挥发性有机化合物（VOCs）因具有抗真菌、促生和环境残留低等优势，被认为是替代传统化学杀菌剂的绿色活性物质。然而，其高挥发性和环境稳定性差限制了其在农业病害防控和采后保鲜中的实际应用。本研究针对抗真菌挥发物靶向递送和可控释放难题，构建了一种三重响应智能控释体系Pyzs@NM88B-CMC@PQ（PNCP）。该体系以氨基功能化铁基MOF NH2-MIL-88B(Fe)为载体，通过纳米限域效应高效装载吡嗪类抗真菌挥发物，并进一步引入羧甲基纤维素（CMC）和季铵化果胶衍生物（PQ）构建响应性水凝胶外壳，实现对病原菌感染微环境中酸性pH、纤维素酶和果胶酶等信号的识别与级联释放。结果表明，PNCP在体外可有效抑制病原真菌菌丝生长和孢子萌发，在植物叶片和采后果实感染模型中表现出优异的防控效果，并可显著延长樱桃番茄货架期、维持果实营养品质和感官品质。此外，该体系还表现出良好的耐雨水冲刷、抗紫外降解、抗挥发和储藏稳定性，并在作物生长、细胞相容性、蚯蚓急性毒性和土壤微生物群落等安全性评价中显示出较好的生物安全性。本研究为抗真菌挥发物的精准递送和智能释放提供了新的思路，也为果蔬采后病害防控、活性包装和智能农用制剂设计提供了可借鉴的技术框架。
研究亮点
构建了响应pH、纤维素酶和果胶酶的三重响应VOCs智能控释体系，实现对B. cinerea感染微环境的多信号识别与级联释放。
利用NH2-MIL-88B(Fe)的纳米限域效应高效负载吡嗪类挥发物，PNCP的Pyzs负载率达到21.91%，有效提升挥发性活性物质的稳定保持与按需释放能力。
CMC@PQ杂化水凝胶网络赋予材料酶响应释放、生物界面黏附、抗雨水冲刷和紫外屏蔽等多重性能，突破了VOCs易挥发、易流失和环境稳定性差的应用瓶颈。
PNCP对B. cinerea表现出优异体外抑菌活性，菌丝生长抑制和孢子萌发抑制的EC50分别为38.15 mg/L和8.70 mg/L；在番茄叶片模型中，1,500 mg/L PNCP的保护和治疗效果分别达到97.38%和94.73%。
在樱桃番茄采后保鲜中，PNCP显著抑制病斑扩展和腐烂发生，将货架期延长6 d，并有效维持感官与营养品质；同时对LO2细胞、蚯蚓和土壤细菌群落未表现出明显毒性，并在一定浓度范围内展现作物促生潜力。
研究结论
该研究围绕抗真菌挥发性活性物质在食品与农业应用中普遍面临的易挥发、稳定性不足、靶向效率低和实际场景适应性差等问题，构建了一种病原菌感染微环境驱动的三重响应智能控释体系PNCP。该体系通过MOF纳米限域、响应性多糖水凝胶外壳和生物界面调控的协同设计，实现了挥发性活性物质从“简单负载与被动释放”向“信号识别、按需释放和界面稳定作用”的转变。研究结果表明，PNCP不仅能够有效抑制病原真菌侵染，延长采后果实货架期并维持营养和感官品质，还兼具良好的环境稳定性、生物安全性和一定的作物促生潜力。
该研究提供了一种具有普适启发意义的食品功能因子递送思路：对于易挥发、易降解或难以在复杂基质中发挥作用的活性物质，可通过“载体保护—界面黏附—微环境响应—多维安全评价”的系统化设计，提高其稳定性、靶向性和实际应用效率。这一策略不仅对果蔬采后病害防控具有直接参考价值，也可为活性包装、天然抑菌剂递送、食品保鲜涂层、绿色农用制剂以及食品安全风险控制等方向提供新的技术借鉴。总体而言，本研究将材料设计、病原微环境识别、食品品质保持和生物安全评价有机结合，为食品领域功能材料从实验室构建走向实际应用提供了可参考的研究范式。
原文链接
https://doi.org/10.1186/s12951-026-04880-7
