Nel corso del loro viaggio dai campi aperti alle esposizioni dei prodotti nei negozi di alimentari, frutta e verdura fresche a volte possono essere contaminate da microrganismi. Questi articoli possono quindi rovinare altri prodotti, diffondendo ulteriormente la contaminazione e aumentando il numero di alimenti che possono causare malattie.

Per prevenire la contaminazione incrociata tra prodotti freschi, i ricercatori della Texas A&M University hanno creato un rivestimento che può essere applicato a superfici a contatto con gli alimenti come nastri trasportatori, rulli e secchi di raccolta. Oltre ad essere germicida, i ricercatori hanno progettato il loro rivestimento per essere estremamente idrorepellente. I ricercatori hanno detto che senza acqua, i batteri non possono attaccarsi o moltiplicarsi sulle superfici, riducendo così drasticamente la contaminazione da un pezzo di prodotto all'altro.

"Il consumo di cibi crudi contaminati fa ammalare centinaia di persone ogni anno, e quindi la contaminazione degli alimenti non è solo un enorme problema per la salute, ma è anche un notevole onere economico, " disse Mustafa Akbulut, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica Artie McFerrin. "Nel nostro studio, dimostriamo che il nostro nuovo rivestimento a doppia funzione, uno che può sia respingere che uccidere i batteri, può mitigare notevolmente la diffusione batterica, prevenire la contaminazione incrociata”.

I risultati dello studio sono nel numero di febbraio della rivista Materiali e interfacce applicati ACS .

Le malattie di origine alimentare possono essere causate da un intero sciame di agenti patogeni che includono più ceppi di virus e batteri. Per rimediare a qualsiasi infezione dopo il raccolto, i prodotti freschi vengono generalmente lavati e poi igienizzati con potenti antimicrobici, come il perossido di idrogeno o l'acido acetico.

Però, i batteri possono comunque scappare indenni se riescono a nascondersi in punti difficili da raggiungere sulle bucce di frutta e verdura. Anche, se il numero di batteri è abbastanza grande, possono formare guaine protettive, chiamati biofilm, che li proteggono ulteriormente dall'azione degli igienizzanti.

I prodotti contaminati possono diffondere gli agenti patogeni direttamente, toccando altri alimenti, o indirettamente, attraverso le superfici a contatto con gli alimenti. Attualmente, ci sono diversi modi per prevenire la trasmissione indiretta che vanno dai rivestimenti superficiali antimicrobici alle superfici polimeriche antivegetative che agiscono come molle per allontanare i batteri. Ma i ricercatori hanno detto che questi approcci, sebbene efficiente all'inizio, possono perdere i loro effetti nel tempo per una serie di motivi.

Per superare gli ostacoli posti dalle attuali tecnologie, Akbulut e il suo team hanno proceduto alla creazione di un rivestimento superficiale antimicrobico che è anche estremamente idrofobo. Hanno notato che la proprietà idrorepellente del rivestimento può aiutare le superfici a contatto con gli alimenti a mantenere la loro azione germicida molto più a lungo.

"La maggior parte dei batteri può sopravvivere solo in un ambiente acquoso, " disse Akbulut. "Se le superfici sono superidrofobiche, poi acqua, e con esso la maggior parte dei batteri verrà respinta. Con meno batteri in giro, si consumano meno germicidi, aumentando la durata complessiva del rivestimento."

Per realizzare il loro rivestimento a doppia funzione, Akbulut e il suo team hanno iniziato con un foglio di alluminio, un metallo comunemente usato nell'industria alimentare per le superfici di contatto. Sulla superficie del metallo, hanno attaccato chimicamente un sottile strato di un composto chiamato silice usando un calore elevato. Quindi, con questo strato come substrato, hanno aggiunto una miscela di silice e una proteina germicida naturale che si trova nelle lacrime e nell'albume chiamata lisozima.

Insieme, lo strato di silice-alluminio legato allo strato di silice-lisozima formava un rivestimento che aveva una consistenza ruvida se osservato su scala microscopica. I ricercatori hanno notato che questa rugosità submicroscopica, o le piccole protuberanze e fessure sul rivestimento, è la chiave per la superidrofobicità.

"Generalmente, se aumenti la ruvidità, l'idrofobicità di un materiale aumenta, ma c'è un limite, " disse Shuhao Liu, uno studente laureato presso il College of Engineering e l'autore principale dello studio. "Se il rivestimento è troppo ruvido, i batteri possono ancora una volta nascondersi dietro fessure e contaminare. Così, abbiamo ottimizzato la proporzione di silice e lisozima in modo che la rugosità fornisse la migliore idrofobicità possibile senza compromettere la funzione complessiva del rivestimento".

Quando il loro superidrofobo, il rivestimento infuso di lisozima è stato messo a punto e pronto, i ricercatori hanno testato se fosse efficace nel frenare la crescita di due ceppi di batteri che causano malattie, Salmonella typhimurium e Listeria innocua. All'esame, hanno scoperto che il numero di batteri su queste superfici era inferiore del 99,99% rispetto a quello sulle superfici nude.

Nonostante l'elevata efficacia del loro rivestimento nel prevenire la diffusione batterica, i ricercatori hanno affermato che sono necessarie ulteriori indagini per determinare se il rivestimento funziona altrettanto bene per mitigare la contaminazione incrociata virale. Pur durando più a lungo rispetto ad altri rivestimenti, hanno notato che anche il loro rivestimento avrebbe dovuto essere riapplicato dopo un certo periodo di utilizzo. Così, come passo successivo, Akbulut e il suo team stanno lavorando allo sviluppo di più permanenti, rivestimenti a doppia funzionalità.

"Il nostro obiettivo è creare superfici intelligenti in grado di impedire a qualsiasi tipo di agente patogeno di attaccarsi e moltiplicarsi, " ha detto Akbulut. "A questo proposito, abbiamo sviluppato rivestimenti superficiali in grado di impedire l'accumulo di batteri sulle superfici, che è uno dei principali motivi di contaminazione incrociata. Ora stiamo lavorando con ricercatori in agricoltura per portare la nostra invenzione dal banco alla pratica".