新型双重作用涂层可防止细菌交叉污染新鲜农产品

德州农工大学的研究人员发明了一种涂层，该涂层可以应用于传送带和收集桶等表面。

来源：Vandana Suresh /  德克萨斯农工大学工程学院

在从露天到杂货店的农产品展示的整个过程中，新鲜的蔬菜和水果有时会被微生物污染。这些物品可能会破坏其他农产品，进一步扩大污染并增加可能导致疾病的食品数量。

为了防止新鲜农产品之间的交叉污染，德州农工大学的研究人员创造了一种涂层，该涂层可用于食品接触表面，例如传送带，滚筒和收集桶。除了具有杀菌作用外，研究人员还设计了涂层，使其具有极强的防水性。研究人员说，没有水，细菌就不会在表面粘附或繁殖，从而从根本上抑制了一种农产品到另一种农产品的污染。

Artie McFerrin化学工程系副教授Mustafa Akbulut说：“食用受污染的生食品每年会导致数百人生病，因此食品污染不仅是一个巨大的健康问题，也是一个重大的经济负担。”。“在我们的研究中，我们证明了我们新的双功能涂层——一种既能驱除细菌又能杀死细菌的涂层——可以大大减少细菌的传播，避免交叉污染。”

研究结果发表在2月份的ACS应用材料与界面杂志上。

食源性疾病可能由大量病原体引起，其中包括多种病毒和细菌。为了处理收获后的任何污染，通常将新鲜农产品洗净，然后用强效抗菌剂（如过氧化氢或乙酸）消毒。

但是，如果细菌能够躲藏在水果和蔬菜皮上难以到达的位置，它们仍然可以毫发无损地逃脱。同样，如果细菌数量足够多，它们会形成称为生物膜的保护套，从而进一步保护它们免受消毒剂的作用。

受污染的农产品可以通过接触其他食品直接传播病原体，也可以通过与食品接触的表面间接传播病原体。当前，有多种方法可以防止间接传播，从抗菌表面涂层到防污聚合物表面，就像弹簧将细菌推开一样。但是研究人员说，这些方法虽然起初很有效，但是由于各种原因会随着时间的流逝而失去作用。

为了克服当前技术带来的障碍，Akbulut和他的团队着手开发了一种疏水性极强的抗菌表面涂层。他们指出，这种涂层的防水性能可以帮助食品接触表面保持更长时间的杀菌作用。

“大多数细菌只能在水性环境中生存，” Akbulut说。 “如果表面是超疏水的，那么水，连同它的大部分细菌将被排斥。随着周围细菌的减少，使用的杀菌剂也会减少，从而延长涂层的整体使用寿命。”

该图显示了Akbulut的双重功能涂层，既具有超疏水性又具有抗菌性。

图片：瑞秋·巴顿（Rachel Barton）/德克萨斯农工大学

为了制造双功能涂层，Akbulut和他的团队从铝板开始，铝板是食品工业中通常用于接触表面的金属。他们利用高温化学方法将一种称为二氧化硅的化合物的薄层化学附着在金属表面上。然后，以这一层为基质，他们添加了二氧化硅和一种天然杀菌蛋白的混合物，这种蛋白质存在于眼泪和蛋清中，称为溶菌酶。

结合在二氧化硅溶菌酶层上的硅铝层一起形成了一层在微观尺度上具有粗糙纹理的涂层。研究人员指出，这种亚微观的粗糙度，或涂层上的微小凸起和裂缝，是超疏水性的关键。

“总的来说，如果增加粗糙度，则材料的疏水性会增加，但存在极限，”工程学院的研究生，该研究的主要作者 Shuhao Liu 说。如果涂层太粗糙，细菌会再次藏在缝隙后面并被污染。因此，我们调整了二氧化硅和溶菌酶的比例，以便在不影响涂层整体功能的前提下，粗糙度能产生最佳的疏水性。”

当他们的超疏水溶菌酶涂层被微调并准备好时，研究人员测试了它是否能有效抑制两种致病细菌的生长，即鼠伤寒沙门氏菌和李斯特菌。经检查发现，这些表面的细菌数量比裸露表面少99.99%。

尽管他们的涂层在防止细菌扩散方面具有很高的功效，但研究人员表示，需要进行更多的研究，以确定涂层在减轻病毒交叉污染方面是否同样有效。尽管它们比其他涂料具有更长的使用寿命，但他们指出，在使用一定量后，也需要重新涂覆其涂料。因此，下一步，Akbulut和他的团队正在研究开发更永久的双功能涂料。

Akbulut说：“我们的目标是创建能够避免任何病原体附着和繁殖的智能表面。” “在这方面，我们开发了可以防止细菌聚集在表面上的表面涂层，这是造成交叉污染的主要原因之一。我们现在正在与农业研究人员合作，将我们的发明从实验台上应用到实践中。”

该研究的其他贡献者包括德克萨斯州A&M化学工程系的Michael Bae和Ethan A.学者；德克萨斯州A&M生物医学工程系的Jeremy Zheng和Beril Ulugun；中国仲恺农业工程学院的Li Hao；德克萨斯州A&M营养与食品科学系的Thomas Matthew Taylor, Luis Cisneros Zevallos和Yagmur Yegin；韩国Dankook大学的Jun Kyun Oh。

这项工作得到了食品制造技术计划和美国农业部的支持。

原文网址：https://today.tamu.edu/2020/04/21/new-dual-action-coating-keeps-bacteria-from-cross-contaminating-fresh-produce/

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