可抑制微生物增殖的无毒抗菌纤维 冲洗后三天可降解，能将牛油果新鲜度延长百分之四十

有这样一种材料，给牛油果涂上后，可大幅延长其新鲜度（40%）。需要除去材料时只需3 天就能降解。它的名字叫——无毒型抗菌纤维。

常会宾

相关论文的共同第一作者叫常会宾，他是华北电力大学校友，目前正在哈佛大学从事博后研究。

其表示：“我们开发了一种新型抗菌包装方法——即可生物降解的无毒型抗菌纤维，能直接用于包装食品。为实现这一点，我们使用水作为唯一溶剂、并使用普鲁兰糖作为纤维骨架。实验证明，通过抑制微生物增殖和减少水分蒸发，可以来延长牛油果的保质期。实验结果表明，利用纤维生产技术能制备出环保型抗菌食品包装，其具备可扩展、低成本等优势。”

这一成果，可用于任何需要抗菌的场景。目前，课题组主要研究食品的相关应用，此外还可用于皮肤以及其他生物领域的应用。在论文发表后，该团队也正在探索大规模应用的可行性以及针对其他食物的保鲜性研究。

据介绍，普鲁兰糖是一种天然存在的细胞外多糖，被美国食品和药物管理局批准用于食品添加剂和药品包装。在普鲁兰糖中加入抗菌剂之后，抗菌普鲁兰纤维可被用于对抗常见的食物病原体，比如大肠杆菌等细菌和真菌种群。

在本研究中，之所以把牛油果选为典型水果，是因为牛油果主要产于南美洲，但却被销往全世界，因此经常需要长时间运输，故需要食品包装来延长其新鲜度。

并且，它们容易在采摘后变质，这种变质主要包括不均匀的成熟和腐烂。因此，牛油果首先被用来测试“直接涂层食品包装法”的可行性。

概括来说，食物浪费和食品安全激发了人们对改进食品包装解决方案的需求。然而，当前用于解决这些问题的薄膜/涂层，通常涉及到需要大量活性成分的低效释放动力学，因此存在一定局限性。

基于此，他们开发出基于抗菌普鲁兰纤维的包装，该包装是可生物降解的，能包裹食品基材，延长其使用时间并提高其安全性。

当使用名为“聚焦旋转喷射纺丝”的抗菌普鲁兰纤维时，再以水为唯一溶剂，即可允许掺入天然衍生的抗微生物剂。以牛油果为例，课题组证明抗菌普鲁兰纤维涂层可通过抑制天然微生物群增殖、以及减少水分丢失，来延长食品保质期。

全球每年超42万人因微生物污染去世

在全球范围内，每年微生物污染导致超过6亿例食源性疾病和42万人死亡，且食源性疾病造成的经济损失每年都在增加。可以抑制微生物增殖的智能包装，比如活性抗菌食品包装系统，有望同时减少食源性疾病和腐烂，并且减少相关的经济损失。

尽管市场上已经出现有助于减少污染的智能抗菌薄膜/涂层，但由于其表面积比较小，通常会受到释放量的限制，因此需要加入大量的活性成分。这样不仅会增加成本，还会影响食品的颜色和气味等。

与此同时鉴于塑料带来的环境污染，在食品包装上人们依然需要可生物降解的材料和环保型加工方法。所以，开发可持续的食品包装材料，以用于提高食品安全和质量，是一个当务之急。

相比用于抗菌食品包装系统的薄膜材料，纤维材料是富有吸引力的潜在替代品。首先，它们能更有效地释放抗菌剂。当加入较小剂量的活性剂时，纤维材料能最大限度地减少对食品感官特性的负面影响。

塑料带来的环境污染

当下，在用于食品包装的微/纳米纤维里，静电纺丝是最流行的技术手段之一。然而，由于生产率低和对高压电场的要求，静电纺丝尚未在食品包装中取得实际应用。

而相比食品包装，此次抗菌包装方法的设计非常巧妙。与静电纺丝相比，聚焦旋转喷射纺纱的效率更高、也更安全。研究中，该团队使用旋转喷射纺纱纺织、以及抗菌化合物普鲁兰纤维，来作为一个可生物降解的平台。

一位审稿人评价称，该成果的主要优势在于纤维涂层的生产过程，即此前用于食品包装的抗菌纤维涂层，主要通过静电纺丝进行，而这并不利于大规模应用。

相比之下，通过旋转喷射纺纱流程，则能造出相对便宜的装置。最重要的是，在食品生产现场例如农场，这能最大限度地降低生产时间和污染风险。

常会宾担任共同第一作者，哈佛大学环境卫生系教授菲利普·德莫克里图以及该校约翰·A·保尔森工程与应用科学学院教授凯文·基特·帕克担任共同通讯作者。

产率高达0.2g/min，具备大规模生产潜力

研究的第一阶段，是纺丝设备的选择。课题组选择了如下两种：静电纺丝和聚焦旋转喷射纺丝。在静电纺丝的使用上，该团队曾专门发过一篇关于智能食品包装的论文。

但是，静电纺丝的缺点比较明显，产率非常低、且不能直接用于包装食物。故在此次工作中，他们采用了聚焦旋转喷射纺丝。

这种新型纺丝设备包含两个部分：一是“旋转喷射”：通过旋转产生的离心力可以喷射出聚合物溶液。离开喷口后，溶剂蒸发，聚合物就固化形成纤维。另一个则是“聚焦”：一股垂直于圆盘的聚焦气流将纤维直接聚集在食品上。

利用这一技术，课题组打造出具有真实螺旋结构的心脏模型，并且可以格按照心脏中心肌纤维螺旋排列的角度，重建单个甚至是四个心室的复心脏结构。

另外，这项技术通过创新性设计，实现了一项重要突破：同时进行喷丝与纺织这两个过程，而且两个过程相对独立，这能极大提升微纳米尺度的纺纱效率。

与其他纤维生产方法、例如静电纺丝大约0.01 g/分钟的产率相比，使用旋转喷射纺丝一步合成涂层的方法，显而易见具备更高的产率，可达0.2g/分钟。

此外，由于旋转喷射纺纱是一种便携式系统，并能避免使用高压电场，因此它可直接用于食物生产现场，从而将抗菌包装沉积到新鲜食品上。

另据悉，旋转喷射纺纱所具备的便携性，还可用于从农场到餐桌的其他各种关键控制点，从而实现对食品基质的包装，进而提高食品安全和质量。

第二阶段便是原材料的选择。该团队计划锁定能自然降解的材料、以及没有毒性的溶剂。通过大量实验和溶剂选择，最终他们分别选择了普鲁兰糖和水。其研究表明，普鲁兰纤维可在液体环境中溶解，并能在土壤环境中可生物降解。

目前，普鲁兰的市售价大约25美元～30美元一公斤，这让它在食品包装的商业用途上受到成本阻碍。而基于微/纳米纤维的涂层具有高表面体积比，在仅使用有限的表面处理时，即可实现有效的抗菌活性。

这表明新鲜水果比如牛油果，可以使用廉价的抗菌纤维，包装每个水果只需几美分。如果考虑到大规模制造，还可进一步降低成本。

总的来说，在该方法的制造过程里，对环境的影响很小。同时，由于分别使用水作为溶剂、可生物降解的无毒型聚合物合成纤维、以及自然生产的抗菌剂。当将食品染料掺入聚合物溶液中，可以产生不同颜色的纤维涂层。

这表明，抗菌普鲁兰纤维不仅能携带抗菌剂，同时还能给消费者提供更好的视觉装饰。而且，这种包装很容易被去除，在水中冲洗大约20秒，就能让纤维涂层完全溶解。此外，这类纤维涂层在土壤中也完全降解。

课题组还在土壤中测试了化学交联的纤维涂层，与纯纤维涂层相比，它们具有较好的机械性能、以及相对较慢的降解速度。

在第三阶段，则要证明纤维涂层在食品包装上的可行性。研究者首先使用直接接触实验法，证明了该涂层的抗菌性。其次，使用牛油果作为样品，证明了它的保鲜性。

另外，真菌腐败通常被认为是一个更具挑战性的难题，这也导致很少有人报告有效的抗真菌食品包装系统，尤其是纤维形式的食品包装系统。

而本次实验结果显示当面对细菌时，具有抗菌的普鲁兰纤维涂层不仅表现出很强的抗菌功效。此外，其还具有很强的抗真菌效率，在24小时接触时间后，烟曲霉（发菌科曲菌属下的一个种）的数量显着减少。此外，这类纤维涂层还可减少运输过程中的变质。

在第四阶段，课题组研究了保鲜的机理研究。最终在众多因素中，他们找到了两个主要保鲜因素：抗菌性和保水性。随后，他们把研究整理成论文进行发表。

据了解，常会宾来自河北邯郸。本科毕业于华北电力大学材料科学与工程专业，大三开始进入实验室接受科研训练，期间主要研究利用熔盐法去合成陶瓷粉体。

随后，其在美国密苏里大学机械与航空专业取得硕士学位，研究方向为羟基磷灰石纤维的合成以及在牙齿复合材料方面的应用。博士则毕业于佐治亚理工大学材料科学与工程专业，主攻方向为探索可再生材料在高性能碳纤维制造方面的应用。

目前，他在哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院从事博后研究，专注于开发新一代纤维纺织设备以及在心脏相关疾病、皮肤和食品上的应用。