Παρασκευή, 29 Μαρτίου, 2024
16.7 C
Athens

Το Ελληνικό website για την ποιότητα, την ασφάλεια και την "ψυχή" των τροφίμων.

Ψυχρό πλάσμα: Εφαρμογές απολύμανσης και συντήρησης στη βιομηχανία τροφίμων

ΑρχικήΝέαΑσφάλεια ΤροφίμωνΨυχρό πλάσμα: Εφαρμογές απολύμανσης και συντήρησης στη βιομηχανία τροφίμων
spot_img

Του Γιώργου Μορφονιού*

Το ψυχρό πλάσμα (CP) αναφέρεται και ως η 4η κατάσταση της ύλης. Όταν εφαρμόζεται αρκετή ενέργεια σε ένα αέριο, μπορεί να επιτευχθεί εκκένωση πλάσματος. Υπολογίζεται ότι το 99% του γνωστού σύμπαντος βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος. Ο ήλιος και τα αστέρια είναι παραδείγματα φυσικών πλασμάτων.

Το πλάσμα μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας κάθε είδους ενέργεια που μπορεί να ιονίσει τα αέρια, όπως ηλεκτρική, θερμική, οπτική (υπεριώδης ακτινοβολία), ραδιενεργή (ακτινοβολία γάμμα) και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ακτίνων Χ. Ωστόσο, τα ηλεκτρικά ή ηλεκτρομαγνητικά πεδία χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή CP. Το τεχνητό πλάσμα μπορεί να παραχθεί σε χαμηλές θερμοκρασίες, εφαρμόζοντας τάση σε αέριο. Το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από την εφαρμοζόμενη τάση μπορεί να επιταχύνει τυχόν ελεύθερα ηλεκτρόνια στο αέριο. Τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια συγκρούονται με άτομα αερίου για να τα διεγείρουν ή να τα ιονίσουν. Ο ιονισμός των ατόμων αερίου απελευθερώνει περισσότερα ηλεκτρόνια. Αυτή η αντίδραση μπορεί να δημιουργήσει μια ποικιλία παράγωγων όπως ηλεκτρόνια, ιόντα, ρίζες και ακτινοβολία διαφόρων μηκών κύματος, συμπεριλαμβανομένης της υπεριώδους ακτινοβολίας, τα οποία είναι ικανά να αδρανοποιήσουν ένα ευρύ φάσμα μικροοργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των παθογόνων και των οργανισμών αλλοίωσης. Το ψυχρό πλάσμα δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί στη βιομηχανία τροφίμων, αλλά αυτή η τεχνολογία προσφέρει πιθανές εφαρμογές που θα μπορούσαν να έχουν σημαντικά οφέλη. Η πιο αξιοσημείωτη εφαρμογή είναι η απολύμανση επιφανειών, συσκευασιών, ή ακόμα και των ίδιων των τροφίμων. Η τεχνολογία ψυχρού πλάσματος (CPT) θεωρείται ως μία από τις αναδυόμενες εναλλακτικές τεχνολογίες για τη συντήρηση των τροφίμων, την παράταση της διάρκειας ζωής τους και παράλληλα τη διατήρηση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών και των θρεπτικών συστατικών αυτών. Λόγω της μη θερμικής επεξεργασίας, η CPT είναι μια χρήσιμη τεχνολογία ειδικά για ευαίσθητα στη θερμότητα τρόφιμα. Ωστόσο, η CPT στα τρόφιμα εξακολουθεί να είναι μια αναδυόμενη διαδικασία όσον αφορά την αξιολόγηση της ασφάλειας αυτής. Η απελευθέρωση δευτερογενών προϊόντων όπως το όζον, η υπεριώδης ακτινοβολία κλπ., κατά τη διάρκεια της παραγωγής πλάσματος περιορίζει τις ικανότητες και τη χρήση της στη βιομηχανία τροφίμων.

Εξοπλισμός

Ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών και εξοπλισμού αναπτύσσεται και αξιολογείται για την παραγωγή ψυχρού πλάσματος. Οι γενικές αρχές είναι ότι η ενέργεια εφαρμόζεται σε ένα αέριο προκειμένου να ιονιστεί σε πλάσμα, το οποίο χρησιμεύει για την απολύμανση του στόχου. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που καθορίζουν τη λειτουργία και την αποτελεσματικότητα οποιασδήποτε διαδικασίας ιοντισμού αερίων. Οι διαδικασίες ιοντισμού αερίων μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: αυτές που λειτουργούν σε ατμοσφαιρική πίεση και αυτές που βασίζονται στην εφαρμογή μερικού κενού. Τα αέρια ιονίζονται πιο εύκολα σε χαμηλότερες πιέσεις. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία μεγαλύτερου όγκου πλάσματος σε δεδομένη τάση. Το αέριο που θα χρησιμοποιηθεί για τη διαδικασία ψυχρού πλάσματος είναι ένας κρίσιμος παράγοντας. Ορισμένα αέρια, όπως το ήλιο, το αργό και το νέον, ιονίζονται πιο εύκολα από άλλα αέρια, όπως το οξυγόνο, το άζωτο και ο αέρας. Έτσι, το ψυχρό πλάσμα ηλίου μπορεί να δημιουργηθεί με λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από το πλάσμα αέρα.

Έχοντας αυτούς τους παράγοντες υπόψη, τα συστήματα ψυχρού πλάσματος που προορίζονται για επεξεργασία τροφίμων μπορούν να κατηγοριοποιηθούν περαιτέρω. Εάν τα παράγωγα που δημιουργούνται στη διαδικασία ιοντισμού του πλάσματος δεν έχουν την ευκαιρία να αντιδράσουν με τον στόχο των τροφίμων, κατά την απομάκρυνσή τους από τα ηλεκτρόδια, θα συνδυαστούν με άλλα χημικά στοιχεία. Έτσι, τα συστήματα ψυχρού πλάσματος μπορούν να διαχωριστούν με βάση το πού βρίσκεται το τρόφιμο σε σχέση με το σημείο παραγωγής ψυχρού πλάσματος (σε κάποια σημαντική απόσταση από το σημείο παραγωγής, σχετικά κοντά στο σημείο παραγωγής, ή εντός του ίδιου του πεδίου παραγωγής πλάσματος). Τα συστήματα της πρώτης κατηγορίας βασίζονται στη μεταφορά του ψυχρού πλάσματος στα τρόφιμα, χρησιμοποιώντας ροή αέρα, μαγνητικά πεδία, ηλεκτρικό δυναμικό ή άλλα μέσα. Τα ηλεκτρόδια είναι φυσικά διαχωρισμένα από τα τρόφιμα, γεγονός που μπορεί να απλοποιήσει το σχεδιασμό και τη λειτουργία και να αυξήσει την ευελιξία του σχήματος των προϊόντων που πρόκειται να υποβληθούν σε επεξεργασία. Ωστόσο, λόγω της απόστασης η δράση είναι μειωμένη. Τα συστήματα της δεύτερης κατηγορίας εφαρμόζουν ενεργό πλάσμα απευθείας στο τρόφιμο, με μεγαλύτερη πιθανότητα αντιμικροβιακής αποτελεσματικότητας. Για τα συστήματα της τρίτης κατηγορίας, τα τρόφιμα τοποθετούνται μεταξύ των ηλεκτροδίων παραγωγής πλάσματος, εκθέτοντάς τα στην υψηλότερη δυνατή ένταση ελεύθερων ηλεκτρονίων, ριζών, ιόντων και υπεριώδους ακτινοβολίας. Ένα σημαντικό ζήτημα με αυτά τα συστήματα είναι ότι η παρουσία του τροφίμου στο πεδίο του πλάσματος μεταβάλλει τις οδούς ιοντισμού μεταξύ των ηλεκτροδίων και μπορεί να οδηγήσει σε «αδέσποτες» εκκενώσεις στην επιφάνεια του προϊόντος ή ακόμα και μέσω του ίδιου του προϊόντος.

Εφαρμογές ψυχρού πλάσματος

Τα πλάσματα έχουν χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία βιομηχανιών, όπως κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα (βελτιωμένη πρόσφυση χρωμάτων σε υφάσματα), εκτυπώσεις (βελτιωμένη πρόσφυση μελανιού), επεξεργασία υλικών (ζευγάρωμα ασυμβίβαστων πολυμερών ελασμάτων), ηλεκτρονικά (καθαρισμός χωρίς χημικά) και πολλές άλλες. Η προσαρμογή αυτών των τεχνολογιών στις ανάγκες της βιομηχανίας τροφίμων παρουσιάζει μοναδικές προκλήσεις. Το πόσο ευαλλοίωτα είναι τα τρόφιμα, ευαίσθητα στη θερμική επεξεργασία, τα οργανοληπτικά και διατροφικά τους χαρακτηριστικά και η απόδοση της τεχνολογίας CPT σε αυτά, διαφοροποιούν τη χρήση της σε σχέση με άλλες βιομηχανίες.  

Έχουν διεξαχθεί αρκετές έρευνες σχετικά με τη θανάτωση παθογόνων μικροοργανισμών με τη χρήση του ψυχρού πλάσματος, όπως Salmonella, Escherichia coli O157: H7, Listeria Μonocytogenes και άλλων. Τα αποτελέσματα που αναφέρονται σε διαφορετικούς τύπους εξοπλισμού διαφέρουν ως προς τη μέγιστη θανάτωση που επιτυγχάνεται, τη χρονική διάρκεια της επεξεργασίας και τις προκαλούμενες αλλαγές στην εμφάνιση και δομή των τροφίμων. Οι έρευνες έχουν αποδείξει ότι η επίδραση της επεξεργασίας πλάσματος έχει συσχετιστεί ευρέως με οξειδωτικές επιδράσεις στην εξωτερική επιφάνεια των μικροβιακών κυττάρων. Κατά την εφαρμογή του πλάσματος, οι μικροοργανισμοί εκτίθενται σε έναν έντονο βομβαρδισμό από τις ρίζες που πιθανότατα προκαλούν επιφανειακές βλάβες που το ζωντανό κύτταρο δεν μπορεί να επιδιορθώσει αρκετά γρήγορα.

Ο χρόνος που απαιτείται για μια δεδομένη μικροβιακή αδρανοποίηση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το είδος του χρησιμοποιούμενου συστήματος ψυχρού πλάσματος, την κατάσταση του οργανισμού-στόχου και τις συνθήκες εφαρμογής. Για παράδειγμα, μια πρόσφατη μελέτη χρησιμοποιώντας συγκεκριμένο εξοπλισμό έδειξε τιμές D για παθογόνα: 3,6 ώρες για E.coli O157: H7, 7,8 ώρες για Salmonella typhimurium και 11,8 ώρες για L. Monocytogenes. Σε αυτό το σύστημα, το ψυχρό πλάσμα δημιουργήθηκε μέσω μιας συστοιχίας ηλεκτροδίων υψηλής τάσης σε απόσταση από τον στόχο των μικροοργανισμών και διογκώθηκε σε έναν κλειστό θάλαμο. Κατά τη διάρκεια της 24ωρης πορείας της μελέτης, επιτεύχθηκαν μέγιστες μειώσεις 3,5 log. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρόλο που τέτοιοι παρατεταμένοι χρόνοι δεν είναι ιδανικοί για τη βιομηχανία τροφίμων, ενδέχεται να είναι κατάλληλοι για ενσωμάτωση σε επεξεργασία που εφαρμόζεται κατά την αποθήκευση ή τη μεταφορά υπό συνθήκες ψύξης. Άλλη μελέτη με χρήση άλλου εξοπλισμού κατάφερε να μειώσει τα αερόβια βακτήρια και τους μύκητες σε αποξηραμένα φύκια κατά περίπου 2 log σε 20 λεπτά. Ενώ άλλη μελέτη που χρησιμοποίησε εξοπλισμό που πρακτικά εναποθέτει ψυχρό πλάσμα σε επιφάνειες πιο δυνατά από τις προηγούμενες, έδειξε ότι ακόμη και με πολύ σύντομες επεξεργασίες (15 δευτερόλεπτα ή λιγότερο) επιτεύχθηκε σημαντική αδρανοποίηση βιοφιλμ παθογόνου σε επιφάνειες. Τα βιοφίλμ της Salmonella μειώθηκαν κατά 2,1 log, ενώ τα βιοφίλμ Ε. coli O157: Η7 μειώθηκαν κατά 3,0 log. Αυτός ο τύπος επεξεργασίας μπορεί να είναι κατάλληλος για απολύμανση επιφανειών που έρχονται σε επαφή με τρόφιμα.

Εκτός όμως από την αντιμικροβιακή δράση του ψυχρού πλάσματος ενδιαφέρον παρουσιάζει και η επίδρασή του σε ενδογενή ένζυμα. Τα φρούτα και τα λαχανικά αλλοιώνονται λόγω της ενζυμικής αμαύρωσης. Τα ενδογενή ένζυμα, ιδιαίτερα η πολυφαινολοξιδάση, είναι κύρια αιτία της ενζυμικής αμαύρωσης. Τα ένζυμα απενεργοποιούνται μέσω αντιδράσεων οξείδωσης που προκαλούνται από ελεύθερες ρίζες με τη χρήση τεχνολογίας πλάσματος.

Άλλη μια σημαντική εφαρμογή του ψυχρού πλάσματος υπό διερεύνηση είναι η απολύμανση του υλικού συσκευασίας εξωτερικά. Η χρήση πλάσματος αερίου χαμηλής θερμοκρασίας επιτρέπει γρήγορη και ασφαλή αποστείρωση υλικών συσκευασίας όπως πλαστικά μπουκάλια, καπάκια και μεμβράνες χωρίς να επηρεάζει αρνητικά τις ιδιότητες του υλικού ή να αφήνει υπολείμματα. Το ψυχρό πλάσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποστείρωση υλικών συσκευασίας που είναι ευαίσθητα στη θερμότητα όπως το πολυαιθυλένιο καθώς η θερμοκρασία εφαρμογής είναι χαμηλή.  Ενδιαφέρον τέλος παρουσιάζει η χρήση τεχνολογίας ψυχρού πλάσματος και στην επεξεργασία λυμάτων με θετικά αποτελέσματα ερευνών προς το παρόν.

Επεξεργασία συσκευασμένων προϊόντων

Ένας αναπτυσσόμενος τομέας της τεχνολογίας ψυχρού πλάσματος είναι τα συστήματα που έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν πλάσματα μέσα σε συσκευασμένα τρόφιμα, λειτουργώντας ως τελικό στάδιο επεξεργασίας. Το πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι χρησιμεύει ως πρόσθετο εμπόδιο μικροβιακής ανάπτυξης. Μελέτες πέτυχαν αντιμικροβιακά αποτελέσματα σε συσκευασμένες φράουλες και μαρούλι, της τάξης των 2 log για το E. coli O157: H7 και αερόβια βακτήρια μετά από επεξεργασία 5 λεπτών. Αυτές οι μειώσεις επιτεύχθηκαν χωρίς επίδραση στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του προϊόντος.

Περιορισμοί και τοξικολογία της επεξεργασίας με πλάσμα

Υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στην επεξεργασία πλάσματος όπως αύξηση της οξείδωσης των λιπιδίων, αλλοίωση του χρώματος, αύξηση της οξύτητας κλπ. Σε έρευνες επεξεργασίας καρπών με ψυχρό πλάσμα παρατηρήθηκε αύξηση της τιμής υπεροξειδίου. Ένα άλλο βασικό μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας, είναι ότι δεν είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί για την απενεργοποίηση ενδογενών ενζύμων που υπάρχουν σε ολόκληρα φρούτα επειδή η δράση είναι επιφανειακή. Παράλληλα, ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι η εφαρμογή πλάσματος προκαλεί μείωση της σφριγηλότητας των φρούτων όπως και μείωση του pH του γάλακτος. Μέχρι τώρα δεν έχει διεξαχθεί καμία έρευνα για το σχηματισμό οποιωνδήποτε τοξικών ενώσεων μετά την εφαρμογή ψυχρού πλάσματος σε τρόφιμα.

Επιπτώσεις στο Περιβάλλον και την Οικονομία

Στόχος κάθε βιομηχανίας επεξεργασίας τροφίμων είναι να προσεγγίσει τη ζήτηση των καταναλωτών για τρόφιμα υψηλής ποιότητας, παράλληλα με υψηλά κέρδη. Τα τελευταία χρόνια οι βιομηχανίες τροφίμων επικεντρώνονται στην εξοικονόμηση ενέργειας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τη χρήση μη συμβατικών αναδυόμενων τεχνολογιών, καθώς οι τεχνικές θερμικής επεξεργασίας είναι αρκετά ενεργοβόρες και συνήθως παράγουν υποπροϊόντα που πρέπει να διαχειριστούν. Σε πολλές αναπτυσσόμενες χώρες οι βιομηχανίες τροφίμων αξιολογούν συνεχώς τη χρήση μη συμβατικών τεχνολογιών, καθώς οι περισσότερες από αυτές τις τεχνολογίες δεν προκαλούν μόνο εξοικονόμηση ενέργειας, αλλά και εξοικονόμηση νερού.

Το μέλλον του ψυχρού πλάσματος

Παρόλο που τα πρόσφατα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα, απαιτούνται συνεχείς προσπάθειες έρευνας και ανάπτυξης για να οδηγηθεί το ψυχρό πλάσμα προς την βιομηχανοποίηση. Ορισμένα θέματα που πρέπει να διερευνηθούν είναι ο τρόπος παραγωγής πλάσματος, η βελτιστοποίηση των μειγμάτων αερίου για την εξισορρόπηση της κατανάλωσης ενέργειας, της αντιμικροβιακής αποτελεσματικότητας και του κόστους του αερίου, η βελτίωση της ταχύτητας επεξεργασίας και της αποτελεσματικότητας αυτής και η συμβατότητα με τα υφιστάμενα συστήματα διακίνησης και συσκευασίας τροφίμων. Πολύ ουσιαστική είναι και η διερεύνηση της χρήσης συστημάτων ψυχρού πλάσματος για την απολύμανση των υλικών συσκευασίας και επιφανειών όπου σχηματίζονται βιοφιλμ ανθεκτικά σε απολυμαντικά, όπως επιφάνειες επαφής με τρόφιμα, αποχετεύσεις και ιμάντες μεταφοράς. Συμπερασματικά, το ψυχρό πλάσμα τοποθετείται ως μια ευέλικτη, αποτελεσματική διαδικασία απολύμανσης για τη βιομηχανία επεξεργασίας τροφίμων στο εγγύς μέλλον.

Πηγές

https://www.ift.org/

Application of cold plasma on food matrices: A review on current and future prospects, Abirami R. Ganesan, Uma Tiwari, P.N. Ezhilarasi, Gaurav Rajauria

Cold Plasma: A novel Non-Thermal Technology for Food Processing, Rohit Thirumdas, Chaitanya Sarangapani & Uday S. Annapure

*Ο Γιώργος Μορφονιός είναι Γεωπόνος – Επιστήμονας Τροφίμων, MSc Συστήματα διαχείρισης ποιότητας & διασφάλισης υγιεινής τροφίμων, senior consultant AG ADVENT AE

Όροι Αναδημοσίευσης

*Προσοχή!
H αναδημοσίευση των πληροφοριών του παραπάνω άρθρου ή μέρους αυτών επιτρέπεται μόνο αν αναφέρεται ως πηγή το cibum.gr με ενεργό σύνδεσμο και σε καμία περίπτωση αυτολεξεί!

Ακολουθήστε το Cibum
στα Google News

spot_img

Μείνετε ενημερωμένοι

Σας άρεσε το αρθρο; Εγγραφείτε για να λαμβάνεται εβδομαδιαία τα πιο σημαντικά άρθρα με θέμα τα τρόφιμα. 

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

εισάγετε το σχόλιό σας!
παρακαλώ εισάγετε το όνομά σας εδώ

spot_img
spot_img
spot_img
spot_img
spot_img

Must read

Πλαστικά καλαμάκια: Ποιος κοροϊδεύει ποιον; – Της Άννας Λεκατσά*

Επέμβαση διάσωσης του πλανήτη ξεκινώντας από τα πλαστικά καλάμια: "Η εγχείρηση πέτυχε αλλά ο ασθενής πέθανε..."

Ο κίνδυνος για την υγεία των καταναλωτών από απάτη τροφίμων – Περίπτωση χρήσης θειωδών στο κρέας

Διαχείριση κινδύνου παράνομης χρήσης θειωδών αλάτων σε παρασκευάσματα κρέατος.
spot_img

Ροή Ενημέρωσης

spot_img
spot_img
spot_img
spot_imgspot_img

Δείτε επίσης!
Προτεινόμενα άρθρα