پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

توسعه و ارزیابی سامانه‌های میدان پالس الکتریک و پاششی- جت پلاسما برای کاهش بار میکروبی آب‌آلبالو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.
چکیده
یکی از فرایندهای مهم در صنعت غذا برای سلامت و افزایش ماندگاری محصولات، پاستوریزه کردن است. باتوجه به اینکه روش‌های متداول حرارتی پاستوریزه کردن موجب کاهش خواص کیفی محصولات می‌شوند، دانشمندان به دنبال روش‌هایی غیرحرارتی بوده‌اند. از این‌رو، به دلیل حساسیت بالای آب‌آلبالو به حرارت، با مقایسه دو فناوری نوین پلاسمای سرد اتمسفری و میدان پالس الکتریکی، راهکاری بهینه برای پاستوریزه کردن آب‌آلبالو ارائه شد که علاوه بر کاهش بار میکروبی، ترکیبات ارزشمند موجود در آن حفظ شود. بدین منظور اثر دبی آب آلبالو (L/min 1- 3)، دبی گاز ورودی برای تشکیل پلاسما (L/min 3- 7) و درصد گاز آرگون به هوا (% 0 - 100) بر کاهش میزان باکتری اشیرشیاکلی در سامانه ترکیبی پاششی- جت پلاسما بررسی شد، و بعد از آن اثر دما ( C 25° -65)، شدت میدان (kV/cm 5-10) و زمان اعمال میدان (s 5- 35) بر کاهش میزان اشیرشیاکلی در سامانه میدان پالس الکتریک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بهینه‌سازی نشان داد که مقدار بهینه دما، شدّت میدان الکتریکی پالسی و زمان اعمال میدان جهت غیرفعّال‌سازی اشرشیاکلی موجود در آب‌آلبالو به ترتیب L/min 4/2، L/min 72/4 و % 46/63 است، که در این حالت سامانه پاششی-جت پلاسما منجر به log 372/1 غیرفعّال‌سازی اشرشیاکلی موجود در آب‌آلبالو شد. همچنین مقدار بهینه دما، شدّت میدان الکتریکی پالسی و زمان اعمال میدان جهت غیرفعّال‌سازی اشرشیاکلی موجود در آب‌آلبالو به ترتیب C° 72/64، kV/cm 94/9 و s 74/25 است، که در این حالت سامانه میدان الکتریکی پالسی منجر به log 94/3 غیرفعّال‌سازی اشرشیاکلی موجود در آب‌آلبالو شد. نتایج نشان داد که این روش‌ها توانایی کاهش بار میکروبی را دارند، ولی برای از بین بردن کامل بار میکروبی نیاز به ترکیب با روش‌های دیگر دارند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Aadil, R. M., Zeng, X. A., Han, Z., Sahar, A., Khalil, A. A., Rahman, U. U. & Mehmood, T. (2018). Combined effects of pulsed electric field and ultrasound on bioactive compounds and microbial quality of grapefruit juice. Journal of Food Processing and Preservation, 42(2), e13507. https://doi.org/10.1111/jfpp.13507
Arjunan, K. P., Obrusník, A., Jones, B. T., Zajíčková, L. & Ptasinska, S. (2016). Effect of additive oxygen on the reactive species profile and microbicidal property of a helium atmospheric pressure plasma jet. Plasma Processes and Polymers,13(11), 1089-1105. https://doi.org/10.1002/ppap.201600058
Baik, K. Y., Jo, H., Ki, S. H., Kwon, G. C. & Cho, G. (2023). Synergistic effect of hydrogen peroxide and cold atmospheric pressure plasma-jet for microbial disinfection. Applied Sciences, 13(5), 3324. https://doi.org/10.3390/app13053324
Choi, M. R., Liu, Q., Lee, S. Y., Jin, J. H., Ryu, S. & Kang, D. H. (2012). Inactivation of Escherichia coli O157: H7, Salmonella typhimurium and Listeria monocytogenes in apple juice with gaseous ozone. Food microbiology, 32(1), 191-195. https://doi.org/10.1016/j.fm.2012.03.002
Choudhary, R. & Bandla, S. (2012). Ultraviolet pasteurization for food industry. International Journal of Food Science and Nutrition Engineering, 2(1), 12-15. https://doi.org/10.5923/j.food.20120201.03
Deng, S., Cheng C., Ni, G., Meng, Y. & Chen, H. (2010). Bacillus subtilis devitalization mechanism of atmosphere pressure plasma jet. Current Applied Physics,10(4), 1164-1168. https://doi.org/10.1016/j.cap.2010.02.004
Dey, A., Rasane, P., Choudhury, A., Singh, J., Maisnam, D. & Rasane, P. (2016). Cold plasma processing: A review. Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences, 9(4), 2980-2984. ISSN: 0974-2115
Ding, T., Xu, E. & Liao, X. (2022). Inactivation of Bacteria by Cold Plasma. Applications of Cold Plasma in Food Safety, 47-73. https://doi.org/10.1007/978-981-16-1827-7_3
El-Hag, A. H., Jayaram, S. H., Griffths, M. W. & Dadarwal, R. (2008). Survivability of inoculated versus naturally grown bacteria in liquid foods under pulsed electric fields. In 2008 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (pp. 1-4). IEEE. https://doi.org/10.1109/08IAS.2008.89
Fernandez-Molina, J. J., Barbosa-Canovas, G. V. & Swanson. B. G. (2005). Skim milk processing by combining pulsed electric fields and thermal treatments. Journal of Food Processing and Preservation, 29(5,6), 291-306. https://doi.org/10.1111/j.1745-4549.2005.00029.x
Hodgins, A. M., Mittal, G. S. & Griffiths, M. W. (2002). Pasteurization of fresh orange juice using lowenergy pulsed electrical field. Journal of Food Science, 67(6), 2294-2299. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2002.tb09543.x
Hosseini, M., Hosseinzadeh Samani, B., Barba F. J. (2021). Design and characterisation of jet cold atmospheric pressure plasma and its effect on Escherichia coli, colour, pH, and bioactive compounds of sour cherry juice. International Journal of Food Science & Technology. 56(10), 4883-4892. https://doi.org/10.1111/ijfs.15220
Hosseini, M., Rostami, S. Hosseinzadeh Samani, B. & Lorigooini, Z. (2020). The effect of atmospheric pressure cold plasma on the inactivation of Escherichia coli in sour cherry juice and its qualitative properties. Food Science & Nutrition 8(2), 870-883. https://doi.org/10.1002/fsn3.1364
Hosseinzadeh Samani, B., Behruzian, A., Khoshtaghaza, M. H., Behruzian, M. & Ansari Ardali, A. (2020). The investigation and optimization of two combined pasteurization methods of ultrasonicpulse electric field and hydrodynamicpulse electric field on sour cherry juice using RSMTOPSIS. Journal of Food Processing and Preservation, 44(9), e14700. https://doi.org/10.1111/jfpp.14700
Hosseinzadeh Samani, B., Gudarzi, H., Rostami, S., Lorigooini, Z., Esmaeili, Z. & Jamshidi-kia, F. (2018). Development and optimization of the new ultrasonic-infrared-vacuum dryer in drying Kelussia odoratissima and its comparison with conventional methods. Industrial Crops & Products, 123, 46–54. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.06.053
Hosseinzadeh Samani, B., Khoshtaghaza, M. H., Minaei, S., Zareifourosh, H., Eshtiaghi, M. N. & Rostami, S. (2016). Design, development and evaluation of an automatic fruit-juice pasteurization system using microwave–ultrasonic waves. Journal of food science and technology, 53, 88-103. https://doi.org/10.1007/s13197-015-2026-6
Hosseinzadeh Samani, B., Khoshtghaza, M., Minaee, S. & Abbasi, S. (2013). Effect of ultrasonic waves on pasteurization of sour cherry juice. International Journal of Biosciences, 3(12), 193–200. http://dx.doi.org/10.12692/ijb/3.12.193-200
Jin, T.Z., & Zhang, H.Q. (2020). Food Safety Engineering Chapter 21. Pulsed Electric Fields for Pasteurization: Food Safety and Shelf Life. Springer Nature Switzerland. (pp 553–577). https://doi.org/10.1007/9
Katiyo, W., Yang, R. & Zhao, W. (2017). Effects of combined pulsed electric fields and mild temperature pasteurization on microbial inactivation and physicochemical properties of cloudy red apple juice (Malus pumila Niedzwetzkyana (Dieck)). Food Safety, 37(4), e12369. https://doi.org/10.1111/jfs.12369
Kayalvizhi, V., Pushpa, A. J. S., Sangeetha, G. & Antony, U. (2016). Effect of pulsed electric field (PEF) treatment on sugarcane juice. Journal of food science and technology, 53, 1371-1379. https://doi.org/10.1007/s13197-016-2172-5
Korachi, M., Turan, Z., S ̧enturk, K., S ̧ahin, F. & Aslan, N. (2009). An investigation into the biocidal effect of high voltage AC/DC atmospheric corona discharges on bacteria, Journal of Electrostatics 67, 678-685. https://doi.org/10.1016/j.elstat.2009.03.002
Kotnik, T., Frey, W., Sack, M., Meglič, S. H., Peterka, M. & Miklavčič, D. (2015). Electroporation-based applications in biotechnology. Trends in biotechnology, 33(8), 480-488. http://dx.doi.org/10.1016/j.tibtech.2015.06.002
Kovačević, D. B., Putnik, P., Dragović-Uzelac, V., Pedisić, S., Jambrak, A. R. & Herceg, Z. (2016). Effects of cold atmospheric gas phase plasma on anthocyanins and color in pomegranate juice. Food chemistry, 190, 317-323. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.05.099
Krishnaveni, S. (2023). Influence of electrical process parameters to inactivate microorganisms in orange juice by PEF technology. Int J Agric Food Sci., 5(1), 126-132. https://doi.org/10.33545/2664844X.2023.v5.i1b.131
Kwang-Hyun, P., & Won-Tae, J. (2006). Sterilization of bacteria, yeast, and bacterial endospores by atmospheric-pressure cold plasma using helium and oxygen. Journal of Microbiology, 44(3), 269-275.
Lu, P., Cullen, P. J. & Ostrikov, K. (2016). Cold plasma in food and agriculture: Fundamentals and applications, Chapter 4. Atmospheric Pressure Non-thermal Plasma Sources, Academic Press, (pp. 83– 116). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801365-6.00004-4
Misra, N,N., Schlüter, O. & Cullen, P. J. (2016). Cold plasma in food and agriculture: Fundamentals and applications. Chapter 1. Plasma in Food and Agriculture. Academic Press. (pp. 1-16). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801365-6.00001-9
Mohamed, M. E. A. & Amer Eissa, H. A (2012). Structure and function of food engineering. Chapter 11. Pulsed electric fields for food processing technology  InTech. (pp. 275–301). https://doi.org/10.5772/48678
Niemira, B. A. (2012). Cold plasma decontamination of foods. Annual review of food science and technology, 3(1), 125-142. https://doi.org/10.1146/annurev-food-022811-101132
Panigrahi, C., Mishra, H. N. & De, S. (2020). Effect of ozonation parameters on nutritional and microbiological quality of sugarcane juice. Journal of Food Process Engineering, 43(11), e13542. https://doi.org/10.1111/jfpe.13542
Rems, L., & Miklavčič, D. (2016). Tutorial: Electroporation of cells in complex materials and tissue. Journal of Applied Physics, 119(20). https://doi.org/10.1063/1.4949264
Timmermans, R. A. H., Groot, M. N., Nederhoff, A. L., Van Boekel, M. A. J. S., Matser, A. M. & Mastwijk, H. C. (2014). Pulsed electric field processing of different fruit juices: Impact of pH and temperature on inactivation of spoilage and pathogenic micro-organisms. International journal of food microbiology, 173, 105-111. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2013.12.022
Ulbin-Figlewicz, N., Jarmoluk, A. & Marycz, K. (2015). Antimicrobial activity of low-pressure plasma treatment against selected foodborne bacteria and meat microbiota. Annals of microbiology, 65, 1537-1546. https://doi.org/10.1007/s13213-014-0992-y
Unluturk, S. & Atilgan, M. R. (2015). Microbial safety and shelf life of UVC treated freshly squeezed white grape juice. Journal of food science, 80(8), M1831-M1841. https://doi.org/10.1111/1750-3841.12952
Yan, Z., Yin, L., Hao, C., Liu, K., & Qiu, J. (2021). Synergistic effect of pulsed electric fields and temperature on the inactivation of microorganisms. AMB Express, 11, 1-16. https://doi.org/10.1186/s13568-021-01206-8
Yeom, H. W., Streaker, C. B., Zhang, Q. H. & Min, D. B. (2000). Effects of pulsed electric fields on the activities of microorganisms and pectin methyl esterase in orange juice. Journal of Food Science, 65(8), 1359-1363. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2000.tb10612.x
Yepez, X. V., Misra, N. N. & Keener, K. M. (2020). Nonthermal Plasma Technology. In: Demirci, A., Feng, H., Krishnamurthy, K. (eds) Food Safety Engineering. Food Engineering Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-42660-6_23
Zhao, W., Yang, R., Tang, Y. & Lu, R. (2007). Combined Effects of Heat and PEF on Microbial Inactivation and Quality of Liquid Egg Whites. International Journal of Food Engineering, 3(4). https://doi.org/10.2202/1556-3758.1256