Forskare utvecklar UV-C-anordning för livsmedelshygien som utlösts av blixten

Tribo-sanitizer är en självdriven enhet som använder en UVC-lampa för att inaktivera bakterier som orsakar livsmedelsburna sjukdomar på färskvaror, livsmedelsförpackningar och ytor.

Foto av Fred Zwicky

CHAMPAIGN, Ill. - Forskare vid University of Illinois Urbana-Champaign har utvecklat en bärbar, självdriven ultraviolett-C-enhet som kallas Tribo-sanitizer som kan inaktivera två av de bakterier som är ansvariga för många livsmedelsburna sjukdomar och dödsfall.

I teamet ingick, från vänster, doktoranden Zachary (Zhenhui) Jin, professor i livsmedelssäkerhet och teknik Yi-Cheng Wang och doktorand Longwen Li.

Foto av Fred Zwicky

Tribo-sanitizerns UVC-lampa drivs med hjälp av den triboelektriska effekten - elektricitet som genereras när två olika material kommer i kontakt. I tester inaktiverade Tribo-sanitizer framgångsrikt två potentiellt dödliga livsmedelsburna bakterier, Escherichia coli O157:H7 och Listeria monocytogenes, främst genom att skada deras DNA, enligt resultat publicerade i tidskriften Nano Energy.

Bakterierna som valts ut som testmål är två av de vanligaste orsakerna till allvarliga livsmedelsburna sjukdomsutbrott i USA. Escherichia coli producerar toxiner som kan orsaka svåra magkramper, feber, blodig diarré och njursvikt, och Listeria monocytogenes kan orsaka listerios, som har högsta frekvensen av sjukhusvistelse och dödlighet av någon matburen sjukdom.

Teamet utvärderade Tribo-desinfektionsmedlets förmåga att dekontaminera med bakterier i vätskor och på tre fasta ämnen - färska äppelskal, romansallad och polyetentereftalat, allmänt känt som PET, ett populärt material för mat- och dryckesförpackningar.

Resultaten visade att Tribo-desinfektionsmedlet hade stor potential att uppfylla Food and Drug Administrations desinficeringsstandarder. Specifikt uppnådde enheten minskningar på minst 99,999 % på E. coli-stammen i buffertlösning och på PET, vilket visar Tribo-desinfektionsmedlets utmärkta dekontamineringsförmåga, säger motsvarande författare Yi-Cheng Wang, professor i livsmedelssäkerhet och teknik. .

På produktionen uppnådde enheten mindre men fortfarande användbara minskningar på cirka 99,98 % för E. coli-bakterierna och 99,9 % för L. monocytogenes på äppelskal, och 99,8 % för E. coli och 98 % för L. monocytogenes på romansallad , enligt tidningen.

Dessa resultat "är jämförbara med de som rapporterats i andra studier som använde UV-ljus med en kommersiell kraftkälla för sanering av färskvaror", säger doktoranden Zachary (Zhenhui) Jin, som var den första författaren till artikeln tillsammans med alumnen Fujunzhu Zhao. Doktorand Longwen Li deltog också i studien.

Tribo-sanitizerns triboelektriska kraftkälla kan omvandla mekanisk energi från den omgivande miljön - till exempel från mänskliga rörelser och vind - som annars skulle gå till spillo, vilket är anledningen till att forskargruppen beskriver den som "självdriven", sa Wang.

Ett luftgap som teamet inkorporerade i designen av deras triboelektriska strömkälla härmar

blixtnedslag genom att elektrostatiskt bryta ner luft. Denna innovation ökade Tribo-sanitizers uteffekt till mer än 4,000 volt och ökade markant ljusstyrkan på dess UVC-lampa, enligt studien.

Medan ljusbaserade tekniker som Tribo-sanitizers lampa "kan vara mycket effektiva när ytor är direkt exponerade för ljuskällan," sade Wang att de kanske inte tillräckligt dekontaminerar områden som inte är direkt upplysta, såsom ojämna eller grova ytor på sallad och äppelskal. .

"Detta kan åtgärdas genom att införliva andra dekontamineringsmetoder eller använda flera ljuskällor i olika vinklar," sa han. "Det är en av de framtida riktningarna vi arbetar med. Och om den är korrekt införlivad i befintliga anläggningar såsom transport- eller lagringsenheter, kan Tribo-sanitizern potentiellt ge kontinuerlig dekontaminering genom hela försörjningskedjan utan behov av kommersiell kraft."

Även om tidslängden som behövdes för att uppnå en 99,999 % minskning av E. coli-bakterier var lång – för närvarande 90 minuter – sa Jin att enhetens potential att uppnå kontinuerlig dekontaminering, till exempel inom lastbilar på motorvägen, innebär att denna förlängda tid inte bör ses som en stor nackdel. Teamet fortsätter sina ansträngningar för att förbättra Tribo-sanitizer, och "den här tiden kan förväntas bli mycket kortare i framtiden", sa han.

Enligt Världshälsoorganisationen drabbar livsmedelsburna sjukdomar nästan 600 miljoner människor årligen, vilket resulterar i 420,000 dödsfall. Den ekonomiska kostnaden för att hantera konsekvenserna av livsmedelsföroreningar är mer än 15,6 miljarder dollar per år i USA och 110 miljarder dollar i låg- och medelinkomstländer, enligt uppskattningar från det amerikanska jordbruksdepartementet respektive WHO. Wang sa att Tribo-sanitizern representerar ett nytt sätt att lindra dessa problem.

Konsumenter kan använda Tribo-desinfektionsmedel hemma för att desinficera ytor, mat och mer eftersom "den uppskattade kostnaden för materialen som används för att bygga enheten är mindre än $70," sa Jin.

Enhetens självdrivna karaktär ger den också "utmärkt potential för användning i miljöer med låga resurser som naturkatastrofområden och konfliktzoner där elektricitet saknas eller är opålitlig", sa Li.

Tillsammans med att mildra problem med livsmedelssäkerhet kan dessa enheter också vara användbara för att ta itu med folkhälsoproblem, som att förbereda sig för och reagera på nya pandemier, sade Wang.

Forskningen finansierades delvis av USDA:s National Institute of Food and Agriculture, Illinois Water Resources Center och North Central Regional Sun Grant Center.

Uppstartsstöd gavs av universitetet; högskolan för jordbruks-, konsument- och miljövetenskaper; och institutionen för livsmedelsvetenskap och human nutrition.

/Offentlig publicering. Detta material från ursprungsorganisationen/författarna kan vara av tidpunktskaraktär och redigerat för klarhet, stil och längd. Mirage.News tar inte institutionella ståndpunkter eller sidor, och alla åsikter, ståndpunkter och slutsatser som uttrycks häri är enbart författarens/författarnas.