روش جدید حفاظت از محصولات زراعی در برابر آلودگی باکتریایی

محققان دانشگاه A&M تگزاس، برای جلوگیری از آلودگی متقابل بین محصولات تازه، پوششی جدید ساخته‌اند که در سطوح تماس با مواد غذایی قابل استفاده است. علاوه بر خاصیت ضد باکتریایی، این پوشش‌ها به‌صورت ضد آب طراحی شده‌اند. محققان گفته‌اند که در نبود آب باکتری‌ها قابلیت اتصال و تکثیر بر سطوح را ندارند که از این طریق می‌توان انتقال آلودگی از یک محصول به بخش دیگر را کاهش داد.

در حین انتقال سبزیجات و میوه‌های تازه از مزارع به فروشگاه‌های مواد غذایی، احتمال آلودگی توسط میکروارگانیسم‌ها وجود دارد. این موارد می‌تواند باعث از بین بردن محصولات، گسترش بیشتر آلودگی و بیماری سایر مواد غذایی شود. 

مصطفی اکبولوت -استادیار گروه مهندسی‌شیمی آرتی‌مک‌فارین- گفت: “مصرف غذاهای خام آلوده سالانه باعث بیماری صدها نفر می‌شود، بنابراین آلودگی مواد غذایی نه تنها به‌عنوان یک نگرانی بزرگ در سلامتی بلکه یک فشار اقتصادی نیز محسوب می‌شود. در این مطالعه نشان می‌دهیم که پوشش جدید با عملکرد دوگانه می‌تواند گسترش باکتری‌ها را تا حد زیادی کاهش دهد و از آلودگی متقابل جلوگیری کند.”

بیماری‌های ناشی از مواد غذایی می‌توانند در اثر انبوهی از عوامل بیماری‌زا که شامل چندین گونه ویروس و باکتری هستند، ایجاد شوند. برای رفع هرگونه عفونت بعد از برداشت، محصولات تازه به‌طور کلی شسته شده و سپس در آنتی‌بیوتیک‌ های قدرتمند مانند پراکسید هیدروژن یا اسید استیک ضد عفونی می‌شوند.

با این حال اگر آن‌ها موفق به پنهان شدن در مکان‌های غیر قابل دسترس روی پوست میوه‌ها و سبزیجات شوند، می‌توانند از حالت ناخوشایند فرار کنند. همچنین اگر تعداد باکتری‌ها به اندازه کافی زیاد باشند می‌توانند با تشکیل غلاف‌های محافظتی به‌نام بیوفیلم از خود در برابر ضد عفونی‌ کننده‌ها محافظت کنند.

محصولات تولیدی آلوده می‌توانند با تماس با سایر مواد غذایی یا به‌طور غیرمستقیم از طریق تماس با سطوح مواد غذایی پاتوژن‌ها را پخش کنند. در حال حاضر روش‌های مختلف جلوگیری از انتقال غیرمستقیم، از پوشش سطح ضد میکروبی گرفته تا سطوح پلیمری ضد رسوب وجود دارد که برای از بین بردن باکتری‌ها عمل می‌کنند. اما بر اساس نظر محققان این رویکردها اگرچه در ابتدا کارآمد هستند اما به دلایل مختلفی می‌توانند اثرات خود را در طول زمان از دست بدهند.

برای شکست موانع موجود در فناوری‌های فعلی، اکبولوت و تیمش اقدام به ساخت پوشش ضد میکروبی جدید با خاصیت آب‌گریزی کرده‌اند. آن‌ها خاطرنشان کردند که خاصیت آب‌گریزی این پوشش می‌تواند به سطوح تماس با مواد غذایی برای حفظ خاصیت ضد میکروبی در مدت زمان بیشتر کمک کند.

اکبلوت گفت: “بیشتر باکتری‌ها فقط در یک محیط آبی زنده می‌مانند. اگر سطوح فوق آب‌گریز باشند، آب و به همراه آن بسیاری از باکتری‌ها دفع می‌شوند. با وجود تعداد کمتر باکتری، میکروب‌کش‌ های کمتری استفاده و باعث افزایش طول عمر پوشش می‌شود.”

آکبولوت و همکارانش برای ساخت روکش دو منظوره با ورق آلومینیومی شروع کردند. به‌صورت شیمیایی با استفاده از گرمای زیاد لایه‌ای نازک از یک ترکیب به نام سیلیس را بر روی سطح فلز متصل کردند. سپس با استفاده از این لایه به‌عنوان یک بستر، مخلوطی از سیلیس و پروتئین میکروب‌کش طبیعی به‌ نام لیزوزیم را به آن اضافه کردند.

لایه سیلیس-آلومینیوم که به لایه سیلیس-لیزوزیم متصل شده است با مشاهده میکروب، پوششی با بافتی خشن ایجاد می‌کند. محققان خاطرنشان کردند که این زبری زیر میکروسکوپی یا برآمدگی‌های کوچک و ترک‌های روی این پوشش کلیدی برای آب‌گریزی شدید است.

در ادامه Shuhao Liu -دانشجوی فارغ‌التحصیل دانشکده مهندسی و نویسنده اصلی- گفت: “به‌طور کلی با افزایش زبری، آب‌گریز بودن یک ماده افزایش می‌یابد اما حدی وجود دارد. اگر پوشش خیلی زبر باشد باکتری‌ها می‌توانند یک بار دیگر در شکاف‌ها پنهان شوند و آلودگی ایجاد کنند. بنابراین ما نسبت سیلیس و لیزوزیم را به هم زدیم تا زبری بهترین آب‌گریزی ممکن را داشته باشد، بدون اینکه عملکرد کلی پوشش را به خطر بیندازد.”

زمانی که پوشش آب‌گریز آمیخته با لیزوزیم تنظیم و آماده شد، محققان اثربخشی این ماده در مهار رشد دو سویه باکتری ایجاد کننده بیماری Salmonella typhimurium و Listeria innocua را بررسی کردند. پس از آزمایش آن‌ها دریافتند که تعداد باکتری‌های موجود در این سطوح 99.99 درصد کمتر از سطوح ساده است.

باوجود تأثیر بالای پوشش در جلوگیری از شیوع باکتری‌ها، محققان دریافتند که تحقیقات بیشتری برای بررسی اثرگذاری این پوشش برای کاهش آلودگی ویروس نیاز است. اگرچه این پوشش ماندگاری بیشتری نسبت به سایر پوشش‌ها دارد، اما پس از استفاده در مدت زمان خاص، نیاز به استفاده مجدد دارد. بنابراین به‌عنوان گام بعدی اکبولوت و همکارانش در تلاشند تا روکش‌های عملکردی دوگانه و پایدارتر را تولید کنند.

اکبلوت گفت: “هدف ما ایجاد سطوح هوشمندی است که قابلیت جلوگیری از اتصال و تکثیر هرگونه عوامل بیماری‌زا را دارند. در همین راستا ما پوشش‌های سطحی را ایجاد کرده‌ایم که از جمع‌شدن باکتری‌ها بر روی سطوح به‌عنوان مهمترین دلیل آلودگی متقاطع، جلوگیری کند.”