بخشی از مقاله
طراحی سامانه تولید پلاسماي سرد به وسیله ي مایکروویو و بررسی اثر سترون کنندگی آن روي باکتري Salmonella enteric subsp. Enterica
چکیده: در یک دههي اخیر اثرات سترونکنندگی پلاسماي سرد روي مواد غذایی مورد توجه قرار گرفته است. لذا با توجه به جدید بودن این روش و عدم وجود تجهیزات تجاري، در این بررسی امکان طراحی سامانه آزمایشگاهی تولید پلاسماي سرد به منظور سترون سازي مواد غذایی ارزیابی شد. پس از موفقیتآمیز بودن طراحی و تولید پلاسماي سرد، شرایط مختلف کارکرد دستگاه تحت ارزیابی قرار گرفت و شرایط بهینه (فشار مطلق 10 میلیبار و سرعت جریان گاز (16 Nl/h بهصورت تجربی بهدست آمد. آنگاه آزمونهاي سترون کنندگی روي سطوح تخم مرغ و فویل آلومینیوم و کیفی روي تخم مرغ انجام گرفت. نتایج نشان داد که سامانهي پلاسماي طراحی شده قادر است در مدت زمان تیمار 5 دقیقه، جمعیت باکتریایی تلقیح شده روي تخم مرغ و فویل آلومینیوم را به ترتیب 1/92 و 2/3 سیکل لگاریتمی کاهش دهد. همچنین، تیمار پلاسماي سرد مایکروویوي بهمدت 10 دقیقه، هیچگونه اثر معنیداري روي برخی ویژگیهاي کیفی تخم مرغ نداشت.
واژه هاي کلیدي: پلاسماي سرد، سترون سازي، مایکروویو، تخم مرغ، سالمونلا
1
مقدمه:
پلاسما به حالتی از ماده بعد از حالتهاي جامد، مایع و گاز گفته می شود که براي تشکیل آن باید دماي گاز افزایش یابد؛ که این امر موجب افزایش انرژي مولکولی و تغییر حالت ماده می شود؛ و گازي از اتمها شکل میگیرد که ذرات باردار، الکترونها، یونهاي مثبت و ذرات خنثی آزادانه در آن حرکت میکنند. این حالت از ماده را حالت پلاسما میگویند .(Fridman and Kennedy, 2004) از دیدگاه ماکروسکوپی، پلاسما بهلحاظ الکتریکی خنثی است اما بهدلیل دارا بودن حمل کنندههاي باردار آزاد، هادي جریان الکتریکی بوده (Tendero et al., 2006) و هدایت الکتریکی آن حتی از فلزاتی همچون طلا و مس نیز بیشتر است .(Fridman and Kennedy, 2004) پلاسما در زمین نیز به طور طبیعی یافت می شود و از جمله آن می توان به صاعقه و شفق شمالی اشاره نمود. پلاسما در علم فیزیک کاربردهاي بسیار زیاد و متنوعی دارد اما در چند دهه ي اخیر کاربرد پلاسماي سرد در آلودگی زدایی ( باکتري کشی ) مورد توجه قرار گرفته و تحقیقاتی روي آن انجام شده است. در این تحقیقات بیشتر به جنبه هاي میکربیولوژیکی و کشندگی پلاسما توجه شده و جنبه هاي غذایی آن بیشتر در یک دهه ي اخیر مورد توجه قرار گرفته است که هنوز جاي کار فراوان دارد. از آن جمله می توان به کارهاي انجام شده توسط کیم و همکاران روي سترون سازي محصولات گوشتی (Kim et al., 2011)، نوریگا و همکاران روي آلودگی زدایی از پوست و ماهیچه مرغ (Noriega et al., 2011) ، راد و همکاران در آلودگی زدایی از برش هاي گوشت آماده (Rød et al., 2012)، سونگ و همکاران در بهبود ایمنی غذایی برش هاي پنیر و همبرگر آلوده شده به لیستریا (Song et al., 2009) ، گورول و همکاران در آلودگی زدایی از شیر (Gurol et al., 2012)، دنگ و همکاران در آلودگی زدایی از بادام (Deng et al., 2007) ، کریتزر و همکاران (Critzer et al., 2007) و همچنین پرنی و همکاران (Perni et al., 2008) در آلودگی زدایی از میوه هاي سیب، طالبی، و همچنین کاهو به وسیله ي پلاسماي سرد اشاره نمود. علاوه بر آن تحقیقاتی در زمینه ي سترون سازي قارچ ها و توکسین هاي غذایی توسط سلجوك و همکاران
(Selcuk et al., 2008) و باساران و همکاران (Basaran et al., 2008) صورت گرفته است.
از میان تمامی مواد غذایی؛ سترون سازي پوسته ي تخم مرغ داراي حساسیت خاصی می باشد زیرا پروتئ ین تخم مرغ حساس به حرارت بوده و نمی توان از روش هاي آلودگی زدایی حرارتی براي آلودگی زدایی سطح پوسته ي تخم مرغ استفاده نمود از سوي دیگر استفاده از مواد شوینده ي شیمیایی مورد تائید کامل سازمان هاي جهانی غذا نمی باشد و این سازمان ها به دنبال راه حل بهتري به جز شستشو با مواد شوینده هستند. شستشوي تخم مرغ هاي کلاس A در اروپا (بجز هلند و سوئیس) ممنو ع است زیرا گفته می شود باعث از بین رفتن کوتیکول سطح آن شده و اگر شستن به بهترین حالت ممکن انجام نگیرد شرایط را براي نفوذ باکتري هاي پاتوژن مساعد می کند .(Pasquali et al., 2010) اتحادیه اقتصادي اروپا نیز اعلام کرده است پوسته تخم مرغ را نمی توان قبل و بعد از درجه بندي بهوسیله ي روش هاي مرسوم شستشو یا پاك نمود ( Ragni et al., .(2010
بنابراین در این پژوهش علاوه بر طراحی دستگاه تولید کننده پلاسما، سعی شد تا اثر پلاسماي تولید شده روي آلودگی زدایی از سطح تخم مرغ مورد ارزیابی قرار بگیرد و پس از آن برخی خصوصیات کمی و کیفی تخم مرغ هاي تازه تیمار شده و تخم مرغ هاي تیمار شده و انبار شده در مدت زمان هاي مختلف مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش ها:
الف) طراحی و ساخت دستگاه تولیدکننده پلاسماي سرد
دستگاه تولیدکنندهي پلاسماي سرد طراحی شده در گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه تربیت مدرس یک دستگاه پلاسماي مایکروویوي است که در شرایط فشار پا ئ ین، پلاسماي سرد جریانی تولید میکند. همانطور که در شکل 1 مشاهده میشود؛ اجزاي اصلی این سامانه شامل؛ مایکروویو آزمایشگاهی (مدل AEG، 1200 وات)، لولهي تخلیه از جنس پیرکس که از درون محفظهي آون مایکروویو عبور داده شده و از یک سمت به ورودي گاز و از سمت دیگر به محفظهي پس از تابش متصل شده، همچنین محفظه پس از تابش با درب روداژدار از جنس پیرکس و مستقر در بیرون مایکروویو، یک پمپ خلاء روتاري (ادوارد، مدل RV3، ساخت انگلستان) ، یک شیر سوزنی ( مدل NV10-01، ساخت شرکت فنی-مهندسی یار نیکان صالح)، یک یا دو عدد (بهمنظور تنظیم نسبت گازهاي مختلف) روتامتر (فلومتر) با دامنهي 1/6-16 Nl/h براي اندازهگیري سرعت جریان گاز (مدل DK800-04، ساخت شرکت ابزار کنترل ارشیا)، یک مانومتر (مدل Lutron PM-9107 ساخت تایوان) و همچنین سیلندر گاز پرفشار آرگون میباشند. طراحی طوري انجام شده است که با تنظیم خلاء درون محفظه ي پس از تابش، گاز به نسبت معینی وارد محفظه شده و پس از برخورد اموا ج مغناطیسی مایکروویو یونیزاسیون گاز انجام می گیرد و پلاسما که داراي نور ارغوانی می باشد پدیدار می گردد. سپس در اثر مکش پمپ، ذرات باردار و یونیزه به حرکت در آمده و از محفظه ي مایکروویو خارج کشته و وارد محفظه ي پس از تابش می شوند و باعث استرلیزاسیون موادغذایی قرار داده شده در محفظه ي پس از تابش، در دماي پائین (زیر 50 درجه سانتی گراد) می گردند. لازم به ذکر است که گاز مورد استفاده در تهیه پلاسما در تمامی آزمایش ها، گاز آرگون بود.
ب) روش هاي ارزیابی آلودگی زدایی (میکروبی کشی) دستگاه طراحی شده
2
در این پژوهش از سویهي باکتري سالمونلا اینتریکا (Salmonella enterica subsp. enterica) خریداري شده از کلکسیون میکروارگانیسمهاي سازمان پژوهشهاي علمی و صنعتی ایران بهشمارهي PTCC: 1709 استفاده شد. پس از فعال سازي آمپول لیوفلیزه ي باکتري، از آن کشت مادر تهیه گردید و این کشت هر چند وقت یکبار تجدید شد تا باکتري هاي رویشی جوان و فعال براي آلوده سازي نمونه ها همیشه در دسترس باشد. براي تهیه ي تعلیق (سوسپانسیون) میکروبی تقریبا شبیه روش راگنی و همکاران (2010) عمل شد
ب) الف)
شکل :1 نماي شمایی الف) چیدمان اجزاي مختلف دستگاه تولیدکنندهي پلاسماي سرد مایکروویوي ب) نماي واقعی چیدمان دستگاه تولید کنندهي پلاسماي سرد مایکروویوي
براي استریل کردن تخم مرغ و فویل آلومینیوم قبل از تلقیح نیز مطابق روش راگنی و همکاران (2010) عمل شد. براي تلقیح باکتري روي سطح تخم مرغ و فویل آلومینیوم نیز از روشی تقریبا مشابه روش داویس و برسلین (2003) استفاده شد .(Davies and Breslin, 2003)
طرح آزمایشی مورد استفاده در آزمون هاي میکروبی، طرح فاکتوریل در قالب بلوكهاي کامل تصادفی بود. مقادیر میانگین و همچنین نمودارهاي مربوط در هر یک از طرحهاي آزمایشی با استفاده از نرمافزار Microsoft Excel 2007 بهدست آمد. تجزیه واریانس دادهها و مقایسه مقادیر میانگین (آزمون (LSD با استفاده از نرمافزار آماري SPSS18 انجام شد.
ج) روش هاي ارزیابی کمی و کیفی تخم مرغ هاي تیمار شده با پلاسما
تمامی تخم مرغهاي مورد استفاده از مرکز تحقیقات و پرورش طیور دانشگاه تربیت مدرس تهیه شد. براي هر آزمون کیفی بین 15 تا 25 تخم مرغ استفاده شد . جمعآوري تخم مرغها براي هربار آزمایش طوري صورت گرفت که فاصلهي زمانی بین تخمگذاري و جمعآوري آن، بیش از 5 ساعت نباشد. جمع آوري در سه دوره ي پشت سرهم انجام گرفت و در هر دوره براي هر مدت زمان تیمار پلاسما 0)، 1، 5، 10، و 15 دقیقه ) سه تا شش تخم مرغ مورد استفاده قرار گرفت. ضخامت پوستههاي تخم مرغهاي تیمار شده و تیمار نشده با استفاده از دستگاه Thickness Gauge Ultrasonic (Echometer 1062) مدل 1061 از طریق امواج فراصوت اندازهگیري شد. اندازه گیري استحکام (مقاومت) پوسته نیز توسط دستگاه دیجیتالی اندازه-گیري استحکام پوسته تخم مرغ Digital Egg Shell Force Gauge (model-II)) مدل (FGX-5R انجام گرفت. اختلاف ارتفاع سفیدهي رقیق و غلیط، اندیس هاو، و رنگ زرده نیز توسط دستگاه Egg Multi Tester (EMT-5200) اندازهگیري شد. میزان pH سفیده تخم مرغهاي تیمار شده و تیمار نشده پس از شکستن و اندازهگیري بقیهي فاکتورها، با استفاده از Metrohm 744 pH meter اندازهگیري شد تا تاثیر مدت زمان تیمار پلاسما و مدت زمان نگه داري تخم مرغ ها بعد از تیمار، روي تمام فاکتور هاي فوق مشخص گردد.
طرح آزمایشی مورد استفاده در آزمون هاي کیفی، طرح فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی بود. مقادیر میانگین و همچنین نمودارهاي مربوط در هر یک از طرحهاي آزمایشی با استفاده از نرمافزار Microsoft Excel 2007 بهدست آمد. تجزیه واریانس دادهها و مقایسه مقادیر میانگین (آزمون (LSD با استفاده از نرمافزار آماري SPSS18 انجام شد.
