بخشی از مقاله
چکیده:
فناوری پلاسمای سرد کاربردهای متنوعی در حوزه صنایع پزشکی و غذایی دارد. مهمترین موارد از استفاده پلاسمای سرد در صنعت غذا شامل آلودگی زدایی، بهبود کیفیت مواد غذایی، تجزیه سموم و اصلاح سطحی مواد مورد استفاده در بسته بندی مواد غذایی میباشد.
تاثیر پلاسمای سرد در غیرفعال سازی انواع مختلفی از پاتوژنها و میکروارگانیسمهای عامل فساد در مواد غذایی بدون ایجاد تغییرات نامطلوب در ویژگیهای کیفی آنها توسط گونههای فعال با استفاده از مکانیسمهای مختلف به اثبات رسیده است و همچنین پتانسیل بالای این فناوری در تجزیه سموم قارچی و باقی مانده آفتکشهای موجود در محصولات کشاورزی باعث افزایش مطالعه و پژوهش در رابطه با استفاده از پلاسمای سرد در صنعت مواد غذایی و کشاورزی در سالهای اخیر شده است.
علی رغم اینکه این فناوری مزایای بسیاری در مقایسه با سایر روشهای مورد استفاده در صنایع غذایی دارد، استفاده از آن منوط به تحقیقات و مطالعات بیشتر در زمینههای بهینه سازی شرایط فرایند برای جلوگیری از تغییرات احتمالی نامطلوب کیفی در طی اکسیداسیون، سم شناسی، اکولوژی و اقتصادی میباشد.
مقدمه:
پلاسمای سرد ی ک روش غیر حرارتی است که پیش از این در صنعت الکترونیک و همچنین در صنایع پلیمر برای اصلاح سطحی و عامل دار کردن پلیمرهای مختلف مورد استفاده قرار میگرفته است. اخیرا استفاده از پلاسمای سرد در تیمار تجهیزات پزشکی، مواد غذایی و محصولات کشاورزی به سرعت در حال گسترش است
با توجه به افزایش جمعیت کره زمین و در تنیجه افزایش تقاضا برای غذا، لزوم استفاده از روشهای نگهداری برای افزایش عمر مفید مواد غذایی بدون تغییرات نامطلوب در ویژگیهای فیزیکوشیمیایی و حسی آنها بیش از پیش احساس میشود. روشهای حرارتی مرسوم مورد استفاده در صنایع غذایی خواص حسی و فیزیکو شیمیایی ماده غذایی را تحت تاثیر قرار میدهد و باعث افت کیفیت آنها میشود، در نتیجه برای حفظ کیفیت مواد غذایی استفاده از روشهای نوین غیر حرارتی از جمله تکنیک پلاسمای سرد پیشنهاد شده است.
از جمله مزایای این فناوری غیر حرارتی در مقایسه با روشهای مرسوم حرارتی میتوان به دمای پایین فرایند، زمان کوتاه فرایند، بازده انرژی بالا، خاصیت ضد میکروبی بیشتر و کمترین تاثیر نامطلوب بر کیفیت غذا و محیط زیست اشاره کرد
پلاسمای سرد در مواد غذایی و محصولات کشاورزی برای آلودگی زدایی یا ضد عفونی کردن، تجزیه سموم، اصلاح مواد بسته بندی، غیر فعال کردن آنزیمها، تسریع جوانه زنی دانهها و اصلاح خواص فیزیکو شیمیایی نشاسته و پروتئین استفاده میشود که مهمترین کاربرد این فناوری آلودگی زدایی با غیر فعال کردن پاتوژنها و ارگانیسمهای عامل فساد در مواد غذایی میباشد
در این مطالعه به بررسی چگونگی تولید پلاسمای سرد،کاربردهای آن در صنعت غذا، مکانیسمهای غیر فعال سازی میکروارگانیسمها و آنزیمها و تجزیه سموم توط پلاسمای سرد، استفاده از ان در صنایع مختلف غذایی و همچنین محدودیتهای استفاده از این فناوری میپردازیم.
-1پلاسمای سرد:
به حالت چهارم ماده پلاسما گفته میشود. با قرار دادن گاز در معرض انرژی مغناطیسی، حرارتی یا الکتریکی در فرکانسهای رادیویی و ریز موجها، انرژی سینیتیک الکترونهای آن افزایش مییابد، گاز یونیزه شده و پلاسما تولید میشود. پلاسما متشکل از اتمها در حالت پایه یا برانگیخته، مولکولها، یونها، الکترونهای آزاد، گونههای رادیکالی، فوتونها و گونههای فعال میباشد
پلاسما به دو نوع پلاسمای حرارتی و پلاسمای سرد تقسیم بندی میشود؛ در نوع حرارتی الکترونها و دیگر گونههای گاز در یک تعادل ترمودینامیکی هستند ولی در پلاسمای سرد این تعادل ترمودینامیکی بین الکترونها و گونه های گازی وجود ندارد
پلاسمای سرد در 30-60 درجه سلسیوس، در فشار اتمسفری و با انرژی ورودی کمتر تولید میشود و بر خلاف پلاسمای حرارتی که بیشتر کاربرد پزشکی دارد، برای مواد غذایی حساس به حرارت استفاده میشود
-2سامانههای تولید پلاسما سرد:
انواع مختلفی از سامانههای تولید پلاسما سرد برای کاربرد های مختلف در صنعت وجود دارد که ازجمله آنها میتوان به تخلیه کرونا، پلاسمای مایکروویو، تخلیه توسط مانع دی الکتریک19و پلاسما جتها20 اشاره کرد که برای تولید پلاسمای سرد در فشار اتمسفری بهکار میروند. در بین این سامانهها پلاسما جتها و سیستم تخلیه توسط مانع دی الکتریک به علت ساده بودن و همچنین اقتصادی بودن طراحی شان، برای تحقیقات مواد غذایی بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند
-2-1سامانه تخلیه توسط مانع دی الکتریک:
در این سامانه، پلاسما بین دو الکترود که با لایههای دی الکتریک پوشیده شده است تولید میشود که دی الکتریک جریان الکتریکی را کنترل کرده و از ایجاد جرقه جلوگیری مینماید. فاصله تقریبی دهنه دو الکترود میتواند از 0/1 میلی متر تا چند سانتیمتر متغیر باشد. از مزایای این سامانه میتوان تولید پلاسما برای سطوح بزرگ، امکان استفاده از دامنه گسترده ای از گازها، جریان پایین گاز و امکان استفاده از انواع الکترود با اشکال مختلف را ذکر کرد - . - 4 شکل - - 1 شماتیک سامانه تخلیه توسط مانع دی الکتریک را نشان میدهد.
-2-2سامانه پلاسما جت:
در این سامانه، پلاسما در محیط باز و در خارج از سامانه تولید میشود. در این سامنه از دو الکترود هم محور استفاده میشود که یکی از این الکترودها متصل به زمین است در حالی که الکترود داخلی با فرکانس رادیویی برانگیخته میشود.از معایب این روش میتوان به گران قیمت بودن تجهیزات اشاره کرد که به همین دلیل در صنعت پزشکی نسبت به صنایع غذایی کاربرد بیشتری دارد ولی با توجه به اینکه توانایی نفوذ بالایی دارد میتوان از آن برای مواد غذایی با ارزش بالا استفاده کرد - . - 4 شکل - 2 - اجزای سامانه پلاسما جت را نشان میدهد.
-3کاربردهای فناوری پلاسمای سرد در مواد غذایی و محصولات کشاورزی:
-3-1آلودگی زدایی مواد غذایی: پلاسمای سرد یک فرایند غیر حرارتی است که موجب غیر فعال سازی و از بین رفتن طیف وسیعی از میکروارگانیسمها شامل پاتوژنها، ارگانیسمهای عامل فساد، اسپورهای باکتریها، قارچها و ویروسها میشود. غیر فعال کردن و مرگ سلول میکروارگانیسم ها توسط این فرایند توسط سه مکانیسم کلی به شرح زیر صورت میگیرد:
شکل-1 سامانه تخلیه توسط مانع دی الکتریک در تولید پلاسمای سرد
شکل-2 سامانه پلاسما جت در تولید پلاسمای سرد
اتچینگ21 سطح سلول توسط گونههای فعال ایجاد شده توسط پلاسمای سرد؛ طی تیمار بهوسیله پلاسمای سرد میکروارگانیسمها به طور مداوم توسط گونههای فعال ایجاد شده بمباران میشوند، در نتیجه رادیکالهای مولکولی و اتمی و مولکول های برانگیخته میتوانند موجب تحلیل سلول میکروبی شوند که از این مکانیسم تحت عنوان اتچینگ سلولی یاد میشود.
رادیکال های 22 12 و 23 2+ با بمباران میکروارگانیسمها در سطح آنها جذب می-شوند و ترکیباتی مانند 22+ و 2&2 در طی اتچینگ تولید میشود که این ترکیبات با آسیب روی سطح سلول، موجب مرگ آنها میشود - . - 5 از دیگر اثرات اتچینگ میتوان به ایجاد حفره روی سطح سلول میکروبی اشاره کرد که در طی آن سیال درونی سلول آزاد میشود و سلول از بین میرود
