包裝對於儲存和分銷許多種類的食品至關重要，但它通常包含塑膠——塑膠碎片已經過多地散落在地球上，對野生動物構成威脅，並汙染飲用水和土壤。現在研究人員表示，他們已經開發出一種無毒、可生物降解和抗菌的食品塗層，可以減少食物浪費和食源性疾病，而不會向環境增加塑膠。一項新的研究表明，這種材料可以有效地噴塗在單個農產品上，例如水果或蔬菜。去除它就像用水沖洗一樣簡單。
保護食用物品免受細菌和其他微生物的侵害減少了腐敗變質，這是食物被丟棄的主要因素。而這種浪費是全球飢餓的根源：每年，全球大約三分之一的食物被浪費掉。這並不是保護農產品免受細菌侵害的唯一原因——一些微生物也是疾病的來源，包括李斯特菌病和大腸桿菌中毒。食源性疾病每年導致全球超過42萬例估計死亡人數。
不幸的是，包裝食物以儲存食物也大大增加了環境塑膠。“當涉及到塑膠汙染時，食品包裝絕對是頭號敵人，”摩爾塑膠汙染研究所的環境科學家溫·考格說，他沒有參與這項新研究。“我們可以在全球範圍內看到，食品包裝是環境中數量最多的塑膠材料。” 儘管新的塗層只會取代一部分包裝——它不會觸及一些最大的“罪魁禍首”，例如水瓶和咖啡杯蓋——但考格表示，減少塑膠汙染的任何步驟都是好的。
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塑膠可以在環境中長期存在——可能永遠存在——但新的塗層是可生物降解的。這是因為它的主要成分：支鏈澱粉，一種可食用的纖維，被美國食品和藥物管理局“普遍認為安全”（GRAS）。該塗層還加入了天然來源的抗菌劑檸檬酸和百里香油，以及一種細菌產生的化合物——乳酸鏈球菌素，所有這些都被廣泛認為在所涉及的量中對人類食用是安全的。《自然食品》雜誌本週發表的一項新研究對此進行了描述。
該研究的研究人員使用了一種稱為聚焦旋轉射流紡絲（FRJS）的製造系統來生成摻有抗菌劑的纖維，並將其應用於食品。哈佛大學生物工程師、研究合著者常惠斌將FRJS系統比作棉花糖機，該機器快速旋轉融化的糖，使其穿過小孔，產生可以纏繞在紙錐上的細絲。FRJS還產生集中的細絲流（在這種情況下由支鏈澱粉而不是調味糖製成），可以纏繞在食品上——例如鱷梨。但是FRJS——在研究合著者、生物工程師基特·帕克在哈佛大學的實驗室中開發，常惠斌是該實驗室的研究員——最初並非為食品應用而設計。“當我們建立這項技術時，我們將其用於組織工程，”常惠斌說。例如，他解釋說，FRJS在他的先前工作中發揮了作用，構建了某些心臟結構的三維模型。
研究人員在鱷梨上測試了該塗層，因為這些水果特別容易出現成熟不均勻和採後腐爛。研究發現，透過FRJS沉積在鱷梨上的無毒支鏈澱粉塗層可以很容易地在水槽中沖洗掉並衝入下水道。“您可以在農場包裝鱷梨並延長保質期，然後您可以沖洗掉塗層，”研究合著者、羅格斯大學和哈佛大學的奈米氣溶膠研究員菲利普·德莫克里託說。科學家表示，即使處理過的物體本身被丟棄，其塗層也會在大約三天內在土壤中降解。
該團隊還測試了該塗層在多大程度上提高了食品安全性。當研究人員將其與常見的食源性病原體（包括大腸桿菌、單核細胞增生李斯特菌和煙麴黴）進行比較時，他們發現細菌和真菌種群都有減少。他們還發現，有塗層的鱷梨更不容易腐爛：在一週的過程中，只有50%的這種水果變質，而未塗層的農產品則為90%。而且，塗層鱷梨更有可能保持其綠色的內部顏色。
雖然這不是第一種抗菌食品塗層，但研究人員認為他們已經創造了迄今為止最有效且易於處理的選擇。他們認為，噴霧式技術需要的起始材料更少，因此比絲纖維基塗層更有效，後者需要先將食物浸入材料中，然後再幹燥。其他嘗試使用無塑膠食品包裝的方法涉及纖維素基薄膜；這些薄膜無法沖洗掉，有些甚至需要回收。
常惠斌說，該團隊目前正在努力擴大塗層工藝，以便一次處理多個農產品。科學家們正在考慮幾種選擇，包括基於裝配線的系統，但這仍處於早期規劃階段。
杜克大學的環境毒理學家尼沙德·賈亞桑達拉（未參與該研究）表示，該塗層可能還需要進行進一步的安全測試。“作為一名毒理學家，”他說，“每當您看到新合成的產品時，首先想到的就是‘我們是否對其瞭解足夠？’” 例如，儘管該塗層的起始材料是無毒的，但將它們衝入下水道可能會使它們分解成意想不到的副產品。
賈亞桑達拉表示，他對新的研究結果總體上感到鼓舞。“當您擁有可以替代或減少任何水平塑膠的可生物降解材料時，總是非常令人興奮，”他說。但他仍然猶豫是否要立即慶祝。儘管FDA已授予支鏈澱粉該機構的GRAS認證，但賈亞桑達拉警告說，無論何時對材料進行修改——即使是使用天然新增劑（例如研究人員使用的抗菌劑）——都必須使用一系列測試來評估其對人類健康的安全性。
“當我們第一次想到塑膠時，它們被認為是相當安全的分子，”賈亞桑達拉指出。“但隨著時間的推移，我們意識到，‘哦，實際上，不，情況並非如此。’ 現在我們知道，所有級別的塑膠，無論大小，都具有細胞級效應、分子級效應和生態系統級效應。”