确定了酚提取物的总酚含量（TPC），并进行了少量修改。将300微升酚提取物加入包裹在铝箔中的试管中。向试管中加入1.5毫升10倍稀释的FC试剂，然后加入1.2毫升7.5%（w/v）的碳酸钠溶液。混合物在黑暗中孵育60分钟，之后使用分光光度计在765纳米波长下测量吸光度（Secomam，Champigny-sur-Marne，法国）。样品的TPC以每100克鲜重的没食子酸当量（GAE）表示，根据公式（19）计算：
(19)TPC = mgGAE / 100gFW = c·Vw
在公式中，c表示没食子酸浓度（毫克/毫升），V表示提取物体积（0.3毫升），w表示鲜重（1.0克）。
2.4.17.7. 微生物计数
根据GB 4789.2–2016标准，使用平板稀释法确定了处理后0天、3天和6天的新鲜切苹果上的微生物菌落总数，参考Yang等人的方法（Y. Yang等人，2026年）。从涂层和未涂层组中各取0.5克苹果样品，与4.5毫升无菌磷酸盐缓冲盐水（PBS）混合并匀浆。将得到的混合物稀释100倍，然后将100微升稀释溶液涂布在固化的琼脂介质表面上。然后将培养皿倒置并在37°C下孵育。
3. 结果与讨论
3.1. ZIF-8@que的特性
3.1.1. 透射电子显微镜（TEM）
如图1A和B所示，ZIF-8显示出高度规则的十二面体结构，边缘清晰，其粒径大约在100到135纳米之间。图1C和D表明，当将山柰酚加载到ZIF-8上时，粒径显著增加，达到大约180到200纳米。这可以归因于氢键相互作用，这些相互作用抑制了ZIF-8中的成核，使Zn²⁺和剩余配体优先促进现有核的生长，最终形成更大的颗粒（Wang, Song等人，2025年）。ZIF-8@Que的元素映射确认了碳（C）、氮（N）、氧（O）和锌（Zn）元素在整个材料中的均匀分布。值得注意的是，氧是山柰酚的特征元素，显示出均匀分布，而Sun等人的研究确认ZIF-8中不存在氧元素（Sun等人，2026年），进一步证实了山柰酚在ZIF-8中的良好负载。
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图1. ZIF-8（A, B）和ZIF-8@Que.（C, D）的透射电子显微镜形态。ZIF-8@Que.的碳（C）、氮（N）、氧（O）和锌（Zn）元素映射（E）。ZIF-8@Que.、ZIF-8和山柰酚的紫外-可见光谱（F）、傅里叶变换红外光谱（G）和X射线衍射图谱（H）。
3.1.2.**UV–Vis**
如图1F所示，ZIF-8@Que.溶液在大约430纳米处显示出明显的吸收峰，这一现象比ZIF-8溶液更为显著，证实了槲皮素已成功封装在ZIF-8纳米颗粒中。相比之下，纯槲皮素溶液的吸收峰位于约372纳米。这一观察结果与Yang等人的研究结果一致（S. Yang等人，2024年）。ZIF-8@Que.吸收峰的红移可以归因于槲皮素与锌离子之间的相互作用，这种相互作用导致槲皮素电子跃迁的带隙变窄（Y. Wang等人，2020年）。图2A显示了使用紫外分光光度计获得的槲皮素的标准曲线，其方程为y = 0.08435×-0.01375。根据该方程计算，封装效率为81.40%，药物负载量为11.20%，负载效率为12.61%。
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**图2.** 槲皮素的标准曲线（A）。ZIF-8@Que.、ZIF-8和槲皮素的热重分析（TGA）（B）。ZIF-8和ZIF-8@Que.的N₂吸附-解吸等温线（C）以及孔径分布（D）。ZIF-8的X射线光电子能谱（XPS）（E），O 1 s谱（F），N 1 s谱（G）和Zn 2p谱（H）。ZIF-8@Que.的X射线光电子能谱（XPS）（I），O 1 s谱（J），N 1 s谱（K）和Zn 2p谱（L）。
**3.1.3. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）**
使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了槲皮素与ZIF-8在纳米颗粒内的分子相互作用。槲皮素显示出几个特征峰：3408厘米^-1处的峰对应于OH伸缩振动，而1612厘米^-1和1514厘米^-1处的峰则归因于CC伸缩振动，表明存在苯环结构。此外，1356厘米^-1处的峰可能与酚羟基的OH弯曲振动有关，1245厘米^-1处的峰归因于CO伸缩振动。这些结果与先前的研究一致（J. Li & Li，2025年）。在ZIF-8的谱图中，3135厘米^-1处的特征吸收峰对应于咪唑环上的CH伸缩振动，1583厘米^-1处的峰则归因于咪唑环上的CN伸缩振动。加载槲皮素后，ZIF-8@Que.谱图中槲皮素的特征OH弯曲振动和CO峰分别移至1358厘米^-1和1265厘米^-1，表明槲皮素与ZIF-8之间存在相互作用。
**3.1.4. X射线衍射（XRD）**
X射线衍射（XRD）结果提供了ZIF-8、ZIF-8@Que.和槲皮素晶体结构的见解。如图1H所示，XRD图谱显示ZIF-8和ZIF-8@Que.均具有典型的高结晶性。具体而言，主要衍射峰出现在7.53°、10.58°、12.89°和14.89°（图1H）。此外，对ZIF-8主要衍射峰的强度比分析表明，在加载槲皮素后这些峰基本保持不变，所有变化均小于7%，如表S2所示。这些结果表明ZIF-8和ZIF-8@Que.晶体之间没有显著的结构差异，且结构稳定（Gao等人，2023年）。
**3.1.5. 热重分析（TGA）**
图2B显示了ZIF-8@Que.、ZIF-8和槲皮素的热重分析曲线。所有样品在30–120°C范围内的初始质量损失可归因于残留溶剂或水的挥发（R. Zhao等人，2024年）。纯槲皮素在300–400°C范围内表现出显著的质量损失，这归因于其热分解。相比之下，ZIF-8@Que.在该温度范围内没有显著的质量损失，表明ZIF-8框架有效地稳定了负载的槲皮素。ZIF-8和ZIF-8@Que.都在大约500°C开始表现出显著的质量损失，这对应于ZIF-8框架的崩解和2-甲基咪唑配体的分解。Zhong等人也获得了类似的结果（Zhong等人，2023年）。值得注意的是，在进行水分校正后，ZIF-8@Que.在120°C至800°C范围内的质量损失率（47.38%）高于ZIF-8（44.67%），这归因于槲皮素的热解产生的碳质残留物。这些结果表明制备的ZIF-8@Que.复合材料具有较高的热稳定性。然而，由于槲皮素本身在800°C时并未完全分解，因此仅通过比较质量损失差异难以准确计算其在复合材料中的负载量。
**3.1.6. X射线光电子能谱（XPS）**
XPS分析用于表征纳米材料表面的元素组成和结合能。在图2E-L中，ZIF-8@Que.的谱图显示了特征性的Zn 2p3/2、Zn 2p1/2、O 1 s、N 1 s和C 1 s峰，与原始ZIF-8的谱图一致，表明封装后ZIF-8的组成得以保留（Tong等人，2026年）。在O 1 s区域，ZIF-8中观察到两个特征峰，分别为532.32 eV和531.49 eV，对应于-C-O和-C=O键。加载槲皮素后，这些峰向较低结合能方向略微移动，并伴随着峰面积的显著变化。这些特征与槲皮素中羟基氧的增加贡献及其与Zn2+的相互作用一致。在N 1 s谱图中，ZIF-8中观察到三个特征峰，分别为398.76 eV和400.41 eV，通常归因于NC和NZn键（Si等人，2025年）。添加槲皮素后，这些峰向较高结合能方向略微移动，从400.41 eV变为400.69 eV，并伴随着400.69 eV处峰面积的减小。这种移动和峰面积的变化表明电子环境的微妙变化，这与槲皮素的酚羟基与ZIF-8中含氮位点的非共价相互作用一致。在Zn 2p区域，ZIF-8@Que.中的Zn 2p3/2和Zn 2p1/2峰分别出现在1021.74 eV和1044.71 eV，与ZIF-8中的1021.67 eV和1044.65 eV峰相比有轻微变化。这表明Zn2+中心与ZIF-8@Que.中羰基之间存在弱的配位相互作用（Zou等人，2023年）。这些结果支持了在ZIF-8@quercetin体系中，锌位点的弱配位与非共价相互作用共同构成了主要的客体-宿主相互作用。
**3.1.7. 布鲁纳-埃梅特-特勒（BET）**
如图2C所示，ZIF-8和ZIF-8@Que.的N₂吸附-解吸等温线均表现出I型行为，表明合成材料具有典型的微孔结构和中孔（L. Wang等人，2023年）。通过BET方法测定，ZIF-8和ZIF-8@Que.的比表面积分别为1844.2196平方米/克和1783.1354平方米/克。可以观察到，加载槲皮素后ZIF-8的比表面积显著减小，表明槲皮素分子已嵌入ZIF-8的孔道中（Li, Yang等人，2026年）。如图2D所示，分析了ZIF-8和ZIF-8@Que.的孔径分布。ZIF-8的平均孔径为2.1913纳米，而大于10纳米的孔径则归因于颗粒间的较大间隙和样品的异质性（Zhong等人，2023年）。将槲皮素加载到孔中后，ZIF-8的平均孔径略微减小至2.1720纳米，进一步证实了槲皮素分子已成功嵌入ZIF-8的孔中。
**3.2. SA/Cys/ZIF-8@que./Ca2+水凝胶膜的表征**
**3.2.1. 厚度**
如图3B所示，测量了水凝胶膜的厚度。与SA/Cys/Ca2+水凝胶膜相比，ZIF-8@Que.的加入显著增加了水凝胶膜的厚度，从99.7微米增加到121.9微米。这种厚度的增加可能是由于ZIF-8@Que.的加入增强了聚合物网络密度。
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**图3.** ZIF-8@Que./SA/Cys/Ca2+水凝胶膜的制备过程：通过浇铸和干燥形成膜状物，随后用钙离子交联生成水凝胶膜（A）。水凝胶膜的厚度（B）、不透明度（C）、透光率（D）。水凝胶膜的视觉表现（E）。水凝胶膜的含水量（F）、水溶性（G）和膨胀率（H）。
**3.2.2. 颜色**
食品包装的视觉外观对消费者的购买决策起着重要作用（L. Yang等人，2025年）。如表S1所示，将ZIF-8@Que.的含量增加到15%后，L*和a*值降低，而b*和ΔE值增加，显示出更强的黄色色调。这种颜色变化可归因于ZIF-8@Que.的天然黄色以及水凝胶膜厚度的增加。
**3.2.3. 光学性能**
紫外线（UV）防护是食品包装的重要性能，确保包装能有效屏蔽食品免受紫外线损伤（Gong，2024年）。在图3D的UV-可见光谱中观察到，SA/Cys/Ca2+水凝胶膜在200-400纳米范围内对紫外线有有限的吸收。然而，加入ZIF-8@Que.后，水凝胶膜在整个UV光谱（包括UVA、UVB和UVC）范围内都表现出良好的紫外线阻挡性能。此外，图3C显示，随着ZIF-8@Que.浓度的增加，水凝胶膜的不透明度也从10.07毫米^-1增加到15.47毫米^-1。这些发现表明ZIF-8@Que.改善了水凝胶膜的遮光和紫外线防护性能。这一观察结果与Kang等人的研究一致（Y. Kang等人，2025年）。
**3.2.4. 耐水性**
水分含量（MC）、膨胀程度（SD）和水溶性（WS）是衡量包装在潮湿环境中稳定性的三个重要参数（Narasagoudr等人，2020年；Zhang, Zhou等人，2024年）。如图3F所示，加入ZIF-8@Que.后，水凝胶膜的水分含量从83.6%降至81.3%。这种减少可归因于ZIF-8@Que.纳米颗粒的疏水性，它们破坏了海藻酸钠固有的亲水结构（Zhang, Zhang等人，2024年）。随着ZIF-8@Que.的加入，水凝胶膜的膨胀程度逐渐增加，如图3H所示。SA/Cys/Ca2+水凝胶膜的膨胀程度为244.28%，而ZIF-8@Que-3水凝胶膜的膨胀程度为979.16%。这种增加主要归因于两个因素：首先，ZIF-8@Que.破坏了海藻酸钠原有的离子交联网络（Ca2+交联），削弱了膜抵抗水分子渗透的能力；其次，ZIF-8@Que.的加入形成了更多更小的孔隙，为水分渗透提供了更多途径并增加了水分滞留的空间（Hashemzadeh & Dinari，2025年）。
**3.2.5. 机械性能**
食品包装膜具有强机械性能是定义其适用性的重要因素，因为它保证了运输过程中的结构完整性（Shan等人，2025年）。图4E显示，不同浓度的ZIF-8@Que.改变了水凝胶膜的力学性能。观察到，在添加15% ZIF-8@Que.后，膜的拉伸强度降至17.33牛顿。这种拉伸强度的降低可归因于ZIF-8@Que.破坏了海藻酸钠的离子交联网络，从而削弱了膜的刚性结构（S. Li等人，2023年）。相反，加入ZIF-8@Que.后，断裂时的伸长率从62.60%增加到78.04%。这种增强主要归因于ZIF-8@Que.纳米颗粒与成膜基质之间的氢键和金属配位作用（Zhang, Wang等人，2025年）。具体而言，ZIF-8框架上的丰富表面官能团，特别是来自2-甲基咪唑配体的亚胺基（–C=N–）和仲胺基（–NH），促进了水凝胶基质中大量氢键的形成。同时，负载的槲皮素提供的酚羟基（–OH）也促进了氢键相互作用。这种广泛的氢键网络在拉伸载荷过程中有效分散了能量，从而显著提高了膜的韧性和延展性。同样，秦等人报告称，Poly-Acrylic acid/Glycerol/SF/TA-Fe₃O₄@MXene水凝胶中的氢键网络对其高拉伸强度（195 kPa）和断裂伸长率（946%）有所贡献（Qin等人，2025年）。3.2.6 动态力学分析（DMA）和交联密度 动态力学分析可用于确定水凝胶膜的粘弹性特性。图4A-C显示了加载不同浓度ZIF-8@Que的水凝胶膜的储能模量（E'）、损耗模量（E"）和tan δ随频率的变化。在0.1 Hz到10 Hz的频率范围内，所有样本的E'值都显著大于E"值，表明水凝胶膜表现出弹性行为。这可能归因于形成了一个完整的、以弹性为主的三维网络结构。此外，随着ZIF-8@Que含量的增加至15%，E'和E"值都呈现下降趋势。这主要是由于ZIF-8@Que中的Zn2+与Ca2+竞争海藻酸钠的羧酸结合位点（Kapatsila等人，2025年），导致化学交联减少和网络逐渐松弛。然而，值得注意的是，尽管E'和E"都下降了，但E'的下降更为明显，从而导致tan δ值增加。这突显了添加ZIF-8@Que后水凝胶膜的能量耗散能力增强及其向更粘弹性状态的转变（Patra等人，2024年）。尽管如此，所有水凝胶膜的tan δ仍<1，表明水凝胶膜主要是弹性的，并保持完整的网络结构。下载：下载高分辨率图像（418KB）下载：下载全尺寸图像 图4. 水凝胶膜的储能模量（A）、损耗模量（B）、tan δ（C）和交联密度（D）。水凝胶膜的拉伸强度（E）和水分蒸气透过率（F）。水凝胶膜的傅里叶变换红外光谱（FTIR）（G）和X射线衍射（XRD）（H）。水凝胶膜的接触角（I）。如图4D所示，随着ZIF-8@Que含量的增加至15%，νe从3.22 × 10^-4降至2.33 × 10^-4 mol/cm3。这种下降归因于ZIF-8@Que中的Zn2+与海藻酸钠链上的羧酸结合位点竞争，从而减少了有效的化学交联位点数量，导致聚合物网络逐渐松弛。这一解释得到了E'下降和tanδ增加的观察结果的支持。3.2.7 水分蒸气透过率（WVP） 包装膜应具有较高的水分蒸气透过率（WVP），因为它可以过滤食物内部的水分移动并最小化水分的进出。如图4F所示，随着ZIF-8@Que含量的增加，WVP显著下降。当加入15%的ZIF-8@Que时，透过率降至最低值12.18 × 10^-10 g/m·s·Pa。WVP的下降可能是因为均匀分散在SA/Cys基质中的疏水性ZIF-8@Que增加了水分子传输的曲折系数（Han等人，2025年）。3.2.8 接触角（WCA） 测量薄膜防水性和润湿性的一个重要指标是接触角（WCA），这在食品包装和保存中非常重要（Zhang, Kang等人，2023年）。图4I表明，将ZIF-8@Que纳米颗粒加入水凝胶膜后，WCA逐渐增加。结果显示，在加入15%的ZIF-8@Que时，WCA增加到46.21°。这种增强主要是由于ZIF-8@Que的疏水性大大降低了水凝胶膜的亲水性，使其变得更疏水（Liu, Chen, Zhang等人，2025年）。3.2.9 傅里叶变换红外光谱（FTIR） 傅里叶变换红外（FTIR）光谱是一种识别物质官能团的强大工具。在SA/Cys/Ca2+水凝胶膜的FTIR光谱中，3440 cm^-1处的宽吸收峰对应于海藻酸钠的OH伸缩振动。2916 cm^-1处的峰对应于海藻酸钠和L-半胱氨酸的CH伸缩振动。1630 cm^-1处的峰代表水凝胶内的结合水，而1587 cm^-1和1408 cm^-1处的峰与羧酸伸缩振动相关，主要来自海藻酸钠和钙离子之间形成的蛋盒结构。加入ZIF-8@Que后，3352 cm^-1处的峰强度显著增加，并略微向3343 cm^-1移动。这种变化主要是由于ZIF-8@Que与海藻酸钠和L-半胱氨酸成分之间的氢键作用（M. Zhang等人，2025年）。此外，海藻酸钠中羧酸基团的特征峰减弱进一步支持了ZIF-8@Que表面的锌离子与海藻酸钠之间的配位相互作用，破坏了原有的离子交联网络。3.2.10 X射线衍射（XRD） X射线衍射（XRD）是一种有效的晶体学方法，用于区分材料的非晶态和晶态区域。图4D展示了水凝胶膜的XRD图案。SA/Cys/Ca2+水凝胶膜的衍射特征峰分别为9.45°、19.92°和28.60°，这可以解释为海藻酸钠和钙离子在交联过程中形成蛋盒结构的结果（Chu等人，2025年；Su, Li, Wang, & Wang, 2023年）。当加入ZIF-8@Que时，这些峰的强度降低，表明ZIF-8@Que纳米颗粒的存在破坏了原有的交联网络。新的峰出现在8.92°，也表明了ZIF-8@Que的存在。峰位置的变化也表明了ZIF-8@Que与SA/Cys基质之间的相互作用，导致出现了新的、更松散的组织结构。3.2.11 扫描电子显微镜（SEM） SA/Cys/ZIF-8@Que./Ca2+水凝胶膜的横截面形态的SEM图像如图5所示。SA/Cys/Ca2+水凝胶膜（图5A）具有三维结构和高孔隙率。加入ZIF-8@Que后（图5B-D），孔结构显得更加紧凑和有序。然而，这主要是由于ZIF-8@Que纳米颗粒占据了原有的孔隙空间，而不是交联密度的增加。实际上，交联密度降低了，这从显著增加的膨胀率（约979%）和降低的机械强度中可以得到证明。纳米颗粒部分填充了孔隙，从而在SEM图像中产生了更密集网络的错觉。修改网络结构以影响水凝胶特性是一种常见的研究方法。例如，Liu等人通过机械处理成功改变了水凝胶的内部孔结构（在SEM图像中清晰可见），这显著影响了它们的机械性能（J. Liu等人，2025年）。下载：下载高分辨率图像（501KB）下载：下载全尺寸图像 图5. SA/Cys/Ca2+（A）、ZIF-8@Que-1（B）、ZIF-8@Que-2（C）和ZIF-8@Que-3（D）水凝胶膜的横截面SEM图像，以及SA/Cys/Ca2+（E）、ZIF-8@Que-1（F）、ZIF-8@Que-2（G）和ZIF-8@Que-3（H）水凝胶膜的孔径分布。3.2.12 X射线光电子能谱（XPS） O 1 s光谱（图S2B）可以拟合为两个特征峰。531.37 eV处的峰对应于-C=O，证实了Zn-MOF框架结构的存在。532.28 eV处的主峰对应于-C–O键（H. Mao, Chen, Zhang, Zhang, Lin, & Liu, 2026），反映了水凝胶网络中丰富的氢键相互作用。这些相互作用可以归因于海藻酸钠羟基和半胱氨酸残基上的含氧官能团。此外，这为ZIF-8@Que与海藻酸钠之间的潜在氢键相互作用提供了合理的解释。如图S2C所示，N 1 s光谱可以拟合为三个特征峰。398.01 eV处的峰可以归因于槲皮素与锌离子的配位形成的ZnN键，证实槲皮素分子已成功加载到MOF结构中，并且在薄膜形成过程中其配位结构部分得以保留。399.31 eV处的主峰可以归因于酰胺键（–CO–NH–）。这个峰的出现表明半胱氨酸的氨基与海藻酸钠的羧基之间发生了成功的交联反应，形成了预期的酰胺键。400.32 eV处的较高结合能峰归因于质子化的–CO–NH–，主要来自未参与交联反应的半胱氨酸分子的侧链氨基（Guesmi等人，2025年）。图S2D显示了水凝胶膜的Zn 2p XPS光谱。光谱显示了两个特征峰：Zn 2p3/2峰位于1021.60 eV，Zn 2p1/2峰位于1044.90 eV，两者之间的自旋轨道分裂为23.30 eV。这些峰的位置和分裂值是Zn2+氧化态的典型特征，表明复合膜中的锌以二价形式存在。这证实了Zn-MOF的配位结构在薄膜形成过程中得到了很好的保留。3.2.13 槲皮素释放 图6A显示，在不同的pH条件（4.0和7.0）下，槲皮素的释放行为存在显著差异：在pH 4.0的酸性条件下释放速率更快，而在pH 7.0的中性条件下释放速率较慢。因此，酸性环境会促进ZIF-8@Que的降解并破坏水凝胶网络结构，从而加速槲皮素的释放。此外，根据图S1，抗氧化活性与槲皮素的累积释放呈正相关。下载：下载高分辨率图像（475KB）下载：下载全尺寸图像 图6. pH 4和7下的槲皮素释放曲线（A）、零阶动力学模型（B）、Higuchi动力学模型（C）和Kosmehl-Pepas动力学模型（D）用于槲皮素的释放。大肠杆菌（E）的对数减少率（F）和金黄色葡萄球菌（G）的对数减少率。水凝胶膜的抗氧化能力（H, I）。水凝胶膜的细胞毒性（J）。误差条代表三次重复测量的标准偏差。不同的小写字母表示三组之间存在统计学上的显著差异（p < 0.05）。使用零阶、Higuchi和Korsmeyer-Peppas动力学模型评估了奎宁的释放行为。图6B–D展示了三条拟合曲线，具体参数见表S3。Higuchi模型的R2值接近1，表明在酸性和中性环境中槲皮素的释放符合Higuchi模型。Higuchi模型通常用于描述从固体片剂或颗粒中释放药物的情况，其中释放机制主要是扩散控制的（L. Kang等人，2026年）。此外，Korsmeyer-Peppas模型的R2值也非常高（>0.97）。在中性条件下（n = 0.63），结果表明槲皮素的释放遵循非Fickian扩散机制。释放机制涉及药物扩散、水凝胶侵蚀和ZIF-8框架的降解。在酸性条件下（n = 0.50），释放遵循Fickian扩散，槲皮素的释放主要由药物扩散驱动（Bolhasani等人，2026年）。3.2.14 抗氧化活性 食品包装材料应具有良好的自由基清除效果以改善这些问题。在本研究中，使用ABTS和FRAP测定法评估了水凝胶膜的抗氧化能力。图6H和I显示的结果表明，随着ZIF-8@Que浓度的增加，水凝胶膜的抗氧化能力显著提高。具体来说，ABTS自由基清除活性从41.32%增加到48.80%，而FRAP值从49.50 μmol·L^-1上升到123.20 μmol·L^-1。这种自由基清除活性的增强主要归因于槲皮素的强抗氧化特性，ZIF-8作为载体保护槲皮素免受环境降解，从而延长了其抗氧化效果（Ji等人，2025年）。这种相互作用涉及电子转移、质子捐赠和自由基加合物形成等机制，所有这些都有助于增强自由基清除能力（Ananthi等人，2025年）。3.2.15 抗菌活性 抗菌活性是食品保存的关键参数，有助于防止细菌腐败（M. Zhang等人，2025年）。图6E显示，在SA/Cys基质中加入ZIF-8@Que显著提高了抗菌活性。ANOVA统计分析（p < 0.05）支持了这一改进。具体来说，针对大肠杆菌的对数减少率从SA/Cys/Ca2+水凝胶膜的0.14增加到ZIF-8@Que-3水凝胶膜的1.47，而针对金黄色葡萄球菌的抗菌区的对数减少率在图6F和G中从0.10增加到1.06。这种抗菌效果的提高可能归因于Zn2+和槲皮素的协同作用，它们可能破坏细菌的细胞膜，导致细胞内容物泄漏（Z. Chen等人，2024年）。最近的研究进一步证实了锌离子在水凝胶系统中的抗菌活性。例如，Lu等人开发了一种Ker-PA/Zn水凝胶，并报告其中含有的锌离子表现出接近100%的抗菌效果（Lu等人，2025年）。此外，先前的研究也表明槲皮素具有优异的抗菌性能（Elewi等人，2025年）。这些研究的结论与我们的观察结果一致：Zn2+和槲皮素在我们的ZIF-8@Que系统中发挥了重要作用。
3.2.16 细胞毒性
对于食品工业中用于保存食品的包装材料来说，生物安全性研究至关重要。因此，我们对L929细胞进行了细胞活力测试，结果如图6J所示。SA/Cys/Ca2+和ZIF-8@Que-1的细胞存活率分别为105.59%和112.46%，表明在低浓度或没有该化合物的情况下，ZIF-8@Que对细胞几乎没有影响。即使在高浓度下，也有超过82.50%的细胞存活，这表明在正常生理条件下，ZIF-8@Que-3对L929细胞的毒性较低。此外，在其他系统中也观察到了含锌水凝胶的低毒性。例如，Lu等人报告称，ker-PA/Zn水凝胶在L929成纤维细胞中的细胞存活率保持在90%以上，这与我们的发现一致（Lu等人，2025年）。因此，细胞相容性实验的结果表明，负载有ZIF-8@Que的水凝胶薄膜可以用作食品包装材料。
3.2.17 水果保鲜
3.2.17.1 外观
产品的外观在市场上非常关键，特别是对于切割后的水果，因为它直接影响消费者的购买决策（R. Li等人，2026年）。如图7A所示，检查了苹果片的外观。与覆盖有水凝胶薄膜的组相比，对照组出现了褐变和萎缩现象。此外，涂有PE薄膜的苹果片容易吸收棕色和霉菌。在经过水凝胶处理的苹果片中，SA/Cys/Ca2+水凝胶薄膜在第5天就出现了明显的霉菌生长。然而，加入ZIF-8@Que后，在减少褐变和霉菌生长方面表现优异，因此可以认为这种薄膜在保持水果质量方面是有效的。同样，菠萝片浸泡在ZIF-8@Que-3水凝胶薄膜中后，如图8A所示，在6天后仍保持新鲜，几乎没有褐变、微生物生长和风味损失。
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图7. 水凝胶薄膜对苹果片在储存期间外观（A）、重量损失（B）、硬度（C）、褐变指数（D）、PPO活性（E）、总酚含量（F）和微生物计数（G）的影响。误差条代表三次重复测量的标准偏差。不同的小写字母表示三组之间存在统计学上的显著差异（p < 0.05）。
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图8. 水凝胶薄膜对菠萝片在储存期间外观（A）、重量损失（B）、硬度（C）、褐变指数（D）、PPO活性（E）、总酚含量（F）和微生物计数（G）的影响。误差条代表三次重复测量的标准偏差。不同的小写字母表示三组之间存在统计学上的显著差异（p < 0.05）。
3.2.17.2 重量损失
水果和蔬菜的重量损失是衡量食品新鲜度的重要指标，这与蒸腾作用和代谢活动直接相关（Lazaridis等人，2025年）。特别是切割后的水果，由于单位体积表面积的增加，水分流失较快，导致重量损失更快。在水果保鲜实验中（图7B和8B），所有组在6天的储存期间都显示出水果片重量的增加。值得注意的是，经过ZIF-8@Que-3处理过的苹果片的重量损失率最低（3.76%）。同样，覆盖有ZIF-8@Que-3的菠萝片的重量损失也最低，为15.96%。这种重量损失的减少可以解释为周围环境和包装材料的相对湿度不同（Mouzahim等人，2023年）。
3.2.17.3 硬度
在储存期间，由于水分流失、代谢活动和酶的作用，水果会逐渐变软（Dodange & Shekarchizadeh，2025年）。所有处理组在6天的储存期间，新鲜切割水果的硬度下降都比对照组延迟，如图7C和8C所示。在苹果保鲜实验中，对照组的苹果硬度下降到3.76 N，而经过ZIF-8@Que-3处理的苹果片保持了最高的硬度，为5.27 N。在菠萝保鲜实验中，也发现ZIF-8@Que-3处理的菠萝片硬度（2.30 N）明显优于对照组（1.74 N）。这些结果证实，ZIF-8@Que./SA/Cys/Ca2+水凝胶薄膜有助于防止新鲜切割苹果的硬度下降。
3.2.17.4 褐变指数（BI）
褐变指数结果（图7D和8D）进一步表明，负载有ZIF-8@Que的水凝胶薄膜在较长时间内有效抑制了苹果和菠萝片的褐变。在苹果片的储存过程中，ZIF-8@Que-3组的褐变指数在第6天仍保持在较低水平，为49.03。在菠萝片的储存过程中也观察到了类似的现象，第6天的褐变指数保持在较低水平。这一结果可能涉及多种因素，包括ZIF-8@Que从水凝胶薄膜中的释放，抑制了新鲜切片的酶促褐变。此外，水凝胶薄膜的致密结构阻止了氧气与水果的直接接触（Mouzahim等人，2023年）。
3.2.17.5 PPO活性
关于苹果片的保鲜，图7E中的数据显示，PPO活性通常在切割后由于防御性应激反应而上升，然后在第二天达到峰值（X. Wang等人，2025年）。值得注意的是，对照组在第2天的PPO活性显著高于其他所有包装组，达到2.19（p < 0.05）。这表明ZIF-8@Que水凝胶薄膜有效降低了PPO活性的峰值。相比之下，图8E中的菠萝保鲜实验显示出明显不同的趋势，这是由于菠萝中的PPO本身不稳定，暴露在空气中会迅速失活。因此，所有组的PPO活性都呈现整体下降趋势。值得注意的是，对照组的活性下降最快，而ZIF-8@Que水凝胶薄膜组的下降速度较慢。这表明薄膜通过延缓其失活帮助保持了PPO活性；然而，由于水凝胶薄膜将水果与外部氧气隔离开来，褐变程度较轻。
3.2.17.6 总酚含量（TPC）
水果富含多酚，这是一种用于衡量新鲜切割水果抗氧化能力的次级代谢物（Eelager等人，2024年）。如图7F和8F所示，所有样本在储存过程中总酚含量都有所下降，对照组在第6天的下降最为显著，分别降至82.67 mg GAE/100 g FW和57.33 mg GAE/100 g FW。相比之下，ZIF-8@Que-3组始终保持了最高的总酚含量。值得注意的是，所有菠萝组中的总酚含量最初有所增加，然后下降。最初的增加是由于新鲜切割的菠萝受到严重的机械损伤；受损的组织细胞产生次级代谢物以增强受损细胞的抵抗力。随后的下降是由于新鲜切割的菠萝本身老化，导致合成酚类化合物的能力下降（Tian等人，2023年）。
3.2.17.7 微生物计数
新鲜切割的苹果将富含营养的组织暴露在空气中，为微生物的生长和繁殖创造了理想的环境，加速了变质并缩短了新鲜产品的保质期（G. Liu等人，2025年）。如图7G和8G所示，总活菌计数呈上升趋势。这是因为新鲜切割过程破坏了水果组织，从而为微生物的繁殖创造了适宜的环境。相比之下，保存在水凝胶薄膜中的水果片上的细菌菌落的对数生长低于对照组和PE组，在第6天分别保持在5.83和4.50 log CFU/g。这表明水凝胶薄膜通过持续释放抗菌物质有效抑制了微生物的生长，从而延缓了新鲜切割苹果和菠萝的质量下降。
4. 结论
总之，本研究成功地将负载有槲皮素的沸石咪唑框架-8（ZIF-8）纳米颗粒（ZIF-8@Que）结合到海藻酸钠和L-半胱氨酸基质中，通过溶液浇铸和钙离子交联制备了一种创新的多功能水凝胶薄膜。加入ZIF-8@Que提高了槲皮素的稳定性，并改善了水凝胶薄膜的物理性能和功能特性。具体来说，该薄膜表现出更好的遮光和防水性能，以及更高的柔韧性，断裂伸长率为78.04%。水凝胶薄膜的抗氧化性能显著增强，达到了48.80%，其抗菌活性也有显著提高。针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的对数减少值分别为1.47和1.06。在实际应用中，ZIF-8@Que-3水凝胶薄膜表现出优异的保鲜性能，显著延长了苹果和菠萝片的保质期。总体而言，ZIF-8@Que-3水凝胶薄膜作为一种食品包装材料具有出色的潜力，提供了功能和实用性的优势。
作者贡献声明：
Xiangjun Yang：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。
Sheng Jiang：可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。
Shuwen Wang：可视化、调查。
Hui Zhang：软件、调查。
Yue Wang：正式分析、数据管理。
Qinyu Yang：验证、调查。
Fang Tian：可视化。
Huiwen Wu：监督、资源管理。
Qi Liu：撰写——审阅与编辑、监督、资源管理、项目规划、概念化。
