近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所質(zhì)量與安全課題組在磁性三維多孔吸附材料制備及其咖啡因富集去除技術(shù)研發(fā)方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Engineering of zeolitic imidazolate frameworks based on magnetic three-dimensional graphene as effective and reusable adsorbent to enhance the adsorption and removal of caffeine from tea samples”發(fā)表于Food Chemistry上（IF=8.8 Q1）。

 

　　咖啡因是一種富含于茶葉中的黃嘌呤生物堿，作為中樞神經(jīng)興奮劑，具有減輕疲勞，改善運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和情緒，促進(jìn)新陳代謝的作用。然而，過(guò)量攝入會(huì)導(dǎo)致睡眠障礙、緊張焦慮和血壓升高，并可增加中風(fēng)和心臟病的患病風(fēng)險(xiǎn)，低咖啡因茶飲產(chǎn)品越來(lái)越受到消費(fèi)者的歡迎。傳統(tǒng)的脫咖啡因技術(shù)如超臨界流體法、離子沉淀法、水提法、微生物降解法等仍存在脫除效率低、活性成分損失、適用范圍窄等局限性。

 

　　本研究以磁性納米粒子（Fe₃O₄）和3DGA為納米載體，利用3DGA柔性表面引導(dǎo)ZIF-8的定向自組裝技術(shù)成功制備了Fe₃O₄@3DGA@ZIF-8復(fù)合材料。結(jié)果表明Fe₃O₄@3DGA@ZIF-8具有較大比表面積（162.98 m2/g），高孔隙體積(0.35 cm3/g)、超順磁性(40.8 emu/g)、高咖啡因去除率（＞99%）和良好的重復(fù)利用性。最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料對(duì)咖啡因的最大吸附量為19.57 mg/g。利用靜態(tài)、動(dòng)態(tài)吸附模型計(jì)算深入探究了咖啡因在復(fù)合材料上的吸附傳質(zhì)過(guò)程，揭示了靜態(tài)吸附符合Langmuir模型，主要由單分子吸附主導(dǎo)；動(dòng)力學(xué)擬合符合擬二階模型，主要由化學(xué)吸附控制吸附過(guò)程。最后，該復(fù)合材料成功用于綠茶、烏龍茶、黑茶、白茶等茶湯樣品中咖啡因的吸附去除。本研究解決了茶葉樣品中咖啡因富集效率低和吸附劑不易回收等問(wèn)題，為新型三維多孔吸附材料的設(shè)計(jì)制備提供了新的研究路徑，并為茶葉中咖啡因的控制去除提供了新思路。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所為論文第一完成單位，蔬菜花卉所碩士研究生花雨薇和劉廣洋研究員為共同第一作者，劉廣洋研究員和徐東輝研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助和蔬菜生物育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。

 

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0308814623017612