生态友好、自消毒的微孔纤维素海绵(MCS)冷却介质用于减轻食品冷链中微生物交叉污染

       目前，人们广泛使用冰作为冷却剂，但存在冰融化和微生物交叉污染的风险。运输过程中的冰融化会促进致病微生物的生长并促进其传播，从而导致微生物交叉污染。统计数据表明，运输过程中的交叉污染（尤其是长距离运输）占食源性疾病的 39%，其中一半病例是由温度不稳定引起的。此外，冰污染还与胃肠道疾病和院内感染有关。这些统计数据凸显了在运输易腐食品时迫切需要更可靠、更安全的冷却替代品。

       过去20年，为应对食品冷链中传统冷却介质带来的微生物交叉污染风险，人们探索了多种替代介质。最初尝试在冰中添加氯等化学抗菌剂，但因其产生的消毒副产物与健康问题相关而被限制。随后，抗菌冰、可重复使用的冰袋等创新产品被开发，但受限于抗菌剂对食品味道的影响和冰袋材料的安全问题。硅胶或塑料冰块虽经济有效，但存在泄漏和微塑料风险。以石头为基础的替代品安全性高但冷却效果和运输便利性不佳。不锈钢冰块成本高，仅适用于特定应用。明胶基水凝胶作为新兴替代品具有光激活抗菌性，但物理性质不稳定，且可能引发过敏和宗教饮食限制问题。聚合物外壳冰袋虽创新，但降低能源效率并引发环境问题。因此，仍需开发新的解决方案，以提供安全、高效、经济的温度控制，同时确保食品安全和感官品质。

       近期，华盛顿州立大学Kang Huang团队以微孔纤维素海绵(MCS)和光敏剂在内的食品级成分开发了可持续、不融化、自消毒的“冰块”，其在减轻食品冷链中微生物交叉污染方面展现出显著优势。相关研究成果以“ Eco-Friendly and Self-Sanitizing Microporous Cellulose Sponge (MCS)-Based Cooling Media for Mitigating Microbial Cross-Contamination in the Food Cold Chain ”为题发表在《Advanced Science》上。

       文章通过将纤维素与柠檬酸交联，开发了一种食品级、可生物降解的 MCS，它形成了一个中孔聚合物网络，使该材料具有出色的机械性能和强大的光敏剂吸附能力。这些创新的基于 MCS 的“冰块”具有几个关键优势a) MCS 的杀菌特性与吸附的光敏剂结合时，可以对抗多种病原微生物，从而降低冷链运输和储存过程中微生物交叉污染的风险；b) MCS 可重复使用，即使经过多次冻融循环后仍能保持其机械和热完整性，并且其吸附和释放光敏剂的能力可通过环境离子强度进行调节，从而促进自消毒“冰块”的再充电过程；c) MCS 具有高度可压缩性，并在释放压力时恢复其形状，从而提高了储存和运输中的空间效率，从而降低了成本；d) 这种可持续组合物为传统方法提供了一种可扩展且经济的替代方案。这项研究的成果有可能克服现有冷链基础设施面临的重大科学挑战。

图. 与水基冰块相关的当前问题示意图以及MCS 与光敏剂结合的方法的总体设计