Filtros bioactivos de MOFs para la descontaminación del aire en almacenamiento poscosecha

Las infecciones producidas por hongos fitopatógenos representan un desafío crítico e ininterrumpido para la conservación de la calidad hortofrutícola durante el almacenamiento poscosecha. Especies patógenas de alto impacto como Penicillium expansum (causante del moho azul en manzanas y peras) y Botrytis cinerea (moho gris) permanecen latentes o se propagan activamente en las cámaras de frío y atmósfera controlada, provocando cuantiosas pérdidas económicas y amenazando la seguridad alimentaria mediante la eventual acumulación de micotoxinas. Frente a la creciente aparición de cepas resistentes a los fungicidas sintéticos comerciales aprobados, un equipo de investigación ha desarrollado y validado una estrategia alternativa basada en estructuras metalorgánicas (MOFs) para la descontaminación bioactiva del aire por filtración.  

Mecanismos de acción diferenciados y caracterización in vitro

Los ensayos in vitro con diversos marcos metalorgánicos a base de zinc y cobre revelaron marcadas diferencias de amplio espectro según la composición de la red y el ligando coordinante. Entre las estructuras evaluadas, HKUST-1 y ZIF-8 destacaron por su elevada efectividad, logrando una inhibición del crecimiento micelial (MGI) del 100% frente a Penicillium expansum, Penicillium citrinum y Colletotrichum gloeosporioides, manteniendo asimismo un fuerte control sobre Botrytis cinerea y Mucor piriformis.

El estudio de los mecanismos biológicos reveló dos vías de acción diferenciadas pero altamente complementarias:

• HKUST-1 actúa de forma predominante mediante una liberación sostenida de iones de cobre (~19,28 ppm en medio acuoso), lo que induce un colapso directo en la actividad metabólica celular medida por ensayos de reducción de XTT, sin generar una acumulación desmedida de estrés oxidativo.
• ZIF-8, por el contrario, presenta una liberación casi nula de zinc (~0,43 ppm) pero opera desencadenando una elevada generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) intracelulares, provocando daño oxidativo en las células fúngicas.

Las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) confirmaron que ambas estructuras ocasionan una severa deformación estructural en las hifas y conidióforos, traduciéndose en filamentos colapsados, fragmentados y arrugados.

Formulación por inversión de fase en perlas de polisulfona

Para superar la limitación práctica que supone manipular los MOFs en forma de micropolvos insolubles y volátiles, el equipo inmovilizó los materiales dentro de una matriz polimérica de polisulfona (PSF) mediante una técnica de inversión de fase. La mezcla de MOF y polímero se extruyó sobre un baño de coagulación, dando lugar a perlas esféricas compuestas (MOF@PSF) de aproximadamente 2 mm de diámetro, porosas, mecánicamente estables y de fácil manipulación.

Los análisis espectroscópicos (FT-IR), termogravimétricos (TGA) y de difracción de rayos X (PXRD) confirmaron que los marcos cristalinos de HKUST-1 y ZIF-8 se distribuyen de forma homogénea en la matriz de polisulfona y conservan intactas su porosidad, cristalinidad y accesibilidad biológica. Las perlas resultantes alcanzaron áreas superficiales BET de 497 m²/g (HKUST-1@PSF) y 744 m²/g (ZIF-8@PSF), demostrando la viabilidad del proceso para escalado industrial.

Alta eficiencia en prototipo de filtración y protección del fruto

Las propiedades antifúngicas se extendieron al control de los propagóculos reproductivos (esporas y conidios). Las perlas MOF@PSF redujeron de forma contundente la viabilidad conidial y suprimieron la germinación del tubo germinativo en P. expansum y B. cinerea, mostrando en SEM esporas arrugadas, deshidratadas y morfológicamente alteradas.

Para validar la tecnología en condiciones dinámicas cercanas a una central hortofrutícola, se diseñó un prototipo de filtración de aire de doble cámara con flujo constante (10 mL/s). Mientras que los filtros formados únicamente por polisulfona virgen permitieron una rápida contaminación cruzada hacia la cámara limpia y la infección de frutos almacenados, los lechos de filtración rellenos con perlas compuestas lograron una reducción de la transferencia aérea de esporas del 95,2% al 96,7% para P. expansum, y del 99,4% al 99,6% para B. cinerea.

Esta tecnología demuestra una doble funcionalidad: intercepta físicamente las esporas en suspensión y las inactiva biológicamente, ofreciendo un método libre de residuos químicos sintéticos para prevenir la diseminación de patógenos fúngicos durante la conservación frigorífica.

Fuente

Xhafa, S., Marchetti, F., Di Nicola, C., Pettinari, R., Pettinari, C., Domasevitch, K. V., Grappasonni, I., Acito, M., Giangrossi, M., & Tombesi, A. (2026). Metal-Organic Framework@Polysulfone Composite Beads for Air Filtration of Postharvest Pathogenic Fungal Spores. ACS Applied Materials & Interfaces, 18(43), 59010–59024. https://doi.org/10.1021/acsami.6c16196

Imagen: Pixabay https://pixabay.com/es/photos/manzanas-cosecha-manzanas-rojas-1814042/