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新型雙功能塗料可防止細菌交叉污染新鮮農產品

2020/07/02 @國際

摘要

美國德州農工大學研究團隊成功研發可防止農產品加工時交叉汙染的新型塗料,應用二氧化矽以高溫薄塗一層於食品加工場金屬器械表層,再加入二氧化矽與溶菌酶混合物,形成新型塗層,具有超疏水性之特性,並以鼠傷寒沙門氏菌以及李斯特菌進行抗菌檢測,結果顯示細菌於食品表面較未塗層減少約99.99%。

新型雙功能塗料可防止細菌交叉污染新鮮農產品

  農產品從農場收成到商場展售的過程中,其有時會被微生物汙染,受污染的農產品可以透過接觸其他食品直接傳播病原體,也可以透過與食品接觸的表面間接傳播病原體。由於食源性疾病可能由大量病原體引起,其中包括多種病毒和細菌,因此汙染的農產品易導致造成疾病的食物增加。Artie McFerrin化工系副教授Mustafa Akbulut表示食用受汙染的未加工食品導致每年數百人生病,因此食品汙染不僅對於健康有巨大的影響,也對經濟造成極大的負擔。傳統防止收成後發生污染的做法是將新鮮農產品清洗乾淨,再用強效抗菌劑消毒,如過氧化氫或乙酸。然而,細菌若數量足夠多會形成生物膜,或是細菌躲藏在難以清潔到的部分時,他們皆可免受消毒劑的作用。當前雖有許多防止間接傳播的方法,從抗菌表面塗料到抗附著聚合物等開發,然而這些方法起初有效,但基於各種因素使其隨時間的流逝而失去效用。

  為了防止新鮮農產品交叉汙染並克服當前技術所帶來的障礙,德州農工大學Akbulut的團隊開發出一種塗料,除了能夠殺菌外,其也具有極強的防水性。研究員表明多數細菌只能在水性環境中生存,因此其難以繁殖或黏附在超疏水的食品表面,進而減少殺菌劑的使用,從而防止產品交叉汙染並增加塗料整體的壽命。該塗料可用於接觸食品表面的相關設備,如輸送帶、滾筒和收集桶,相關研究發表於《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊中。

  為了開發出雙功能塗料,研究團隊從鋁板開始著手。鋁板是常用於食品工業中接觸食品表面的金屬,而研究員更利用高溫化學方法將二氧化矽的薄層附著在金屬表面上,接著以這薄層為基底,再加入二氧化矽及天然溶菌酶 (從眼淚和蛋清中可發現該物質) 的混合物。二氧化矽-溶菌酶層與二氧化矽-鋁層結合在一起後即構成新型塗層。在顯微鏡下可看到塗層表面為粗糙質地,這種亞微觀的粗糙度或塗層上的微小凸起與縫隙是超疏水性的關鍵。工程學院的研究生Shuhao Liu表示一般而言,若增加粗糙度,其疏水性會增加,但仍有極限,因為過於粗糙的材質可使細菌躲在縫隙中而汙染食物。因此,研究員進一步調整二氧化矽和溶菌酶的比例,使其粗糙度能產生最佳的疏水性,且不會損害塗料整體的功能。研究員以鼠傷寒沙門氏菌和無毒李斯特菌兩種致病細菌菌株來測試新型塗層是否有效抗菌,結果顯示食品表面上的細菌量較裸露的表面減少99.99%。【延伸閱讀】能讓香蕉在六天內都不會變黑的保鮮膜

  儘管這項研究在防止細菌擴散具有很高的功效,但其仍須更多的相關研究以確定是否在防止病毒交叉汙染方面也同樣具有效用。此外,雖然該塗料較其他相似物具有更長的壽命,但在一定的使用量後,仍須重新塗覆,因此,研究團隊正以此構思來開發出更永久的雙功能塗料,創造出能夠避免任何病原體附著和繁殖的智能表面,並期望能將該發明應用於實際環境中。

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