Atmosferik basınç plazma uygulamasının gıdaların dekontaminasyonu ve detoksifikasyonu amacıyla kullanımı
Utilization of atmospheric pressure plasma for decontamination and detoxification of foods
Yazar: YASİN ŞEN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL HAKKI BOYACI ; YRD. DOÇ. DR. BARAN ÖNAL ULUSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Bitki fenolikleri = Plant phenolics ; Fındık = Hazelnut ; Kırmızı pul biber = Red pepper ; Soğuk plazma = Cold plasma

Özet:
Bu çalışma, ısıl olmayan atmosferik ve düşük basınç plazmalarının model gıdalar (fındık, pul biber) üzerine inoküle edilen fungal sporların indirgenmesinde kullanılarak  mevcut  dekontaminasyon ve detoksifikasyon metotlarına etkin alternatif bir yöntem olup olmadığının belirlenmesini amaçlamaktadır. Her iki plazma sistemi Aspergillus flavus ve parasiticus inaktivasyonu için test edilmiştir. Farklı plazma parametreleri ve farklı gaz türü kullanılarak düşük basınç (boşalım gücü:0–100 W, uygulama zamanı:0–30 dk, uygulama gazları:azot, oksijen, hava) ve atmosferik basınç (frekans:16-20-25 kHz, referans voltaj:% 40-100, plazma jet hızı:50-100 m/dk, gaz akış hızı:3000-5000 L/saat, tarama aralığı:3-5 mm, döngü zamanı:5, uygulama gazları:azot, hava) plazmaları için test edilmiştir.
Her bir plazma uygulamasından sonra kalan sporlar sayılmış ve optimum plazma parametreleri belirlenmiştir. Plazma uygulamalarının model gıdaların (fındık-pul biber) temel gıda bileşenleri ile biyoaktif bileşikleri üzerine olan etkisini belirlemek için fizikokimyasal ve  aflatoksin analizleri ile  sitotoksisite deneyleri yapılmıştır. Sonuçlar, 10 kGy gamma ile ışınlaması yapılmış örneklerle kıyaslanmıştır. 
Plazma ve ışınlama uygulaması sonrasında gıda örneklerinde nem, su aktivitesi (aw) ve renk tayini ile serbest yağ asitliği (SA), peroksit sayısı (PD), tokoferol miktarı, toplam polifenol tayini (TPC) ve aflatoksin bileşenlerindeki değişim belirlenmiştir. 
Farklı aflatoksin konsantrasyonlarının(1-1000 ppb) L929 fare fibroblast hücreleri üzerindeki sitotoksisiteleri MTT testleriyle incelenmiştir. Plazmanın dekontaminasyon etkinliği, plazma uygulanmış sporların dış yüzeylerinin SEM görüntüleriyle desteklenmiştir. 
Bu çalışmada her iki plazma tipinin model gıdaların dekontaminasyonu/ detoksifikasyonu için uygun ve etkili olduğu belirlenmiştir. Buna karşın, atmosferik basınç plazma sistemi model gıdaların fizikokimyasal özelliklerinde ışınlamaya yakın düzeyde değişime neden olduğu için düşük basınçlı plazma sistemine göre gama ışınlamasına alternatif olabilecek bir sistemdir.

Abstract:
This study focuses on the utilization of plasma technique for the reduction of fungal spores,inoculated on model foods (hazelnut, flaked red pepper), to determine whether non-thermal atmospheric and low-pressure plasmas could provide an effective alternative method to current decontamination and detoxification methods. Both plasma systems were tested for the inactivation of Aspergillus flavus and parasiticus. Different plasma parameters and different gas types were tested for low-pressure plasma (discharge power 0–100 W, exposure time 0–30 min, application gases:nitrogen, oxygen, air) and atmospheric pressure plasma(plasma frequency:16-20-25 kHz, reference voltage:40-100, plasma jet velocity:50-100 m/min, gas flow rate:3000-5000 L/h, raster offset:3-5 mm, cycle time:5, application gases:nitrogen, air).
After each plasma treatment, remained spores were counted and optimum plasma parameters were determined. The optimum parameters for decontamination of spores were determined as air plasma 100 W-30 min (discharge power-time) for low pressure plasma and  air plasma with frequency of 25 kHz, reference voltage at 100 W, plasma jet rate of 60 m/min, gas flow rate of 3000 L/h, scanning range at 3mm, recycle time  of 5 min  for atmopheric pressure plasma. 
After that, physicochemical and aflatoxin analysis, and toxicological experiments were carried out to determine the effects of non-thermal plasma treatment on basic  components and  bioactive compounds of model foods, i.e. hazeltnut and red pepper.  Results were also compared with 10kGy gamma irradiated test samples. 
After the plasma and irradiation treatments of both food samples,  moisture, water activity (aw) and color; free fatty acids (FFA), peroxide value (PV), total phenolic content (TPC), and aflatoxin analysis were perfomed. 
Cytotoxicity of different concentrations of aflatoxins(1-1000 ppb) on L929 mouse fibroblast cells was investigated with MTT tests. Results of cytotoxicity tests were confirmed by HPLC results quantitatively. The effectiveness of plasma decontamination was also supported by SEM images to see how plasma can affect the outer surface of spores. 
In this study, both plasma systems were determined to be adequate and efficient for decontamination/detoxification of model foods. Since effects of atmospheric pressure plasma on physico-chemical properties of food were close  to that of gamma radiation,  atmospheric pressure plasma could be an alternative to gamma radiation compared to low-pressure plasma system.