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铜在食品制备方面可遏制有害细菌

图注:研究人员测试了沙门氏菌在6种不同铜合金上的生存能力。由于铜具有抗菌性,细菌在含铜表面上的死亡速度要比在不锈钢表面上要更加迅速。图片提供:比阿特丽斯•弗杜戈/美国亚利桑那大学新闻

根据美国亚利桑那大学兽医科学和微生物学系助理教授萨德汉娜•拉维桑卡尔的介绍,肠道沙门氏菌是造成全世界范围内腹泻疾病的首要原因。
每年这种微小的棒状细菌物种喜欢在人们的食物上快速繁殖,在世界范围内造成人类的大量食物中毒,有时导致严重的疾病,甚至死亡。
但是,拉维桑卡尔的研究实验室可能已经发现一种方法来降低由沙门氏菌和其它可能细菌造成的食物中毒的病例:用表面由含有一定量铜元素的铜合金材料制成的器皿来制备食品。


拉维桑卡尔的研究实验室和原为亚利桑那大学土壤、水和环境科学系副教授,现在在三角国际研究所工作的克里斯•伦辛合作进行了此项研究工作。其研究成果在最近出版的食品微生物学期刊上发表。拉维桑卡尔说:“克里斯•伦辛已经用铜做了一些研究,并且他知道铜表面具有抗菌活性。”国际铜业协会捐赠了6种铜合金样品供研究之用,样品包括铜分别和其它金属,如镍,铁,铬,磷和锡混合的铜合金,其中,铜的含量从60%到99.9%不等。铜对细菌可以有抑制作用,因为随着时间的推移,铜可以和大气中的氧气发生化学反应,这一过程称为氧化。氧化过程中产生的一种残留物对一些细菌具有杀害性,并且,随着时间的推移,纯铜的颜色会发生改变。


“我们决定看一看所有这些铜合金表面对沙门氏菌的抗菌效果,” 拉维桑卡尔说。之所以选中沙门氏菌作为微生物实验的对象进行此项研究,是因为其在全世界范围内所造成的普遍和重大损害的腹泻病。拉维桑卡尔说,“人类可能通过食用大量的不同种类的食品而感染沙门氏菌,从而引起腹泻病,这些食品包括肉类和家禽,乳制品,花生制品,冰淇淋,甚至巧克力。”拉维桑卡尔发现,由于氧化作用,和食品接触的由含铜材料制成的表面比完全没有抗菌作用的不锈钢表面更不适合细菌的生存。
“目前,食品行业使用的是不锈钢,” 拉维桑卡尔说,“而不锈钢似乎没有任何抗菌活性。” 如果在不锈钢表面上有细菌存在,她说:“它们可以在那生存很长一段时间。”


拉维桑卡尔的实验室经理朱利斌做的一个试验显示,沙门氏菌可以在不锈钢表面上生存两个星期以上。可是,该细菌在铜合金上的生存时间却有显着的下降。
朱利斌说,在大多数情况下,在不锈钢表面上的沙门氏菌的密度可从一千万个细菌细胞下降到一百万个。可是,在铜合金上,细菌的密度却大幅下降到了100个细菌细胞或更低的水平。


“我们测试了三种耐铜菌株和一种对铜敏感的菌株,”朱利斌说。耐铜菌株是已经接触铜有几代时间的细菌族系,这几代时间足以使其产生能够耐受铜的抗菌效果的基因。相比之下,对铜敏感的菌株则是从未接触铜表面的细菌,并且这些细菌更容易受到氧化作用而被杀死。将每种沙门氏菌菌株的小样放在铜合金上并存放在不同的条件下,用以模拟采用不同的食品加工方法时,细菌可能存在的环境。根据拉维桑卡尔介绍,“沙门氏菌在干燥食物和潮湿的食物上都会对人类造成危害。”朱利斌说,沙门氏菌在模拟的潮湿条件下比在干燥的条件下的生存时间更久。另外,“耐铜菌株在干燥的条件下,只能生存15分钟左右 – 这仅比对铜敏感菌株长了大约5分钟。” 在干燥条件下,氧化作用发生的更快,这是因为铜的表面和空气中的氧气接触的结果。
研究人员进一步将细菌在富含营养的介质上以及在非营养介质上进行了对比,测试细菌的生存状况。“富含营养介质可以保护细菌细胞免受侵害,”拉维桑卡尔说。“我们看到在初期,细菌细胞可以在富含营养介质上生存,但是不久以后,细菌细胞会由于营养的耗尽而开始死亡。”
沙门氏菌细胞在含铜量高的合金上开始死亡要比其在含铜量低的合金上要快很多。“在铜含量最高的合金上,沙门氏菌细胞在不到30分钟的时间内就相继死去,”朱利斌说。“但是,在其他低铜含量的合金上,细菌可生存长达2个小时后才被杀死。”这仍然比沙门氏菌在不锈钢上可生存2个星期的时间要短很多,研究人员由此得出结论:对于食品加工和制备而言,铜合金可能是比不锈钢更卫生的表面材料。我们可能还需做进一步的测试来判断与食品接触表面上的有机物质,例如,残留在缝隙中的面包屑,剩余的蛋白质残渣或油脂残留,是否会改变作为抗菌剂的铜合金的有效性。


“在食品加工的环境中,这一区域将是难以触及的地方,但你仍然可以发现有食物微粒的存在,”拉维桑卡尔说。“我们想要了解这些在铜表面上存在的食物微粒或某些种类的有机物是否会改变铜合金的功效。它会变得不太有效或同样有效?”拉维桑卡尔说,在此期间,使用铜合金作为烹饪表面材料来替代不锈钢可能会使成本稍微提高一些,“这将是值得的”。她补充说,铜合金的高抗菌效能具有大幅降低食物中毒病例的潜力。


拉维桑卡尔的此项研究得到国际铜业协会的资助。在研究的初始阶段,曾获来自亚利桑那大学农业和生命科学学院划拨给拉维桑卡尔的启动资金的支持。

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