بخشی از مقاله
چکیده
هدف: یکی از روشهای نگهداری غیر حرارتی مواد غذایی استفاده از پالسهای کوتاه، شدید و گسترده نور سفید است. فناوری پالسهای دید نوری در استرلیزاسیون و یا کاهش بار میکربی سطح ظروف بسته بندی، تجهیزات فراوری و بسته بندی مواد غذایی، وسایل پزشکی و سایر سطوح کاربرد دارد. نور نوسانی - PL - یک تکنیک برای پاکسازی سطوح و کشتن میکروارگانیسمها با استفاده از نور - UV- C - است. که بخشی از طیف الکترومغناطیسی مربوط به طول موج بین 200 و 280 نانومتر میباشد.
در این مقاله، یک بررسی کلی از اصول، مکانیسم های غیر فعال سازی میکروبی، و برنامههای کاربردی فرایند - PL - در غذاها ارائه خواهد شد. تاکنون گزارشهای متعددی مبنی بر روند کاهش باکتریهای گرم منفی، باکتری های گرم مثبت و اسپورهای قارچ ارائه شده است. رنگ اسپورها میتواند نقش مهمی در حساسیت اسپور قارچ داشته باشد. عموما دو مکانیسم اصلی که در غیر فعال کردن نقش اساسی دارند مکانیسمهای فتوگرمایی و مکانیسمهای فتوشیمیایی میباشند.
بحث و نتیجه گیری: نوسانهای شدید نور تکنولوژی بالقوه جدید، سریع و سازگار با محیط زیست برای استرلیزاسیون مواد غذایی است. محققان برای درک بهتر و مقایسه نتایج حاصل از آزمایشهای مختلف نیاز به پژوهشهای جدید در این زمینه از جمله نحوه اثرگذاری دارند. همچنین مشکلات تکنولوژیک مهم باعث پیدا کردن راههایی برای کنترل حرارت دادن غذا، و فرایند همگن سازی مواد غذایی شده است. و ترکیبات ضد تغذیه ای و ساختارهای سمی تولید شده، نیاز به استفاده از حساس کنندههای نوری در این غذاها را نشان میدهد.
مقدمه
نور نوسانی - PL - یک تکنیک برای پاکسازی سطوح و کشتن میکروارگانیسم ها با استفاده از نوسان های نور در مدت زمان کوتاهی با استفاده از یک طیف گسترده ی پر قدرت، از نورUV-C می باشد. UV-C بخشی از طیف الکترومغناطیسی مربوط به طول موج بین 200 و 280 نانومتر است. PL مکانیسمی است که سیستم با ذخیره برق در یک خازن در طول زمان های نسبتا طولانی - کسری از ثانیه - و انتشار آن در یک مدت زمان کوتاه - میلیونیم یا هزارم یک ثانیه - ایجاد میکند. فلش نور ساطع شده با قدرت بالا ، از طول موج 200 تا 1100 نانومتر تشکیل شده است.
در این تکنیک برای تولید تعداد بالایی فلش نور ازیک منبع پر قدرت برای نابودی باکتریها استفاده می شود - . - 13 این روش به نام های مختلف در ادبیات علمی شبیه به: نوسان نور - 15 - UV، طیف با نوسان بالا، نور نوسانی و نور نوسانی سفید در ادبیات چند سال پیش بیان شده است. بیشتر نتایج ارائه شده توسط محققان مختلف تایید شده است. این روش اولین بار برای ضدعفونی کردن با استفاده از لامپ فلش در اواخر 1970 در ژاپن توسط وخوف - 2000 - انجام شد، و اولین اطلاعات در سال1984 انتشار یافت. و اولین پژوهش منتشر شده در متون علمی، استفاده از PL برای غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها بود. و با استفاده از یک منبع نور 40 - UV -C - وات پر قدرت، کاهش 7-6 سیکل در تعداد سلولهای زنده مشاهده شد. اطلاعات بیشتر در مورد این کار نیز منتشر شده است.
روش C-UV برای حفظ مواد غذایی در - 1 - 1930 استفاده شد. روش PL نسبت به روش UV-C یک روش اصلاح شده و بهبود یافته برای بدن است. روش UV-C کلاسیک به صورت پیوسته عمل میکند به نام روش موج پیوسته - CW - UV معروف است. مکانیسم غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها با سیستم UV CW در واقع استفاده از لامپ های کم فشار جیوه ی با طول موج 254 نانومتر - نور تک رنگ - است. که به ان، نور میکروب کش میگویند. اخیرا، لامپ UV فشار متوسط به دلیل قدرت زیاد میکروب کشیUV مورد استفاده قرار گرفته اند. لامپ UV با فشار متوسط یکخروجی باچند رنگ را منتشر می کنند، که شامل طول موج میکروب کشی از 200 تا 300 نانومتراست
یکی دیگر از امکانات UV -C استفاده در لیزر رادیواکتیو است. که می تواند نور نوسانی با طول موج 248 نانومتر را ساطع کند. تعیین مقدار شار دریافتی توسط جسم حین فرایند مهم ترین عامل در بازده PL است. با این حال، گاهی اوقات مورد غفلت قرار گرفته و یا نادرست گزارش شده است. مشکل مشابه در فرایند 3 - UV CWو - 8 نیز وجود دارد. درک اثر واقعی پیچیده است و نیاز به شناخت خوبی از نور و کمک لازم است. در گزارش انرژی دریافت شده توسط نمونه خطا باید بیان شود، که اساسا متفاوت از انرژی تحویل داده شده توسط منبع نور است. تحقیقات بر روی PL، به خصوص کاربرد در مواد غذایی نسبتا کم است. هیچ بخشی در این پژوهش به تعیین اثرگذاری اختصاص داده نشده است. توصیه هایی در تعیین اثرگذاری برای تحقیقات آینده را می توان در تحقیقات بولتون و همکاران - 2003 - ، مفیدی و همکاران - - 2006 یافت.
حساسیت میکروارگانیسمها
گزارشهایی نیز مبنی بر روند کاهش باکتری های گرم منفی، باکتری های گرم مثبت و اسپورهای قارچ ارائه شده است. رنگ اسپورها می تواند نقش مهمی در حساسیت اسپور قارچ داشته باشد. اسپورهای آسپرژیلوس نایجر، مقاوم تر از اسپور قارچ فوزاریم کلومروم هستند که دلیل ان رنگدانه های اسپور نایجر و حمایت بیشتر از اسپورخود در مقابله جذب UV -C میتواند باشد. در مقابل، لپز گمز و همکاران - 2005 - هیچ الگوی حساسیتی در میان گروه های مختلف میکروارگانیسم ها، پس از مطالعه 27 گونه ی قالب باکتری و مخمر مشاهده نکردند.
مکانیسم غیرفعال کردن
طول موج UV-C مهم ترین بخش نور زنون در محدوده ی اشعه ماورای بنفش تا مادون قرمز است. و این بخش مهم ترین طیف موج برای غیر فعال کردن میکروبها است. رومن - - 1999 غیر فعال شدن میکروارگانیسم های غذا - باسیلوس سرئوس، لیستریا مونوسیتوژنز، استافیلوکوکوس اورئوس، اشریشیا کولی، سالمونلا اینتریدیتیس، سودوموناس ائروجینوسا وساکارومیسس سرویسیه - و کاهش تعداد 6-5 سیکل با فلش UV را گزارش داده است. در حالی که با UV ضعیف تعداد تنها 2-1 سیکل کاهش میابد. با استفاده از مونوکروماتور - - 7 به این نتیجه میرسیم که بیشترین راندمان میکروب کش برای باکتری E.coli در طول موج محدوده 360-230 نانومتر با استفاده شار حدود 6 mJ/cm2 است. بیشترین میزان غیر فعال شدن در محدوده 270 نانومتر و کمترین در محدوده 300 نانومتر مشاهده شد. علاوه بر این نویسندگان نتیجه گرفتند که بهترین UV از220 تا 290 نانومتر است که سهم عمده ای را درغیر فعال سازی بر عهده دارد.
مکانیسمهای فتوگرمایی و فتوشیمیایی
تحقیقات قابل توجهی در مورد مکانیسم غیر فعال کردن میکروبها توسط نوسان های نور انجام شده است. فرایند کشنده PL می تواند با توجه به مکانیسم فتوگرمایی یا یک مکانیسم فتوشیمیایی عمل کند. این امکان نیز وجود دارد که هر دو مکانیسم همزمان انجام شود. رابطه ی مهمی بین هر یک ازاین مکانیسمها و اثرگذاری روی میکروارگانیسم هدف وجود دارد. بسیاری از توضیحات بر اساس اثر فتوشیمیایی است. به عنوان مثال، از راوان و همکاران - 1999 - غیر فعال کردن میکروارگانیسمها را در دمای کمتر از 1 C° گزارش کردند. آنها به این نتیجه رسیدند با افزایش دما، اثر کشندگی مربوط به اثر فتوشیمیایی UV با طول موج کوتاه است.
مکانیسم غیر فعال کردن میکروبها توسط PL اغلب بر اساس مطالعات انجام شده با استفاده از UV CW توضیح داد شده است. که در آن مکانیسم غیر فعال شدن، فتوشیمیایی است. با وجودی که مکانیزم غیر فعال کردن توسط PL می توانید شباهت هایی با UV CW داشته باشد. یکی از تفاوت ها اثر میکروب کشی نور UV روی باکتری ها، با مکانیسم تشکیل دایمر پریمیدین و یا دایمر تیمین است. تشکیل دایمر باعث مهار زنجیره های DNA ی جدید در فرایند تکثیر سلول و در نتیجه غیر فعال شدن - ناتوانی در تکثیر ، که مرگ clonogenic نامیده میشود - میکروارگانیسم های آسیب دیده توسط UV می شود
پس از فرایند UV-C در باکتریایی اسپور نوری شکل گرفته،5thyminyl-5،6-dihydrothymine، و باندهای یگانه و دوگانه شکسته و دایمر پیرمیدین سیکلوبوتان تشکیل میشود. مقایسه طول موج غیر فعال کردن باکتری E. coli با کمک جذب طیف و اثر روی پورین و پریمیدین پایه ی DNA انجام شد وانگ و همکاران - 2005 - از فرضیه اثر فتوشیمیایی جذب UV توسط DNA از علل عمده غیر فعال سازی میکروارگانیسم توسط PL است حمایت کردند. با این حال شواهدی وجود دارد که اثر فتوگرمایی نیز می تواند رخ دهد. و پیشنهاد شد که اشعه جذب شده در اسپرجیلوس نایجر، ایجاد گرمای سریع میکند که شبیه به استر لیزاسیون حرارتی است.
دون و همکاران - 1989 - توضیح دادند که غیر فعال شدن میکروارگانیسم ها با PL به هر دو مکانیسم ربط دارد، با تاکید بر این موضوع که گرمای نوسان های نور، یک لایه سطحی از مواد غذایی را گرم میکند تا نهایتا به داخل محصول برسد . با این حال، مقدار گرمایی که تولید میشود کمتر از مقدار گرمایی که برای افزایش درجه حرارت در کل محصول لازم است می باشد. وخوف - 2000 - با اثرگذاری 0/5J/cm2 توانست از طریق پارگی در دیواره باکتری ها در طول فرایند گرمایی با استفاده از جذب نور UV از لامپ فلاش ضد عفونی انجام دهد.
بعدها وخوف و همکاران - 2001 - با ارائه شواهدی چون نشان دادن عکس های میکروسکوپ الکترونی اسپور اسپرجیلوس نایجر از تغییر شکل شدید و پاره شدن اسپور، این فرضیه را اثبات کردند. و پاره شدن اسپور را به دلیل حرارت زیاد دانستند و اسپور پس از "انفجار داخلی'' و'' تخلیه'' در طول زمان نوسان نور کاملا تخلیه میشود. نویسندگان مختلفی نتایج فرایند PL را که بر اساس همان مکانیزم فتوشیمیایی غیر فعال کننده UV CW است را ارائه دادند. و آنها همچنین پیشنهادها و اطلاعات اضافی در شناسایی سلولهای میکروبی بین کردند. ولی در انها نهایتا نوع اثر فتوشیمیایی ویا فتوگرمایی مشخص نشد. و بررسی غیر فعال کردن نسبی سلول های سالمونلا در محیط آگار انتخابی و غیره انتخابی انجام گرفت.
ووی تاک و همکاران - 2003 - به این نتیجه رسیدند که اثر غیر فعال کنندگی نوسان نور سفید باید به عنوان یک فرایند چند هدفی در نظر گرفته شود. در این بحث تغییرات ساختار DNA نقشی مهم و آسیب به غشا، پروتئین ها و سایر مولکولهای نقش جزئی داشته است. این فرضیه مطابق با نتایج منتشر شده توسط تاکشیتا و همکاران - 2003 - بوده است. غیر فعال کردن سکارومایسس سرویزیه با دو روش UV CW و طیف گسترده چراغ های فلش مقایسه شده است. و مشاهده های از آسیب DNA ی سلول های مخمر در هر دو روش بیان شده است. که تشکیل ساختارهای تکی و دایمر پیرمیدین از این جمله هستند.
با این حال، افزایش غلظت پروتئین خارج شده و تغییر ساختاری در سلول های جدید تنها به دلیل نوسان نور است. این نشان میدهد غشای سلولی توسط نوسان نور آسیب میبیند. و سلولهای مخمر، توسعه واکوئل و تخریب غشاء سلولی و تغییر شکل سلولی را نشان دادند. به عبارت دیگر، پس ازفرایند نوری UV CW، ساختار سلولی مخمر شبیه به سلولهای بدون فرایند نوری نبود.
منحنی غیر فعال کردن
نمودار غیر فعال کردن میکروبها توسط نور UV CW منحنی شکل است. و قسمت اولیه مربوط به مرحله آسیب دیدگی است. و حداکثر مقدار آسیب دیدگی در این مرحله است. زمان قرار گرفتن در برابر UV برای محاسبه تعداد میکروارگانیسم هایی که به سرعت در حال کاهش هستند و تعداد باقی مانده استفاده میشود - . - 6 هدف از ترسیم منحنی بحث درباره ی فازهای متعدد ثبت شده میباشد، که توسط یوان و همکاران - 2003 - در این موارد خلاصه شده اند:
کاهش جمعیت همگن ، پدیده multi-hit ، حضور در سوسپانسیون جامد، استفاده از تنشهای مختلف برای بررسی حساسیت به UV-C، توانایی های سلول ها برای ترمیم جهش DNA و اثر هاله هایی که ممکن است در لبه ظروف پتری مورد استفاده در آزمایش دیده شود. مکدونالد و همکاران - 2000 - نیز توضیحاتی در مورد منحنی غیر فعال کردن باسیلوس سوبتیلیس تحت فرایند PL بیان کردند که کاهش میزان عناصر بیولوژیکی را با کاهش تراکم جمعیت نشان میدهند. در فرایند PL، شکل منحنی غیر فعال کردن برای سینرا بوتیریتیس و منیلیا فرکتیجنا مشابه و هلالی شکل است
- جرارد و همکاران، - 2003، اندرسون و همکاران - 2000 - و مک گریگور و همکاران - - 1998 گزارش دادند که تعداد بیشتر نوسان اثر کشندگی بیشتری دارد. و می توان مشاهده کرد که جمعیت میکروبی به عنوان یک تابع از تعداد نوسان تا یک نقطه خاص ثابت است و در یک نقطه خاص غیر فعال شدن شروع می شود.
واکنشهای نوری
واکنشهای نوری به معنی آسیب های اشعه ماوراء بنفش روی باکتری در محدوده نور مرئی هستند . - 7 - این پدیده در فرایند UV CW به خوبی شناخته شده است. که توسط آنزیم فتولیاز سرعت میگیرد، با استفاده از انرژی نور و اثر بر دیمر سیکلوبوتان، DNA از طریق یک مکانیسم رادیکال آسیب میبیند. فتولیاز یک فلاوپرتئین است و شامل دو باند غیر کوالانسی است.
یکی از گروهها به طور کامل به - FADH - احیا می شود، کوفاکتور کاتالیستی فرایند را به وسیله ی جذب فوتون مستقیم و یا انتقال انرژی رزونانس به گروه دوم انجام میدهد - methenyltetrahydrofolate یا - deazaflavin و استفاده از نور خورشید باعث افزایش بهره وری میشود.در حالی که کوفاکتور فعال فلاوین باعث انتقال الکترون به دایمر پیرمیدین و ایجاد جفت رادیکال میشود. حلقه آنیونی دایمر باعث بازگشت الکترون اضافی به رادیکال فلاوین شده و FADH ایجاد شده و سیکل نوری کامل میشود
راوان و همکاران - 1999 - نمونه خود را پس از فرایندPL با فویل آلومینیوم برای جلوگیری از واکنش نوری پیچیدند. تا علت اصلی بازدارندگی را مشخص کنند. اتاکی و همکاران - 2003 - واکنشهای نوری را پس از فرایند PL کشف کردند، که سرعت واکنشهای نوری پس از فرایند UV CW آهسته تر است. و توقف واکنشهای نوری در طول موجهای متفاوت بررسی شد. برخی از اثرات طول موجهای گسترده تر نور لامپ زنون بر واکنشهای نوری به این صورت است به عنوان مثال طول موج کوتاه تر آسیبهای متفاوتی را طی فرایند به آنزیم می رساند
