基于玉米醇溶蛋白包被塑料微球的固定化氯消毒系统开发及其在农业水处理中的应用研究

《Journal of Agriculture and Food Research》：Development of a corn protein-based novel antimicrobial chloramine coating for agricultural water disinfection

本研究针对农业用水中病原微生物污染问题，开发了一种新型固定化氯消毒系统。研究人员通过优化玉米醇溶蛋白(zein)包被高密度聚乙烯(HDPE)微球的工艺参数，成功构建了可重复使用的氯胺消毒材料。结果表明，该系统可有效灭活大肠杆菌和单增李斯特菌，同时显著降低游离氯残留，为可持续农业水处理提供了创新解决方案。

　　

在当今全球食品安全挑战日益严峻的背景下，农业用水的微生物污染问题备受关注。传统氯消毒方法虽然有效，但存在游离氯残留高、易产生消毒副产物等局限性。特别是在果蔬采后清洗过程中，循环使用的清洗水可能成为病原微生物传播的温床，如何实现高效、安全的农业水处理成为亟待解决的难题。

针对这一挑战，发表在《Journal of Agriculture and Food Research》上的最新研究提出了一种创新解决方案。研究人员开发了一种基于玉米醇溶蛋白(zein)包被塑料微球的固定化氯消毒系统，该系统不仅能有效杀灭水中的病原微生物，还能显著降低游离氯的释放，为可持续农业水处理提供了新思路。

研究团队采用的关键技术方法包括：通过优化微球包被参数建立最佳制备工艺，使用碘量法测定总氯含量，采用DPD(二乙基对苯二胺)法分析游离氯和结合氯，通过微生物培养法评估抗菌活性，并建立了模拟农业水处理的泵送系统进行应用验证。

研究结果部分，在"优化玉米醇溶蛋白包被塑料微球参数"方面，研究人员系统评估了微球与平板比例、微球尺寸、材料类型和玉米醇溶蛋白浓度四个关键参数。结果表明，最佳条件为：高密度聚乙烯(HDPE)材料、0.125英寸直径、1:3的微球-平板比例、3%玉米醇溶蛋白浓度，此条件下获得的活性氯含量显著高于其他条件。

在"氯化玉米醇溶蛋白包被微球中游离氯和结合氯的特征分析"中，研究发现超过98%的固定化氯牢固地附着在微球上，仅0.48%以游离氯形式释放，1.03%以结合氯形式释放，这大大降低了消毒副产物产生的风险。

关于"玉米醇溶蛋白氯化微球的回收利用分析"，研究证实高密度聚乙烯微球可成功进行5次重复包被，且氯化微球可进行5次再氯化循环，活性氯含量虽随循环次数增加而降低，但差异不显著，展现了良好的可持续性。

在"氯化玉米醇溶蛋白包被微球的保质期"研究中，发现储存28天后，4°C条件下保留59.3%活性氯，25°C条件下保留46.6%活性氯，表明该系统具有较好的稳定性。

"封闭静态系统中氯化玉米醇溶蛋白包被微球的抗菌活性"实验显示，在2分钟接触时间内，该系统可灭活超过5.5-log的大肠杆菌和4.5-log的单增李斯特菌，表现出强大的抗菌效能。

最重要的是，在"氯化玉米醇溶蛋白包被微球在农业水消毒中的应用"研究中，研究人员使用柑橘采后清洗水作为实际农业用水模型，通过建立的泵送系统进行处理。结果显示，所有水样中单增李斯特菌均被完全灭活(>3.5-log减少)，大肠杆菌也显示出显著的灭活效果。处理后水中的总氯含量远低于灌溉用水的允许限值，游离氯水平比敏感作物出现萎黄病的阈值低约600%。

该研究的创新之处在于成功开发了一种基于天然蛋白质的固定化氯消毒系统，有效解决了传统氯消毒方法的局限性。系统采用的玉米醇溶蛋白是美国食品药品监督管理局公认安全(GRAS)物质，高密度聚乙烯微球可重复使用，符合可持续发展理念。研究不仅提供了详细的工艺优化参数，还通过实际农业用水验证了其应用效果，为农业水处理提供了一种安全、高效、环保的新方法。

这项技术的潜在应用前景广阔，不仅可用于果蔬采后清洗水的处理，还可扩展至其他农业用水场景。未来研究可进一步探索该系统的规模化应用潜力，以及针对不同病原微生物的消毒效果，为保障农产品安全和促进农业可持续发展提供技术支持。