Gli scienziati sviluppano un dispositivo UV-C per la sanificazione degli alimenti innescato da un fulmine

Il Tribo-igienizzante è un dispositivo autoalimentato che utilizza una lampada UVC per inattivare i batteri che causano malattie di origine alimentare su prodotti freschi, imballaggi alimentari e superfici.

Foto di Fred Zwicky

CHAMPAIGN, Illinois - Gli scienziati dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign hanno sviluppato un dispositivo ultravioletto-C portatile e autoalimentato chiamato Tribo-sanitizer in grado di inattivare due dei batteri responsabili di molte malattie e morti di origine alimentare.

Il team comprendeva, da sinistra, il dottorando Zachary (Zhenhui) Jin, il professore di ingegneria e sicurezza alimentare Yi-Cheng Wang e lo studente laureato Longwen Li.

Foto di Fred Zwicky

La lampada UVC del Tribo-sanitizzatore è alimentata utilizzando l'effetto triboelettrico: l'elettricità che viene generata quando due materiali diversi entrano in contatto. Nei test, il Tribo-sanitizzante è riuscito a inattivare due batteri di origine alimentare potenzialmente mortali, l’Escherichia coli O157:H7 e la Listeria monocytogenes, principalmente danneggiandone il DNA, secondo i risultati pubblicati sulla rivista Nano Energy.

I batteri selezionati come bersagli dei test sono due delle cause più comuni di gravi epidemie di malattie di origine alimentare negli Stati Uniti. L'Escherichia coli produce tossine che possono causare gravi crampi addominali, febbre, diarrea sanguinolenta e insufficienza renale, mentre la Listeria monocytogenes può causare la listeriosi, che ha l'effetto tassi più elevati di ospedalizzazione e mortalità per qualsiasi malattia di origine alimentare.

Il team ha valutato la capacità di decontaminazione del Tribo-igienizzante con batteri presenti nei liquidi e su tre solidi: bucce di mela fresca, lattuga romana e polietilene tereftalato, comunemente noto come PET, un materiale popolare per l'imballaggio di alimenti e bevande.

I risultati hanno indicato che il Tribo-sanitizer aveva un forte potenziale per soddisfare gli standard di sanificazione della Food and Drug Administration. Nello specifico, il dispositivo "ha ottenuto riduzioni di almeno il 99,999% sul ceppo di E. coli nella soluzione tampone e sul PET, dimostrando l'eccellente capacità di decontaminazione del Tribo-igienizzante", ha affermato l'autore corrispondente Yi-Cheng Wang, professore di sicurezza e ingegneria alimentare. .

Sui prodotti agricoli, il dispositivo ha ottenuto riduzioni minori ma comunque utili, pari a circa il 99,98% per i batteri E. coli e il 99,9% per L. monocytogenes sulle bucce di mela, e il 99,8% per E. coli e il 98% per L. monocytogenes sulla lattuga romana. , secondo il giornale.

Questi risultati "sono paragonabili a quelli riportati in altri studi che hanno utilizzato la luce UV con una fonte di energia commerciale per la decontaminazione dei prodotti freschi", ha affermato il dottorando Zachary (Zhenhui) Jin, che è stato il co-primo autore dell'articolo con l'alunno Fujunzhu Zhao. Allo studio ha partecipato anche lo studente laureato Longwen Li.

La fonte di energia triboelettrica del Tribo-sanitizzatore può convertire l'energia meccanica proveniente dall'ambiente circostante - ad esempio, dai movimenti umani e dal vento - che altrimenti andrebbe sprecata, motivo per cui il gruppo di ricerca lo descrive come "autoalimentato", ha detto Wang.

Un traferro che il team ha incorporato nella progettazione della loro fonte di energia triboelettrica

fulmini scomponendo elettrostaticamente l'aria. Secondo lo studio, questa innovazione ha aumentato l'emissione di Tribo-sanitizer a oltre 4,000 volt e ha aumentato notevolmente la luminosità della lampada UVC.

Mentre le tecnologie basate sulla luce come la lampada di Tribo-sanitizer "possono essere molto efficaci quando le superfici sono direttamente esposte alla fonte di luce", Wang ha affermato che potrebbero non decontaminare adeguatamente le aree che non sono direttamente illuminate come superfici irregolari o ruvide su lattuga e bucce di mela. .

"Questo potrebbe essere risolto incorporando altri metodi di decontaminazione o utilizzando più sorgenti luminose da diverse angolazioni", ha affermato. "Questa è una delle direzioni future su cui stiamo lavorando. E se adeguatamente incorporato nelle strutture esistenti come le unità di trasporto o di stoccaggio, il Tribo-igienizzante potrebbe potenzialmente fornire una decontaminazione continua lungo tutta la catena di approvvigionamento senza la necessità di energia commerciale."

Sebbene il tempo necessario per ottenere una riduzione del 99,999% dei batteri E. coli sia stato lungo - attualmente 90 minuti - Jin ha affermato che il potenziale del dispositivo di ottenere una decontaminazione continua, ad esempio all'interno dei camion in autostrada, significa che questo tempo prolungato non dovrebbe essere visto come un grave inconveniente. Il team sta continuando i suoi sforzi per migliorare il Tribo-igienizzante e "si prevede che in futuro questo tempo sarà molto più breve", ha affermato.

Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, le malattie di origine alimentare colpiscono quasi 600 milioni di persone ogni anno, provocando 420.{2}} decessi. Secondo le stime rispettivamente del Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti e dell’OMS, il costo economico per far fronte alle conseguenze della contaminazione alimentare è di oltre 15,6 miliardi di dollari all’anno negli Stati Uniti e di 110 miliardi di dollari nei paesi a basso e medio reddito. Wang ha affermato che il Tribo-igienizzante rappresenta un nuovo mezzo per alleviare questi problemi.

I consumatori potrebbero utilizzare i disinfettanti Tribo a casa per disinfettare superfici, alimenti e altro perché "il costo stimato dei materiali utilizzati per costruire il dispositivo è inferiore a 70 dollari", ha affermato Jin.

Il carattere autoalimentato del dispositivo gli conferisce anche "un eccellente potenziale per l'uso in ambienti con poche risorse, come aree disastrate naturali e zone di conflitto dove l'elettricità è assente o inaffidabile", ha affermato Li.

Oltre a mitigare i problemi di sicurezza alimentare, questi dispositivi potrebbero anche essere utili per affrontare i problemi di salute pubblica, come la preparazione e la risposta a nuove pandemie, ha affermato Wang.

La ricerca è stata parzialmente finanziata dal National Institute of Food and Agriculture dell'USDA, dall'Illinois Water Resources Center e dal North Central Regional Sun Grant Center.

Il supporto all'avvio è stato fornito dall'università; il Collegio di Scienze Agrarie, del Consumo e dell'Ambiente; e il dipartimento di scienze alimentari e nutrizione umana.

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