بخشی از مقاله
چکیده
فناوری پالس اشعه ماوراء بنفش، همچنین در به عنوان نور پالسی با شدت بالا ، نور پالسی یا نور پالسی سفید نامیده می شود، شامل استفاده از اوج قدرت نور پالسی در زمان کوتاه و طیف گسترده ای از اشعه ماوراء بنفش با طول موج مادون قرمز است.
پالس اشعه ماوراء بنفش با شدت زیادی آزاد شده است، حدود 20000 بار بیشتر از نور خورشید بر سطح زمین است و بسیار موثرتر از کشتن توسط دستگاه های UV مداوم است. گزارش شده است که این فن آوری توانایی غیر فعال کردن طیف گسترده ای میکروارگانیسم های فساد و بیماری زا - باکتری های رویشی، اسپور باکتری ها، قارچ ها و ویروس ها - را دارد. این مقاله به بررسی غیر فعال سازی میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی با استفاده از پالس اشعه ماوراء بنفش می پردازد.
مقدمه
اثر ضد باکتریایی طول موج های خاصی از نور UV در اوایل سال 1930 کشف شد؛ از آن زمان، فن آوری های مبتنی بر نور به طور مداوم برای انواع برنامه های پاکسازی و ضد عفونی توسعه یافته و تجاری سازی شده اند. تکنیک پالس اشعه ماوراء بنفش برای غیر فعال کردن میکروب ها در اواخر 1970 در ژاپن توسعه یافته بود و امتیاز آن توسط Hiramoto در سال 1988 انحصاری شد. در سال 1988 آزمایش گسترده ای توسط شرکت فن آوری پالس خالص - سن دیاگو، کالیفرنیا - انجام شد، پتانسیل پالس اشعه ماوراء بنفش را به عنوان یک روش جدید برای استرلیزه هوا، آب، مواد دارویی و دستگاه های پزشکی و سطوح بسته بندی اثبات کرد.
اخیرا، تغیر تقاضای مصرف کنندگان برای غذای حداقل فرآوری شده با ویژگی های غذای تازه، استفاده از پالس اشعه ماوراء بنفش را به عنوان یک روش فرآوری غیر حرارتی نو ظهور برای ضد عفونی مواد غذایی ترویج کرد. با این حال، صنعت مواد غذایی این فن آوری را تنها در سال 1996 اتخاذ کرد، زمانیکه سازمان غذل و دارو استفاده از فن آوری پالس اشعه ماوراء بنفش را برای تولید، فرآوری و هندلینگ غذاها تصویب کرد.
فناوری پالس اشعه ماوراء بنفش، همچنین در ادبیات علمی به عنوان نور پالسی با شدت بالا ، نور پالسی یا نور پالسی سفید نامیده می شود، شامل استفاده از اوج قدرت نور پالسی در زمان کوتاه و طیف گسترده ای از اشعه ماوراء بنفش با طول موج مادون قرمز است. پالس اشعه ماوراء بنفش با شدت زیادی آزاد شده است، حدود 20000 بار بیشتر از نور خورشید بر سطح زمین است و بسیار موثرتر از کشتن توسط دستگاه های UV مداوم است. گزارش شده است که این فن آوری توانایی غیر فعال کردن طیف گسترده ای میکروارگانیسم های فساد و بیماری زا - باکتری های رویشی، اسپور باکتری ها، قارچ ها، قارچ اسپور، ویروس ها و اووسیست ها - را دارد، اثرات منفی روی کیفیت محصولات و ارزش تغذیه ای را محدود می کند. استفاده بلقوه از پالس اشعه ماوراء بنفش برای فرآوری غذا با سطوح میوه و سبزیجات ، محصولات گوشت و ماهی، محصولات نانوایی، مواد غذایی مایع مانند شیر و آبمیوه ها نشان داده شده بود.
اگرچه سترون سازی پالس اشعه ماوراء بنفش خصوصیات سترون سازی بهتری از نور UV مستمر دارد، این روش عمق نفوذ نسبتا کم دارد، استفاده آن را محدود به سطوح مواد غذایی می کند. دانش علمی در این زمینه و توسعه اصول تکنولوژیکی هنوز ناکافی است و قبل از اینکه این تکنیکها در صنعت استفاده شوند نیاز به تحقیقات علمی عمیق تر و روش های فیزیکی جدید دارد.
تولید نور UV پالسی و انتشار طیف :
عنصر کلیدی هر سیستم پالس اشعه ماوراء بنفش لامپ فلش است، که امروز شایع ترین آن استفاده از لامپ زنون است که متشکل از پوشش کوارتز شفاف حاوی گاز زنون در فشار بالا است. هنگامیکه یک ولتاژ بالا و پالس جریان الکتریکی بالا به گاز بی اثر اعمال می شود، برخورد قوی بین الکترون ها و مولکول های گاز، الکترون های اطراف اتم های زنون را القاء می کند و باعث می شود آنها با یک سطح انرژی بالاتر جهش کنند. الکترون های به مدار پایین تر بر میگردند، انرژی را توسط تولید فوتون ها و تابش شدید، پالس های نوری بسیار کوتاه آزاد می کنند.
نور تولید شده توسط لاپ های زنون شامل طول موج های طیف گسترده از 100 تا 1100 نانومتر - شکل : - 1 نور 100-400 - UV نانومتر - ، نور مرئی 400 -700 - نانومتر - و نور نزدیک به مادون قرمز 700-1100 - نانومتر - است. اگرچه تغییرات گسترده ای وجود دارد، به ترتیب حدود 54، 26 و %20 از انرژی ساطع مربوط به UV، مرئی، و نزدیک به نور مادون قرمز - نور - NIR است. بخش UV از طیف الکترومغناطیسی شامل طول موج بلند 320-400 - UV-A نانومتر - ، طول موج متوسط 280-320 - UV-B نانومتر - ، و طول موج کوتاه 200-280 - UV-C نانومتر - است که این به ترتیب نشان دهنده 25، 8، %12 از کل نور ساطع شده است.
شکل 1 طیف خروجی زنون، کم فشار و لامپ جیوه فشار متوسطو طیف میکروبی است.
به طور کلی، منبع نور در بالای اتاق درمان ساخته شده از فولاد ضد زنگ واقع شده است - شکل . - 2 اتاق لامپ معمولا شامل یک پنل کوارتز برای حفاظت لامپ و یک قفسه برای نگه داشتن نمونه ها است، که این می تواند به صورت عمودی واقع شده باشد تا اجازه تنظیم فاصله بین غذا و منبع نور را بدهد. منعکس کننده های فلز در در اتاق درمان اطراف هر لامپ گنجانده شده اند که نور را به نمونه متمرکز می کنند. اتاق درمان با موادی دارای ظرفیت بالای انعکاس ساخته شده است که موجب نهایت انعکاس نور به محصول می شود که اثر بخشی آن را افزایش می دهد.
هنگامیکه در قدرت و فرکانس بالا عمل کند، ممکن است یک سیستم خنک کننده اضافی برای افزایش عمر لامپ و جلوگیری از گرمایش نامطلوب غذا نیاز باشد. سیستم های خنک کننده شامل هوای تحت فشار است که همچنین اجازه تخلیه ازون سمی تولید شده توسط کوتاه ترین طول موج، یا سرد کن های مایع را می دهد. سنسورهای نوری ممکن است نصب شده باشد تا قدرت خروجی را ثبت کند که نظارت لامپ ها و تصمیم گیری برای تعویض لامپ را فعال می سازد. این طرح اولیه ساده ترین سیستم های درمان است که اغلب در آزمایشگاه ها استفاده مانند چیزی که در شرکت فن آوری پالسی تولید شده است.
تجهیزات پیچیده تر برای درمان های در خط طراحی شده است. در این سیستم ها، راکتورهای تک درمان در سری های جفت شده اند، یا چند لامپ فلش در بالای یک تسمه نقاله قرار داده شده است. یک بستر سیال پودرها را مخلوط می کند تا در معرض گذاری ذراتی که برای درمان پودرها بوجود آمده بود را افزایش دهد. تطبیق پذیری و انعطاف پذیری در طراحی تجهیزات مهم است زیرا اجازه استقرار شرایط عملیاتی برای هر نرم افزار و محصول را می دهد.
شکل 2 اجزای اساسی یک دستگاه نور پالسی.
اثر فتوشیمیایی
مکانیسم فتوشمیایی در درجه اول منتسب به بخش UV از طیف است. نور UV برای اکثر انواع مکانیسم ها به دلیل تغییر در مواد ژنتیکی سلولی کشنده است. مقدار نور UV-C از 220 تا 290 نانومتر در طیف فرابنفش عامل عمده برای غیر فعال سازی بود زیرا طول موجی برای حداکثر جذب UV از شالوده پیریمیدن نوکلئیک اسید فراهم می کند.
برخورد فتون با بازهای نوکلوتیدی تیمین و سیستین به شکل ارتباط متقابل محصولات فتوشیمیایی, خصوصا جفت های سیلوبوتیل پیریمیدین که فرایند رونویسی، ترجمه و همانندسازی DNA را مختل می کنند، منجر به مرگ سلول می شوند. میکروارگانیسم ها مکانیسم ترمیم مانند فعالسازی مجدد نوری، ترمیم برش و ترمیمی نوترکیبی را توسعه می دهد. بنابراین، آسیب در سطح DNS رخ می دهد برای یک حد معینی تحت شرایط بازیابی مناسب می تواند تعمیر شده باشد. فعالسازی مجدد نوری شامل آسیب UV معکوس در باکتری با استفاده از آنزیم photolyase است، که این انرژی نور مرئی را برای تقسیم UV تحریک شده در DNA آسیب دیده است
