Cold atmospheric plasma for disinfection of food-processing equipment
Authors: Κατσιγιάννης Ανδρέας 
Published: February 2023

Η μικροβιακή επιμόλυνση των τροφίμων μέσω ήδη μολυσμένων επιφανειών επεξεργασίας και εξοπλισμού που χρησιμοποιείται στις εγκαταστάσεις βιομηχανιών επεξεργασίας τροφίμων αποτελεί ένα τεράστιο πρόβλημα, το οποίο επιβαρύνει την υγεία των καταναλωτών και περιορίζει/ζημιώνει την παγκόσμια παραγωγή τροφίμων. Για τον λόγο αυτό, οι βιομηχανίες τροφίμων αφιερώνουν σημαντικούς πόρους και εργατοώρες σε διεργασίες για την απολύμανση των επιφανειών επεξεργασίας και του εξοπλισμού, οι οποίες βασίζονται συνήθως σε θερμικές μεθόδους ή/και σε χημικά. Δυστυχώς όμως, αυτές οι διεργασίες συχνά δεν μπορούν να απομακρύνουν ανθεκτικούς μικροοργανισμούς, ενώ η εφαρμογή τους συνήθως απαιτεί συχνές διακοπές της παραγωγής, οδηγώντας σε επιπλέον οικονομικές απώλειες. Για την αντιμετώπιση των παραπάνω, οι παραγωγοί τροφίμων αναζητούν διαρκώς νέες αντιμικροβιακές διεργασίες που προσφέρουν πλεονεκτήματα, σε σχέση με τις ήδη υπάρχουσες πρακτικές.Μεταξύ των νέων αντιμικροβιακών διεργασιών, το Ψυχρό Ατμοσφαιρικό Πλάσμα (ΨΑΠ), προερχόμενο από τον ατμοσφαιρικό αέρα, προδιαγράφεται ως μία πολλά υποσχόμενη αντιμικροβιακή τεχνολογία. Μελέτες της τελευταίας δεκαετίας απέδειξαν ότι η πληθώρα των δραστικών χημικών συστατικών (π.χ. ρίζες υδροξυλίου, διοξυγόνου και νιτρικού οξειδίου, ατομικό οξυγόνο, ατομικό άζωτο, υπεροξείδιο του υδρογόνου, όζον, υπεροξυνιτρικά κ.λ.π.) σε συνδυασμό με τα υπεριώδη φωτόνια που παράγονται από το ΨΑΠ του αέρα διαθέτουν αντιμικροβιακές ιδιότητες λόγω της συνεργιστικής τους δράσης για την εξάλειψη των μικροοργανισμών. Από βιομηχανικής απόψεως, το ΨΑΠ προσφέρει αποτελεσματική αντιμικροβιακή δράση εντός μικρών χρόνων εφαρμογής ενάντια σε αρκετούς παθογόνους μικροοργανισμούς που σχετίζονται με τα τρόφιμα, μπορεί να εφαρμοστεί σε ποικίλες επιφάνειες επεξεργασίας, είναι απλή, προσαρμόσιμη και χαμηλού κόστους διεργασία, με ελάχιστες ενεργειακές απαιτήσεις και χωρίς την παραγωγή αποβλήτων ή χημικών υπολειμμάτων.Παρά τα σημαντικά του πλεονεκτήματα, υπάρχουν ακόμα αρκετά προβλήματα που σχετίζονται με αυτή την αντιμικροβιακή τεχνολογία, με βασικότερο την περίπλοκη παραγωγή των απαιτουμένων δραστικών χημικών συστατικών, η οποία καθιστά δύσκολο τον έλεγχο της διεργασίας, με συνέπεια η παραγόμενη αντιμικροβιακή δράση να μεταβάλλεται σημαντικά ακόμη και με μικρές αλλαγές στις λειτουργικές παραμέτρους. Κατά συνέπεια, η υιοθέτηση της τεχνολογίας αυτής στη βιομηχανία τροφίμων για την απολύμανση του εξοπλισμού επεξεργασίας είναι μέχρι σήμερα περιορισμένη έως μηδενική.Η διατριβή αυτή είχε σκοπό να διερευνήσει τη δυνατότητα εφαρμογής του ΨΑΠ ως αντιμικροβιακής τεχνολογίας σε συνήθη εξοπλισμό επεξεργασίας (π.χ. ιμάντες μεταφοράς) υπό ρεαλιστικές συνθήκες που συναντώνται σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις επεξεργασίας τροφίμων, να αναπτύξει ένα πρότυπο σύστημα που θα λειτουργεί παράλληλα με τη γραμμή παραγωγής, ώστε να μη χρειάζονται διακοπές στην παραγωγή, και να εξετάσει τις επιδράσεις του ΨΑΠ στους μικροοργανισμούς και στις προς απολύμανση επιφάνειες.Εξετάστηκαν δύο συστήματα παραγωγής ΨΑΠ (έμμεσο, άμεσο) για τις αντιμικροβιακές δράσεις τους ενάντια σε δύο συνήθεις παθογόνους μικροοργανισμούς (S.Typhimurium και L.monocytogenes), σε επιφάνειες ανοξείδωτου ατσαλιού, κάτω από ρεαλιστικές συνθήκες που υφίστανται σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας τροφίμων.Το έμμεσο σύστημα ΨΑΠ εξετάστηκε λόγω της απλότητάς του και της δυνατότητας εύκολης ανάπτυξής του σε βιομηχανικό επίπεδο. Το σύστημα παρήγαγε σημαντικά αντιμικροβιακά αποτελέσματα όταν ήταν τοποθετημένο σε απόσταση <10 mm από την προς απολύμανση επιφάνεια (π.χ. σε απόσταση 5 mm επετεύχθη μείωση έως ~2.0 logCFUσε S.Typhimurium και >3.5 logCFU σε L.monocytogenes αντίστοιχα εντός ~3min), αποδεικνύοντας ότι τα χημικά συστατικά ενδιάμεσης διαβίωσης (π.χ. ρίζες υδροξυλίου και νιτρικού οξειδίου) αποτελούν κλειδί για την αντιμικροβιακή δράση. Παρά ταύτα, βρέθηκε ότι και άλλοι παράγοντες επηρεάζουν το αντιμικροβιακό αποτέλεσμα (π.χ. η πυκνότητα του πληθυσμού των μικροοργανισμών). Επιπροσθέτως, εξετάστηκε η επίδραση του ΨΑΠ στους μικροοργανισμούς και βρέθηκε ότι προκλήθηκαν ισχυρές παραμορφώσεις στα επεξεργασμένα κύτταρα. Παρά τα σημαντικά αποτελέσματα όμως, οι χρόνοι εφαρμογής που απαιτήθηκαν ήταν πολύ μεγάλοι για την ενσωμάτωση σε ένα συνεχές σύστημα απολύμανσης, με λειτουργία παράλληλα με τη γραμμή παραγωγής.Για τον παραπάνω λόγο, η έρευνα στράφηκε στο άμεσο σύστημα ΨΑΠ, το οποίο αποδείχθηκε ότι παράγει σημαντικά αποτελέσματα σε πολύ μικρότερους χρόνους εφαρμογής, ακόμη και μερικών δευτερολέπτων (π.χ. επετεύχθη μείωση έως ~1.2 logCFUσε S.Typhimurium και 2.0 logCFU σε L.monocytogenes αντίστοιχα εντός 10 sec). Έτσι, το άμεσο σύστημα επιλέχθηκε για ενσωμάτωση σε έναν πρότυπο ιμάντα μεταφοράς και εξετάστηκε ως συνεχές σύστημα απολύμανσης, με λειτουργία παράλληλα με τη γραμμή παραγωγής. Οι επιφάνειες προς απολύμανση μεταφερόντουσαν από τον ιμάντα του συστήματος και επεξεργαζόντουσαν διαδοχικά πολλαπλώς. Όπως και προηγουμένως, το σύστημα παρήγαγε σημαντικά αντιμικροβιακά αποτελέσματα (π.χ. επετεύχθη μείωση έως ~2.8 logCFU σε S.Typhimurium και 3.0 logCFU σε L.monocytogenes αντίστοιχα για ανοξείδωτο ατσάλι εντός 10 sec συνολικού χρόνου εφαρμογής). Επιπροσθέτως, βρέθηκε ότι το αποτέλεσμα της αντιμικροβιακής δράσης δεν επηρεάστηκε από την κίνηση του ιμάντα. Αντίθετα, άλλες παράμετροι (π.χ. η πυκνότητα του πληθυσμού των μικροοργανισμών) βρέθηκαν να επηρεάζουν τα αντιμικροβιακά αποτελέσματα.Το παραπάνω σύστημα εξετάστηκε και σε πολυμερείς επιφάνειες που συνήθως συναντώνται στον εξοπλισμό επεξεργασίας τροφίμων, με παρόμοια αντιμικροβιακά αποτελέσματα. Τέλος, εξετάστηκε η επίδραση της επεξεργασίας με ΨΑΠ στις προς απολύμανση επιφάνειες με διάφορες μεθόδους και βρέθηκε ότι η έκθεσή τους σε ΨΑΠ προκάλεσε ελαφρά οξείδωση τόσο στις μεταλλικές όσο και στις πολυμερείς επιφάνειες, επηρεάζοντας τη σύνθεση και τη μορφολογία τους, κάτι που θα μπορούσε να αποτελέσει αντικείμενο μελλοντικής έρευνας.Εν κατακλείδι, η διατριβή αυτή έδειξε ότι το ΨΑΠ μπορεί να αποτελέσει ένα αποτελεσματικό μέσο για τον περιορισμό των επιμολύνσεων εντός των βιομηχανικών εγκαταστάσεων επεξεργασίας τροφίμων και μπορεί να εφαρμοστεί σε επιφάνειες και εξοπλισμό επεξεργασίας τροφίμων σαν μία συνεχής διεργασία, παράλληλα με τη γραμμή παραγωγής, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις της βιομηχανίας τροφίμων όσον αφορά στα αντιμικροβιακά αποτελέσματα, το χρόνο εφαρμογής και το κόστος.