تُعدّ سلسلة الإمداد الغذائي نظامًا معقدًا متعدد المراحل يشمل الإنتاج، والتصنيع، والحفظ، والتخزين، والتعبئة والتغليف، والنقل، والاستهلاك، وغيرها. وفي هذه العملية، يُعدّ ضمان سلامة وجودة الغذاء في كل مرحلة أمرًا بالغ الأهمية، لا سيما في النقل عبر الحدود حيث تزيد فترات النقل الطويلة من خطر تلف الأغذية. ولإطالة مدة صلاحية المنتجات الغذائية، تلعب عبوات الطعام دورًا حيويًا متزايدًا، إذ تُوفر حماية فعّالة للأغذية من التلوث وأضرار الرطوبة. وقد أصبحت مواد التعبئة والتغليف التقليدية عاجزة تدريجيًا عن تلبية متطلبات العصر، نظرًا لأن المواد الخام المستخدمة في إنتاجها تُساهم في التلوث البيئي. ولذا، ظهرت مواد جديدة صديقة للبيئة، لا تُوفر مزايا توفير التكاليف فحسب، بل تتوافق أيضًا بشكل أفضل مع متطلبات التنمية المستدامة.

ومع ذلك، لا يزال هدر الطعام والتسمم الغذائي الناجم عن تلفه من التحديات العالمية الملحة التي تتطلب معالجة عاجلة. تشير الدراسات إلى أن ما يقارب ثلث إنتاج الغذاء العالمي يُهدر في نهاية المطاف، وغالبًا ما يكون سوء الحفظ والتغليف السبب الرئيسي لذلك. في السنوات الأخيرة، ومع تطور تقنية النانو، أصبح استخدام المواد النانوية اتجاهًا جديدًا في مجال التطوير. تعمل مواد مثل أكسيد الجرافين وأنابيب الكربون النانوية كمواد ماصة عالية الكفاءة، قادرة على إزالة المواد الضارة المتولدة أثناء نقل الأغذية بفعالية؛ في حين أن مواد مثل ثاني أكسيد التيتانيوم والفضة وثاني أكسيد السيليكون تُطيل مدة صلاحية الطعام بشكل ملحوظ من خلال إضفاء خصائص مضادة للبكتيريا على مواد التغليف. على الرغم من هذه التطورات، لم يتوقف البحث عن مواد تغليف جديدة، حيث يتم دمج المواد المبتكرة باستمرار في سلسلة الإمداد الغذائي العالمية.

يُضفي دمج إطارات الفلزات العضوية (MOFs) في مواد التغليف خصائص مضادة للبكتيريا قوية على هذه المواد. على سبيل المثال، ZIF-8 جسيمات نانوية من نوع Mof تم دمجها بنجاح في بوليمرات أساسها الكيتوزان. وقد أظهرت الدراسات أن المادة الناتجة لا تتمتع فقط بخاصية كراهية الماء الجيدة، بل تتميز أيضًا بقوة ميكانيكية عالية. يُعد الحفاظ على نسبة رطوبة مناسبة أمرًا أساسيًا للحفاظ على نضارة الطعام ومنع نمو البكتيريا والفطريات. وقد حققت المواد التي تحتوي على ZIF-8 MOF معدلات تثبيط بنسبة 100% ضد البكتيريا الممرضة الشائعة مثلالمكورات العنقودية الذهبية و الإشريكية القولونية.

ترتبط بعض المواد الكيميائية، وخاصة غاز الإيثيلين، ارتباطًا وثيقًا بعملية نضج المنتجات الطازجة. يُسرّع الإيثيلين معدلات التمثيل الغذائي للنباتات، ويُسبب تليين الأنسجة، مما يُعزز بدوره الشيخوخة والنضج والتلف. لذلك، إذا لم تتم إزالة غاز الإيثيلين بفعالية أثناء النقل والتخزين، فإن مدة صلاحية المنتجات الزراعية ستتقلص بشكل كبير. تُظهر الأطر المعدنية العضوية (MOFs) قدرة امتصاص ملحوظة للإيثيلين كمواد ماصة. على سبيل المثال، في إحدى الدراسات، أظهرت الأطر المعدنية العضوية القائمة على النحاس قدرة امتصاص للإيثيلين أعلى بأربع مرات من قدرة الزيوليت، وهي مادة ماصة تقليدية.

تؤثر مستويات الرطوبة والأكسجين داخل عبوات الطعام بشكل مباشر على مدة صلاحية المنتجات الغذائية. إذ تشارك الرطوبة والأكسجين في تفاعلات الأكسدة، مما يؤدي إلى تلف الطعام بسرعة. ورغم أن ملء عبوات الطعام بالغاز الخامل يُعدّ طريقة شائعة لإزالة الأكسجين، إلا أن الرطوبة والأكسجين المتبقيين لا يزالان موجودين بسبب امتصاص الطعام نفسه للهواء والرطوبة. وقد استُخدمت الأطر المعدنية العضوية (MOFs) بنجاح في مجالات متنوعة باعتبارها مواد ماصة للرطوبة والأكسجين. على سبيل المثال، إضافة... موف-801 يعزز بشكل كبير مقاومة اختراق الماء للأغشية ويتيح امتصاص الرطوبة حتى في رطوبة نسبية منخفضة تصل إلى 20٪، مما يؤدي إلى إطالة عمر صلاحية الطعام بشكل ملحوظ.

غالباً ما تشكل سلامة الغذاء تحدياً كبيراً للمستهلكين. فالملصقات المضللة منتشرة في الأسواق، مما يُسبب ارتباكاً كبيراً لدى المستهلكين. لذا، يُعدّ وضع أساليب تعريف ذكية وموحدة للكشف عن المنتجات الغذائية المُلصقة بشكل خاطئ أمراً بالغ الأهمية لتعزيز شفافية إنتاج الغذاء. واستجابةً لهذا الطلب، تمّ توظيف خاصية فريدة أخرى من خصائص الأطر المعدنية العضوية (MOFs) - وهي خاصية التلألؤ - بطريقة مبتكرة.

من خلال دمج الأطر المعدنية العضوية مع عناصر مضيئة مثل اليوروبيوم (Eu³⁺) والتيربيوم (Tb³⁺) والديسبروسيوم (Dy³⁺)، يمكن تصميم ملصقات غير مرئية ذات خصائص إضاءة RGB. يمكن استخدام هذه الملصقات على نطاق واسع في تغليف المواد الغذائية، مما يعزز السلامة وإمكانية التتبع.

تتمتع المواد متعددة الوظائف، المعروفة باسم MOFs، بمجموعة من الخصائص المتميزة، بما في ذلك:

تتجاوز تطبيقات المواد العضوية المعدنية مجال تغليف المواد الغذائية بكثير؛ فهي تحمل أيضًا إمكانات هائلة في الكشف عن المواد السامة، ومراقبة السلامة، ومعالجة الصرف الصحي.