بخشی از مقاله
مروری بر پلاسمای سرد (cold plasma) وکاربرد آن درصنایع غذایی
چکیده:
هدف از این مقاله بررسی اصول پلاسمای سرد شامل تعریف، تولید، دسته بندی وکاربرد آن در صنایع غذایی می باشد نوآوری هایی در صنعت غذا شکل گرفت که فرآیند را در دماهای پایین برای حفظ کیفیت غذا و مواد مغذی آن انجام می دهدکه پلاسما از دسته این فن آوری ها می باشد.
پلاسما حالت چهارم ماده و گاز یونیزه شده است که شامل الکترون ها، بارهای مثبت و یون های منفی، رادیکال های آزاد و اتم های گازی است که توسط محدوده وسیعی از دماوفشار تولید می شود. مزیت این روش سریع وارزان بودن، انجام فرآیند در فشار اتمسفری ودمای محیط، نفوذپذیری کم می باشد. کاربردهای پلاسمای سرد رو به افزایش میباشد که شامل کاربرد آن درصنعت غذا، پارچه، کاربردهای پزشکی، صنایع بسته بندی، استرلیزاسیون و کاربردهای میکروبی و محیط زیست می باشد. این تکنیک در صنایع غذایی به طور موفقیت آمیزی به کار رفته است.
کلمات کلیدی:" پلاسمای سرد "(cold plasma)،"صنایع غذایی"
1
مقدمه:
آلودگی های میکروبی غذاها یک موضوع مهم واساسی برای صنایع غذایی می باشد. روش های مرسوم غیرفعال نمودن یا از بین بردن پاتوژن ها در غذاها حرارت دادن می باشد. حرارت دادن غذاها، اثرات جنبی ناخواسته در طعم وخواص اصلی آنها می گذارد. افزایش تقاضا برای غذاهای تازه و کمتر فرآیندشده باعث گردیده تحقیقات زیادی در جهت گسترش روش های نوین غیر حرارتی از قبیل فشارهیدرواستاتیک بالا، میدان الکتریکی ضربه ای PEF، میدان مغناطیسی ارتعاشی، ماوراء صوت با توان بالا و.... انجام پذیرد.
کاربرد پلاسمای فشار اتمسفری غیر حرارتی در زمینه های مختلف بیو پزشکی مثل ضد عفونی، انعقاد خون و ترمیم بافت ها بسیار مورد توجه است. روشهای قدیمی برای مواد حساس به گرما مناسب نیستند و از طرف دیگر پس ماندهای گازی به جای میگذارنداخیراٌ. پلاسما به عنوان یک روش غیر فعال سازی غیرحرارتی در مقالات تحقیقاتی در فرآیند های صنایع غذایی معرفی شده است.
پلاسما ماده ای است که به روش الکتریکی در حالت گازی فعال شده و به روش تخلیه الکتریکی تولید می شود. اولین بار در سال 1928 توسط آقای Irving Langmuir کلمه پلاسما برای گاز های یونیزه شده به کار برده شد. تا قبل از سال 1990، پلاسمای پایدار تهییج شده فقط تحت خلاء و یا در محیط گازهایی همچون هلیوم، آرگون تولید می شد. پیشرفت روش های تولید پلاسمای گازی در دمای محیط فرآیند جدید برای اطمینان از ایمنی میکروبی طیف وسیعی از محصولات را مهیا کرده است.
تعریف پلاسما:
پلاسما به عنوان حالت چهارم ماده شناخته می شود. پلاسما را می توان به این صورت تعریف کرد که حالتی از گازیونیزه شده می باشد که دارای یون های باردار با بار منفی ومثبت والکترون های آزاد وانواع اجزاء طبیعی(رادیکال و برانگیخته) است و معمولا به دو نوع براساس تفاوت در ویژگی ها تقسیم بندی می شوند: پلاسمای سرد و گرم
حرارت دادن گاز اتم ها و ملکول ها را یونیزه می کند (تعداد الکترون در آنها کاهش یا افزایش می یابد)، بنابراین باعث تبدیل آن به پلاسما می شود که شامل اجزای باردار است. یونیزاسیون می تواند توسط وسایل دیگرمانند میدان الکترومغناطیس قوی به همراه لیزر یا مولد مایکروویو تحریک می شود وهمراه با تجزیه باندهای ملکولی می باشد .پلاسما توسط فراهم نمودن انرژی گازهای خنثی که باعث تشکیل حامل های باردار می شود، تولید می گردد.
تولید پلاسما:
پلاسما به روش انتقال انتخابی مولد الکترون های پلاسما در برابر ایجاد فرکانس بالا یا پالس تولید می شود. پلاسما توسط محدوده وسیعی از فشار و دما تولید می شود که این انرژی توسط مکانیکی، حرارتی، هسته ای، تابشی و مغناطیسی تامین می شود اما بهترین روش برای یونیزاسیون روش الکتریکی و مغناطیسی می باشد.
به عنوان مثال شعله به عنوان منبع انرژی حرارتی می باشد که از واکنش های گرمازای شیمیایی در ملکول ها به عنوان منبع انرژی استفاده می شود. همچنین از Adiabatic compression کردن گاز ها که باعث بالا رفتن دمای گاز به نقطه پلاسما استفاده می کنند. یکی دیگر از روش های تولید پلاسما
2
توسط اشعه های انرژی دار که در حجم گاز در حال تعادل هستند می باشد. وقتی الکترون ها و پروتون ها با انرژی کافی با اتم ها و ملکول های گازی برخورد می کنند توسط یونیزاسیون یا از دست دادن الکترون از هر اتم گازی پلاسما تولید می شود.
شکل:1تولیدپلاسما
مزایای پلاسما:
پلاسما یک روش سریع می باشد و به خاطر عدم نفوذ آن می توان برای استرلیزاسیون سطوح به کار برد. هزینه اولیه آن کم می باشد.توانایی غیر فعال سازی میکروارگانیسم ها را دارد. از نظر ایمنی دوست دار محیط زیست می باشد. فرآیند را در دما و فشار محیط انجام می دهد که اثرات مخرب حرارتی را کاهش می دهد.
تقسیم بندی پلاسما:
به طور کلی پلاسما را به دو دسته کلی پلاسمای سرد، پلاسمای حرارتی وگرم تقسیم می کنند. پلاسمای گرم یا دمای بالا شامل یون ها، الکترون ها و اجزای خنثی است که در فاز تعادل حرارتی( (Thermal equilibrium هستند. پلاسمای دمای پایین به دو دسته non local thermodynamic equilibrium(NTP) و Local thermodynamic equilibrium (LTE) تقسیم می شوند.
پلاسمای گرم توسط شعله وجرقه و میکروویو تولید می شود اما در پلاسمای سرد از حرکت حرارتی یون ها و نیروی فشار و نیروی مغناطیسی صرف نظر کرده و دما در حد دمای اتاق باقی می ماند.در تولید پلاسمای سرد بیشتر انرژی الکتریکی صرف اجزای الکترون شده ودما در حد دمای اتاق باقی می ماند و این باعث می شود این فرآیند برای مواد حساس به حرارت مناسب گردد.
