Taze baharatların mikrobiyal inaktivasyonunda plazma aktive su (PAS) uygulaması
Application of plasma activated water (PAW) in microbial inactivation of fresh spices
Yazar: BÜŞRA MERMUTLU
Danışman: PROF. DR. PERVİN BAŞARAN AKOCAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Plazma teknolojisi, son yıllarda gıdalarda uygulanan ısıl olmayan teknolojilerden biridir. Plazma; yüklü parçacıklar, elektrik alanları ultraviyole (UV) fotonlar ve reaktif türlerden oluşan iyonize bir gazdır. Alternatif bir metot olarak plazma, suya uygulandığında plazma tarafından üretilen reaktif türler ve parçacıklar, su molekülleri ile etkileşime girer ve Plazma Aktive Su (PAS) olarak adlandırılan kimyasal olarak değiştirilmiş bir su ortaya çıkar. Bu suyun mikrobiyal inaktivasyonu genel olarak kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan reaktif türlerin, hücrenin oksidatif strese girmesine yol açmasıyla açıklanabilmektedir.
Bu tez ile birlikte, raf ömrü kısa olan taze baharatların raf ömrünü arttırmak, gıda endüstrisinde kullanılan kimyasal dezenfeksiyonlara alternatif bir metot geliştirmek ve PAS uygulamasının daha geniş alana yayılmasını sağlamak amaçlanmıştır. Bu kapsamda su olarak ticari bir içme suyu ve çeşme suyu 15 dakika boyunca laboratuvar ölçekli bir cihazda plazma işlemine tabi tutulmuştur. Taze baharatlardan defne yaprağı, fesleğen, kekik, dereotu, biberiye, maydanoz, nane ve stevia örnekleri 10 dakika boyunca daldırma yöntemiyle plazma ile aktive edilmiş içme suyu (PAİS) ve çeşme suyu (PAÇS) ile muamele edilmiştir. Örneklerin doğal mikroflorası hakkında bilgi sahibi olmak için toplam canlı sayımı yapılmıştır ve buna ek olarak Pseudomonas syringae spp. spreyleme yöntemiyle örneklere inoküle edilmiştir. Taze baharatlar 14 gün boyunca depolanmıştır ve kalite de meydana gelen değişimler kaydedilmiştir. Mikrobiyal analizler plazma uygulamasının hemen sonrasında ve depolamanın 14. gününde tekrar edilmiştir. Doğal mikrofloranın inaktivasyonu için PAÇS uygulaması, PAİS uygulamasına göre tüm yüzeylerde daha etkili olmuştur. Uygulamadan hemen sonra inaktivasyon miktarı taze baharatların yüzeyi için 0.28-2.11 log kob/g arasında kaydedilmiştir. En başarılı sonuç PAÇS uygulamasıyla dereotu örneğinde 2.11 log kob/g olarak gözlemlenmiştir. Mikrobiyal inaktivasyon 14. günün sonunda da korunmuş ve kontrol örnekleri ile uygulama örnekleri arasındaki fark 0.53-1.46 log kob/g arasında seyretmiştir.  P. syringae spp. için ise 104 ve 106 olarak iki farklı inokülasyon yükü kullanılmıştır. 104 inokülasyonda uygulamadan hemen sonra taze baharatların yüzeyi için inaktivasyon miktarı 0.48-1.90 log kob/g arasında kaydedilmiştir. En başarılı sonuç PAİS uygulamasıyla nanede 1.90 log kob/g olarak gözlemlenmiştir. 14. günde kontrol örnekleri ile uygulama örnekleri arasındaki fark ise 0.42-1.58 log kob/g arasında seyretmiştir. 106 inokülasyonda uygulamadan hemen sonra taze baharatların yüzeyi için inaktivasyon miktarı 0.50-2.01 log kob/g arasında kaydedilmiştir. En başarılı sonuç PAİS uygulamasıyla fesleğende 2.01 log kob/g olarak gözlemlenmiştir. 14. günde kontrol örnekleri ile uygulama örnekleri arasındaki fark ise 0.44-2.11 log kob/g arasında seyretmiştir. PAİS uygulaması, doğal mikrofloraya zıt bir şekilde PAÇS uygulamasından daha iyi inaktivasyon etkinliği sağlamıştır. 
PAİS ve PAÇS uygulaması taze baharatların fizikokimyasal özelliklerinden su aktivitesi, pH, çözünür katı madde miktarı, nem miktarı ve antosiyanin miktarı üzerinde istatiksel olarak anlamlı bir değişime sebep olmamıştır. Toplam fenolik madde miktarı ise tüm baharat yüzeylerinde istatiksel olarak anlamlı bir şekilde artma göstermiş, aynı şekilde antioksidan aktivite de genel olarak artmıştır fakat bu artış kekik, fesleğen ve biberiye örneklerinde anlamlı bulunmuştur. Toplam klorofil miktarı ise defne örneği hariç anlamlı bir etki göstermemiştir.
Özet olarak, PAS uygulaması taze baharatların özelliklerinde olumsuz bir etki göstermeyerek raf ömrünü uzatmıştır. Kontrol örneklerinin depolama sırasında mikrobiyal yükleri hızlı bir şekilde artış gösterirken, uygulama örnekleri görüntü ve mikrobiyal kalite olarak daha stabil bir şekilde kalmıştır. Bu durum PAS uygulamasının taze baharatların raf ömrünü arttırmak için kullanılma potansiyeli olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Turkey is one of the richest countries in the world in terms of medicinal and aromatic plants. Fresh spices are products with export potential due to their intense flavors and positive health effects. They have positive health effects such as antioxidant effects, reducing cholesterol and diabetes, facilitating digestion and fighting infection. The high initial microbial load and rapid deterioration of quality characteristics due to harvesting and collection conditions make fresh spices highly perishable with limited shelf life, causing serious losses in terms of economy. In particular, Pseudomonas syringae spp. infects fresh spices causing various symptoms such as leaf spots, rotting and wilting. In order to prevent losses, chlorine or other chemicals are commonly utilized during the washing processes of fresh produce in the food industry. These chemicals pose a risk to human health and may fail to neutralize the microbial load. also there are concerns that certain chemicals might contribute to the development of clinical antibiotic resistance in pathogens. In order to increase the shelf life of fresh spices and have a positive impact on the economy, it is very important to develop alternative technologies to thermal and chemical treatments that negatively affect quality characteristics and human health.

Plasma technology is one of the non-thermal technologies applied in foods in recent years. Plasma is an ionized gas consisting of charged particles, electric fields, ultraviolet (UV) photons and reactive species. As an alternative approach, when plasma is introduced to water, the reactive species and particles generated by the plasma interact with the water molecules, leading to a chemically modified water known as Plasma Activated Water (PAW). The microbial inactivation of this water can generally be explained by the reactive oxygen species produced as a result of chemical reactions, causing oxidative stress to the cell. Reactive oxygen and nitrogen species (RONS) generated by the plasma are identified as bactericidal agents. PAW offers the benefits of flexibility and safety, enabling the plasma effect to be applied to the plant surface. For this reason, PAW application has a high potential to be a substitute for various chemicals and disinfectants used in post-harvest washing, especially in fresh produce. 
With this thesis, it is aimed to increase the shelf life of fresh spices with short shelf life, to develop an alternative method to chemical disinfectants used in the food industry and to spread PAS application to a wider area. In this context, commercial drinking water and tap water were subjected to plasma treatment in a laboratory scale device for 15 minutes. Fresh spice samples of bay leaf, basil, thyme, oregano, dill, rosemary, parsley, mint and stevia were treated with plasma-activated drinking water (PADW) and tap water (PATW) by immersion method for 10 minutes. To obtain information on the natural microflora of the samples, total viable counts were made and P. syringae spp. were inoculated on samples by spraying. Fresh spices were stored for 14 days and quality analysis were performed. Microbial analyses were repeated immediately after treatment and on the 14th day of storage. For the inactivation of natural microflora, the PATW treatment was more successful than the PADW treatment on all surfaces. The amount of inactivation immediately after treatment was recorded between 0.28-2.11 log CFU/g for the surface of fresh spices. The most successful result was 2.11 log CFU/g for the dill sample with PATW treatment. Inactivation was maintained at the end of the 14th day and the difference between the control and treatment samples was between 0.53-1.46 log CFU/g.  For P. syringae spp. two different inoculation loads, 104 and 106, were used. At 104 inoculation, the inactivation amount for the surface of fresh spices immediately after the application was recorded between 0.48-1.90 log CFU/g. The most successful result was observed as 1.90 log CFU/g in mint with PADW treatment. On day 14, the difference between control and treatment samples was between 0.42-1.58 log CFU/g. In 106 inoculations, the inactivation amount for the surface of fresh spices immediately after treatment was recorded between 0.50-2.01 log CFU/g. The most successful result was observed as 2.01 log CFU/g in basil with PADW treatment. On day 14, the difference between control and treatment samples was between 0.44-2.11 log CFU/g. In contrast to the natural microflora, PADW treatment provided better inactivation efficiency than PATW treatment.

PADW and PATW treatment did not cause statistically significant changes in the physicochemical properties of fresh spices such as water activity, pH, soluble solids, moisture content and anthocyanin content. Total phenolic content increased significantly on all spice surfaces and antioxidant activity also increased in general, but this increase was significant in thyme, basil and rosemary samples. Total chlorophyll content did not show a significant effect except for the bay leaf sample.

In summary, PAS treatment did not have a negative effect on the properties of fresh spices and extended their shelf life. While the microbial loads of the control samples increased rapidly during storage, the treatment samples remained more stable in terms of appearance and microbial quality. This indicates that PAW treatment has the potential to be used to increase the shelf life of fresh spices.