Ny dobbeltvirkende belægning forhindrer bakterier i at krydskontaminere friske produkter

I løbet af deres rejse fra de åbne marker til produktudstillingerne i dagligvarebutikker, friske grøntsager og frugter kan nogle gange blive forurenet af mikroorganismer. Disse varer kan så ødelægge andre produkter, at sprede forureningen yderligere og øge antallet af fødevarer, der kan forårsage sygdom.

For at forhindre krydskontaminering mellem friske produkter, forskere ved Texas A&M University har skabt en belægning, der kan påføres overflader i kontakt med fødevarer som transportbånd, ruller og opsamlingsspande. Ud over at være bakteriedræbende, forskerne har designet deres belægning til at være ekstremt vandafvisende. Forskerne sagde uden vand, bakterier kan ikke klæbe eller formere sig på overflader, derved drastisk bremse forurening fra et stykke produkt til et andet.

"Indtagelse af forurenede råvarer får hundredvis af mennesker til at blive syge årligt, og så fødevareforurening er ikke kun et stort sundhedsproblem, men er også en betydelig økonomisk byrde, " sagde Mustafa Akbulut, lektor i Artie McFerrin Department of Chemical Engineering. "I vores undersøgelse, vi viser, at vores nye dobbeltfunktionsbelægning – en der både kan afvise og dræbe bakterier – i høj grad kan afbøde bakteriespredning, afværge krydskontaminering."

Resultaterne af undersøgelsen er i februarudgaven af ​​tidsskriftet ACS anvendte materialer og grænseflader .

Fødevarebårne sygdomme kan være forårsaget af en hel sværm af patogener, der omfatter flere stammer af vira og bakterier. For at afhjælpe enhver infektion efter høst, friske råvarer vaskes generelt og desinficeres derefter i kraftige antimikrobielle stoffer, som brintoverilte eller eddikesyre.

Imidlertid, bakterier kan stadig slippe uskadt, hvis det lykkes dem at gemme sig på svært tilgængelige steder på skindet af frugt og grøntsager. Også, hvis antallet af bakterier er stort nok, de kan danne beskyttende hylstre, kaldet biofilm, som yderligere beskytter dem mod virkningen af ​​desinfektionsmidler.

Forurenede produkter kan sprede patogenerne enten direkte, ved at røre ved andre fødevarer, eller indirekte, via overflader i kontakt med fødevarer. I øjeblikket, der er flere måder at forhindre indirekte transmission på lige fra antimikrobielle overfladebelægninger til antifouling polymeroverflader, der fungerer som fjedre for at skubbe bakterier væk. Men forskerne sagde, at disse tilgange, selvom det er effektivt i starten, kan miste deres virkning over tid af forskellige årsager.

For at overvinde de forhindringer, som de nuværende teknologier udgør, Akbulut og hans team fortsatte med at skabe en antimikrobiel overfladebelægning, der også er ekstremt hydrofob. De bemærkede, at belægningens vandafvisende egenskab kan hjælpe overflader i kontakt med fødevarer med at bevare deres bakteriedræbende virkning meget længere.

"De fleste bakterier kan kun overleve i et vandigt miljø, " sagde Akbulut. "Hvis overflader er superhydrofobe, derefter vand, og sammen med det vil de fleste bakterier blive frastødt væk. Med færre bakterier omkring, der bliver brugt mindre bakteriedræbende midler, øger belægningens samlede levetid."

For at lave deres dobbeltfunktionsbelægning, Akbulut og hans team startede med en aluminiumsplade, et metal, der almindeligvis anvendes i fødevareindustrien til kontaktflader. På overfladen af ​​metallet, de vedhæftede kemisk et tyndt lag af en forbindelse kaldet silica ved hjælp af høj varme. Derefter, med dette lag som underlag, de tilsatte en blanding af silica og et naturligt forekommende bakteriedræbende protein fundet i tårer og æggehvide kaldet lysozym.

Sammen, silica-aluminiumlaget bundet til silica-lysozymlaget lavede en belægning, der havde en ru tekstur, når den blev set i mikroskopiske skalaer. Forskerne bemærkede, at denne submikroskopiske ruhed, eller de små buler og sprækker på belægningen, er nøglen til superhydrofobicitet.

"Generelt, hvis du øger ruheden, et materiales hydrofobicitet øges, men der er en grænse, " sagde Shuhao Liu, en kandidatstuderende på Ingeniørhøjskolen og den primære forfatter til undersøgelsen. "Hvis belægningen er for ru, bakterier kan igen gemme sig bag sprækker og forurene. Så, vi tilpassede andelen af ​​silica og lysozym, så ruheden gav den bedst mulige hydrofobicitet uden at kompromittere belægningens overordnede funktion."

Når deres superhydrofobe, lysozym-infunderet belægning var finjusteret og klar, forskerne testede, om det var effektivt til at bremse væksten af ​​to stammer af sygdomsfremkaldende bakterier, Salmonella typhimurium og Listeria innocua. Ved undersøgelse, de fandt, at antallet af bakterier på disse overflader var 99,99 % mindre end på bare overflader.

På trods af den høje effektivitet af deres belægning til at forhindre bakteriel spredning, forskerne sagde, at mere undersøgelse er nødvendig for at afgøre, om belægningen fungerer lige så godt til at afbøde viral krydskontaminering. Selvom det holder længere end andre belægninger, de bemærkede, at deres belægning også skulle påføres igen efter en vis mængde brug. Dermed, som næste skridt, Akbulut og hans team arbejder på at udvikle mere permanente, belægninger med dobbelt funktionalitet.

"Vores mål er at skabe smarte overflader, der kan forhindre enhver form for patogen i at binde sig og formere sig, " sagde Akbulut. "I denne henseende, vi har udviklet overfladebelægninger, der kan forhindre bakterier i at samle sig på overflader, hvilket er en af ​​hovedårsagerne til krydskontaminering. Vi arbejder nu sammen med forskere i landbruget for at tage vores opfindelse fra bænk til praksis."